ПЛАНАПОХРОМАТИЧЕСКИЙ СВЕТОСИЛЬНЫЙ МИКРООБЪЕКТИВ БОЛЬШОГО УВЕЛИЧЕНИЯ Российский патент 1997 года по МПК G02B21/02 

Изобретение относится к области микроскопии, в частности, к объективам микроскопа, и может быть использовано в микроскопах отраженного света для измерения, исследования и фотографирования особо тонких типографских структур в светлом поле в обычном и поляризованном свете для целей микроэлектроники, геологии и металлографии.

Известен апохроматический объектив /1/, содержащий фронтальную линзу, положительный мениск, обращенный вогнутостью к объективу, оборачивающую систему, выполненную из двух компонентов, первый из которых образован трехсклеенной линзой, и отрицательный двусклеенный мениск, обращенный вогнутостью к изображению.

Для повышения качества изображения и создания действительного промежуточного изображения зрачка второй компонент оборачивающей системы выполнен из двух двусклеенных линз.

Однако полевые аберрации объектива не исправлены и он имеет кривизну поля, начиная с 1/2 части, недоисправлен хроматизм увеличения (ХРУ). Кроме того, объектив работает с иммерсионной жидкостью, а использование его в сухом варианте что является важным для целей микроэлектроники невозможно из-за наличия значительной сферической абберации, ухудшающей качество изображения микрообъектива. Кроме того, объектив обладает значительной хроматографической разностью увеличения (ХРУ), что не позволяет использовать его с простыми окулярами, с одной стороны, а с другой не отвечает современной тенденции развития микроскопии.

Наиболее близким по своей конструкции и параметрам является объектив /2/. Объектив содержит две группы компонентов, первая из которых включает последовательно расположенные вдоль оптической оси одиночный мениск, обращенный выпуклостью к пространству изображения, склеенный из отрицательной и положительной линз компонент, компонент, склеенный из двух двояковыпуклых линз, с заключенной между ними двояковогнутой линзой, двусклеенный из положительной и отрицательной линз компонент, вторая группа содержит двусклеенный мениск, обращенный вогнутостью к пространству изображений.

Объектив имеет высокое расчетное качество изображения в центре и по полю, а также исправление монохроматических и хроматических аберраций, соответствующее современному уровню.

При этом его отличает небольшое относительное рабочее расстояние, пониженная числовая апертура, разрешающая способность и светосила, пропорциональная четвертой степени выходной числовой апертуры.

Вместе с тем в современных микроскопах отраженного света, особенно в специализированных для целей микроэлектроники, требуется применение объективов с повышенной информационной емкостью, связанной с числовой апертурой, а также обладающих большой светосилой, которая влияет на фотометрические характеристики, и увеличенным рабочим расстоянием. Выполнению данной задачи, а именно увеличению относительного рабочего расстояния, числовой апертуры, и как следствие повышению разрешающей способности и информационной емкости исследований, и отвечает предлагаемая конструкция объектива.

Заявляемый объектив, как и прототип, содержит две группы компонентов, первая их которых включает последовательно расположенные вдоль оптической оси одиночный мениск, обращенный выпуклостью к пространству изображений; склеенный из отрицательной и положительной линз компонент; компонент, склеенный из двух двояковыпуклых линз с заключенной между ними двояковогнутой линзой; двуслеенной из положительной и отрицательной линз компонент; вторая группа содержит двусклеенный мениск, обращенный вогнутостью к пространству изображения. Однако в отличие от прототипа после первой группы компонентов по ходу луча дополнительно расположена двояковыпуклая положительная линза из оптического материала с коэффициентом дисперсии более 70, а двусклеенный мениск второй группы состоит из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, либо из двух минискообразных линз. При этом использование после первой группы компонентов по ходу луча дополнительной двояковыпуклой линзы позволяет увеличить относительное отверстие линз объектива (числовую апертуру) вследствие габаритной перебалансировки, а также усилить свойства перевернутого телеобъектива (вторая группа компонентов). Выбор оптического материала с коэффициентом дисперсии более 70 позволяет оптимально исправить хроматические аберрации и сферохроматизм в объективе в целом. Выбор в качестве компонента второй группы мениска с указанными характеристиками позволяет оптимально реализовать свойства отрицательной системы для компенсации в объективе кривизны, ХРУ, сферической аберрации. Выполнение мениска склеенным из двуяковогнутой и двояковыпуклой линз позволяет перебалансировкой оптических сил достичь компенсационных свойств компонента.

Выполнение двусклеенного мениска второй группы из двух менискообразных линз, обращенных вогнутостью к пространству изображений, позволяет улучшить эти свойства.

На фиг. 1 и фиг. 2 представлены принципиальные схемы объектива, а также их конструктивные параметры.

Объектив содержит две группы компонентов. Первая группа компонентов 1 включает одиночный мениск 2, компонент 3, состоящий из отрицательной 4 и положительной 5 линз, компонент 6, склеенный из двух двояковыпуклых 7, 8 линз с заключенной между ними двояковогнутой 9 линзой, компонент 10, двусклеенный из положительной 11 и отрицательной 12 линз, вторая группа 13 содержит двояковыпуклую положительную 14 линзу и двусклеенный мениск 15, состоящий из двояковыпуклой и двояковогнутой линз 16, 17 или из двух менисковых линз 16, 17.

Объектив работает следующим образом.

Компоненты 2 и 3 строят увеличенное мнимое изображение объекта с недоисправленными сферической и хроматографическими аберрациями, кривизной и астигматизмом. При этом также вносятся сферохроматизм и кома. Компонент 14 оборачивает изображение, строя его в фокальной плоскости компонента 15, который в свою очередь строит его в "бесконечности". Объектив расчитан для работы с дополнительной тубусной системой.

В качестве примеров конкретного исполнения представлены объектив с увеличением 63^x с тубусной линзой 160 мм и числовой апертурой в пространстве предметов 0,95. В нем достигнут высокий уровень аберрационной коррекции: волновые аберрации для точки на оси составляют 0,05λ-0,5λ в диапазоне длин волн от "e" до "g", хроматографическая разность увеличений ХРУ 0%
При этом становится возможным увеличение числовой апертуры и светосилы, величина которой пропорциональна 4-ой степени выходной апертуры. Так, в сравнении с прототипом светосила предлагаемого объектива повышена в 1,25 раза, а относительное рабочее расстояние, связанное с фокусным расстоянием объектива, увеличено в 2 раза. При этом информативная емкость увеличена по сравнению с прототипом и аналогом ≈ в 2 4 раза.

Второй пример относится к объективу с увеличением 100^x (с тубусной линзой и числовой апертурой в пространстве предметов 0,90.

Предлагаемое техническое решение позволяет реализовать в микрообъектах следующие дополнительные особенности: положение изображения выходного зрачка унифицировано относительно опорной плоскости, возможность на основе одной практически схемы использовать в идущих серийно микроскопах и вновь разрабатываемых 2-х типов объективов с предельными характеристиками улучшенного качества изображения.

Использование: для комплектации микроскопов отраженного света в светлом поле в обычном и поляризованном свете. Сущность изобретения: объектив состоит из двух групп компонентов - первая группа включает одиночный мениск; двусклеенный из отрицательной и положительной линз компонент; склеенный компонент из двух двояковогнутых линз, с заключенной между ними двояковогнутой линзой; двусклеенный из положительной и отрицательной линз компонент; вторая группа включает одиночную двояковыпуклую линзу, причем коэффициент дисперсии ее материала более 70, и двусклеенный мениск, причем он состоит из двух менискообразных линз, обращенных вогнутостью к пространству изображений, или из двояковыпуклой и двояковогнутой линз. 2 ил.

Планапохроматический светосильный микрообъектив большого увеличения, содержащий две группы компонентов, первая из которых включает последовательно расположенные вдоль оптической оси первый компонент, выполненный в виде одиночного мениска, обращенного выпуклостью к пространству изображения, второй компонент, склеенный из отрицательной и положительной линз, третий компонент, склеенный из двояковыпуклых линз с заключенной между ними двояковогнутой линзой, четвертый компонент, двусклеенный из положительной и отрицательной линз, вторая группа содержит двусклеенный из положительной и отрицательной линз мениск, обращенный вогнутостью к пространству изображений, отличающийся тем, что после первой группы компонентов по ходу луча дополнительно введена двояковыпуклая положительная линза из оптического материала с коэффициентом дисперсии более 70, а двусклеенный мениск второй группы состоит либо из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, либо из менискообразных линз.