АХРОМАТИЧЕСКИЙ МИКРООБЪЕКТИВ Российский патент 2002 года по МПК G02B21/02 

Изобретение относится к оптике, точнее к проектированию объективов микроскопов, предназначенных для получения увеличенного изображения особо тонких микроскопических структур. При этом большое внимание уделяется повышению разрешающей способности в микрообъективах, что позволяет рассмотреть структуры объектов, по размерам соизмеримых с длиной волны.

Известны ахроматические объективы ОМ-23, 02АМ-90, ОС-4 и др., выпускаемые серийно /1/.

Однако все они имеют большое увеличение, что снижает потребительские свойства микроскопов, в которых они применяются.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков к предлагаемому изобретению является объектив /2/ с увеличением 10 и входной апертурой 0.20. Он содержит 6 линз в 4-х компонентах, так, первые два компонента /по ходу луча/ - менискообразные одиночные линзы, обращенные выпуклостью друг к другу, третий - двусклеенный из менискообразной и двояковыпуклой линз и четвертый - двусклеенный из менискообразной и двояковыпуклой линз.

Для такого микрообъектива характерна пониженная апертура в пространстве предметов, что, в свою очередь, обуславливает недостаточно высокую разрешающую способность объектива. Кроме того, малая выходная апертура обуславливает низкую светосилу. Недостатком также является наличие в объективе значительной хроматической разности увеличений, что не соответствует современной тенденции по аберрационной коррекции микрообъективов. Вместе с тем, в современных микроскопах /особенно люминесцентных/ требуется применение высокоапертурных ахроматических микрообъективов малого увеличения. При этом должны быть существенно повышены входная и выходная апертуры, что обуславливает высокую разрешающую способность и светосилу. Объективы должны иметь улучшенное качество изображения, а конструкцию должны отличать простота, технологичность и высокое пропускание.

Конструкция предлагаемого высокоапертурного ахроматического микрообьектива малого увеличения позволяет выполнить эти требования. Он, как и прототип, содержит четыре компонента, первые два из которых - менискообразные одиночные линзы, обращенные выпуклостью друг к другу, третий - двусклеенный из менискообразной и двояковыпуклой линз, однако в отличие от прототипа, четвертый компонент выполнен в виде одиночной положительной линзы.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что, используя в качестве четвертого компонента двояковыпуклую линзу, мы получаем высокую разрешающую способность и светосилу за счет того, что отсутствуют трудноисправимые сферохроматические аберрации, присущие склеенным компонентам. Вследствие этого оказывается возможным использовать этот компонент с повышенным относительным отверстием и светосилой, что позволяет повысить светосилу и разрешающую способность всего объектива в целом.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежом, на котором представлена оптическая схема заявляемого микрообъектива, а также "Приложением", в котором представлены конструктивные параметры и таблицы характеристик качества изображения одного из примеров конкретного исполнения.

Заявляемый микрообъектив содержит четыре компонента, расположенных вдоль оптической оси. Одиночный компонент 1 и одиночный компонент 2, представляющие собой менискообразные линзы, обращенные выпуклостью друг к другу, далее по ходу луча располагается двусклеенный из менискообразной 5 и двояковыпуклой б линз компонент 3, за которым следует компонент 4, представляющий собой одиночную положительную линзу.

В варианте конкретного примера исполнения получен микрообъектив с линейным увеличением 10 и входной числовой апертурой 0,5. Выходная апертура составляет в нем 0,05, хроматическая разность увеличения /ХРУ/ снижена до 0,8%.

Устройство работает следующим образом. Компонент 1 строит увеличенное мнимое изображение объекта с отрицательными значениями аберраций осевой точки предмета, меридиональной и сагиттальной кривизны, при этом вносится некоторая хроматическая аберрация положения и увеличения. Компонент 2 работает с увеличением, близким к единице, и частично компенсирует аберрации предыдущего компонента. Компонент 3 еще дальше "отбрасывает" мнимое увеличенное изображение и строит его в передней фокальной плоскости последнего компонента, при этом вносятся: кривизна, довольно значительная хроматическая разность положения и компенсационная ХРУ. Компонент 4 строит изображение объекта в "бесконечности", при этом происходит компенсация сферической аберрации, хроматической разности положения и других аберраций предыдущих компонентов системы. Объектив рассчитан для работы совместно с дополнительной ахроматической линзой F'=160 мм.

Таким образом, предложенный высокоапертурный микрообъектив малого увеличения 10 с апертурой 0,5 /в прототипе апертура составляет 0,2/, при этом разрешающая способность повышена в 2,5 раза, а светосила - почти в 40 раз /пропорционально 4-й степени отношения выходных апертур/, в предложенном микрообъективе за счет упрощения конструкции улучшено качество изображения, а также на 40% снижена ХРУ. Все эти преимущества повысят производительность и качество работы на микроскопе, особенно при проведении люминесцентного анализа. Оптическая схема разработана на основе материалов, имеющих низкую собственную люминесценцию, схема позволяет стандартизировать объектив по высоте /Н=45мм/, положению заднего фокуса, кроме того, применяется бесконечная длина тубуса. Все эти характеристики отвечают современным требованиям по унификации.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Вычислительная оптика. Справочник под редакцией М.М. Русинова. Л.: Машиностроение, 1984 г.

2. Авторское свидетельство СССР 428342, кл. G 02 В 21/02, 1974 г.

Ахроматический микрообъектив содержит четыре компонента, первые два из которых - менискообразные одиночные линзы, обращенные выпуклостью друг к другу, третий - двусклеенный из менискообразной и двояковыпуклой линз, а четвертый - положительный и выполнен в виде одиночной линзы. Обеспечивается повышение передней числовой апертуры, обуславливающей высокую разрешающую способность и светосилу. 1 ил.

Ахроматический микрообъектив содержит четыре компонента, первые два из которых - менискообразные одиночные линзы, обращенные выпуклостью друг к другу, третий - двусклеенный из менискообразной и двояковыпуклой линз, а четвертый - положительный, отличающийся тем, что четвертый компонент выполнен в виде одиночной линзы.