ПЛАНАПОХРОМАТИЧЕСКИЙ ВЫСОКОАПЕРТУРНЫЙ МИКРООБЪЕКТИВ МАСЛЯНОЙ ИММЕРСИИ БОЛЬШОГО УВЕЛИЧЕНИЯ Российский патент 2015 года по МПК G02B21/02 G02B9/64 

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

Известен высокоапертурный объектив микроскопа масляной иммерсии [1], содержащий шесть компонентов, первый из которых - положительная плосковыпуклая линза, второй - двусклеенная положительная линза, выполненная из двояковогнутой отрицательной и двояковыпуклой положительной линз, третий компонент - двухсклеенный отрицательный мениск, обращенный вогнутостью в пространство изображения, выполненный из двояковыпуклой положительной и двояковогнутой отрицательной линз, четвертый - двусклееный положительный из отрицательного мениска, обращенного вогнутостью в пространство изображения, и положительной двояковыпуклой линзы, пятый - положительная линза, содержащая двояковыпуклую положительную линзу, склеенную с отрицательным мениском, обращенным вогнутостью в пространство объекта, шестой выполнен трехсклеенным из положительной двояковыпуклой линзы, положительного мениска, обращенного выпуклостью в пространство изображения, и двояковогнутой отрицательной линзы.

Объектив имеет высокую входную апертуру (100х1.4), но недостаточно высокую ахроматическую коррекцию, недостаточное поле изображения (20 мм), остаточные астигматизм и кривизну, не исправленный хроматизм увеличения (1.5%), а также тубус 160 мм.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому изобретению является объектив для микроскопа [2].

Объектив включает три компонента, первый из которых содержит двусклеенную линзу, состоящую из плосковыпуклой линзы и положительного мениска, обращенного вогнутостью в пространство объекта, и мениск, обращенный вогнутостью в пространство объекта, второй компонент выполнен в виде трехсклеенной из двух положительных двояковыпуклых с размещенной между ними отрицательной двояковогнутой линз и двух двусклеенных линз, а третий компонент выполнен в виде двусклеенного мениска, обращенного вогнутостью в пространство изображения.

Объектив имеет довольно высокую входную апертуру (100×1.25), но недостаточно высокую коррекцию точки на оси (ахроматическую коррекцию), большой хроматизм увеличения (1.27%) и недостаточное линейное поле изображения (20 мм).

Современные модели микроскопов требуют комплектации высокоапертурными планапохроматическими микрообъективами, которые имеют улучшенную коррекцию монохроматических и хроматических аберраций на оси и всему полю изображения.

Основной задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является увеличение входной числовой апертуры, линейного поля изображения, улучшение моно- и хроматических аберраций осевого и внеосевых пучков.

Поставленная задача решается с помощью предложенного планапохроматического высокоапертурного микрообъектива масляной иммерсии большого увеличения, который, как и прототип, включает последовательно расположенные три компонента, первый из которых содержит двусклеенную линзу, состоящую из плосковыпуклой линзы и положительного мениска, обращенного вогнутостью в пространство объекта, и мениск, обращенный вогнутостью в пространство объекта, второй компонент, выполненный в виде трехсклеенной линзы, состоящей из двух положительных двояковыпуклых линз с размещенной между ними отрицательной двояковогнутой линзой и двух двусклеенных линз, и третий компонент, выполненный в виде двусклеенного мениска.

В отличие от прототипа в первом компоненте положительный мениск, обращенный вогнутостью в пространство объекта, выполнен в виде одиночной линзы, во втором компоненте между двусклеенными линзами дополнительно помещен положительный мениск, обращенный вогнутостью в пространство изображения, в третьем компоненте двусклеенный мениск обращен вогнутостью в пространство объекта и выполнен из положительного и отрицательного менисков, а перед ним дополнительно размещен отрицательный мениск, обращенный вогнутостью в пространство изображения.

Кроме того, показатели преломления положительного мениска двусклеенной линзы первого компонента, отрицательной линзы во второй двусклеенной линзе второго компонента имеют значения 1.7≤n_d≤1.85, а их коэффициенты дисперсии 40≤ν_d≤50, показатели преломления отрицательной двояковогнутой линзы в трехсклеенной линзе и отрицательной линзы в первой двусклеенной линзе второго компонента имеют значения 1.7≤n_d≤1.85, а их коэффициенты дисперсии 32≤ν_d≤40, показатели преломления отрицательного одиночного мениска и положительного мениска в двусклеенном мениске третьего компонента имеют значение 1.8≤n_d≤1.86, а их коэффициенты дисперсии 22≤ν_d≤27.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что выполнение положительного мениска, обращенного вогнутостью в пространство объекта, в первом компоненте в виде одиночной линзы, размещение дополнительного положительного мениска, обращенного вогнутостью в пространство изображения, между двумя двусклеенными линзами второго компонента, размещение перед двусклеенным мениском, выполненным из положительного и отрицательного менисков, дополнительного отрицательного мениска в третьем компоненте, а также конфигурации линз, позволили обеспечить плановую коррекцию, а выбор стекол с приведенными выше показателями преломления и коэффициентами дисперсии позволили достигнуть апохроматической коррекции, исправить хроматизм увеличения и увеличить входную числовую апертуру с 1.25 до 1.4, таким образом, информациионная емкость возросла в 1.25 раза.

На основании изложенного можно сделать вывод, что новая совокупность существенных признаков заявляемого изобретения позволила получить технический результат, заключающийся в увеличении входной числовой апертуры, линейного поля изображения и достижении планапохроматической коррекции с исправленным хроматизмом увеличения, благодаря которой одновременно осуществляется наблюдение всего поля зрения.

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

Заявляемый планапохроматический высокоапертурный микрообъектив масляной иммерсии большого увеличения включает три компонета.

Первый компонент I содержит двусклеенную линзу, состоящую из положительной плосковыпуклой линзы 1 и положительного мениска 2, обращенного вогнутостью в пространство объекта, и положительный мениск 3, обращенный вогнутостью в пространство объекта.

Второй компонент II содержит трехсклеенную из двух положительных двояковыпуклых 4 и 5 с размещенной между ними отрицательной двояковогнутой 6 линз, склеенной из отрицательного мениска 7, обращенного вогнутостью в пространство изображений, и двояковыпуклой положительной линзы 8, второй склеенной из положительной двояковыпуклой 9 и отрицательной двояковогнутой 10 линз, между склеенными линзами дополнительно размещен положительный мениск 11, обращенный вогнутостью в пространство изображения.

Третий компонент III содержит мениск, склеенный из положительного 12 и отрицательного 13 менисков, обращенных вогнутостью в пространство объекта, и перед ним дополнительно размещен отрицательный мениск 14, обращенный вогнутостью в пространство изображения.

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 компонент I - склеенную положительную линзу 1 и 2 и мениск 3, образуя мнимое увеличенное изображение, внося отрицательную сферическую аберрацию, хроматизм положения и увеличения и кому.

Второй компонент II - линзы 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 и 11 строит также увеличенное действительное изображение объекта в фокальной плоскости третьего компонента Ш, внося хроматизм увеличения, уменьшая сферическую аберрацию, хроматизм положения и кому.

Далее третий компонент III - линзы 14, 12 и 13 переносит изображение в бесконечность, уменьшая астигматизм и кривизну, компенсируя сферическую аберрацию, хроматизм положения и увеличения, кому, образуя планапохроматическое высококонтрастное изображение объекта.

По предложенной схеме реализован микрообъектив с увелчением 100^х, числовой апертурой 1.4 масляной, линейным полем изображения 25 мм.

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

Таким образом, в предлагаемом планапохроматическом высокоапертурном микрообъективе масляной иммерсии большого увеличения получено увеличение входной числовой апертуры, линейного поля изображения, улучшение моно- и хроматических аберраций осевого и внеосевых пучков.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. SU №1277050 G02B 21/02. Бюл. №46 15.12.86.

2. SU №903786 G02B 21/02. Бюл. №5 07.02.82 - прототип.

Изобретение может быть использовано в микроскопах, а также для визуального наблюдения и вывода на TV-камеру малоконтрастных микроскопических структур, находящихся на пределе разрешающей способности световых микроскопов. Микрообъектив включает последовательно расположенные три компонента. Первый компонент содержит двусклеенную линзу, состоящую из плосковыпуклой линзы и положительного мениска, обращенного вогнутостью в пространство объекта, и мениск, обращенный вогнутостью в пространство объекта и выполненный в виде одиночной линзы. Второй компонент выполнен в виде трехсклеенной линзы, состоящей из двух двояковыпуклых линз с размещенной между ними двояковогнутой линзой, и двух двусклеенных линз, между которыми помещен положительный мениск, обращенный вогнутостью в пространство изображения. Третий компонент содержит двусклеенный мениск, обращенный вогнутостью в пространство объекта и выполненный из положительного и отрицательного менисков, и размещенный перед ним отрицательный мениск, обращенный вогнутостью в пространство изображения. Технический результат - увеличение входной числовой апертуры, линейного поля изображения, улучшение моно и хроматических аберраций осевого и внеосевых пучков. 1 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 прилож., 1 табл.

1. Планапохроматический высокоапертурный микрообъектив масляной иммерсии большого увеличения, включающий последовательно расположенные три компонента, первый из которых содержит двусклеенную линзу, состоящую из плосковыпуклой линзы и положительного мениска, обращенного вогнутостью в пространство объекта, и мениск, обращенный вогнутостью в пространство объекта, второй компонент, выполненный в виде трехсклеенной линзы, состоящей из двух положительных двояковыпуклых линз с размещенной между ними отрицательной двояковогнутой линзой и двух двусклеенных линз, и третий компонент, выполненный в виде двусклеенного мениска, отличающийся тем, что в первом компоненте положительный мениск, обращенный вогнутостью в пространство объекта, выполнен в виде одиночной линзы, во втором компоненте между двусклеенными линзами дополнительно помещен положительный мениск, обращенный вогнутостью в пространство изображения, в третьем компоненте двусклеенный мениск обращен вогнутостью в пространство объекта и выполнен из положительного и отрицательного менисков, а перед ним дополнительно размещен отрицательный мениск, обращенный вогнутостью в пространство изображения.

2. Планапохроматический высокоапертурный микрообъектив масляной иммерсии большого увеличения по п.1, отличающийся тем, что показатели преломления положительного мениска двусклеенной линзы первого компонента, отрицательной линзы во второй двусклеенной линзе второго компонента имеют значения 1.7≤n_d≤1.85, а их коэффициенты дисперсии 40≤ν_d≤50, показатели преломления отрицательной двояковогнутой линзы в трехсклеенной линзе и отрицательной линзы в первой двусклеенной линзе второго компонента имеют значения 1.7≤n_d≤1.85, а их коэффициенты дисперсии 32≤ν_d≤40, показатели преломления отрицательного одиночного мениска и положительного мениска в двусклеенном мениске третьего компонента имеют значение 1.8≤n_d≤1.86, а их коэффициенты дисперсии 22≤ν_d≤27.