планахроматический микрообъектив большого увеличения

Формула изобретения

Планахроматический микрообъектив большого увеличения, содержащий два компонента, первый из которых включает одиночную положительную линзу, двусклеенную из отрицательной и положительной линз, и одиночную положительную линзу, второй представляет собой двусклеенную линзу, отличающийся тем, что второй компонент состоит из двояковыпуклой положительной и менискообразной отрицательной линз, а за ним дополнительно введен третий компонент, выполненный в виде склейки из положительной и двояковогнутой отрицательной линз, причем в объективе выполняются соотношения



где _I коэффициент дисперсии оптических материалов положительных линз I-го, II-го и отрицательной линзы III-го компонентов;

_II коэффициент дисперсии оптических материалов отрицательных линз I-го, II-го и положительной линзы III-го компонентов.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к микроскопии и может быть использовано в микроскопах проходящего и отраженного света для измерения, исследования и фотографирования особо тонких топографических структур в светлом поле при оценке качества изготовления и аттестации в условиях промышленного производства изделий микроэлектpоники, а также при исследовании углей и шлифов в поляризационной микроскопии и биологических объектов без покровного стекла.

Известны отечественные объективы, выпускаемые ЛОМО (1). Они используются в микроскопах отраженного и проходящего света и имеют удовлетворительное качество изображения. Однако нестандартная высота (94 мм вместо общепринятой 45 мм), большие остаточные хроматические (ХРУ=1,3-1,7%) аберрации изображения внеосевых точек объекта, несоответствие ряду стандартных фокусных расстояний делает невозможным их применение во вновь разрабатываемых моделях микроскопов. Кроме того, оптические схемы усложненной оптической конструкции (11 линз) снижают светопропускание микрообъективов.

Известны объективы (2). Они обладают теми же недостатками, хотя и имеют улучшенное качество изображения по полю.

Наиболее близким к предлагаемому является объектив (3). Его оптическая конструкция включает 4 линзы, первая из которых фронтальная одиночная линза, вторая двусклеенный компонент, третья одиночная линза и четвертая - двусклеенный компонент.

Этот микрообъектив выбран в качестве прототипа. Он имеет достаточно высокий уровень коррекции аберраций изображения осевой точки предмета. При этом, однако, он имеет недостаточное исправление монохроматических и хроматических аберраций внеосевых пучков (так, напримеp, ХРУ составляет 1,1-0,8% ), что обусловливает потребность применения дополнительных компенсационных промежуточных систем. Кроме того, его выходные параметры не соответствуют необходимым требованиям, его отличает уменьшенная выходная апертура А=0,85 при увеличении 60^x и ухудшенное качество изображения. Так, остаточная кривизна составляет , а ХРУ составляет 1,3-1,5%

В современных микроскопах проходящего и отраженного света при решении задач анализа и измерения требуется высокий уровень коррекции аберраций по всему полю зрения, окрашенность в промежуточном изображении не допускается, большое увеличение и наибольшая числовая апертура в сухом варианте.

Данный объектив включает два компонента, первый из которых включает одиночную положительную линзу, двусклеенную из отрицательной и положительной линз и одиночную положительную линзу, второй представляет собой двусклеенную линзу.

Однако в отличие от прототипа объектив имеет второй компонент, который состоит из двояковыпуклой положительной и менискообразной отрицательной линз, кроме того, за ним дополнительно введен третий компонент, выполненный в виде склейки из положительной и двояковогнутой отрицательной линз, причем в объективе выполняются соотношения:

,

где _I коэффициент дисперсии оптических материалов положительных линз I-го, II-го и отрицательной линзы III-го компонентов;

_II коэффициент дисперсии оптических материалов отрицательных линз I-го, II-го и положительной линзы III-го компонентов.

Выполнение условий, указанных в отличительной части формулы, позволяет при незначительном усложнении схемы (добавление одного компонента) добиться существенного улучшения качества аберрационной коррекции и повышения информационной емкости. Так, выполнение линз компонентов из материалов с указанными коэффициентами дисперсии позволяет оптимально скорректировать хроматические аберрации положения и сферохроматические. Выполнение второго компонента указанным образом способствует коррекции аберрации вторичного спектра, а также выравниванию аберраций высших порядков. Введение дополнительно в оптическую систему третьего компонента позволяет добиться комплексного исправления монохроматических и хроматических аберраций внеосевых пучков. Кроме того, за счет выполнения третьего компонента указанным образом, появляется дополнительный положительный эффект, выражающийся в повышении линейного увеличения и числовой апертуры объектива.

Таким образом, совокупность перечисленных признаков, позволяет решить комплексную задачу: исправить монохроматические и хроматические аберрации объектива при увеличении числовой апертуры и линейного увеличения и увеличенном рабочем расстоянии, таким образом увеличить информационный объем.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема объектива; на фиг. 2-3 - аберрационные выпуски примеров конкретного исполнения.

Объектив содержит компонент (I), включающий одиночный положительный компонент 1, двусклеенный 2 из отрицательной и положительной линз и одиночную положительную линзу 3, компонент (II), представляющий собой двусклеенную линзу 4, и компонент (III), выполненный в виде склейки 5 из положительной и двояковогнутой отрицательной линз.

Работает объектив с большим увеличением следующим образом. Линзы первого компонента строят увеличенное мнимое изображение объекта с увеличением примерно 6^x. При этом вносится отрицательная сферическая аберрация третьих порядков, кривизна.

Хроматические аберрации также недоисправлены, однако выравнены по высшим порядкам (сферохроматизм отсутствует). Хроматическая разность увеличений снижена за счет склейки до 0,9% Второй компонент "оборачивает" изображение объекта, строя его с увеличением 12^x в передней фокальной плоскости третьего компонента, который "переворачивает" его и строит в "бесконечности", компенсируя остаточные аберрации предыдущих компонентов.

В качестве примера конкретного исполнения представлен объектив 100х/0,90, увеличение которого в 10 раз, а числовая апертура в 2 раза больше, чем у прототипа, количество линз в 1,75-1,25 раз меньше, чем у известных аналогов, при тех же характеристиках, что обеспечивает высокое светопропускание оптической системы и высокую технологичность в условиях серийного производства.

Из материалов, представленных на фиг. 2-3 видно, что микрообъектив с большим увеличением имеет высокую степень аберрационной коррекции по всему полю зрения, при достижении планахроматической коррекции хроматическая разность увеличений в предлагаемом объективе близка к 0, тогда как в прототипе она составляет 0,8%

В результате реализации предложенного технического решения получена конструкция микрообъектива с большим увеличением. Информационная емкость по сравнению с аналогом увеличена в 2 раза, сравнительно эффективность и производительность работ в условиях производственного цикла: исследование, измерение и аттестация, а также фотометрирование может быть значительно повышена.

Полученный микрообъектив с большим увеличением предполагается использовать в микроскопах нового поколения типа МТБ, БИМАМ И, ПОЛАМ Р, Л и МЕТАМ Р, Л, предназначенных для исследования, контроля и измерения объектов в условиях лабораторного и промышленного производства.