[发明专利]宽谱段大数值孔径超高通量的显微物镜光学系统

说明书

宽谱段大数值孔径的显微物镜光学系统，光学系统从物平面到像平面沿其光轴方向依次包括第一透镜组、第二透镜组、第三透镜组、第四透镜组，共二十片透镜；第一透镜组为折反射透镜组，通过两次折叠光路将物平面发射出的光线成像到一次像面，第一透镜组具有正光焦度；第二透镜组、第三透镜组将穿过一次像面的光线成像到二次像面，第二透镜组、第三透镜组均具有负光焦度；第四透镜组将穿过二次像面的光线成像到像平面。本申请光学系统结构尺寸较小，同时成像谱段宽，视场角大。

技术领域

本发明涉及一种显微物镜光学系统，更具体的，涉及一种宽谱段大数值孔径的显微物镜光学系统。

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US20080247036，具体见图1。此光学镜头只有7片透镜，采用BK7和Caf2两种透镜材料校正色差，在可见光480nm-660nm谱段范围内成像，系统数值孔径为1.2，但成像视场只有0.25mm。

专利US7180658，具体见图2。此专利光学镜头含有14片透镜，采用熔石英和calcium fluoride两种材料，在紫外波段297nm-313nm谱段范围内成像，系统数值孔径约为0.9，成像视场只有0.28mm；系统出瞳在系统内部，后接筒镜尺寸较大导致整个系统结构尺寸较大。

现有技术的最大缺点就是光学系统整体长度过长，同时采用多种光学材料校正系统色差，不仅设计难度较大，而且在量产阶段多种材料难以控制一致性；同时当前物镜成像谱段窄，成像视场角小。

发明内容

本发明旨在克服现有技术存在的缺陷，提供一种宽谱段大数值孔径的显微物镜光学系统，所述光学系统从物平面到像平面沿其光轴方向依次包括第一透镜组、第二透镜组、第三透镜组、第四透镜组，共二十片透镜；

所述第一透镜组为折反射透镜组，通过两次折叠光路将物平面发射出的光线成像到一次像面，所述第一透镜组具有正光焦度；

所述第二透镜组、第三透镜组将穿过一次像面的光线成像到二次像面，所述第二透镜组、第三透镜组均具有负光焦度；

所述第四透镜组将穿过二次像面的光线成像到像平面。

进一步的，所述第一透镜组包括三片透镜，从物平面到像平面沿光轴方向依次为凸向像平面的平凸正透镜、弯月负透镜、弯月负透镜。

进一步的，所述第二透镜组包括四片透镜，依次为弯月正透镜、凸向像平面的平凸正透镜、弯月正透镜、弯月正透镜。

进一步的，所述第三透镜组包括五片透镜，从物平面到像平面沿光轴方向依次为双凸正透镜、弯月负透镜、双凸正透镜、凸向物平面的平凸正透镜、弯月负透镜。

进一步的，所述第四透镜组包括八片透镜，从物平面到像平面沿光轴方向依次为弯月正透镜、弯月正透镜、弯月正透镜、双凹负透镜、弯月正透镜、弯月正透镜、弯月正透镜、凸向物平面的平凸正透镜。