Объектив высокой апертуры для микроскопов Советский патент 1934 года по МПК G02B21/04 

В существующих до сего времени микроскопических объективах аберрации (хроматическая и сферическая) исправляются путем сочетания многих линз различной кривизны, толщины и дисперсии; таких линз в имперсионном аппохромате насчитывается до 10 щтук. Тем не менее полного исправления аберраций при высоких аппертурах все же получить не удается (вторичный спектр наблюдается даже у ап.похроматов); кроме того, исправляя ошибки объектива, приходится рассчитывать на больщую длину тубуса (160 шт.) при малых диаметрах линз, что утяжеляет и осложняет штатив и вызывает повышенные требования к центрировке отдельных элементов ,объектива. Потери света в силу многократных отражений света от поверхностей линз весьма велики (близки к 50%), причем отраженные лучи частично засвечивают фон.

Для устранения этих недостатков предлагается объектив высокой апертуры для микроскопов, построенный на принципе отражения, а не преломления света, 1 не только заменяющий существующие сие и иммерсионные системы, но бладающий, по мнению автора, по ению с ними более совершенными кими качествами и конструктивимуществами, а именно: данчвсвободен от хроматизма

на оси (вторичный спектр), т. е. качественно стоит выше аппохроматов,

2)линза-объектив после своего изготовления не может расцентрироваться в отличие от систем с разъединенными зеркалами или с отдельными линзами;

3)оправа объектива перестает быть ответственной деталью высокой точности;

4)сорт стекла совершенно безразличен-необходимо лишь стекло однородное (бессвильное); в тех вариантах объектива, в которых происходит полное внутреннее отражение, желательно стекло с малым предельным углом полного внутреннего отражения при не слишком высокой дисперсии, т. е. баритовый крон;

5)вместо 6-10 линз (как в обычных объективах) приходится шлифовать только одну линзу и хотя точность выполнения поверхностей этой линзы повышенная, однако, методика изготовления ничем особенным не отличается от обычной методики изготовления линз; 6) благодаря основному принципу предлагаемого объектива (зеркальный) имеется возможность в неограниченной степени уменьшить длину тубуса, доведя ее, например, до 20-40 мм, вместо 160 мм, являющихся практическим минимумом для случая обычного сильного объектива, что приводит к микроскопу карманноготипа; переход же на малую длину тубуса, кроме портативности прибора.

упрощает и удешевляет механику микроскопа (микрометренный винт, направление тубуса, кремальера); 7) при высоких апертурах предлагаемый объектив создает более яркое изображение, нежели у обычных объективов, так как центральное экранирование вызывает меньшие потери света, нежели многократное отражение под большими углами падения в линзах обычного объектива. Кроме того, в создании изображения участвуют лучи всех длин волн, чего, нет даже у аппохроматов. Последнее обстоятельство имеет исключительный смысл для случая микрофотографии. Как показывает диффракционная теория, центральное экранирование не только не пони.жает разрешающей силы, но даже несколько ее повышает; 8) неизбежное центральное экранирование в сочетании с конденсором, апертура которого ниже апертуры центрального экранирования,- дает возможность получить ультрамикроскоп высокой апертуры в крайне простом и изящном виде и без особых осветителей темного поля, так как Данный объектив, в зависимости от апертуры конденсора, регулируемой диафрагмой, всегда приспособлен к работе и как объектив микроскопический и как объектив ультрамикроскопический.

На чертеже фиг. 1-4 изображают схемы хода лучей в различных вариантах устройства предлагаемого объектива.

На схеме хода лучей, изображенной на фиг. 1, литера Si обозначает светящуюся точку, а изображение. Центр кривизны поверхности I совпадает с точкой 5, а поверхности 111-с точкой S. Поверхность II-в данном случае эллипсоид вращения, весьма близкий к параболоиду. В этом виде (фиг. 1 и 3) система является сухой. Иммерсионная система изображена на фиг.2; луч Si, Л, БЗ, Sg-крайний луч, определяющий апертуру системы; луч S, А, В, предельный луч, претерпевающий полное внутреннее отражение на поверхности (AI, АЗ, ); для расширения этого предела желательно иметь возможно больший показатель преломления линзызеркала. Центральная зона поверхности (AI, А, Лз) посеребрена и залакирована и таким образом луч 5, Л|, BI, Sz тоже участвует в создании изображения

(S). Поверхность В, В-,, Б во всех случаях засеребрена вся, кроме центральной . На фиг. 3 представлена сухая система из двух несклеенных линз. Серебрёные части nOBepxHocTeiji II,и III очерчены жирно. Поверхность имеет центр кривизны в точке Si (в случае иммерсионной системы поверхность I-плоскость). Поверхность V имеет центр кривизны в точке Sg. Поверхности III и IV имеют одинаковую кривизну. Все поверхности могут быть сферическими. В случае же исправления поля на кому поверхности 11 и III берутся не сферическими с весьма умеренным квадратом эксцентриситета.

Чтобы дать конкретный пример нового объектива, на фиг. 4 изображена схема реального объектива, причем поверхность 2- /... 7-2) - строго сферическая с центром кривизны в плоскости объекта (точка S); поверхность (/-5-/)- строго сферическая. Может быть посеребрена; поверхность (5 - 6 - 5) - строго сферическая с центром кривизны в плоскости изображения; поверхность (4-5-..5-4) - практически сферическая с ничтожно малыми отклонениями, достигаемыми простой ретушью. Эта поверхность обязательно посеребрена; поверхность (4-2...2-4)--шаровая. Единственная опорная для центрировки поверхность.

Отклонение поверхности (4-5...5-4} от сферы измеряется долями микрона, поэтому ее изготовление, по, пробному стеклу или при применении теневого метода, не сложнее и не проще изготовления обычной сферической поверхности.

Конструктивные элементы объектива, свободного от комы и с исправлением всех аберраций на оси, могут быть даны в виде следующей таблицы:

1,ООЬ (сфера)

1,70 (наибольшее отклонение от

сферы в сторону сплюснутых

сфероидов 0,8) 1,52 (сфера) ,0 (сфера) /1 1.70

/2 40 (длина тубуса) FfeO,94

Собствен, увеличение

Кома 0.

Рабочее расстояние (S - 8) 0,65 Толщина в центре (3 - 6) 0,47 Я1 0,8; Яз 1,38; Н, 1,00 Потери на экранирование 28/о

.,(. сухая 0,85

Числ. апертура

иммерс 1,о

В случае иммерсионной системы желательно (но необязательно) вклеить линзу (2-1-7-1-2-8).X

Предмет патента.

1. Объектив высокой апертуры для микроскопов, отличающийся тем, что он состоит из ОД11ОЙ линзы, частично снабженной зеркальной поверхностью, входная передняя часть или части которой отшлифованы по сферической поверхности с центром в месте помещения наблюдаемого объекта, остальные же поверхности, сферические или близкие к сферическим, частично сделаны зеркальнымй й ТТбДобраны такой кривизны, чтобы лучи, идущие от наблюдаемого объекта, после отражения от зеркальных частей или частично после полного внутреннего отражения, выходили по нормалям к выходной задней поверхности объектива.

2.Видоизменение объектива по п. 1, отличающееся тем, что он состоит из двух линз, имеющих соприкасающиеся поверхности одинаковой кривизны, а задняя поверхность заднего стекла отшлТсфована по сферической поверхности с центром в месте получения изображения наблюдаемого объекта (фиг. 3).

3.Видоизменение объектива по пп. 1 и 2 при иммерсио11ной системе, отличающееся тем, что передняя входная часть поверхности объектива выполнена плоской (фиг. 2).