Интерференционный объектив

 

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

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (51) 4 С 02 В 9/00, 13/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPGHOIVlV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4066127/24-10 (22) 12.05.86 (46) 15. 12.87. Бюл. К 46 (72) И.Я.Карасева (53) 771.351. 7 (088.8) (56) Коломийцов Ю.В. Интерферометры.

Л,: Машиностроение, 1976, с. 167-169.

Скворцов Г.Е. и др. Микроскопы.

Л.: Машиностроение, 1969, с. 426-427 ° (54) ИНТЕРФЕРЕНЦИОННЫЙ ОБЪЕКТИВ (57) Изобретение относится к оптическому приборостроению и позволяет расширить спектральный диапазон, увеличить поле зрения и упростить конструкцию устр-ва. В объективе после светоделительной пластинки 1 раз„„SU„„1359764 А 1 мещены положительный 2 и отрицательHbIH 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 0,20,4 фокусного расстояния объектива.

Размещение пластины 1 в плоскости предмета способствует созданию особой многолучевой интерференции высокого контраста. 1 ил.

135976

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. 15

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.

Иэображение 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 окулятора винтового окулярного микрометра, так и на щель фотоэлектрического приемника с помощью простых проекционных объективов малого увеличения.

В результате размещения светоделительной пластины 1 в плоскости пред" мета, с одной стороны, выполняется одно из необходимейших условий для создания особой многолучевой интерференции высокого контраста благодаря увеличению количества интерферирующих лучей, минимальному фазовому запаздыванию. С другой стороны, такое размещение пластины 1 дает воз40 можность совместно с другими компонентами скорректировать аберрации

45 предъявляемых к поверхностям пласти-.

50 ны как интерференционной детали по

Фокусные расстояния второго 2, четвертого 4 и пятого 5 компонентов

I составляют 0,6-0,9 Г, третьего 3 "

2,2-2,5 f толщины светоделительной пластины 1, толщины положительных компонентов 2 и 5 составляют 0,2I о

0,4 Я, толщины отрицательных компонентов 3 и 4 — 0,08-0,1 Е, вынос диафрагмы 6 от последней поверхности — 0,4 йо где Еоь 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, идущий из осветительной системы, собирается линзами 2-5 объектива на исследуемой поверхности.

Нить источника белого света проектируется в выходной зрачок объектива, расположенный в задней фокальной

4 плоскости, благодаря чему. объект освещен параллельным пучком лучей через объектив (5-1). Интерференционная часть находится между первой поверхностью объектива,,на 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. для точки на оси (в основном) и вне оси при высокой числовой апертуре и толщине светоделительной пластины

0,2-0,4 от фокусного расстояния объектива. Такая толщина пластины к тому же необходима при изготовлении для выполнения высоких требований, общей и местной ошибке.

В результате выполнения второго и третьего компонентов в виде одиночных положительного 2 и отрицательного 3 менисков, обращенных во гнутостью к предмету и .близких к anланатическим, совместно с пластиной, помещенной в плоскость предмета, получены достаточно небольшие аберраз

13 ции для точки на оси (сферической, комы) для части объектива, состоящей из трех компонентов и вне оси (астигматизма, дисторсии), а также хроматизма положения и увеличения с помощью внутренних близких по величине радиусов второго и третьего компонентов. 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 величине внутренние радиусы, близкие к концентричным выходному зрачку объектива — диафрагме 6, компенсированы остаточные аберрации первых трех компонентов.

В результате выноса заднего фокуl.

ca 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 главных лучей исключаются ошибки 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 лучшее 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 дисперсии довольно высоких в положительных компонентах (порядка 55)1 особенно во фронтальной части объектива, скоррегированы хроматические аберрации положе1

59764 ния и увеличения практически для всей видимой области спектра.

В результате выполнения второго и третьего компонентов объектива в виде простых линз, спектр которых эквивалентен спектру простой линзы, четвертого и пятого компонентов также в виде простых линз, рассчитанных

ЭО

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

В результате расчета получен вариант предлагаемого интерференционного объектива со следующими оптическими параметрами: линейное увеличение P = -5,2, фокусное расстояние

М

f = 25,6 мм, числовая апертура в пространстве предметов А = 0,31, линейное поле зрения 2у = 2,9 мм.

Коррекция объектива проведена для спектральной линии А е = 546,1 нм, ахроматизирован спектральный диапазон, охватывающий практически всю видимую область от длины волны =

= 404, 7 нм до %,, = 706,5 нм.

Объектив имеет очень хорошую коррекцию аберраций, отсутствует виньетирование наклонных пучков. Его остаточные аберрации аналогичны микрообъективам — планахроматам: для точки на оси волновая аберрация по всему спектральному диапазону не превышает 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 значительно меньше.

При работе объектива в обратном ходе размер кружка рассеяния с учетом хроматизма в плоскости Гаусса составляет: для точки на оси — 0,02 мм, 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, 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 зре1359764

Формула изобретения

Составитель В.Архипов

Редактор Т.Парфенова Техред А.Кравчук Корректор А.Тяско

Заказ 6152/49 Тираж 522 Подписное

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 ния винтового окулярного микрометра

N0B — 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 нему 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 боль- ше. 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, 2 иногда до 6000 A (в зависимости.от материала) и однородными. Углы падения лучей на объект должны быть не о более 3"6. Оптимальная числовая апертура объектива должна быть равна 0,29.

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 приборострое40 ния при условии, что пластина 1 будет выполнена без покрытия: совместно с электронно-оптическими преобра- зователями, когда нужна ахроматизация 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 шкал), как проекционный (при, нанесении и контроле микросхем), для станочной оптики, когда нужна числовая апертура более 0,17, для микрофильмирования, когда нужна высокая разрешающая сила, как в объективах микроскопов.

Интерференционный объектив, содержащий пять компонентов и апертурную диафрагму, расположенную в задней фокальной плоскости, причем первый компонент — светоделительная пластина, второй — положительный, пятый— двояковыпуклая линза, о т л и ч а юшийся 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 светоделительной пластины составляет 0,2-0,4 фокусно го расстояния объектива, а все линзы выполнены из материалов с показателем преломления не менее 1,7.