[发明专利]成像物镜

说明书

技术领域

本发明关于一种成像物镜，尤其是一种用于显微镜的负焦距成像物镜，其对于相同倍率，可以得到增大的、物空间的数值孔径NAO，从而得以提高其分辨率。

背景技术

对于设计者来说，光线追迹法是建立镜组的初阶结构中最实用的方法，可以藉由简单的公式推导光在光学系统的路径。光线追迹法是建立在近轴的条件(Paraxial Condition)下，主要是利用光线的折射(Refraction)与传递(Transfer)相应的公式来追踪光线在光学系统中的路径。

而近轴光学(Paraxial Optics)则正是处理经过中心(轴心对称)光学系统(Centered Optical System)的光之传播问题。一般近轴光学系统包括旋转对称的反射面或折射面，这些面都有一个共同的轴，称为光轴(Optical Axis)。中心光学系统有一个性质，就是当光线非常靠近光轴地通过此系统时，总是与系统内任何镜面的法线(NormalLine)相交，产生一个小入射角。这样的光线称为近轴光线(ParaxialRay)。

如图1所示，即为一种简单近轴光学系统的示意图。一道光线R1平行光轴地由左边进入透镜L，之后透出、并与光轴交在某一点F’，此点称为透镜的焦点(Focal Point)(或称第二焦点(Second FocalPoint))。考虑一条光线R2由左边的点经过透镜，其在与R1进入系统的相同高度时以平行光轴的方式出射，这样可以定义为第一焦点(First Focal Point)F1。这两道光线相交于物空间(Object Space)中的同一点O与像空间(Image Space)的同一点O’，即O’是O的像。由于光线进入透镜的高度可以是任意的，所以包含O点而垂直光轴的平面会成像至包含O’且垂直光轴的平面上，这两个平面与光轴的交点称为主点(Principal Point)P与P’。第一主点P在物空间，而第二主点P’在像空间，因此P’是P的像。而且，由于O与O’离光轴的距离相等，则像的纵向(Lateral)放大率也是一致的。OP与O’P’平面为该光学系统的主平面(Principal Planes)，这两个主平面之间即为共轭(Conjugate)关系。由第一焦点至第一主点的距离称为第一焦距f(First Focal Length)，而第二主点至第二焦点的距离为第二焦距f’(Second Focal Length)或称有效焦距(Effective Focal Length，EFL)。

美国专利第7,023,622号揭露了一种用于微型显微镜的物镜(Objective)，其包括自物体侧(Object Side)至成像侧(Image Side)依次排列的正(Positive)的第一透镜，正的第二透镜和负(Negative)的第三透镜。该物镜具有的数值孔径(Numerical Aperture)大于或等于0.4；而其放大倍率(Magnification)则介于11至12之间，或者低于这个范围，但大于4。该专利旨在提供一种物镜系统，具有低放大倍率-数值孔径(Magnification-to-Numerical Aperture)的比率值(例如，低于30)，且同时具有一个较大的视场(Field of View，FOV)-直径(Diameter)的比率值(例如，大于0.1)。

而另一种公开于美国专利第6,560,033的物镜(Objective Lens)则包括，从物体侧至成像侧，一个正的新月形状的第一透镜(MeniscusPositive First Lens)、正的第二透镜组(Second Lens Group with aPositive Refractive Power)、正的第三透镜组(Third Lens Group with aPositive Refractive Power)、第四透镜组(Fourth Lens Group)和第一透镜组(Fifth Lens Group)。这种用于显微镜的物镜系统之放大倍率(Magnification)可达50，并具有一个较长的工作距离(Long WorkingDistance)，其数值孔径(Numerical Aperture)可提高至0.55。