申请/专利权人：桂林弗克斯光电仪器有限公司

申请日：2019-07-08

公开（公告）日：2024-06-14

公开（公告）号：CN110308548B

主分类号：G02B21/02

分类号：G02B21/02;G02B13/00

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.06.14#授权;2019.11.01#实质审查的生效;2019.10.08#公开

摘要：本发明公开了一种长工作距平场复消色差显微物镜，为配套200mm焦距管镜使用的无穷远共轭距物镜，包括从像侧到物侧沿光轴依次设置的第一光学组件、第二光学组件、第三光学组件、孔径光阑和第四光学组件，所述第一光学组包括光焦度为负的透镜组，主要用于前移物镜主平面和物镜场曲的校正，所述第二光学组件包括弯月型厚透镜，主要用于校正场曲和前移物镜主平面，所述第三光学组件包括两胶合透镜组，主要用于物镜球差和色差的校正，所述第四光学组件包括1～3枚双凸透镜或弯月形透镜，主要用于提供光焦度。本发明在实现长工作距、平场复消色差的同时避免使用萤石材料，具有结构简单、工艺性好、成像质量优、造价低等特点。

主权项：1.长工作距平场复消色差显微物镜，为配套200mm焦距管镜使用的无穷远共轭距物镜，其特征在于：由从像侧到物侧沿光轴依次设置的第一光学组件（1）、第二光学组件（2）、第三光学组件（3）、孔径光阑（5）和第四光学组件（4）组成，所述第一光学组件（1）由光焦度为负的透镜组组成，用于前移物镜主平面和物镜场曲的校正，所述第二光学组件（2）由弯月型厚透镜（2-1）组成，用于校正场曲和前移物镜主平面，所述第三光学组件（3）为正光焦度透镜组，由两组胶合透镜组组成，用于物镜球差和色差的校正，所述第四光学组件（4）由1～3枚双凸透镜或弯月形透镜组成，用于提供正光焦度；当物镜0.28＜NA≤0.8时，第三光学组件（3）中的第一透镜组由胶合的弯月透镜Ⅱ（3-1）、双凹透镜Ⅱ（3-2）和双凸透镜I（3-3）组成，第二透镜组由胶合的双凸透镜Ⅱ（3-4）、双凹透镜Ⅲ（3-5）和双凸透镜Ⅲ（3-6）组成，各双凸透镜和弯月透镜Ⅱ（3-1）均采用H-FK61光学玻璃材料制作，各双凹透镜均采用H-TF3光学玻璃材料制作，所述孔径光阑（5）与双凸透镜Ⅲ（3-6）靠物侧面的光学间隔为0；当物镜时，第三光学组件（3）的第一透镜组由胶合的双凸透镜V（3-7）、双凹透镜Ⅱ（3-2）和双凸透镜I（3-3）组成，第二透镜组由胶合的双凸透镜Ⅱ（3-4）和凹凸透镜（3-8）组成，所述凹凸透镜（3-8）的凹面朝像侧而凸面朝物侧，各双凸透镜均采用H-FK61光学玻璃材料制作，所述双凹透镜Ⅱ（3-2）采用H-TF3光学玻璃材料制作，所述凹凸透镜（3-8）所用光学材料的折射率和阿贝数满足，所述孔径光阑（5）与凹凸透镜（3-8）靠物侧面的光学间隔为0；当物镜时，第四光学组件（4）由双凸透镜IV（4-3）组成，所述双凸透镜IV（4-3）像侧曲率半径小于物侧曲率半径，其折射率和阿贝数满足；当物镜时，第四光学组件（4）由弯月透镜Ⅲ（4-1）和弯月透镜IV（4-2）组成，各弯月透镜的像侧曲率半径小于物侧曲率半径，各弯月透镜均用冕牌玻璃制作，各弯月透镜的折射率和阿贝数满足；当物镜时，第四光学组件（4）由双凸透镜IV（4-3）、弯月透镜Ⅲ（4-1）和弯月透镜IV（4-2）组成，各透镜的像侧曲率半径小于物侧曲率半径，各透镜的折射率和阿贝数满足。

全文数据：长工作距平场复消色差显微物镜技术领域本发明涉及光学仪器设备，具体为一种长工作距平场复消色差显微物镜。背景技术长工作距离平场复消色差物镜在半导体、电子、冶金等行业中得到越来越广泛的使用。其凭借优异的成像质量，超长的工作距离，广泛应用于探针台、激光修复、高温物体观测、真空室内样品观测等多种场合。目前，以日本三丰为代表的长工作距平场复消色差显微物镜多为萤石物镜，由于大块质优的萤石非常难得，加之长工作距平场复消色差显微物镜的镜片较大，使得此类物镜的造价极高。发明内容针对现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提出了一种减少造价的长工作距平场复消色差显微物镜。能够解决上述技术问题的长工作距平场复消色差显微物镜，为配套200mm焦距管镜使用的无穷远共轭距物镜，其技术方案包括从像侧到物侧沿光轴依次设置的第一光学组件、第二光学组件、第三光学组件、孔径光阑和第四光学组件，所述第一光学组件包括光焦度为负的透镜组，主要用于前移物镜主平面和物镜场曲的校正，所述第二光学组件包括弯月型厚透镜，主要用于校正场曲和前移物镜主平面，所述第三光学组件包括两胶合透镜组，主要用于物镜球差和色差的校正，第四光学组件包括1～3枚双凸透镜或弯月形透镜，主要用于提供光焦度。进一步的优化方案，所述第一光学组件的透镜组包括胶合的双凹透镜Ⅰ和弯月透镜Ⅰ，所述双凹透镜Ⅰ曲率半径大的面朝像侧，其折射率和阿贝数满足1.45≤nd≤1.55且60≤νd≤75，所述弯月透镜Ⅰ的凸面朝像侧而凹面朝物侧，其折射率和阿贝数满足1.65≤nd≤1.80且25≤νd≤35。进一步的优化方案，所述弯月型厚透镜的焦距根据物镜倍率不同为正或为负，弯月型厚透镜的凹面朝像平面而凸面朝物平面，如弯月型厚透镜的焦距为负，其折射率和阿贝数满足1.75≤nd≤1.85且20≤νd≤30；如弯月型厚透镜的焦距为正，其折射率和阿贝数满足1.65≤nd≤1.75且50≤νd≤60。进一步的优化方案，当物镜NA＞0.28时，所述第三光学组件包括两组透镜组，第一透镜组包括胶合的弯月透镜Ⅱ、双凹透镜Ⅱ和双凸透镜I，第二透镜组包括胶合的双凸透镜Ⅱ、双凹透镜Ⅲ和双凸透镜Ⅲ，所述弯月透镜Ⅱ和各双凸透镜均采用H-FK61光学玻璃材料制作，各双凹透镜均采用H-TF3光学玻璃材料制作；所述孔径光阑与双凸透镜Ⅲ靠物侧面的光学间隔为0。进一步的优化方案，当物镜NA≤0.28时，所述第三光学组件包括两组透镜组，第一透镜组包括胶合的双凸透镜V、双凹透镜Ⅱ和双凸透镜I，第二透镜组包括胶合的双凸透镜II和凹凸透镜，各双凸透镜均采用H-FK61光学玻璃材料制作，所述双凹透镜Ⅱ采用H-TF3光学玻璃材料制作，所述凹凸透镜所用光学材料的折射率和阿贝数满足1.60≤nd≤1.65且40≤νd≤50；所述孔径光阑与凹凸透镜靠物侧面的光学间隔为0。进一步的优化方案，当物镜NA≤0.28时，所述第四光学组件包括双凸透镜IV，所述双凸透镜IV像侧曲率半径小于物侧曲率半径，其折射率和阿贝数满足1.50≤nd≤1.55且55≤νd≤65。进一步的优化方案，当物镜0.28＜NA≤0.45时，所述第四光学组件包括弯月形透镜Ⅲ和弯月形透镜IV，各弯月形透镜的像侧曲率半径小于物侧曲率半径，各弯月形透镜的折射率和阿贝数满足1.50≤nd≤1.55且55≤νd≤65。进一步的优化方案，当物镜0.45＜NA≤0.8时，所述第四光学组件包括双凸透镜IV、弯月形透镜Ⅲ和弯月形透镜IV，各透镜的像侧曲率半径小于物侧曲率半径，各透镜的折射率和阿贝数满足1.45≤nd≤1.60且55≤νd≤85。按常规，各透镜根据需要采用不同等级的玻璃材料制作，各透镜曲率与厚度根据需要确定。本发明的有益效果：本发明长工作距平场复消色差显微物镜在实现长工作距、平场复消色差的同时避免使用萤石材料，具有结构简单、工艺性好、成像质量优、造价低等特点。附图说明图1为本发明第一种实施方式的结构示意图。图2为本发明第二种实施方式的结构示意图。图3为本发明第三种实施方式的结构示意图。图号标识：1、第一光学组件；1-1、双凹透镜Ⅰ；1-2、弯月透镜Ⅰ；2、第二光学组件；2-1、弯月型厚透镜；3、第三光学组件；3-1、弯月透镜Ⅱ；3-2、双凹透镜Ⅱ；3-3、双凸透镜Ⅰ；3-4、双凸透镜Ⅱ；3-5、双凹透镜Ⅲ；3-6、双凸透镜Ⅲ；3-7、双凸透镜Ⅴ、3-8、凹凸透镜；4、第四光学组件；4-1、弯月透镜Ⅲ；4-2、弯月透镜Ⅳ；4-3、双凸透镜Ⅳ；5、孔径光阑。具体实施方式下面结合附图所示实施方式对本发明的技术方案作进一步说明。本发明长工作距平场复消色差显微物镜，是一种为配套200mm焦距管镜使用的无穷远共轭距物镜，当物镜NA＞0.28时，显微物镜包括从像侧到物侧沿光轴自左向右依次设置的第一光学组件1、第二光学组件2、第三光学组件3、孔径光阑5和第四光学组件4，如图1所示。所述第一光学组1包括光焦度为负的透镜组，主要用于前移物镜主平面和物镜场曲的校正，该透镜组包括胶合的左侧双凹透镜Ⅰ1-1和右侧弯月透镜I1-2，所述双凹透镜Ⅰ1-1曲率半径大的面朝像侧左，双凹透镜Ⅰ1-1采用冕牌玻璃材料制作，其折射率和阿贝数满足1.45≤nd≤1.55且60≤νd≤75，所述弯月透镜I1-2的凸面朝像侧左而凹面朝物侧右，弯月透镜1-2采用火石玻璃材料制作，其折射率和阿贝数满足1.65≤nd≤1.80且25≤νd≤35，如图1所示。所述第二光学组件2包括一个弯月型厚透镜2-1，主要用于校正场曲和前移物镜主平面，所述弯月型厚透镜2-1的焦距根据物镜倍率不同可设为正或设为负，弯月型厚透镜2-1的凹面朝像平面左而凸面朝物平面右，如弯月型厚透镜2-1的焦距设定为负，则弯月型厚透镜2-1采用火石玻璃制作，其折射率和阿贝数满足1.75≤nd≤1.85且20≤νd≤30；如弯月型厚透镜2-1的焦距设定为正，则弯月型厚透镜2-1采用冕牌玻璃制作，其折射率和阿贝数满足1.65≤nd≤1.75且50≤νd≤60，如图1所示。所述第三光学组件3包括两胶合透镜组，主要用于物镜球差和色差的校正，左侧第一透镜组包括胶合在一起的弯月透镜Ⅱ3-1、双凹透镜Ⅱ3-2和双凸透镜I3-3，右侧第二透镜组包括胶合在一起的双凸透镜Ⅱ3-4、双凹透镜Ⅲ3-5和双凸透镜Ⅲ3-6，各双凸透镜和弯月透镜Ⅱ3-1均采用H-FK61光学玻璃材料制作，各双凹透镜均采用H-TF3光学玻璃材料制作；所述孔径光阑5与双凸透镜Ⅲ3-6靠物侧左面的光学间隔为0，如图1所示。所述第四光学组件4主要用于提供光焦度，其中：1、当物镜0.28＜NA≤0.45时，所述第四光学组件4包括弯月透镜Ⅲ4-1和弯月透镜IV4-2，各弯月透镜的像侧左曲率半径小于物侧右曲率半径，各弯月透镜均采用冕牌玻璃材料制作，各弯月透镜的折射率和阿贝数满足1.50≤nd≤1.55且55≤νd≤65，如图2所示。0.28＜NA≤0.45时，第一光学组件1、第二光学组件2、第三光学组件3和第四光学组件4中各透镜的一例设计参数见下表：2、当物镜0.45＜NA≤0.8时，第四光学组件4包括双凸透镜IV4-3、弯月透镜III4-1和弯月透镜IV4-2，各透镜的像侧左曲率半径小于物侧右曲率半径，各透镜均采用冕牌玻璃材料制作，各透镜的折射率和阿贝数满足1.45≤nd≤1.60且55≤νd≤85，如图1所示。0.45＜NA≤0.8时，第一光学组件1、第二光学组件2、第三光学组件3和第四光学组件4中各透镜的一例设计参数见下表：当物镜NA≤0.28时，第一光学组件1和第二光学组件2保持上述的原有结构不变，所述第三光学组件3和第四光学组件4的原有结构有所改变：所述第三光学组件3包括两组透镜组，左侧第一透镜组包括胶合在一起的双凸透镜V3-7、双凹透镜Ⅱ3-2和双凸透镜I3-3，右侧第二透镜组包括胶合在一起的双凸透镜Ⅱ3-4和凹凸透镜3-8，所述凹凸透镜3-8的凹面朝像侧左而凸面朝物侧右，各双凸透镜均采用H-FK61光学玻璃材料制作，所述凹凸透镜3-8采用火石玻璃材料制作，其折射率和阿贝数均满足1.60≤nd≤1.65且40≤νd≤50，所述双凹透镜Ⅱ3-2采用H-TF3光学玻璃材料制作；所述孔径光阑5与凹凸透镜3-8靠物侧左面的光学间隔为0，如图3所示。所述第四光学组件4包括双凸透镜IV4-3，所述双凸透镜IV4-3像侧曲率半径小于物侧曲率半径，双凸透镜IV4-3采用冕牌玻璃材料制作，其折射率和阿贝数满足1.50≤nd≤1.55且55≤νd≤65，如图3所示。NA≤0.28时，第一光学组件1、第二光学组件2、第三光学组件3和第四光学组件4中各透镜的一例设计参数见下表：上述实施例仅表达了本发明三种较为具体和详细的实施，但并不能理解为对发明专利范围的限制。必须指出，对于本领域的技术人员而言，在不违背本发明思路的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

权利要求：1.长工作距平场复消色差显微物镜，为配套200mm焦距管镜使用的无穷远共轭距物镜，其特征在于：包括从像侧到物侧沿光轴依次设置的第一光学组件1、第二光学组件2、第三光学组件3、孔径光阑5和第四光学组件4，所述第一光学组1包括光焦度为负的透镜组，用于前移物镜主平面和物镜场曲的校正，所述第二光学组件2包括弯月型厚透镜2-1，用于校正场曲和前移物镜主平面，所述第三光学组件3包括两组胶合透镜组，用于物镜球差和色差的校正，所述第四光学组件4包括1～3枚双凸透镜或弯月形透镜，用于提供光焦度。2.根据权利要求1所述的长工作距平场复消色差显微物镜，其特征在于：所述第一光学组件1的透镜组包括胶合的双凹透镜Ⅰ1-1和弯月透镜1-2，所述双凹透镜Ⅰ1-1曲率半径大的面朝像侧，其折射率和阿贝数满足1.45≤nd≤1.55且60≤νd≤75，所述弯月透镜1-2的凸面朝像侧而凹面朝物侧，其折射率和阿贝数满足1.65≤nd≤1.80且25≤νd≤35。3.根据权利要求1所述的长工作距平场复消色差显微物镜，其特征在于：所述弯月型厚透镜2-1的焦距根据物镜倍率不同为正或为负，弯月型厚透镜2-1的凹面朝像平面而凸面朝物平面，如弯月型厚透镜2-1的焦距为负，其折射率和阿贝数满足1.75≤nd≤1.85且20≤νd≤30；如弯月型厚透镜2-1的焦距为正，其折射率和阿贝数满足1.65≤nd≤1.75且50≤νd≤60。4.根据权利要求1所述的长工作距平场复消色差显微物镜，其特征在于：当物镜NA＞0.28时，所述第三光学组件3包括两组透镜组，第一透镜组包括胶合的弯月透镜Ⅱ3-1、双凹透镜Ⅱ3-2和双凸透镜I3-3，第二透镜组包括胶合的双凸透镜Ⅱ3-4、双凹透镜Ⅲ3-5和双凸透镜Ⅲ3-6，各双凸透镜和弯月透镜Ⅱ3-1均采用H-FK61光学玻璃材料制作，各双凹透镜均采用H-TF3光学玻璃材料制作；所述孔径光阑5与双凸透镜Ⅲ3-6靠物侧面的光学间隔为0。5.根据权利要求1所述的长工作距平场复消色差显微物镜，其特征在于：当物镜NA≤0.28时，所述第三光学组件3包括两组透镜组，第一透镜组包括胶合的双凸透镜V3-7、双凹透镜Ⅱ3-2和双凸透镜I3-3，第二透镜组包括胶合的双凸透镜Ⅱ3-4和凹凸透镜3-8，所述凹凸透镜3-8的凹面朝像侧而凸面朝物侧，各双凸透镜均采用H-FK61光学玻璃材料制作，所述双凹透镜Ⅱ3-2采用H-TF3光学玻璃材料制作，所述凹凸透镜3-8所用光学材料的折射率和阿贝数满足1.60≤nd≤1.65且40≤νd≤50；所述孔径光阑5与凹凸透镜3-8靠物侧面的光学间隔为0。6.根据权利要求1所述的长工作距平场复消色差显微物镜，其特征在于：当物镜NA≤0.28时，所述第四光学组件4包括双凸透镜IV4-3，所述双凸透镜IV4-3像侧曲率半径小于物侧曲率半径，其折射率和阿贝数满足1.50≤nd≤1.55且55≤νd≤65。7.根据权利要求1所述的长工作距平场复消色差显微物镜，其特征在于：当物镜0.28＜NA≤0.45时，所述第四光学组件4包括弯月透镜Ⅲ4-1和弯月透镜IV4-2，各弯月透镜的像侧曲率半径小于物侧曲率半径，各弯月透镜均用冕牌玻璃制作，各弯月透镜的折射率和阿贝数满足1.50≤nd≤1.55且55≤νd≤65。8.根据权利要求1所述的长工作距平场复消色差显微物镜，其特征在于：当物镜0.45＜NA≤0.8时，所述第四光学组件4包括双凸透镜IV4-3、弯月透镜Ⅲ4-1和弯月透镜IV4-2，各透镜的像侧曲率半径小于物侧曲率半径，各透镜的折射率和阿贝数满足1.45≤nd≤1.60且55≤νd≤85。9.根据权利要求2～8中任意一项所述的长工作距平场复消色差显微物镜，其特征在于：各透镜根据需要采用不同等级的玻璃材料制作，各透镜曲率与厚度根据需要确定。

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