ПЛАНАХРОМАТИЧЕСКИЙ МИКРООБЪЕКТИВ С УМЕНЬШЕННЫМ ВТОРИЧНЫМ СПЕКТРОМ Российский патент 1997 года по МПК G02B21/02 

Изобретение относится к области микроскопии, к объективам микроскопа и может быть использовано для комплектации биологических, поляризационных, люминесцентных, металлографических микроскопов.

Планахроматические объективы предназначены для визуального исследования малоконтрастных микроскопических структур и составляют большую долю объема серийного выпуска отечественных и зарубежных фирм.

В последнее время ведущие зарубежные фирмы стремятся к модернизации планахроматических объективов в плане улучшения их аберрационной коррекции, вместе с тем, крайне нежелательно значительное усложнение их конструкций. Разработчики пошли по пути использования в планахроматических объективах нетрадиционных оптических материалов, а также оптимизации схемных решений. На ЛОМО проводится разработка комплекта планахроматических микрообъективов, например для целей микроэлектроники, которые имеют упрощенную в сравнении с планапохроматами конструкцию, но улучшенное в сравнении с планахроматами качество изображения. Подобное улучшение достигается за счет уменьшения в объективах вторичного спектра [1]
Известны планахроматические объективы с улучшенными характеристиками качества изображения по полю [2] [3] [4] Однако, в данных объективах значительны остаточные монохроматические и хроматические аберрации осевых и внеосевых пучков. Так, например, вторичный спектр составляет 2 3 L, а остаточная ХРУ исправлена на уровне 0,8 2,0%
Известны микрообъективы (с планахроматической коррекцией), в которой полностью исправлены указанные аберрации [5] однако их отличает сложность конструкции.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является объектив [6] который выбран в качестве прототипа. Этот объектив состоит из четырех компонентов, первый из которых представляет собой от 0 до 3-х последовательно расположенных линз, второй компонент представляет собой трехсклеенную линзу, третий одиночную положительную линзу, четвертый выполнен в виде отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к изображению.

Объектив обладает высоким уровнем коррекции монохроматических аберраций осевого и внеосевых пучков, хроматическая разность увеличений (ХРУ) исправлена.

К недостаткам данного объектива можно отнести значительную величину вторичного спектра (2,5 3,0 L), не позволяющую эффективно проводить, например, микрофотографические исследования.

Вместе с тем, современные модели микроскопов требуют обеспечения возможности проведения микрофотографии, измерительных операций. Для простых рабочих и лабораторных моделей объективы должны быть достаточно просты конструктивно, технологичны и дешевы. Этим требованиям должны отвечать планахроматические объективы с улучшенной коррекцией вторичного спектра.

Основной задачей, на решение которой направлено изобретение, является обеспечение одновременного комплексного исправления в объективе монохроматических и хроматических аберраций.

Для решения поставленной задачи предложен планахроматический микрообъектив с уменьшенным вторичным спектром, который, как и прототип, состоит из четырех компонентов, первый из которых представляет собой от 0 до 3-х последовательно расположенных линз, второй компонент представляет собой трехсклееную линзу, третий одиночную положительную линзу, четвертый выполнен в виде отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к изображению.

В отличие от прототипа в предлагаемом микрообъективе второй компонент склеен из двух отрицательных с заключенной между ними положительной линзой, при этом выбор оптических материалов линз второго компонента удовлетворяет условиям:
1,65 <n₂₁ <1,95; 1,35 <n₂₂ < 1,55; 1,65 <n₂₃ < 1,95; 20 < ν₂₁ < 30; 55 <ν₂₂ <100, 40 <ν₂₃ <55;
где n₂₁, n₂₂, n₂₃ показатели преломления линз второго компонента,
ν₂₁, ν₂₂, ν₂₃ коэффициенты дисперсии линз второго компонента.

Сущность предложенного изобретения заключается в том, что выполнение второго компонента склеенным из двух отрицательных с к\заключенной между ними положительной линзой из оптических материалов, выбранных из определенных условий в зависимости от показателей преломления и коэффициентов дисперсии, позволяет одновременно исправлять монохроматические и хроматические аберрации в объективе в целом. Так, выбор материалов линз этого компонентов в соответствии с указанными соотношениями позволяет компенсировать хроматические аберрации первого компонента, Выполнение первого компонента указанным образом и выбор количества линз от 0 до 3 позволяет оптимальным образом корригировать в объективах меридиональную и сагиттальную кривизну, исправить монохроматические аберрации широких наклонных пучков. Количество фронтальных линз выбирается от 0 до 3 для микрообъективов, имеющих различные габаритные характеристики. Количество фронтальных линз более 3 использовать нерационально, т.к. в этом случае не выполняется условие стандартизованной высоты объектива h 45 мм. Выполнение склеенной линзы указанным образом дает возможность более качественного исправления сферохроматических аберраций и вторичное действие при одинаковых в сравнении с традиционным трехсклеенным, оптических силах линз [7]
Таким образом, использование указанных признаков позволяет достичь значительного технического результата, заключающегося в возможности одновременного, комплексного исправления в объективе монохроматических и хроматических аберраций, что не достигнуто в известных аналогах и прототипе.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлена принципиальная схема микрообъектива, а также таблицей, в которой даны аберрационные выпуски примеров конкретного исполнения заявляемого микрообъектива.

Планахроматический микрообъектив с уменьшенным вторичным спектром состоит из четырех компонентов. Первый компонент 1 представляет собой от 0 до 3-х последовательно расположенных линз. Второй компонент 2 представляет собой трехсклеенную из двух отрицательных линз, между которыми заключены положительная линза. Третий компонент 3 представляет собой одиночную положительную линзу. Четвертый компонент 4 выполнен в виде отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к изображению. Выбор оптических материалов линз второго компонента удовлетворяет условиям:
1,65 <n₂₁ <1,95; 1,35 < n₂₂ <1,55; 1,65 <n₂₃ < 1,95; 20 < ν₂₁ < 30; 55 <ν₂₂ <100; 40 <ν₂₃<55;
где n₂₁, n₂₂, n₂₃ показатели преломления линз второго компонента,
ν₂₁, ν₂₂, ν₂₃ коэффициенты дисперсии линз второго компонента,
Предлагаемый микрообъектив работает следующим образом:
Второй компонент 2 самостоятельно либо при помощи линз первого компонента 1, снижающих входную апертуру и изменяющих масштаб объектива в целом, строит увеличенное мнимое изображение объекта с уменьшенными значениями аберраций осевой точки предмета при отрицательных значениях меридиональной и сагиттальной кривизны.

Двояковыпуклая одиночная линза строит действительное изображение объектива в фокальной плоскости мениска, обращенного вогнутостью к изображению. При этом вносится отрицательная сферическая и хроматические аберрации положения и увеличения. Затем изображение "перехватывается" мениском, строящим изображение в бесконечности, компенсируя монохроматические и хроматические аберрации предыдущих линз. Рассчитанные объективы работают совместно с дополнительной тубусной линзой с F' 160 мм.

Приведенные в таблице примеры конкретного выполнения ахроматических объективов микроскопа рассчитаны с различным количеством фронтальных положительных компонентов (в соответствии с приведенными соотношениями). При этом количество линз меняется от 0 до 3. При числе больше 3 становится затруднительным выполнение конструкции из отечественных оптических материалов в пределах стандартизованных габаритов (h 45 мм).

Благодаря использованию заявляемого решения были получены варианты ахроматических объективов микроскопа с различным количеством положительных компонентов. В качестве примеров конкретного использования рассчитаны объективы: со следующим числом N положительных линз.

N 0; 10/0,25,
N 1; 20/0,50
N 2; 50/0,75
N 3; 100/0,9
Во всех вариантах объективов, рассчитанных с применением предлагаемого решения, достигнуто высокое качество изображения по полю (в соответствии с наиболее строгим критерием характеристикой Штреля, которая составляет 0,8). Одновременно с этим достигнуто и полное исправления хроматической разности увеличений (ХРУ во всех случаях близко к 0%), что дает возможность разработать широкоугольный окуляр (Г 10, 2У' 20 мм), имеющий постоянный ХРУ по всему полю зрения и комплектующий ахроматические объективы в соответствии с условием полезного увеличения на микроскопе.

В результате реализации предложенного технического решения в ахроматических объективах микроскопа информационная емкость по сравнению с налогами может быть увеличена в 3 раза и, следовательно, эффективность и производительность работы на микроскопе может быть повышена.

Оптическая конструкция заявляемых объективов универсальна, она разработана на основе широко применяемых оптических материалов, которые могут быть пронормированы по высшим категориям двулучепреломления, что обеспечивает выпуск объектива в поляризованном варианте исполнения. Объектив стандартизован по высоте, а применение длины тубуса позволяет использовать его в револьверном устройстве с объективами, имеющими другой тип коррекции.

Использование: для визуального исследования малоконтрастных микроскопических структур. Сущность изобретения: объектив содержит четыре компонента, первый из которых представляет собой от 0 до 3-х последовательно расположенных линз, второй компонент представляет собой трехсклеенную из двух отрицательных с заключенной между ними положительной линзой, третий - одиночная положительная линза, четвертый выполнен в виде отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к изображению, при этом для выбора оптических материалов линз второго компонента установлены определенные соотношения. 1 ил., 1 табл.

Планохроматический микрообъектив с уменьшенным вторичным спектром, состоящий из четырех компонентов, первый из которых представляет собой 0 3 последовательно расположенные линзы, второй компонент выполнен в виде трехсклеенной линзы, третий одиночная положительная линза, четвертый выполнен в виде отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к изображению, отличающийся тем, что второй компонент склеен из двух отрицательных с заключенной между ними положительной линз, при этом выбор оптических материалов линз второго компонента удовлетворяет условиям
1,65 < n_2 1 < 1,95; 1,35 < n_2 2 < 1,55; 1,65 < n_2 3 < 1,95; 20 < ν₂₁ < 30; 50 < ν₂₂ < 100; 40 < ν₂₃ < 55,
где n_2 1, n_2 2, n_2 3 показатели преломления линз второго компонента;
ν₂₁, ν₂₂, ν₂₃ - коэффициенты дисперсии линз второго компонента.