планапохроматический высокоапертурный микрообъектив
Классы МПК: | G02B21/02 объективы G02B9/62 с шестью линзами |
Автор(ы): | Левандовская Лариса Евгеньевна (RU), Скобелева Наталия Богдановна (RU), Сокольский Михаил Наумович (RU), Струкова Ольга Михайловна (RU) |
Патентообладатель(и): | Открытое акционерное общество "ЛОМО" (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2011-12-26 публикация патента:
27.06.2013 |
Изобретение может быть использовано для визуального наблюдения и фотографирования малоконтрастных микроскопических структур, находящихся на пределе разрешающей способности световых микроскопов. Микрообъектив содержит три компонента. Первый компонент I с оптической силой I выполнен в виде фронтального мениска, обращенного вогнутостью к пространству объекта, и двояковыпуклой линзы. Второй компонент II с оптической силой
II состоит из склеенной из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, двояковыпуклой линзы с оптической силой
II5 и склеенной линзы с оптической силой
II6,7, состоящей из отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к пространству изображения, и двояковыпуклой линзы. Третий компонент III с оптической силой
III выполнен в виде мениска, обращенного вогнутостью к пространству объекта, склеенного из положительного и отрицательного менисков. Соотношение оптических сил линз
II5,6,7 и объектива в целом
об удовлетворяют условию:
. Двояковыпуклая линза с оптической силой
II5 и двояковыпуклая линза склеенной линзы второго компонента выполнены из материала с коэффициентом дисперсии 58<
d<95,2. Отрицательный мениск склеенной линзы второго компонента выполнен из материала с коэффициентом дисперсии 57<
d<60. Технический результат - улучшение моно и хроматических аберраций осевого и внеосевых пучков и увеличение входной апертуры. 1 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 прилож.


Формула изобретения
1. Планапохроматический высокоапертурный микрообъектив, содержащий три компонента, первый из которых I с оптической силой I выполнен в виде фронтального мениска, обращенного вогнутостью к пространству объекта, и двояковыпуклой положительной линзы, второй компонент II с оптической силой
II, состоящий из склеенной из положительной двояковыпуклой и двояковогнутой отрицательной линз, и третий компонент III с оптической силой
III, содержащий две линзы, отличающийся тем, что во втором компоненте за склеенной линзой, состоящей из положительной двояковыпуклой и двояковогнутой отрицательной линз, помещены по ходу луча положительная двояковыпуклая линза с оптической силой
II5 и склеенная линза с оптической силой
II6,7, состоящая из отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к пространству изображения, и положительной двояковыпуклой линзы, а линзы третьего компонента выполнены в виде мениска, обращенного вогнутостью к пространству объекта, склеенного из положительного и отрицательного менисков, обращенных вогнутостью к пространству объекта, при этом соотношение оптических сил линз
II5,6,7 и объектива в целом
об удовлетворяют следующим условиям:
кроме того, положительная двояковыпуклая линза с оптической силой II5 и положительная двояковыпуклая линза склеенной линзы второго компонента выполнены из материала с коэффициентом дисперсии, удовлетворяющим следующим условиям: 58<
d<95,2, а отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к пространству изображения склеенной линзы второго компонента, выполнен из материала с коэффициентом дисперсии, удовлетворяющим условию: 57<
d<60.
2. Планапохроматический высокоапертурный микрообъектив по п.1, отличающийся тем, что фронтальный мениск первого компонента выполнен из материала с коэффициентом дисперсии 42< d<48 и показателем преломления nd
1,8, оптические силы менисков третьего компонента
III8 и
III9 связаны следующим соотношением:
где
f' - фокусное расстояние.
Описание изобретения к патенту
Предлагаемое изобретение относится к области микроскопии и может быть использовано для визуального наблюдения и фотографирования малоконтрастных микроскопических структур, находящихся на пределе разрешающей способности световых микроскопов в естественном свете, в свете видимой люминесценции, в поляризованном свете методом светлого поля, темного поля, фазового контраста и др.
Известен планапохроматический объектив микроскопа [1], содержащий пять компонентов, первый из которых - отрицательный мениск, обращенный выпуклостью к изображению, второй - одиночная двояковыпуклая линза, третий - склеенный компонент, содержащий две положительные двояковыпуклые линзы, с размещенной между ними отрицательной двояковогнутой линзой, четвертый компонент - одиночная положительная двояковыпуклая линза и пятый компонент - двусклеенный мениск, обращенный выпуклостью к объекту.
Объектив имеет высокое качество изображения по всему линейному полю зрения (2y'=25 мм), но его выходная апертура недостаточно высока (0,0187).
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является планахроматический высокоапертурный микрообъектив [2], содержащий три компонента, первый из которых по ходу луча выполнен в виде фронтального мениска, обращенного вогнутостью к пространству объекта и двояковыпуклой положительной линзы, второй содержит двояковыпуклую положительную линзу и склеенную из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, и третий компонент состоит из двух положительных двояковыпуклых линз.
Микрообъектив имеет довольно высокую входную апертуру (20×0,65), плановую коррекцию, но недостаточно исправленный хроматизм (объектив-ахромат).
Современные модели микроскопов требуют комплектации высокоапертурными планапохроматическими микрообъективами, которые имеют улучшенную коррекцию монохроматических и хроматических аберраций на оси и линейному полю зрения.
Основной задачей, на решение которой направлено предполагаемое изобретение, является улучшение моно и хроматических аберраций осевого и внеосевых пучков, а также увеличение входной апертуры.
Для решения поставленной задачи предложен планапохроматический высокоапертурный микрообъектив, который, как и прототип, содержит три компонента, первый из которых I с оптической силой I выполнен в виде фронтального мениска, обращенного вогнутостью к пространству объекта, и двояковыпуклой положительной линзы, второй компонент II с оптической силой
II, состоящий из склеенной из положительной двояковыпуклой и двояковогнутой отрицательной линз, и третий компонент III с оптической силой
III, содержащий две линзы.
В отличие от прототипа во втором компоненте с оптической силой II за склеенной линзой, состоящей из положительной двояковыпуклой и двояковогнутой отрицательной линз, помещены по ходу луча положительная двояковыпуклая линза с оптической силой
II5 и склеенная линза с оптической силой
II6,7, состоящая из отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к пространству изображения, и положительной двояковыпуклой линзы, а линзы третьего компонента с оптической силой
III выполнены в виде мениска, обращенного вогнутостью к пространству объекта, склеенного из положительного и отрицательного менисков, обращенных вогнутостью к пространству объекта, при этом соотношение оптических сил линз
II5,6,7 и объектива в целом
об удовлетворяют следующим условиям:
, кроме того, положительная двояковыпуклая линза с оптической силой
II5 и положительная двояковыпуклая линза склеенной линзы второго компонента выполнены из материала с коэффициентом дисперсии, удовлетворяющим следующим условиям: 58<
d<95,2, а отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к пространству изображения склеенной линзы второго компонента, выполнен из материала с коэффициентом дисперсии, удовлетворяющим условию: 57<
d<60.
Кроме того, фронтальный мениск первого компонента выполнен из материала с коэффициентом дисперсии 42< d<48 и показателем преломления nd
1,8, оптические силы менисков третьего компонента
III8 и
III9 связаны следующим соотношением:
, где
;
; f' - фокусное расстояние.
Сущность предполагаемого изобретения заключается в том, что такое выполнение планапохроматического высокоапертурного микрообъектива позволило улучшить коррекцию моно и хроматических аберраций осевого и внеосевых пучков, за счет чего достигнута планапохроматическая коррекция. Кроме того, увеличена входная апертура.
Таким образом, достигнут технический результат, заключающийся в увеличении входной апертуры и достижения планапохроматической коррекции.
Предлагаемое изобретение иллюстрируется (фиг.1), на котором представлена оптическая схема планапохроматического высокоапертурного микрообъектива, а также приложением (фиг.2), в котором даны конструктивные параметры и графики частотно-контрастной характеристики.
Планапохроматический высокоапертурный микрообъектив содержит три компонента, первый из которых I с оптической силой I выполнен в виде фронтального мениска 1, обращенного вогнутостью к пространству объекта, и двояковыпуклой положительной линзы 2, второй компонент II с оптической силой
II, состоит из склеенной из положительной двояковыпуклой линзы 3 и двояковогнутой отрицательной линзы 4, при этом за склеенной линзой по ходу луча помещены положительная двояковыпуклая линза 5 с оптической силой
II5 и склеенная линза с оптической силой
II6,7, состоящая из отрицательного мениска 6, обращенного вогнутостью к пространству изображения, и положительной двояковыпуклой линзы 7.
Линзы третьего компонента с оптической силой III выполнены в виде мениска, обращенного вогнутостью к пространству объекта, склеенного из положительного 8 и отрицательного 9 менисков, обращенных вогнутостью к пространству объекта, при этом соотношение оптических сил линз
II5,6,7 и объектива, в целом, фоб удовлетворяют следующим условиям:
.
Положительная двояковыпуклая линза 5 с оптической силой II5 и положительная двояковыпуклая линза 7 склеенной линзы второго компонента выполнены из материала с коэффициентом дисперсии, удовлетворяющим следующим условиям: 58<
d<95,2, а отрицательный мениск 6, обращенный вогнутостью к пространству изображения склеенной линзы второго компонента выполнен из материала с коэффициентом дисперсии, удовлетворяющим условию: 57<
d<60.
Фронтальный мениск 1 первого компонента выполнен из материала с коэффициентом дисперсии 42< d<48 и показателем преломления nd
1,8, оптические силы менисков третьего компонента
III8 и
III9 связаны следующим соотношением:
,
где ;
; f' - фокусное расстояние.
Предлагаемый планапохроматический высокоапертурный микрообъектив работает следующим образом.
Микрообъектив работает с тубусной линзой с фокусом 160 мм.
Фронтальный мениск 1, обращенный вогнутостью к пространству объекта, совместно с двояковыпуклой линзой 2 строит увеличенное мнимое изображение объекта при умеренных значениях сферической аберрации, комы, астигматизма и кривизны и значительном хроматизме увеличения (ХРУ).
Второй компонент II проецирует изображение объекта с дополнительным увеличением в фокальную плоскость третьего компонента III, внося отрицательную сферическую аберрацию, положительную кому и астигматизм, частично компенсируя хроматизм положения и увеличения.
Компонент III проецирует изображение объекта в бесконечность, компенсируя остаточные сферическую аберрацию, хроматизм положения и увеличения, астигматизм и кривизну.
В соответствии с предложенным техническим решением в качестве конкретного примера выполнен расчет планапохроматического высокоапертурного микрообъектива с увеличением 20 крат, входной апертурой 0,7, линейным полем изображения 25 мм.
Объектив имеет высокое качество изображения по всему линейному полю зрения 2y'=25 мм.
Так, по всему линейному полю зрения объектива значение числа Штреля от 0,91 в центре до 0,51 на краю поля.
Столь большие значения обуславливают высокую концентрацию энергии в центре дифракционного пятна, а, следовательно, высокий контраст изображения по всему полю наблюдения.
Хроматическая разность увеличений в объективе ХРУ 0,3%.
Результаты расчета приведены в приложении.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Российская Федерация, патент на изобретение № 1658114, МПК: G02B 21/02, опубл. 23.06.1991 г.
2. Российская Федерация, патент на полезную модель № 37239, МПК: G02B 21/02, опубл. 10.04.2004 г. - прототип.
Фокусное расстояние микрообъектива, 8.0 мм:
Увеличение, крат | 20 |
Входная апертура | 0.7 |
Линейное поле зрения, мм | 25.0 |
Положение входного зрачка, мм | Бесконечн. |
Диаметр изображения, мм: | 25.0 |
Спектральный интервал, нм | 0.43583-0.6438 |
Конструктивные параметры оптической системы | |||
Радиусы кривизны | Расстояния по оси | nd | Коэфф. Дисперсии Vd |
0 | 0 | | |
0 | 0.17 | 1.5148 | 60.61 |
0 | 1.0144 | 1.0 | |
-3.221 | 3.95 | 1.804 | 46.5 |
-5.495 | 0.18 | 1.0 | |
83.56 | 4.7 | 1.6126 | 57.96 |
-7.727 | 0.12 | 1.0 | |
27.54 | 5.65 | 1.43387 | 95.3 |
-6.252 | 1.5 | 1.6541 | 39.7 |
37.76 | 0.27 | 1.0 | |
15.992 | 6 | 1.43387 | 95.3 |
-15.992 | 0.1 | 1.0 | |
50.58 | 1.5 | 1.5400 | 59.6 |
12.417 | 6.5 | 1.43387 | 95.3 |
-16.943 | 7.9 | 1.0 | |
-7.079 | 3 | 1.7552 | 27.5 |
-7.145 | 2.1 | 1.61265 | 57.96 |
-13.0620 | 120 | 1.0 | |
Тубус. | линза | ||
-21.73 | 3 | 1.5689 | 55.87 |
-121.34 | 6.5 | 1.6990 | 30.2 |
-28.64 | 9.7 | 1.0 | |
-671.4 | 3 | 1.7400 | 28.17 |
46.56 | 3.5 | 1.6200 | 36.3 |
30.55 | 8.7 | 1.6280 | 59.45 |
-79.07 | 10 | 1. | |
0 | 78.3 | 1.5164 | 64.2 |
0 | 12.8 | 1.0 | - |
0 | 105 | 1.5689 | 55.87 |
0 | 45.95 | | |
Пл-сть | | ||
изобр. |
Класс G02B9/62 с шестью линзами
планапохроматический микрообъектив малого увеличения - патент 2529051 (27.09.2014) | ![]() |
планапохроматический объектив - патент 2517978 (10.06.2014) | |
двухспектральный объектив с дискретно изменяемым фокусным расстоянием - патент 2481602 (10.05.2013) | ![]() |
проекционный объектив - патент 2473932 (27.01.2013) | ![]() |
светосильный объектив - патент 2455667 (10.07.2012) | ![]() |
широкоугольный объектив - патент 2445658 (20.03.2012) | ![]() |
инфракрасный объектив с плавно изменяющимся фокусным расстоянием - патент 2442196 (10.02.2012) | ![]() |
светосильный объектив - патент 2431165 (10.10.2011) | ![]() |
светосильный объектив - патент 2431164 (10.10.2011) | ![]() |
проекционный объектив - патент 2426160 (10.08.2011) | ![]() |