用于視頻成像的顯微物鏡光學系統技術方案

一種用于視頻顯示成像的顯微物鏡光學系統，由第一透鏡組、第二透鏡組、分光棱鏡、第三透鏡組、第四透鏡組、第五透鏡組、第六透鏡組、第七透鏡組、第八透鏡組、第九透鏡組沿光軸自左向右順序排列，第一透鏡組和第二透鏡組構成系統的前置物鏡組，第三透鏡組至第九透鏡組構成系統的主物鏡組；所述的第三透鏡組的焦距為fU3，第四透鏡組的焦距為fU4，主物鏡組的焦距為fE2，三者滿足下列關系式：0.46<|fU3/fU4|<0.68，6.23<|fU3/fE2|<7.53。本發明專利技術顯微物鏡在360nm~550nm波段范圍具有大數值孔徑、大視場、長工作距離、小相對畸變、高放大倍率的特點，系統成像質量達到了衍射極限。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于光學儀器
，特別是一種用于視頻成像的顯微物鏡光學系統，主要適用于電子工業生產線的檢驗、印刷線路板的檢定、印刷電路組件中出現的焊接缺陷(印刷錯位、塌邊等)的檢定、單板PC的檢定、真空熒光顯示屏VFD的檢定、及林科院的植物表皮觀察，美容業皮膚檢測等等，它將實物的圖像放大后顯示在顯微鏡屏幕上，并可拍攝成圖片或視頻進行再次分析處理。
技術介紹
隨著CXD攝像機的興起，顯微鏡可以通過其將實時圖像轉移到電視機或者監視器上，直接觀察，同時也可以通過相機拍攝。隨著數碼產業以及電腦業的發展，顯微鏡的功能也通過它們得到提升，使其向著更簡便更容易操作的方面發展。到了 90年代末，半導體行業的發展，屋厘要求顯微鏡可以帶來更加配合的功能，硬件與軟件的結合，智能化，人性化， 使顯微鏡在工業上有了更大的發展。視頻顯微鏡和數碼顯微鏡是以電視攝像靶或光電耦合器作為接收元件的顯微鏡。將放大后的圖像導入到電視機或計算機，在顯示屏上顯示出來進行觀察分析。這類顯微鏡的主要優點是與計算機聯用后便于實現檢測和信息處理的自動化應用于需要進行大量繁瑣的檢測工作的場合。物鏡是顯微鏡最重要的光學部件，利用光線使被檢物體第一次成像，因而直接關系和影響成像的質量以及各項光學技術參數。在物鏡的各個技術參數中，物鏡分辨細節的能力即分辨率是衡量一臺顯微鏡質量的首要標準，在理論上它受限于系統的衍射分辨率，因此，提高系統的衍射分辨率一直是顯微物鏡發展的主要方向。為了提高顯微物鏡的衍射分辨率，一般是通過增大系統的數字孔徑NA來實現，根據公式NA=nSin(A)，可以看出，在空氣中NA的理論極限是1，但這樣的系統在設計上難度是很大的，目前大的NA可以到0.9，因此，有的系統采用物面浸油方式(油的折射率大于I)來提高系統的NA，但在使用上帶來了諸多不便。另外，光學系統的衍射分辨率與使用的光源波長也有十分密切的關系，使用波長越短，衍射分辨率相應就越高，但短波長的光源在使用上還存在限制，比如，對光學材料的選擇余地就比較小?，F代顯微物鏡已達到高度完善，其數值孔徑已接近極限,視場中心的分辨率與理論值之區別已微乎其微.但繼續增大顯微物鏡視場與提高視場邊緣成像質量的可能性仍然存在，這種研究工作，至今仍在進行。與寬光束有關的像差是球差、慧差以及位置色差；與視場有關的盤差是盤散、M、盧變以及倍率色差，因此，針對實際使用的具體情況和要求，匹配好顯微系統的各個技術參數以達到最高性能和最高效率的應用有著十分重要的意義。
技術實現思路
本專利技術的目的是為了提供一種一種用于視頻成像的顯微物鏡光學系統，該顯微物鏡能夠在寬波段范圍內(360nnT550nm)實現大數值孔徑(NA=O. 85)、大視場(O. 3mm)、長工作距離(O. 79mm)、小相對畸變(O. 03% )、高放大倍率(50倍)、成像質量達到了衍射極限(波像差小于四分之一波長)的用于視頻成像。為了描述方便，本專利技術所述光學系統從成像面(如電視攝像靶或光電耦合器CCD)到顯微物鏡的觀察物面為從左向右的方向。為達到本專利技術的目的，本專利技術的技術方案是—種用于視頻成像的顯微物鏡光學系統由第一透鏡組、第二透鏡組、分光棱鏡、第三透鏡組、第四透鏡組、第五透鏡組、第六透鏡組、第七透鏡組、第八透鏡組、第九透鏡組沿光軸自左向右順序排列構成，第一透鏡組和第二透鏡組構成系統的前置物鏡組，第三透鏡組至第九透鏡組構成系統的主物鏡組；其特征在于設第三透鏡組的焦距為fU3，第四透鏡組的焦距為fU4，主物鏡組的焦距為fE2，三者滿足下列關系式O. 46< I fU3/fU4 | <0. 686. 23< I fU3/fE2 I <7. 53 所述的前置物鏡組是由正透鏡相對的兩個雙膠合透鏡組構成。所述的第三透鏡組中的冕玻璃透鏡焦距為負，火石玻璃透鏡的焦距為正，且冕玻璃在火石玻璃的左邊。所述的第八透鏡組為一個三膠合透鏡，結構為“正負正”型，兩個正透鏡為低色散的冕玻璃，中間的負透鏡為火石類玻璃。整個系統包含18個透鏡和一個分光棱鏡，其中，第一透鏡組至第七透鏡組均為雙膠合透鏡組，第八透鏡組為一個三膠合透鏡組，第九透鏡組為單透鏡。主物鏡組將觀察物面成像到無窮遠處，前置物鏡組再將這無窮遠的像成像到電視攝像靶或光電耦合器CCD上，由前置物鏡組和主物鏡組的焦距就決定了本專利技術的顯微光學系統的放大率。本專利技術的技術效果如下經實驗表明，本專利技術顯微物鏡能夠在寬波段范圍內(360nnT550nm)實現大數值孔徑(NA=O. 85)、大視場(O. 3mm)、長工作距離(O. 79mm)、小相對畸變(O. 03 % )、高放大倍率(50倍)、成像質量達到了衍射極限(波像差小于四分之一波長)的用于視頻成像。附圖說明圖I是本專利技術顯微物鏡光學系統圖；圖2是本專利技術顯微物鏡光學系統的波像差曲線圖； 圖3是本專利技術顯微物鏡光學系統的衍射MTF圖；圖4是本專利技術顯微物鏡光學系統的場曲和畸變曲線5是本專利技術顯微物鏡光學系統的垂軸像差曲線圖具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本專利技術作進一步說明，但不應以此限制本專利技術的保護范圍。參看圖1，本專利技術用于視頻顯示成像的顯微物鏡光學系統，由第一透鏡組U1、第二透鏡組U2、分光棱鏡P、第三透鏡組U3、第四透鏡組U4、第五透鏡組U5、第六透鏡組U6、第七透鏡組U7、第八透鏡組U8、第九透鏡組U9沿光軸自左向右順序排列構成，所述的第一透鏡組Ul和第二透鏡組U2構成系統的前置物鏡組El，第三透鏡組U3至第九透鏡組U9構成系統的主物鏡組E2 ;其特點在于所述的第三透鏡組U3的焦距為fU3，第四透鏡組U4的焦距為fU4,主物鏡組E2的焦距為fE2,三者滿足下列關系式O. 46〈 I fU3/fU4 |〈O. 686. 23< I fU3/fE2 I <7. 53 第三透鏡組U3至第九透鏡組U9構成系統的主物鏡組(E2)將觀察物面成像到無窮遠處，再經過前置物鏡組El將這無窮遠的像成像到電視攝像靶或光電耦合器CXD上，由前置物鏡組El和主物鏡組E2的焦距比值就決定了本專利技術的顯微光學系統的放大率。在前置物鏡組El和主物鏡組E2之間放置分光棱鏡P以使照明光束由此進入系統，照亮物面。 本專利技術的顯微物鏡光學系統由9個透鏡組和一個分光棱鏡(P)構成，其中，第一透鏡組Ul至第七透鏡組U7均為雙膠合透鏡組，第八透鏡組U8為三膠合透鏡組，第九透鏡組U9為一個單透鏡，各個透鏡組中的正、負透鏡的位置關系為第一透鏡組Ul為負正型，第二透鏡組U2為正負型，第三透鏡組U3為負正型，第四透鏡組U4為負正型，第五透鏡組U5為正負型，第六透鏡組U6為正負型，第七透鏡組U7為正負型，第八透鏡組U8為正負正型，第九透鏡組U9為一個單透鏡且焦距為正。前置物鏡組El是由第一透鏡組Ul和第二透鏡組U2兩個雙膠合透鏡組構成，這兩個雙膠合透鏡組的正透鏡相對，可以從設計上保證光線在膠合面上的入射角較小。對于顯微系統主物鏡組E2的前兩組膠合透鏡即第三透鏡組U3和第四透鏡組U4，它們的焦距比以及與主物鏡E2的焦距比決定了該結構形式的光學系統總體性能的優劣，設第三透鏡組U3的焦距為fU3，第四透鏡組U4的焦距為fU4，主物鏡組E2的焦距為fE2，三者需要滿足下列不等式O. 46〈 I fU3本文檔來自技高網...

【技術保護點】
用于視頻顯示成像的顯微物鏡光學系統，由第一透鏡組(U1)、第二透鏡組(U2)、分光棱鏡(P)、第三透鏡組(U3)、第四透鏡組(U4)、第五透鏡組(U5)、第六透鏡組(U6)、第七透鏡組(U7)、第八透鏡組(U8)、第九透鏡組(U9)沿光軸自左向右順序排列構成，所述的第一透鏡組(U1)和第二透鏡組(U2)構成系統的前置物鏡組(E1)，第三透鏡組(U3)至第九透鏡組(U9)構成系統的主物鏡組(E2)；其特征在于：所述的第三透鏡組(U3)的焦距為fU3，第四透鏡組(U4)的焦距為fU4，主物鏡組(E2)的焦距為fE2，三者滿足下列關系式：0.46<|fU3/fU4|<0.686.23<|fU3/fE2|<7.53。

【技術特征摘要】
1.用于視頻顯示成像的顯微物鏡光學系統，由第一透鏡組(Ul)、第二透鏡組(U2)、分光棱鏡(P)、第三透鏡組(U3)、第四透鏡組(U4)、第五透鏡組(U5)、第六透鏡組(U6)、第七透鏡組(U7)、第八透鏡組(U8)、第九透鏡組(U9)沿光軸自左向右順序排列構成，所述的第一透鏡組(Ul)和第二透鏡組(U2)構成系統的前置物鏡組(El)，第三透鏡組(U3)至第九透鏡組(U9)構成系統的主物鏡組(E2);其特征在于所述的第三透鏡組(U3)的焦距為fU3，第四透鏡組(U4)的焦距為fU4，主物鏡組(E2)的焦距為fE2，三者滿足下列...

【專利技術屬性】
技術研發人員：曹紅曲，步揚，王向朝，徐文東，袁春曉，徐靜浩，
申請(專利權)人：中國科學院上海光學精密機械研究所，
類型：發明
國別省市：