ПЛАНАПОХРОМАТИЧЕСКИЙ ВЫСОКОАПЕРТУРНЫЙ ИММЕРСИОННЫЙ МИКРООБЪЕКТИВ БОЛЬШОГО УВЕЛИЧЕНИЯ
HIGH-MAGNIFICATION PLAN-APOCHROMATIC HIGH-APERTURE IMMERSION MICROLENS

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 планапохроматический объектив микроскопа [1], содержащий три компонента, последовательно расположенных по ходу лучей, первый из которых включает положительную склеенную линзу и мениск, склеенный из отрицательного и положительного менисков, обращенный вогнутостью в пространство объекта, второй компонент состоит из трех положительных двусклеенных линз, первая из которых склеена из положительной линзы и отрицательного мениска, вторая - из отрицательной и положительной двояковыпуклой линз, третья из положительной двояковыпуклой и отрицательной линз, и третий компонент содержит два склеенных отрицательных мениска, обращенных вогнутостью в пространство изображения, первый из которых склеен из положительного и отрицательного менисков, второй - из положительной двояковыпуклой и отрицательной двояковогнутой линз, при этом между вторым и третьим компонентами расположена ирисовая диафрагма.
Объектив имеет планапохроматическую коррекцию, высокую входную апертуру, но недостаточное поле изображения (20 мм).
Наиболее близким техническим решением к заявляемому изобретению является высокоапертурный ахроматический иммерсионный микробъектив большого увеличения [2]. Объектив содержит три компонента, первый из которых - положительная двусклеенная линза и два положительных мениска, обращенных вогнутостью к пространству объекта, второй из менисков выполнен двусклеенным из отрицательной двояковогнутой и положительной двояковыпуклой линз, второй компонент включает в себя три положительные склеенные линзы, первая из которых имеет форму мениска, склеенного из отрицательной двояковогнутой и положительной двояковыпуклой линз, вторая склеена из отрицательного мениска, обращенного вогнутостью в пространство изображения, и положительной двояковыпуклой линзы, третья склеена из отрицательного мениска, обращенного вогнутостью в пространство изображения и отрицательной двояковогнутой линзы с расположенной между ними положительной двояковыпуклой линзы, третий компонент содержит два склеенных отрицательных мениска, первый из которых состоит из положительной двояковыпуклой и отрицательной двояковогнутой линз, и обращен вогнутостью в пространство изображения, и второй склеенный мениск, состоящий из отрицательной двояковогнутой и положительной двояковыпуклой линз и обращенный вогнутостью в пространство объекта.
Объектив имеет высокую входную апертуру (60×1.25), но недостаточно высокую коррекцию точки на оси и по полю (ахроматическую коррекцию), недостаточное линейное поле изображения (22 мм).
Основной задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является увеличение линейного поля изображения и достижение планапохроматической коррекции.
Поставленная задача решается с помощью предложенного планапохроматического высокоапертурного иммерсионного микрообъектива большого увеличения, который, как и прототип, содержит последовательно расположенные три компонента, первый из которых - положительная двусклеенная линза и положительный двусклеенный мениск, обращенный вогнутостью в пространство объекта, второй компонент, состоящий из трех положительных склеенных линз, третья из которых склеена из отрицательного мениска, обращенного вогнутостью в пространство изображения, и отрицательной линзы с расположенной между ними положительной двояковыпуклой линзой, и третий компонент, содержащий два склеенных отрицательных мениска, первый из которых включает в себя положительную двояковыпуклую и отрицательную двояковогнутую линзы, и обращен вогнутостью в пространство изображения, и второй мениск, обращенный вогнутостью в пространство объекта.
В отличие от прототипа в первом компоненте положительный двусклеенный мениск, обращенный вогнутостью в пространство объекта, выполнен из положительного и отрицательного менисков, первая положительная склеенная линза второго компонента выполнена из двояковыпуклой положительной линзы и отрицательного мениска, обращенного вогнутостью в пространство объекта, вторая положительная склеенная линза содержит положительную двояковыпуклую и отрицательную двояковогнутую линзы, а отрицательная линза в третьей склеенной линзе выполнена в виде мениска, обращенного вогнутостью в пространство объекта, в третьем компоненте второй отрицательный мениск, обращенный вогнутостью в пространство объекта, выполнен из положительного и отрицательного менисков, обращенных вогнутостью в пространство объекта, а между первой и второй склеенными линзами второго компонента помещена ирисовая диафрагма.
d
d
d
d
Кроме того, показатели преломления положительного мениска в склеенном мениске первого компонента, отрицательных менисков в первой склеенной линзе, в третьей склеенной линзе и отрицательной двояковогнутой линзы во второй склеенной линзе второго компонента, а также положительной двояковыпуклой линзы в первом склеенном мениске и положительного мениска во втором склеенном мениске третьего компонента имеют значения 1.72≤n≤1.78, а их коэффициенты дисперсии 25≤ν≤27, показатели преломления отрицательного мениска в склеенном мениске первого компонента, отрицательной двояковогнутой линзы и отрицательного мениска в склеенных менисках третьего компонента имеют значения 1.72≤n≤1.78, а их коэффициенты дисперсии 48≤ν≤52.
Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что выполнение в первом компоненте положительного двусклеенного мениска, обращенного вогнутостью в пространство объекта, из положительного и отрицательного менисков, а во втором компоненте выполнение первой положительной склеенной линзы из двояковыпуклой положительной линзы и отрицательного мениска, обращенного вогнутостью в пространство объекта, второй положительной склеенной линзы в виде положительной двояковыпуклой и отрицательной двояковогнутой линз, и выполнение отрицательной линзы в третьей склеенной линзе в виде мениска, обращенного вогнутостью в пространство объекта, а также выполнение в третьем компоненте второго отрицательного мениска, обращенного вогнутостью в пространство объекта, из положительного и отрицательного менисков, обращенных вогнутостью в пространство объекта, позволило обеспечить плановую коррекцию, увеличить линейное поле изображения с 22 мм до 25 мм и поместить ирисовую диафрагму, а выбор стекол с приведенными выше показателями преломления и коэффициентами дисперсии позволили достигнуть апохроматической коррекции и увеличить входную числовую апертуру с 1.25 до 1.3.
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 1.14 раза до 25 мм, входную апертуру до 1.3 и обеспечить расположение ирисовой диафрагмы во втором компоненте.
Предлагаемый планапохроматический высокоапертурный иммерсионный микрообъектив большого увеличения поясняется чертежом, на котором представлена его оптическая схема, а также Приложением, в котором даны конструктивные параметры и аберрационные выпуски.
Заявляемый планахроматический высокоапертурный иммерсионный микрообъектив большого увеличения содержит три компонента.
Первый компонент I содержит положительную склейку линзы 1 и 2, положительный склеенный мениск 3 и 4, обращенный вогнутостью в пространство объекта.
Второй компонент II состоит из трех положительных линз, первая из которых является склейкой из положительной двояковыпуклой линзы 5 и отрицательного 6 мениска, обращенного вогнутостью в пространство объекта, вторая является склейкой из положительной двояковыпуклой 7 и отрицательной двояковогнутой 8 линз, третья является трехсклеенной из двух отрицательных менисков 9 и 10 с расположенной между ними положительной двояковыпуклой линзой 11.
Третий компонент III содержит отрицательный мениск, обращенный вогнутостью в пространство изображения, склеенный из положительной двояковыпуклой 12 и отрицательной двояковогнутой 13 линз, и отрицательный мениск, обращенный вогнутостью в пространство объекта, склеенный из положительного 14 и отрицательного 15 менисков.
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 линзы 1 и 2 и положительный склеенный мениск 3 и 4, образуя мнимое увеличенное изображение, внося отрицательную сферическую аберрацию, хроматизм положения и увеличения, кому.
Компонент II линзы 5, 6, 7, 8, 9, 10 и 11 строит увеличенное действительное изображение объекта в фокальной плоскости компонента Ш, уменьшая апертуру выходящего пучка, переисправляя кому.
Компонент III линзы 12, 13, 14 и 15 переносит изображение объекта в бесконечность, образуя планапохроматическое высококонтрастное изображение объекта.
х
По предложенной схеме реализован иммерсионный микрообъектив с увеличением 100, числовой апертурой 1.3 масляной иммерсии, линейным полем изображения 25 мм.
В таблице 1 представлено число Штреля, характеризующее качество изображения для приведенных относительных значений величин изображения для объектива масляной иммерсии.
Таблица 1
Относительное значение величины изображения
Число Штреля
1
0.44
0.866
0.57
0.707
0.72
0.5
0.88
0
0.9
Таким образом, в предлагаемом планапохроматическом высокоапертурном иммерсионном микрообъективе достигнуто увеличение линейного поля изображения и планапохроматическая коррекция, благодаря которой одновременно осуществляется наблюдение всего поля зрения с высоким контрастом, при этом линейное поле изображения увеличено в 1.14 раза до 25 мм, а входная апертура до 1.3.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Российская Федерация, патент на полезную модель №28779, МПК: G02В 21/02, 2003 г.
2. Международная заявка WO №2009057666, МПК: G02В 21/02, 2009 г. - прототип.