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

Изобретение относится к области микроскопии и может быть использовано в микроскопах проходящего света для визуального наблюдения и фотографирования биологических объектов в обычном свете и в свете их собственной люминесценции.

Известен объектив, который представляет собой шестикомпонентную (11-линзовую) оптическую систему, состоящую из первого компонента в виде положительного мениска, обращенного вогнутого к объекту, второго положительного компонента, выполненного в виде вогнуто-выпуклой линзы: третьего трехсклеенного из двух положительных линз с заключенной между ними отрицательной, четвертого, пятого и шестого компонентов, выполненных в виде склейки из двояковыпуклой положительной и вогнуто-выпуклой отрицательной линз. В объективе скорректирована продольная хроматическая аберрация, удовлетворительно исправленная по всей апертуре.

Однако объектив имеет незначительную выходную апертуру (0,009), что затрудняет его использование в люминесцентной микроскопии. Имеет недостаточное исправление хроматических аберраций внеосевых пучков, что обуславливает применение в системе микроскопии дополнительных компенсационных устройств. Объектив имеет недостаточно исправленную кривизну по полю. Кроме того, состав стекол не обеспечивает применение данной конструкции в условиях отечественного серийного производства, в связи с отсутствием аналогичных стекол с указанными в патенте характеристиками.

Известен объектив для микроскопа [1] содержащий шесть компонентов, первый из которых положительный мениск, обращенный вогнутостью к объекту, второй положительная линза, склеенная из отрицательной и двояковыпуклой, третий трехсклеенная линза, состоящая из двух положительных линз с заключенной между ними отрицательной; четвертый, пятый и шестой компоненты выполнены каждый в виде двухсклеенной линзы, состоящей из двояковыпуклой и отрицательной.

Тенденции же современного развития микроскопии требуют разработки объектов с высокой выходной силовой апертурой, позволяющей увеличить светосилу системы, что является немаловажным фактором при фотометрических исследованиях слаболюминесцирующих объектов, при этом огромное значение имеют дополнительные сопутствующие элементы так же, как иммерсионные жидкости, в частности водная иммерсия. Уровень мирового развития требует расчета объективов с планкоррекцией и без хроматической разности увеличения. Задачей изобретения является создание светосильного объектива водной иммерсии, которая и решается с использованием предлагаемого объектива.

Объектив содержит шесть компонентов, первый из которых выполнен в виде положительного мениска, обращенного вогнутостью к объекту, второй -положительный компонент, третий трехсклееннный из двух положительных линз с заключенной между ними отрицательной; четвертый, пятый и шестой в виде склейки из двояковыпуклой положительной и отрицательной линз.

При этом второй компонент выполнен склеенным из отрицательной менискообразной и положительной двояковыпуклой линз; при этом выбор оптических материалов линз компонентов удовлетворяет условиям:
νn2,3,4,5

≥ 85; νo2,4,5≥ 40; νo3,6≅ 35,
где νⁿ, ν^o- коэффициенты дисперсии положительных и отрицательных линз соответственно для указанных компонентов.

Предлагаемая конструкция позволяет улучшить аберрационную коррекцию, а также увеличить числовую апертуру и светосилу микрообъектива по сравнению с известными аналогами. При этом становится возможным получение микрообъектива с характеристиками, отвечающими современным требованиям. При достаточно простой и технологичной конструкции используются оптические материалы, серийно освоенные в производстве.

Применение второго компонента в виде склейки из отрицательной менискоообразной и положительной двояковыпуклой линз приводит к возможности достижения планапохроматической коррекции, отрицательные линзы склейки имеют аберрации, противоположные по знаку положительным линзам системы, а их расположение во фронтальной части объектива сильно влияет на перераспределение аберраций объектива в целом. Так, для фронтальной части объектива происходит исправление кривизны и астигматизма, частично компенсируются высшие порядки сферической аберрации, при этом существенную роль играет выбор оптических материалов линз, в которых склеиваемые пары имеют для второй четвертой и пятой пары соотношение коэффициентов дисперсии положительных и отрицательных линз

а для третьей и шестой пары
νn3,6

≥ 85, νo3,6≅ 35.
Указанные сочетания основного параметра стекла во втором компоненте, в совокупности с остальными признаками дает возможность реализации апохроматической коррекции объектива в целом (исправление вторичного спектра).

Сущность изобретения поясняется на фиг.1, где представлена принципиальная схема объектива, а также фиг.2, где дан оптический выпуск примера конкретного исполнения.

Объектив содержит шесть компонентов. Первый положительный мениск 1, обращенный вогнутостью к объекту, второй положительный компонент 2, склеенный из отрицательной менискообразной 3 и положительной двояковыпуклой 4 линз, третий трехсклеенный компонент 5, содержащий две положительные линзы 6, 7 и заключенную между ними отрицательную линзу 8, четвертый компонент 9, состоящий из двояковыпуклой линзы 10 и вогнуто-выпуклой линзы 11, пятый компонент 12, состоящий из двояковыпуклой 13 и двояковогнутой 14 линз, шестой компонент 15, состоящий из положительной двояковыпуклой 16 и отрицательной 17 линз.

Работает предлагаемый планапохроматический светосильный микрообъектив следующим образом. Фронтальные компоненты 1, 2 строят увеличенное мнимое изображение объекта с увеличением примерно 5,5^x с остаточными отрицательными аберрациями сферической кривизны, недоисправленными хроматическими, трехсклеенный компонент 5 строит увеличенное мнимое изображение, компенсируя в объективе хроматические аберрации положения и вторичного спектра, выравнивает сферическую аберрацию по третьим порядкам. Далее компоненты 9 и 12 строят перевернутое действительное увеличенное промежуточное изображение, уменьшая монохроматические и хроматические аберрации, оставляя их незначительными в сторону недоисправления. Компонент 15, работающий с увеличением примерно 6^x, работает по принципу перевернутого телеобъектива, имеет аберрации, равные по значениям, но противоположные по знаку аберрациям предшествующей системы, содержит изображение на конечном расстоянии S'≈147 мм, позволяющем унифицировать постоянную длину тубуса 160 мм.

В качестве примера конкретного исполнения рассчитан микрообъектив с увеличением 63^x и числовой апертурой 1,20, работающий с водной иммерсией.

Использование: для применения в микроскопах проходящего света для визуального наблюдения и фотографирования биологических объектов в обычном свете и в свете их собственной люминесценции. Сущность изобретения: объектив включает 6 компонентов, которые представляют собой положительный мениск, обращенный вогнутостью к объекту; второй положительный, выполненный склеенным из отрицательной менискообразной и положительной двояковыпуклой линз; трехсклеенный компонент из двух положительных линз с заключенной между ними отрицательной и далее последовательно три склейки из двух линз: двояковыпуклой положительной и отрицательной. При этом выбор оптических материалов линз удовлетворяет условиям: νn2,3,4,5

≥ 85; νo2,4,5≥ 40; ; νo3,6≅ 35,, где νⁿ, ν^o - коэффициенты дисперсии положительных и отрицательных линз, соответственно, для указанных компонентов. 2 ил.

Планапохроматический светосильный микрообъектив, содержащий шесть компонентов, первый из которых положительный мениск, обращенный вогнутостью к объекту, второй положительный компонент, склеенный из отрицательной и двояковыпуклой линз, третий трехсклеенный компонент, состоящий из двух положительных линз с заключенной между ними отрицательной, четвертый шестой компоненты выполнены каждый в виде двусклеенной линзы, состоящей из двояковыпуклой и отрицательной, отличающийся тем, что первый компонент выполнен одиночным, а первая склеенная линза второго компонента в виде мениска, при этом коэффициенты дисперсии материалов соответствующих компонентов положительных νⁿ и отрицательных ν^o линз удовлетворяют условиям
νⁿ 2,3,4,5 ≥ 85;
ν^o 2,4,5 ≥ 40;
ν^o 3,6 ≅ 35.о