Ахроматический объектив микроскопа

Ахроматический объектив микроскопа

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Предлагаемое изобретение относится к оптике и может быть использовано при конструировании микрообъективов с ахроматической коррекцией для комплектации крупносерийных микроскопов типа «МИКМЕД-1», «МИКМЕД-2», «ЛЮМАМ».

В настоящее время существует устойчивая тенденция к повышению информативности и производительности работ на микроскопе, для чего разработчики микрообъективов следуют по пути улучшения качества аберрационной коррекции за счет уменьшения значений аберраций внеосевых пучков. Ведутся работы по снижению в микрообъективах остаточной хроматической разности увеличении (ХРУ). Это необходимо для уменьшения окрашенности промежуточного изображения при использовании методов микроскопических исследований, требующих размещения в этой плоскости специальных сеток, шкал, препаратов и т.п.

Известны микрообъективы, выпускаемые отечественной промышленностью (ОМ-27, ОМ-41 и др.) [1]. Эти объективы, имеющие удовлетворительное качество изображения осевой точки предмета, не отвечают современным требованиям по качеству изображения внеосевых точек поля зрения. Характерной особенностью указанных объективов является наличие значительной остаточной ХРУ, что не позволяет получить увеличенное до значения 20 мм окулярное поле зрения, т.к. разработка простого по конструкции окуляра с постоянной по полю компенсационной ХРУ весьма затруднительна.

Этот недостаток совместно с большими значениями меридиональной и сагиттальной кривизны изображения снижает информационную емкость на микроскопе: Q=d²S, где d - разрешающая способность объектива, S - площадь наблюдения без перефокусировки.

Известны микрообъективы с практически исправленной ХРУ, однако они имеют иной тип оптической коррекции, имеют сложную конструкцию, не пригодную для крупносерийного производства. Известен объектив, в котором снижена ХРУ [2]. Однако и в этом случае наблюдается окрашивание изображения в промежуточной плоскости микроскопа.

Указанные недостатки приводят к снижению информационной емкости на микроскопе и не позволяют повысить производительность исследований.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому ахроматическому объективу микроскопа является известный объектив [3], имеющий простую конструкцию, пригодную для крупносерийного производства. Он содержит два компонента, первый из которых представляет собой сочетание N положительных одиночных линз, а второй - ахроматическая линза с одной поверхностью склейки, обращенной к пространству предметов либо изображений. Он выбран в качестве прототипа. Такая оптическая конструкция позволяет провести расчет комплекта ахроматических микрообъективов с числовыми апертурами от 0.1 до 1.30 ми (масляная иммерсия). Однако недостаточная коррекция хроматических и монохроматических аберраций внеосевых пучков, в первую очередь ХРУ, ухудшает потребительские свойства объективов, т.к. при использовании их при работе на микроскопе затруднительно получить линейное поле больше, чем 18 мм. Это обусловливает пониженную информационную емкость.

Основной задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является повышение информационной емкости путем увеличения полезного поля зрения, наблюдаемого без перефокусировки за счет улучшения аберрационной коррекции внеосевых пучков. Кроме того, предлагаемая оптическая конструкция должна обеспечить возможность проведения расчета комплекта ахроматических микрообъективов с числовыми апертурами от 0.1 до 1.30 ми.

Поставленная задача достигается с помощью ахроматического объектива микроскопа, содержащего, как и прототип, два компонента, первый из которых представляет собой сочетание N положительных одиночных линз, а второй - ахроматическая линза с одной поверхностью склейки, обращенной к пространству предметов либо изображений. Однако в отличие от прототипа в конструкцию предлагаемого объектива дополнительно введен расположенный за вторым третий компонент, выполненный в виде одиночного мениска, обращенного вогнутостью к пространству изображений, причем отношение радиусов мениска определяется соотношением:

С целью оптимизации оптических конструкций объективов количество N первых компонентов может выбираться от 0 до 3-х в зависимости от числовой апертуры объектива А_об и значения линейного увеличения объектива V_об и определяется выражением вида:

, (где , f'_об - фокусное расстояние объектива, f'_тл - фокусное расстояние тубусной линзы).

Совокупность перечисленных признаков позволяет решить комплексную задачу - обеспечение в рамках единой конструкции возможности проведения расчета комплекта ахроматических микрообъективов с числовыми апертурами от 0.1 до 1.30 ми с увеличенной за счет снижения ХРУ информационной емкостью.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что такая конструкция позволяет обеспечить в рамках единой оптической схемы все возможные значения входных числовых апертур и линейных увеличении микрообъективов. При этом их аберрационная коррекция соответствует современным тенденциям по исправлению аберраций осевого и внеосевых пучков.

Выполнение первого компонента в виде одиночных положительных линз позволяет оптимальным образом исправить монохроматические аберрации осевого и внеосевых пучков. Выбор числа N первых компонентов от 0 до 3-х в зависимости от числовой апертуры объектива А_об и значения линейного увеличения объектива V_об исходя из выражения: позволяет проводить коррекцию в объективах с различными входными числовыми апертурами и линейными увеличениями. Выполнение второго компонента указанным образом позволяет оптимально корригировать хроматические аберрации осевого пучка. Введение в оптическую схему третьего компонента и выполнение его в виде одиночного мениска, обращенного вогнутостью к пространству изображений, при соотношении радиусов , позволяет оптимальным образом исправить в объективе хроматические и монохроматические аберрации внеосевых пучков, в первую очередь устранить либо снизить ХРУ, повысить информационную емкость при исследованиях на микроскопе.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежом, на котором представлена оптическая схема заявляемого объектива, а также "Приложением", в котором приведены конструктивные параметры объективов во всех вариантах, отличительные признаки которых указаны в формуле.

Заявляемый ахроматический объектив микроскопа содержит первый компонент 1, который представляет собой сочетание N положительных одиночных линз, второй компонент 2 - ахроматическая линза с одной поверхностью склейки, обращенной к пространству предметов либо изображений, третий компонент 3, выполненный в виде одиночного мениска, обращенного вогнутостью к пространству изображений.

Объектив работает следующим образом. Первый компонент 1 строит увеличенное мнимое изображение объекта с уменьшенными значениями аберраций осевой точки. Компонент 2 совместно с компонентом 3 строят в бесконечности изображение объекта. Оно фокусируется тубусной линзой.

В примерах конкретного исполнения получены объективы: 5×0.10, 10×0.25, 40×0.65 и 125×1.30 ми во всех вариантах, отличительные признаки которых указаны в формуле, с линейным полем 20 мм в пространстве изображений. При этом ХРУ либо исправлена, либо значительно снижена, информационная емкость повышена в сравнении с аналогами и прототипом примерно в 1.5-1.7 раза.

Литература

1. ТУЗ-3.870-83. Объективы для микроскопии, ЛОМО.

2. А.С. СССР 1451639, М.Кл. G02B 21/02.

3. Патент России 2158432, М.Кл. G02B 21/02 - прототип.

Приложение

КОНСТРУКТИВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ АХРОМАТИЧЕСКОГО ОБЪЕКТИВА МИКРОСКОПА 5×0.10
№ пов.	Радиусы кривизны	Осевые расстояния	Марки стекол	Показатели преломления
λ=0.5461	λ=0.6438	λ=0.48
			воздух
1	0	0.17	К14	1.516805	1.512599	1.521153
2	0	33.0	воздух
3	26.69	1.2	ТФ5	1.761713	1.748559	1.776433
4	12.76	3.6	К8	1.518296	1.514293	1.522406
5	-27.84
		0.5	воздух
6	12.70	2.5	ТФ5	1.761713	1.748559	1.776433
7	11.87

№ пов.	Радиусы кривизны	Осевые расстояния	Марки стекол	Показатели преломления
λ=0.5461	λ=0.6438	λ=0.48
			воздух
1	0	0.17	К14	1.516805	1.512599	1.521153
2	0	33.0	воздух
3	48.14	3.6	К8	1.518296	1.514293	1.522406
4	-10.651	1.2	ТФ5	1.761713	1.748559	1.776433
5	-18.054
		0.5	воздух
6	10.829	2.5	ТФ5	1.761713	1.748559	1.776433
7	9.462

КОНСТРУКТИВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ АХРОМАТИЧЕСКОГО ОБЪЕКТИВА МИКРОСКОПА 10×0.25
№ пов.	Радиусы кривизны	Осевые расстояния	Марки стекол	Показатели преломления
λ=0.5461	λ=0.6438	λ=0.48
			воздух
1	0	0.17	К14	1.516805	1.512599	1.521153
2	0	12.0	воздух
3	43.633	3.0	К8	1.518296	1.514293	1.522406
4	-18.417
		10.0	воздух
5	18.323	1.2	ТФ5	1.761713	1.748559	1.776433
6	8.268	3.6	К8	1.518296	1.514293	1.522406
7	-41.49
		0.5	воздух
8	7.16	2.5	ТФ5	1.761713	1.748559	1.776433
9	6.085

№ пов.	Радиусы кривизны	Осевые расстояния	Марки стекол	Показатели преломления
λ=0.5461	λ=0.6438	λ=0.48
			воздух
1	0	0.17	К14	1.516805	1.512599	1.521153
2	0	12.0	воздух
3	28.636	3.0	К8	1.518296	1.514293	1.522406
4	-20.39
		10.0	воздух
5	35.98	3.6	К8	1.518296	1.514293	1.522406
6	-8.55	1.2	ТФ5	1.761713	1.748559	1.776433
7	-19.29
		0.5	воздух
8	7.276	2.5	ТФ5	1.761713	1.748559	1.776433
9	6.023

КОНСТРУКТИВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ АХРОМАТИЧЕСКОГО ОБЪЕКТИВА МИКРОСКОПА 40×0.65
№ пов.	Радиусы кривизны	Осевые расстояния	Марки стекол	Показатели преломления
λ=0.5461	λ=0.6438	λ=0.48
			воздух
1	0	0.17	К14	1.516805	1.512599	1.521153
2	0	0.45	воздух
3	0	4.44	К8	1.518296	1.514293	1.522406
4	-3.571
		0.1	воздух
5	35.02	2.0	К8	1.518296	1.514293	1.522406
6	-6.206
		0.1	воздух
7	59.09	1.0	ТФ5	1.761713	1.748559	1.776433
8	4.869	3.9	К8	1.518296	1.514293	1.522406
9	-9.84
		12.0	воздух
10	5.334	2.0	ТФ5	1.761713	1.748559	1.776433
11	4.449

№ пов.	Радиусы кривизны	Осевые расстояния	Марки стекол	Показатели преломления
λ=0.5461	λ=0.6438	λ=0.48
			воздух
1	0	0.17	К14	1.516805	1.512599	1.521153
2	0	0.45	воздух
3	0	5.78	К8	1.518296	1.514293	1.522406
4	-3.988
		0.1	воздух
5	63.84	2.0	К8	1.518296	1.514293	1.522406
6	-6.274
		0.1	воздух
7	46.86	3.9	К8	1.518296	1.514293	1.522406
8	-4.497	1.0	ТФ5	1.761713	1.748559	1.776433
9	-18.741
		12.0	воздух
10	5.307	2.0	ТФ5	1.761713	1.748559	1.776433
11	4.381

КОНСТРУКТИВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ АХРОМАТИЧЕСКОГО ОБЪЕКТИВА МИКРОСКОПА 125×1.30 ми
№ пов.	Радиусы кривизны	Осевые расстояния	Марки стекол	Показатели преломления
λ=0.5461	λ=0.6438	λ=0.48
			кедр. масло	1.517548	1.512220	1.523018
1	0	0.17	К14	1.516805	1.512599	1.521153
2	0	0.1157	кедр. масло
				1.517548	1.512220	1.523018
3	0	1.15	К8	1.518296	1.514293	1.522406
4	-0.8954
		0.1	воздух
5	-7.008	1.7	флюорит	1.434959	1.432707	1.437295
6	-2.462
		0.1	воздух
7	8.327	2.3	флюорит	1.434959	1.432707	1.437295
8	-6.225
		0.3	воздух
9	12.157	1.0	ТФ5	1.761713	1.748559	1.776433
10	3.432	3.0	флюорит	1.434959	1.432707	1.437295
11	-11.455
		19.5	воздух
12	4.986	3.4	ТФ5	1.761713	1.748559	1.776433
13	3.418

№ пов.	Радиусы кривизны	Осевые расстояния	Марки стекол	Показатели преломления
λ=0.5461	λ=0.6438	λ=0.48
			кедр. масло	1.517548	1.512220	1.523018
1	0	0.17	К14	1.516805	1.512599	1.521153
2	0	0.1157	кедр. масло
				1.517548	1.512220	1.523018
3	0	1.15	К8	1.518296	1.514293	1.522406
4	-0.8954
		0.1	воздух
5	-3.028	1.7	флюорит	1.434959	1.432707	1.437295
6	-2.205
		0.1	воздух
7	12.568	2.3	флюорит	1.434959	1.432707	1.437295
8	-4.749
		0.3	воздух
9	16.237	3.0	флюорит	1.434959	1.432707	1.437295
10	-3.575	1.0	ТФ5	1.761713	1.748559	1.776433
11	-10.714
		19.5	воздух
12	5.124	3.4	ТФ5	1.761713	1.748559	1.776433
13	3.468

Ахроматический объектив микроскопа, содержащий три компонента, первый из которых представляет собой сочетание N положительных одиночных линз, а второй - ахроматическая линза с одной поверхностью склейки, обращенной к пространству предметов либо изображений, третий компонент расположен за вторым компонентом и выполнен в виде одиночного мениска, обращенного вогнутостью к пространству изображений, количество N первых компонентов может быть от 0 до 3 в зависимости от числовой апертуры объектива А_об и значения линейного увеличения объектива V_об, отличающийся тем, что отношение радиусов мениска определяется соотношением

количество N первых компонентов определяется выражением вида

где

f'_об - фокусное расстояние объектива, f'_тл - фокусное расстояние тубусной линзы.