ПЛАНАХРОМАТИЧЕСКИЙ ОБЪЕКТИВ МИКРОСКОПА Российский патент 1997 года по МПК G02B21/02 

Объектив изображения относится к области микроскопии, точнее к планахроматическим объективам микроскопа, и может быть использован для комплектации крупносерийных биологических, поляризационных, люминесцентных и других микроскопов.

Известны микрообъективы [1] имеющие стандартизованную частоту 45 мм. Однако недостаточное исправление аберраций внеосевых пучков (в частности, кривизны изображения) существенно снижает эффективность работы на микроскопе. Кроме того, большая по значению остаточная ХРУ не позволяет разработать окуляры простой конструкции для качественной компенсации данных аберрации на микроскопе.

Наиболее близким к предлагаемому является объектив [2] состоящий из двух компонентов, первый из которых представляет собой одну или две одиночные положительные линзы и двусклеенную линзу, в которой положительный элемент обращен к изображению. Второй компонент состоит из одиночных положительных линз и отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к изображению.

Объектив обладает недостаточной коррекцией монохроматических аберраций пучков и полевых хроматических аберраций (ХРУ составляет около 1%), не позволяет эффективно проводить, например, микрофотографические исследования. Кроме того, в промежуточном изображении объектива имеется окрашенность, что препятствует проведению измерений (сетки и шкала, помещенные в эту плоскость, окрашены).

Вместе с тем, современные модели микроскопов требуют обеспечение возможности проведения микрофотографии, измерительных операций, для простых рабочих и лабораторных моделей объективы должны быть достаточно просты конструктивно, технологичны и дешевы. Этим требованиям и должны отвечать планахроматические объективы с улучшенной коррекцией полевых микрохроматических и хроматических аберраций.

Предлагаемый объектив, как и прототип, состоит из двух компонентов, первый из которых содержит K последовательно расположенных вдоль оптической оси фронтальных положительных линз и склеенную линзу, а второй компонент выполнен в виде непоследовательно установленных двояковыпуклых линз и мениска, обращенного вогнутостью к изображению, однако в отличие от прототипа количество K последовательно расположенных фронтальных линз выбирается из соотношения с округлением до целого числа от 0 до 3, склеенная линза первого компонента состоит из двух двояковыпуклых линз с заключенной между ними двояковыпуклой линзой, а выбор оптических материалов линз второго компонента удовлетворяют условиям 1,4<n³<1,55; 1,6<n⁴<1,95; 55< ν³<98; 25<ν⁴<35, где n³, n⁴ показатели преломления линз второго компонента, ν³, ν⁴ коэффициент дисперсии, фокусное расстояние объектива.

Выполнение первого компонента объектива указанным образом позволяет провести оптимальную коррекцию меридиональной и сагиттальной кривизны, исправить монохроматические аберрации широких наклонных пучков. Выполнение второго компонента, а именно выбор материалов линз, указанным образом позволяет компенсировать хроматические аберрации первого компонента, в результате чего в объективе в целом исправляются как монохроматические, так и хроматические аберрации. При этом выбор количества фронтальных линз первого компонента указанным образом делает схему универсальной, так как позволяет получить по одной схеме ряд объективов различного увеличения (до 100 кр), причем все объективы одинаково хорошо исправлены на хроматизм увеличения. Таким образом, совокупность всех указанных признаков позволяет получить универсальную схему объектива с возможностью одновременного исправления в объективе монохроматических и хроматических аберраций, что не достигнуто в известных аналогах и прототипе.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг. 1 представлена принципиальная схема объектива, а на фиг. 2 9 даны примеры конкретного выполнения и их аберрационные выпуски.

Заявляемый объектив содержит две компоненты: первый включает K фронтальных положительных линз 1, трехсклеенную линзу 2, а второй компонент состоит из двояковыпуклой линзы 3 и мениска 4.

Предлагаемый объектив работает следующим образом. Линзы первого компонента строят увеличенное мнимое изображение объектива с уменьшенным значением аберрации осевой точки предмета при отрицательных значениях меридиональной и сагиттальной кривизны. Двояковыпуклая одиночная линза строит действительное изображение объектива в фокальной плоскости мениска, обращенного вогнутостью к изображению. При этом вносятся отрицательные сферическая и хроматические аберрации положения и увеличения. Затем изображение "перехватывается" мениском, строящим изображение в бесконечности, компенсируя монохроматические и хроматические аберрации предыдущих линз. Объектив работает совместно с дополнительной тубусной линзой (f'=160 мм). Приведенные примеры конкретного исполнения планахроматических объективов микроскопа рассчитаны для разных фокусных расстояний объектива, при этом K меняется от 0 до 3.

По предлагаемой схеме заявляемого решения авторами были рассчитаны планахроматические объективы с различным количеством фронтальных положительных линз, например, представленные в таблице.

Во всех вариантах объективов достигнуто высокое качество изображению по полю, а также полное исправление хроматической разности увеличений (ХРУ во всех вариантах близко в 0%), что дает возможность разработать широкоугольный окуляр (Г=10,2=20 мм), имеющий постоянную ХРУ по всему полю зрения и комплектующий планахроматические объективы в соответствии с условием полезного увеличения на микроскопе. В результате реализации предложенного технического решения в планахроматических объективах микроскопа информационная емкость по сравнению с аналогами может быть увеличена в 3 5 раз, и, следовательно, эффективность и производительность работы на микроскопе могут быть повышены. Кроме того, в предлагаемом объективе положение действительного выходного зрачка относительно опорной плоскости объектива во всех конкретных примерах унифицировано. Выходной зрачок расположен между первым и вторым по ходу луча элементами второго компонента и его положение не меняется при различных K, что дает возможность использовать данные микрообъективы для специальных методов исследований. Оптическая конструкция разработанных вариантов объективов универсальна. Во всех приведенных объективах используются широко применяемые оптические материалы, которые могут быть откорректированы по высшим категориям двулучепреломления, что обеспечивает выпуск объектива в поляризованном варианте исполнения. Объектив стандартизован по высоте, а применение длины тубуса "бесконечность" позволяет использовать его в револьверном устройстве совместно с объективами, имеющими другой тип коррекции.

Использование: для комплектации крупносерийных биологических, поляризационных, люминесцентных и других микроскопов. Сущность изобретения: объектив состоит из двух компонентов, первый из которых включает K последовательно расположенных фронтальных линз и склеенную линзу, а второй содержит одиночную двояковыпуклую линзу и мениск, обращенный вогнутостью к изображению, количество фронтальных линз выбирается из соотношения с округлением до целого числа от 0 до 3, склеенная линза первого компонента состоит из двух двояковыпуклых линз с заключенной между ними двояковыпуклой линзой, при этом оптические материалы линз второго компонента удовлетворяют условиям 1,4<n³<1,55; 1,65<n⁴<1,95; 55< ν³<98; 25<ν⁴<35, где n³, n⁴ - показатели преломления линз второго компонента, ν³, ν⁴ - коэффициенты дисперсии, - фокусное расстояние объектива. 1 табл., 9 ил.

Планахроматический объектив микроскопа, содержащий два компонента, первый из которых включает k последовательно расположенных фронтальных линз и склеенную линзу, а второй содержит одиночную двояковыпуклую линзу и мениск, обращенный вогнутостью к изображению, отличающийся тем, что k последовательно расположенных фронтальных линз выбрано из соотношения

с округлением до целого числа от 0 до 3, склеенная линза первого компонента выполнена из двух двояковыпуклых линз с заключенной между ними двояковогнутой линзой, а оптические материалы линз второго компонента удовлетворяют условиям
1,4 < n₃ < 1,55, 1,65 < n₄ < 1,95,
55< ν₃<98; 25<ν₄<35,
где n₃ и n₄ показатели преломления линз второго компонента;
ν₃, ν₄ коэффициенты дисперсии;
фокусное расстояние объектива.