Двухканальный микроскоп

Предлагаемая полезная модель относится к оптическому приборостроению, а точнее к световым микроскопам, используемым для различных исследований, в том числе биологических и медицинских исследований.
Известен биологический флуоресцентный микроскоп фирмы ZEISS (ZEISS Axio Zoom.V16, KarlZeiss, Германия) с переменным увеличением, который позволяет наблюдать объекты с разным разрешением и увеличением. Оптическая система Микроскопа ZEISS Axio Zoom.V16, KarlZeiss состоит из объектива увеличением 1 крат, системы переменного увеличения от 0,7 до 16 крат, двух окуляров с увеличением 10 крат и канала визуализации.
Известен стереомикроскоп фирмы Микромед (Микроскоп Микромед МС-5-ZOOM, Россия) с переменным увеличением, который позволяет наблюдать объекты одновременно с помощью окуляров и канала визуализации на экране компьютера.  Оптическая система Микроскопа Микромед МС-5-ZOOM состоит из панкратического объектива с увеличениями от 0,8 до 5 крат, двух окуляров с увеличением 10 крат для визуального наблюдения и стереоскопической насадки для канала визуализации.
Недостатками приведенных микроскопов являются малое увеличение и необходимость перенастройки каналов наблюдения.
Наиболее близким по технической сущности является двухканальный микроскоп (Kozhina A., Soshnicova E., Uvarova A. Optical Design of a Dual Channel Microscope//CEUR Workshop Proceedings, 2020, Vol. 2744, pp. 1-7), который принят авторами за прототип. Оптическая схема микроскопа-прототипа состоит из расположенных по ходу излучения фронтального объектива, для которого предмет располагается в передней фокальной плоскости, светоделителя, на поверхности которого расположена апертурная диафрагма, которая совпадает с задней фокальной плоскостью фронтального объектива,  плоского зеркала, расположенного под углом 45° к оптической оси и двух формирующих объективов. Фронтальный объектив работает одновременно с широким линейным полем зрения не менее 4 мм и с числовой апертурой не менее 0,5. Светоделитель, на котором расположена апертурная диафрагма, разбивает свет на два канала. Первый формирующий объектив строит изображение широкого линейного поля зрения не менее 4 мм и с увеличением не менее 4 крат и числовой апертурой в пространстве предметов не менее 0,1. Второй формирующий объектив, работает при увеличении не менее 40 крат с линейным полем зрения не более 0,5 мм и числовой апертурой в пространстве предметов не менее 0,5. Плоское зеркало, расположенное под углом 45° к оптической оси, уменьшает поперечный размер прибора. Недостатком известного микроскопа-прототипа является большие габариты оптической системы, из-за фокусного расстояния второго формирующего объектива не менее 400 мм.
Задача, решаемая заявляемой полезной моделью, - создание светового двухканального микроскопа с уменьшенным продольным габаритным размером.
Сущность заключается в том, что двухканальный микроскоп содержит расположенные по ходу излучения фронтальный объектив, для которого предмет располагается в передней фокальной плоскости, светоделитель, расположенный в его задней фокальной плоскости, и на поверхности которого находится апертурная диафрагма, плоское зеркало, расположенное под углом 45° к оптической оси, и два формирующих объектива, при этом между светоделителем и плоским зеркалом установлена телескопическая система Галилея, выполненная из положительного и отрицательного компонента, с увеличением от 2 до 5 крат, и её входной зрачок совпадает с апертурной диафрагмой.
Первый канал микроскопа состоит из общего для обоих каналов фронтального объектива, для которого предмет располагается в передней фокальной плоскости, а в его задней фокальной плоскости расположен светоделитель, с апертурной диафрагмой и первого формирующего объектива, а второй канал содержит фронтальный объектив, светоделитель с апертурной диафрагмой, телескопическую систему Галилея, выполненную из положительного и отрицательного компонента, с увеличением от 2 до 5 крат, входной зрачок которой совпадает с апертурной диафрагмой, расположенной на поверхности светоделителя, плоское зеркало, расположенное под углом 45° к оптической оси, и второго формирующего объектива.
Указанная совокупность дает необходимое и достаточное количество элементов оптической схемы, позволяющее создать оптическую систему с уменьшенным продольным габаритным размером при сохранении оптических характеристик и телецентрический ход главного луча.
Введение в оптическую систему телескопической системы Галилея, состоящей из положительного и отрицательного компонентов, уменьшает фокусное расстояние второго формирующего объектива от 2 до 5 раз, и, следственно, габариты оптической системы, при сохранении увеличения второго канала не менее 40 крат. Использование телескопической системы Галилея свыше 5 крат увеличивает поперечный размер двухканального микроскопа. Использование телескопической системы Галилея менее 2 крат не приводит к существенному уменьшению продольного размера двухканального микроскопа. Совмещение задней фокальной плоскости фронтального объектива с поверхностью светоделителя, и, соответственно, с апертурной диафрагмой обеспечивает телецентрической ход главного луча при сохранении равномерного разделения излучения на два канала. Исключение любого из указанных признаков ведет к невозможности реализации двухканального микроскопа с уменьшенным продольным габаритным размером и телецентрическим ходом главного луча.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, где на фиг. представлена оптическая схема предлагаемого двухканального микроскопа.
Двухканальный микроскоп содержит расположенный по ходу излучения общий для двух каналов фронтальный объектив 1, для которого предмет располагается в передней фокальной плоскости, светоделитель 2, на котором находится апертурная диафрагма и расположенный в задней фокальной плоскости фронтального объектива 1, первый формирующий объектив 3, который в совокупности с фронтальным объективом 1 и светоделителем 2 образует первый канал, телескопическую систему Галилея 4, состоящую из  положительного и отрицательного компонентов, плоское зеркало 5, расположенное под углом 45° к оптической оси, и второй формирующий объектив 6, которые в совокупности с фронтальным объективом 1, светоделителем 2  и телескопической системой 4 образуют второй канал.
Параметры оптической системы микроскопа в параксиальных компонентах, для каждого из каналов представлены в таблице 1, технические характеристики каждого из каналов в таблице 2.
Таблица 1. Параметры оптической системы микроскопа
Компонент
f’, мм
Плоскость предмета
-
Фронтальный объектив
не более 10
Светоделитель (плоскость апертурной диафрагмы)
-
Первый формирующий объектив
не менее 40
Плоскость изображения
-
Плоскость предмета
-
Фронтальный объектив
не более 10
Светоделитель (плоскость апертурной диафрагмы)
-
Первый компонент телескопической системы
не менее 30,4
Второй компонент телескопической системы
не более -10,1
Зеркало
-
Второй формирующий объектив
не менее 134
Плоскость изображения
-
Таблица 2. Технические характеристики микроскопа
Название характеристики
Значение
Первый канал
Линейное увеличение (β), крат
не менее 4
Числовая апертура в пространстве предметов (А)
не менее 0,1
Линейное поле зрения в пространстве предметов (2у), мм
не более 4
Второй канал
Линейное увеличение (β), крат
не менее 40
Числовая апертура в пространстве предметов (А)
не менее 0,5
Линейное поле зрения в пространстве предметов (2у), мм
не более 0,4
Работа микроскопа осуществляется следующим образом.
Изображение объекта исследования формируется двумя каналами оптической системы двухканального микроскопа, имеющими единый для обоих каналов фронтальный объектив 1. Пучки лучей разделяются на два канала светоделителем 2, расположенным в задней фокальной плоскости объектива 1 и на поверхности которого расположена апертурная диафрагма. Совмещение задней фокальной плоскости фронтального объектива 1 и апертурной диафрагмы обеспечивает телецентрический ход главного луча.
х
Пучок лучей, проходящий сквозь светоделитель 2, с помощью первого формирующего объектива 3 формирует изображение в его фокальной плоскости с широким полем зрения и малой числовой апертурой, то есть с характеристиками необходимыми для поиска аномалий в биоматериале. Пучок лучей, отраженный от светоделителя 2 под углом 90° проходит через телескопическую систему Галилея 4, состоящую из положительного и отрицательного компонента, с увеличением от 2 до 5 крат, входной зрачок которой совпадает с апертурной диафрагмой, отражается от зеркала 5, расположенного под углом 45°, проходит через второй формирующий объектив 6 и фокусируется в его задней фокальной плоскости, формируя изображение с высокой числовой апертурой не менее 0,5 и большим увеличением не менее 40, которые необходимы для анализа аномалий в биоматериале (табл. 2).
Примером конкретной реализации предлагаемой полезной модели является двухканальный микроскоп, имеющий увеличение первого канала не менее 4 крат с линейным полем зрения в пространстве предметов не более 4 мм и числовой апертурой в пространстве предметов не менее 0,1, и увеличение второго канала не менее 40 крат с линейным полем зрения в пространстве предметов не более 0,4 мм и числовой апертурой в пространстве предметов не менее 0,5.
Таким образом, техническими преимуществами двухканального микроскопа по сравнению с прототипом является уменьшенный не менее чем в 2 раза его габаритный размер по ходу телецентрического главного луча, при сохранении технических характеристик.