ПЛАНАПОХРОМАТИЧЕСКИЙ ВЫСОКОАПЕРТУРНЫЙ МИКРООБЪЕКТИВ МАЛОГО УВЕЛИЧЕНИЯ Российский патент 2002 года по МПК G02B21/02 

Изобретение относится к области микроскопии и может быть использовано в исследовательских микроскопах проходящего и отраженного света, к которым предъявляются повышенные требования к качеству изображения. Оптические компоненты, комплектующие подобные микроскопы, должны иметь чрезвычайно высокую степень аберрационной коррекции (в частности - высокую степень апохроматизации, исправление остаточной хроматической разности увеличений-ХРУ, кривизны и др.).

Планапохроматические объективы, комплектующие эти приборы, должны иметь увеличенные числовые апертуры (по сравнению с аналогичными объективами других классов, например, хроматов) [1].

Известен объектив [2]. Он используется в микроскопах проходящего света и имеет удовлетворительное качество изображения для осевой точки предмета.

Однако в нем не достигнута апохроматическая коррекция полевых аберраций и не устранена ХРУ.

Известен также микрообъектив [3], имеющий схожие недостатки.

Известен объектив [4] , где устранены некоторые недостатки, однако не полностью (1,2%) устранена ХРУ. Кроме того, его конструкция довольно сложна, содержит трехсклеенный компонент.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является объектив [5], содержащий пять компонентов. Первый компонент выполнен в виде одиночного мениска, обращенного вогнутостью к пространству предметов, и является положительным, второй - одиночный положительный компонент, третий компонент выполнен двусклеенным, четвертый - одиночный положительный компонент, а пятый отрицательный компонент склеен из менискообразной положительной, обращенной выпуклостью к пространству предметов, линзы, и отрицательной линзы, обращенной вогнутостью к пространству изображений.

Объектив, выбранный в качестве прототипа, имеет достаточно высокий уровень оптической коррекции монохроматических и хроматических аберраций изображения осевой точки предмета, вместе с тем, данный микрообъектив нельзя рекомендовать для комплектации сложных исследовательских моделей микроскопов, так как он имеет недостаточное исправление хроматических аберраций внеосевых пучков. Так, в частности, в нем не достигнута апохроматическая коррекция аберраций внеосевых пучков и не исправлена ХРУ. Кроме того, он имеет недостаточно высокую числовую апертуру 0.30.

Современные исследовательские микроскопы проходящего и отраженного света должны быть оснащены микрообъективами, обладающими чрезвычайно высоким уровнем коррекции аберраций по всему полю зрения, окрашенность в промежуточном изображении не допускается.

Основной задачей, на решение которой направлено изобретение, является обеспечение возможности комплексного исправления монохроматических и хроматических аберраций осевого и внеосовых пучков, а также повышение входной числовой апертуры.

Для решения поставленной задачи предложен планапохроматический высокоапертурный микрообъектив малого увеличения, который, как и прототип, содержит пять компонентов. Первый положительный компонент выполнен в виде одиночного мениска, обращенного вогнутостью к пространству предметов, второй одиночный положительный компонент, третий компонент выполнен двусклеенным, четвертый одиночный положительный компонент и пятый отрицательный компонент, выполненный склеенным из положительной и отрицательной, обращенной вогнутостью к пространству изображений.

В отличие от прототипа третий компонент выполнен склеенным из положительной двояковыпуклой и отрицательной линз.

Кроме того, положительная линза пятого отрицательного компонента может быть выполнена двояковыпуклой.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что выполнение третьего компонента в виде склейки из положительной и отрицательной линз позволяет усилить его апохроматические компенсационные свойства и повысить входную числовую апертуру всего объектива.

Выполнение пятого отрицательного компонента склеенным из положительной двояковыпуклой и отрицательной, обращенной вогнутостью к пространству изображений, линз позволяет усилить его компенсационные свойства в отношении исправления ХРУ в объективе.

Таким образом, в заявляемом планапохроматическом высокоапертурном микрообъективе малого увеличения достигнут определенный технический результат - получено комплексное исправление монохроматических и хроматических аберраций осевого и внеосевых пучков, что не было достигнуто в аналогичных известных микрообъективах. Дополнительный положительный эффект заключается в возможности повышения входной числовой апертуры.

Объектив, разработанный по предлагаемому изобретению, может комплектовать современные исследовательские модели микроскопов, отвечающие международным стандартам.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлена принципиальная схема объектива, и таблицей, в которой дан аберрационный выпуск примера конкретного исполнения.

В качестве примера конкретного исполнения представлен планапохроматический микрообъектив с увеличением 10 крат и входной апертурой 0,35, не имеющий отечественных аналогов.

Предлагаемый микрообъектив содержит первый положительный компонент в виде одиночного мениска, обращенного вогнутостью к пространству предметов 1, второй одиночный положительный компонент 2, третий - склеенный из положительной и двояковыпуклой и отрицательной линз 3, четвертый одиночный положительный компонент 4 и пятый отрицательный компонент 5, склеенный из положительной и отрицательной, обращенной вогнутостью к пространству изображений, линз. Кроме того, положительная линза пятого компонента может быть выполнена двояковыпуклой.

Работает предлагаемый микрообъектив следующим образом.

Линзы первого 1, второго 2 компонентов строят увеличенное мнимое изображение объекта, внося при этом минимальные монохроматические аберрации изображения осевой точки предмета. Кроме того, внося аберрации изображения внеосевых точек - отрицательная меридиональная и сагиттальная кривизна, хроматическая разность увеличении. Затем третий и четвертый компоненты 3 и 4 "перебрасывают" изображение объекта в переднюю фокальную плоскость последнего компонента. При этом изображение "оборачивается" и вносятся компенсационные значения монохроматических и хроматических аберраций. Пятый компонент 5 - перевернутый телеобъектив, строит изображение на бесконечности.

Рассчитанный микрообъектив, в соответствии с современной концепцией, работает совместно с дополнительной ахроматической линзой F'=160 мм.

Из графиков, представленных в таблице, видно, что в микрообъективе с увеличением - 100 крат и апертурой 0,35, рассчитанном в качестве примера конкретного исполнения, достигнута чрезвычайно высокая степень аберрационной коррекции по всему полю зрения.

Так, для поля зрения 2У'=25 мм число Штреля превышает 0,8. Хроматическая разность увеличений полностью исправлена.

В результате реализации предложенного технического решения получен объектив, имеющий конструкцию, пригодную для реализации в условиях серийного производства. Информационная емкость по сравнению с аналогами повышена в 1,42 раза, следовательно, эффективность и производительность работ на микроскопах может быть повышена.

В объективе реализованы все стандартные требования, определяющие, в соответствии с современными тенденциями, положения зрачков, применяемость оптических материалов, предпосылки реализации специализированных методов исследований. Применение тубуса "бесконечность" дает дополнительные удобства использования объектива с другими, имеющими иной тип оптической коррекции.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Чуриловский В. Н. Теория оптических приборов., М., Машиностроение, 1966, с.283.

2. Патент Японии 54-101496, ШК: G 02 В 21/02, 1979.

3. Патент США 4624535, МПК: G 02 В 21/02.

4. Патент ФРГ МП 3812745, МПК: G 02 В 21/02.

5. Патент Японии 60-34738, МПК: G 02 B 21/02, 1985 - прототип.

Микрообъектив содержит пять компонентов, первый из которых положительный компонент, выполненный в виде одиночного мениска, обращенного вогнутостью к пространству предметов, второй одиночный положительный компонент, четвертый одиночный положительный компонент и пятый отрицательный компонент, двусклеенный из положительной и отрицательной линз и обращенный вогнутостью к пространству изображений, а третий компонент выполнен склеенным из двояковыпуклой и отрицательной линз. Положительная линза пятого компонента может быть выполнена двояковыпуклой. Обеспечивается возможность исправления монохроматических и хроматических аберраций осевого и внеосевых пучков, а также повышение входной числовой апертуры. 1 з.п.ф-лы, 1 табл., 1 ил.

1. Планапохроматический высокоапертурный микрообъектив малого увеличения, содержащий пять компонентов, первый из которых положительный компонент, выполненный в виде одиночного мениска, обращенного вогнутостью к пространству предметов, второй одиночный положительный компонент, третий двусклееннный компонент, четвертый одиночный положительный компонент и пятый отрицательный компонент, двусклеенный из положительной и отрицательной линз и обращенный вогнутостью к пространству изображений, отличающийся тем, что третий компонент выполнен склеенным из двояковыпуклой и отрицательной линз. 2. Планапохроматический высокоапертурный микрообъектив малого увеличения по п. 1, отличающийся тем, что положительная линза пятого отрицательного компонента выполнена двояковыпуклой.