АХРОМАТИЧЕСКИЙ МИКРООБЪЕКТИВ Российский патент 2003 года по МПК G02B21/02 

Предлагаемое 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, соизмеримым 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 к заявляемому изобретению по совокупности существенных признаков является объектив [2] с увеличением 10 и входной апертурой 0.20.

Объектив содержит 6 линз в 4-х компонентах, так, первые два компонента (по ходу луча) менискообразные одиночные линзы, обращенные выпуклостью друг к другу, третий - двухсклеенный из менискообразной и двояковыпуклой линзы и четвертый - двухсклеенный из менискообразной и двояковыпуклой линз. Для него 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.

Основной задачей, на решение которой направлено изобретение, является улучшение качества изображения объекта за счет обеспечения высокой разрешающей способности и светосилы, а также повышение входной и выходной апертур при сохранении простоты и технологичности конструкции микрообъектива.

Для решения поставленной задачи предложен ахроматический микрообъектив, который, как и прототип, содержит четыре компонента, первые из которых менискообразные одиночные линзы, обращенные выпуклостью друг к другу, третий - двухсклеенный из менискообразной и двояковыпуклой линз.

Однако в отличие от прототипа, коэффициент дисперсии оптического материала второго компонента составляет 0,3-0,6 коэффициента дисперсии материала первого компонента (в прототипе в качестве первого и второго компонентов применены одинаковые линзы), четвертый компонент выполнен в виде склейки из двояковыпуклой, либо менискообразной и менискообразной линзы, обращенной выпуклостью к изображению, при этом оптические материалы данного компонента выбираются из условий
1,05n₁<n₂<1,15n₁;
1,5ν₂<ν₁<2,2ν₂,
где n₁, n₂ - показатели преломления, а ν₁,ν₂ - коэффициенты дисперсии материалов первой и второй линз соответственно.

Сущность заявляемого изобретения заключается в том, что применение всех перечисленных признаков в рамках одной оптической конструкции позволяет получить высокоапертурный ахроматический микрообъектив малого увеличения 10 с апертурой 0,5 (в прототипе апертура 0,2), при этом разрешающая способность повышена в 2,5 раза, светосила почти в 40 раз (пропорционально 4-й степени отношения выходных апертур), кроме того, в заявляемом объективе без усложнения конструкции улучшено качество изображения, а также на 40% снижена ХРУ. Все эти преимущества позволяют повысить производительность и качество работы на микроскопе, особенно при проведении люминесцентного анализа. Оптическая схема разработана на основе материалов, имеющих низкую собственную люминесценцию, схема позволяет стандартизовать объектив по высоте (Н=45 мм), положению заднего фокуса, кроме того, применяется бесконечная длина тубуса. Все эти характеристики отвечают современным требованиям по унификации.

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

Заявляемый микрообъектив содержит одиночный компонент 1 и одиночный компонент 2, представляющие собой менискообразные линзы, обращенные выпуклостью друг к другу, далее по ходу луча располагается двухсклеенный из менискообразной и двояковыпуклой линз компонент 3, за которым следует компонент 4, представляющий собой склейку из двояковыпуклой либо менискообразной и менискообразной линзы, обращенной выпуклостью к изображению.

В варианте конкретного примера исполнения получен микрообъектив с линейным увеличением 10 и входной числовой апертурой 0,6. Выходная апертура составляет в нем 0,05. Хроматическая разность увеличении (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 служит "оборачивающим" и строит действительное увеличенное изображение на "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 ⊘=160 мм.

Таким образом, в предлагаемом микрообъективе существенно повышены входная и выходная апертуры, что обуславливает высокие разрушающую способность и светосилу.

Микрообъективы имеют улучшенное качество изображения, а их конструкция отличается простотой, технологичностью и высоким пропусканием.

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

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

Микрообъектив содержит четыре компонента, первый и второй из которых положительные мениски, обращенные выпуклостью друг к другу, третий - двухсклеенный из отрицательного мениска и двояковыпуклой линзы, четвертый - двухсклеенная положительная линза. Коэффициент дисперсии оптического материала второго компонента составляет 0,3-0,6 коэффициента дисперсии первого компонента, четвертый компонент состоит из двояковыпуклой либо менискообразной положительной линзы и отрицательного мениска, обращенного выпуклостью к изображению, при этом линзы четвертого компонента выполнены из материалов, параметры которых связаны соотношениями, указанными в формуле изобретения. Обеспечивается улучшение качества изображения за счет обеспечения высокой разрешающей способности и светосилы, а также повышение входной и выходной апертур при сохранении простоты и технологичности конструкции микрообъектива. 1 ил.

Ахроматический микрообъектив, содержащий четыре компонента, первый и второй из которых положительные мениски, обращенные выпуклостью друг к другу, третий - двухсклеенный из отрицательного мениска и двояковыпуклой линзы, четвертый - двухсклеенная положительная линза, отличающийся тем, что коэффициент дисперсии оптического материала второго компонента составляет 0,3-0,6 коэффициента дисперсии первого компонента, четвертый компонент состоит из двояковыпуклой либо менискообразной положительной линзы и отрицательного мениска, обращенного выпуклостью к изображению, при этом линзы четвертого компонента выполнены из материалов, параметры которых удовлетворяют соотношениям:
1,05n₁<n₂<1,15n₁,
1,5ν₂<ν₁<2,2ν₂,
где n₁, n₂ и ν₁, ν₂ - показатели преломления и коэффициенты дисперсии материалов положительной и отрицательной линз соответственно.