用于视频成像的显微物镜光学系统技术方案

一种用于视频显示成像的显微物镜光学系统，由第一透镜组、第二透镜组、分光棱镜、第三透镜组、第四透镜组、第五透镜组、第六透镜组、第七透镜组、第八透镜组、第九透镜组沿光轴自左向右顺序排列，第一透镜组和第二透镜组构成系统的前置物镜组，第三透镜组至第九透镜组构成系统的主物镜组；所述的第三透镜组的焦距为fU3，第四透镜组的焦距为fU4，主物镜组的焦距为fE2，三者满足下列关系式：0.46<|fU3/fU4|<0.68，6.23<|fU3/fE2|<7.53。本发明专利技术显微物镜在360nm~550nm波段范围具有大数值孔径、大视场、长工作距离、小相对畸变、高放大倍率的特点，系统成像质量达到了衍射极限。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于光学仪器
，特别是一种用于视频成像的显微物镜光学系统，主要适用于电子工业生产线的检验、印刷线路板的检定、印刷电路组件中出现的焊接缺陷(印刷错位、塌边等)的检定、单板PC的检定、真空荧光显示屏VFD的检定、及林科院的植物表皮观察，美容业皮肤检测等等，它将实物的图像放大后显示在显微镜屏幕上，并可拍摄成图片或视频进行再次分析处理。
技术介绍
随着CXD摄像机的兴起，显微镜可以通过其将实时图像转移到电视机或者监视器上，直接观察，同时也可以通过相机拍摄。随着数码产业以及电脑业的发展，显微镜的功能也通过它们得到提升，使其向着更简便更容易操作的方面发展。到了 90年代末，半导体行业的发展，屋厘要求显微镜可以带来更加配合的功能，硬件与软件的结合，智能化，人性化， 使显微镜在工业上有了更大的发展。视频显微镜和数码显微镜是以电视摄像靶或光电耦合器作为接收元件的显微镜。将放大后的图像导入到电视机或计算机，在显示屏上显示出来进行观察分析。这类显微镜的主要优点是与计算机联用后便于实现检测和信息处理的自动化应用于需要进行大量繁琐的检测工作的场合。物镜是显微镜最重要的光学部件，利用光线使被检物体第一次成像，因而直接关系和影响成像的质量以及各项光学技术参数。在物镜的各个技术参数中，物镜分辨细节的能力即分辨率是衡量一台显微镜质量的首要标准，在理论上它受限于系统的衍射分辨率，因此，提高系统的衍射分辨率一直是显微物镜发展的主要方向。为了提高显微物镜的衍射分辨率，一般是通过增大系统的数字孔径NA来实现，根据公式NA=nSin(A)，可以看出，在空气中NA的理论极限是1，但这样的系统在设计上难度是很大的，目前大的NA可以到0.9，因此，有的系统采用物面浸油方式(油的折射率大于I)来提高系统的NA，但在使用上带来了诸多不便。另外，光学系统的衍射分辨率与使用的光源波长也有十分密切的关系，使用波长越短，衍射分辨率相应就越高，但短波长的光源在使用上还存在限制，比如，对光学材料的选择余地就比较小。现代显微物镜已达到高度完善，其数值孔径已接近极限,视场中心的分辨率与理论值之区别已微乎其微.但继续增大显微物镜视场与提高视场边缘成像质量的可能性仍然存在，这种研究工作，至今仍在进行。与宽光束有关的像差是球差、慧差以及位置色差；与视场有关的盤差是盤散、M、盧变以及倍率色差，因此，针对实际使用的具体情况和要求，匹配好显微系统的各个技术参数以达到最高性能和最高效率的应用有着十分重要的意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了提供一种一种用于视频成像的显微物镜光学系统，该显微物镜能够在宽波段范围内(360nnT550nm)实现大数值孔径(NA=O. 85)、大视场(O. 3mm)、长工作距离(O. 79mm)、小相对畸变(O. 03% )、高放大倍率(50倍)、成像质量达到了衍射极限(波像差小于四分之一波长)的用于视频成像。为了描述方便，本专利技术所述光学系统从成像面(如电视摄像靶或光电耦合器CCD)到显微物镜的观察物面为从左向右的方向。为达到本专利技术的目的，本专利技术的技术方案是—种用于视频成像的显微物镜光学系统由第一透镜组、第二透镜组、分光棱镜、第三透镜组、第四透镜组、第五透镜组、第六透镜组、第七透镜组、第八透镜组、第九透镜组沿光轴自左向右顺序排列构成，第一透镜组和第二透镜组构成系统的前置物镜组，第三透镜组至第九透镜组构成系统的主物镜组；其特征在于设第三透镜组的焦距为fU3，第四透镜组的焦距为fU4，主物镜组的焦距为fE2，三者满足下列关系式O. 46< I fU3/fU4 | <0. 686. 23< I fU3/fE2 I <7. 53 所述的前置物镜组是由正透镜相对的两个双胶合透镜组构成。所述的第三透镜组中的冕玻璃透镜焦距为负，火石玻璃透镜的焦距为正，且冕玻璃在火石玻璃的左边。所述的第八透镜组为一个三胶合透镜，结构为“正负正”型，两个正透镜为低色散的冕玻璃，中间的负透镜为火石类玻璃。整个系统包含18个透镜和一个分光棱镜，其中，第一透镜组至第七透镜组均为双胶合透镜组，第八透镜组为一个三胶合透镜组，第九透镜组为单透镜。主物镜组将观察物面成像到无穷远处，前置物镜组再将这无穷远的像成像到电视摄像靶或光电耦合器CCD上，由前置物镜组和主物镜组的焦距就决定了本专利技术的显微光学系统的放大率。本专利技术的技术效果如下经实验表明，本专利技术显微物镜能够在宽波段范围内(360nnT550nm)实现大数值孔径(NA=O. 85)、大视场(O. 3mm)、长工作距离(O. 79mm)、小相对畸变(O. 03 % )、高放大倍率(50倍)、成像质量达到了衍射极限(波像差小于四分之一波长)的用于视频成像。附图说明图I是本专利技术显微物镜光学系统图；图2是本专利技术显微物镜光学系统的波像差曲线图； 图3是本专利技术显微物镜光学系统的衍射MTF图；图4是本专利技术显微物镜光学系统的场曲和畸变曲线5是本专利技术显微物镜光学系统的垂轴像差曲线图具体实施例方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明，但不应以此限制本专利技术的保护范围。参看图1，本专利技术用于视频显示成像的显微物镜光学系统，由第一透镜组U1、第二透镜组U2、分光棱镜P、第三透镜组U3、第四透镜组U4、第五透镜组U5、第六透镜组U6、第七透镜组U7、第八透镜组U8、第九透镜组U9沿光轴自左向右顺序排列构成，所述的第一透镜组Ul和第二透镜组U2构成系统的前置物镜组El，第三透镜组U3至第九透镜组U9构成系统的主物镜组E2 ;其特点在于所述的第三透镜组U3的焦距为fU3，第四透镜组U4的焦距为fU4,主物镜组E2的焦距为fE2,三者满足下列关系式O. 46〈 I fU3/fU4 |〈O. 686. 23< I fU3/fE2 I <7. 53 第三透镜组U3至第九透镜组U9构成系统的主物镜组(E2)将观察物面成像到无穷远处，再经过前置物镜组El将这无穷远的像成像到电视摄像靶或光电耦合器CXD上，由前置物镜组El和主物镜组E2的焦距比值就决定了本专利技术的显微光学系统的放大率。在前置物镜组El和主物镜组E2之间放置分光棱镜P以使照明光束由此进入系统，照亮物面。 本专利技术的显微物镜光学系统由9个透镜组和一个分光棱镜(P)构成，其中，第一透镜组Ul至第七透镜组U7均为双胶合透镜组，第八透镜组U8为三胶合透镜组，第九透镜组U9为一个单透镜，各个透镜组中的正、负透镜的位置关系为第一透镜组Ul为负正型，第二透镜组U2为正负型，第三透镜组U3为负正型，第四透镜组U4为负正型，第五透镜组U5为正负型，第六透镜组U6为正负型，第七透镜组U7为正负型，第八透镜组U8为正负正型，第九透镜组U9为一个单透镜且焦距为正。前置物镜组El是由第一透镜组Ul和第二透镜组U2两个双胶合透镜组构成，这两个双胶合透镜组的正透镜相对，可以从设计上保证光线在胶合面上的入射角较小。对于显微系统主物镜组E2的前两组胶合透镜即第三透镜组U3和第四透镜组U4，它们的焦距比以及与主物镜E2的焦距比决定了该结构形式的光学系统总体性能的优劣，设第三透镜组U3的焦距为fU3，第四透镜组U4的焦距为fU4，主物镜组E2的焦距为fE2，三者需要满足下列不等式O. 46〈 I fU3本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于视频显示成像的显微物镜光学系统，由第一透镜组(U1)、第二透镜组(U2)、分光棱镜(P)、第三透镜组(U3)、第四透镜组(U4)、第五透镜组(U5)、第六透镜组(U6)、第七透镜组(U7)、第八透镜组(U8)、第九透镜组(U9)沿光轴自左向右顺序排列构成，所述的第一透镜组(U1)和第二透镜组(U2)构成系统的前置物镜组(E1)，第三透镜组(U3)至第九透镜组(U9)构成系统的主物镜组(E2)；其特征在于：所述的第三透镜组(U3)的焦距为fU3，第四透镜组(U4)的焦距为fU4，主物镜组(E2)的焦距为fE2，三者满足下列关系式：0.46<|fU3/fU4|<0.686.23<|fU3/fE2|<7.53。

【技术特征摘要】
1.用于视频显示成像的显微物镜光学系统，由第一透镜组(Ul)、第二透镜组(U2)、分光棱镜(P)、第三透镜组(U3)、第四透镜组(U4)、第五透镜组(U5)、第六透镜组(U6)、第七透镜组(U7)、第八透镜组(U8)、第九透镜组(U9)沿光轴自左向右顺序排列构成，所述的第一透镜组(Ul)和第二透镜组(U2)构成系统的前置物镜组(El)，第三透镜组(U3)至第九透镜组(U9)构成系统的主物镜组(E2);其特征在于所述的第三透镜组(U3)的焦距为fU3，第四透镜组(U4)的焦距为fU4，主物镜组(E2)的焦距为fE2，三者满足下列...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹红曲，步扬，王向朝，徐文东，袁春晓，徐静浩，
申请(专利权)人：中国科学院上海光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：