ПЛАНАПОХРОМАТИЧЕСКИЙ ВЫСОКОАПЕРТУРНЫЙ МИКРООБЪЕКТИВ СРЕДНЕГО УВЕЛИЧЕНИЯ Российский патент 2014 года по МПК G02B21/02 G02B9/60 

Предлагаемое изобретение относится к оптическому приборостроению, а именно к объективам микроскопов, и может быть использовано для визуального наблюдения, вывода на TV-камеру и фотографирования малоконтрастных микроскопических структур, находящихся на пределе разрешающей способности световых микроскопов в естественном свете, свете люминесценции, в поляризованном свете, методом светлого поля, темного поля, фазового контраста и др.

Известен планапохроматический объектив микроскопа [1], содержащий пять компонентов, первый из которых отрицательный мениск, обращенный выпуклостью в пространство изображения, второй - одиночная двояковыпуклая линза, третий - трехсклеенный из двух двояковыпуклых линз с расположенной между ними двояковогнутой линзой, четвертый - одиночная двояковыпуклая линза, пятый - двусклеенный мениск, обращенный выпуклостью к объекту, состоящий из двояковыпуклой и двояковогнутой линз.

Объектив имеет планапохроматическую коррекцию, большое линейное поле изображения с исправленным хроматизмом увеличения.

Но его входная числовая апертура недостаточно высока и составляет 40×0.75.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому изобретению является планапохроматический объектив микроскопа большого увеличения [2]. Объектив содержит пять компонентов, первый из которых положительный мениск, обращенный выпуклостью в пространство изображений, второй компонент выполнен в виде отрицательного мениска, обращенного выпуклостью в пространство изображения, склеенного из отрицательной двояковогнутой и положительной двояковыпуклой линз, третий компонент - положительная трехсклеенная линза из двух положительных двояковыпуклых линз, между которыми помещена отрицательная двояковогнутая линза, четвертый - положительная двускленная линза из положительной двояковыпуклой линзы и отрицательного мениска, обращенного выпуклостью в пространство изображения, пятый - отрицательный двусклеенный мениск, обращенный выпуклостью в пространство объекта, склеенный из положительной двояковыпуклой и отрицательной двояковогнутой линз.

Объектив имеет высокую входную апертуру (63×0.9) и планапохроматическую коррекцию, высокое линейное поле изображения, исправлен хроматизм увеличения.

Но его выходная числовая апертура невелика (всего 0.0143).

Основной задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является увеличение выходной числовой апертуры при сохранении планапохроматической коррекции, исправленном хроматизме увеличения и большом линейном поле изображения.

Поставленная задача решается с помощью предложенного планапохроматического высокоапертурного микрообъектива среднего увеличения, который, как и прототип, содержит последовательно расположенные пять компонентов, первый из которых выполнен в виде положительного мениска, обращенного выпуклостью к пространству изображения, второй компонент выполнен в виде положительной двусклеенной линзы, третий положительный трехсклеенный компонент, состоящий из двух положительных линз с размещенной между ними отрицательной двояковогнутой линзой, четвертый компонент выполнен в виде положительной двусклеенной линзы, и пятый компонент, выполненный в виде отрицательного двусклееного мениска.

В отличие от прототипа положительная двусклеенная линза второго компонента выполнена в виде двояковыпуклой положительной линзы и положительного мениска, обращенного выпуклостью в пространство изображения, в третьем положительном компоненте вторая положительная линза выполнена плосковыпуклой, в которой плоская поверхность совмещена с промежуточным изображением входного зрачка и обращена в пространство изображения, а за ней дополнительно помещена положительная плосковыпуклая линза, обращенная плоской стороной в пространство объекта, положительная двусклеенная линза четвертого компонента выполнена в виде отрицательного мениска, обращенного вогнутостью в пространство изображения, и положительной двояковыпуклой линзы, а отрицательный двусклееный мениск пятого компонента обращен вогнутостью в пространство объекта и выполнен из двояковогнутой отрицательной и двояковыпуклой положительной линз.

Кроме того, положительный мениск второго компонента, отрицательный мениск четвертого компонента и двояковыпуклая линза пятого компонента выполнены из материала с коэффициентом дисперсии, удовлетворяющим условию 22≤ν_d≤25, а показатель преломления имеет значение 1.8≤n_d≤1.87.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что выполнение второго компонента положительным двускленным из положительной двояковыпуклой линзы и положительного мениска, обращенного выпуклостью в пространство изображения, третьего компонента - трехсклеенным, имеющим последнюю поверхность плоской, совпадающей с действительным промежуточным изображением входного зрачка, с дополнительно помещенной положительной плосковыпуклой линзой, четвертого компонента положительным, склеенным из отрицательного мениска, обращенного вогнутостью в пространство объекта, и положительной двояковыпуклой линзы, пятого компонента отрицательным двусклеенным мениском, обращенным вогнутостью в пространство объекта, содержащим двояковогнутую отрицательную и двояковыпуклую положительные линзы, позволило значительно увеличить выходную числовую апертуру при сохранении плановой коррекции, при этом она имеет значительное линейное поле изображения (2y'=25 мм), и имеется реальная плоскость промежуточного изображения входного зрачка, необходимая для исследований по методу фазового контраста, а выбор материала стекла вышеприведенных линз с указанными коэффициентами дисперсии и показателями преломления обеспечил апохроматическую коррекцию и исправленный хроматизм увеличения.

На основании изложенного можно сделать вывод, что новая совокупность существенных признаков изобретения позволила получить технический результат, заключающийся в увеличении выходной числовой апертуры в 1.5 раза, благодаря которому значительно увеличена информационная емкость изображения при сохранении планапохроматической коррекции, широкого линейного поля изображения и исправленного хроматизма увеличения и обеспечена возможность проведения исследований по методу фазового контраста.

Предлагаемый планапохроматический высокоапертурный микрообъектив среднего увеличения поясняется чертежом, на котором на фиг.1 представлена его оптическая схема, а также Приложением, в котором даны конструктивные параметры и аберрационные выпуски.

Заявляемый планапохроматический высокоапертурный микрообъектив среднего увеличения содержит пять компонетов.

Первый компонент I содержит положительный мениск 1, обращенный выпуклостью в пространство изображения.

Второй положительный компонент II склеен из положительной двояковыпуклой линзы 2 и положительного мениска 3, обращенного выпуклостью в пространство изображения.

Третий компонент III содержит положительную трехсклеенную из положительных двояковыпуклой 4 и плосковыпуклой 5, плоской стороной обращенной в пространство изображения, с размещенной между ними отрицательной двояковогнутой 6 и одиночную положительную плосковыпуклую 7 линзы.

Четвертый положительный компонент IV склеен из отрицательного мениска 8, обращенного вогнутостью в пространство изображения, и положительной двояковыпуклой линзы 9.

Пятый компонент V - отрицательный мениск, обращенный вогнутостью в пространство объекта, двусклеенный из двояковогнутой отрицательной линзы 10 и двояковыпуклой положительной линзы 11.

Предлагаемый объектив работает следующим образом.

Объектив работает с тубусной линзой f'=200 мм.

Лучи от объекта наблюдения, расположенного в передней фокальной плоскости микрообъектива, проходят через первый I и второй II компоненты, положительный мениск 1 и положительную двусклееную линзу из положительной двояковыпуклой линзы 2 и положительного мениска 3, образуя мнимое увеличенное изображение, внося отрицательную сферическую аберрацию, хроматизм положения и увеличения, кому, астигматизм и кривизну.

Далее компонент III - линзы 4, 5, 6 и 7 образуют мнимое увеличенное изображение, полностью исправляя астигматизм и кривизну, уменьшая сферическую аберрацию, хроматизм положения и увеличения, кому.

Компонент IV - линзы 8 и 9 строит уменьшенное действительное изображение объекта в фокальной плоскости компонента V, переисправляя сферическую аберрацию, хроматизм положения и увеличения, уменьшает кому.

Компонент V - линзы 10 и 11 переносит изображение объекта в бесконечность, образуя планапохроматическое высококонтрастное изображение объекта.

По предложенной схеме реализован микрообъектив с увеличением 40^х, числовой апертурой 0.85, линейным полем изображения 25 мм и увеличенной по сравнению с прототипом в 1.5 раза выходной числовой апертурой (в прототипе 0.0143, в заявляемом техническом решении 0.02125).

В таблице 1 представлено число Штреля, характеризующее качество изображения микрообъектива для приведенных относительных значений величин изображения.

Таблица 1 Отн. значение величины изображения Число Штреля 1 0.6 0.866 0.72 0.707 0.81 0.5 0.85 0 0.9

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Авторское свидетельство СССР №1658114, МПК: G02B 21/02, опубл. 23.06.1991 г.

2. Авторское свидетельство СССР №1485184, МПК: G02B 21/02, опубл. 07.06.1987 г. - прототип.

Микрообъектив содержит последовательно расположенные пять компонентов. Первый компонент - положительный мениск, обращенный выпуклостью к пространству изображения. Второй - положительная линза, склеенная из двояковыпуклой линзы и положительного мениска, обращенного выпуклостью в пространство изображения. Третий - положительный трехсклеенный компонент, состоящий из двух положительных линз с размещенной между ними двояковогнутой линзой, причем вторая положительная линза выполнена плосковыпуклой, причем плоская поверхность совмещена с промежуточным изображением входного зрачка и обращена в пространство изображения, а за ней дополнительно помещена плосковыпуклая линза, обращенная плоской стороной в пространство объекта. Четвертый компонент - положительная линза, склеенная из отрицательного мениска, обращенного вогнутостью в пространство изображения, и двояковыпуклой линзы. Пятый - отрицательный мениск, обращенный вогнутостью в пространство объекта и склеенный из двояковогнутой и двояковыпуклой линз. Технический результат - увеличение выходной числовой апертуры при сохранении планапохроматической коррекции, исправленном хроматизме увеличения и большом линейном поле изображения. 1 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 прил., 1 табл.

1. Планапохроматический высокоапертурный микрообъектив среднего увеличения, содержащий последовательно расположенные пять компонентов, первый из которых выполнен в виде положительного мениска, обращенного выпуклостью к пространству изображения, второй компонент выполнен в виде положительной двусклеенной линзы, третий положительный трехсклеенный компонент, состоящий из двух положительных линз с размещенной между ними отрицательной двояковогнутой линзой, четвертый компонент выполнен в виде положительной двусклеенной линзы, и пятый компонент, выполненный в виде отрицательного двусклееного мениска, отличающийся тем, что положительная двусклеенная линза второго компонента выполнена в виде двояковыпуклой положительной линзы и положительного мениска, обращенного выпуклостью в пространство изображения, в третьем положительном компоненте вторая положительная линза выполнена плосковыпуклой, в которой плоская поверхность совмещена с промежуточным изображением входного зрачка и обращена в пространство изображения, а за ней дополнительно помещена положительная плосковыпуклая линза, обращенная плоской стороной в пространство объекта, положительная двусклеенная линза четвертого компонента выполнена в виде отрицательного мениска, обращенного вогнутостью в пространство изображения, и положительной двояковыпуклой линзы, а отрицательный двусклееный мениск пятого компонента обращен вогнутостью в пространство объекта и выполнен из двояковогнутой отрицательной и двояковыпуклой положительной линз.

2. Планапохроматический высокоапертурный микрообъектив среднего увеличения по п.1, отличающийся тем, что положительный мениск второго компонента, отрицательный мениск четвертого компонента и двояковыпуклая линза пятого компонента выполнены из материала с коэффициентом дисперсии, удовлетворяющим условию 22≤ν_d≤25, а показатель преломления имеет значение 1.8≤n_d≤1.87.