ПЛАНАХРОМАТИЧЕСКИЙ МИКРООБЪЕКТИВ Российский патент 2001 года по МПК G02B21/02 

Предлагаемое изобретение относится к области микроскопии, к планахроматическим объективам микроскопа, и может быть использовано для комплектации лабораторных и исследовательских моделей биологических, поляризационных, люминесцентных и других микроскопов.

Качество изображения таких объективов во многом зависит от оптимальности построения оптической схемы, рационального распределения между компонентами габаритной и аберрационной нагрузки.

Известен объектив микроскопа [1], содержащий плосковыпуклую линзу, положительный мениск, обращенный вогнутостью к пространству предметов, два положительных двусклеенных компонента и отрицательный двусклеенный компонент. Такая конструкция не позволяет повысить числовую апертуру при достижении планахроматической коррекции вследствие ограниченных коррекционных возможностей первого компонента.

Известен также планахроматический объектив [2], содержащий семь компонентов, первый из которых представляет собой двусклеенную линзу, второй - одиночный мениск, третий положительный компонент, склеенный из менискообразной и двояковыпуклой линз, четвертый и пятый - два двусклеенных положительных компонента, первый из которых склеен из отрицательного мениска и двояковыпуклой линзы, другой - двояковыпуклой линзы и отрицательного мениска, шестой и седьмой - два компонента, каждый из которых склеен из двояковыпуклой и двояковогнутой линз. В этом объективе также использован аналогичный фронтальный компонент, имеющий те же недостатки.

Известен также объектив [3], содержащий семь компонентов, первые два - мениски, третий и четвертый - положительные компоненты, склеенные из отрицательной и положительной линз, пятый - двояковыпуклая линза, шестой компонент - двояковогнутая линза, седьмой компонент склеен из отрицательной и положительной линз. Такой объектив отвечает всем повышенным требованиям, однако его конструкция представляется чрезвычайно сложной, а используемые оптические материалы не выпускаются в нашей стране.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению является планахроматический микрообъектив [4], содержащий последовательно расположенные вдоль оптической оси первый и второй одиночные положительные компоненты, выполненные в виде менисков, обращенных вогнутостью к пространству предметов, третий и четвертый - положительные компоненты, склеенные из отрицательной и положительной линз, пятый и шестой - отрицательные компоненты, выполненные в виде менисков, обращенных вогнутостью к пространству изображений, склеенных из положительной и отрицательной линз.

Такой объектив имеет высокий уровень аберрационной коррекции по всему полю зрения, однако его числовая апертура и светосила недостаточны для некоторых методов микроскопического исследования, например люминесценции. Так, в частности, требуется достижение числовой апертуры в пространстве предметов больше 1.0. В прототипе она составляет 0.75.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение входной числовой апертуры при улучшении коррекции полихроматических аберраций внеосевых пучков.

Решению этой задачи соответствует предложенный планахроматический микрообъектив, содержащий, как и в прототипе, последовательно расположенные вдоль оптической оси первый и второй одиночные положительные компоненты, выполненные в виде менисков, обращенных вогнутостью к пространству предметов, третий и четвертый - положительные компоненты, склеенные из отрицательной и положительной линз, шестой и седьмой - отрицательные компоненты, выполненные в виде менисков, обращенных вогнутостью к пространству изображений, склеенных из положительной и отрицательной линз. Вместе с тем, в отличие от прототипа, между четвертым и шестым компонентами расположен пятый - положительный компонент, выполненный в виде одиночной линзы. Введение пятого компонента - одиночной линзы - в совокупности с остальными компонентами позволило по сравнению с прототипом повысить входную апертуру в 1.5-1.6 раза. Это объясняется тем, что в объективе стала возможной перебалансировка и рациональное распределение между компонентами габаритной и аберрационной нагрузки. Так, выполнение пятого компонента несклеенным позволило избежать появления трудноисправимых сферохроматических аберраций, повысить числовую апертуру и получить дополнительный эффект - повышение светосилы.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежом, на котором представлена оптическая схема микрообъектива, а также таблицами 1 и 2, в которых представлены конструктивные параметры.

Предлагаемый планахроматический микрообъектив содержит семь компонентов, последовательно расположенных вдоль оптической оси, где первый компонент 1 - одиночный положительный мениск, второй компонент 2 - одиночный положительный мениск, третий компонент 3 - склейка из отрицательной линзы 8 и положительной линзы 9, четвертый компонент 4 - склейка из отрицательной линзы 10 и положительной линзы 11, пятый компонент 5 - одиночная линза, шестой компонент 6 - склейка из положительной линзы 12 и отрицательной линзы 13, седьмой компонент 7 - склейка из положительной линзы 14 и отрицательной линзы 15.

Предлагаемый планахроматический микрообъектив работает следующим образом. Первые два компонента строят увеличенное мнимое изображение с недоисправленными сферической, хроматической аберрациями. Два двусклеенных компонента строят еще более увеличенное изображение с частичной компенсацией хроматических аберраций. Одиночный компонент строит действительное изображение в передней обобщенной фокальной плоскости двух отрицательных склеенных компонентов. При этом происходит выравнивание сферической и сферохроматической аберраций. Последние два компонента становятся отрицательными и их аберрации являются компенсационными по отношению к остальным компонентам схемы. При этом изображение объекта строится в бесконечности.

Таким образом, получен планахроматический микрообъектив, в котором, по сравнению с прототипом, повышена входная апертура в 1.5-1.6 раза, кроме того, стало возможным исправление ХРУ, дополнительный эффект - повышение светосилы, пропорционально четвертой степени выходной апертуры, повышена по сравнению с аналогами в 2-4 раза. В качестве примеров конкретного исполнения выполнены расчеты объективов 100 крат с апертурой 1.20 водной иммерсии и 63 крата с апертурой 1.15 водной иммерсии. Расчет выполнен на унифицированную длину тубуса бесконечность, F'_тл=160 мм.

Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР N 1688220, кл. G 02 B 21/02, 1991.

2. Авторское свидетельство СССР N 1444690, кл. G 02 B 21/02, 1988.

3. Патент Японии N 60-32855, кл. G 02 B 21/02, 1985.

4. Патент США N 3525562, кл. G 02 B 21/02, 1976.

Микрообъектив содержит последовательно расположенные первый и второй одиночные положительные компоненты, выполненные в виде менисков, обращенных вогнутостью к пространству предметов, третий и четвертый - положительные компоненты, склеенные из отрицательной и положительной линз, шестой и седьмой - отрицательные компоненты, выполненные в виде менисков, обращенных вогнутостью к пространству изображений, склеенных из положительной и отрицательной линз, а между четвертым и шестым компонентами расположен пятый - положительный компонент, выполненный в виде одиночной положительной линзы. Обеспечивается повышение входной числовой апертуры при улучшении коррекции полихроматических аберраций внеосевых пучков. 1 ил., 2 табл.

Планахроматический микрообъектив, содержащий последовательно расположенные вдоль оптической оси первый и второй одиночные положительные компоненты, выполненные в виде менисков, обращенных вогнутостью к пространству предметов, третий и четвертый - положительные компоненты, склеенные из отрицательной и положительной линз, шестой и седьмой - отрицательные компоненты, выполненные в виде менисков, обращенных вогнутостью к пространству изображений, склеенных из положительной и отрицательной линз, отличающийся тем, что между четвертым и шестым компонентами расположен пятый - положительный компонент, выполненный в виде одиночной положительной линзы.