Планапохроматический высокоапертурный микрообъектив с большим рабочим расстоянием

Изобретение может быть использовано в объективах микроскопов для наблюдения и фотографирования малоконтрастных микроскопических структур. Микрообъектив содержит последовательно расположенные пять компонентов. Первый компонент - мениск, второй и третий склеены из двух линз, четвертый содержит положительную линзу и пятый включает двояковогнутую линзу. Мениск первого компонента обращен вогнутостью к пространству изображения и склеен с двояковыпуклой линзой. Второй компонент склеен из отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к пространству изображения, и двояковыпуклой линзы. Третий компонент склеен из двояковыпуклой линзы и отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к пространству предметов. В четвертом компоненте положительная линза склеена из положительного мениска, обращенного вогнутостью к пространству изображения, и двояковыпуклой линзы. В пятом компоненте двояковогнутая линза склеена с положительным мениском, обращенным вогнутостью к пространству изображения. Технический результат - увеличение рабочего расстояния при сохранении планапохроматической коррекции и исправленном хроматизме увеличения. 1 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл., 1 прилож.

 

Предлагаемое изобретение относится к оптическому приборостроению, а именно к объективам микроскопов, и может быть использовано для визуального наблюдения и фотографирования малоконтрастных микроскопических структур, находящихся на пределе разрешающей способности световых микроскопов в естественном свете, свете видимой люминесценции, в поляризованном свете методом светлого поля, темного поля, фазового контраста, для использования в системах отраженного света в металлографии, в микроэлектронике для работы с монографическими структурами, комплектации микроинъекторов для различных задач, в клеточной, онтогенетической и генетической инженерии и т.д.

Известен планапохроматический высокоапертурный объектив микроскопа [1], содержащий пять компонентов, первый из которых положительный мениск, обращенный вогнутостью в пространство объекта, второй - одиночный положительный компонент, третий - склеенный из положительной двояковыпуклой и отрицательной линз, четвертый - одиночный положительный компонент и пятый - отрицательный компонент, обращенный вогнутостью в пространство изображения, и склеенный из положительной и отрицательной линз.

Объектив имеет высокую входную апертуру, хорошо исправленные моно- и хроматические аберрации осевого и внеосевых пучков, но свободное рабочее расстояние не превышает 2 мм.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому изобретению является планапохроматический высокоапертурный микробъектив с большим рабочим расстоянием [2].

Объектив содержит 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 изображения, и двояковыпуклой линзы, четвертый компонент содержит одиночную положительную линзу, а пятый компонент выполнен из одиночной двояковогнутой линзы и двух менисков, обращенных вогнутостью к пространству предметов.

Объектив имеет высокую входную апертуру (10×0.38), достаточно высокую коррекцию точки на оси и по полю, большое линейное поле изображения (25 мм), увеличенное рабочее расстояние (4.5 мм).

Но свободное рабочее расстояние недостаточно для использования в системах отраженного света в металлографии, в микроэлектронике для работы с монографическими структурами, комплектации микроинъекторов для различных задач, в клеточной, онтогенетической и генетической инженерии и т.д.

Современные модели микроскопов требуют комплектации высокоапертурными планапохроматическими микрообъективами, которые имеют улучшенную коррекцию монохроматических и хроматических аберраций на оси и по всему полю изображения с многократно увеличенными рабочими расстояниями.

Основной задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является многократное увеличение рабочего расстояния при сохранении планапохроматической коррекции и исправленном хроматизме увеличения.

Поставленная задача решается с помощью предложенного планапохроматического высокоапертурного микрообъектива с большим рабочим расстоянием, который, как и прототип, содержит последовательно расположенные пять компонентов, первый из которых выполнен в виде мениска, второй и третий выполнены склеенными из двух линз, четвертый содержит положительную линзу и пятый компонент включает в себя отрицательную двояковогнутую линзу.

В отличие от прототипа в предлагаемом изобретении мениск первого компонента обращен вогнутостью к пространству изображения и выполнен склеенным с положительной двояковыпуклой линзой, второй компонент выполнен склеенным из отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к пространству изображения, и двояковыпуклой положительной линзы, третий компонент выполнен склеенным из положительной двояковыпуклой линзы и отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к пространству предметов, в четвертом компоненте положительная линза выполнена склеенной из положительного мениска, обращенного вогнутостью к пространству изображения, и положительной двояковыпуклой линзы, а в пятом компоненте отрицательная двояковогнутая линза выполнена склеенной с положительным мениском, обращенным вогнутостью к пространству изображения.

Кроме того, коэффициент дисперсии положительных линз первого, второго и третьего компонентов, а также положительного мениска четвертого компонента имеет значение 90≤ν_d≤95, а значение показателя преломления отрицательных менисков в склеенных линзах второго и третьего компонентов и положительной двояковыпуклой линзы в склеенной линзе четвертого компонента 1.6≤n_d≤1.65, а их коэффициент дисперсии имеет значение 42≤ν_d≤45.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что выполнение первого компонента двусклеенным из мениска и положительной двояковыпуклой линзы, второго компонента двусклеенным из отрицательного мениска и положительной двояковыпуклой линзы, третьего компонента двусклеенным из двояковыпуклой положительной линзы и отрицательного мениска, четвертого - склеенным из положительного мениска и двояковыпуклой линзы, и пятого - склеенного из отрицательной двояковогнутой линзы и положительного мениска, позволили в несколько раз увеличить рабочий передний отрезок (примерно в 12.5 раза), а также приведенный выше выбор коэффициентов дисперсии и показателя преломления позволили сохранить планапохроматическую коррекцию с исправленным хроматизмом увеличения.

При этом обеспечена возможность работы в системах отраженного света в металлографии, в микроэлектронике для работы с монографическими структурами, комплектация микроинъекторов для различных задач, в клеточной, онтогенетической и генетической инженерии и т.д., требующая очень больших рабочих расстояний, высокая входная апертура и наблюдение одновременно всего линейного поля зрения с высоким контрастом.

На основании изложенного можно сделать вывод, что новая совокупность существенных признаков заявляемого изобретения позволила получить технический результат, заключающийся в увеличении в несколько раз свободного рабочего расстояния, при этом сохранена достаточно высокая входная апертура (0.3) и планапохроматическая коррекция, благодаря которой одновременно осуществляется наблюдение всего поля зрения с высоким качеством изображения.

Предлагаемый планапохроматический высокоапертурный микрообъектив с большим рабочим расстоянием поясняется чертежом, на котором на фиг. 1 представлена его оптическая схема, а также Приложением, в котором даны конструктивные параметры и аберрационные выпуски.

Заявляемый планахроматический высокоапертурный микрообъектив с большим рабочим расстоянием содержит пять компонентов, первый из которых выполнен в виде склеенной линзы, содержащей мениск 1, обращенный вогнутостью к пространству изображения, и двояковыпуклую положительную линзу 2, второй компонент выполнен двусклеенным из отрицательного мениска 3, обращенного вогнутостью к пространству изображения, и положительной двояковыпуклой линзы 4, третий двусклеенный компонент выполнен из положительной двояковыпуклой линзы 5 и отрицательного мениска 6, обращенного вогнутостью к пространству предметов, четвертый двусклеенный компонент выполнен из положительного мениска 7, обращенного вогнутостью к пространству изображения, и двояковыпуклой линзы 8, и пятый компонент, содержащий отрицательную двояковогнутую линзу 9, склеенную с положительным мениском 10, обращенным вогнутостью к пространству изображения.

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 склеенный компонент I - мениск 1 и положительную двояковыпуклую линзу 2, второй компонент II - склеенные отрицательный мениск 3 и положительную двояковыпуклую линзу 4, образуя мнимое изображение, внося отрицательные сферическую аберрацию, кому, отрицательный астигматизм и кривизну, далее компоненты III - склеенные двояковыпуклая линза 5 и мениск 6, и компонент IV - склеенные положительный мениск 7 и двояковыпуклая положительная линза 8, образуют действительное изображение, совмещенное с передней фокальной плоскостью компонента V, увеличивая отрицательную сферическую аберрацию, компенсируя кому, астигматизм и кривизну изображения, и компонент V - склеенные двояковогнутая линза 9 и мениск 10, переносят изображение в бесконечность, образуя планапохроматическое изображение с исправленным хроматизмом увеличения (ХРУ=0%).

По предложенной схеме реализован микрообъектив с увеличением 10^х, числовой апертурой 0.3, линейным полем изображения 25 мм и рабочим расстоянием 33.7 мм.

В таблице 1 представлено число Штреля, характеризующее качество изображения объектива для приведенных относительных значений величин изображения.

Таблица 1
Отн. значение величины изображения	Число Штреля
1	0.72
0.866	0.82
0.707	0.88
0.5	0.92
0	0.93

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Российская Федерация, патент 2195008, МПК: G02В 21/02, 2000 г.

2. Российская Федерация, патент 2497163, МПК: G02В 21/02, 2013 г. - прототип.

1. Планапохроматический высокоапертурный микрообъектив с большим рабочим расстоянием, содержащий последовательно расположенные пять компонентов, первый из которых выполнен в виде мениска, второй и третий выполнены склеенными из двух линз, четвертый содержит положительную линзу и пятый компонент включает в себя отрицательную двояковогнутую линзу, отличающийся тем, что мениск первого компонента обращен вогнутостью к пространству изображения и выполнен склеенным с положительной двояковыпуклой линзой, второй компонент выполнен склеенным из отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к пространству изображения, и двояковыпуклой положительной линзы, третий компонент выполнен склеенным из положительной двояковыпуклой линзы и отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к пространству предметов, в четвертом компоненте положительная линза выполнена склеенной из положительного мениска, обращенного вогнутостью к пространству изображения, и положительной двояковыпуклой линзы, а в пятом компоненте отрицательная двояковогнутая линза выполнена склеенной с положительным мениском, обращенным вогнутостью к пространству изображения.

2. Планапохроматический высокоапертурный микрообъектив с большим рабочим расстоянием по п. 1, отличающийся тем, что коэффициент дисперсии положительных линз первого, второго и третьего компонентов, а также положительного мениска четвертого компонента имеет значение 90 $${\nu }_d$$ 95, а значение показателя преломления отрицательных менисков в склеенных линзах второго и третьего компонентов и положительной двояковыпуклой линзы в склеенной линзе четвертого компонента 1,6n_d 1,65, а их коэффициент дисперсии имеет значение 42 $${\nu }_d$$ 45.