[发明专利]自动校正像差的变焦显微物镜

说明书

技术领域

本发明涉及一种显微物镜，更具体地说，本发明涉及一种自动校正像差的变焦显 微物镜。

背景技术

显微镜是一种应用范围非常广泛的光学仪器，它在科研、教学、医疗、工业生产等 诸多领域都发挥着重要的作用。显微镜最核心的部件就是物镜，物镜它将微小物体进行光 学放大成像，最后通过目镜或者CCD相机获取清晰放大的图像。传统的显微物镜均由多片固 体玻璃透镜组成，每一个物镜都只有一个放大倍率。通常商业化的显微物镜只有几个离散 的放大倍率，如5×、10×、20×、40×、60×、100×等。因此，这些透镜的放大倍率是离散的， 无法覆盖所有的放大倍率范围，同时当需要改变放大倍率时，必须更换显微物镜，这给实际 使用带来极大的不便。美国专利“Microscopezoomobjectivelens”（专利号：U.S. patent6674582B2）提出了一种通过机械移动改变焦距的变焦物镜。虽然该物镜具有一定 范围的连续变焦能力，但是成像质量会因焦距的改变呈退化趋势，无法得到校正。

随着科学技术的发展，以液体透镜、液晶透镜为代表的自适应透镜逐渐发展并成 为一类新兴的光学器件，具有巨大的应用前景。液体透镜可以通过改变自身的曲率实现焦 距的改变，因此该技术也被广泛应用到成像领域，其中也包括显微镜领域。例如，专利“液体 透镜自动变焦显微镜”（专利号：2012101334049）和专利“一种显微镜自动调焦方法”（专利 号：2013104833522）提出了利用液体透镜的自动变焦特点来实现显微镜的对焦功能的装 置，解决了传统显微镜对焦速度慢的问题，但是目前的显微镜仍无法实现变焦物镜的自动 校正像差功能。

发明内容

本发明提出一种自动校正像差的变焦显微物镜。如附图1所示，该显微物镜包括固 体透镜I、液体透镜组、固体透镜II、工装外框I、工装外框II、工装外框Ш和液体透镜组驱动 装置。固体透镜I和II分别位于液体透镜组的两端，用于承担部分光焦度并获取视场，而液 体透镜组用于系统变焦和像差校正。在液体透镜组中，1个液体透镜的曲率变化在保证成像 面固定的情况下仅仅具有对焦功能。2个液体透镜的曲率变化可以在保证成像面固定的情 况下改变焦距；而3个以上的液体透镜才具有多余的可变曲率自由度，在保证变焦的同时进 行像差校正。在本发明中液体透镜组中液体透镜元件的数量不少于3个，以获得变焦和校正 像差的能力。

本发明中固体透镜I和固体透镜II获取固定的光焦度，液体透镜组通过优化每一 个液体透镜的曲率实现焦距的变化并校正像差。本发明的光焦度由两部分组成：固体透镜 的光焦度Φ_f和液体透镜组Φ_l（以3个液体透镜为例）的光焦度，整个光焦度由下面公式给 出：

（1）

其中Φ_f是固定的，Φ_l可以由液体透镜组的曲率变化控制调节。Φ_f由以下公式决定：

（2）

（3）

（4）

（5）

r₁,r₂,r₃分别是3个液体透镜的曲率半径，而n₁，n₂分别是液体透镜中硅油和导电液体 的折射率。由于系统的像差S也是r₁,r₂,r₃的函数：

（6）

因此，可以对公式（2）至公式（6）进行联立求解或者优化，便可以获得既改变了放大率 又优化了像质的液体透镜的最优曲率半径值。