ПЛАНАПОХРОМАТИЧЕСКИЙ СВЕТОСИЛЬНЫЙ МИКРООБЪЕКТИВ БОЛЬШОГО УВЕЛИЧЕНИЯ

Предполагаемая полезная модель относится к области микроскопии и может быть использована в микроскопах для визуального наблюдения и фотографирования оптических объектов в обычном свете и свете их собственной люминесценции.
Известен объектив микроскопа [1], содержащий шесть компонентов (двенадцать линз), первый из которых положительный мениск, обращенный вогнутостью к объекту, второй выполнен в виде положительной линзы, склеенной из отрицательной и положительной линз, третий - трехсклеенная линза, состоящая из двух положительных с заключенной между ними отрицательной, четвертый, пятый и шестой компоненты выполнены каждый в виде двусклеенных линз, состоящих из двояковыпуклой и отрицательной.
К недостаткам следует отнести:
- недостаточную выходную апертуру;
- недостаточное исправление кривизны поля;
- недоисправленный хроматизм увеличения (ХРУ).
Для визуального наблюдения, фотографирования и фотометрического исследования малоконтрастных слабо люминесцирующих объектов с возможностью фотографирования требуются высокоапертурные микрообъективы с хорошо исправленными моно и хроматическими аберрациями в центре и полю зрения. Стекла объектива должны быть слабо люминесцирующими (их состав очень ограничен), для увеличения входной (выходной) апертуры наилучшей слабо люминесцирующей иммерсией является вода.
Наиболее близким техническим решением к заявляемой полезной модели является планапохроматический светосильный микрообъектив [2], состоящий из шести компонентов (двенадцать линз), первый из которых представляет собой положительный мениск, обращенный вогнутостью к объекту, второй положительный компонент, выполненный склеенным из отрицательной менискообразной и положительной двояковыпуклой линз, третий компонент выполнен трехсклеенным из двух положительных двояковыпуклых линз и заключенной между ними отрицательной, и далее последовательно четвертый, пятый и шестой компоненты, представляющие собой склейки из двояковыпуклой и отрицательной линз.
Достоинствами его являются высокая входная апертура, водная иммерсия, хорошо исправленные аберрации в центре поля и отсутствие хроматизма увеличения.
Однако объектив обладает следующими недостатками:
- большим остаточным астигматизмом и кривизной изображения, вследствие чего качество изображения быстро ухудшается от центра к краю;
- длиной тубуса 160 мм, ограничивающей, а порой делающей невозможным его применение в современных моделях микроскопов;
- наличием тройной склейки, сложной в изготовлении в условиях крупносерийного производства;
- малым значением переднего отрезка.
Современные модели микроскопов требуют комплектации высокоапертурными планапохроматическми микрообъективами, которые имеют улучшенную коррекцию полевых монохроматических и хроматических аберраций.
Основной задачей, на решение которой направлена полезная модель, является улучшение моно и хроматических аберраций внеосевых пучков, уменьшение астигматизма и кривизны изображения, а также
увеличение переднего отрезка и обеспечение длины тубуса -«бесконечность».
Для решения поставленной задачи предлагается планапохроматический светосильный микрообъектив большого увеличения, который, как и прототип, содержит шесть компонентов, первый из которых выполнен в виде мениска, обращенного вогнутостью к объекту, второй положительный компонент, склеенный из отрицательной и двояковыпуклой линз, третий склеенный компонент, четвертый компонент, склеенный из двояковыпуклой и отрицательной линз, пятый компонент и шестой компонент, выполненный склеенным из положительной и отрицательной линз.
В отличие от прототипа мениск первого компонента выполнен склеенным из двух линз, третий компонент выполнен из одиночной двояковыпуклой и двусклеенной из отрицательной двояковогнутой и положительной двояковыпуклой линз, а пятый компонент выполнен в виде одиночной положительной двояковыпуклой линзы.
Кроме того, положительная и отрицательная линзы шестого компонента склеены между собой плоскими поверхностями.
Сущность предлагаемой полезной модели заключается в том, что такое выполнение микрообъектива позволяет улучшить коррекцию моно и хроматичесчких аберраций внеосевых пучков, уменьшить астигматизм и кривизну изображения, увеличить передний отрезок и обеспечить тубус «бесконечность, при этом отсутствует хроматизм увеличения.
Кроме того, микрообъектив не содержит трехсклеенной линзы, что весьма существенно в условиях крупного серийного производства, при этом стекла, из которых выполнен объектив, являются слабо люминесцирующими.
Предлагаемый планапохроматический светосильный микрообъектив большого увеличения поясняется чертежом, на котором на фиг.1 представлена его оптическая схема, а также приложением, в
котором даны конструктивные параметры и аберрационные характеристики.
Заявляемый планапохроматический светосильный микрообъектив большого увеличения содержит расположенные по ходу луча первый склеенный компонент I, состоящий из положительного 1 и отрицательного 2 менисков, обращенных вогнутостью к пространству объекта, второй компонент II, склеенный из отрицательного мениска 3, обращенного вогнутостью к пространству изображений, и двояковыпуклой положительной линзы 4, третий компонент III, состоящий из одиночной положительной двояковыпуклой линзы 5 и склеенной из отрицательной двояковогнутой 6 и положительной двояковыпуклой 7 линз, четвертый положительный компонент IY, склеенный из положительной двояковыпуклой линзы 8 и отрицательной линзы 9. Пятый компонент V выполнен в виде одиночной положительной линзы 10, шестой компонент VI выполнен склеенным из положительной 11 и отрицательной 12 линз.
Кроме того, положительная 11 и отрицательная 12 линзы шестого компонента склеены между собой плоскими поверхностями.
Предлагаемый микрообъектив работает следующим образом.
Лучи от объекта наблюдения, расположенного в передней фокальной плоскости объектива, проходят через компонент I (линзы 1 и 2), образуя мнимое изображение, внося хроматизм увеличения ( ХРУ) и сферохроматические аберрации.
Компонент II (линзы 3 и 4) формируют также мнимое изображение, внося небольшой астигматизм и кривизну, переисправляя сферохроматические аберрации.
Далее компонент III (линзы 5, 6 и 7) также образуют мнимое изображение объекта, увеличивая ХРУ, частично исправляя сферохроматизм.
Компонент IY (линзы 8 и 9) создает мнимое изображение, внося большой астигматизм, кривизну, увеличивая ХРУ и переисправляя сферохроматизм.
Компоненты Y и YI (линзы 10, 11 и 12) исправляют сферохроматические аберрации осевого и внеосевых пучков, астигматизм, кривизну и ХРУ, образуя планапохроматическое изображение объекта в "бесконечности".
х
По предложенной схеме реализован микрообъектив с увеличением 63 и числовой апертурой 1,2, работающий с водной иммерсией.
По сравнению с прототипом передний отрезок увеличен с 0,26 мм до 0,354 мм, объектив работает с тубусом «бесконечность». Все стекла объектива слабо люминесцирующие, что позволяет использовать его в люминесцентных микроскопах.
В микрообъективе достигнут высокий уровень коррекции:
волновые аберрации для точки на оси составляют (0,044 -0,47) λ в диапазоне от линий q до С', хроматическая разность увеличений отсутствует.
m
s
В таблице 1 приведены астигматические отрезки и астигматизм заявляемой полезной модели и прототипа Z' и Z'.
Таблица 1
№
Z'<sub>m</sub>, MM
Астигматизм,
Z'<sub>s</sub>, мм
MM
Заявляемая
Прототип
Заявляемая
Прототип
Заявляемая
Прототип
полезная
Полезная
Полезная
модель
модель
модель
1
-0,263
5,346
2,274
9,26
-2,527
-3,914
2
-0,262
4,133
1,4
6,06
-1,67
-1,929
3
-0,197
3,588
1,088
4,685
-1,285
-1,099
4
-0,099
2,66
0,561
2,43
-0,66
0,229
В таблице 2 приведены значения числа Штреля в плоскости Гаусса (ПГ) и плоскости наилучшей установки (ПНУ) ΔS' от плоскости Гаусса.
Таблица 2
ПГ
ПНУ
№
Заявляемая Полезная модель
Прототип
Заявляемая Полезная модель
Прототип
ΔS' (мм)
ΔS' (мм)
0
0,93
0,91
0
0,93
-0,3
0,93
1
0,13
0,03
-3
0,37
-6,7
0,06
2
0,26
0,03
-2,2
0,56
-4
0,11
3
0,39
0,03
-1,5
0,63
-3
0,15
4
0,7
0,14
-0,5
0,78
-1
0,2
Из таблиц 1 и 2 видно, что астигматизм в заявляемой полезной модели примерно в 4 раза ниже, чем в прототипе, а кривизна изображения ниже примерно в 2 раза, при этом в плоскости Гаусса в заявляемой полезной модели число Штреля на середине поля не меньше 0,7, а в прототипе -0,14 при том же количестве компонентов и линз.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. США, патент №4505553, МПК: G 02 В 9/62, 1985 г.
2. Российская Федерация, патент №2082196, МПК: G 02 В 21/02, 1997 г. - прототип