ПЛАНАПОХРОМАТИЧЕСКИЙ МИКРООБЪЕКТИВ БОЛЬШОГО УВЕЛИЧЕНИЯ С УВЕЛИЧЕННЫМ РАБОЧИМ РАССТОЯНИЕМ Российский патент 2015 года по МПК G02B21/02 G02B9/64 

Предлагаемое изобретение относится к оптическому приборостроению, а именно к объективам микроскопов с увеличенным рабочим расстоянием, 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, при оценке качества изготовления и аттестации в условиях промышленного производства изделий микроэлектроники и др.

Известен иммерсионный микрообъектив большого увеличения с увеличенным рабочим расстоянием [1], содержащий расположенные вдоль оптической оси фронтальный компонент в виде мениска, обращенного выпуклостью в пространство изображения, второй одиночный положительный компонент, третий двусклеенный из отрицательной и положительной линз положительный компонент, четвертый двусклеенный из отрицательной и положительной линз компонент, пятый в виде одиночных менисков, обращенных вогнутостью в пространство изображения.

Объектив имеет увеличенное рабочее расстояние, улучшенную коррекцию моно и хроматических аберраций (ахроматическую), увеличена одновременно наблюдаемая площадь объекта.

Но микрообъектив имеет недостаточное линейное поле изображения (20 мм), ахроматическую коррекцию, остаточный хроматизм увеличения.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому техническому решению является микрообъектив с увеличенным рабочим расстоянием [2]. Объектив состоит из четырех компонентов, первый из которых содержит «n» фронтальных одиночных положительных линз, второй - две двусклеенные линзы, обращенные положительными линзами навстречу друг другу, третий компонент - положительная одиночная линза, четвертый - двускленная линза из положительного мениска, обращенного вогнутостью в пространство объекта, и двояковогнутой отрицательной линзы.

Объектив имеет линейное поле изображения 25 мм, улучшенную коррекцию сферохроматических аберраций, астигматизма и кривизны, исправлен хроматизм увеличения.

Но объектив имеет недостаточную величину рабочего расстояния, ахроматическую коррекцию и остаточные астигматизм и кривизну изображения.

Основной задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является увеличение рабочего расстояния при достижении планапохроматической коррекции.

Поставленная задача решается с помощью предложенного планапохроматического микрообъектива большого увеличения, который, как и прототип, содержит последовательно расположенные четыре компонента, первый из которых выполнен в виде n положительных линз, второй компонент выполнен в виде двух двусклеенных линз, обращенных положительными линзами навстречу друг другу, третий положительный компонент, четвертый компонент выполнен в виде двусклеенной линзы, состоящей из положительной линзы и двояковогнутой отрицательной линзы.

В отличие от прототипа во втором компоненте перед двумя двусклеенными линзами, обращенными положительными линзами навстречу друг другу, помещена трехсклеенная линза, выполненная из двух положительных двояковыпуклых линз с размещенной между ними отрицательной двояковогнутой линзой, третий положительный компонент выполнен двусклеенным из двояковыпуклой положительной и отрицательной линз, а в четвертом компоненте в двусклеенной линзе положительная линза выполнена двояковыпуклой и за ней дополнительно помещена линза.

Дополнительная линза четвертого компонента может быть выполнена в виде мениска, обращенного вогнутостью в пространство объекта, а также может быть выполнена склеенной из положительного мениска и отрицательной двояковогнутой линзы.

Кроме того, показатель преломления положительных линз трехсклеенной линзы второго компонента имеет значение 1.42≤n_d≤1.45, а его коэффициент дисперсии 90≤ν_d≤95, показатель преломления первой положительной линзы первого компонента имеет значение 1.85≤n_d≤1.93, а его коэффициент дисперсии 30≤ν_d≤33.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что добавление трехсклеенной линзы во втором компоненте, выполнение третьего компонента двусклеенным из положительной двояковыпуклой линзы и отрицательного мениска, обращенного вогнутостью в пространство объекта, помещение дополнительной линзы в четвертом компоненте, позволили впервые увеличить рабочее расстояние до двух фокусных расстояний в объективе с большим увеличением, улучшить плановую коррекцию, а выполнение линз с приведенными выше показателями преломления и коэффициентами дисперсии позволили обеспечить апохроматическую коррекцию с исправленным хроматизмом увеличения.

На основании изложенного можно сделать вывод, что новая совокупность существенных признаков изобретения позволила получить технический результат, заключающийся в увеличении рабочего расстояния более чем в 2 раза, обеспечить апохроматическую коррекцию и улучшить аберрации внеосевых пучков.

По предлагаемой схеме реализованы микрообъективы:

1) увеличением 100 крат, входной апертурой 0.7, линейным полем изображения 25 мм, рабочим расстоянием 4.1 мм;

2) увеличением 250 крат, входной апертурой 0.85, линейным полем изображения 25 мм, рабочим расстоянием 0.8 мм, превышающим фокусное расстояние микрообъектива.

Предлагаемый планапохроматический микрообъектив большого увеличения с увеличенным рабочим расстоянием поясняется чертежом, на котором представлена его оптическая схема, а также Приложением, в котором даны конструктивные параметры и аберрационные выпуски.

Заявляемый планапохроматический микрообъектив большого увеличения с увеличенным рабочим расстоянием содержит четыре компонента.

Первый компонент I содержит положительный мениск 1, обращенный выпуклостью в пространство изображения, и положительную двояковыпуклую линзу 2.

Второй компонент II состоит из двух склеенных линз, первая из которых склеена из отрицательного мениска 3, обращенного выпуклостью в пространство объекта, и двояковыпуклой положительной линзы 4, вторая склейка состоит из двояковыпуклой 5 и двояковогнутой 6 линз.

Третий компонент III содержит склеенную линзу из положительной двояковыпуклой 7 и отрицательной двояковогнутой 8 линз.

Четвертый компонент IV склеен из положительной двояковыпуклой линзы 9 и отрицательной двояковогнутой линзы 10.

Во втором компоненте II и перед двумя склеенными линзами 1 и 2, 3 и 4 дополнительно помещена трехсклеенная линза, состоящая из двух положительных двояковыпуклых линз 11 и 12 с размещенной между ними отрицательной двояковогнутой линзой 13.

В четвертом компоненте IV за двусклееной линзой дополнительно помещена линза 14.

Дополнительная линза 14 четвертого компонента IV может быть выполнена в виде положительного мениска, обращенного вогнутостью в пространство объекта, а также в виде склеенной из положительного мениска и отрицательной двояковогнутой линзы.

Кроме того, показатель преломления положительных линз трехсклеенной линзы второго компонента имеет значение 1.42≤n_d≤1.45, а его коэффициент дисперсии 90≤ν_d≤95, показатель преломления первой положительной линзы первого компонента имеет значение 1.85≤n_d≤1.93, а его коэффициент дисперсии 30≤ν_d≤33.

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 - положительные мениск 1 и двояковыпуклую линзу 2, образуя мнимое увеличенное изображение, внося отрицательную сферохроматическую аберрацию, хроматизм положения и увеличения, кому.

Компоненты II и III линзы 11, 13, 12, 3, 4, 5, 6, 7 и 8 создают мнимое увеличенное изображение в фокальной плоскости компонента IV, переисправляя сферохроматическую аберрацию и кому.

Далее компонент IV линзы 9, 10 и 14 переносит изображение объекта в бесконечность, образуя планапохроматическое высококонтрастное изображение объекта.

В приложении приводится микрообъектив с увеличением 100^x, числовой апертурой 0.7, линейным полем изображения 25 мм и увеличенным по сравнению с прототипом более чем в 2 раза рабочим расстоянием (в прототипе 1.5 мм, в заявляемом техническом решении 4.1 мм).

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 0.77 0.866 0.84 0.707 0.87 0.5 0.87 0 0.84

В таблице 2 приведены значения числа Штреля микрообъектива с увеличением 250^x, входной апертурой 0.85, линейным полем изображения 25 мм, рабочим расстоянием 0.8 мм.

Таблица 2 Отн. значение величины изображения Число Штреля 1 0.89 0.866 0.92 0.707 0.93 0.5 0.94 0 0.945

Источники информации

1. Российская Федерация, патент на изобретение №2176804, МПК: G02B 21/02, опубл. 10.12.2001 г.

2. Российская Федерация, патент на изобретение №2097810, МПК: G02B 21/02, опубл. 27.11.1997 г. - прототип.

Микрообъектив может быть использован в микроскопах для визуального наблюдения, вывода на TV-камеру и фотографирования малоконтрастных микроскопических структур, находящихся на пределе разрешающей способности световых микроскопов. Микрообъектив содержит четыре компонента. Первый компонент содержит «n» фронтальных одиночных положительных линз. Второй компонент содержит трехсклеенную линзу, выполненную из двух двояковыпуклых линз с размещенной между ними двояковогнутой линзой, и две двусклеенные положительные линзы, обращенные положительными линзами навстречу друг другу. Третий положительный компонент выполнен двусклеенным из двояковыпуклой и отрицательной линз. Четвертый компонент содержит двусклеенную линзу, состоящую из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, и дополнительную линзу. Технический результат - увеличение рабочего расстояния при достижении планапохроматической коррекции. 3 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 прил., 2 табл.

1. Планапохроматический микрообъектив большого увеличения с увеличенным рабочим расстоянием, содержащий последовательно расположенные четыре компонента, первый из которых содержит «n» фронтальных одиночных положительных линз, второй - две двусклеенные положительные линзы, обращенные положительными линзами навстречу друг другу, третий положительный компонент и четвертый компонент, выполненный в виде двусклеенной линзы, состоящей из положительной и двояковогнутой отрицательной линз, отличающийся тем, что во втором компоненте перед двумя двусклеенными линзами, обращенными положительными линзами навстречу друг другу, помещена трехсклеенная линза, выполненная из двух положительных двояковыпуклых линз с размещенной между ними отрицательной двояковогнутой линзой, третий положительный компонент выполнен двусклеенным из двояковыпуклой положительной и отрицательной линз, а в четвертом компоненте в двусклеенной линзе положительная линза выполнена двояковыпуклой и за ней дополнительно помещена линза.

2. Планапохроматический микрообъектив большого увеличения с увеличенным рабочим расстоянием по п. 1, отличающийся тем, что дополнительная линза четвертого компонента выполнена в виде мениска, обращенного вогнутостью в пространство объекта.

3. Планапохроматический микрообъектив большого увеличения с увеличенным рабочим расстоянием по п. 1, отличающийся тем, что дополнительная линза четвертого компонента выполнена склеенной из положительного мениска и отрицательной двояковогнутой линзы.

4. Планапохроматический микрообъектив большого увеличения с увеличенным рабочим расстоянием по п. 1, отличающийся тем, что показатель преломления положительных линз трехсклеенной линзы второго компонента имеет значение 1.42≤n_d≤1.45, а его коэффициент дисперсии 90≤ν_d≤95, показатель преломления первой положительной линзы первого компонента имеет значение 1.85≤n_d≤1.93, а его коэффициент дисперсии 30≤ν_d≤33.