[发明专利]一种NA=0.4的近红外长工作距离单色显微物镜

说明书

技术领域

本发明涉及显微物镜，具体是一种数值孔径为0.4的近红外长工作距离单色显微物镜。

背景技术

在单原子、单分子或单个固体缺陷等单粒子体系的光学操控和检测中，为了减少背景环境的影响，单个粒子体系通常被俘获或者放置于带有观察窗的真空环境中。由于真空环境中的单粒子体系距离真空腔外的观测设备距离较远，并且单个粒子体系的尺度通常在亚微米量级，其荧光波长通常在近红外波段，若要实现对真空腔中的单个粒子体系进行成像、分辨、操控和检测等操作，就需要一种可对真空腔内物体观测的高分辨长工作距离显微成像系统。

一般的高分辨(NA>0.3)的显微物镜的工作距离都很小，如实验室常用的显微镜系统，其物镜的工作距离在NA＝0.4时只有几毫米，只适用于较近距离的平面样品片的观测。受到真空腔体尺寸的限制，放置于真空腔体中的单粒子体系通常和真空腔外的成像系统之间的距离在5毫米以上，因此一般显微物镜不能完成真空腔内单个粒子体系的操控和检测。若采用商用长工作距离物镜虽然可满足长工作距离的要求，但是此类物镜只对特定厚度的薄玻璃窗片进行了像差补偿，而真空系统观察窗片较厚并且不同真空系统观察窗窗片厚度不一(一般为2-10毫米)，因此商用长工作距离物镜不能满足此类用途。

发明内容

本发明的目的是提供一种数值孔径达到0.4的近红外长工作距离单色显微物镜，它可以解决现有物镜工作距离小和对不同厚度的真空窗片像差补偿不能优化调节的问题。

为了解决上述问题，本发明采用的技术方案是：

一种NA＝0.4的近红外长工作距离单色显微镜物镜，从物方到像方依次由第一组元、第二组元和第三组元组成。第一组元为真空观察窗片；第二组元依次由第一透镜、第二透镜和第三透镜组成，具有正的光焦度；第三组元为第四透镜，具有负的光焦度。

所述的真空观察窗片为两面平行的玻璃板，垂直于光轴放置；

所述的第一透镜为一个具有正光焦度的透镜，采用弯月结构，凹面朝向物方；

所述的第二透镜为一个具有正光焦度的透镜，采用平凸结构，平面朝向物方；

所述的第三透镜为一个具有正光焦度的透镜，采用对称的双凸结构；

所述的第四透镜采用弯月结构，凹面朝向物方。

设显微镜物镜的焦距为f、第二组元的焦距为fG2，则它们之间满足下式的条件：1<fG2/f≤1.1。

设显微镜物镜的焦距为f、第三组元的焦距为fG3，则它们之间满足下式的条件：-3.6≤fG3/f≤-3。

设第二组元中第一透镜的焦距为f1、第二透镜的焦距为f2、第三透镜的焦距为f3，则它们之间满足条件式：52≤f1≤62，57≤f2≤67，77≤f3≤89。

第三组元的焦距fG3满足条件式：-76≤fG3≤-70。

设真空观察窗片的厚度为D，第二组元和第三组元之间的距离为L，则它们满足以下条件式：0≤D≤10，13<L<40。

本发明的有益效果：

本发明提供的一种数值孔径达到0.4的近红外长工作距离单色显微物镜，工作距离可达22mm(无窗片时)、并能够对不同厚度的真空窗片像差补偿进行调节优化。

附图说明

图1是本发明显微物镜的光学系统示意图；

图2是本发明显微物镜在工作波长为706.5nm、真空窗厚度为5mm时的光学传递函数图和几何像差评价图；

图3是本发明显微物镜在工作波长为1060nm、真空窗厚度为5mm时的光学传递函数图和几何像差评价图；

图4是本发明显微物镜在工作波长为2325nm、真空窗厚度为5mm时的光学传递函数图和几何像差评价图；

图5是本发明显微物镜在工作波长为1060nm，真空窗厚度为0mm时(无真空玻璃窗时)的光学传递函数图和几何像差评价图；

图6是本发明显微物镜在工作波长为1060nm，真空窗厚度为10mm时的光学传递函数图和几何像差评价图

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步阐述。

如图1所示，本发明提供了一种工作于近红外波段、用于真空腔中单粒子体系观测的长工作距离单色显微物镜。从物方到像方依次由第一组元G1、第二组元G2和第三组元G3组成。第一组元G1为真空观察窗片；第二组元G2依次由第一透镜L1、第二透镜L2和第三透镜L3组成，具有正的光焦度；第三组元G3为第四透镜L4，具有负的光焦度。

真空观察窗片P1为两面平行的玻璃板，一般为石英材质，垂直于光轴放置。