CN103558676A - 6倍超长工作距离物镜 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种6倍长工作距离物镜，整个系统由两大组元组成，第一组元具有正的光焦度，第二组元具有负的光焦度；第一组元由三个透镜组组成；第二组元由第四透镜组组成；第一组元的焦距为fG1，第二组元的焦距为fG2，则它们之间满足以下条件：0.98<|fG2/fG1|<1.35；第一组元里各个透镜组中，第一透镜组的焦距为fL1，第二透镜组的焦距为fL2，第三透镜组的焦距为fL3，它们满足以下条件：119<fL2<135，0.5<fL1/fL3<0.7；第二组元的焦距为fG2，它满足以下条件：-78<fG2<-70。本发明解决物镜观察视场小，出瞳直径小，成像清晰范围难以达到100%的问题。
Description
技术领域
本发明涉及光学元件技术领域，尤其是一种用来观察前方光学系统所成图像的目视光学器件。
背景技术
大视场显微镜是一种视场广阔的新型显微镜，同时能兼顾图像清晰，出瞳直径大，具有观察舒适，操作方便，立体感强的特性，广泛应用于生物解剖、电子工业、矿物研究等领域。在大视场显微镜中，显微镜的放大作用主要取决于物镜，物镜质量的好坏直接影响显微镜成像质量，它是决定显微镜的分辨率和成像清晰程度的主要部件。物镜是光学目视仪器的一个重要组成部分，其作用是对物体放大成初次像，这个初次像再经目镜进一步放大以获得更大的放大倍数来进行目视观察。传统的如体视显微镜物镜、生物显微镜物镜，在使用这类物镜时由于成像视场范围较小，物镜出瞳小，而且成像清晰范围很难达到100%，这就无法给操作者提供足够大的观察视场，而且在观察过程中始终要求观察者的眼瞳准确对准物镜的出瞳，否则会出现视场被遮挡的现象，这样很容易造成观察者的疲劳。
发明内容
本发明的目的是提供一种6倍超长工作距离物镜，它可以解决现有物镜观察视场小，出瞳直径小，成像清晰范围很难达到100%的问题。
为了解决上述问题，本发明采用的技术方案是：这种6倍超长工作距离物镜，包括有从物方到像方的方向看，整个系统结构由两大组元组成，第一组元具有正的光焦度，第二组元具有负的光焦度；所述第一组元由第一透镜组，第二透镜组和第三透镜组组成，第一透镜组（L1）和第三透镜组（L3）布置在第二透镜组（L2）的两边；所述第二组元由第四透镜组组成；
第一透镜组为一个具有正光焦度的胶合组，由第一正透镜与第一负透镜胶合而成，第一正透镜采用弯月结构形式，凹面朝向物方，凸面为胶合面；第一负透镜采用弯月结构形式，凸面朝向像方；
第二透镜组只由第二正透镜构成，第二正透镜为一个双凸的单正透镜，曲率半径较小的凸面朝向物方，曲率半径较大的凸面朝向像方；
第三透镜组为一个具有正光焦度的胶合组，由第三负透镜与第三正透镜胶合而成；第三负透镜采用弯月结构形式，凸面朝向物方，凹面为胶合面，第三正透镜采用弯月结构形式，凸面为胶合面，凹面朝向像方；
第四透镜组为一个具有负光焦度的胶合组，由第四负透镜与第四正透镜胶合而成；第四负透镜采用双凹结构形式，曲率半径较大的凹面朝向物方，曲率半径较小的凹面为胶合面，第四正透镜采用弯月结构形式，凸面为胶合面，凹面朝向像方；
第一组元的焦距为fG1，第二组元的焦距为fG2，则它们之间满足以下条件：0.98<| fG2/ fG1|<1.35。
上述6倍超长工作距离物镜的技术方案中，更具体的技术方案还可以是：所述第一组元里各个透镜组中，第一透镜组的焦距为fL1，第二透镜组的焦距为fL2，第三透镜组的焦距为fL3，它们满足以下条件：119<fL2<135，0.5< fL1/ fL3<0.7；
第二组元的焦距为fG2，它满足以下条件：-78< fG2<-70。
由于采用了上述技术方案，本发明与现有技术相比具有如下有益效果：
1、本发明光学像质优异，具有高清晰度，高分辨率，高成像衬度。
2、本发明与镜筒透镜及大视场显微系统中的球面反光镜一起使用形成的显微镜，视场广阔的同时能兼顾图像清晰范围达到100%，出瞳直径大，观察舒适，具有操作方便，成像立体感强的特性。
3、本发明具有工作距离长、像方视场大的特点，加工工艺性良好。
附图说明
图1是本发明的光学系统示意图。
图2是与本发明配合使用的镜筒透镜的结构示意图。
图3 是本发明实施例光学传递函数图。
图4本发明实施例球差曲线图。
具体实施方式
下面结合附图实施例对本发明作进一步详述：
图1的6倍超长工作距离物镜是大视场显微镜其中的一个镜头，具有工作距离长、像方视场大的特点，场曲控制在某个固定值（R-420左右），与系统中的球面反光镜的球面半径R值基本相等。从物方到像方的方向看，整个系统结构由G1、G2两大组元组成，第一组元G1具有正的光焦度，第二组元G2具有负的光焦度。第一组元G1由3个透镜组组成，第二组元G2由一个透镜组组成。第一组元G1有第一透镜组L1，第二透镜组L2和第三透镜组L3；3个透镜组L1、L2、L3以第二透镜组L2为对称轴基本上按对称形式布置，这样有利于校正垂轴像差。
第一透镜组L1为一个具有正光焦度的胶合组，由第一正透镜L11与第一负透镜L12胶合而成，第一正透镜L11采用弯月结构形式，凹面朝向物方，凸面为胶合面；而第一负透镜L12采用弯月结构形式，凸面朝向像方。
第二透镜组L2为第二正透镜，是一个双凸的单正透镜，曲率半径较小的凸面朝向物方，曲率半径较大的凸面朝向像方。
第三透镜组L3为一个具有正光焦度的胶合组，由第三负透镜L31与第三正透镜L32胶合而成；第三负透镜L31采用弯月结构形式，凸面朝向物方，凹面为胶合面，第三正透镜L32采用弯月结构形式，凸面为胶合面，凹面朝向像方。
第四透镜组L4为一个具有负光焦度的胶合组，由第四负透镜L41与第四正透镜L42胶合而成；第四负透镜L41采用双凹结构形式，曲率半径较大的凹面朝向物方，曲率半径较小的凹面为胶合面；第四正透镜L42采用弯月结构形式，凸面为胶合面，凹面朝向像方。
第一组元G1的焦距为fG1，第二组元G2的焦距为fG2，则它们之间满足以下条件：0.98<| fG2/ fG1|<1.35。当| fG1/ fG2|的值小于0.98时，第一组元G1的通光口径会变得很大，为了校正像差必将导致结构变得非常复杂，而且系统会更大的二级光谱，降低系统的光学性能；当| fG1/ fG2|的值大于1.35时，镜头的物方工作距离变得较短，不能满足使用要求。
第一组元G1里各个透镜组，第一透镜组L1的焦距为fL1，第二透镜组L2的焦距为fL2，第三透镜组L3的焦距为fL3，它们满足以下条件：119<fL2<135，0.5< fL1/ fL3<0.7。第一组元G1里的第一透镜组L1、第三透镜组L3在形式上是按照第二透镜组L2为对称中心来对称布置的，但由于镜头的实际工作条件偏离了理想的对称状态，所以用条件0.5< fL1/ fL3<0.7来约束这两个透镜组L1、L3偏移对称的程度，实现垂直像差的良好校正。
第二组元G2的焦距为fG2，它满足以下条件：-78< fG2<-70，它是由镜头的机械结构要求来决定的。
由于6倍超长工作距离物镜的像距为无限远，也就是说它的共轭距为无限远，它必须与镜筒透镜一起使用，才能最终成像；镜筒透镜的结构如图2所示。
表1数据为本发明镜头的一个实例；物镜从左到右的光学参数和特征数据如下表所示。
表1
光学系统参数：NA=0.17，WD=115mm，β=－6×，f=72.3mm
表2为镜筒透镜的参数
表2
由上述表1和表2表格中的数值可以看出，各个面的R值很合理，镜片的面型能很好地得到保证，有利于提高球面精度的控制。所用的玻璃都是常规材料，易于采购，而且物理、化学性能很稳定，满足批量生产的条件。图3 是本发明实施例光学传递函数图，弧矢场曲线(S线)、子午场曲线(T线)虽然不完全重合，但对于Φ136mm的像方视场来说，这样的像散值已经是很好的了，并且它们的传函值都较高，说明了光学系统的成像衬度很高，成像的层次感分明。图4本发明实施例球差曲线图，通过适当的离焦，孔径边缘及0.28带孔径的球差得到了较好的校正，在0.77带孔径有1.4左右的剩余球差，这对于这个目视系统来说是完全没有问题的。
Claims (2)
1.一种6倍超长工作距离物镜，其特征在于：包括有从物方到像方的方向看，整个系统结构由两大组元（G1、G2）组成，第一组元（G1）具有正的光焦度，第二组元（G2）具有负的光焦度；所述第一组元（G1）由第一透镜组（L1），第二透镜组（L2）和第三透镜组（L3）组成，第一透镜组（L1）和第三透镜组（L3）布置在第二透镜组（L2）的两边；所述第二组元（G2）由第四透镜组（L4）组成；
第一透镜组（L1）为一个具有正光焦度的胶合组，由第一正透镜（L11）与第一负透镜（L12）胶合而成，第一正透镜（L11）采用弯月结构形式，凹面朝向物方，凸面为胶合面；第一负透镜（L12）采用弯月结构形式，凸面朝向像方；
第二透镜组（L2）只由第二正透镜构成，第二正透镜为一个双凸的单正透镜，曲率半径较小的凸面朝向物方，曲率半径较大的凸面朝向像方；
第三透镜组（L3）为一个具有正光焦度的胶合组，由第三负透镜（L31）与第三正透镜（L32）胶合而成；第三负透镜（L31）采用弯月结构形式，凸面朝向物方，凹面为胶合面，第三正透镜（L32）采用弯月结构形式，凸面为胶合面，凹面朝向像方；
第四透镜组（L4）为一个具有负光焦度的胶合组，由第四负透镜（L41）与第四正透镜（L42）胶合而成；第四负透镜（L41）采用双凹结构形式，曲率半径较大的凹面朝向物方，曲率半径较小的凹面为胶合面，第四正透镜（L42）采用弯月结构形式，凸面为胶合面，凹面朝向像方；
第一组元（G1）的焦距为fG1，第二组元（G2）的焦距为fG2，则它们之间满足以下条件：0.98<| fG2/ fG1|<1.35。
2.根据权利要求1所述的6倍超长工作距离物镜，其特征在于：所述第一组元（G1）里各个透镜组中，第一透镜组（L1）的焦距为fL1，第二透镜组（L2）的焦距为fL2，第三透镜组（L3）的焦距为fL3，它们满足以下条件：119<fL2<135，0.5< fL1/ fL3<0.7；第二组元（G2）的焦距为fG2，它满足以下条件：-78< fG2<-70。
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