1.本发明属于技术光学仪器技术领域，具体涉及一种显微镜物镜。


背景技术：

2.光学显微镜通常由目镜，管镜，物镜，粗准焦螺旋，细准焦螺旋，压片夹，通光孔，遮光器，转换器，反光镜，载物台，镜臂，镜筒，镜座，聚光器，光阑组成。显微镜的放大作用主要取决于物镜，物镜质量以及结构直接影响显微镜映像质量，它是决定显微镜的分辨率和成像清晰程度的主要部件。
3.光学系统的数值孔径(na)是用以衡量该系统能够收集的光的角度范围。在光学的不同领域，数值孔径的精确定义略有不同。在光学领域，数值孔径描述了透镜收光锥角的大小，而后者决定了透镜收光能力和空间分辨率；在光纤领域，数值孔径则描述了光进出光纤时的锥角大小。数值孔径是显微镜物镜的重要参数，决定了物镜的分辨率与物镜的放大倍数、工作距离、景深有直接关系。目前，世界范围内已有各类显微镜物镜，但是技术上20x物镜数值孔径能达到的最大的数值也只有0.50mm，因为使用更大的数值孔径将会导致成像质量效果降低，无法使用。
4.针对上述问题，现有技术中已经提出了一些解决方案，例如公开号为cn205844615u的中国实用新型专利，在2016年12月28日公开了一种显微镜20x物镜，包括同光轴设置的五片球面玻璃透镜，从物方至像方依次为：第一透镜d1、第二透镜d2、第三透镜d3、第四透镜d4、第五透镜d5，其中第二透镜d2和第三透镜d3组成胶合透镜组；所述的第一透镜d1朝向物方为凹面，朝向像方为凸面；第二透镜d2朝向物方为凸面，朝向像方为凹面；第三透镜d3朝向物方为凸面，朝向像方为凸面；第四透镜d4朝向物方为凸面，朝向像方为凹面；第五透镜d5朝向物方为凸面，朝向像方为凹面。从而使得在较大数值孔径的前提下获得工作距离较长。该方案的不足之处在于数值孔径即使在一定程度上有所增加，但是其观察视场较小，成像质量下降，并不能满足各领域对显微镜物镜的要求。由于数值孔径越大，成像质量越难以控制。如何在能在更大的数值孔径条件下，还能保证较高的成像质量，使显微镜能够在本行业内应用范围更广，是亟需解决的难题。


技术实现要素：

5.1、技术问题
6.针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种显微镜物镜，满足在较高成像质量的前提下拥有较大的数值孔径以及较大的观察视场。
7.2、技术方案
8.为消除上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：本发明公开了一种显微镜物镜，所述物镜从物方到像方依次包括第一透镜：朝向物方的面为凹面，朝向像方面为凸面；透镜组一：朝向物方的面为凹面，朝向像方面为凸面；透镜组二：朝向物方的面为凸面，朝向像方面为凸面；第六透镜：朝向物方为凸面，朝向像方面为凸面；透镜组三：朝向物方的面为
凸面，朝向像方面为凸面；透镜组四：朝向物方的面为凸面，朝向像方面为凹面。所述物镜的全部透镜从物方到像方同光轴设置，该物镜在拥有较大的数值孔径前提下，具备较高成像质量，以及较大的观察视场，以满足各个领域对显微镜物镜的要求。
9.优选的，所述透镜组一由第二透镜和第三透镜胶合而成，所述第二透镜和第三透镜均为凹凸透镜；所述透镜组二由第四透镜和第五透镜胶合而成，所述第四透镜为凸透镜，所述第五透镜为凹凸透镜；所述透镜组三由第七透镜和第八透镜胶合而成，所述第七透镜为凹凸透镜，所述第八透镜为凸透镜；所述透镜组四由第九透镜和第十透镜胶合而成，所述第九透镜为凸透镜，所述第十透镜为凹透镜；
10.优选的，包括十六个镜面，镜面参数分别为
11.第一镜面为r1＝－4.516～－4.913mm、d1＝4.30～4..80mm、φ1＝4.10～4.40mm；
12.第二镜面为r2＝－5.650～－6.031mm、d2＝0.15～0.35mm、φ2＝9.10～9.30mm；
13.第三镜面为r3＝－8.501～－8.912mm、d3＝1.10～1.40mm、φ3＝9.80～10.20mm；
14.第四镜面为r4＝－14.015～－14.375mm、d4＝5.40～5.80mm、φ4＝11.90～12.20mm；
15.第五镜面为r5＝－7.445～－7.801mm、d5＝0.18～0.23mm、φ5＝14.30～14.70mm；
16.第六镜面为r6＝+74.628～+76.201mm、d6＝7.30～7.60mm、φ6＝17.40～17.80mm；
17.第七镜面为r7＝－9.735～－10.225mm、d7＝1.20～1.50mm、φ7＝17.80～18.20mm；
18.第八镜面为r8＝－23.052～－23.384mm、d8＝0.30～0.60mm、φ8＝21.20～21.50mm；
19.第九镜面为r9＝+37.134～+37.658mm、d9＝6.40～6.80mm、φ9＝24.70～25.00mm；
20.第十镜面为r10＝－29.355～－29.703mm、d10＝0.50～0.80mm、φ10＝25.10～25.40mm；
21.第十一镜面为r11＝+19.458～+19.868mm、d11＝1.35～1.70mm、φ11＝24.20～24.50mm；
22.第十二镜面为r12＝+13.535～+13.863mm、d12＝8.80～9.20mm、φ12＝22.10～22.40mm；
23.第十三镜面为r13＝－37.334～－37.825mm、d13＝0.45～0.85mm、φ13＝21.70～22.00mm；
24.第十四镜面为r14＝+17.135～+17.565mm、d14＝4.50～4.80mm、φ14＝18.50～18.90mm；
25.第十五镜面为r15＝－33.425～－33.964mm、d15＝1.25～1.65mm、φ15＝17.65～17.95mm；
26.第十六镜面为r16＝+9.125～+9.565mm、d16＝199～201mm、φ16＝13.20～13.60mm；
27.其中r为曲率半径，d为相邻镜面距离，φ为有效通光孔径。
28.优选的，所述第一透镜的焦距为30～40mm；透镜组一的焦距为110～130mm；透镜组二的焦距为155～165mm；第六透镜的焦距为35～45mm；透镜组三的焦距为35～45mm；透镜组四的焦距为-25～-35mm。
29.优选的，所述
30.第一透镜(110)的折射率/阿贝系数为1.88300/40.79；
31.第二透镜(120)的折射率/阿贝系数为1.88300/40.79；
32.第三透镜(130)的折射率/阿贝系数为1.43335/94.52；
33.第四透镜(140)的折射率/阿贝系数为1.43335/94.52；
34.第五透镜(150)的折射率/阿贝系数为1.7552//27.53；
35.第六透镜(160)的折射率/阿贝系数为1.43335/94.52；
36.第七透镜(170)的折射率/阿贝系数为1.88300/40.79；
37.第八透镜(180)的折射率/阿贝系数为1.43335/94.52；
38.第九透镜(190)的折射率/阿贝系数为1.80518/25.46；
39.第十透镜(200)的折射率/阿贝系数为1.88300/40.79。
40.优选的，所述物镜的视场为25mm，数值孔径≥0.8。
41.优选的，所述物镜的镜面均为球面。
42.优选的，所述物镜的视场为25mm，数值孔径≥0.8。
43.一种包括所述物镜的显微镜。
44.优选的，所述显微镜的管镜长为165mm，放大倍数为20x。
45.3、有益效果
46.相比于现有技术，本发明的有益效果为：
47.本发明公开了一种显微镜物镜，所述物镜从物方到像方依次包括第一透镜：朝向物方的面为凹面，朝向像方面为凸面；透镜组一：朝向物方的面为凹面，朝向像方面为凸面；透镜组二：朝向物方的面为凸面，朝向像方面为凸面；第六透镜：朝向物方为凸面，朝向像方面为凸面；透镜组三：朝向物方的面为凸面，朝向像方面为凸面；透镜组四：朝向物方的面为凸面，朝向像方面为凹面。所述物镜的全部透镜从物方到像方同光轴设置，该物镜在拥有较大的数值孔径前提下，具备较高成像质量，以及较大的观察视场，以满足各个领域对显微镜物镜的要求。设置本发明显微镜物镜数值孔在0.8以上，通过上述透镜组合，使该物镜能够具备良好的成像质量，与较大的观察视场，满足各个领域对显微镜物镜使用的要求。
附图说明
48.图1为本发明的一种显微镜物镜的结构示意图；
49.图2为显微镜物镜的视场参数表；
50.图3为光线色散模拟检测图；
51.图4为单色光基于衍射的能量集中度图；
52.图5为多色光光学传递函数图；
53.图6为波相差与理论值的对比图；
54.图中：110、第一透镜；120、第二透镜；130、第三透镜；140、第四透镜；150、第五透镜；160、第六透镜；170、第七透镜；180、第八透镜；190、第九透镜；200、第十透镜。
具体实施方式
55.下文对本发明的示例性实施例的详细描述参考了附图，该附图形成描述的一部分，在该附图中作为示例示出了本发明可实施的示例性实施例。尽管这些示例性实施例被充分详细地描述以使得本领域技术人员能够实施本发明，但应当理解可实现其他实施例且可在不脱离本发明的精神和范围的情况下对本发明作各种改变。下文对本发明的实施例的更详细的描述并不用于限制所要求的本发明的范围，而仅仅为了进行举例说明且不限制对本发明的特点和特征的描述，以提出执行本发明的最佳方式，并足以使得本领域技术人员能够实施本发明。因此，本发明的范围仅由所附权利要求来限定。
56.以下结合附图做具体说明：
57.如图1所示，本发明公开了一种显微镜物镜，所述物镜从物方到像方(光线入射方为物方，出射方为像方)依次包括第一透镜110：朝向物方的面为凹面，朝向像方面为凸面；透镜组一：朝向物方的面为凹面，朝向像方面为凸面；透镜组二：朝向物方的面为凸面，朝向像方面为凸面；第六透镜160：朝向物方为凸面，朝向像方面为凸面；透镜组三：朝向物方的面为凸面，朝向像方面为凸面；透镜组四：朝向物方的面为凸面，朝向像方面为凹面。所述物镜的全部透镜从物方到像方同光轴设置，该物镜在拥有较大的数值孔径前提下，具备较高成像质量，以及较大的观察视场，以满足各个领域对显微镜物镜的要求。。
58.其中，透镜组一由第二透镜120和第三透镜130胶合而成，所述第二透镜120和第三透镜130均为凹凸透镜；第二透镜120朝向物方为凹面，朝向像方为凸面；第三透镜130朝向物方为凹面，朝向像方为凸面；透镜组二由第四透镜140和第五透镜150胶合而成，第四透镜140为凸透镜，朝向物方为凸面，朝向像方为凸面；第五透镜150为凹凸透镜，朝向物方为凹面，朝向像方为凸面；透镜组三由第七透镜170和第八透镜180胶合而成，第七透镜170为凹凸透镜，朝向物方为凸面，朝向像方为凹面；第八透镜180为凸透镜，朝向物方为凸面，朝向像方为凸面；透镜组四由第九透镜190和第十透镜(200)胶合而成，第九透镜190为凸透镜，朝向物方为凸面，朝向像方为凸面；第十透镜200为凹透镜，朝向物方为凹面，朝向像方为凹面。
59.该显微镜物镜的第一透镜110的焦距为30～40mm，优选35.174mm；透镜组一的焦距为110～130mm，优选123.991mm；透镜组二的焦距为155～165mm，优选158.134mm；第六透镜160的焦距为35～45mm，优选38.967mm；透镜组三的焦距为35～45mm，优选41.645mm；透镜组四的焦距为-25～-35mm，优选-27.54mm。
60.本发明的显微镜物镜共包括十六不同参数的镜面，十六个镜面从物方到像方，依次为第一透镜朝向物方的第一镜面，其为凹面，背向像方第二镜面，其为凸面。
61.透镜组一中，朝向物方的第三镜面，其为凹面；所述第二透镜120和第三透镜130胶合而成的第四镜面，朝向物方为凹面；朝向像方的第五镜面，其为凸面。
62.透镜组二中，朝向物方的第六镜面，其为凸面；第四透镜140和第五透镜150胶合而成的第七镜面，朝向物方为凹面；朝向像方的第八镜面，其为凸面；
63.第六透镜朝向物方的第九镜面，其为凸面；朝向像方第十镜面，其为凸面。
64.透镜组三中，朝向物方的第十一镜面，其为凸面；第七透镜170和第八透镜180胶合而成的第十二镜面，朝向物方为凸面；朝向像方的第十三镜面，其为凸面。
65.透镜组四中，朝向物方的第十四镜面，其为凸面；第九透镜190和第十透镜200胶合
而成的第十五镜面；朝向物方为凹面；朝向像方的第十六镜面，其为凸面。
66.整个透镜组合中，第一透镜的镜面参数决定了数值孔径大小，而其余的透镜及透镜参数决定物镜成像质量。为了更好的成像质量，对物镜中所有的透镜及透镜组合进行整体参数搭配调试，确定成像较好的情况下，各个透镜的镜面参数如下：
67.十六个镜面的曲率半径r、镜面距离d、有效通光孔径φ如下：
68.第一镜面为r1＝－4.516～－4.913mm、d1＝4.30～4..80mm、φ1＝4.10～4.40mm；
69.第二镜面为r2＝－5.650～－6.031mm、d2＝0.15～0.35mm、φ2＝9.10～9.30mm；
70.第三镜面为r3＝－8.501～－8.912mm、d3＝1.10～1.40mm、φ3＝9.80～10.20mm；
71.第四镜面为r4＝－14.015～－14.375mm、d4＝5.40～5.80mm、φ4＝11.90～12.20mm；
72.第五镜面为r5＝－7.445～－7.801mm、d5＝0.18～0.23mm、φ5＝14.30～14.70mm；
73.第六镜面为r6＝+74.628～+76.201mm、d6＝7.30～7.60mm、φ6＝17.40～17.80mm；
74.第七镜面为r7＝－9.735～－10.225mm、d7＝1.20～1.50mm、φ7＝17.80～18.20mm；
75.第八镜面为r8＝－23.052～－23.384mm、d8＝0.30～0.60mm、φ8＝21.20～21.50mm；
76.第九镜面为r9＝+37.134～+37.658mm、d9＝6.40～6.80mm、φ9＝24.70～25.00mm；
77.第十镜面为r10＝－29.355～－29.703mm、d10＝0.50～0.80mm、φ10＝25.10～25.40mm；
78.第十一镜面为r11＝+19.458～+19.868mm、d11＝1.35～1.70mm、φ11＝24.20～24.50mm；
79.第十二镜面为r12＝+13.535～+13.863mm、d12＝8.80～9.20mm、φ12＝22.10～22.40mm；
80.第十三镜面为r13＝－37.334～－37.825mm、d13＝0.45～0.85mm、φ13＝21.70～22.00mm；
81.第十四镜面为r14＝+17.135～+17.565mm、d14＝4.50～4.80mm、φ14＝18.50～18.90mm；
82.第十五镜面为r15＝－33.425～－33.964mm、d15＝1.25～1.65mm、φ15＝17.65～17.95mm；
83.第十六镜面为r16＝+9.125～+9.565mm、d16＝199～201mm、φ16＝13.20～13.60mm。
84.其中，曲率半径r的参数，“+”代表镜面为凸面，“－”代表镜面为凹面。
85.对上述参数范围内的透镜组合成的物镜进行物镜成像质量的检测，其成像质量优异。
86.第一透镜中的第一镜面与第二镜面参数设置为：第一镜面为r1＝－4.516～－4.913mm、d1＝4.30～4..80mm、φ1＝4.10～4.40mm；第二镜面为r2＝－5.650～－6.031mm、
d2＝0.15～0.35mm、φ2＝9.10～9.30mm；通过数值孔径计算公式，可得该物镜的数值孔径不低于0.8。
87.检测项目包括：
88.1、模拟检测视场点参数；2、模拟检测子午分量和弧矢分量的光瞳坐标下光程差关系；3、模拟检测大视场下单色光体现出的基于衍射的能量集中度状况；4、模拟检测在大视场下多色光光学传递函数；5、模拟检测波像差与理论值对比图。从检测图像和参数上反映出本发明显微镜物镜较好的质量。
89.在上述镜面参数范围内选择中间参数(如表1)，第一镜面至第十六镜面参数，通过zemax软件模拟检测其成像质量。
90.表1第一镜面至第十六镜面选取检测参数及十片透镜的折射率/阿贝系数(nd/vd)
[0091][0092][0093]
上表中的曲率半径r为该镜面的球面半径，镜面距离为d为从第一镜面开始相邻两镜面之间距离，“有效通光口径φ”为物镜像方数值孔径在0.8时各个镜面的有效通光口径
的径值。需要注意的是，本发明的显微镜物为20x物镜，其配合管径f＝165mm(无穷远系统镜头)使用，具有工作距离长、分辨率高、体积小等特点。
[0094]
为了进一步检验该物镜的成像质量，采用zemax软件从以下几个方面对显微镜物镜的成像效果进行模拟检测。
[0095]
一、模拟检测视场点参数
[0096]
如图2所示，zemax中显示测得的半视场角可以达到12.5mm，则视场角可达到为25mm。
[0097]
二、模拟检测子午分量和弧矢分量的光瞳坐标下光程差关系
[0098]
如图3所示，模拟成像几种不同视场条件下，不同波长(单位：nm)光线其子午分量和弧矢分量的光瞳坐标下光程差曲线图：
[0099]
第一组模拟成像：视场点为0.00mm，光线波长分别为0.644、0.546、0.480、0.436。
[0100]
第二组模拟成像：视场点为8.50mm，光线波长分别为0.644、0.546、0.480、0.436。
[0101]
第三组模拟成像：视场点为12.02mm，光线波长分别为0.644、0.546、0.480、0.436。
[0102]
第四组模拟成像：视场点为14.72mm，光线波长分别为0.644、0.546、0.480、0.436。
[0103]
第五组模拟成像：视场点为20.00mm，光线波长分别为0.644、0.546、0.480、0.436。
[0104]
图中，同一组中左为子午分量光瞳坐标下光程差曲线图，右为弧矢分量的光瞳坐标下光程差曲线图，在子午分量光瞳坐标下光程差曲线图或弧矢分量的光瞳坐标下光程差曲线图中，由下至上分别为0.644、0.546、0.480、0.436波长的光线的曲线靠近横坐标轴，光程差较好，体现出整个视场的色散状况较好，显微镜物镜具有较高的成像质量。
[0105]
三、模拟检测大视场下单色光体现出的基于衍射的能量集中度状况。
[0106]
如图4所示，为了进一步检验显微镜物镜成像质量，在zemax软件中，模拟大视场下单色光体现出的基于衍射的能量集中度状况。图中，各曲线与基准线相交由下至上，每条曲线分别表示视场点为20.00mm、14.72mm、12.02mm、8.50mm、0.00mm时，视场的能量百分比与光斑半径之间的关系，以最上面一条曲线(理想情况下能量百分比与光斑半径的关系)作为参考，可以看出在，各个视场点对应的曲线相比于理想曲线，差距较小，从而可以体现出整个视场具有较好的能量集中度，反映物镜具有较高的成像质量。
[0107]
四、模拟检测在大视场下多色光光学传递函数
[0108]
如图5所示，图中曲线为子午分量的传递函数或弧矢分量的传递函数；作一基准线，各曲线与基准线相交由下至上，
[0109]
第一条曲线表示视场点为14.72mm的子午分量的传递函数；
[0110]
第二条曲线表示视场点为12.02mm的子午分量的传递函数；
[0111]
第三条曲线表示视场点为20.00mm的子午分量的传递函数；
[0112]
第四条曲线表示视场点为8.50mm的子午分量的传递函数；
[0113]
第五条曲线表示视场点为20.00mm的弧矢分量的传递函数；
[0114]
第六条曲线表示视场点为14.72mm的弧矢分量的传递函数；
[0115]
第七条曲线表示视场点为12.02mm的弧矢分量的传递函数；
[0116]
第八条曲线表示视场点为8.50mm的弧矢分量的传递函数；
[0117]
第九条曲线表示视场点为0.00mm的子午分量的传递函数和弧矢分量的传递函数。
[0118]
其中，第十条曲线(最上端曲线)为理想情况下的传递函数曲线，从图中可以看出，
在各个视场点下的子午分量的传递函数和弧矢分量的传递函数比较接近，可知本显微镜物镜的整个视场的衬度较好，反映物镜具有较高的成像质量。
[0119]
五、模拟检测波像差与理论值对比图
[0120]
如图6所示，波像差是检测系统的成像质量的重要指标，波像差越小，成像质量越好。由图可以看出，实际波面与理想球面波差距极小，成像效果接近完美。
[0121]
本发明所述的显微镜物镜，在调节第一透镜镜面参数，使之达到0.8数值孔径的同时，本发明同时具备优良的成像质量，其观察视场能够达到25mm，满足各领域对显微镜物镜的要求。而且本发明的显微镜物镜采用全部球面玻璃透镜，可以与现有技术中的光学镜片加工和检测工艺兼容，具有较好的适用性。
[0122]
以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。