Планапохроматический высокоапертурный микрообъектив большого увеличения
Микрообъектив содержит пять компонентов. Первый компонент содержит мениск, обращенный выпуклостью к пространству изображения и склеенный из отрицательного мениска, обращенного выпуклостью к пространству изображения, и размещенной перед ним положительной линзы. Второй состоит из двух положительных линз, первая склеена из положительного и отрицательного менисков, обращенных выпуклостью в пространство изображения, а вторая - из двояковыпуклой линзы и отрицательного мениска, обращенного выпуклостью в пространство изображения. Третий склеен из отрицательного мениска, обращенного вогнутостью в пространство изображения, и двояковыпуклой линзы, и перед ним дополнительно помещена двояковыпуклая линза. Четвертый содержит одиночный положительный мениск, обращенный вогнутостью в пространство изображения, и линзу, склеенную из положительной и отрицательной линз. Пятый компонент включает линзу, склеенную из двух менисков, обращенных вогнутостью в пространство объекта, и перед ней помещен одиночный мениск, обращенный вогнутостью в пространство объекта. Технический результат - увеличение линейного поля изображения и входной числовой апертуры, улучшение моно и хроматических аберраций осевого и внеосевых пучков. 1 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл., 1 прил.
Предлагаемое изобретение относится к оптическому приборостроению, а именно к объективам микроскопов, и может быть использовано для визуального наблюдения и фотографирования малоконтрастных микроскопических структур, находящихся на пределе разрешающей способности световых микроскопов в естественном свете, свете видимой люминесценции, в поляризованном свете методом светлого поля, темного поля, фазового контраста и др.
Известен апохроматический объектив микроскопа [1], содержащий пять компонентов, первый из которых - положительный мениск, обращенный вогнутостью в пространство объекта, второй - двусклеенная положительная линза, третий компонент - трехсклеенная положительная линза, четвертый компонент содержит две склеенные положительные линзы и пятый - отрицательный мениск.
Объектив имеет апохроматическую коррекцию для точки на оси, высокую входную апертуру, но недостаточное поле изображения (20 мм), остаточные астигматизм и кривизну изображения, не позволяющие одновременно наблюдать все поле изображения, а также тубус 160 мм.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому изобретению является высокоапертурный ахроматический микробъектив большого увеличения [2]. Он содержит пять компонентов, первый из которых положительный мениск, обращенный выпуклостью в пространство изображений, второй выполнен в виде двух положительных менисков, обращенных выпуклостью к пространству изображений, третий компонент, скленный из положительной и отрицательной линз, четвертый содержит положительную двояковыпуклую линзу и склейку из положительной и отрицательной линз, пятый - отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к пространству изображений, склеенный из положительной и отрицательной линз.
Объектив имеет довольно высокую входную апертуру (63×1.15), но недостаточно высокую коррекцию точки на оси и по полю, большой хроматизм увеличения (0.8%), остаточные астигматизм и кривизну и недостаточное линейное поле изображения (20 мм).
Современные модели микроскопов требуют комплектации высокоапертурными планапохроматическими микрообъективами, которые имеют улучшенную коррекцию монохроматических и хроматических аберраций на оси и всем поле изображения.
Основной задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является увеличение линейного поля изображения и входной числовой апертуры, улучшение моно и хроматических аберраций осевого и внеосевых пучков.
Поставленная задача решается с помощью предложенного планапохроматического высокоапертурного микрообъектива большого увеличения, который, как и прототип, содержит последовательно расположенные пять компонентов, первый из которых выполнен в виде мениска, обращенного выпуклостью к пространству изображения, второй, состоящий из двух положительных линз, третий, склеенный из двух линз, четвертый, содержащий одиночную положительную и склеенную из положительной и отрицательной линзы, и пятый компонент, включающий в себя двусклееную линзу, состоящую из положительной и отрицательной линз.
В отличие от прототипа первый компонент выполнен склеенным из отрицательного мениска, обращенного выпуклостью к пространству изображения, и дополнительной положительной линзы, размещенной перед мениском, положительные линзы второго компонента выполнены склеенными, первая - из положительного и отрицательного менисков, обращенных выпуклостью в пространство изображения, а вторая - из двояковыпуклой положительной линзы и отрицательного мениска, обращенного выпуклостью в пространство изображения, третий склеенный компонент состоит из отрицательного мениска, обращенного вогнутостью в пространство изображения, и положительной двояковыпуклой линзы, и перед ним дополнительно помещена положительная двояковыпуклая линза, в четвертом компоненте одиночная положительная линза выполнена в виде мениска, обращенного вогнутостью в пространство изображения, а двусклеенная линза пятого компонента выполнена из двух менисков, обращенных вогнутостью в пространство объекта, и перед ней дополнительно помещен одиночный мениск, обращенный вогнутостью в пространство объекта.
Кроме того, показатели преломления отрицательного мениска первого компонента, отрицательных менисков второго компонента, отрицательной линзы в склейке четвертого компонента и отрицательного мениска склейки пятого компонента имеют значения 1.78≤nd≤1.85, а их коэффициенты дисперсии 40≤νd≤47, показатели преломления отрицательного мениска в склейке третьего компонента и положительного мениска в склейке пятого компонента имеют значения 1.8≤nd≤1.85, а их коэффициенты дисперсии 22≤nd≤25.
Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что выполнение первого и второго компонента двускленными, третьего - склеенным из отрицательного мениска и положительной двояковыпуклой линзы, и размещение перед ним положительной двояковыпуклой линзы, размещение дополнительного отрицательного мениска перед склейкой в пятом компоненте, а также конфигурации линз, позволили обеспечить плановую коррекцию, а выбор стекол с приведенными выше показателями преломления и коэффициентами дисперсии позволили достигнуть апохроматической коррекции и увеличить входную числовую апертуру с 1.15 до 1.2.
На основании изложенного можно сделать вывод, что новая совокупность существенных признаков заявляемого изобретения позволила получить технический результат, заключающийся в достижении планапохроматической коррекции, благодаря которой одновременно осуществляется наблюдение всего поля зрения с высоким контрастом, увеличить линейное поле изображения в 1.25 раза и входную апертуру до 1.2.
Предлагаемый планапохроматический высокоапертурный микрообъектив большого увеличения поясняется чертежом, на котором на фиг.1 представлена его оптическая схема, а также Приложением, в котором даны конструктивные параметры и аберрационные выпуски.
Заявляемый планахроматический высокоапертурный микрообъектив большого увеличения содержит пять компонетов.
Первый компонент I содержит отрицательный мениск 1, обращенный выпуклостью в пространство изображения, перед которым дополнительно помещена положительная линза 2, которая склеена с мениском 1.
Второй компонент II состоит из двух положительных линз, первая из которых является склейкой из положительного 3 и отрицательного 4 менисков, обращенных выпуклостью в пространство изображения, вторая является склеенной из положительной двояковыпуклой линзы 5 и отрицательного мениска 6, обращенного выпуклостью в пространство изображения.
Третий компонент III содержит отрицательный мениск 7, обращенный вогнутостью в пространство изображения, склеенный с положительной двояковыпуклой линзой 8, а перед ним дополнительно размещена положительная двояковыпуклая линза 9.
Четвертый компонент IV содержит одиночную положительную линзу 10, выполненную в виде мениска, обращенного вогнутостью в пространство изображения, и склеенный из положительной двояковыпуклой 11 и отрицательной двояковогнутой 12 линз мениск, обращенный вогнутостью в пространство изображений.
Пятый компонент V состоит из склеенного положительного 13 и отрицательного 14 менисков, обращенных вогнутостью в пространство объекта, перед которыми дополнительно размещен отрицательный мениск 15, обращенный вогнутостью в пространство объекта.
Предлагаемый объектив работает следующим образом.
Объектив работает с тубусной линзой f'=200 мм.
Лучи от объекта наблюдения, расположенного в передней фокальной плоскости микрообъектива, проходят через первый компонент I - склеенные положительную линзу 2 и отрицательный мениск 1, образуя мнимое увеличенное изображение, внося положительную сферическую аберрацию, хроматизм положения и увеличения.
Компонент II линзы 3, 4, 5 и 6 строит также увеличенное мнимое изображение объекта, внося астигматизм, кривизну и большую кому, переисправляя сферическую аберрацию, хроматизм положения и увеличения.
Далее компонент III линзы 9, 7 и 8 образует действительное увеличенное изображение, уменьшая астигматизм и кривизну, сферическую аберрацию, хроматизм положения и увеличения, компенсируя кому.
Компонент IV линзы 10, 11 и 12 строит действительное изображение объекта в фокальной плоскости компонента V, исправляя астигматизм и кривизну.
Компонент V линзы 15, 13 и 14 переносит изображение объекта в бесконечность, образуя планапохроматическое высококонтрастное изображение объекта.
По предложенной схеме реализованы микрообъективы с увелчением 63x, числовой апертурой 1.2 водной иммерсии и 1.25 масляной иммерсии, линейным полем изображения 25 мм.
В таблице 1 представлено число Штреля, характеризующее качество изображения микрообъектива для приведенных относительных значений величин изображения для объектива водной иммерсии.
| Таблица 1 | |
| Отн. значение величины изображения | Число Штреля |
| 1 | 0.61 |
| 0.866 | 0.75 |
| 0.707 | 0.83 |
| 0.5 | 0.88 |
| 0 | 0.94 |
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Объектив 63×1.2 водной иммерсии с.11 «Приложения к диссертации «Теория, методы проектирования и расчет оптики микроскопов», 1985 г.
2. RU, полезная модель №36535 U1, G02B 21/02, 2003 г. - прототип.
1. Планапохроматический высокоапертурный микрообъектив большого увеличения, содержащий последовательно расположенные пять компонентов, первый из которых выполнен в виде мениска, обращенного выпуклостью к пространству изображения, второй, состоящий из двух положительных линз, третий, склеенный из двух линз, четвертый, содержащий одиночную положительную и склеенную из положительной и отрицательной линзы, и пятый компонент, включающий в себя двусклееную линзу из положительной и отрицательной линз, отличающийся тем, что первый компонент выполнен склеенным из отрицательного мениска, обращенного выпуклостью к пространству изображения, и дополнительной положительной линзы, размещенной перед мениском, положительные линзы второго компонента выполнены склеенными, первая - из положительного и отрицательного менисков, обращенных выпуклостью в пространство изображения, а вторая - из двояковыпуклой положительной линзы и отрицательного мениска, обращенного выпуклостью в пространство изображения, третий склеенный компонент состоит из отрицательного мениска, обращенного вогнутостью в пространство изображения, и положительной двояковыпуклой линзы и перед ним дополнительно помещена положительная двояковыпуклая линза, в четвертом компоненте одиночная положительная линза выполнена в виде мениска, обращенного вогнутостью в пространство изображения, а двусклеенная линза пятого компонента выполнена из двух менисков, обращенных вогнутостью в пространство объекта, и перед ней дополнительно помещен одиночный мениск, обращенный вогнутостью в пространство объекта.
2. Планапохроматический высокоапертурный микрообъектив большого увеличения, по п.1, отличающийся тем, что показатели преломления отрицательного мениска первого компонента, отрицательных менисков второго компонента, отрицательной линзы в склейке четвертого компонента и отрицательного мениска склейки пятого компонента имеют значения 1.78≤nd≤1.85, а их коэффициенты дисперсии 40≤νd≤47, показатели преломления отрицательного мениска в склейке третьего компонента и положительного мениска в склейке пятого компонента имеют значения 1.8≤nd≤1.85, а их коэффициенты дисперсии 22≤νd≤25.
