ПЛАНАПОХРОМАТИЧЕСКИЙ МИКРООБЪЕКТИВ БОЛЬШОГО УВЕЛИЧЕНИЯ С УВЕЛИЧЕННЫМ РАБОЧИМ РАССТОЯНИЕМ
HIGH-MAGNIFICATION PLAN-APOCHROMATIC MICROLENS WITH INCREASED WORKING DISTANCE

Предлагаемое изобретение относится к оптическому приборостроению, а именно к объективам микроскопов с увеличенным рабочим расстоянием, и может быть использовано 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 иммерсионный микрообъектив большого увеличения с увеличенным рабочим расстоянием [1], содержащий расположенные вдоль оптической оси фронтальный компонент в виде мениска, обращенного выпуклостью в пространство изображения, второй одиночный положительный компонент, третий двусклеенный из отрицательной и положительной линз положительный компонент, четвертый двусклеенный из отрицательной и положительной линз компонент, пятый в виде одиночных менисков, обращенных вогнутостью в пространство изображения.
Объектив имеет увеличенное рабочее расстояние, улучшенную коррекцию моно и хроматических аберраций (ахроматическую), увеличена одновременно наблюдаемая площадь объекта.
Но микрообъектив имеет недостаточное линейное поле изображения (20 мм), ахроматическую коррекцию, остаточный хроматизм увеличения.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому техническому решению является микрообъектив с увеличенным рабочим расстоянием [2]. Объектив состоит из четырех компонентов, первый из которых содержит «n» фронтальных одиночных положительных линз, второй - две двусклеенные линзы, обращенные положительными линзами навстречу друг другу, третий компонент - положительная одиночная линза, четвертый - двускленная линза из положительного мениска, обращенного вогнутостью в пространство объекта, и двояковогнутой отрицательной линзы.
Объектив имеет линейное поле изображения 25 мм, улучшенную коррекцию сферохроматических аберраций, астигматизма и кривизны, исправлен хроматизм увеличения.
Но объектив имеет недостаточную величину рабочего расстояния, ахроматическую коррекцию и остаточные астигматизм и кривизну изображения.
Основной задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является увеличение рабочего расстояния при достижении планапохроматической коррекции.
Поставленная задача решается с помощью предложенного планапохроматического микрообъектива большого увеличения, который, как и прототип, содержит последовательно расположенные четыре компонента, первый из которых выполнен в виде n положительных линз, второй компонент выполнен в виде двух двусклеенных линз, обращенных положительными линзами навстречу друг другу, третий положительный компонент, четвертый компонент выполнен в виде двусклеенной линзы, состоящей из положительной линзы и двояковогнутой отрицательной линзы.
В отличие от прототипа во втором компоненте перед двумя двусклеенными линзами, обращенными положительными линзами навстречу друг другу, помещена трехсклеенная линза, выполненная из двух положительных двояковыпуклых линз с размещенной между ними отрицательной двояковогнутой линзой, третий положительный компонент выполнен двусклеенным из двояковыпуклой положительной и отрицательной линз, а в четвертом компоненте в двусклеенной линзе положительная линза выполнена двояковыпуклой и за ней дополнительно помещена линза.
Дополнительная линза четвертого компонента может быть выполнена в виде мениска, обращенного вогнутостью в пространство объекта, а также может быть выполнена склеенной из положительного мениска и отрицательной двояковогнутой линзы.
d
d
d
d
Кроме того, показатель преломления положительных линз трехсклеенной линзы второго компонента имеет значение 1.42≤n≤1.45, а его коэффициент дисперсии 90≤ν≤95, показатель преломления первой положительной линзы первого компонента имеет значение 1.85≤n≤1.93, а его коэффициент дисперсии 30≤ν≤33.
Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что добавление трехсклеенной линзы во втором компоненте, выполнение третьего компонента двусклеенным из положительной двояковыпуклой линзы и отрицательного мениска, обращенного вогнутостью в пространство объекта, помещение дополнительной линзы в четвертом компоненте, позволили впервые увеличить рабочее расстояние до двух фокусных расстояний в объективе с большим увеличением, улучшить плановую коррекцию, а выполнение линз с приведенными выше показателями преломления и коэффициентами дисперсии позволили обеспечить апохроматическую коррекцию с исправленным хроматизмом увеличения.
На основании изложенного можно сделать вывод, что новая совокупность существенных признаков изобретения позволила получить технический результат, заключающийся в увеличении рабочего расстояния более чем в 2 раза, обеспечить апохроматическую коррекцию и улучшить аберрации внеосевых пучков.
По предлагаемой схеме реализованы микрообъективы:
1) увеличением 100 крат, входной апертурой 0.7, линейным полем изображения 25 мм, рабочим расстоянием 4.1 мм;
2) увеличением 250 крат, входной апертурой 0.85, линейным полем изображения 25 мм, рабочим расстоянием 0.8 мм, превышающим фокусное расстояние микрообъектива.
Предлагаемый планапохроматический микрообъектив большого увеличения с увеличенным рабочим расстоянием поясняется чертежом, на котором представлена его оптическая схема, а также Приложением, в котором даны конструктивные параметры и аберрационные выпуски.
Заявляемый планапохроматический микрообъектив большого увеличения с увеличенным рабочим расстоянием содержит четыре компонента.
Первый компонент I содержит положительный мениск 1, обращенный выпуклостью в пространство изображения, и положительную двояковыпуклую линзу 2.
Второй компонент II состоит из двух склеенных линз, первая из которых склеена из отрицательного мениска 3, обращенного выпуклостью в пространство объекта, и двояковыпуклой положительной линзы 4, вторая склейка состоит из двояковыпуклой 5 и двояковогнутой 6 линз.
Третий компонент III содержит склеенную линзу из положительной двояковыпуклой 7 и отрицательной двояковогнутой 8 линз.
Четвертый компонент IV склеен из положительной двояковыпуклой линзы 9 и отрицательной двояковогнутой линзы 10.
Во втором компоненте II и перед двумя склеенными линзами 1 и 2, 3 и 4 дополнительно помещена трехсклеенная линза, состоящая из двух положительных двояковыпуклых линз 11 и 12 с размещенной между ними отрицательной двояковогнутой линзой 13.
В четвертом компоненте IV за двусклееной линзой дополнительно помещена линза 14.
Дополнительная линза 14 четвертого компонента IV может быть выполнена в виде положительного мениска, обращенного вогнутостью в пространство объекта, а также в виде склеенной из положительного мениска и отрицательной двояковогнутой линзы.
d
d
d
d
Кроме того, показатель преломления положительных линз трехсклеенной линзы второго компонента имеет значение 1.42≤n≤1.45, а его коэффициент дисперсии 90≤ν≤95, показатель преломления первой положительной линзы первого компонента имеет значение 1.85≤n≤1.93, а его коэффициент дисперсии 30≤ν≤33.
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 - положительные мениск 1 и двояковыпуклую линзу 2, образуя мнимое увеличенное изображение, внося отрицательную сферохроматическую аберрацию, хроматизм положения и увеличения, кому.
Компоненты II и III линзы 11, 13, 12, 3, 4, 5, 6, 7 и 8 создают мнимое увеличенное изображение в фокальной плоскости компонента IV, переисправляя сферохроматическую аберрацию и кому.
Далее компонент IV линзы 9, 10 и 14 переносит изображение объекта в бесконечность, образуя планапохроматическое высококонтрастное изображение объекта.
x
В приложении приводится микрообъектив с увеличением 100, числовой апертурой 0.7, линейным полем изображения 25 мм и увеличенным по сравнению с прототипом более чем в 2 раза рабочим расстоянием (в прототипе 1.5 мм, в заявляемом техническом решении 4.1 мм).
В таблице 1 представлено число Штреля, характеризующее качество изображения микрообъектива для приведенных относительных значений величин изображения.
Таблица 1
Отн. значение величины изображения
Число Штреля
1
0.77
0.866
0.84
0.707
0.87
0.5
0.87
0
0.84
x
В таблице 2 приведены значения числа Штреля микрообъектива с увеличением 250, входной апертурой 0.85, линейным полем изображения 25 мм, рабочим расстоянием 0.8 мм.
Таблица 2
Отн. значение величины изображения
Число Штреля
1
0.89
0.866
0.92
0.707
0.93
0.5
0.94
0
0.945
Источники информации
1. Российская Федерация, патент на изобретение №2176804, МПК: G02B 21/02, опубл. 10.12.2001 г.
2. Российская Федерация, патент на изобретение №2097810, МПК: G02B 21/02, опубл. 27.11.1997 г. - прототип.