ИММЕРСИОННЫЙ МИКРООБЪЕКТИВ БОЛЬШОГО УВЕЛИЧЕНИЯ С УВЕЛИЧЕННЫМ РАБОЧИМ РАССТОЯНИЕМ Российский патент 2001 года по МПК G02B21/02 

Предлагаемое изобретение относится к оптике и может быть использовано при конструировании иммерсионных микрообъективов, имеющих ахроматический тип аберрационной коррекции, с увеличенным рабочим расстоянием между препаратом и объективом для комплектации крупносерийных микроскопов типа "Биолам", "Бимам", "Люмам".

Известен микрообъектив масляной иммерсии с ахроматическим уровнем коррекции [1] , в котором основное внимание уделяется повышению входной числовой апертуры (которая достигает 1.25 мм), а также качеству коррекции монохроматических аберраций внеосевых пучков. Вместе с тем, этот объектив отличает уменьшенное значение переднего рабочего расстояния между препаратом и объективом (оно составляет 0.08-0.10 мм), что делает этот объектив непригодным для работы по специализированным методикам. Кроме того, этот микрообъектив имеет недостаточно высокий уровень коррекции хроматических аберраций внеосевых пучков. Так, остаточная ХРУ достигает 1.5-2%.

В настоящее время существует устойчивая тенденция к повышению информативности и производительности работ на микроскопе, для чего создатели микрообъективов следуют по пути улучшения аберрационной коррекции. Ведутся работы по снижению в микрообъективах остаточной хроматической разности увеличений (ХРУ). Это необходимо для уменьшения окрашенности промежуточного изображения, которая препятствует эффективному использованию специальных методов микроскопических исследований, требующих размещения в этой плоскости специальных сеток, шкал, препаратов и т.п.

Известен микрообъектив, выпускаемый серийно отечественной промышленностью (ОМ-41) [2] . Этот объектив отличает уменьшенное значение переднего рабочего расстояния между препаратом и объективом. Кроме того, имея удовлетворительное качество изображения осевой точки предмета, он не отвечает современным требованиям по качеству изображения внеосевых точек поля зрения. Так, значение кривизны изображения составляет 12 λ, и остаточная ХРУ составляет 2%.

Данный недостаток совместно с большими значениями меридиональной и сагиттальной кривизны изображения существенно снижает информационную емкость на микроскопе при использовании данного микрообъектива.

Известен микрообъектив с практически исправленными ХРУ и кривизной изображения [3] . Однако этот объектив имеет иной тип коррекции (является планапохроматом), имеет чрезвычайно сложную конструкцию, не пригодную для крупносерийного производства. Кроме того, его также отличает уменьшенное значение переднего рабочего расстояния между препаратом и объективом (примерно 0.13 мм).

Известен иммерсионный микрообъектив [4] с ахроматическим типом аберрационной коррекции, в котором значение переднего рабочего расстояния между препаратом и объективом несколько увеличено и составляет 0.15-0.20 мм. Однако и это оказывается недостаточно при использовании его для специализированных методик.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому иммерсионному микрообъективу большого увеличения с увеличенным рабочим расстоянием является известный объектив микроскопа [5], который содержит расположенные вдоль оптической оси фронтальный компонент в виде одиночной положительной плосковыпуклой линзы или в виде одиночного мениска, обращенного выпуклостью к пространству изображений, второй одиночный положительный компонент, третий двусклеенный из отрицательной и положительной линз компонент, четвертый двусклеенный из отрицательной и положительной линз компонент, пятый компонент в виде одиночного мениска, обращенного вогнутостью к пространству изображений.

Этот объектив обладает высоким качеством аберрационной коррекции. Однако его также отличает уменьшенное значение переднего рабочего расстояния между препаратом и объективом (0.13- 0.15 мм), что делает этот объектив непригодным для работы по специализированным методикам, и снижает потребительские свойства изделия при работе на микроскопе.

Основной задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является значительное увеличение значения переднего рабочего расстояния между препаратом и объективом, а также повышение информационной емкости по сравнению с аналогами.

Поставленная задача достигается с помощью предлагаемого иммерсионного микрообъектива большого увеличения с увеличенным рабочим расстоянием и ахроматическим типом аберрационной коррекции, который так же как и прототип содержит расположенные вдоль оптической оси фронтальный компонент, в виде одиночной положительной плосковыпуклой линзы или в виде одиночного мениска, обращенного выпуклостью к пространству изображений, второй одиночный положительный компонент, третий двусклеенный из отрицательной и положительной линз компонент, четвертый двусклеенный из отрицательной и положительной линз компонент, пятый компонент в виде одиночного мениска, обращенного вогнутостью к пространству изображений.

Однако в отличие от прототипа в заявляемом микрообъективе за пятым дополнительно располагается шестой компонент, выполненный в виде одиночного мениска, обращенного вогнутостью к пространству изображений.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что добавление в известную оптическую схему дополнительного шестого компонента, выполненного указанным образом, позволяет реализовать остальные компоненты с меньшим относительным отверстием, чем в прототипе, т.е. при похожей аберрационной коррекции компонента возможно перераспределение нагрузки между компонентами и значительное увеличение переднего рабочего расстояния между препаратом и объективом. Кроме того, выполнение и расположение пятого компонента указанным образом способствует снижению в объективе хроматических аберраций и уменьшению кривизны изображения. В результате происходит одновременное исправление монохроматических и хроматических аберраций, при этом исправление монохроматических аберраций приводит к возможности увеличения переднего рабочего расстояния, а уменьшение кривизны изображения позволит увеличить площадь резко наблюдаемого без перфокусировки поля изображения. Исправление же хроматических аберраций позволяет использовать окуляр простой конструкции.

Таким образом, в заявляемом иммерсионном микрообъективе большого увеличения достигнут новый результат, заключающийся в возможности значительного увеличения переднего рабочего расстояния между препаратом и объективом при одновременном исправлении хроматических и монохроматических аберраций. Это позволяет существенно улучшить потребительские свойства микрообъектива, сделать его пригодным при использовании для специализированных методик исследований, а также повысить в сравнении с аналогами информационную емкость на микроскопе.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежом, на котором представлена оптическая схема заявляемого объектива, а также таблицей, в которой приведены конструктивные параметры конкретного варианта исполнения иммерсионного микрообъектива большого увеличения с увеличенным рабочим расстоянием.

Заявляемый микрообъектив содержит фронтальный компонент 1, выполненный в виде одиночной положительной плосковыпуклой линзы или в виде одиночного мениска, обращенного выпуклостью к пространству изображений, второй 2 одиночный положительный компонент, третий 3 двусклеенный из отрицательной и положительной линз компонент, четвертый 4 двусклеенный из отрицательной и положительной линз компонент, пятый 5 компонент в виде одиночного мениска, обращенного вогнутостью к пространству изображений, шестой 6 компонент, выполненный в виде одиночного мениска, обращенного вогнутостью к пространству изображений.

В варианте конкретного исполнения получен объектив с линейным увеличением 100 крат, апертурой в пространстве предметов 0.90 в водной иммерсии, рабочим расстоянием 2.7 мм, полем зрения 20 мм в пространстве изображений.

Устройство работает следующим образом. Первый и второй компоненты строят увеличенное мнимое изображение предмета с уменьшенными значениями аберраций осевой точки и отрицательными значениями меридиональной и сагиттальной кривизны. Компоненты 3 и 4 строят действительное изображение в передней фокальной плоскости компонентов 5 и 6. При этом вносятся отрицательные значения сферической аберрации, небольшая кривизна и значительный хроматизм положения и увеличения. Затем изображение "перехватывается" компонентами 5 и 6, которые строят его в бесконечности. При этом компенсируются монохроматические и хроматические аберрации предыдущих компонентов. Объектив работает совместно с дополнительной тубусной линзой F'тл=160.

В объективе, рассчитанном в качестве примера конкретного исполнения достигнуто увеличение свободного рабочего расстояния не менее чем в 10 раз по сравнению с аналогами и прототипом. За счет уменьшения хроматических аберраций улучшена коррекция хроматических аберраций. Уменьшена кривизна изображения. При реализации предложенного решения в ахроматических микрообъективах в 2-3 раза может быть повышена информационная емкость.

Источники информации
1. Патент Британии N 1456485, М.кл. G 02 B 21/02.

2. ТУ3-3.870-83 Объективы для микроскопии. "ЛОМО".

3. Патент Японии N 60-35046, М.кл. G 02 B 21/02.

4. Патент ЧССР N 186190, М.кл. G 02 B 21/02.

5. Патент России N 2087017, М.кл. G 02 B 21/02 - прототип.

Иммерсионный микрообъектив содержит фронтальный компонент в виде одиночной положительной плосковыпуклой линзы или в виде одиночного мениска, обращенного выпуклостью к пространству изображений, второй одиночный положительный компонент, третий двусклеенный из отрицательной и положительной линз компонент, четвертый двусклеенный из отрицательной и положительной линз компонент, пятый компонент в виде одиночного мениска, обращенного вогнутостью к пространству изображений. За пятым располагается шестой компонент, выполненный в виде одиночного мениска, обращенного вогнутостью к пространству изображений. Обеспечивается значительное увеличение значения переднего рабочего расстояния между препаратом и объективом, а также повышение информационной емкости. 1 ил., 1 табл.

Иммерсионный микрообъектив, содержащий расположенные вдоль оптической оси фронтальный компонент в виде одиночной положительный плосковыпуклой линзы или в виде одиночного мениска, обращенного выпуклостью к пространству изображений, второй одиночный положительный компонент, третий двусклеенный из отрицательной и положительной линз компонент, четвертый двусклеенный из отрицательной и положительной линз компонент, пятый компонент в виде одиночного мениска, обращенного вогнутостью к пространству изображений, отличающийся тем, что за пятым располагается шестой компонент, выполненный в виде одиночного мениска, обращенного вогнутостью к пространству изображений.