Апохроматический объектив микроскопа Советский патент 1990 года по МПК G02B21/02 

(Л

С

Изобретение относится к оптическому приборостроению, а более конкретно к линзовым объективам микроскопов. Цель изобретения является упрощение конструкции и повышение технологичности. Объектив содержит последовательно расположенные по ходу луча две плоско- выпуклые линзы 3, 4, обращенные плоскими сторонами к пространству предметов, одиночную двояковыпуклую линзу 5 и двусклеенный компонент 6, 7. Толщины плоско-выпуклых линз находятся из соотношения:D=SN 2(β)/(β-N), где D-толщина линзы мм

S- расстояние от первой поверхности линзы до предметной плоскости, мм

N- показатель преломления материала линзы, β- линейное увеличение линзы. 1 ил.

X XI

X

ел

00

о

00

о о

Изобретение относится к оптическому приборостроению, конкретнее к линзовым объективам микроскопа.

Целью изобретения является упрощение конструкции и повышение технологичности при высоком качестве изображения.

На чертеже изображена принципиальная оптическая схема объектива микроскопа.

Объектив (фиг.1) состоит из последовательно расположенных по ходу луча фронтальной 1 и последующей 2 частей. Фронтальная часть 1 состоит из фронтальной плосковыпуклой линзы 3 и расположен- ной непосредственно за ней плосковыпуклой линзы 4, обращенной плоскостью к пространству предметов. Последующая часть 2 составлена из одиночной положительной линзы 5 и двусклеенного компонента, содержащего отрицательную б и положительную 7 линзы.

Объектив работает следующим образом.

Лучи от объектива наблюдения проходят линзы 3 и 4 фронтальной части. При этом апертура снижается до 0,15 - 20. Последующая часть (линзы 5-7) компенсируют монохроматические аберрации фронтальной части и обеспечивает необходимые габаритные характеристики.Последующая часть 2 не несет нагрузки по компенсации хроматических аберраций, а имеет задачу лишь не вносить собственного хроматизма. Поэтому остаточный хроматизм увеличения определяется лишь хроматической разностью увеличения фронтальной части.

Необходимо также избежать применения тройной склейки в схеме объектива, что осуществляют путем снятия коррекционной нагрузки по хроматизму с этого компонента.

При определенных условиях возможна такая работа фронтальной линзы, когда, снижая апертуру для последующей части объектива, она не создает значительных нагрузок по хроматизму. Это дает возможность выполнить последующую часть мйкрообъектива более простой, повысить технологичность, избежав применения тройного склеенного компонента.

Обозначают через а -углы первого параксиального луча, а через hi-высоты его на поверхностях фронтальной линзы. Принимают также стандартные условия нормировки:

ai /3; 03 1 , где увеличение фронтальной линзы.

ях продольная хромаопределяется выраже

О)

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

Если при первой плоской поверхности фронтальной линзы Q2 /$п .тогда высоты hi равны

hi Si/S ; h2 /3(Si n-dXn , (2) где п - показатель преломления фронтальной линзы;

Si - расстояние от первой поверхности до плоскости предметов;

d - толщина линзы.

Получают выражения и для хроматических коэффициентов

Ci $n-1)/n V;

}(3)

С2 OS-n)/nV .

При этом высоты hi всегда отрицательны (считая увеличение фронтальной линзы положительным, a Ci отрицательным). Что же касается хроматических коэффициентов, то при определенных условиях С 2 может быть и отрицательным (Ci всегда положителен). Это может дать возможность скомпенсировать продольный хроматизм обеих поверхностей. Из формулы (1) находят выражение для продольного хроматизма

dS1 (n-0) +

+ Sm2(Ј-1)/VV

(4)

В этом выражении фактически имеется лишь один свободный параметр - толщина линзы. Действительно, величина Si задана в техническом задании (рабочее расстояние) и не может значительно изменяться, а увеличение определяется материалом линзы и допустимым значением остаточного хроматизма увеличения. Не трудно показать, что хроматическая разность увеличения фронтальной линзы определяется выражением

dyVy1 ()3- 1)//3V .(5)

Тогда, выбрав материал линзы с заданным значением коэффициента дисперсии V, определяютувеличение:

0 1/t1-(dyVy1)V.(6)

Для того, чтобы отсутствовал продольный хроматизм, нужно выполнять условие

d(n-/3) + Sin20 -1)0.(7)

Отсюда можно и найти требуемую толщину линзы:

d Sm2OS-1)/03-n).

(8)

В условие (8) не входит коэффициент дисперсии материала линзы. Поэтому ах- роматизация имеет место для широкой об - ласти спектра, что важно для апохроматиче- ской коррекции всего микрообъектива.

В случае ахроматизации (а точнее в данном случае апохроматизации), последующая часть микрообьектива также должна иметь основной хроматический параметр, равный нулю. При этом, считая в первом приближении последующую часть выполненной в виде тонкого компонента, можно предположить отсутствие хроматической разности увеличения последующей части для любого положения зрачка. Поэтому остаточная хроматическая разность увеличения всего объектива определяется лишь фронтальной линзой. Отсюда следует необходимость учета.выражения (5) при компоновке объектива. Однако выражение (8) имеет физический смысл только при условии, что линейное увеличение фронтальной линзы (по численному значению) меньше величины показателя преломления материала фронтальной линзы. Для апертур 0,25 - 0,30 и для реальных значений показателей преломления этого увеличения явно недостаточно для нормальной работы последующей части. Поэтому в предложенном объективе вслед за фронтальной линзой размещена вторая плосковыпуклая линза 4, а толщина ее выбрана такая как и для фронтальной линзы 3 (т.е. из условия ее ахроматизации). В этом случае при отсутствии продольного хроматизма общее увеличение этих двух линз определяется произведением линейных увеличений каждой линзы, (Следует только помнить, что плоскость изображения для первой линзы совпадает с плоскостью предмета для второй). Такая фронтальная система уже эффективно снижает апертуру для нормальной работы последующей части (для коррекции монохроматических аберраций), а отсутствие продольного хроматизма позволяет выполнить ее более простой.

Пример. Характеристика рассчитанного объектива-апохромата: увеличение 10,2х числовая апертура 0,30, фокусное расстояние 15,18 мм, высота 45 мм, остаточное 5 хроматическое увеличение +0,79%, линейное поле 20 мм, расстояние 4 мм.

Толщины линз фронтальной части рас- читаны из выражения (8).

Фронтальная часть имеет характери- 0 стики: увеличение +1,466, рабочее рас - стояние -4 мм, хроматическая разность увеличения +0,72%.

После определения габаритных характеристик последующей части и предвари- 5 тельного определения ее конструктивных данных (по формулам теории аберраций III порядка) окончательный расчет произведен с использованием программы автоматизированной коррекции. При этом в качестве 0 параметров использованы лишь радиусы линз последующей части. После оптимизации (ззнявшей, не более 10 шагов) объектив имеет коррекцию аберраций, о качестве которой можно судить по следующим данным: в спектральной области С - F1 волновые 5 аберрации не превышают 0,2Я , а в области С -д не превышают 0,5Я .

Формула изобретения

Апохроматический объектив микроскопа, содержащий три компонента, первый и 0 вто рой из которых- плосковыпуклые линзы, третий содержит склеенную линзу, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции и повышения технологичности при высоком качестве изображения, третий 5 компонент выполнен в виде одиночной двояковыпуклой линзы и двусклеенной линзы, содержащей отрицательный мениск и двоя- ковыпуклуюлинэу, при этом толщины d плосковыпуклых линз выбраны из условия:

°d Sr2Ј-1d Ьг

где S - расстояние от первой поверхности линзы до предметной плоскости;

п - показатель преломления материала линзы; 5{$- линейное увеличение линзы.