[发明专利]共聚焦显微镜的管镜的光学系统

说明书

本公开描述一种共聚焦显微镜的管镜的光学系统，管镜在沿着共聚焦显微镜的光轴由物侧至光源侧依次包括具有正光焦度的第一透镜组、具有负光焦度的第二透镜组、具有正光焦度的第三透镜组。本公开结合像差设计理论、光焦度分配合理原则及公差设计理念，对管镜的光学系统进行参数修改和优化设计，通过合理的光学结构设置，使得共聚焦显微镜的照明光路和检测成像光路可以共用管镜，物镜和管镜之间的平行光光路可扩展其他光路部件，通过采用消像差设计，保证显微系统在可见光范围内成像清晰，画面两侧清晰度均匀对称，同时优化了各透镜的排列方式及外形结构，使管镜的光学系统具有装配简单、容差性能好的特点。

技术领域

本公开大体涉及一种智能制造装备产业，具体涉及一种共聚焦显微镜的管镜的光学系统。

背景技术

随着近年来显微技术的不断发展，共聚焦显微技术已成为光学显微领域重要技术之一，其具有高精度、高分辨率、非接触和独特的轴向层析扫描成像特点，可轻松实现三维图像重构，在微纳检测、精密测量和生命科学研究等领域得到了广泛的应用。但是传统的共焦显微镜具有成像速度慢、视场小的缺点。并行扫描共聚焦显微技术的出现提高了原有单点共聚焦测量的测量速度。

在共聚焦显微镜中，根据功能的不同，通常可以将共聚焦显微镜的光学系统分为照明光路和检测成像光路。照明光路是将光源发出的光经过共聚焦显微镜的光学系统照射在被测物品面；检测成像光路是通过聚焦成像光学系统，将物镜焦平面处的被测样品反射回来的光束聚焦成像在探测器上。

在并行扫描共聚焦显微镜中，为了提升光学性能，照明光路与检测成像光路需要共用针孔扫描系统，以提升光学性能，此时需要将管镜设置于物镜和分光镜之间的光路中，也即照明光路与检测成像光路都会经过管镜，此时，现有的管镜无法同时满足检测成像光路和照明光路的需求，也即无法满足并行扫描共聚焦显微镜的光路需求的。

发明内容

本公开有鉴于上述现有技术的状况而完成，其目的在于提供一种共聚焦显微镜的管镜的光学系统，在并行扫描共聚焦显微系统中，可实现照明光路与检测成像光路共用管镜的双光路需求。

为此，本公开提供一种共聚焦显微镜的管镜的光学系统，所述共聚焦显微镜在沿着所述共聚焦显微镜的光轴由物侧至光源侧依次包括物镜、所述管镜、转盘，其特征在于：所述管镜在沿着所述共聚焦显微镜的光轴由物侧至光源侧依次包括具有正光焦度的第一透镜组、具有负光焦度的第二透镜组、具有正光焦度的第三透镜组；所述第一透镜组与所述物镜的像后焦平面在光轴上的间隔设为第一距离；所述第二透镜组与所述第三透镜组在光轴上的间隔设为第二距离；所述光源位置与所述转盘在光轴上的最小的间隔设为第三距离；所述第一距离与所述管镜的焦距的比值的绝对值在第一预设范围内；所述第三距离、所述第三透镜组的焦距和所述第二距离之间满足以下条件：-L3*F3/(F3-L3)L2，其中L3代表所述第三距离，F3代表所述第三透镜组的焦距，L2代表所述第二距离；所述第一透镜组的焦距与所述管镜的焦距的比值的绝对值在第二预设范围内。在这种情况下，本公开给出了所述管镜在共聚焦显微镜系统中的适当位置，保证显微镜整体的纵向高度尺寸在合理范围的同时，使得所述管镜与所述物镜之间具有扩展光学元件的空间。同时，确保照明光路的光线经所述管镜聚焦在所述物镜的像后焦平面上，从而照明光路经过所述物镜后，是以平行光形式均匀照射在被测物品面。并通过对各个透镜组的光焦度进行合理分配，从而满足消像差要求和保证成像质量。由此，使得共聚焦显微镜的照明光路和检测成像光路可以共用所述管镜，可实现照明光路与检测成像光路共用所述管镜的双光路需求。

另外，在本实施方式所涉及的管镜的光学系统中，可选地，所述第一透镜组包括至少一个第一透镜。在这种情况下，能够利用至少一个第一透镜配合形成特定的光焦度，不仅能够降低第一透镜组中每一个第一透镜所承担的光焦度，还能使第一透镜配合形成的光焦度满足设计需求。