Апохроматический объектив микроскопа

 

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 плосковыпуклые 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.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (н)з G 02 В 21/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4449478/31-10 (22) 27.06.88 (46) 23.07.90. Бюл. М 27 (71) Ленинградский институт точной механики и оптики (72) С.Г.Окишев, Л.Н.Андреев и В.П,Егунов (53) 535.824.213 (088.8) (56) Микроскопы./Под ред. Н.И.Полякова.—

Л.: Машиностроение, 1968, с. 186. (54) АПОХРОМАТИЧЕСКИЙ 06ЪЕКТИВ

МИКРОСКОПА (57) Изобретение относится к оптическому приборостроению, а более конкретно к лин„„ Ц„„1580309 А1 зовым объективам микроскопов, Целью 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 плосковыпуклых линз находятся из соотношения;

d = Яп ф-1) /(P — n), где д — толщиналинзы, мм; Я вЂ” расстояние от первой поверхности линзы до предметной плоскости, мм; и— показатель преломления материала линзы, Р-линейное увеличение линзы.. 1 ил.

1580309

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 расположенной 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 6 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. 3TQ дает возможность выполнить последующую часть микрообъектива 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; а1 =p; аз =1, где Р- увеличение фронтальной линзы.

При этих условиях продольная хроматическая аберрация определяется выражением

dS сс= ЬС . (1) где Ci =А —.

М ï

nl

Если при первой плоской поверхности

10 фронтальной линзы а2 =p>,òoãäý высоты

h; равны

hi =S>ô; hz =P(S) и — dye, (2) где и — показатель преломления фронтальной линзы;

15 St — расстояние от первой поверхности до плоскости предметов;

d толщина линзы.

Получают выражения и для хроматических коэффициентов

20 C> =P(n — 1)/и V;

) (3)

Сг = ф-и)/пЧ.

При этом высоты hi всегда отрицательны (считая увеличение фронтальной линзы положительным, а С1 отрицательным). Что же касается хроматических коэффициентов, то при определенных условиях С р может . быть и отрицательным (C> всегда положите30 лен). Это может дать возможность скомпенсировать продольный хроматизм обеих поверхностей, Из формулы (1) находят выражение для продольного хроматизма (d(n 9) +

+ 31П2Р-1) ) /п2 V (4)

В этом выражении фактически имеется лишь один свободный параметр — толщина линзы. Действительно, величина Sq 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

dy /ó = (P — 1)/PV . (5)

Тогда, выбрав. материал линзы с заданным

50 значением коэффициента дисперсии V, определяют увеличение:

Р = 1/(1 — (d у" /у )V ) . (6)

Для того, чтобы отсутствовал продольный хроматизм, нужно выполнять условие

d(п — P)+$1п (P — 1) =О. (7)

Отсюда можно и найти требуемую толщину линзы:

d = 1п ф - 1)/ф - n). (8) 1580309

В условие (8) не входит коэффициент дисперсии материала линзы, Поэтому ахроматизация имеет место для широкой области спектра, что важно для апохроматической коррекции всего микрообъектива.

Составитель В.Андреев

Техред М,Моргентал

Редактор Н.Рогулич

Корректор Л.Потай

Заказ 2010 Тираж 453 Подписное

ВНИЛПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгоро„. ул.Гагарина, 101

В случае ахроматизации (а точнее в данном случае апохроматизации), последующая часть микрообъектива 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 обьективе 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

10,2" 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 расчитаны из выражения (8).

Фронтальная часть имеет характери10 стики: увеличение +1,466, рабочее расстояние -4 мм, хроматическая разность увеличения +0,72;4.

После определения габаритных характеристик последующей части и предвари15 тельного определения ее конструктивных данных (по формулам теории аберраций ill порядка) окончательный расчет произведен с использованием программы автоматизированной коррекции. При этом в качестве

20 параметров использованы лишь радиусы линз последующей части. После оптимизации (занявшей, не более 10 шагов) объектив имеет коррекцию аберраций, о качестве которой можно судить по следующим данным: в спектральной области С - F волновые

25 аберрации не превышают О,:Я, а в области

С вЂ” g не превышают 0,51, 1

Формула изобретения

Апохроматический обьектив микроскопа, содержащий три компонента, первый и

30 второй из которых — плосковыпуклые линзы, третий содержит склеенную линзу, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью упрощения конструкции и повышения технологичности при высоком качестве изображения, третий

35 компонент выполнен в виде одиночной двояковыпуклой линзы и двусклеенной линзы, содержащей отрицательный мениск и двояковыпуклую линзу, при этом толщины 0 плосковь:пуклых линз выбраны из условия: ф — и где S — расстояние от первой поверхности линзы до предметной плоскости;

n — показатель преломления материала линзы;

45 P — линейное увеличение линзы.