Ахроматический объектив микроскопа

Изобретение относится к оптике и может быть использовано при конструировании микрообъективов с ахроматической коррекцией для комплектации крупносерийных микроскопов. Ахроматический объектив микроскопа содержит три компонента. Первый компонент представляет собой сочетание N положительных одиночных линз, второй - ахроматическая линза с одной поверхностью склейки, обращенной к пространству предметов либо изображений, а третий компонент расположен за вторым компонентом и выполнен в виде одиночного мениска, обращенного вогнутостью к пространству изображений. Количество N первых компонентов может быть от 0 до 3-х в зависимости от числовой апертуры объектива Аоб и значения линейного увеличения объектива Vоб, отношение радиусов мениска определяется соотношением: а количество N первых компонентов определяется выражением вида: f'об - фокусное расстояние объектива, f'тл - фокусное расстояние тубусной линзы. Технический результат - повышение информационной емкости за счет улучшения аберрационной коррекции. 1 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к оптике и может быть использовано при конструировании микрообъективов с ахроматической коррекцией для комплектации крупносерийных микроскопов типа «МИКМЕД-1», «МИКМЕД-2», «ЛЮМАМ».

В настоящее время существует устойчивая тенденция к повышению информативности и производительности работ на микроскопе, для чего разработчики микрообъективов следуют по пути улучшения качества аберрационной коррекции за счет уменьшения значений аберраций внеосевых пучков. Ведутся работы по снижению в микрообъективах остаточной хроматической разности увеличении (ХРУ). Это необходимо для уменьшения окрашенности промежуточного изображения при использовании методов микроскопических исследований, требующих размещения в этой плоскости специальных сеток, шкал, препаратов и т.п.

Известны микрообъективы, выпускаемые отечественной промышленностью (ОМ-27, ОМ-41 и др.) [1]. Эти объективы, имеющие удовлетворительное качество изображения осевой точки предмета, не отвечают современным требованиям по качеству изображения внеосевых точек поля зрения. Характерной особенностью указанных объективов является наличие значительной остаточной ХРУ, что не позволяет получить увеличенное до значения 20 мм окулярное поле зрения, т.к. разработка простого по конструкции окуляра с постоянной по полю компенсационной ХРУ весьма затруднительна.

Этот недостаток совместно с большими значениями меридиональной и сагиттальной кривизны изображения снижает информационную емкость на микроскопе: Q=d2S, где d - разрешающая способность объектива, S - площадь наблюдения без перефокусировки.

Известны микрообъективы с практически исправленной ХРУ, однако они имеют иной тип оптической коррекции, имеют сложную конструкцию, не пригодную для крупносерийного производства. Известен объектив, в котором снижена ХРУ [2]. Однако и в этом случае наблюдается окрашивание изображения в промежуточной плоскости микроскопа.

Указанные недостатки приводят к снижению информационной емкости на микроскопе и не позволяют повысить производительность исследований.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому ахроматическому объективу микроскопа является известный объектив [3], имеющий простую конструкцию, пригодную для крупносерийного производства. Он содержит два компонента, первый из которых представляет собой сочетание N положительных одиночных линз, а второй - ахроматическая линза с одной поверхностью склейки, обращенной к пространству предметов либо изображений. Он выбран в качестве прототипа. Такая оптическая конструкция позволяет провести расчет комплекта ахроматических микрообъективов с числовыми апертурами от 0.1 до 1.30 ми (масляная иммерсия). Однако недостаточная коррекция хроматических и монохроматических аберраций внеосевых пучков, в первую очередь ХРУ, ухудшает потребительские свойства объективов, т.к. при использовании их при работе на микроскопе затруднительно получить линейное поле больше, чем 18 мм. Это обусловливает пониженную информационную емкость.

Основной задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является повышение информационной емкости путем увеличения полезного поля зрения, наблюдаемого без перефокусировки за счет улучшения аберрационной коррекции внеосевых пучков. Кроме того, предлагаемая оптическая конструкция должна обеспечить возможность проведения расчета комплекта ахроматических микрообъективов с числовыми апертурами от 0.1 до 1.30 ми.

Поставленная задача достигается с помощью ахроматического объектива микроскопа, содержащего, как и прототип, два компонента, первый из которых представляет собой сочетание N положительных одиночных линз, а второй - ахроматическая линза с одной поверхностью склейки, обращенной к пространству предметов либо изображений. Однако в отличие от прототипа в конструкцию предлагаемого объектива дополнительно введен расположенный за вторым третий компонент, выполненный в виде одиночного мениска, обращенного вогнутостью к пространству изображений, причем отношение радиусов мениска определяется соотношением:

С целью оптимизации оптических конструкций объективов количество N первых компонентов может выбираться от 0 до 3-х в зависимости от числовой апертуры объектива Аоб и значения линейного увеличения объектива Vоб и определяется выражением вида:

, (где , f'об - фокусное расстояние объектива, f'тл - фокусное расстояние тубусной линзы).

Совокупность перечисленных признаков позволяет решить комплексную задачу - обеспечение в рамках единой конструкции возможности проведения расчета комплекта ахроматических микрообъективов с числовыми апертурами от 0.1 до 1.30 ми с увеличенной за счет снижения ХРУ информационной емкостью.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что такая конструкция позволяет обеспечить в рамках единой оптической схемы все возможные значения входных числовых апертур и линейных увеличении микрообъективов. При этом их аберрационная коррекция соответствует современным тенденциям по исправлению аберраций осевого и внеосевых пучков.

Выполнение первого компонента в виде одиночных положительных линз позволяет оптимальным образом исправить монохроматические аберрации осевого и внеосевых пучков. Выбор числа N первых компонентов от 0 до 3-х в зависимости от числовой апертуры объектива Аоб и значения линейного увеличения объектива Vоб исходя из выражения: позволяет проводить коррекцию в объективах с различными входными числовыми апертурами и линейными увеличениями. Выполнение второго компонента указанным образом позволяет оптимально корригировать хроматические аберрации осевого пучка. Введение в оптическую схему третьего компонента и выполнение его в виде одиночного мениска, обращенного вогнутостью к пространству изображений, при соотношении радиусов , позволяет оптимальным образом исправить в объективе хроматические и монохроматические аберрации внеосевых пучков, в первую очередь устранить либо снизить ХРУ, повысить информационную емкость при исследованиях на микроскопе.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежом, на котором представлена оптическая схема заявляемого объектива, а также "Приложением", в котором приведены конструктивные параметры объективов во всех вариантах, отличительные признаки которых указаны в формуле.

Заявляемый ахроматический объектив микроскопа содержит первый компонент 1, который представляет собой сочетание N положительных одиночных линз, второй компонент 2 - ахроматическая линза с одной поверхностью склейки, обращенной к пространству предметов либо изображений, третий компонент 3, выполненный в виде одиночного мениска, обращенного вогнутостью к пространству изображений.

Объектив работает следующим образом. Первый компонент 1 строит увеличенное мнимое изображение объекта с уменьшенными значениями аберраций осевой точки. Компонент 2 совместно с компонентом 3 строят в бесконечности изображение объекта. Оно фокусируется тубусной линзой.

В примерах конкретного исполнения получены объективы: 5×0.10, 10×0.25, 40×0.65 и 125×1.30 ми во всех вариантах, отличительные признаки которых указаны в формуле, с линейным полем 20 мм в пространстве изображений. При этом ХРУ либо исправлена, либо значительно снижена, информационная емкость повышена в сравнении с аналогами и прототипом примерно в 1.5-1.7 раза.

Литература

1. ТУЗ-3.870-83. Объективы для микроскопии, ЛОМО.

2. А.С. СССР 1451639, М.Кл. G02B 21/02.

3. Патент России 2158432, М.Кл. G02B 21/02 - прототип.

Приложение

КОНСТРУКТИВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ АХРОМАТИЧЕСКОГО ОБЪЕКТИВА МИКРОСКОПА 5×0.10
№ пов.Радиусы кривизныОсевые расстоянияМарки стеколПоказатели преломления
λ=0.5461λ=0.6438λ=0.48
воздух
100.17К141.5168051.5125991.521153
2033.0воздух
326.691.2ТФ51.7617131.7485591.776433
412.763.6К81.5182961.5142931.522406
5-27.84
0.5воздух
612.702.5ТФ51.7617131.7485591.776433
711.87

№ пов.Радиусы кривизныОсевые расстоянияМарки стеколПоказатели преломления
λ=0.5461λ=0.6438λ=0.48
воздух
100.17К141.5168051.5125991.521153
2033.0воздух
348.143.6К81.5182961.5142931.522406
4-10.6511.2ТФ51.7617131.7485591.776433
5-18.054
0.5воздух
610.8292.5ТФ51.7617131.7485591.776433
79.462

КОНСТРУКТИВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ АХРОМАТИЧЕСКОГО ОБЪЕКТИВА МИКРОСКОПА 10×0.25
№ пов.Радиусы кривизныОсевые расстоянияМарки стеколПоказатели преломления
λ=0.5461λ=0.6438λ=0.48
воздух
100.17К141.5168051.5125991.521153
2012.0воздух
343.6333.0К81.5182961.5142931.522406
4-18.417
10.0воздух
518.3231.2ТФ51.7617131.7485591.776433
68.2683.6К81.5182961.5142931.522406
7-41.49
0.5воздух
87.162.5ТФ51.7617131.7485591.776433
96.085

№ пов.Радиусы кривизныОсевые расстоянияМарки стеколПоказатели преломления
λ=0.5461λ=0.6438λ=0.48
воздух
100.17К141.5168051.5125991.521153
2012.0воздух
328.6363.0К81.5182961.5142931.522406
4-20.39
10.0воздух
535.983.6К81.5182961.5142931.522406
6-8.551.2ТФ51.7617131.7485591.776433
7-19.29
0.5воздух
87.2762.5ТФ51.7617131.7485591.776433
96.023

КОНСТРУКТИВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ АХРОМАТИЧЕСКОГО ОБЪЕКТИВА МИКРОСКОПА 40×0.65
№ пов.Радиусы кривизныОсевые расстоянияМарки стеколПоказатели преломления
λ=0.5461λ=0.6438λ=0.48
воздух
100.17К141.5168051.5125991.521153
200.45воздух
304.44К81.5182961.5142931.522406
4-3.571
0.1воздух
535.022.0К81.5182961.5142931.522406
6-6.206
0.1воздух
759.091.0ТФ51.7617131.7485591.776433
84.8693.9К81.5182961.5142931.522406
9-9.84
12.0воздух
105.3342.0ТФ51.7617131.7485591.776433
114.449

№ пов.Радиусы кривизныОсевые расстоянияМарки стеколПоказатели преломления
λ=0.5461λ=0.6438λ=0.48
воздух
100.17К141.5168051.5125991.521153
200.45воздух
305.78К81.5182961.5142931.522406
4-3.988
0.1воздух
563.842.0К81.5182961.5142931.522406
6-6.274
0.1воздух
746.863.9К81.5182961.5142931.522406
8-4.4971.0ТФ51.7617131.7485591.776433
9-18.741
12.0воздух
105.3072.0ТФ51.7617131.7485591.776433
114.381

КОНСТРУКТИВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ АХРОМАТИЧЕСКОГО ОБЪЕКТИВА МИКРОСКОПА 125×1.30 ми
№ пов.Радиусы кривизныОсевые расстоянияМарки стеколПоказатели преломления
λ=0.5461λ=0.6438λ=0.48
кедр. масло1.5175481.5122201.523018
100.17К141.5168051.5125991.521153
200.1157кедр. масло
1.5175481.5122201.523018
301.15К81.5182961.5142931.522406
4-0.8954
0.1воздух
5-7.0081.7флюорит1.4349591.4327071.437295
6-2.462
0.1воздух
78.3272.3флюорит1.4349591.4327071.437295
8-6.225
0.3воздух
912.1571.0ТФ51.7617131.7485591.776433
103.4323.0флюорит1.4349591.4327071.437295
11-11.455
19.5воздух
124.9863.4ТФ51.7617131.7485591.776433
133.418

№ пов.Радиусы кривизныОсевые расстоянияМарки стеколПоказатели преломления
λ=0.5461λ=0.6438λ=0.48
кедр. масло1.5175481.5122201.523018
100.17К141.5168051.5125991.521153
200.1157кедр. масло
1.5175481.5122201.523018
301.15К81.5182961.5142931.522406
4-0.8954
0.1воздух
5-3.0281.7флюорит1.4349591.4327071.437295
6-2.205
0.1воздух
712.5682.3флюорит1.4349591.4327071.437295
8-4.749
0.3воздух
916.2373.0флюорит1.4349591.4327071.437295
10-3.5751.0ТФ51.7617131.7485591.776433
11-10.714
19.5воздух
125.1243.4ТФ51.7617131.7485591.776433
133.468

Ахроматический объектив микроскопа, содержащий три компонента, первый из которых представляет собой сочетание N положительных одиночных линз, а второй - ахроматическая линза с одной поверхностью склейки, обращенной к пространству предметов либо изображений, третий компонент расположен за вторым компонентом и выполнен в виде одиночного мениска, обращенного вогнутостью к пространству изображений, количество N первых компонентов может быть от 0 до 3 в зависимости от числовой апертуры объектива Аоб и значения линейного увеличения объектива Vоб, отличающийся тем, что отношение радиусов мениска определяется соотношением

количество N первых компонентов определяется выражением вида

где

f'об - фокусное расстояние объектива, f'тл - фокусное расстояние тубусной линзы.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области микроскопии и может быть использовано в микроскопах отраженного света для измерения, исследования и фотографирования особо тонких топографических структур в светлом и темном поле при оценке качества изготовления и аттестации в условиях промышленного производства изделий микроэлектроники.

Изобретение относится к оптике и может быть использовано при конструировании микрообъективов - ахроматов большого увеличения с предельными значениями числовых апертур без применения иммерсионных жидкостей для комплектации специализированных микроскопов типа "Биолам", "Бимам", "Люмам".

Изобретение относится к оптике и может быть использовано при конструировании объективов - ахроматов большого увеличения для комплектации крупносерийных микроскопов типа БИОЛАМ, БИМАМ, ЛЮМАМ.

Изобретение относится к области микроскопии, точнее к микрообъективам, служащим для исследования особо тонких микроскопических структур в естественном свете и свете люминесценции.

Изобретение относится к области микроскопии и может быть использовано в исследовательских микроскопах проходящего и отраженного света, к которым предъявляются повышенные требования к качеству изображения.

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано в оптических системах гибких и жестких эндоскопов с малым диаметром, предназначенных для наблюдения внутренних полостей при эндоскопических исследованиях в медицине и различных областях техники.

Изобретение относится к оптическому приборостроению, а именно к объективам микроскопов, и может быть использовано в люминесцентных микроскопах, работающих при больших перепадах температур, в которых возбуждение люминесценции производится глубоким ультрафиолетом (от =250 нм), а наблюдение производится в видимом и инфракрасном диапазоне от 404 до 1000 нм

Изобретение относится к области оптического приборостроения и может быть использовано в объективах микроскопов, а также в люминесцентных микроскопах, работающих при больших перепадах температур, в которых возбуждение люминесценции производится глубоким ультрафиолетом (от 250 нм), а работа производится в видимом и инфракрасном диапазоне (от 404 до 1000 нм)

Изобретение относится к оптическому приборостроению, а именно к объективам микроскопов, и может использоваться в люминесцентных микроскопах, работающих при больших перепадах температур, в которых возбуждение люминесценции производится глубоким ультрафиолетом (от 250 нм), а работа производится в видимом и инфракрасном диапазоне (от 404 до 1000 нм)

Изобретение относится к оптическому приборостроению, а именно к объективам микроскопов, и может быть использовано в люминесцентных микроскопах, работающих при больших перепадах температур, в которых возбуждение люминесценции проводится глубоким ультрафиолетом (от 250 нм), а работа проводится в видимом и инфракрасном диапазоне (от 404 до 1000 нм)

Объектив может быть использован в люминесцентных микроскопах, работающих при больших перепадах температур в проходящем и отраженном свете, в которых возбуждение люминесценции производится глубоким ультрафиолетом (от 250 нм), а наблюдение производится в видимом диапазоне. Объектив содержит три компонента, первый компонент с оптической силой φ1 выполнен в виде двояковыпуклой линзы, второй компонент с оптической силой φ2 выполнен в виде двояковогнутой линзы, а третий компонент с оптической силой φ3 выполнен в виде двояковыпуклой линзы. Первый и третий компоненты выполнены из флюорита, а второй - из кварцевого стекла. Отношения оптических сил компонентов к оптической силе всего объектива φоб удовлетворяют следующим соотношениям: 1.5<φ1/φоб<2; |4|<φ2/φоб<|5|; 2<φ3/φоб<3, а отношения радиусов кривизны имеют следующие значения: в первом компоненте - |1.5|<R11/R12<|2.5|; во втором - |0.3|<R21/R22<|0.7|; в третьем - |0.8|<R31/R32<|1.7|, где R - радиус сферической поверхности, φ=1/f', f' - фокусное расстояние. Технический результат - увеличение рабочего расстояния для обеспечения возможности работать с толстыми кюветами в проходящем свете и с манипуляторами в отраженном, улучшение качества изображения по всему полю зрения и обеспечение допустимо малого коэффициента засветки. 1 ил., 1 пр., 1 табл.

Микрообъектив может быть использован для визуального наблюдения и фотографирования малоконтрастных микроскопических структур, находящихся на пределе разрешающей способности. Микрообъектив содержит последовательно расположенные пять компонентов, первый из которых выполнен в виде мениска, обращенного вогнутостью к пространству предметов. Второй положительный компонент выполнен склеенным из двояковыпуклой линзы и отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к пространству предметов, третий двусклеенный компонент выполнен из отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к пространству изображений, и двояковыпуклой линзы, а пятый компонент выполнен из одиночной двояковогнутой линзы и двух менисков, обращенных вогнутостью к пространству предметов. Коэффициент дисперсии νd положительных линз второго и третьего компонентов и мениска, расположенного за двояковогнутой линзой в пятом компоненте, νd≥70, а отрицательный мениск склеенной линзы третьего и двояковогнутая линза пятого компонентов имеют коэффициент дисперсии 42≤νd≤48. Технический результат - увеличение рабочего расстояния для обеспечения возможности работы с кюветами и манипуляторами, а также увеличение входной числовой апертуры при сохранении планапохроматической коррекции. 1 табл., 1 ил., 1 прилож.

Способ включает предварительное измерение технологические погрешностей линзовых узлов и расчет по ним величины изменения одного из воздушных промежутков и углы поворота каждого линзового узла вокруг оси наружного цилиндра линзового узла. Осуществляют осевой сдвиг и поворот всех линзовых узлов. Совмещают оптическую и механическую оси объектива путем радиального сдвига всех линзовых узлов. Объектив содержит размещенные в цилиндрическом отверстии корпуса с опорной торцевой плоскостью и наружным базовым резьбовым цилиндром линзовые узлы в общей цилиндрической оправе, установленной с возможностью осевого перемещения относительно опорной торцевой плоскости, и прокладное коррекционное кольцо и пружину для упругого осевого замыкания общей цилиндрической оправы. Объектив снабжен цилиндрической втулкой с прорезью, направленной вдоль оси цилиндрического отверстия корпуса, втулка жестко соединена с общей цилиндрической оправой линзовых узлов в радиальном направлении и упругим замыканием в осевом направлении пружиной. Втулка может перемещаться вдоль оси цилиндрического отверстия корпуса и разворачиваться вокруг этой оси. Цилиндрическое отверстие корпуса выполнено с эксцентриситетом Δк относительно наружного базового резьбового цилиндра объектива, а внутреннее отверстие общей цилиндрической оправы линзовых узлов выполнено с эксцентриситетом Δo относительно внешнего цилиндра общей цилиндрической оправы. Технический результат - повышение качества юстировки с одновременным обеспечением ее автоматизации. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

Микрообъектив может быть использован для исследования малоконтрастных микроскопических структур, находящихся на пределе разрешающей способности световых микроскопов. Микрообъектив содержит первый компонент I с оптической силой ФI в виде фронтального мениска, обращенного вогнутостью к пространству объекта, и двояковыпуклой положительной линзы, второй компонент II с оптической силой ФII, состоящий из положительной линзы, склеенной из отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к пространству изображения, и двояковыпуклой линзы, двояковыпуклой линзы с оптической силой ФII5, склеенной линзы с оптической силой ФII6,7, состоящей из отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к пространству изображения, и двояковыпуклой линзы, и двояковогнутой линзы. Третий компонент III с оптической силой ФIII содержит плосковыпуклую линзу и мениск, обращенный вогнутостью к пространству объекта и склеенный из положительного и отрицательного менисков. Соотношение оптических сил линз и объектива в целом и коэффициенты дисперсии материалов линз удовлетворяют условиям, указанным в формуле изобретения. Технический результат - повышение качества изображения в результате исправления кривизны изображения и хроматической разности увеличений при увеличении числовой апертуры и линейного поля зрения. 1 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 прилож.

Микрообъектив может быть использован для визуального наблюдения в большом поле зрения с большим контрастом изображения. Микрообъектив содержит последовательно расположенные четыре компонента. Первый компонент выполнен в виде одиночной двояковыпуклой линзы. Второй компонент выполнен отрицательным, склеенным из двояковогнутой линзы и отрицательного мениска, обращенного вогнутостью в пространство изображений. Третий компонент выполнен отрицательным, склеенным из двояковогнутой линзы и положительного мениска, обращенного вогнутостью в пространство изображений. Четвертый компонент выполнен в виде одиночного мениска, обращенного вогнутостью в пространство изображений, и линзы, склеенной из двояковыпуклой линзы и мениска, обращенного вогнутостью в пространство объекта. Между вторым и третьим компонентами дополнительно размещена двояковыпуклая линза. Технический результат - высокий контраст изображения по всему наблюдаемому полю зрения за счет планапохроматической коррекции и увеличение наблюдаемого поля зрения. 1 ил., 1 табл., 1 прилож.
Наверх