АХРОМАТИЧЕСКИЙ ОБЪЕКТИВ МИКРОСКОПА БОЛЬШОГО УВЕЛИЧЕНИЯ Российский патент 1997 года по МПК G02B21/02 

Изобретение относится к оптике и может быть использовано при конструировании объективов-ахроматов большого увеличения для комплектации крупносерийных микроскопов типа БИОЛАМ, БИМАМ, ЛЮМАМ.

Известен объектив /1/, в котором снижена хроматическая разность увеличений /ХРУ/ и уменьшена кривизна изображения.

Однако в этом случае наблюдается окрашивание изображения в промежуточной плоскости микроскопа, а остаточная кривизна остается значительной. При этом в данном объективе отсутствует возможность дальнейшего повышения числовой апертуры /разрешающей способности/ до максимальных значений 1,35-1,4 масляной иммерсии.

Указанные недостатки приводят к снижению информационной емкости на микроскопе и не позволяют повысить производительность микроскопических исследований.

Наиболее близким к изобретению является микрообъектив /2/, имеющий довольно простую конструкцию, пригодную для крупносерийного производства. Объектив содержит фронтальный компонент в виде одиночных положительных первой плосковыпуклой и второй менискообразных линз, обращенных выпуклостью к пространству изображений, две двусклееные из отрицательных и положительных, обращенных к пространству изображений, линз, и последний компонент в виде отрицательного двусклееного мениска, обращенного вогнутостью к пространству изображений.

При этом его отличает ряд недостатков, не позволяющих рекомендовать его для использования. Так, недостаточная коррекция монохроматических аберраций внеосевых пучков приводит к снижению полезного поля зрения, наблюдаемого без перефокусировки. Недостаточное исправление ХРУ не позволяет применить простой по конструкции окуляр с линейным полем зрения 2у'=18-20 мм. Пониженная числовая апертура в пространстве предметов снижает разрушающую способность объектива. Все перечисленные недостатки обуславливают пониженную информационную емкость. При этом оптическая схема не позволяет устранить перечисленные недостатки. Так, выполнение последнего компонента склеенным предопределяет появление трудноисправимых сферохроматических аберраций /при попытке увеличения апертуры/, а исполнение первой линзы фронтального компонента не является оптимальным для коррекции монохроматических аберраций внеосевых пучков.

Вместе с тем, в современных моделях микроскопов требуется применение микрообъективов с повышенной информационной емкостью за счет улучшения аберрационной коррекции монохроматических аберраций внеосевых пусков, снижение ХРУ, повышение разрешающей способности.

Данным требованиям отвечает ахроматический объектив микроскопа большого увеличения, конструкция которого, как и прототип, включает фронтальный компонент в виде одиночных положительных первой плосковыпуклой, либо менискообразной и второй менискообразной линз, обращенных выпуклостью к пространству изображений, две двусклееные из отрицательных и положительных, обращенных к пространству изображений, линз, и последний компонент в виде мениска, обращенного вогнутостью к пространству изображений. Вместе с тем, в отличие от прототипа, в предлагаемом объективе последний компонент выполнен одиночным, причем в нем выполняются соотношения:

R₁=/1,3-1,5/R₂;
D=/0,7-1,2/R₂,
20< ν_e <30,
и фокусное расстояние первой линзы фронтального компонента составляет Кроме того, на варьируемом расстоянии от последнего компонента располагается материальная диафрагма с диаметром раскрытия, равным диаметру выходного зрачка объектива.

Использование в качества последнего компонента мениска с указанными признаками выполнения позволяет провести коррекцию монохроматических аберраций осевого и внеосевого пучков. Выполнение и расположение его указанным способом устраняет хроматические аберрации и уменьшает 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 перефокусировки поля. Исправление же хроматических аберраций снижает окрашенность промежуточного изображения и обуславливает возможность применения окуляра простой конструкции, ХРУ уменьшается значительно, примерно в 5,7 раз.

Расположение на варьируемом расстоянии L за мениском материальной диафрагмы с диаметром раскрытия, равным диаметру выходного зрачка объектива, позволяет проводить оптимальным образом коррекцию астигматизма и кривизны /их перебалансировку/, отклоняя ход главного луча в объективе. При этом варьируемое расстояние L позволяет осуществлять оптимальную перебалансировку астигматизма и добиться наиболее резкого изображения на микроскопе при наблюдении конкретным наблюдателем. В случае, когда требуется получение упрощенных конструкций, роль диафрагмы может осуществлять механическая оправа выходного торца микрообъектива.

Одновременное исправление хроматических и монохроматических аберраций позволяет повысить информационную емкость объектива пропорционально увеличению резко наблюдаемого без перефокусировки поля зрения и пропорционально увеличению разрешающей способности.

На чертеже представлена оптическая схема заявляемого объектива.

Объектив содержит фронтальный компонент 1, компонент 2, выполненный в виде двух последовательно расположенных вдоль оптической оси двусклееных линз, положительные компоненты которых обращены к плоскости изображений, а также расположенный за компонентом 2 компонент 3, содержащий одиночный мениск, конструктивное исполнение которого удовлетворяет указанным в формуле соотношениям. Расположенная за ним на некотором варьируемом расстоянии материальная диафрагма имеет диаметр раскрытия, равный диаметру выходного зрачка объектива.

Объектив работает следующим образом.

Первый компонент строит увеличенное мнимое изображение предмета с уменьшенными значениями аберраций осевой точки и отрицательным значением меридиональной и сагиттальной кривизны. Компонент 2 строит действительное изображение объекта в фокальной плоскости компонента 3. При этом вносятся отрицательные значения сферической аберрации, небольшая кривизна и значительный хроматизм положения и увеличения. Затем изображение перехватывается компонентом 3, который строит изображение на бесконечности. При этом компенсируются монохроматические и хроматические аберрации предыдущих компонентов.

В рамках предлагаемого технического решения выполнены расчеты целой гаммы ахроматических объективов большого увеличения. Получены иммерсионные объективы с увеличением 100^x. Апертура одного из них составляет 1,25 мм, ХРУ снижена до 0,3% что повышает информационную емкость на микроскопе приблизительно в 1,5-2 раза, апертура другого составляет 1,4 мм, что в сочетании с уменьшенной ХРУ также повышает информационную емкость на микроскопе примерно в 1,5-2 раза.

Использование: в крупносерийных микроскопах проходящего света типа "Биолам", "Бимам", "Люман". Сущность изобретения: объектив включает фронтальный компонент, выполненный в виде первой положительной плосковыпуклой либо менискообразной линзы и второго положительного мениска, обращенных выпусклостью к изображению, две двусклеенные линзы, положительные компоненты которых обращены выпуклостью к изображению, и последний компонент, выполненный в виде одиночного мениска, обращенного вогнутостью к изображению, причем в нем удовлетворяются соотношения: R₂ (2,4-2,7)f'_об, R₁ (1,3-1,5)R₂, D (0,7-1,2)R₂, 20 меньше Ye меньше 30, а фокусное расстояние первой линзы фронтального компонента составляет (0,9-1,5)f'_об, где R₁, R₂, D, Ye - радиусы кривизны, толщина и коэффициент дисперсии последнего компонента, соответственно. Кроме того, на варьируемом расстоянии (0,3-7,5)f'_об от последнего компонента может располагаться материальная диафрагма с диаметром раскрытия, равным диаметру выходного зрачка объектива. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Ахроматический объектив микроскопа большого увеличения, содержащий фронтальный компонент в виде одиночных положительных первой плоско-выпуклой либо менискообразной линзы и второго мениска, обращенных выпуклостью к изображению, две двусклеенные из отрицательных и положительных, обращенных к изображению, линз и последний компонент в виде мениска, обращенного вогнутостью к изображению, отличающийся тем, что последний компонент выполнен одиночным, причем в нем удовлетворяются соотношения

а фокусное расстояние первой линзы фронтального компонента составляет
где R₁, R₂, D, ν_e- радиусы кривизны, толщина и коэффициент дисперсии материала последнего компонента соответственно;
фокусное расстояние объектива. 2. Объектив по п. 1, отличающийся тем, что на варьируемом расстоянии от последнего компонента расположена материальная диафрагма с диаметром раскрытия, равным диаметру выходного зрачка объектива.