ПЛАНАПОХРОМАТИЧЕСКИЙ МИКРООБЪЕКТИВ СРЕДНЕГО УВЕЛИЧЕНИЯ С БОЛЬШИМ РАБОЧИМ РАССТОЯНИЕМ

Предлагаемая полезная модель относится к оптическому приборостроению, а именно к объективам микроскопов с большим рабочим расстоянием, и может быть использована для визуального наблюдения, вывода на TV-камеру и фотографирования малоконтрастных микроскопических структур, находящихся на пределе разрешающей способности световых микроскопов в естественном свете, свете люминесценции, в поляризованном свете, методом светлого поля, темного поля, фазового контраста, при оценке качества изготовления и аттестации в условиях промышленного производства изделий микроэлектроники и др.
Известен планапохроматический высокоапертурный микрообъектив с большим рабочим расстоянием [1], содержащий последовательно расположенные пять компонентов, первый из которых выполнен в виде мениска, обращенного вогнутостью к пространству предметов, второй положительный компонент выполнен склеенным из двояковыпуклой положительной линзы и отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к пространству предметов, третий двусклеенный компонент выполнен из отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к пространству изображений, четвертый положительной компонент и пятый компонент, выполненный из одиночной отрицательной двояковогнутой линзы и двух менисков, обращенных вогнутостью к пространству предметов.
Объектив имеет высокую входную апертуру, увеличенное рабочее расстояние, планапохроматтеческую коррекцию моно и хроматических аберраций, большое линейное поле изображения.
Но свободное рабочее расстояние недостаточно для использования в системах отраженного света в металлографии, в микроэлектронике для работы с монографическими структурами, комплектации микроинъекторов для различных задач, в клеточной, онтогенетической и генетической инженерии и т.д.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому техническому решению является планапохроматический микрообъектив с большим рабочим расстоянием [2]. Объектив состоит из трех компонентов, первый из которых содержит положительный мениск, обращенный вогнутостью к пространству предмета, две положительные линзы, первая из которых склеенная из положительной двояковыпуклой линзы и отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к пространству предмета, второй компонент содержит две склеенные линзы, первая из которых положительная, состоящая из двух положительных двояковыпуклых с размещенной между ними отрицательной двояковогнутой линз и вторая отрицательная склеенная из положительной двояковыпуклой и отрицательной двояковогнутой линз, третий компонент выполнен отрицательным, склеенным из положительной и отрицательной двояковогнутой линз, и между вторым и третьим компонентами размещены две плоскопараллельные пластины с асферическими поверхностями.
Микрообъектив имеет планапохроматическую коррекцию с исправленным хроматизмом увеличения, большое линейное поле изображения, большое рабочее расстояние, но за счет двух асферических поверхностей значительно возрастает его стоимость.
Основной задачей, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, является достижение планапохроматической коррекции с исправленным хроматизмом увеличения, больших рабочего расстояния, линейного поля изображения при уменьшенном количестве оптических элементов, отсутствии асферических поверхностей и сохранении входной числовой апертуры.
Поставленная задача решается с помощью предложенного планапохроматического микрообъектива среднего увеличения с большим рабочим расстоянием, который, как и прототип, содержит последовательно расположенные три компонента, первый из которых выполнен в виде мениска, обращенного вогнутостью к пространству предмета, и двух положительных линз, второй компонент состоит из двух склеенных линз, третий выполнен отрицательным компонентом.
В отличие от прототипа в первом компоненте первая положительная линза выполнена одиночной двояковыпуклой, а вторая линза выполнена склеенной из отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к пространству изображения, и положительной двояковыпуклой линзы, во втором компоненте первая склеенная линза выполнена из отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к пространству изображения, и положительной двояковыпуклой линзы, а вторая склеенная линза состоит из двух отрицательных с размещенной между ними положительной двояковыпуклой линз, при этом склеенные положительная и отрицательная линзы третьего отрицательного компонента выполнены в виде менисков, обращенных вогнутостью к пространству изображения, и за ними дополнительно помещена отрицательная линза.
d
d
d
d
Кроме того, показатель преломления положительных линз первого и второго компонентов имеет значение 1.43≤n≤1.48, а его коэффициент дисперсии 90≤ν≤95, показатель преломления отрицательных линз второй склеенной линзы второго компонента имеет значение 1.7≤n≤1.8, а его коэффициент дисперсии 48≤ν≤52.
Сущность предлагаемой полезной модели заключается в том, что выполнение первой положительной линзы в первом компоненте одиночной двояковыпуклой, второй положительной -склеенной из отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к пространству изображения, и положительной двояковыпуклой линзы, во втором компоненте первой склеенной линзы из отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к пространству изображения, и двояковыпуклой положительной линзы, второй - из двух отрицательных линз с размещенной между ними положительной двояковыпуклой линзой, третьего отрицательного компонента из положительного и отрицательного менисков, обращенных вогнутостью к пространству изображения, и за ним дополнительно помещенной отрицательной линзы, позволили обеспечить большое рабочее расстояние (до 2,5 фокусных расстояний в объективе со средним увеличением), сохранить входную апертуру, большое линейное поле изображения и при этом уменьшить количество оптических элементов при отсутствии асферических поверхностей, а применение материала линз с приведенными выше показателями преломления и коэффициентами дисперсиями позволили обеспечить апохроматическую коррекцию с исправленным хроматизмом увеличения.
На основании изложенного можно сделать вывод, что новая совокупность существенных признаков полезной модели позволила получить технический результат, заключающийся в сохранении входной апертуры, больших рабочего расстояния, линейного поля изображения и планапохроматиеской коррекции при уменьшении количества оптических элементов и отсутствии асферических поверхностей, за счет чего значительно снизится стоимость микрообъектива (в прототипе 11 линз и две асферические пластины, в предлагаемом техническом решении 12 линз со сферическими поверхностями).
По предлагаемой схеме реализован микрообъектив увеличением 50 крат, входной апертурой 0.55, линейным полем изображения 25 мм; свободным рабочим расстоянием 10.8 мм.
Предлагаемый планапохроматический микрообъектив среднего увеличения с большим рабочим расстоянием поясняется чертежом, на котором на фиг. 1 представлена его оптическая схема, а также Приложением, в котором даны конструктивные параметры и аберрационные выпуски.
Заявляемый планапохроматический микрообъектив среднего увеличения с большим рабочим расстоянием содержит три компонента.
Первый компонент I содержит положительный мениск 1, обращенный выпуклостью в пространство изображения одиночную положительную двояковыпуклую линзу 2 и склеенную линзу, состоящую из отрицательного мениска 3, обращенного вогнутостью к пространству изображения и положительной двояковыпуклой линзы 4.
Второй компонент II состоит из двух склеенных линз, первая склеена из отрицательного мениска 5, обращенного вогнутостью к пространству изображения, и двояковыпуклой положительной линзы 6. Вторая склеенная линза состоит из линз 7, 8 и 9, при этом между отрицательными линзами 7 и 9 размещена положительная двояковыпуклая линза 8.
Третий отрицательный компонент III склеен из положительного мениска 10 и отрицательного мениска 11. Оба мениска 10 и 11 обращены вогнутостью к пространству изображения, а за ними дополнительно помещена отрицательная линза 12.
Предлагаемый объектив работает следующим образом.
Лучи от объекта наблюдения, расположенного в передней фокальной плоскости микрообъектива, проходят через первый I компонент положительные мениск 1, двояковыпуклую линзу 2 и склеенную линзу 3, 4, образуя увеличенное изображение, внося отрицательную сферохромаическую аберрацию, хроматизм положения и увеличения, кому.
Компонент II линзы 5, 6, 7, 8, 9 создают действительное увеличенное изображение в фокальной плоскости компонента III, переисправляя сферохроматическую аберрацию и кому.
Далее компонент III линзы 10, 11 и 12 переносит изображение объекта в бесконечность, образуя планапохроматическое
высококонтрастное изображение объекта.
х
В приложении приводится микрообъектив с увеличением 50, числовой апертурой 0.55, линейным полем изображения 25 мм и большим рабочим расстоянием (11.63 мм).
В таблице 1 представлено число Штреля, характеризующее качество изображения микрообъектива для приведенных относительных значений величин изображения.
Приложение
Фокусное расстояние, мм:
4.08
Числовая апертура в пространстве предметов:
0.55
Диаметр изображения, мм:
25.00
Диаметр входного зрачка, мм:
19.6
Положение входного зрачка, мм:
-26.5
Параксиальное линейное увеличение:
-49.7
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. RU, патент на изобретение 2497163, МПК: G02B 21/02, 2013 г.
2. Международная заявка на изобретение, WO 2009041546, МПК: G02B 21/02, 02.04.2009 г. - прототип