[实用新型]显微物镜光学系统及光学设备

说明书

本实用新型提出的显微物镜光学系统及光学设备，采用折反射式结构，具体为折反射中继镜组与复杂透射式准直镜组相结合的方式，有效校正高级球差，控制了与视场有关的像散、场曲及初高级彗差，在波段320nm～800nm范围内，实现视场大于2mm，数值孔径为1.0，成像质量达到衍射限。

技术领域

本实用新型涉及光学领域，特别涉及一种显微物镜光学系统及光学设备。

背景技术

超高通量显微物镜具有大视场、大数值孔径、宽谱段等特点，在生物学、计量学以及半导体检测等领域有着广泛的应用。以生物学中基因测序用显微物镜为例，待成像的样品在激光的作用下发出微弱的荧光，显微物镜需要对弱荧光具有较高的能量收集能力，同时要求显微物镜具有较高的分辨率，因此需要光学系统具有较大的数值孔径。此外，为提高测量效率光学系统应该具有较大的成像视场，通常情况下要求的视场比标准显微物镜的视场大很多。

目前比较通用的技术方案为透射式系统，其缺点包括：第一，对材料折射率和阿贝数公差要求比较严格；第二，在同等指标要求下，透射式光学系统的长度比较大，光学元件的口径也比较大，镜片的数量也更多；第三，为校正二级光谱和倍率色差，必然用到一些特殊的难以制造的光学材料，例如氟化钙。国内外公开的期刊和专利中也公开了一些折反射结构形式，例如美国专利USP8675276公开了宽频带显微术折反射成像系统，但是其设计视场比较小，典型系统的物方视场为0.15mm，由于现有技术没有对视场有关的像差进行校正和平衡，特别是像散、场曲和初高级彗差，因此所实现成像视场较小且波像差较大。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型实施例提供了一种显微物镜光学系统及光学设备，有效校正高级球差，控制了与视场有关的像散、场曲及初高级彗差，在波段320nm～800nm范围内，实现视场大于2mm，数值孔径为1.0，成像质量达到衍射限。

第一方面，本实用新型提供一种显微物镜光学系统，包括以中间像面为界分成的中继镜组和准直镜组，所述中继镜组沿着光轴依次包括正光焦度的第二透镜、负光焦度的第三透镜以及负光焦度的第四透镜，其中，所述第二透镜朝向物面第一表面具有第一透射区，所述第三透镜为弯月透镜，所述第三透镜的两个表面的曲率中心均位于物面一侧，第三透镜第二表面中心区域为第二透射区，所述二透镜和物面之间设有液体介质；

所述准直镜组沿着光轴依次包括正光焦度的第五透镜、正光焦度的第六透镜、正光焦度的第七透镜、负光焦度的第八透镜、正光焦度的第九透镜、正光焦度的第十透镜、正光焦度的第十一透镜、负光焦度的第十二透镜以及负光焦度的第十三透镜，其中，所述第五透镜、所述第六透镜、所述第七透镜、所述第九透镜和所述第十四透镜为双凸透镜，所述第八透镜、所述第十一透镜、所述第十二透镜和所述第十三透镜为弯月透镜且表面均弯向物面一侧，所述第十透镜为双凹透镜；

由物面发出的光能量依次经过液体介质、所述第二透镜的第一透射区、所述第二透镜第二表面、所述第三透镜第一表面后经所述第三透镜第二表面内反射区域反射，返回到所述第三透镜第一表面，再经过所述第二透镜第二表面，到达所述第二透镜第一表面，被所述第二透镜第一表面的内反射区域反射后回到第二透镜第二表面，进入所述第三透镜第一表面，透过所述第三透镜第二表面中心的第二透射区进入所述第四透镜，汇聚到中间像面，中间像面的光能量继续传播，依次经过所述第五透镜、所述第六透镜、所述第七透镜、所述第八透镜、所述第九透镜、所述第十透镜、所述第十一透镜、所述第十二透镜、所述第十三透镜、所述第十四透镜形成平行光发射到光学系统外部。

可选地，还包括无光焦度的第一透镜，所述第一透镜和所述第二透镜为胶合透镜组，所述第一透镜设置在所述第二透镜朝向物面的一侧，所述第一透射区设置在所述第二透镜第一表面与所述第一透镜胶合的区域。

可选地，所述第一透镜为无光焦度的平行平板、球面透镜或非球面透镜。

可选地，所述第二透镜第一表面可以为平面、球面透镜或非球面透镜。