Планапохроматический высокоапертурный микрообъектив



Планапохроматический высокоапертурный микрообъектив

 


Владельцы патента RU 2501048:

Открытое акционерное общество "ЛОМО" (RU)

Микрообъектив может быть использован для исследования малоконтрастных микроскопических структур, находящихся на пределе разрешающей способности световых микроскопов. Микрообъектив содержит первый компонент I с оптической силой ФI в виде фронтального мениска, обращенного вогнутостью к пространству объекта, и двояковыпуклой положительной линзы, второй компонент II с оптической силой ФII, состоящий из положительной линзы, склеенной из отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к пространству изображения, и двояковыпуклой линзы, двояковыпуклой линзы с оптической силой ФII5, склеенной линзы с оптической силой ФII6,7, состоящей из отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к пространству изображения, и двояковыпуклой линзы, и двояковогнутой линзы. Третий компонент III с оптической силой ФIII содержит плосковыпуклую линзу и мениск, обращенный вогнутостью к пространству объекта и склеенный из положительного и отрицательного менисков. Соотношение оптических сил линз и объектива в целом и коэффициенты дисперсии материалов линз удовлетворяют условиям, указанным в формуле изобретения. Технический результат - повышение качества изображения в результате исправления кривизны изображения и хроматической разности увеличений при увеличении числовой апертуры и линейного поля зрения. 1 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 прилож.

 

Предлагаемое изобретение относится к оптическому приборостроению для визуального и фотографического наблюдения и исследования малоконтрастных микроскопических структур, находящихся на пределе разрешающей способности световых микроскопов, оснащенных всеми современными методами исследования объектов в естественном свете, в поляризованном свете, в свете видимой люминесценции, методами светлого поля, темного поля, фазового контраста и др.

Известен планапохроматический объектив микроскопа [1], содержащий пять компонентов, первый из которых отрицательный мениск, обращенный выпуклой поверхностью 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 - двухсклееный мениск, обращенный выпуклой поверхностью к объекту.

Объектив имеет высокое качество по всему линейному полю зрения (2у'=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 мениска, обращенного вогнутостью к пространству объекта, и двояковыпуклой положительной линзы, второй содержит двояковыпуклую положительную и склеенную из двояковыпуклой и двояковогнутой линз и третий компонент состоит из двух положительных двояковыпуклых линз.

Объектив имеет довольно большую входную апертуру (20х×0,65), плановую коррекцию, но недостаточно исправленный хроматизм положения (объектив - ахромат) и хроматизм увеличения (ХРУ=0.8%).

Современные модели микроскопов комплектуются не только более высокоапертурными планапохроматическими микрообъективами, имеющими улучшенную коррекцию монохроматических и хроматических аберраций по всему линейному полю зрения, но и обладают реальной плоскостью апертурной диафрагмы, позволяющей размещать элементы для фазового контраста, модуляционного контраста Хоффмана и ирисовые диафрагмы для изменения глубины резкости.

Основной задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение информационной емкости изображения в результате исправления кривизны изображения и хроматической разности увеличений при увеличении числовой апертуры и линейного поля зрения.

Для решения поставленной задачи предлагается планапохроматический высокоапертурный микрообъектив, который, как и прототип, содержит три компонента, первый из которых I с оптической силой ФI выполнен в виде фронтального мениска, обращенного вогнутостью к пространству объекта, и двояковыпуклой положительной линзы, второй компонент II с оптической силой ФII, состоит из склеенной положительной и двояковогнутой отрицательной линз, и третий компонент III выполнен с оптической силой ФIII.

В отличие от прототипа во втором компоненте II за склеенной линзой, состоящей из положительной двояковыпуклой и двояковогнутой отрицательной линз, размещены по ходу луча положительная двояковыпуклая линза с оптической силой ФII5 и склеенная линза с оптической силой ФII6,7, состоящая из отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к пространству изображения и положительной двояковыпуклой линзы, а третий компонент III выполнен в виде плосковыпуклой положительной линзы и склеенного мениска, обращенного вогнутостью к пространству объекта и состоящего из положительного и отрицательного менисков, при этом соотношение оптических сил линз ФII5,6,7 к оптической силе объектива в целом Фоб удовлетворяет условию:

0 , 2 5 | Ф I I 5 , 6 , 7 / Ф о б | 0 , 6 5 , где ФII5,6,7=1/f'5,6,7; Фоб=1/f'об;

где f' - фокусное расстояние, кроме того, положительная двояковыпуклая линза с оптической силой ФII5 и положительная двояковыпуклая линза склеенной линзы второго компонента II с оптической силой ФII7 выполнены из материала с коэффициентом дисперсии, удовлетворяющим условию:

64<νd<95,2, а отрицательный мениск с оптической силой ФII6, обращенный вогнутостью к пространству изображения склеенной линзы второго компонента II, выполнен из материала с коэффициентом дисперсии, удовлетворяющим условию: 45<νd<60.

Кроме того фронтальный мениск первого компонента I выполнен из материала с коэффициентом дисперсии 42<νd<48 и показателем преломления nd≥1,8, при этом соотношение оптических сил компонентов I и II и объектива в целом Фоб удовлетворяет условию: 0,9≤ФI,IIоб≤1,5, а оптические силы положительной плосковыпуклой линзы ФIII8 и склеенного мениска третьего компонента ФIII9,10 связаны следующим соотношением:

0,45≤ФIII8III9,10≤0,65, где ФIII8=1/f'8; ФIII9,10=1/f'9,10;

где f' - фокусное расстояние.

Сущность предлагаемого 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 апертура и введена реальная плоскость апертурной диафрагмы.

Таким образом достигнут технический результат, заключающийся в увеличении входной апертуры и достижения планапохроматической коррекции и наличия реальной плоскости апертурной диафрагмы, необходимой для исследований по методу фазового контраста, модуляционого контраста по методу Хоффмана и др.

Предлагаемый планапохроматический высокоапертурный микрообъектив поясняется фиг.1, на которой представлена его оптическая схема, а также Приложением, в котором даны конструктивные параметры оптической системы.

Планапохроматический высокоапертурный микрообъектив содержит три компонента, первый из которых I с оптической силой ФI выполнен в виде фронтального мениска 1, обращенного вогнутостью к пространству объекта, и двояковыпуклой положительной линзы.

Второй компонент II с оптической силой ФII, состоит из склеенной положительной 3 и двояковогнутой отрицательной 4 линз, за склеенной линзой 3, 4 помещены по ходу луча положительная двояковыпуклая линза 5 с оптической силой ФII5 и склеенная линза 6 и 7 с оптической силой ФII6,7, состоящая из отрицательного мениска 6, обращенного вогнутостью к пространству изображения и положительной двояковыпуклой линзы 7.

Третий компонент III с оптической силой ФIII выполнен в виде плосковыпуклой положительной линзы 8 и склеенного мениска, обращенного вогнутостью к пространству объекта и состоящего из положительного 9 и отрицательного 10 менисков, при этом соотношение оптических сил линз ФII5,6,7 к оптической силе объектива в целом Фоб удовлетворяет условию:

0,25 | Ф I I 5,6,7 / Ф о б | 0,65 , где ФII5,6,7=1/f'5,6,7; Фоб=1/f'об;

f' - фокусное расстояние, кроме того, положительная двояковыпуклая линза с оптической силой ФII5 и положительная двояковыпуклая линза склеенной линзы второго компонента с оптической силой ФII7 выполнены из материала с коэффициентом дисперсии, удовлетворяющим условию: 64<νd<95,2, а отрицательный мениск с оптической силой ФII6, обращенный вогнутостью к пространству изображения склеенной линзы второго компонента, выполнен из материала с коэффициентом дисперсии, удовлетворяющим условию:

45<νd<60.

Фронтальный мениск 1 первого компонента выполнен из материала с коэффициентом дисперсии 42<νd<48 и показателем преломления nd≥1,8, при этом соотношение оптических сил компонентов I и II и объектива в целом Фоб удовлетворяет условию: 0,9≤ФI,IIоб≤1,5, а оптические силы положительной плосковыпуклой линзы ФIII8 и склеенного мениска третьего компонента ФIII9,10 связаны следующим соотношением:

0,45≤ФIII8III9,10≤0,65, где ФIII8=1/f'8; ФIII9,10=1/f'9,10; где f' - фокусное расстояние.

Предлагаемый планапохроматический высокоапертурный микрообъектив работает с тубусной линзой (f'=160 мм) следующим образом.

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

Второй компонент II проецирует изображение объекта после первого компонента I с дополнительным увеличением в переднюю фокальную плоскость третьего компонента III, внося отрицательную сферическую аберрацию, положительную кому и астигматизм, частично компенсируя хроматизм положения и увеличения, и создает изображение входного зрачка, т.е. реальное положение апертурной диафрагмы, в задней фокальной плоскости системы, состоящей из первого компонента I и второго компонента II.

Третий компонент III проецирует изображение объекта после компонентов I и II в бесконечность, компенсируя остаточные сферическую аберрацию, хроматизм положения и увеличения, астигматизм и кривизну изображения.

В соответствии с предложенным техническим решением выполнен расчет планапохроматического высокоапертурного микрообъектива с реальной плоскостью апертурной диафрагмы увеличением 20 крат, входной апертурой 0,7, линейным полем зрения 25 мм.

Объектив имеет высокое качество изображения по всему линейному полю зрения 2у'=25 мм, так значение числа Штреля от 0,83 в центре до О, 22 на краю поля зрения.

Такие значения числа Штреля обуславливают высокую концентрацию энергии в центре дифракционного пятна рассеяния, и, следовательно, высокий контраст изображения по всему полю визуального наблюдения.

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

Результаты расчета приведены в приложении.

Фокусное расстояние объектива, мм 8.0
Входная апертура 0.7
Линейное поле зрения, мм 25.0
Положение входного зрачка, мм Бесконечн.
Диаметр изображения, мм 25.0

Таким образом, в предлагаемом планапохроматическом высокоапертурном микрообъективе достигнуто повышение информационной емкости изображения в результате исправления кривизны изображения и хроматической разности увеличений при увеличении числовой апертуры и линейного поля зрения и создана реальная плоскость апертурной диафрагмы, необходимая для размещения элементов для фазового контраста, модуляционного контраста Хоффмана и ирисовых диафрагм для увеличения глубины резкости.

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.

1. Планапохроматический высокоапертурный микрообъектив, содержащий три компонента, первый из которых I с оптической силой ФI выполнен в виде фронтального мениска, обращенного вогнутостью к пространству объекта, и двояковыпуклой положительной линзы, второй компонент II с оптической силой ФII состоящий из склеенной положительной и двояковогнутой отрицательной линз, и третий компонент III с оптической силой ФIII, отличающийся тем, что во втором компоненте II за склеенной линзой, состоящей из положительной двояковыпуклой и двояковогнутой отрицательной линз, размещены по ходу луча положительная двояковыпуклая линза с оптической силой ФII5 и склеенная линза с оптической силой ФII6,7, состоящая из отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к пространству изображения, и положительной двояковыпуклой линзы, а третий компонент III выполнен в виде плосковыпуклой положительной линзы и склеенного мениска, обращенного вогнутостью к пространству объекта и состоящего из положительного и отрицательного менисков, при этом соотношение оптических сил линз ФII5,6,7 к оптической силе объектива в целом Фоб удовлетворяет условию:
0,25 | Ф I I 5,6,7 / Ф о б | 0,65 ,
где ФII5,6,7=1/f'5,6,7; Фоб=1/f'об;
где f' - фокусное расстояние,
кроме того, положительная двояковыпуклая линза с оптической силой ФII5 и положительная двояковыпуклая линза склеенной линзы второго компонента II с оптической силой ФII7 выполнены из материала с коэффициентом дисперсии, удовлетворяющим условию: 64<νd<95,2, а отрицательный мениск с оптической силой ФII6, обращенный вогнутостью к пространству изображения склеенной линзы второго компонента II, выполнен из материала с коэффициентом дисперсии, удовлетворяющим условию: 45<νd<60.

2. Планапохроматический высокоапертурный микрообъектив по п.1, отличающийся тем, что фронтальный мениск первого компонента I выполнен из материала с коэффициентом дисперсии 42<νd<48 и показателем преломления nd≥1,8, при этом соотношение оптических сил компонентов I и II и объектива в целом Фоб удовлетворяет условию:
0,9≤ФI,IIоб≤1,5,
а оптические силы положительной плосковыпуклой линзы ФIII8 и склеенного мениска третьего компонента ФIII9,10 связаны следующим соотношением:
0,45≤ФIII8III9,10≤0,65,
где ФIII8=1/f'8; ФIII9,10=1/f'9,10;
где f' - фокусное расстояние.



 

Похожие патенты:

Микрообъектив может быть использован для визуального наблюдения и фотографирования малоконтрастных микроскопических структур, находящихся на пределе разрешающей способности.

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 области оптического приборостроения, а именно к объективам для средней инфракрасной (ИК) области спектра, и может быть использовано в оптических системах тепловизоров, построенных на основе охлаждаемых матричных приемников теплового излучения, чувствительных в спектральном диапазоне от 3 до 5 мкм.

Изобретение относится к оптическому приборостроению, конкретно к проекционным объективам с большим относительным отверстием, и может быть использовано, например, в оптических системах переноса изображения с рентгеновского экрана на ПЗС-матрицу.

Изобретение относится к области оптического приборостроения, а именно к объективам для инфракрасной (ИК) области спектра, и может быть использовано в оптических системах тепловизоров, построенных на основе охлаждаемых матричных приемников теплового излучения, чувствительных в пределах спектральных диапазонов от 3 до 5 мкм и от 8 до 12 мкм.

Изобретение относится к области оптического приборостроения, а именно к объективам для инфракрасной (ИК) области спектра, и может быть использовано в оптических системах тепловизоров, построенных на основе охлаждаемых матричных приемников теплового излучения.

Изобретение относится к области оптического приборостроения, а именно к оптическим системам приборов ночного видения (ПНВ), и может быть использовано в качестве объектива переноса изображения с экрана электронно-оптического преобразователя (ЭОП) на ПЗС-матрицу.

Изобретение относится к оптическому приборостроению, а точнее к объективам, работающим с ПЗС-приемниками, и может быть использовано для получения информации от внешних объектов.

Способ включает предварительное измерение технологические погрешностей линзовых узлов и расчет по ним величины изменения одного из воздушных промежутков и углы поворота каждого линзового узла вокруг оси наружного цилиндра линзового узла.

Микрообъектив может быть использован для визуального наблюдения и фотографирования малоконтрастных микроскопических структур, находящихся на пределе разрешающей способности.

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.

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.

Микрообъектив может быть использован для визуального наблюдения и фотографирования малоконтрастных микроскопических структур, находящихся на пределе разрешающей способности.
Наверх