Иммерсионный микрообъектив большого увеличения

 

Изобретение относится к оптическому приборостроению и м. б. использовано в микроскопах для наблюдения особо тонких структур с высокой разрешающей способностью . Объектив содержит первую группу компонентов из фронтальной двусклеенной линзы 1 и положительных менисков 2 и 3, вторая группа содержит 2 двусклеенных положительных компонента из линз 4, 5 и 5, 6, третья группа содержит 2 двусклеенных мениска из линз 8. 9 и 10. 11. Увеличение 100х числовая апертура 1,32, линейное поле 25 мм. 1 з. п. ф-лы. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (39) (3 3) (я)5 G 02 В 21/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ!

1»

0пООКК пь

° певЪ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4828896/10 (22) 28.05,90 (46) 07.06.92. Бюл. М 21 (71) Ленинградское оптико-механическое объединение им. В.И. Ленина (72) Д.Н. Фролов (53) 535.824.26 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1444690, кл . G 02 В 21/02, 1987. (54) ИММЕРСИОННЫЙ МИКРООБЬЕКТИВ

БОЛЬШОГО УВЕЛИЧЕНИЯ (57) Изобретение относится к оптическому приборостроению и м. б, использовано в микроскопах для наблюдения особо тонких структур с высокой разрешающей способностью. Объектив содержит первую группу компонентов из фронтальной двусклеенной линзы 1 и положительных менисков 2 и 3, вторая группа содержит 2 двусклеенных положительных компонента из линз 4, 5 и 5, 6, третья rpvnna содержит 2 двусклеенных мениска из линз 8. 9 и 10, 11. Увеличение 100" числовая апертура 1,32, линейное поле 25 мм. 1 з. и. ф-лы. 1 ил.

1739338

Изобретение относится к микроскопии и может использоваться для наблюдения особо тонких микроструктур, требующих применения оптики с максимальной разрешающей способностью при больших линейн ых увеличениях.

Указанным целям отвечают иммерсионные обьективы с дифракционно ограниченным качеством изображения, Особенностью таких микрообъективов является то, что исследуемый объект помещается в иммерсионную жидкость, за счет чего возможно повышение входной апертуры и, следовательно, разрешающей способности. В этом случае главной сложностью аберрационной коррекции является исправление аберраций внеосевых пучков(кривизны изображения, астигматиз ма), что обусловлено значительным уменьшением по сравнению с "сухими" объективами разницы показателей преломления двух контактирующих, сред, Известны иммерсионные микрообъек тивы с увеличением 100". Большинство из них работает в масляной иммерсии в спектральном диапазоне 400 — 700 нм. При этом при удовлетворительной аберрационной коррекции в центральной части поля все они .имеют уменьшенное по сравнению с международными требованиями линейное поле зрения при крайне низком уровне аберрационной коррекции по полю. Так, в объективе ОПА-5 число Штреля в центре поля зрения составляет величину io< =43.9, а на краю поля для у = 10 мм эта величина ! составляет (кр = 0,03. Кроме того, в этих микрообъективах остаточная хроматическая разность увеличений ХРУ достигает

2, что делает невозможной разработку широкопольного компенсационного окуляра и снижает, соответственно, эффективность работы на микроскопе, исключает возможность исследования больших линейных полей на объекте, Известен также иммерсионный ахроматический микрообъектив, в котором при уменьшенной ХРУ остаются значительные кривизна, астигматизм, другие аберрации внеосевых пучков, а также существенно занижена апертура.

Традиционным путем улучшение аберрационной коррекции при достижении линейного поля зрения, соответствующего международным стандартам, достигается за счет применения во фронтальном компоненте, обращенном в иммерсию, высокопреломляющих оптических материалов типа "особый флинт". Однако s этом случае невозможно исправление s обьективе в це10

20 п0М ХРУ, которая в данных объективах достигает 1-20,, Кроме того, подобные оптические материалы обладают ухудшенными физико-химическими свойствами, что делает их мало пригодными в условиях серийного производства (в отечественной промышленности такие стекла не выпускаются).

Наиболее близким к предлагаемому является иммерсионный микрообьектив, содержащий три группы компонентов, первая из которых включает двусклеенную линзу. обращенную плоскостью к предмету, одиночный мениск, обращенный вогнутостью к объекту, а также положительный компонент, склеенный из менискообраэной и двояковыпуклой линз, вторая группа содержит два двусклеенных положительных компонента, первый из которых склеен из отрицательного мениска и двояковыпуклой линзы, третья группа представляет собой два компонента, каждый из которых склеен из двояковыпуклой и двояковогнутой линз.

Апертура этого микрообъектива составляет

25 А = 1,2 в водной иммерсии. Линейное поле зрения составляет =18 — 20 мм в пространстве иэображений. Остаточная хроматическая разность увеличений (ХРУ) достигает

=1,5%, остаточная кривизна изображения

30 Zm = -14 мм, Zs = -12 мм. В этом обьективе высокий контраст изображения достигается лишь в центральной зоне и резко снижается от центра к краю. Число Штреля для осевой точки равно =.=О,9, для у = 10 мм эта величи1

35 на уже составляет i = 0,05, что является следствием недостаточной коррекции аберраций внеосевых пучков. Это ограничивает полезное поле зрения и снижает информационную емкость, выражающуюся форму40 лой Q = N $, где N — разрешающая сила

2 объектива, 5 — резко наблюдаемое поле изображения. В конечном итоге снижается эффективность работы на микроскопе.

Целью изобретения является увеличе45 ние линейного поля зрения и повышение качества изображения и. вследствие этого, повышение информационной емкости изображения.

Поставленная цель достигается тем, что

50 в предлагаемом иммерсионном объективе, как и в известном, имеется три группы линз.

Однако в предлагаемом решении в первой группе линз фронтальный компонент выполнен склеенным иэ плосковыпуклой лин55 зы и отрицательного мениска, а положительный компонент представляет собой одиночный мениск, обращенный вогнутостью к обьекту, во второй группе второй компонент выполнен отрицательным, скле-.

1739338 енным из двояковыпуклой линзы. и отрица- Третья группа компонентов, выполнентельного мениска. При этом одиночные ме- ная указанным образом, представляет сониски первой группы и двояковыпуклые бой эквивалент перевернутого линзы компонентов второй группы выпол- телеобъектива большой силы. При этом монены из материала с коэффициентом дис- 5 нохроматические и хроматические аберраперсии не менее 80, а фокусные расстояния ции компонентов данной группы равны по всего объектива и компонентов третьей величине и противоположны по знаку абергруппы связаны указанным в формуле соот- рациям компонентов первой и второй групп ношением. объектива, что позволяет произвести переВыполнение фронтального. компонента 10 балансировку габаритных и аберрационных

° в виде склейки из плосковыпуклой и мени- характеристик и достигнуть высокого каческообразной линзы, обращенной плоско- ства иэображения микроскопа в целом. Кро. стью в иммерсию. позволяет при дости- ме того, для наилучшего исправления как жении максимального увеличения данного монохроматических, так и хроматических компонента достигнуть оптимальной его 15 аберраций, в объективе установлены сооткоррекции по монахроматическим и хрома- ношения фокусных расстояний компонентическим аберрациям. Кроме того, данный тов третьей группы и всего обьектива в, компонент позволяет уменьшить аберра- целом, а также соотношение фокусов самих ции внеосевых пучков в объективе, особен- компонентов, входящих в третью группу. но кривизну и астигматизм. При этом при 20 При невыполнении данных соотношеравенстве показателей преломления им- ний в объективе невозможно оптимальное мерсии и Плосковыпуклой линзы действие распределение габаритной и аберрационтакого склеенного компонента эквивалент- ной нагрузки по компонентам, что приводит но действию мениска, обращенного первой к недоисправлению или переисправлению поверхностью к иммерсии. В известных им- 25 аберраций внеосевых пучков и снижает камерсионныхобъективахснижение числовой чество изображения микроскопа в целом. апертуры за фронтальной линзой традици- Предлагаемый объектив, имея увелионно производится путем введения не- ченное поле зрения, обладает высокой корскольких апланатических менисков для . рекцией аберраций по всему полю, что компенсации хроматических аберраций 30 повышает информационную емкость изообъектива, выполненных склеенными. Од- бражения иммерсионного объектива и понако при этом на склеенных поверхностях зволяет достигнуть цели изобретения. возникают трудноисправимые сферохрома- На.чертеже приведена принципиальная тические аберрации, для компенсаций кото- оптическая схема предлагаемого объектива. рых требуется значительное усложнение 35 Объектив состоит из первой группы конструкции последующих компонентов.. линз, включающей двусклеенную плосковыВ предлагаемом объективе выполнение . пуклую фронтальную линзу 1, обращенную первой группы компонентов указанным об-.. плоскостью в иммерсию, одиночный мениск разомисуказаннымикоэффициентамидис- 2 и положительный компонент 3. обращенперсии позволяет исключить сферохро- 40 ный вогнутостью к предмету, второй группы матическиеаберрацииэтихповерхностейи линз, выполненной в виде двусклеенных уменьшить аберрации внеосевых пучков в компонентов 4, 5 и 6, 7, положительные линобъективе. Однако при этом вносятся хро- эы 5 и 6 которых расположены навстречу матическиеаберрации,обусловленныедис- одна другой, третьей группы линз, выполперсией их материалов. Выполнение 45 ненной в виде двухдвусклеенных менисков второй группы линз и подбор материала ее 8, 9 и 10, 11. Мениски 2 и 3 и линзы 5 и 6 положительных компонентов, указанных в выполнены из флюорита с коэффициентом формуле, позволяетмаксимально испольэо- дисперсииv,— 95, Выполнение их из одновать коррекционные возможности симмет- ro материала уменьшает вторичный спектр. ричной системы и исправить аберраций 50 Работа объектива осуществляется слепредыдущей системы, т. е. компенсировать дующим образом. монохроматические аберрации, вносимые Компоненты первой группы строят увефронтальной частью, а также уменьшить в личенное мнимое изображение объекта, эа-. объективввцеломвторичныйспектридру- тем компоненты второй группы дают гие хроматические аберрации. При значе- 55 перевернутое изображение. объекта в фонии величины дисперсиим <80становится,. кальной плоскости третьей группы компоневозможным исправление хроматических нентов. Третья группа строит изображение аберраций(вторичного спектра) объектива. на бесконечности за обьективом, которое посредством тубусной линзы микроскопа

1739338

10 — з- 6,7 об где 4 — фокусное расстояние обьектива;

1з — фокусное расстояние третьей группы компонентов;

fa> — фокусное расстояние первого ком1 понента третьей группы;

1з — фокусное расстояние второго ком1 понента третьей группы.

Составитель Д.Фролов

Техред M,Ìîðãåíòàë

Корректор А.Осауленко

Редактор И.Горная

Заказ 2002 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитата по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. ужгород, ул.Гагарина, 101 переносится затем в плоскость изображения окуляра, Таким образом, получен иммерсионный объектив с высоким качеством изображения по всему линейному полю 2у = 25 мм (в 5

1 известном 2y = 20 мм). Хроматическая раз-! ность увеличений в объективе отсутствует, что позволяет разработать широкоугольные окуляры большого увеличения и максимально реализовать на микроскопе высокую раз- 10 решающую способность объектива. В результате информационная емкость микроскопа увеличивается минимум в 2,5 раза при значительном улучшении качества иэображения по полю, что значительно повы- 15 шает эффективность исследования особо тонких микроструктур.

Формула изобретения

1. Иммерсионный микрообьектив большого увеличения, содержащий три группы 20 компонентов, первая из которых содержит фронтальную двусклеенную плосковыпуклую линзу, одиночный положительный мениск, обращенный вогнутостью к предмету, и положительный компонент, вторая группа 25 содержитдвадвусклеенных положительных компонента, первый из которых склеен из отрицательного мениска и двояковыпуклой линзы, третья группа содержит два компонента, каждый из которых склеен из двояко- 30 выпуклой и двояковогнутой линз, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью. увеличения линейного поля зрения и повышения качества изображения, в первой группе компонентов .фронтальная линза выполнена из плосковыпуклой линзы и отрицательного мениска, а положительный компонент выполнен в аиде одиночного мениска, обращенного вогнутостью к предмету, во второй группе второй компонент выполнен иэ двояковыпуклой линзы и отрицательного мени-. ска, при этом одиночные мениски первой группы и двояковыпуклые линзы компонен-. тов второй группы выполнены из одного материала с коэффициентом дисперсии не менее 80.

2. Микрообъектив по и; 1, о т л и ч а юшийся тем, что фокусные расстояния компонентов третьей группы удовлетворяют соотношениям: