宽谱段大数值孔径的显微物镜
技术领域
本实用新型属于显微物镜高精度光学成像技术领域，尤其涉及一种宽谱段大数值孔径的显微物镜。
背景技术
基因测序设备作为纳米、生物和信息三大科技的交汇点，集中体现了人们采用最先进的科学技术来探索生命信息，成为当今经济持续发展、国家安全稳定的重要保证。基因测序是一个新兴行业，处于快速发展阶段，其中关键技术超高通量显微物镜成为限制基因测序仪国产化的瓶颈技术(测序通量是指基因测序设备在一定时间内获得的数据输出量，是评价测序技术先进与否的重要指标之一，更高的测序通量也意味着测序成本的降低)，超高通量基因测序仪中所需显微物镜在平面空间尺度和空间分辨率方面均提出了较高要求，这就需要显微物镜需要在具备大视场的同时兼顾高分辨。而在光学系统的设计中宽场和高分辨是此消彼长的，宽则不精，精则不宽是目前超高通量显微物镜的遇到的最大难点。
物镜作为高通量基因测序仪的核心光学元件，是实现高通量乃至超高通量基因测序的关键，同时，目前生物医学领域热门的高通量基因测序、脑神经元检测、癌细胞发展监测等研究方向，均对宽视场、高分辨的光学系统有着迫切需求。
当前国际上可以查询到多个与本专利结构形式相近的浸液式大数值孔径基因测序镜头：
专利US9304407B2，具体见图1，此光学镜头采用全反射式光学系统形式，可以在全谱段内成像谱段，并且视场可以做到1mm，但是由于不能浸液限制，系统数值孔径一般小于0.9。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种宽谱段大数值孔径的显微物镜，旨在解决现有技术中无法同时兼顾大视场和高分辨的技术问题。
本实用新型提供了一种宽谱段大数值孔径的显微物镜，所述显微物镜从物平面到像平面沿光路方向依次包括第一透镜组、第二透镜组、第三透镜组；
所述第一透镜组为折反射式透镜组，将物平面发出的光线成像到一次像面，所述第一透镜组用于增大数值孔径和矫正色差，且具有正光角度；
所述第二透镜组、第三透镜组将所述一次像面的光线以平行光发射出去，所述第二透镜组、第三透镜组均具有负光角度。
优选的，所述第一透镜组包括3个透镜，从物平面到像平面沿光路方向依次为凸向像平面的第一平凸正透镜(1)、第一弯月负透镜(2)、平透镜(3)。
优选的，所述第二透镜组包括4个透镜，从物平面到像平面沿光路方向依次为第一凸透镜(4)、凸向像平面的第二平凸正透镜(5)、凸向物平面的第三平凸正透镜(6)、第二弯月负透镜(7)。
优选的，所述第三透镜组包括4个透镜，从物平面到像平面沿光路方向依次为第二凸透镜(8)、双凹负透镜(9)、凸向像平面的第四平凸正透镜(10)、第三弯月负透镜(11)、第四弯月负透镜(12)、凸向物平面的第五平凸正透镜 (13)。
优选的，所述第二透镜组和第三透镜组之间设置有孔径光阑(15)。
优选的，所述显微物镜的数值孔径大于等于1.0。
优选的，所述显微物镜的长度小于173mm。
本实用新型提供的显微物镜采用折反射式光学系统形式，利用2次折叠光路，将系统光阑内置，有效减小物镜整体光学尺寸，且总长度小于173mm，合理利用非球面有效校正系统高级球差，控制了与视场有关的像散、场曲及初高级彗差，使得光学系统总长度小于173mm，整个光学系统采用同种光学材料，成像谱段可以达到300nm-800nm，结合后端浸液，系统数值孔径可以达到1.0，系统成像线视场可以达到4.0mm，有效地实现了在具备大视场的同时兼顾高分辨率。
附图说明
图1是专利US9304407B2示出的光学镜头的结构示意图；
图2是本实用新型实施例一示出的宽谱段大数值孔径的显微物镜结构示意图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
以下结合具体实施例对本实用新型的具体实现进行详细描述：
实施例一：
图2示出本实施例提供的宽谱段大数值孔径的显微物镜。如图2所示，本实施例提供的宽谱段大数值孔径的显微物镜从物平面到像平面沿光路方向依次包括第一透镜组、第二透镜组、第三透镜组。
所述第一透镜组为折反射式透镜组，将物平面发出的光线成像到一次像面，所述第一透镜组用于增大数值孔径和矫正色差，且具有正光角度；
所述第二透镜组、第三透镜组将所述一次像面的光线以平行光发射出去，所述第二透镜组、第三透镜组均具有负光角度。
具体的，第一透镜组包括3个透镜，从物平面到像平面沿光路方向依次为凸向像平面的第一平凸正透镜(1)、第一弯月负透镜(2)、平透镜(3)。
第二透镜组包括4个透镜，从物平面到像平面沿光路方向依次为第一凸透镜(4)、凸向像平面的第二平凸正透镜(5)、凸向物平面的第三平凸正透镜(6)、第二弯月负透镜(7)。
第三透镜组包括4个透镜，从物平面到像平面沿光路方向依次为第二凸透镜(8)、双凹负透镜(9)、凸向像平面的第四平凸正透镜(10)、第三弯月负透镜(11)、第四弯月负透镜(12)、凸向物平面的第五平凸正透镜(13)。
所述显微物镜的物平面位置采用浸液方式，例如，在透镜(1)与物平面之间填充折射率为1.3652的液体。
所述第二透镜组和第三透镜组之间设置有孔径光阑(15)。
所述显微物镜的数值孔径大于等于1.0。
所述显微物镜的长度小于173mm。
所述显微物镜采用无荧光光学材料。
本实施例提供的显微物镜采用折反射式光学系统形式，利用2次折叠光路，将系统光阑内置，有效减小物镜整体光学尺寸，且总长度小于173mm，合理利用非球面有效校正系统高级球差，控制了与视场有关的像散、场曲及初高级彗差，使得光学系统总长度小于173mm，整个光学系统采用同种光学材料，成像谱段可以达到300nm-800nm，结合后端浸液，系统数值孔径可以达到1.0，系统成像线视场可以达到4.0mm，有效地实现了在具备大视场的同时兼顾高分辨率。
在一具体的示例性实施例中，显微物镜采用折反射式光学方案，系统总长度在172.826mm，此系统将增大数值孔径与矫正系统色差功能全部集成于第一透镜组(由透镜组1、透镜2和透镜3组成)；第二透镜组(由透镜组4、透镜 5、透镜6和透镜7组成)和第三透镜组(由透镜组8、透镜9、透镜10、透镜 11、透镜12和透镜13组成)主要矫正第一透镜组残余轴外单色像差；将系统光阑内置，有效减小物镜系统尺寸；并且本实用新型采用一种无荧光光学材料。
按照正向光路设计，物平面可采用浸液方式(例如，在透镜1与物平面之间由折射率为1.3652的液体填充)，增大系统数值孔径，可以使系统数值孔径达到1.0以上，成像线视场增大到4mm后第一透镜组可以完全校正系统色差；经过第一透镜组(由透镜组1、透镜2和透镜3组成)成像到一次像面位置，第一透镜组为2倍放大系统，采用非球面可以有效矫正彗差和像散等轴外像差，可以有效减小后续系统相对孔径，并有效减小透镜2中心遮拦；第一透镜组采用折反射式光学形式，并且为正光焦度，有效矫正系统色差。
经过第一轴透镜组的外单色像差(慧差、像散和场曲等)随着视场增大称几何倍数增长，采用非球面后，第一透镜组(由透镜组1、透镜2和透镜3组成)残余像差明显降低，使得第二透镜组(由透镜组4、透镜5、透镜6和透镜 7组成)和第三透镜组(由透镜组8、透镜9、透镜10、透镜11、透镜12和透镜13组成)相对孔径减小，经过第二透镜组(由透镜组4、透镜5、透镜6和透镜7组成)到达孔径光阑，经过场镜(透镜4)后透镜5～透镜7可以有效矫正系统像散和场曲等像差；系统孔径光阑在第二透镜组和第三透镜组之间，有效降低物镜光学系统尺寸。
经过第三透镜组(由透镜组8、透镜9、透镜10、透镜11、透镜12和透镜 13组成)增大一次像面后系统相对孔径，减小系统光线出射角度，有效见证系统彗差，以平行光发射到系统外。
第一透镜组为正光焦度、第二透镜组和第三透镜组具有负光焦度，可以有效矫正系统球差，具体光学镜片基本参数见表1。
表1光学镜片基本参数
非球面系数
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
