Планапохроматический высокоапертурный микрообъектив



Планапохроматический высокоапертурный микрообъектив
Планапохроматический высокоапертурный микрообъектив

 


Владельцы патента RU 2486552:

Открытое акционерное общество "ЛОМО" (RU)

Изобретение может быть использовано для визуального наблюдения и фотографирования малоконтрастных микроскопических структур, находящихся на пределе разрешающей способности световых микроскопов. Микрообъектив содержит три компонента. Первый компонент I с оптической силой φI выполнен в виде фронтального мениска, обращенного вогнутостью к пространству объекта, и двояковыпуклой линзы. Второй компонент II с оптической силой φII состоит из склеенной из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, двояковыпуклой линзы с оптической силой φII5 и склеенной линзы с оптической силой φII6,7, состоящей из отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к пространству изображения, и двояковыпуклой линзы. Третий компонент III с оптической силой φIII выполнен в виде мениска, обращенного вогнутостью к пространству объекта, склеенного из положительного и отрицательного менисков. Соотношение оптических сил линз φII5,6,7 и объектива в целом φоб удовлетворяют условию: 0,3 ϕ I I 5,6,7 ϕ о б 0,7 . Двояковыпуклая линза с оптической силой φII5 и двояковыпуклая линза склеенной линзы второго компонента выполнены из материала с коэффициентом дисперсии 58<νd<95,2. Отрицательный мениск склеенной линзы второго компонента выполнен из материала с коэффициентом дисперсии 57<νd<60. Технический результат - улучшение моно и хроматических аберраций осевого и внеосевых пучков и увеличение входной апертуры. 1 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 прилож.

 

Предлагаемое изобретение относится к области микроскопии и может быть использовано для визуального наблюдения и фотографирования малоконтрастных микроскопических структур, находящихся на пределе разрешающей способности световых микроскопов в естественном свете, в свете видимой люминесценции, в поляризованном свете методом светлого поля, темного поля, фазового контраста и др.

Известен планапохроматический объектив микроскопа [1], содержащий пять компонентов, первый из которых - отрицательный мениск, обращенный выпуклостью к изображению, второй - одиночная двояковыпуклая линза, третий - склеенный компонент, содержащий две положительные двояковыпуклые линзы, с размещенной между ними отрицательной двояковогнутой линзой, четвертый компонент - одиночная положительная двояковыпуклая линза и пятый компонент - двусклеенный мениск, обращенный выпуклостью к объекту.

Объектив имеет высокое качество изображения по всему линейному полю зрения (2y'=25 мм), но его выходная апертура недостаточно высока (0,0187).

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является планахроматический высокоапертурный микрообъектив [2], содержащий три компонента, первый из которых по ходу луча выполнен в виде фронтального мениска, обращенного вогнутостью к пространству объекта и двояковыпуклой положительной линзы, второй содержит двояковыпуклую положительную линзу и склеенную из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, и третий компонент состоит из двух положительных двояковыпуклых линз.

Микрообъектив имеет довольно высокую входную апертуру (20×0,65), плановую коррекцию, но недостаточно исправленный хроматизм (объектив-ахромат).

Современные модели микроскопов требуют комплектации высокоапертурными планапохроматическими микрообъективами, которые имеют улучшенную коррекцию монохроматических и хроматических аберраций на оси и линейному полю зрения.

Основной задачей, на решение которой направлено предполагаемое изобретение, является улучшение моно и хроматических аберраций осевого и внеосевых пучков, а также увеличение входной апертуры.

Для решения поставленной задачи предложен планапохроматический высокоапертурный микрообъектив, который, как и прототип, содержит три компонента, первый из которых I с оптической силой φI выполнен в виде фронтального мениска, обращенного вогнутостью к пространству объекта, и двояковыпуклой положительной линзы, второй компонент II с оптической силой φII, состоящий из склеенной из положительной двояковыпуклой и двояковогнутой отрицательной линз, и третий компонент III с оптической силой φIII, содержащий две линзы.

В отличие от прототипа во втором компоненте с оптической силой φII за склеенной линзой, состоящей из положительной двояковыпуклой и двояковогнутой отрицательной линз, помещены по ходу луча положительная двояковыпуклая линза с оптической силой φII5 и склеенная линза с оптической силой φII6,7, состоящая из отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к пространству изображения, и положительной двояковыпуклой линзы, а линзы третьего компонента с оптической силой φIII выполнены в виде мениска, обращенного вогнутостью к пространству объекта, склеенного из положительного и отрицательного менисков, обращенных вогнутостью к пространству объекта, при этом соотношение оптических сил линз φII5,6,7 и объектива в целом φоб удовлетворяют следующим условиям:

0,3 ϕ I I 5,6,7 ϕ о б 0,7 , кроме того, положительная двояковыпуклая линза с оптической силой φII5 и положительная двояковыпуклая линза склеенной линзы второго компонента выполнены из материала с коэффициентом дисперсии, удовлетворяющим следующим условиям: 58<νd<95,2, а отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к пространству изображения склеенной линзы второго компонента, выполнен из материала с коэффициентом дисперсии, удовлетворяющим условию: 57<νd<60.

Кроме того, фронтальный мениск первого компонента выполнен из материала с коэффициентом дисперсии 42<νd<48 и показателем преломления nd≥1,8, оптические силы менисков третьего компонента φIII8 и φIII9 связаны следующим соотношением:

0,25 | ϕ I I I 8 ϕ I I I 9 | 0,75 , где ϕ I I I 8 = 1 f 8 ' ; ϕ I I I 9 = 1 f 9 ' ; f' - фокусное расстояние.

Сущность предполагаемого изобретения заключается в том, что такое выполнение планапохроматического высокоапертурного микрообъектива позволило улучшить коррекцию моно и хроматических аберраций осевого и внеосевых пучков, за счет чего достигнута планапохроматическая коррекция. Кроме того, увеличена входная апертура.

Таким образом, достигнут технический результат, заключающийся в увеличении входной апертуры и достижения планапохроматической коррекции.

Предлагаемое изобретение иллюстрируется (фиг.1), на котором представлена оптическая схема планапохроматического высокоапертурного микрообъектива, а также приложением (фиг.2), в котором даны конструктивные параметры и графики частотно-контрастной характеристики.

Планапохроматический высокоапертурный микрообъектив содержит три компонента, первый из которых I с оптической силой φI выполнен в виде фронтального мениска 1, обращенного вогнутостью к пространству объекта, и двояковыпуклой положительной линзы 2, второй компонент II с оптической силой φII, состоит из склеенной из положительной двояковыпуклой линзы 3 и двояковогнутой отрицательной линзы 4, при этом за склеенной линзой по ходу луча помещены положительная двояковыпуклая линза 5 с оптической силой φII5 и склеенная линза с оптической силой φII6,7, состоящая из отрицательного мениска 6, обращенного вогнутостью к пространству изображения, и положительной двояковыпуклой линзы 7.

Линзы третьего компонента с оптической силой φIII выполнены в виде мениска, обращенного вогнутостью к пространству объекта, склеенного из положительного 8 и отрицательного 9 менисков, обращенных вогнутостью к пространству объекта, при этом соотношение оптических сил линз φII5,6,7 и объектива, в целом, фоб удовлетворяют следующим условиям: 0,3 ϕ I I 5,6,7 ϕ о б 0,7 .

Положительная двояковыпуклая линза 5 с оптической силой φII5 и положительная двояковыпуклая линза 7 склеенной линзы второго компонента выполнены из материала с коэффициентом дисперсии, удовлетворяющим следующим условиям: 58<νd<95,2, а отрицательный мениск 6, обращенный вогнутостью к пространству изображения склеенной линзы второго компонента выполнен из материала с коэффициентом дисперсии, удовлетворяющим условию: 57<νd<60.

Фронтальный мениск 1 первого компонента выполнен из материала с коэффициентом дисперсии 42<νd<48 и показателем преломления nd≥1,8, оптические силы менисков третьего компонента φIII8 и φIII9 связаны следующим соотношением:

0,25 | ϕ I I I 8 ϕ I I I 9 | 0,75 ,

где ϕ I I I 8 = 1 f 8 ' ; ϕ I I I 9 = 1 f 9 ' ; f' - фокусное расстояние.

Предлагаемый планапохроматический высокоапертурный микрообъектив работает следующим образом.

Микрообъектив работает с тубусной линзой с фокусом 160 мм.

Фронтальный мениск 1, обращенный вогнутостью к пространству объекта, совместно с двояковыпуклой линзой 2 строит увеличенное мнимое изображение объекта при умеренных значениях сферической аберрации, комы, астигматизма и кривизны и значительном хроматизме увеличения (ХРУ).

Второй компонент II проецирует изображение объекта с дополнительным увеличением в фокальную плоскость третьего компонента III, внося отрицательную сферическую аберрацию, положительную кому и астигматизм, частично компенсируя хроматизм положения и увеличения.

Компонент III проецирует изображение объекта в бесконечность, компенсируя остаточные сферическую аберрацию, хроматизм положения и увеличения, астигматизм и кривизну.

В соответствии с предложенным техническим решением в качестве конкретного примера выполнен расчет планапохроматического высокоапертурного микрообъектива с увеличением 20 крат, входной апертурой 0,7, линейным полем изображения 25 мм.

Объектив имеет высокое качество изображения по всему линейному полю зрения 2y'=25 мм.

Так, по всему линейному полю зрения объектива значение числа Штреля от 0,91 в центре до 0,51 на краю поля.

Столь большие значения обуславливают высокую концентрацию энергии в центре дифракционного пятна, а, следовательно, высокий контраст изображения по всему полю наблюдения.

Хроматическая разность увеличений в объективе ХРУ≤0,3%.

Результаты расчета приведены в приложении.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Российская Федерация, патент на изобретение №1658114, МПК: G02B 21/02, опубл. 23.06.1991 г.

2. Российская Федерация, патент на полезную модель №37239, МПК: G02B 21/02, опубл. 10.04.2004 г. - прототип.

Фокусное расстояние микрообъектива, 8.0 мм:

Увеличение, крат 20
Входная апертура 0.7
Линейное поле зрения, мм 25.0
Положение входного зрачка, мм Бесконечн.
Диаметр изображения, мм: 25.0
Спектральный интервал, нм 0.43583-0.6438
Конструктивные параметры оптической системы
Радиусы кривизны Расстояния по оси nd Коэфф. Дисперсии Vd
0 0
0 0.17 1.5148 60.61
0 1.0144 1.0
-3.221 3.95 1.804 46.5
-5.495 0.18 1.0
83.56 4.7 1.6126 57.96
-7.727 0.12 1.0
27.54 5.65 1.43387 95.3
-6.252 1.5 1.6541 39.7
37.76 0.27 1.0
15.992 6 1.43387 95.3
-15.992 0.1 1.0
50.58 1.5 1.5400 59.6
12.417 6.5 1.43387 95.3
-16.943 7.9 1.0
-7.079 3 1.7552 27.5
-7.145 2.1 1.61265 57.96
-13.0620 120 1.0
Тубус. линза
-21.73 3 1.5689 55.87
-121.34 6.5 1.6990 30.2
-28.64 9.7 1.0
-671.4 3 1.7400 28.17
46.56 3.5 1.6200 36.3
30.55 8.7 1.6280 59.45
-79.07 10 1.
0 78.3 1.5164 64.2
0 12.8 1.0 -
0 105 1.5689 55.87
0 45.95
Пл-сть
изобр.

1. Планапохроматический высокоапертурный микрообъектив, содержащий три компонента, первый из которых I с оптической силой φI выполнен в виде фронтального мениска, обращенного вогнутостью к пространству объекта, и двояковыпуклой положительной линзы, второй компонент II с оптической силой φII, состоящий из склеенной из положительной двояковыпуклой и двояковогнутой отрицательной линз, и третий компонент III с оптической силой φIII, содержащий две линзы, отличающийся тем, что во втором компоненте за склеенной линзой, состоящей из положительной двояковыпуклой и двояковогнутой отрицательной линз, помещены по ходу луча положительная двояковыпуклая линза с оптической силой φII5 и склеенная линза с оптической силой φII6,7, состоящая из отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к пространству изображения, и положительной двояковыпуклой линзы, а линзы третьего компонента выполнены в виде мениска, обращенного вогнутостью к пространству объекта, склеенного из положительного и отрицательного менисков, обращенных вогнутостью к пространству объекта, при этом соотношение оптических сил линз φII5,6,7 и объектива в целом φоб удовлетворяют следующим условиям:
0,3 φ I I 5,6,7 φ о б 0,7,
кроме того, положительная двояковыпуклая линза с оптической силой φII5 и положительная двояковыпуклая линза склеенной линзы второго компонента выполнены из материала с коэффициентом дисперсии, удовлетворяющим следующим условиям: 58<νd<95,2, а отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к пространству изображения склеенной линзы второго компонента, выполнен из материала с коэффициентом дисперсии, удовлетворяющим условию: 57<νd<60.

2. Планапохроматический высокоапертурный микрообъектив по п.1, отличающийся тем, что фронтальный мениск первого компонента выполнен из материала с коэффициентом дисперсии 42<νd<48 и показателем преломления nd≥1,8, оптические силы менисков третьего компонента φIII8 и φIII9 связаны следующим соотношением:
0,25 | φ I I I 8 φ I I I 9 | 0,75,
где φ I I I 8 = 1 f 8 ' ; φ I I I 9 = 1 f 9 ' ,
f' - фокусное расстояние.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к инфракрасным оптическим системам и может быть использовано в тепловизорах. .

Изобретение относится к оптическому приборостроению, конкретно к проекционным объективам, и может быть использовано, например, в устройствах переноса изображения формируемого на выходном окне рентгеновского электронно-оптического преобразователя (РЭОП) или другого электронно-оптического преобразователя (ЭОП) на ПЗС-матрицу.

Изобретение относится к ИК оптическим системам и может быть использовано в тепловизорах. .

Изобретение относится к кинотехнике, а именно к киносъемочной и фотоаппаратуре. .

Изобретение относится к оптическому приборостроению, конкретно к проекционным объективам, и может быть использовано, например, в устройствах переноса изображения формируемого на выходном окне рентгеновского электронно-оптического преобразователя (РЭОП) или другого электронно-оптического преобразователя (ЭОП) на ПЗС-матрицу.

Изобретение относится к оптическому приборостроению, а именно к объективам с вынесенным входным зрачком, и может быть использовано в наблюдательных приборах и телевизионных обзорных комплексах.

Изобретение относится к оптическим приборам и может быть использовано при работе с матричными приемниками, в частности с ПЗС-матрицами в приборах дневного и ночного видения.

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).

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 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 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 оптике и может быть использовано при конструировании микрообъективов с ахроматической коррекцией для комплектации крупносерийных микроскопов.

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.

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.
Наверх