Интерференционный объектив Советский патент 1987 года по МПК G02B9/00 G02B13/00 

Изобретение относится к оптическому приборостроению, а именно к интерференционным объективам, и может быть использовано в измерительной, фото- и кинотехнике, в частности в многолучевых интерферометрах и приборах с широкой областью спектра.

Целью изобретения является расширение спектрального диапазона, увеличение поля зрения и упрощения конструкции.

На чертеже изображена принципиальная оптическая -схема интерференционного объектива.

Объектив содержит пять компонентов (1-5) и диафрагму 6, расположенную в задней фокальной плоскости объектива, являющуюся выходным зрачком объектива. Первый компонент выполнен в виде светоделительной пластины 1, первая поверхность которой размещена в плоскости предмета, второй и третий компоненты - в виде положительного 2 и отрицательного 3 менисков, обращенных вогнутостью к предмету, четвертый и пятый.- в виде двояковогнутой отрицательной 4 и двояковыпуклой положительной 5 линз.

Фокусные расстояния второго 2, четвертого 4 и пятого 5 компонентов составляют 0,6-0,9 f , третьего 3 - 2,2-2,5 fpg толщины светоделительной пластины 15 толщины положительных компонентов 2 и 5 составляйт 0,2п / г о

и,4 tog ТОЛ1ЦИНЫ отрицательных компонентов 3 и 4 - 0,08-0,1 fjg , вынос диафрагмы б от последней поверхности - 0,4 , где fgg - фокусное расстояние объектива.

Пластина 1 выполнена из оптического кварцевого стекла, все линзы - из оптического бесцветного стекла с показателями преломления 1,7, но разными коэффициентами дисперсии, два из них в линзах 2 и 5 имеют особый ход частной отрицательной дисперсии. Кроме того, пластина 1 должна иметь высокий коэффициент отражения (более 0,9) для высокоточных измерений.

При работе с отражающими испытуемыми объектами расходящийся пучок лучей, идзпций из осветительной системы, собирается линзами 2-5 объек- .тива на исследуемой поверхности. Нить источника белого света проектируется в выходной зрачок объектива, расположенный в задней фокальной

плоскости, благодаря чему, объект освещен параллельным пучком лучей через объектив (5-1). Интерференционная часть находится между первой поверхностью объектива, .н.а которой на- . несено светоделительное покрытие и объектом. Объект, обладающий зеркальным отражением или светоделительным покрытием, устанавливается перед объективом (1-5) как можно ближе к пластине 1 объектива и насколько возможно параллельно, т.е. должны остаться только топографические углы

испытуемой поверхности. Интерференционная картина высокого контраста локализуется в плоскости предмета. Изображение интерференционной картины непосредственно объективом проектируется с увеличением на входную щель спектрального устройства, например монохроматора. С выходной щели монохроматора изображение интерференционной картины можно проектировать как в фокальную плоскость оку- лятор а винтового окулярного микрометра, так и на щель фотоэлектрического приемника с помощью простых проекционных объективов малого увеличения.

0 В результате размещения светоделительной пластины 1 в плоскости предмета, с одной стороны, выполняется

одно из необходимейших условий для создания особой многолучевой интер-

35 ференции высокого контраста благодаря увеличению количества интерфери- рук)щих лучей, минимальному фазовому запаздыванию. С другой стороны, такое размещение пластины 1 дает воз-

40 можность совместно с другими компонентами скорректировать аберрации для точки на оси (в основном) и вне оси при высокой числовой апертуре и толщине светоделительной пластины

5 0,2-0,4 от фокусного расстояния объектива. Такая толщина пластины к то- му же необходима при изготовлении для выполнения высоких требований, предъявляемых к поверхностям пласти-.

0 ны как интерференционной детали по общей и местной ощибке.

В результате выполнения второго и третьего компонентов в виде одиночных положительного 2 и ртрица- 5 тельного 3 менисков, обращенных вогнутостью к предмету и .близких к ап- ланатическим, совместно с пластиной, помещенной в плоскость предмета, получены достаточно небольшие аберрации для точки на оси (сферической, комы) для части объектива, состоящей из трех компонентов и вне оси (астиг матизма, дисторсии), а также хроматизма положения и увеличения с помощью внутренних близких по величине радиусов- второго и третьего компонен тов. Форма третьего компонента к тому же уменьшает числовую апертуру последующей части объектива.

В результате выполнения четвертого и пятого компонентов в виде одиночных отрицательной 4 и положительной 5 линз, имеющих близкие по вели- чине внутренние радиусы, близкие к концентричным выходному зрачку объектива - диафрагме 6, компенсированы остаточные аберрации первых трех ком поиентов.

В результате выноса заднего фокуса F объектива в пространство изображений, в котором расположена диафрагма 6, создан телецентрический ход лучей в пространстве предмета, обеспечивающий совместно с хорошей коррекцией аберраций равномерное освещение объекта и возможность применения объектива как телецентрического для измерительных целей, так как таким ходом главнь х лучей исключаются ощибки измерения. Кроме того, вынос зрачка за пределы объектива дает возможность устанавливать в нем диафрагмы переменного размера и тем самым менять контраст при выявлении дефектов или деталей объектов, существенно отличающихся размерами и формой.

В результате выполнения всех линз объектива из стекол с показателем преломления 1,7, описанной формы и сочетания знаков сил увеличено поле зрения по сравнению, например, с микрообъективами, имеющими такую же числовую апертуру, а по сравнению с прототипом 7 лучщее исправление полевых аберраций, в том числе кривизны поля.

Кроме того, благодаря применению стекол с особым ходом частной относительной дисперсии при показателях преломления не менее 1,7 и коэффициентах средней дисйерсии довольно высоких в положительных компонентах ( Jg порядка 55)J особенно во фронтальной части объектива, скоррегиро- ваны хроматические аберрации положе59764

ния и увеличения практически для всей видимой области спектра.

В результате выполнения второго

5 и третьего компонентов объектива в виде простых линз, спектр которых эквивалентен спектру простой линзы, четвертого и пятого компонентов Также в виде простых линз, рассчитанных

10 со спектром, подобным простой линзе, но противоположным по знаку хроматизмом положения, улучшен вторичный спектр с помощью двух различных ма- . рок оптических сред в первой и вто15 рой паре линзовых компонентов, при этом одна из них в каждой паре должна иметь особый ход частной относительной дисперсии.

В результате расчета получен ва20 риант предлагаемого интерференционного объектива со следующими оптическими параметрами: линейное увеличение -5,2, фокусное расстояние f 25,6 мм, числовая апертура в

25 пространстве предметов А 0,31, линейное поле зрения 2у 2,9 мм.

Коррекция объектива проведена для спектральной линии X е 546,1 нм, ахроматизирован спектральный диапа30 зон, охватывающий практически всю видимзта область от длины волны П( 404, 7 нм до А 706,5 нм.

Объектив имеет очень хорошую коррекцию аберраций, отсутствует винье„с тирование наклонных пучков. Его остаточные аберрации аналогичны микрообъективам - планахроматам: для точ- - ки на оси волновая аберрация по всему спектральному диапазону не превы-

40 шает четверти длины волны, только на самом краю отверстия достигает 1-2 А , для точки вне оси астигматизм и кривизна поля аналогичны, а дисторсия в предлагаемом объективе значитель45 но меньше.

При работе объектива в обратном ходе размер кружка рассеяния с учетом хроматизма в плоскости Гаусса составляет: для точки на оси - 0,02 мм,

50 в центре поля - 0,03 мм, на краю поля - 0,085 мм (2у 15 мм). В плоскости установки может быть получен кружок рассеяния: для точки на оси - 0,04 мм, в центре поля - 0,03 мм,

gg на краю поля - 0,045 мм.

При работе объектива в прямом ходе и использовании поля зрения величиной 2у 1-1,5 мм, которое может ограничиваться, например, полем эрения винтового окулярного микрометра MOB - 1-1,5, размер кружка рассеяния с учетом хроматизма в плоскости . Гаусса для точки на оси, центра и края поля - 0,1-0(2 мм.

Для наиболее полного использования свойств объектива, особенно при высокоточных измерениях, необходимо соблюсти ряд условий.

Расстояние между поверхностью испытуемого объекта и обращенной к нем поверхностью пластины 1 должно быть порядка 1-3 мкм-. Коэффициенты отражения этих же обращенных друг к другу поверхностей объекта и пластины 1 должны быть близки по величине, а для высокоточных измерений - более 0,9, причем, коэффициент отражения поверхности объекта должен быть больше Эти же поверхности должны быть не только плоскими, но и ровными - неровность не более 5 А. Покрытия, нанесенные на эти поверхности, должны быть тонкими - не более 2000 А,

о

иногда до 6000 А (в зависимости, от материала) и однородными. Углы падения лучей на объект должны быть не более З-б. Оптимальная числовая апертура объектива должна быть равна 0,2

Интерференционный объектив может иметь универсальное применение. Он может использоваться в многолучевых интерферометрах в проходящем свете при условии, что светоделительное покрытие -пластины 1 будет иметь соответствующие коэффициенты отражения

Возможно использование объектива в ряде других областей приборостроения при условии, что пластина 1 буРедактор Т.Парфенова

Составитель В.Архипов

Техред А.Кравчук Корректор А.Тяско

Заказ 6152/49 Тираж 522Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

0

5

5

0

5

0 дет выполнена без покрытия: совместно с электронно-оптическими преобразователями, когда нужна ахроматиза- ция в широком спектральном диапазоне, как репродукционный используя объектив как в прямом, так и обратном ходе, когда необходимо соответствующее увеличение и исправление дисторсии до сотых долей миллиметра, как объектива с телецентрическим ходом лучей (при измерениях щкал), как проекционный (при. нанесении и контроле микросхем) , дпя станочной оптики, когда нужна числовая апертура более 0,17, для микрофильмирования, когда нужна высокая разрешающая сила, как в объективах микроскопов.

Формула изобретения

Интерференционный объектив, содер- пять компонентов и апертурную диафрагму, расположенную в задней фокальной плоскости, причем первый компонент - светоделительная пластина, второй - положительный, пятый - двояковыпуклая линза, отличающий с я тем, что, с целью расширения спектрального диапазона, увеличения поля зрения и упрощения конструкции, второй и третий компоненты выполнены в виде соответственно мениска и отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к предмету, четвертый - в виде двояковогнутой линзы, при этом толщина светоделительнсй пластины составляет 0,2-0,4 фокусного расстояния объектива, а все линзы выполнены из материалов с показателем преломления не менее 1,7.

Изобретение относится к оптическому приборостроению и позволяет расширить спектральный диапазон, увеличить поле зрения и упростить конструкцию устр-ва. В объективе после светоделительной пластинки 1 размещены положительный 2 и отрицательный 3 мениски обращенные вогнутостью к предмету, а также двояковогнутая отрицательная 4 и двояковыпуклая положительная 5 линзы. Выполнение линз 2-5 из материала с показателем преломления не менее 1,7 позволяет скоррегировать хроматические аберрации положения и увеличения практически для всей видимой области спектра. Толщина пластины 1 составляет 0,2- 0,4 фокусного расстояния объектива. Размещение пластины 1 в плоскости предмета способствует созданию особой многолучевой интерференции высокого контраста. 1 ил. со СП СО О5