светосильный планахроматический микрообъектив среднего увеличения

Формула изобретения

Светосильный планахроматический микрообъектив среднего увеличения, содержащий последовательно расположенные вдоль оптической оси пять компонентов, первый из которых представляет собой одиночный положительный мениск, обращенный вогнутостью к пространству предметов, второй - двусклеенный из отрицательной и положительной линз, третий - трехсклеенный из двух положительных с заключенной между ними отрицательной линз, двусклеенный четвертый компонент и пятый компонент, выполненный в виде склеенного из положительной и отрицательной линз мениска, обращенного вогнутостью к пространству изображений, отличающийся тем, что четвертый компонент выполнен склеенным из двух менисков, обращенных вогнутостью к пространству предметов, а положительная линза пятого компонента выполнена двояковыпуклой или в виде мениска, обращенного вогнутостью к пространству изображений.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к оптике и может быть использовано при конструировании микрообъективов с большими значениями входных числовых апертур. При этом выходные апертуры определяют светосилу микрообъектива и оптической системы микроскопа в целом. Такие объективы комплектуют наиболее сложные модели микроскопов типа "БИМАМ", "ЛЮМАМ", "БИОЛАМ".

Известно, что в микроскопии с понятием числовой апертуры связано значение синуса угла падающих лучей с оптической осью [1]. При этом светосила объектива пропорциональна четвертой степени выходной апертуры. Числовое значение выходной апертуры определяется арифметическим делением входной апертуры объектива на его увеличение. Создание светосильных микрообъективов является весьма актуальной задачей, т.к. их отличают трудности аберрационной коррекции при проектировании. Особенно это касается светосильных объективов с планахроматической и планапохроматической коррекцией. Из известных отечественных объективов с подобной коррекцией ни один не обладает аберрационной коррекцией, отвечающей современным требованиям к качеству изображения.

Объективы ОС-4, ОМ-16 [1], выпускаемые на ЛОМО, не отвечают даже общепринятому критерию Релея, их волновые аберрации для осевых точек предмета превышают 5 - 10L для апертур 0,8-0,85.

Кроме того, в них значительна хроматическая разность увеличения".

Несколько лучше исправление монохроматических аберраций осевой точки имеет объектив [2], имеющий увеличение 60 и апертуру 0,9. В нем достаточно хорошо исправлены хроматические аберрации осевого и внеосевых пучков.

Все эти недостатки существенно снижают информационную емкость микрообъективов, а также производительность работ на микроскопе [2].

Известны также микрообъективы [3] и [4], имеющие высокий уровень аберрационной коррекции, однако их отличает чрезвычайная сложность конструкции, обусловливает низкую технологичность при изготовлении и также низкое светопропускание. Кроме того, они не отвечают современным требованиям по унификации габаритных и аберрационных характеристик.

Наиболее близким к предлагаемому решению по числу общих существенных признаков является объектив микроскопа [5], который содержит последовательно расположенные вдоль оптической оси первый компонент - одиночный положительный мениск, обращенный вогнутостью к пространству предметов, второй компонент, двусклеенный из отрицательной и положительной линз, третий компонент, трехсклеенный из двух положительных с заключенной между ними отрицательной линзой, двусклеенный четвертый компонент и пятый компонент, выполненный в виде склеенного из положительной двояковыпуклой и отрицательной линз мениска, обращенного вогнутостью к пространству изображений.

Этот объектив выбран в качестве прототипа. Он имеет достаточно высокий уровень аберрационной коррекции в изображении осевых и внеосевых точек предмета. Его конструкция достаточно технологична.

Однако конструкция этого объектива не позволяет сделать его светосильным. Он имеет традиционные соотношения линейного увеличения, входной и выходной апертур (максимально достижимая выходная апертура не превышает 0,015, 0,17), что не позволяет рекомендовать его для использования при комплектации сложных специализированных микроскопов.

Вместе с тем, в настоящее время для комплектации подобных микроскопов требуются микрообъективы с максимально возможными выходными апертурами. Подобные объективы должны соответствовать современным требованиям по качеству изображения. Выполнение указанных требований обусловливает повышение информационной емкости, которая зависит от апертуры (разрешающей способности) и резкости наблюдаемого без перефокусировки поля зрения.

Основной задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является получение светосильного микрообъектива среднего увеличения за счет повышения выходной апертуры при сохранении высокого качества изображения и при сравнительно простой и технологичной конструкции.

Предлагаемый светосильный планахроматический микрообъектив среднего увеличения, как и прототип, содержит последовательно расположенные вдоль оптической оси пять компонентов, первый из которых представляет собой одиночный положительный мениск, обращенный вогнутостью к пространству предметов, второй - двусклеенный из отрицательной и положительной линз, третий - трехсклеенный из двух положительных с заключенной между ними отрицательной линзой, двусклеенный четвертый компонент и пятый компонент, выполненный в виде склеенного из положительной и отрицательной линз мениска, обращенного вогнутостью к пространству изображений.

Однако в отличии от прототипа четвертый компонент выполнен склеенным из двух менисков, обращенных вогнутостью к пространству предметов, а положительная линза пятого компонента выполнена двояковыпуклой или в виде мениска, обращенного вогнутостью к пространству изображений.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что использование в качестве первого компонента одиночной положительной менискообразной линзы позволяет снизить апертуру без внесения значительных монохроматических и хроматических аберраций.

Выполнение второго компонента в виде склейки из отрицательной и положительной линз способствует исправлению в объективе хроматических аберраций.

Выполнение третьего компонента трехсклеенным из двух положительных линз с заключенной между ними отрицательной линзой позволяет оптимально исправить монохроматические аберрации высших порядков, а также сферохроматизм, нелинейно возрастающие при увеличении апертуры.

Выполнение четвертого компонента склеенным из двух менисков, обращенных вогнутостью к пространству предметов, позволяет уменьшить влияние сферической и сферохроматической аберраций при увеличении выходной апертуры, а выполнение положительной линзы пятого компонента двояковыпуклой или в виде мениска, обращенного вогнутостью к пространству изображений, позволяет усилить этот эффект, облегчить задачу аберрационной коррекции при увеличенной апертуре, т.к. пятый компонент является отрицательным по отношению к предшествующим и вносит аберрации, противоположные до знаку.

На основании изложенного можно сделать вывод, что, используя преимущества оптической схемы прототипа, предлагаемый микрообъектив позволяет их усилить. Кроме того, за счет использования совокупности свойств известных и вновь используемых компонентов, а также их взаимного расположения и выполнения установленных соотношений в данном объективе удалось получить недостигнутый ранее технический результат, а именно возможность повышения выходной апертуры, т. е. получения светосильного микрообъектива среднего увеличения при сохранении высокого качества изображения при сравнительно простой конструкции, обеспечивающей высокое пропускание, требуемую серийноспособность при изготовлении.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежом, на котором на фиг. 1 представлена принципиальная схема объектива, а также "ПРИЛОЖЕНИЕМ", в котором представлены конструктивные параметры и таблицы характеристик качества изображения одного из параметров конкретного выполнения.

Заявляемый микрообъектив содержит пять компонентов, расположенных вдоль оптической оси.

Первый компонент 1 представляет собой одиночный положительный мениск, обращенный вогнутостью к пространству предметов. Второй компонент 2 выполнен двусклеенным из отрицательной и положительной линз. Третий компонент 3 - трехсклеенный, состоит из двух положительных с заключенной между ними отрицательной линзой. Четвертый компонент 4 выполнен склеенным из двух менисков, обращенных вогнутостью к пространству предметов. Пятый компонент 5 склеен из положительной и отрицательной линз мениска, обращенного вогнутостью к пространству изображений. Положительная линза пятого компонента выполнена двояковыпуклой или в виде мениска, обращенного вогнутостью к пространству изображений.

Предлагаемый микрообъектив работает следующим образом.

Снижая входную апертуру, компонент 1 строит увеличенное мнимое изображение предмета с уменьшенными монохроматическими и хроматическими аберрациями осевой точки недоисправленными значениями аберраций внеосевых точек предмета. Положительный компонент 2, представляющий собой склейку из отрицательной и положительной линз, трехсклеенный компонент 3, состоящий из отрицательной линзы, заключенной между двумя положительными, а также компонент 4, склеенный из двух менисковых линз, обращенных вогнутостью к пространству предметов, строят действительное увеличенное изображение в передней фокальной плоскости компонента 5, частично компенсируя отрицательную сферическую аберрацию, хроматизм положения, сферохроматизм, вторичный спектр и др., вносимые предшествующими компонентами. Последний компонент строит изображение в "бесконечности", компенсируя остаточные монохроматические и хроматические аберрации третьих порядков.

Использование всех перечисленных признаков в рамках одной конструкции позволяет достигнуть предельных входных и выходных апертур при сохранении высокого уровня аберрационной коррекции.

При использовании заявленного изобретения были рассчитаны светосильные микрообъективы с увеличением 32 крата с апертурой 0,85. При этом по сравнению с прототипом выходная апертура повышена в 1,56 раза, светосила - в 6 раз, информационная емкость - в 2,5 раза.

Предлагаемое техническое решение позволяет реализовать в микрообъективах следующие дополнительные возможности: положение изображения выходного зрачка унифицировано относительно опорной плоскости, что дает возможность применения специальных методов исследования; объектив стандартизирован по высоте. Применение бесконечной длины тубуса позволяет использовать его на одном револьвере с другими, имеющими иной тип оптической коррекции.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Вычислительная оптика. Справочник под редакцией М.М.Русинова, Ленинград, Машиностроение, 1984.

2. Авторское свидетельство СССР N 201709, М.кл. 42 h 3/01, G 02 d, 1967.

3. Патент Японии N 60-32855, М.кл. G 02 В 21/02.

4. Авторское свидетельство СССР N 1509800, М.кл. G 02 B 21/02, 1989.

5. Авторское свидетельство СССР N 1485184, М.кл. G 02 B 21/02, 1989 - прототип.