СВЕТОСИЛЬНЫЙ ИММЕРСИОННЫЙ МИКРООБЪЕКТИВ СРЕДНЕГО УВЕЛИЧЕНИЯ Российский патент 1997 года по МПК G02B21/02 

Настоящее изобретение относится к области оптического приборостроения, в частности, к объективам микроскопа, а также к иммерсионным объективам и может быть использовано в биологических, люминесцентных и поляризационных микроскопах проходящего и отраженного света в светлом поле для визуального наблюдения и фотографирования биологических объектов в обычном свете, в свете их собственной люминесценции и в поляризованных лучах.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является объектив [1] имеющий аналогичную пятикомпонентную систему, в которой фронтальный одиночный мениск обращен выпуклостью к пространству изображений, одиночный положительный компонент, трехсклеенный компонент содержит двояковогнутую линзу, заключенную между двумя двояковыпуклыми линзами; одиночный положительный компонент и двусклеенный мениск обращен вогнутостью к пространству изображений.

Он имеет достаточно высокий уровень оптической коррекции, однако хроматическая разность увеличения (2%) и астигматизм не позволяют применять его для решения поставленной задачи. Кроме того он обладает невысокой выходной апертурой и светосилой.

Вместе с тем высокоапертурные микрообъективы предназначены для визуального и фотометрического исследования малоконтрастных и слаболюминесцирующих объектов. Как правило, подобные объективы сложны конструктивно из-за ограничения применяемых марок стекол, которые должны быть малолюминесцирующими и не влиять на результаты фотометрических измерений. Усложнение оптических конструкций приводит к тому, что подобные объективы являются не светосильными, т.е. увеличение световой апертуры не дает желаемого эффекта.

Кроме того, при ХРУ более 0,8% требуется применение компенсационных окуляров, что экономически применять невыгодно.

Конструкция данного светосильного иммерсионного микрообъектива отвечает современной концепции. Предлагаемый объектив, как и прототип, содержит пять компонентов, первый из которых менискообразный; второй положительный; третий трехсклеенный, содержащий двояковогнутую линзу, заключенную между двумя двояковыпуклыми линзами; четвертый одиночный положительный; пятый - двусклеенный мениск, обращенный вогнутостью к пространству изображений.

Вместе с тем, конструкция объектива имеет отличие от прототипа.

Так, первый компонент выполнен в виде плосковыпуклой линзы из оптического материала с показателем преломления и коэффициентом дисперсии не менее 1,7 и 50, соответственно, и обращен плоской поверхностью к иммерсии; второй компонент представляет собой двусклеенный из отрицательной и положительной линз, причем соотношение коэффициентов дисперсии оптических материалов выбрано исходя из условия:
1,4ν₂₂< ν₂₁< 2,0 ν₂₂,
четвертый компонент выполнен в виде мениска, обращенного вогнутостью к пространству изображений.

Предлагаемая конструкция позволяет улучшить аберрационную коррекцию, а также увеличить числовую апертуру и светосилу микрообъектива среднего увеличения по сравнению с известными аналогами и прототипом. При этом становится возможным получение микрообъектива с характеристиками, отвечающими современным требованиям. При достаточно простой и технологичной конструкции к достоинствам конструкции следует отнести применение оптических материалов, освоенных оптической промышленностью.

Применение плосковыпуклого мениска из оптического материала с n_e≥1,7 и ν_e≥ 50 позволяет увеличить входную числовую апертуру иммерсионного микрообъектива среднего увеличения за счет повышения показателя преломления линзы, контактирующей с иммерсией. Вносимые при этом хроматические аберрации и сферохроматические аберрации минимальны. Кроме того, выбор стекла с коэффициентом указанной дисперсии позволяет снизить в объективе в целом вторичный спектр. Выбор соотношения коэффициентов отрицательной и положительной линз второго компонента позволяет оптимальным образом корректировать хроматические аберрации в объективе. Выполнение четвертого компонента указанным образом позволяет повысить входную числовую апертуру объектива и, следовательно, выходную апертуру. При этом данный компонент является отрицательным по отношению к предыдущему и имеет компенсационные значения аберраций, не внося значительного сферохроматизма и аберраций высших порядков.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлена принципиальная схема объектива.

В таблице дан оптический выпуск примера конкретного исполнения. Объектив содержит пять компонентов. Первый 1 плоско-выпуклая линза, плоская поверхность которой обращена к иммерсии; второй 2 двусклеенный из отрицательной и положительной линз; третий 3 трехсклеенный, содержащий двояковогнутую линзу, заключенную между двумя двояковыпуклыми линзами; четвертый 4 одиночный мениск, обращенный вогнутостью к пространству изображений; пятый 5 двусклеенный мениск, обращенный вогнутостью к пространству изображений.

Работает предлагаемый светосильный иммерсионный микрообъектив среднего увеличения следующим образом: первый компонент работает с увеличением 2х и снижает входную числовую апертуру. Второй компонент увеличивает мнимое изображение объекта, внося сферическую аберрацию, в том числе высших порядков, компенсируя хроматические аберрации положения и увеличения. Третий компонент компенсирует монохроматические аберрации высших порядков и сферохроматизм, выравнивая их по третьим порядкам и совместно с четвертым компонентом строя изображение в передней фокальной плоскости пятого компонента. Последний компонент строит изображение в "бесконечности", компенсируя монохроматические и хроматические остаточные аберрации предыдущих компонентов.

В качестве примера конкретного исполнения рассчитан микрообъектив с увеличением 32х и числовой апертурой 0,85, работающий с масляной иммерсией.

В результате реализации предложенного технического решения получен светосильный иммерсионный микрообъектив среднего увеличения, имеющий достаточно простую и технологичную конструкцию, пригодную для реализации в серийном производстве.

Информационная емкость повышена в 1,5 2, светосила повышена примерно в 10 раз.

Использование: в микроскопах проходящего света, в основном для люминесцентных исследований, служащих для исследования и фотографирования биологических люминесцентных объектов. Сущность изобретения: объектив включает 5 компонентов, которые представляют собой: первый компонент - одиночная плосковыпуклая линза, обращенная плоской поверхностью к иммерсии; причем линза выполнена из материала с показателем преломления и коэффициентом дисперсии не менее 1,7 и 50, соответственно, второй компонент - двусклеенный из отрицательной и положительной линз, причем соотношение коэффициентов дисперсии оптических материалов ν₂₁ и ν₂₂ выбрано исходя из условия 1,4ν₂₂< ν₂₁< 2,0 ν₂₂. Третий компонент - трехсклеенный из двояковогнутой линзы, заключенной между 2-х двояковыпуклых линз, четвертый компонент - одиночный мениск, обращенный вогнутостью к пространству изображения, а двусклеенный мениск, обращенный вогнутостью к пространству изображения. 1 табл. 1 ил. Вр

Светосильный иммерсионный микрообъектив среднего увеличения, содержащий пять компонентов, первый из которых положительный, второй выполнен в виде двусклеенной положительной линзы, состоящей из отрицательной и положительной линз, третий трехсклеенный, содержащий двояковогнутую линзу, заключенную между двумя двояковыпуклыми линзами, четвертый положительная линза, пятый - двусклеенный мениск, обращенный вогнутостью к изображению, отличающийся тем, что первый компонент выполнен в виде плосковыпуклой линзы из оптического материала с показателем преломления и коэффициентом дисперсии не менее 1,7 и 50,0 соответственно и обращен плоской поверхностью к иммерсии, второй компонент выполнен из материалов, коэффициенты дисперсии которых для первой отрицательной линзы ν₂₁ и второй положительной линзы ν₂₂ удовлетворяют соотношению
1,4ν₂₂< ν₂₁< 2,0 ν₂₂,
а четвертый компонент выполнен в виде одиночного мениска, обращенного вогнутостью к изображению.