顯微鏡光學(xué)變焦系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種顯微鏡光學(xué)變焦系統(tǒng)，涉及光學(xué)系統(tǒng)【技術(shù)領(lǐng)域】，包括有從物方到像方的順序依次排列的具有正光焦度的前組元，具有正光焦度的變倍組元，具有負(fù)光焦度的補(bǔ)償組元和具有正光焦度的后組元組成的系統(tǒng)；當(dāng)變倍組元沿像方到物方的方向移動(dòng)，然后再沿物方到像方的方向移動(dòng)；補(bǔ)償組元固定沿物方到像方的方向移動(dòng)，而前組元和后組元在整個(gè)系統(tǒng)中固定不動(dòng)，所述系統(tǒng)的倍率則可從最低值-0.4倍達(dá)到最高值-3.2倍，變焦比達(dá)到了中等值(8:1)。本發(fā)明提供了一種簡單可靠的光學(xué)結(jié)構(gòu)，且光學(xué)性能優(yōu)異，可以解決現(xiàn)有的光學(xué)變焦鏡頭為獲得這種變焦比(8:1)而采用很復(fù)雜的光學(xué)結(jié)構(gòu)，并且光學(xué)系統(tǒng)性能不是很理想的問題。
【專利說明】顯微鏡光學(xué)變焦系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光學(xué)系統(tǒng)【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是一種光學(xué)鏡頭的焦距可以在一定范圍內(nèi)連續(xù)變化，從而實(shí)現(xiàn)倍率的連續(xù)改變的光學(xué)變焦系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]變焦距光學(xué)鏡頭的焦距可以在一定范圍內(nèi)連續(xù)變化，從而實(shí)現(xiàn)倍率的連續(xù)改變。變焦距光學(xué)系統(tǒng)從原理方案上來說有兩種:一為光學(xué)補(bǔ)償；另為機(jī)械補(bǔ)償，或稱為絕對補(bǔ)償。光學(xué)系統(tǒng)中的每個(gè)透鏡組，一經(jīng)設(shè)計(jì)與加工之后其焦距就是固定不變的，要改變整個(gè)系統(tǒng)的焦距，只能改變各個(gè)透鏡組之間的距離。幾個(gè)運(yùn)動(dòng)透鏡組固連在一起作同方向的移動(dòng)，達(dá)到在變焦的同時(shí)能減少像面的移動(dòng)，這種系統(tǒng)叫做光學(xué)補(bǔ)償系統(tǒng)。各個(gè)運(yùn)動(dòng)透鏡組元按不同的運(yùn)動(dòng)規(guī)律作較復(fù)雜的移動(dòng)，達(dá)到完全防止像面移動(dòng)，這種系統(tǒng)叫做機(jī)械補(bǔ)償系統(tǒng)。光學(xué)補(bǔ)償是不能達(dá)到完全防止像面移動(dòng)的，而機(jī)械補(bǔ)償則可以通過精確控制兩個(gè)運(yùn)動(dòng)組元的移動(dòng)軌跡來達(dá)到像完全不移動(dòng)，本發(fā)明屬于機(jī)械補(bǔ)償系統(tǒng)。它是專門為CCD視頻系統(tǒng)而設(shè)計(jì)的連續(xù)變焦光學(xué)系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種顯微鏡光學(xué)變焦系統(tǒng)，它可以解決現(xiàn)有光學(xué)系統(tǒng)為達(dá)到中等變倍比(8:1)而采用很復(fù)雜的光學(xué)結(jié)構(gòu)，而且成像質(zhì)量不是很理想的問題。
[0004]為了解決上述問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:這種顯微鏡光學(xué)變焦系統(tǒng)，包括有有從物方到像方的順序依次排列的具有正光焦度的前組元，具有正光焦度的變倍組元，具有負(fù)光焦度的補(bǔ)償組元和具有正光焦度的后組元組成的系統(tǒng)；
前組元為一個(gè)具有正光焦度的膠合組，由第一負(fù)透鏡與第一正透鏡膠合而成；第一負(fù)透鏡采用平凹結(jié)構(gòu)形式，平面朝向物方，凹面為膠合面；第一正透鏡為雙凸結(jié)構(gòu)形式，球面半徑較小的面為膠合面；前組作為一個(gè)整體是一個(gè)平凸結(jié)構(gòu)形式，符合物或像處于無限遠(yuǎn)時(shí)的正透鏡最小球差的結(jié)構(gòu)形式；
變倍組元由第五正透鏡組成，采用平凸結(jié)構(gòu)形式，它的凸面朝向來自物方的平行光束，平面則向像方，它也符合物方無限遠(yuǎn)時(shí)球差最小的透鏡結(jié)構(gòu)形式；
補(bǔ)償組元為一個(gè)具有負(fù)光焦度的膠合組，由第二負(fù)透鏡與第二正透鏡膠合而成；第二負(fù)透鏡為雙凹透鏡，半徑較大的凹面朝向物方，半徑較小的凹面為膠合面；第二正透鏡)為彎月結(jié)構(gòu)形式，凸面為膠合面，凹面朝向像方；
后組元具有正的光焦度，它由第三正透鏡，第四正透鏡及第三負(fù)透鏡組成；第三正透鏡為雙凸結(jié)構(gòu)形式，半徑較大的凸面朝向物方，半徑較小的凸面朝向像方；第四正透鏡為雙凸結(jié)構(gòu)形式，半徑較小的凸面朝向物方，半徑較大的凸面朝向像方；第三負(fù)透鏡為雙凹結(jié)構(gòu)形式，半徑較小的凹面朝向物方，半徑較大的凹面朝向像方；
前組元的焦距為fGl，它的值滿足以下條件:115〈 fGl〈125 ;變倍組元的焦距為fG2，它滿足下述條件:0.6〈 fG2/ fGl〈0.7;補(bǔ)償組元的焦距為fG3，它的值滿足下述條件:-15.8〈fG3<-14.3 ;后組元的焦距為fG4，它的值滿足以下條件:33.8〈 fG4<35.8 ;當(dāng)變倍組元沿像方到物方的方向移動(dòng)，然后再沿物方到像方的方向移動(dòng)；補(bǔ)償組元固定沿物方到像方的方向移動(dòng)，而前組元和后組元在整個(gè)系統(tǒng)中固定不動(dòng)，所述系統(tǒng)的倍率則可從最低值-0.4倍達(dá)到最高值-3.2倍。
[0005]由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下有益效果:
1、本發(fā)明具有光學(xué)結(jié)構(gòu)簡單，中等的變焦比(8:1)，成像質(zhì)量卓越的特點(diǎn)。
[0006]2、本發(fā)明當(dāng)變倍組元沿像方到物方的方向移動(dòng)，然后再沿物方到像方的方向移動(dòng)；補(bǔ)償組元固定沿物方到像方的方向移動(dòng)，而前組元和后組元在整個(gè)系統(tǒng)中固定不動(dòng)，所述系統(tǒng)的倍率可從最低值-0.4倍達(dá)到最高值-3.2倍。
[0007]3、本發(fā)明在變焦過程中，所有倍率的像方視場邊緣具有很高的漸暈系數(shù)，嚴(yán)格保證了整個(gè)像面亮度的均勻性，很好地滿足了 CXD成像的要求。
[0008]4、本發(fā)明的各個(gè)光學(xué)元件工藝性良好，易于加工，各元件的精度能得到很好的保證；所采用的玻璃材料均為常規(guī)材料，物理、化學(xué)性能穩(wěn)定，確保系統(tǒng)能長時(shí)間保持優(yōu)異的成像質(zhì)量。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1是本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)示意圖。
[0010]圖2為-0.4倍的光學(xué)傳遞函數(shù)圖。
[0011]圖3為-0.4倍的像曲及畸變圖。
[0012]圖4為-0.4倍的漸暈曲線圖。
[0013]圖5為-2倍的光學(xué)傳遞函數(shù)圖。
[0014]圖6為-2倍的像曲及畸變圖。
[0015]圖7為-2倍的漸暈曲線圖。
[0016]圖8為-3.2倍的光學(xué)傳遞函數(shù)圖。
[0017]圖9為-3.2倍的像曲及畸變圖。
[0018]圖10為-3.2倍的漸暈曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳述:
圖1的顯微鏡光學(xué)變焦系統(tǒng)，從物方到像方的順序來看，整個(gè)系統(tǒng)由四部分組成:具有正光焦度的前組元G1，具有正光焦度的變倍組元G2，具有負(fù)光焦度的補(bǔ)償組元G3，具有正光焦度的后組元G4。系統(tǒng)的倍率從最低值-0.4倍變到最高值-3.2倍的整個(gè)過程中，變倍組元G2先沿像方到物方的方向移動(dòng)，然后再沿物方到像方的方向移動(dòng)；補(bǔ)償組元G3固定沿物方到像方的方向移動(dòng)，而前組Gl元和后組元G4在整個(gè)系統(tǒng)中是固定不動(dòng)的。來自物體的光線經(jīng)前組元Gl后通常會形成一個(gè)有限遠(yuǎn)共軛距的像，但在本系統(tǒng)中它的像成在無限遠(yuǎn)處，也就是說物體與前組元Gl的物方焦平面重合。對于變倍組元G2來說，它的物距為無限遠(yuǎn)，無論變倍組元G2運(yùn)動(dòng)到系統(tǒng)中的哪個(gè)位置，它的放大率恒為零，它對整個(gè)變焦系統(tǒng)的倍率變化是沒有貢獻(xiàn)的。因此系統(tǒng)的倍率變化完全由補(bǔ)償組元G3來承擔(dān)，補(bǔ)償組G3元運(yùn)動(dòng)開始位置的倍率與運(yùn)動(dòng)結(jié)束位置倍率的比值等于整個(gè)系統(tǒng)的變倍比。[0020]前組元Gl為一個(gè)具有正光焦度的膠合組，由第一負(fù)透鏡Lll與第一正透鏡L12膠合而成；第一負(fù)透鏡Lll采用平凹結(jié)構(gòu)形式，平面I朝向物方，凹面2為膠合面；第一正透鏡L12為雙凸結(jié)構(gòu)形式，球面半徑較小的面為膠合面，另一凸面3朝向物方；前組元Gl作為一個(gè)整體來看是一個(gè)平凸結(jié)構(gòu)形式，符合物或像處于無限遠(yuǎn)時(shí)的正透鏡最小球差的結(jié)構(gòu)形式。
[0021]變倍組元G2由第五正透鏡組成，采用平凸結(jié)構(gòu)形式，它的凸面4朝向來自物方的平行光束，平面5則向像方，它也符合物方無限遠(yuǎn)時(shí)球差最小的透鏡結(jié)構(gòu)形式。
[0022]補(bǔ)償組元G3為一個(gè)具有負(fù)光焦度的膠合組，由第二負(fù)透鏡L31與第二正透鏡L32膠合而成；第二負(fù)透鏡L31為雙凹透鏡，半徑較大的凹面6朝向物方，半徑較小的凹面7為膠合面；第二正透鏡L32為彎月結(jié)構(gòu)形式，凸面為膠合面，凹面8朝向像方。
[0023]后組元G4具有正的光焦度，它由第三正透鏡L41、第四正透鏡L42及第三負(fù)透鏡L43組成；第三正透鏡L41為雙凸結(jié)構(gòu)形式，半徑較大的凸面9朝向物方，半徑較小的凸面10朝向像方；第四正透鏡L42為雙凸結(jié)構(gòu)形式，半徑較小的凸面11朝向物方，半徑較大的凸面12朝向像方；第三負(fù)透鏡L43為雙凹結(jié)構(gòu)形式，半徑較小的凹面13朝向物方，半徑較大的凹面14朝向像方。
[0024]前組元Gl的焦距為fGl，它的值滿足以下條件:115〈 fGl〈125，它是由系統(tǒng)的工作距離要求來決定的；變倍組元G2的焦距為fG2，則它滿足下述條件:0.6〈 fG2/ fGl〈0.7，它是從前組元Gl和變倍組元G2組成的子系統(tǒng)在整個(gè)系統(tǒng)中所承擔(dān)的倍率來考慮，另外還要考慮到在變焦過程中保證變倍組元G2不會與前組元Gl以及補(bǔ)償組元G3碰撞。
[0025]補(bǔ)償組元G3的焦距為fG3，它的值滿足下述條件:-15.8〈 fG3〈_14.3，當(dāng)焦距fG3的取值大于-14.3時(shí)，光束經(jīng)補(bǔ)償組元G3后會強(qiáng)烈發(fā)散，導(dǎo)致它在后組元G4的入射高度會劇增，從而給低倍時(shí)像差的校正帶來很大的困難；當(dāng)焦距fG3的取值小于-15.8時(shí)，補(bǔ)償組元G3變焦時(shí)它的行程會劇增，為了不致于碰撞到后組G4，補(bǔ)償組元G3與后組元G4之間的初始間隔會變得很大，這也會導(dǎo)致光束在后組元G4的入射高度會劇增，從而給低倍時(shí)像差的校正帶來很大的困難。
[0026]后組元G4的焦距為fG4，它的值滿足以下條件:33.8〈 fG4<35.8，這是由后組元G4在整個(gè)系統(tǒng)中所承擔(dān)的倍率及系統(tǒng)所要求的后工作截距來決定的。
[0027]下面的數(shù)據(jù)為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)例:
光學(xué)系統(tǒng)參數(shù):
數(shù)值孔徑NA=0.015?0.05，變倍范圍:-0.4倍?-3.2倍，工作距離WD=I 17mm，后工作截距=102.8mm,像高y' =4mm,即最大兼容1/2" CO)。
[0028]表I數(shù)據(jù)為本發(fā)明鏡頭的一個(gè)實(shí)例；物鏡從左到右的光學(xué)參數(shù)和特征數(shù)據(jù)如下表所示。
[0029]表I
【權(quán)利要求】
1.一種顯微鏡光學(xué)變焦系統(tǒng)，其特征在于:包括有從物方到像方的順序依次排列的具有正光焦度的前組元(G1)，具有正光焦度的變倍組元(G2)，具有負(fù)光焦度的補(bǔ)償組元(G3)和具有正光焦度的后組元(G4)組成的系統(tǒng)； 前組元(Gl)為一個(gè)具有正光焦度的膠合組，由第一負(fù)透鏡(Lll)與第一正透鏡(L12)膠合而成；第一負(fù)透鏡(Lll)采用平凹結(jié)構(gòu)形式，平面朝向物方，凹面為膠合面；第一正透鏡(L12)為雙凸結(jié)構(gòu)形式，球面半徑較小的面為膠合面；前組(Gl)作為一個(gè)整體是一個(gè)平凸結(jié)構(gòu)形式，符合物或像處于無限遠(yuǎn)時(shí)的正透鏡最小球差的結(jié)構(gòu)形式； 變倍組元(G2)由第五正透鏡組成，采用平凸結(jié)構(gòu)形式，它的凸面朝向來自物方的平行光束，平面則向像方，它也符合物方無限遠(yuǎn)時(shí)球差最小的透鏡結(jié)構(gòu)形式； 補(bǔ)償組元(G3)為一個(gè)具有負(fù)光焦度的膠合組，由第二負(fù)透鏡(L31)與第二正透鏡(L32)膠合而成；第二負(fù)透鏡(L31)為雙凹透鏡，半徑較大的凹面朝向物方，半徑較小的凹面為膠合面；第二正透鏡(L32)為彎月結(jié)構(gòu)形式，凸面為膠合面，凹面朝向像方； 后組元(G4)具有正的光焦度，它由第三正透鏡(L41 )，第四正透鏡(L42)及第三負(fù)透鏡(L43)組成；第三正透鏡(L41)為雙凸結(jié)構(gòu)形式，半徑較大的凸面朝向物方，半徑較小的凸面朝向像方；第四正透鏡(L42)為雙凸結(jié)構(gòu)形式，半徑較小的凸面朝向物方，半徑較大的凸面朝向像方；第三負(fù)透鏡(L43)為雙凹結(jié)構(gòu)形式，半徑較小的凹面朝向物方，半徑較大的凹面朝向像方； 前組元(Gl)的焦距為fGl，它的值滿足以下條件:115〈 fGl〈125 ;變倍組元(G2)的焦距為fG2，它滿足下述條件:0.6〈 fG2/ fGl〈0.7 ;補(bǔ)償組元(G3)的焦距為fG3，它的值滿足下述條件:-15.8〈 fG3〈-14.3 ;后組元(G4)的焦距為fG4，它的值滿足以下條件:33.8〈fG4<35.8 ;當(dāng)變倍組元(G2)沿像方到物方的方向移動(dòng)，然后再沿物方到像方的方向移動(dòng)；補(bǔ)償組元(G3)固定沿物方到像方的方向移動(dòng)，而前組(Gl)元和后組元(G4)在整個(gè)系統(tǒng)中固定不動(dòng)，所述系統(tǒng)的倍率則可從最低值-0.4倍達(dá)到最高值-3.2倍。
【文檔編號】G02B21/24GK103616759SQ201310668054
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年12月7日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月7日
【發(fā)明者】陳群 申請人:梧州奧卡光學(xué)儀器有限公司