АХРОМАТИЧЕСКИЙ ВЫСОКОАПЕРТУРНЫЙ МИКРООБЪЕКТИВ БОЛЬШОГО УВЕЛИЧЕНИЯ Российский патент 1997 года по МПК G02B21/02 

Изобретение относится к области микрооптики и может быть использовано при конструировании ахроматических объективов большого увеличения для комплектации микроскопов проходящего света типа Вилам и Люмам.

В настоящее время разработки оптических систем микрообъективов ведутся по пути улучшения качества изображения за счет уменьшения значения аберраций внеосевых пучков и снижения хроматической разности увеличения (ХРУ).

Уменьшение аберраций внеосевых пучков необходимо для увеличения резкого поля зрения без дополнительной перефокусировки. Уменьшение ХРУ необходимо для уменьшения окраски промежуточного изображения, которое способствует эффективному использованию специальных методов контрастирования и исследований, требующих размещения в этой плоскости специальных сеток или диафрагм.

Известен объектив [1] содержащий 5 компонентов (7 линз). Объектив имеет плосковыпуклую фронтальную линзу, положительный мениск, обращенный вогнутостью к объекту; положительную линзу, склеенную из отрицательного мениска и двояковыпуклой линзы; отрицательный мениск, склеенный из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, одиночную положительную линзу. Остаточная кривизна уменьшена в объективе в 1,5 раза, ХРУ снижена до величины 0,8 + 1,2% Это приводит к некоторому повышению информационной емкости, однако в этом объективе отсутствует возможность повышения числовой апертуры до максимальных для ахроматов значений, т. е. повышение разрешающей способности, что ограничивает потребительские свойства объектива.

В качестве прототипа выбран объектив [2] который содержит последовательно расположенные вдоль оптической оси первый и второй положительные компоненты, выполненные в виде одиночных менискообразных линз, обращенных выпуклостью к пространству изображений; третий компонент, склеенный из отрицательной и положительной линзы; четвертый склеенный положительный компонент; пятый компонент в виде склеенного.

Однако объектив имеет недостаточную выходную апертуру, что делает его малоэффективным при использовании в люминесцентных исследованиях, а малая входная апертура обеспечивает невысокую разрешающую способность. Выполнение последнего компонента склеенным предопределяет появление трудноисправимых сферохроматических аберраций, что исключает возможность в рамках данной конструкции увеличить числовую апертуру.

Задачей изобретения является создание высокоапертурного микрообъектива большого увеличения с исправленными монохроматическими аберрациями, а также с уменьшенной кривизной изображения.

Предлагаемый микрообъектив, как и прототип, содержит последовательно расположенные вдоль оптической оси первый и второй положительные компоненты, выполненные в виде одиночных менискообразных линз, обращенных выпуклостью к пространству изображений; третий компонент, склеенный из отрицательной и положительной линзы, пятый компонент, выполненный в виде мениска, обращенного вогнутостью к пространству изображений.

Вместе с тем, в отличие от прототипа в предлагаемом объективе пятый компонент выполнен одиночным, из материала с показателем преломления больше 1,65 и коэффициентом дисперсии меньше 30.

Использование в качестве последнего компонента мениска с указанными признаками выполнения позволяет провести коррекцию монохроматических аберраций осевого и внеосевого пучков, что устраняет хроматические аберрации и уменьшат кривизну изображения. В результате происходит одновременное исправление монохроматических и хроматических аберраций, при этом исправление монохроматических аберраций приводит к возможности увеличения апертуры (разрешающей способности), а уменьшение кривизны изображения позволит увеличить площадь резко наблюдаемого без фокусировки поля. Исправление же хроматических аберраций снижает окрашенность промежуточного изображения обуславливает возможность применения окуляра простой конструкции, ХРУ уменьшается значительно, примерно в 3 5 раз.

Сущность изобретения поясняется фиг. 1, на которой представлена оптическая схема объектива.

В таблице представлены конструктивные выпуски конкретного варианта исполнения объектива.

Объектив содержит одиночную менискообразную линзу 1 и одиночную менискообразную линзу 2, обращенные выпуклостью к пространству изображений, компонент 3, склеенный из отрицательной 4 и положительной 5 линз, компонент 6, склеенный из положительной 7 и отрицательной 8 линз, а также расположенный за компонентом 6 компонент 9, состоящий из одиночного мениска, конструктивное исполнение которого удовлетворяет указанным в формуле соотношением, и расположенную между 6 и 9 компонентами на некотором варьируемом расстоянии материальную диафрагму 10, имеющую диаметр раскрытия, равный диаметру выходного зрачка объектива.

Устройство работает следующим образом. Первый и второй компоненты строят увеличенное мнимое изображение предмета с уменьшенными значениями аберраций осевой точки и отрицательным значением меридианальной и саггитальной кривизны. Компонент 3 строит действительное изображение объекта в фокальной плоскости компонента 6. При этом вносятся отрицательные значения сферической аберрации, небольшая кривизна и значительный хроматизм положения и увеличения. Затем изображение перехватывается компонентом 9, который строит изображение на бесконечности. При этом компенсируются монохроматические и хроматические аберрации предыдущих компонентов.

Заявленные показатели преломления и дисперсии должны выполняться в указанных пределах, т.к. при показателе преломления материала мениска n_e<1,65 в объективе будет невозможна оптимальная компенсация монохроматических аберраций, что приведет к снижению разрешающей способности, а использование оптического материала мениска с дисперсией ν_e> 30 не позволит провести в объективе качественное исправление хроматических аберраций.

В качестве примера конкретного исполнения приведем расчет ахроматического высокоапертурного микрообъектива большого увеличения. Его линейное увеличение составляет 63^х, а входная апертура 1,15 в водной иммерсии. В сравнении с прототипом входная апертура и разрешающая способность повышены в 1,15 раза, что позволяет увеличить информационную емкость микроскопа в 1,5 раза. Объектив унифицирован по габаритно-техническим характеристикам, рассчитан для работы с дополнительной линзой f_тл 160 мм. Оптические материалы соответствуют требованиям серийного производства и реализации специализированных методик исследования.

Использование: при комплектации микроскопов проходящего света для исследований биологических объектов. Сущность изобретения: объектив включает 5 компонентов, представляющих собой первый и второй положительные компоненты в виде одиночных менисков с выпуклой поверхностью, обращенной к пространству изображений; третий компонент, склеенный из отрицательной и положительной линз, четвертый склеенный компоненты и пятый в виде отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к пространству изображений. При этом пятый компонент выполнен из оптического материала с показателем преломления больше 1,65 и коэффициентом дисперсии меньше 30. 1 табл., 1 ил.

Ахроматический высокоапертурный микрообъектив большого увеличения, содержащий первый и второй положительные компоненты, выполненные в виде одиночных менисков, обращенных выпуклостью к пространству изображений, третий компонент, склеенный из отрицательной и положительной линз, четвертый склеенный компонент и пятый компонент, выполненный в виде отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к пространству изображений, отличающийся тем, что четвертый компонент склеен из положительной и отрицательной линз, а пятый компонент выполнен одиночным из оптического материала с показателем преломления больше 1,65 и коэффициентом дисперсии меньше 30.