АХРОМАТИЧЕСКИЙ МИКРООБЪЕКТИВ СРЕДНЕГО УВЕЛИЧЕНИЯ Российский патент 2001 года по МПК G02B21/02 

Изобретение относится к области микроскопии, точнее к микрообъективам - системам с дифракционно ограниченным качеством изображения, служащим для исследования особо тонких микроскопических структур в естественном свете и свете люминесценции. Известен ахроматический микрообъектив с апертурой А= 0.77 при увеличении V=-20^* [1]. Он содержит четыре компонента, последовательно расположенных вдоль оптической оси: первый компонент - двухлинзовый склеенный; второй и четвертый - трехлинзовый склеенный; третий компонент - одиночный мениск.

При достижении указанной апертуры конструкция данного микрообъектива представляется чрезвычайно сложной, а светопропускание низким. Он содержит десять линз, три из которых выполнены из материала с большой собственной люминесценцией. Эти недостатки отрицательно сказываются при его использовании в люминесцентном анализе.

Известен ахроматический микрообъектив среднего увеличения [2]. Он содержит последовательно расположенные вдоль оптической оси четыре компонента: первый и третий - двухлинзовый склеенный; второй - одиночная двояковыпуклая линза; четвертый - трехлинзовый склеенный. В этом микрообъективе основное внимание уделяется достижению наилучшего качества изображения по полю, что определяет коррекционные возможности конструкции. Вследствие этого, в нем не достигнута максимально возможная апертура и конструкция для реализации методов люминесцентного анализа не является оптимальной.

К основным недостаткам микрообъектива относятся: сложность конструкции, низкое светопропускание и недостаточно высокая разрешающая способность. Входная апертура данного микрообъектива А= 0.65.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является ахроматический микрообъектив среднего увеличения [3], выпускаемый на ОАО "ЛОМО". Он состоит из трех компонентов, последовательно расположенных вдоль оптической оси: первый компонент - плосковыпуклая линза, второй компонент - трехлинзовый склеенный, третий компонент - двухлинзовый склеенный.

Выбранный в качестве прототипа объектив обладает рядом недостатков, что не позволяет использовать его при специальных микроскопических исследованиях (например, в люминесцентном анализе):
1. Недостаточно высокая разрешающая способность, обусловленная пониженной апертурой в пространстве предметов (А=0.65), что снижает потребительские свойства объектива.

2. Недостаточная светосила объектива, пропорциональная четвертой степени выходной апертуры (А'=0.01625), что не позволяет эффективно использовать его в люминесцентном анализе.

3. Увеличенное светорассеяние и собственная люминесценция оптических материалов.

Основной задачей, на решение которой направлено изобретение, является устранение указанных недостатков, т.е. создание такого ахроматического микрообъектива среднего увеличения, в котором были бы существенно повышены разрешающая способность и светосила. За счет этого были бы повышены его потребительские свойства. При этом конструкция рассматриваемого микрообъектива не должна быть усложнена по сравнению с прототипом, должны быть снижены его собственная люминесценция и светорассеяние, что также существенно влияет на качество изображения.

Поставленная задача достигается тем, что заявляемый микрообъектив, как и прототип, содержит последовательно расположенные вдоль оптической оси три компонента, первый из которых одиночная положительная линза, второй - трехсклеенный из двух отрицательных линз и заключенной между ними положительной, а третий компонент - двухлинзовый.

Ахроматический микрообъектив среднего увеличения отличается от прототипа тем, что второй компонент выполнен в виде склейки, состоящей из двух отрицательных линз и заключенной между ними положительной, а третий компонент выполнен в виде одиночного мениска, обращенного выпуклой стороной к предмету, и двояковыпуклой линзы.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что выполнение второго компонента указанным образом позволяет эффективно исправить в объективе сферохроматические аберрации и аберрации вторичного спектра. Выполнение третьего компонента в виде отрицательного мениска, обращенного выпуклостью к предмету, и двояковыпуклой линзы позволяет в рамках предложенной конструкции одновременно повысить разрешающую способность объектива примерно в 1.25 раза (за счет увеличения входной апертуры) и более чем в 30 раз (пропорционально четвертой степени отношения выходных апертур) увеличить светосилу.

Выполнение третьего компонента в виде одиночных отрицательного мениска и положительной линзы, разделенных воздушным промежутком, дает возможность эффективно влиять на монохроматические аберрации осевого пучка, добиваться их минимизации, что косвенно обуславливает возможность увеличения апертуры, как в пространстве предметов, так и в пространстве изображений, поскольку в предлагаемой конструкции появляется дополнительный элемент - "воздушная" линза.

Таким образом, использование всех указанных признаков, позволило обеспечить возможность повышения в микрообъективе разрешающей способности при одновременном увеличении светосилы, что не достигнуто в известных объективах, и тем самым решить поставленную задачу.

При этом очень важно, что количество линз (по сравнению с прототипом) не увеличено, а в качестве оптических материалов могут быть выбраны нелюминесцирующие стекла. Все это обуславливает высокие потребительские свойства предлагаемого объектива.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежом, на котором представлена принципиальная схема микрообъектива, а также таблицей, на которой дан аберрационный расчет заявляемого объектива.

Объектив содержит последовательно расположенные вдоль оптической оси три компонента 1, 2, 3, первый из которых выполнен в виде одиночной положительной линзы 1, второй - трехсклеенный из двух отрицательных линз 4, 5 с заключенной между ними положительной линзой 6, третий компонент выполнен в виде сочетания одиночного мениска 7, обращенного выпуклостью к предмету, и двояковыпуклой линзы 8.

Микрообъектив работает следующим образом. Первый компонент 1 строит мнимое изображение объекта с увеличением примерно 2.5^*, при этом вносятся отрицательные монохроматические волновые аберрации осевого пучка, частично исправляется астигматизм и кривизна изображения, недоисправлен неизопланатизм. Далее трехсклеенный компонент 2 строит также мнимое изображение объекта с увеличением примерно 9^*, исправляет сферохроматические аберрации и аберрации вторичного спектра. Затем одиночный мениск 7 работает с уменьшением, компенсирует монохроматические аберрации и переисправляет их, внося положительную сферическую аберрацию, исправляет астигматизм и кривизну изображения, строит изображение в передней фокальной плоскости линзы 8. И наконец, двояковыпуклая линза 8 строит изображение на "бесконечность".

Рассмотренный объектив работает совместно с тубусной линзой с f_т.л.=160 мм, что отвечает современной концепции построения схемных решений микроскопов. Из таблицы следует, что объектив имеет аберрационную коррекцию, соответствующую критерию - ахромат.

При увеличении микрообъектива V=-20 достигнута входная апертура А=0.8, выходная А'= 0.04, что выше, чем у известных аналогов и прототипа. При этом по отношению к прототипу разрешающая способность повышается в 1.25 раз, светосила - более чем в 30 раз.

Также предлагаемый микрообъектив имеет следующие преимущества. Достигнуто снижение хроматической разности увеличений до значения ХРУ 1%, что позволяет разработать широкоугольный окуляр с f=25 мм, 2у=20 мм, имеющий постоянную хроматическую разность увеличения по полю зрения. Применение длины тубуса "бесконечность" позволяет использовать его в револьверном устройстве совместно с объективами, использующими другой тип коррекции.

Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР N 1219994, МПК G 02 В 21/02, 1986.

2. Патент США N 4280757, МПК G 02 В 21/02, 1981.

3. ТУЗ-3.870-83. Объективы для микроскопии, ЛОМО - прототип.

Ахроматический микрообъектив содержит три компонента, первый из которых - одиночная положительная линза, второй - трехсклеенный компонент, выполненный в виде склейки из двух отрицательных линз и заключенной между ними положительной линзы, а третий компонент - двухлинзовый, выполненный в виде отрицательного мениска, обращенного выпуклостью к предмету, и двояковыпуклой линзы. Обеспечивается увеличение разрешающей способности и светосилы, а также снижение собственной люминесценции объектива и светорассеяния. 1 ил., 1 табл.

Ахроматический микрообъектив среднего увеличения, содержащий три компонента, первый из которых - одиночная положительная линза, второй - трехсклеенный компонент, а третий компонент - двухлинзовый, отличающийся тем, что второй компонент выполнен в виде склейки из двух отрицательных линз и заключенной между ними положительной линзы, а третий компонент выполнен в виде отрицательного мениска, обращенного выпуклостью к предмету, и двояковыпуклой линзы.