ПЛАНАПОХРОМАТИЧЕСКИЙ ВЫСОКОАПЕРТУРНЫЙ МИКРООБЪЕКТИВ С БОЛЬШИМ РАБОЧИМ РАССТОЯНИЕМ
PLAN-APOCHROMATIC HIGH-APERTURE MICROLENS WITH LONG OPERATING DISTANCE

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 ахроматический объектив микроскопа [1], содержащий три положительных компонента, первый и второй из которых плосковыпуклые линзы, а третий компонент в виде одиночной двояковыпуклой линзы и двускленой линзы, содержащей отрицательный мениск и двояковыпуклую линзу.
К недостаткам указанного объектива следует отнести остаточный хроматизм увеличения, астигматизм и кривизну, не позволяющие одновременно наблюдать все поле зрения, а также невозможность работы в отраженном свете из-за наличия двух плоских поверхностей, из-за которых объектив имеет большой коэффициент засветки, а также недостаточно большое поле зрения (20 мм).
Наиболее близким техническим решением к заявляемому изобретению является планапохроматический высокоапертурный микрообъектив малого увеличения [2].
Он содержит пять компонентов, первый из которых положительный, выполненный в виде одиночного мениска, обращенного вогнутостью к пространству предметов, второй - одиночный положительный компонент, третий двускленный из положительной и отрицательной линз, четвертый одиночный положительный компонент, и пятый отрицательный, двускленный из положительной и отрицательной линз и обращенный вогнутостью к пространству изображений.
Он имеет высокий уровень коррекции аберраций по всему полю зрения, но переднее рабочее расстояние слишком мало, и не позволяет работать с кюветами в проходящем свете и с манипуляторами в отраженном, имеет недостаточно высокую входную апертуру.
Основной задачей, на решение которой направлено изобретение, является увеличение рабочего расстояния для обеспечения возможности работы с кюветами и манипуляторами, а также увеличение входной числовой апертуры при сохранении планапохроматической коррекции.
Поставленная задача решается с помощью предложенного планапохроматического высокоапертурного микрообъектива с большим рабочим расстоянием, который, как и прототип, содержит последовательно расположенные пять компонентов, первый из которых выполнен в виде мениска, обращенного вогнутостью к пространству предметов, второй и четвертый положительные компоненты, третий компонент выполнен двусклеенным и пятый компонент.
В отличие от прототипа, 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, и положительной двояковыпуклой линзы, а пятый компонент выполнен из одиночной отрицательной двояковогнутой линзы и двух менисков, обращенных вогнутостью к пространству предметов.
d
d
d
При этом коэффициент дисперсии ν положительных линз второго и третьего компонентов и мениска, расположенного за двояковогнутой отрицательной линзой в пятом компоненте ν≥70, а отрицательный мениск склеенной линзы третьего и двояковогнутая отрицательная линза пятого компонентов имеют коэффициент дисперсии 42≤ν≤48.
Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что выполнение второго компонента двускленным, третьего склеенным из отрицательного мениска и положительной двояковыпуклой линзы, пятого - из трех одиночных линз, а также приведенный выше выбор коэффициентов дисперсии, позволили значительно увеличить рабочий передний отрезок (примерно в два раза), при этом обеспечить возможность работы с кюветами, а также с манипуляторами, сохранив планапохроматическую коррекцию, и увеличить входную апертуру, примерно в 1.1 раза.
На основании изложенного можно сделать вывод, что новая совокупность существенных признаков заявляемого изобретения позволила получить технический результат, заключающийся в увеличении свободного рабочего расстояния, в результате чего осуществляется возможность работы с кюветами и манипуляторами, в 1.1 раза увеличена входная апертура, при этом сохранена планапохроматическая коррекция, благодаря которой одновременно осуществляется наблюдение всего поля зрения.
Предлагаемый планапохроматический высокоапертурный микрообъектив с большим рабочим расстоянием поясняется чертежом, на котором представлена его оптическая схема, а также Приложением, в котором даны конструктивные параметры и аберрационные выпуски.
Заявляемый планахроматический высокоапертурный микрообъектив с большим рабочим расстоянием содержит пять компонетов I, II, III, IY и Y, первый из которых одиночный мениск 1, обращенный вогнутостью к пространству предметов, второй - двускленный из положительной двояковыпуклой линзы 2 и отрицательного мениска 3, обращенного вогнутостью к пространству предметов, третий - двусклеенная из отрицательного мениска 4, обращенного вогнутостью к пространству изображений, и положительной двояковыпуклой линзы 5, четвертый - одиночный положительный компонент 6, и пятый, состоящий из трех одиночных линз 7, 8 и 9, первая из которых двояковогнутая линза 7, и двух менисков 8 и 9, обращенных вогнутостью к пространству предметов.
d
d
d
Коэффициент дисперсии ν положительных линз 2 и 5 второго II и третьего III компонентов и мениска 8, расположенного за двояковогнутой отрицательной линзой 7 в пятом компоненте Y ν≥70, а отрицательный мениск 4 склеенной линзы третьего III и двояковогнутая отрицательная линза 7 пятого Y компонентов имеют коэффициент дисперсии 42≤ν≤48.
Предлагаемый объектив работает следующим образом.
Объектив работает с тубусной линзой f'=160 мм.
Лучи от объекта наблюдения, расположенного в передней фокальной плоскости микрообъектива, проходят через одиночный мениск 1 первого компонента I и склеенную положительную двяковыпуклую линзу 2 и отрицательный мениск 3 второго компонента II, образуя мнимое изображение, внося отрицательные сферическую аберрацию, кому, положительный астигматизм и кривизну, далее третий компонент III, склеенный из отрицательного мениска 4, обращенного вогнутостью в пространство изображений, и двояковыпуклой положительной линзы 5, образует действительное изображение объекта, внося отрицательные сферическую аберрацию и хроматизм увеличения, переисправляя кому и астигматизм и кривизну. Четвертый компонент IY, состоящий из положительной двояковыпуклой линзы 6, переносит изображение объекта в переднюю фокальную плоскость пятого компонента Y, внося положительную дисторсию и отрицательный хроматизм увеличения, и далее пятый компонент Y, состоящий из двояковогнутой линзы 7 и двух одиночных менисков 8 и 9, обращенных вогнутостью к пространству предметов, переносит изображение объекта в бесконечность, образуя планапохроматическое изображение объекта.
х
По предложенной схеме реализован микрообъектив с увелчением 10, числовой апертурой 0.38, линейным полем изображения 25 мм и рабочим расстоянием 4.67 мм.
В таблице 1 представлено число Штреля, характеризующее качество изображения объектива для приведенных относительных значений величин изображения.
Таблица 1
Отн. значение величины изображения
Число Штреля
1
0.51
0.866
0.65
0.707
0.71
0.5
0.83
0
0.93
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. SU, авторское свидетельство №1580309, МПК: G02B 21/02, 1990 г.
2. RU, авторское свидетельство №2195008, МПК: G02B 21/02, 2002 г. - прототип.