СВЕТОСИЛЬНЫЙ ПЛАНАПОХРОМАТИЧЕСКИЙ МИКРООБЪЕКТИВ Российский патент 2002 года по МПК G02B21/02 

Изобретение относится к области микроскопии - к планапохроматическим объективам микроскопа и может быть использовано для комплектации лабораторных и исследовательских моделей биологических, поляризационных, люминесцентных и других микроскопов.

Планапохроматы предназначены для наблюдения и фотографирования особо тонких микроскопических структур, требующих высокой разрешающей способности и высокого контраста изображения.

Известен микрообъектив /1/, содержащий пять компонентов, в котором первый компонент - положительный мениск, обращенный вогнутостью к пространству предметов, второй - положительный компонент, склеенный из отрицательной и положительной линз, третий - трехсклеенный компонент, состоящий из двух отрицательных линз, между которыми заключена положительная линза, четвертый - отрицательная двухсклеенная линза, состоящая из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, а пятый компонент - положительный двухсклеенный мениск, состоящий из двояковогнутой и двояковыпуклой линз.

Однако в таком микрообъективе невозможно повышение светосилы и достижение планапохроматической коррекции, т. к. его конструкция не позволяет эффективно исправлять полихроматические аберрации (в частности ХРУ), а также кривизну изображения (остаточная кривизна составляет 4-5λ).

Известен также микрообъектив /2/, содержащий пятикомпонентную систему, в которой первый и второй компоненты являются одиночными менисками, третий - трехсклеенный компонент, состоящий из двух отрицательных линз, между которыми заключена положительная линза, четвертый - двояковыпуклая линза и пятый компонент, склеенный из двух отрицательных линз.

Указанный микрообъектив не устраняет полихроматические аберрации внеосевых пучков, что приводит к невозможности повышения светосилы.

Известен микрообъектив /3/, содержащий пять компонентов, в котором первый и пятый компоненты являются менисками, причем первый из них обращен вогнутостью к пространству предметов, а пятый - к пространству изображений, второй компонент является положительной линзой, склеенной из отрицательной и положительной линз, а третий и четвертый компоненты представляют собой трехсклеенные линзы, состоящие из двух положительных линз с заключенной между ними отрицательной линзой.

В таком микрообъективе невозможно исправление полихроматических аберраций внеосевых пучков, имеют место цветные кома, астигматизм, остаточная ХРУ составляет 2%, т. о. в этом объективе невозможно достижение планапохроматической коррекции и повышение светосилы.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению является планапохроматический объектив микроскопа большого увеличения /4/, содержащий пятикомпонентную систему, в которой фронтальный положительный одиночный мениск обращен вогнутостью к пространству предметов, второй - положительный компонент склеен из отрицательной и положительной линз, третий - трехсклеенный компонент содержит двояковогнутую линзу, заключенную между двумя двояковыпуклыми линзами, четвертый компонент склеен из положительной и отрицательной линз и пятый - отрицательный компонент в виде мениска, склеенного из положительной и отрицательной линз.

Такой объектив имеет невысокую выходную апертуру, вследствие чего невозможно увеличение светосилы. Кроме того, в нем невозможно достижение планапохроматической коррекции по всему рабочему полю зрения ввиду значительных сферохроматических аберраций.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение светосилы при улучшении коррекции полихроматических аберраций за счет исправления сферохроматической аберрации, решению которой соответствует предложенный светосильный планапохроматический микрообъектив, который содержит последовательно расположенные вдоль оптической оси первый одиночный положительный компонент, второй - положительный компонент, третий - трехсклеенный компонент содержит двояковогнутую линзу, заключенную между двумя двояковыпуклыми линзами, четвертый компонент склеен из положительной и отрицательной линз и пятый отрицательный компонент в виде мениска, склеенного из положительной и отрицательной линз, однако, в отличие от прототипа второй компонент выполнен в виде одиночного мениска, обращенного вогнутостью к пространству предметов.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что, используя в качестве второго компонента линзу, выполненную указанным образом, мы не используем склеенных поверхностей, на которых (во фронтальной части) трудно исправить сферохроматические аберрации при увеличении светосилы.

Сущность предлагаемого решения поясняется чертежом, на котором представлена принципиальная схема объектива, а также табл. 1, в которой представлены конструктивные параметры, и табл. 2-6 характеристик качества изображения одного из примеров конкретного исполнения.

Заявляемый микрообъектив содержит пять компонентов, расположенных вдоль оптической оси. Первый компонент 1 представляет собой положительную одиночную линзу, второй компонент 2 - одиночный мениск, обращенный вогнутостью к пространству предметов, третий компонент - трехсклеенная линза 3, состоящая из двух двояковыпуклых линз 4 и 6 и заключенной между ними отрицательной линзы 5, четвертый компонент 7 склеен из двояковыпуклой линзы 8 и отрицательной линзы 9, а пятый компонент 10 - отрицательный мениск, склеенный из двояковыпуклой линзы 11 и отрицательной линзы 12.

В качестве примера конкретного исполнения произведен расчет объектива 40*0,75, расчет выполнен на унифицированную длину тубуса, бесконечность F'_ТЛ= 160 мм.

Предлагаемый объектив работает следующим образом.

Фронтальные одиночные мениски 1 и 2 конечной толщины строят увеличенное мнимое изображение объектива с переисправленной кривизной изображения и умеренными значениями остаточных аберраций. Трехлинзовый склеенный компонент 3, работающий с увеличением V₃= 1-5^х, компенсирует хроматическую разность положений, вносимую компонентами 1, 2, 10 при умеренных значениях сферической аберрации. Компонент 7 проецирует изображение объекта в предметную плоскость мениска 10, компенсируя вторичный спектр, внесенный трехсклеенной линзой 3. Мениск 10 строит изображение объекта в бесконечности. При этом аберрации мениска 10 (кривизна изображения, астигматизм, вторичный спектр) противоположны по знаку аберрациям положительных элементов объектива.

Из материалов, представленных в "Приложении", следует, что выполнение второго компонента указанным образом позволило достигнуть оптимальной коррекции сферохроматических аберраций, что позволило повысить входную апертуру и светосилу микрообъектива в 1,3 раза, достигнув планапохроматической коррекции по всему полю зрения.

Источники информации
1. Патент США 4.540.248, М. кл. G 02 B 9/62, 1985 г.

2. Патент Японии 54-10.496, М. кл. G 02 B, 1979 г.

3. Авторское свидетельство СССР 200807, М. кл. G 02 B, 1966 г.

4. Авторское свидетельство СССР 1.485.184 (прототип), М. кл. G 02 B 21/02, 1989 г.

Светосильный планапохроматический микрообъектив содержит первый одиночный положительный компонент, второй положительный компонент, третий трехсклеенный компонент, содержащий двояковогнутую линзу, заключенную между двумя двояковыпуклыми линзами, четвертый компонент, склеенный из положительной и отрицательной линз, и пятый отрицательный компонент в виде мениска, склеенного из положительной и отрицательной линз. При этом второй компонент выполнен в виде одиночного мениска, обращенного вогнутостью к пространству предметов. Обеспечивается повышение светосилы при улучшении коррекции полихроматических аберраций за счет исправления сферохроматической аберрации. 1 ил. , 6 табл.

Светосильный планапохроматический микрообъектив, который содержит последовательно расположенные вдоль оптической оси первый одиночный положительный компонент, второй положительный компонент, третий трехсклеенный компонент содержит двояковогнутую линзу, заключенную между двумя двояковыпуклыми линзами, четвертый компонент склеен из положительной и отрицательной линз, и пятый отрицательный компонент в виде мениска, склеенного из положительной и отрицательной линз, отличающийся тем, что второй компонент выполнен в виде одиночного мениска, обращенного вогнутостью к пространству предметов.