МИКРООБЪЕКТИВ ПРЯМОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ Российский патент 1999 года по МПК G02B21/04 

Изобретение относится к оптическому приборостроению, и именно к зеркально-линзовым микрообъективам, и может быть использовано в микроскопах.

Известны зеркально-линзовые микрообъективы, содержащие два концентричных зеркала, перед которыми расположена коррекционная менискообразная линза, а позади - двухлинзовый компенсатор аберраций (Русинов М.М. Композиция оптических систем. - Л. : Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1989, с. 307, рис 23.9, б, в). В таких микрообъективах изображение получается перевернутым, а основным их недостатком является большое экранирование в центральной части апертуры.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению относится зеркально-линзовый микрообъектив, состоящий из двух компонентов: зеркального - из двух концентричных вогнутого с отверстием в центре и выпуклого зеркал, дающего промежуточное действительное изображение, и линзового, вторично оборачивающего и увеличивающего это изображение (Русинов М.М. Композиция оптических систем. - Л.: Машиностроение, Ленинград. отд-ние, 1989, с. 308, рис. 23.10. Прототип). Таким образом, изображение по отношению к предмету получается прямым. Поскольку промежуточное изображение в этом микрообъективе расположено вблизи вершины первого вогнутого зеркала, то центральное экранирование существенно уменьшается по сравнению с аналогами. Однако величина числовой апертуры не превышает 0,65, а увеличение микрообъектива составляет 20^х.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является создание микрообъектива прямого изображения, позволяющего повысить числовую апертуру и увеличение при одновременном улучшении качества изображения за счет уменьшения сферической аберрации и хроматизма положения.

Это достигается тем, что в микрообъективе прямого изображения, состоящем из двух компонентов с промежуточным изображением между ними, первый из которых выполнен из двух концентричных, вогнутого с отверстием в центре и выпускного, зеркал, в первом компоненте перед упомянутыми зеркалами расположена коррекционная менискообразная линза, обращенная вогнутостью к предмету, а второй компонент содержит концентричное зеркалами первого компонента вогнутое зеркало с отверстием и плоское зеркало с отверстием в центре, а также отрицательную линзу, вторая поверхность которой апланатична к изображению.

Такое техническое решение является новым, неизвестным в практике объективостроения. Существенность отличительных признаков заключается в том, что, несмотря на известность отдельных элементов микрообъектива, рассмотренных выше, при их введении в указанной связи объектив проявляет новые свойства: возрастают числовая апертура и увеличение при высоком качестве изображения.

Изобретение является промышленно применимым из-за простоты конструкции и известности технологических процессов изготовления отдельных оптических деталей и его сборки.

На фиг. 1 изображена принципиальная оптическая схема микрообъектива: на фиг. 2 приведены графики аберраций микрообъектива (а - сферохроматическая аберрация, б - астигматизм и кривизна поля), рассчитанных в обратном ходе лучей, т.е. в предметной плоскости.

Микрообъектив содержит первый компонент, состоящий из коррекционной менискообразной линзы 1, обращенной вогнутостью к предмету, и расположенных за ней двух концентричных, вогнутого 2 с отверстием в центре и выпуклого 3, зеркал, после которого получается промежуточное действительное изображение вблизи вершины зеркала 2, а также второй компонент, выполненный из концентричного зеркалам первого компонента вогнутого зеркала 4 с отверстием и плоского зеркала 5 с отверстием в центре, расположенного в вершине вогнутого зеркала 2, и отрицательной линзы 6, вторая поверхность которой апланатична к изображению.

Концентричные зеркала 2 и 3 строго исправлены на астигматизм и кому и обладают очень небольшой положительной сферической аберрацией. Коррекционная линза 1 позволяет получить хорошее исправление сферической аберрации при увеличенной числовой апертуре, достигающей величины 0,8. Вогнутое зеркало 4, также концентричное с передними зеркалами 2 и 3, снова оборачивает изображение, так что оно становится прямым по отношению к предмету; при этом происходит дополнительное возрастание увеличения. Плоское зеркало 5 служит для выведения изображения через отверстие в зеркале 4. Отрицательная линза 6, добавленная во втором компоненте позади зеркал, позволяет еще повысить общее увеличение микрообъектива без изменения достигнутого качества изображения.

Микрообъектив работает следующим образом. Световой луч, пройдя через коррекционную линзу 1, падает на вогнутое зеркало 2, отразившись от которого, направляется к выпуклому зеркалу 3. Далее, отразившись от зеркала 3, луч идет через отверстие в центре зеркала 2 (и соответственно зеркала 5) к вогнутому зеркалу 4, снова отражается и доходит до зеркала 5. После отражения от зеркала 5 луч проходит через отверстие в зеркале 4, попадает в отрицательную линзу 6 и далее идет до плоскости изображения.

Пример конкретного выполнения микрообъектива
Заявителем был рассчитан микрообъектив, который имеет следующие основные характеристики:
увеличение 54,3^х;
числовая апертура 0,8;
линейное поле зрения 0,37 мм;
предметный отрезок 13,1 мм.

Конструктивные данные этого микрообъектива приведены в таблице (см. таблицу в конце описания).

Качество изображения характеризуется следующими величинами: продольная сферическая аберрация не превышает 1,5 мкм (волновая сферическая аберрация в лучшей плоскости установки порядка 0,1 длины волны), хроматизм положения не более 2 мкм, астигматизм практически отсутствует и составляет 0,1 мкм, кривизна поля не более 2,4 мкм.

Увеличение числовой апертуры до 0,8 при высоком качестве изображения способствует увеличению разрешающей способности предлагаемого микрообъектива. Повышение увеличения микрообъектива, а следовательно, микроскопа в целом обеспечивает возможность рассматривания более тонких структур. Получаемое прямое изображение создает более комфортные условия работы с микроскопом, так как оно соответствует естественным физиологическим свойствам человека и позволяет избавиться от необходимости выработки привычки работать с перевернутым изображением. Это особенно важно для операционных микроскопов, когда для расширения поля обзора производятся подвижки микроскопа.

Данный микрообъектив может работать и без отрицательной линзы 6, сохраняя при этом достигнутое качество изображения при прежней числовой апертуре 0,8, но при меньшем увеличении 19,2^х.

Исходя из вышеизложенного, предлагаемое техническое решение является новым, имеет изобретательский уровень и промышленную применимость, следовательно, ему может быть предоставлена правовая охрана.

Микрообъектив прямого изображения относится к оптическому приборостроению, а именно к зеркально-линзовым микрообъективам, и может быть использован в микроскопах. Микрообъектив прямого изображения состоит из двух компонентов с промежуточным действительным изображением между ними, при этом первый компонент содержит коррекционную менискообразную линзу, обращенную вогнутостью к предмету, и расположенные за ней два концентричных, вогнутое с отверстием в центре и выпуклое, зеркала, а второй компонент выполнен из концентричного зеркалам первого компонента вогнутого зеркала с отверстием и плоского зеркала с отверстием в центре, а также отрицательной линзы, вторая поверхность которой апланатична к изображению. Изобретение позволяет повысить числовую апертуру и увеличение микрообъектива при хорошем исправлении сферической аберрации, хроматизма положения и кривизны поля. 1 з.п.ф-лы, 2 ил., 1 табл.

1. Микрообъектив прямого изображения, состоящий из двух компонентов с промежуточным изображением между ними, первый из которых выполнен из двух концентричных вогнутого с отверстием в центре и выпуклого зеркал, отличающийся тем, что в первом компоненте перед зеркалами расположена коррекционная менискообразная линза, обращенная вогнутостью к предмету, а второй компонент содержит концентричное зеркалам первого компонента вогнутое зеркало с отверстием и плоское зеркало с отверстием в центре. 2. Микрообъектив по п.1, отличающийся тем, что во втором компоненте позади зеркал добавлена отрицательная линза, вторая поверхность которой апланатична к изображению.