Интерференционный объектив

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН 2 В 9/00, 13/00 ГОСУДАРСТВЕНН ПО ДЕЛАМ ИЗОБ И НОМИТЕТ СССРТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ 113,Н( п 110 ТЩАс ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(56) Коломийцов Ю.В. Интерферометры. Л,: Машиностроение, 1976, с. 167-169.Скворцов Г.Е, и др, Микроскопы. Л,: Машиностроение, 1969, с. 426-427. (54) ИНТЕРФЕРЕНЦИОННЫЙ ОБЪЕКТИВ (57) Изобретение относится к оптическому приборостроению и позволяет расширить спектральный диапазон, увеличить поле зрения и упростить конструкцию устр-ва. В объективе пос- ле светоделительной пластинки 1 раз,801359764 мещены положительный 2 и отрицательный 3 мениски обращенные вогнутостью к предмету, а также двояковогнутая отрицательная 4 и двояковыпуклаяположительная 5 линзы, Выполнениелинз 2-5 из материала с показателемпреломления не менее 1,7 позволяетскоррегировать хроматические аберрации положения и увеличения практически для всей видимой области спектра.Толщина пластины 1 составляет 0,20,4 фокусного расстояния объектива,Размещение пластины 1 в плоскостипредмета способствует созданию особой многолучевой интерференции высокого контраста. 1 ил.135976Изобретение относится к оптическому приборостроению, а именно к интерференционным объективам, и может быть использовано в измерительной, фото- и кинотехнике, в частности в многолучевых интерферометрах и приборах с широкой областью спектра.Целью изобретения является расширение спектрального диапазона, уве личение поля зрения и упрощения конструкции.На чертеже изображена принципиальная оптическая схема интерференционного объектива. 15Объектив содержит пять компонентов (1-5) и диафрагму 6, расположенную в задней фокальной плоскости объектива, являющуюся выходным зрачком объектива. Первый компонент выполнен в виде светоделительной пластины 1, первая поверхность которой размещена в плоскости предмета, второй и третий компоненты - в виде положительного 2 и отрицательного 3 менисков, обращенных вогнутостью к предмету, четвертый и пятый. - в виде двояковогнутой отрицательной 4 и двояковыпуклой положительной 5 линз. Иэображение интерференционной картины непосредственно объективом проектируется с увеличением на входную щель спектрального устройства, например монохроматора. С выходной щели монохроматора изображение интерференционной картины можно проектировать как в фокальную плоскость окулятора винтового окулярного микрометра, так и на щель фотоэлектрического приемника с помощью простых проекционных объективов малого увеличения.В результате размещения светоделительной пластины 1 в плоскости пред" мета, с одной стороны, выполняется одно из необходимейших условий для создания особой многолучевой интерференции высокого контраста благодаря увеличению количества интерферирующих лучей, минимальному фазовому запаздыванию. С другой стороны, такое размещение пластины 1 дает воз 40 можность совместно с другими компонентами скорректировать аберрации45 предъявляемых к поверхностям пласти-.50 ны как интерференционной детали по 55 Фокусные расстояния второго 2,четвертого 4 и пятого 5 компонентовсоставляют 0,6-0,9 Г , третьего 3 "2,2-2,5 Е толщины светоделительнойпластины 1, толщины положительныхкомпонентов 2 и 5 составляют 0,2-о0,4 Г , толщины отрицательных компонентов 3 и 4 - 0,08-0,1 Е , выносдиафрагмы б от последней поверхности - 0,4 Е, где Гщ - фокусноерасстояние объектива,Пластина 1 выполнена из оптического кварцевого стекла, все линзы -из оптического бесцветного стекла споказателями преломления 1,7, норазными коэффициентами дисперсии,два из них в линзах 2 и 5 имеют"особый" ход частной отрицательнойдисперсии. Кроме того, пластина 1должна иметь высокий коэффициент отражения (более 0,9) для высокоточных измерений.При работе с отражающими испытуемыми объектами расходящийся пучоклучей, идущий из осветительной системы, собирается линзами 2-5 объектива на исследуемой поверхности.Нить источника белого света проектируется в выходной зрачок объектива,расположенный в задней фокальной 20 25 30 35 4плоскости, благодаря чему. объектосвещен параллельным пучком лучейчерез объектив (5-1). Интерференционная часть находится между первой поверхностью объективана которой нанесено светоделительное покрытие,и объектом. Объект, обладающий зеркальным отражением или светоделительным покрытием, устанавливается перед объективом (1-5) как можно ближек пластине 1 объектива и наскольковозможно параллельно, т.е. должныостаться только топографические углыиспытуемой поверхности, Интерференционная картина высокого контрасталокализуется в плоскости предмета. для точки на оси (в основном) и вне оси при высокой числовой апертуре итолщине светоделительной пластины0,2-0,4 от фокусного расстояния объектива, Такая толщина пластины к тому же необходима при изготовлениидля выполнения высоких требований,общей и местной ошибке. В результате выполнения второго и третьего компонентов в виде одиночных положительного 2 и отрицательного 3 менисков, обращенных вогнутостью к предмету и .близких к апланатическим, совместно с пластиной, помещенной в плоскость предмета, получены достаточно небольшие аберра з13 ции для точки на оси (сферической, комы) для части объектива, состоящей из трех компонентов и вне оси (астигматизма, дисторсии), а также хроматизма положения и увеличения с помощью внутренних близких по величине радиусов второго и третьего компонентов. Форма третьего компонента к тому же уменьшает числовую апертуру последующей части объектива.В результате выполнения четвертого и пятого компонентов в виде одиночных отрицательной 4 и положительной 5 линз, имеющих близкие по величине внутренние радиусы, близкие к концентричным выходному зрачку объектива - диафрагме 6, компенсированы остаточные аберрации первых трех компонентов.В результате выноса заднего фокуса Р объектива в пространство изображений, в котором расположена диафрагма 6, создан телецентрический ход лучей в пространстве предмета, обеспечивающий совместно с хорошей коррекцией аберраций равномерное освещение объекта и возможность применения объектива как телецентрического для измерительных целей, так как таким ходом главных лучей исключаются ошибки измерения. Кроме того, вынос зрачка за пределы объектива дает возможность устанавливать в нем диафрагмы переменного размера и тем самым менять контраст при выявлении дефектов или деталей объектов, существенно отличающихся размерами и формой. В результате выполнения всех линз объектива из стекол с показателем преломления 1,7, описанной формы и сочетания знаков сил увеличено поле зрения по сравнению, например, с микрообъективами, имеющими такую же числовую апертуру, а по сравнению с прототипом 7 лучшее исправление полевых аберраций, в том числе кривизны поля,Кроме того, благодаря применению стекол с "особым" ходом частной относительной дисперсии при показателях преломления не менее 1,7 и коэффициентах средней дисйерсии довольно высоких в положительных компонентахпорядка 55)1 особенно во фронтальной части объектива, скоррегированы хроматические аберрации положе 1101520 2530354045 со спектром, подобным простой линзе,но противоположным по знаку хроматизмом положения, улучшен вторичный спектр с помощью двух различных марок оптических сред в первой и второй паре линзовых компонентов, приэтом одна из них в каждой паре должна иметь "особый" ход частной относительной дисперсии.В результате расчета получен вариант предлагаемого интерференционного объектива со следующими оптическими параметрами: линейное увеличение 3 = -5,2 , фокусное расстояниеМЕ = 25,6 мм, числовая апертура в пространстве предметов А = 0,31, линейное поле зрения 2 у = 2,9 мм.Коррекция объектива проведена для спектральной линии А е = 546,1 нм,ахроматизирован спектральный диапазон, охватывающий практически всювидимую область от длины волны 9== 404, 7 нм до % = 706,5 нм.Объектив имеет очень хорошую коррекцию аберраций, отсутствует виньетирование наклонных пучков. Его остаточные аберрации аналогичны микро- объективам - планахроматам: для точки на оси волновая аберрация по всему спектральному диапазону не превышает четверти длины волны, только на самом краю отверстия достигает 1-2, для точки вне оси астигматизм и кривизна поля аналогичны, а дисторсия в предлагаемом объективе значительно меньше.При работе объектива в обратном ходе размер кружка рассеяния с учетом хроматизма в плоскости Гаусса составляет: для точки на оси - 0,02 мм, в центре поля - 0,03 мм, на краю поля - 0,085 мм (2 у = 15 мм), В плоскости установки может быть получен кружок рассеяния: для точки на оси - 0,04 мм, в центре поля - 0,03 мм, на краю поля - 0,045 мм.При работе объектива в прямом ходе и использовании поля зрения величиной 2 у = 1-1,5 мм, которое может ограничиваться, например, полем зре 59764ния и увеличения практически длявсей видимой области спектра.В результате выполнения второгои третьего компонентов объектива ввиде простых линз, спектр которых эквивалентен спектру простой линзы, четвертого и пятого компонентов такжев виде простых линз, рассчитанных1359764 Формула изобретения Составитель В.АрхиповРедактор Т,Парфенова Техред А.Кравчук Корректор А.Тяско Заказ 6152/49 Тираж 522 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул, Проектная, 4 ния винтового окулярного микрометраМОВ - 1-1,5 , размер кружка рассеяния с учетом хроматизма в плоскостиГаусса для точки на оси, центра икрая поля - 0,1-0,2 мм.5Для наиболее полного использования свойств объектива, особенно привысокоточных измерениях, необходимособлюсти ряд условий,10Расстояние между поверхностью испытуемого объекта и обращенной к немуповерхностью пластины 1 должно бытьпорядка 1-3 мкм, Коэффициенты отражения этих же обращенных друг к другуповерхностей объекта и пластины 1должны быть близки по величине, адля высокоточных измерений - более0,9, причем, коэффициент отраженияповерхности объекта должен быть больше. Эти же поверхности должны быть. не только плоскими, но и ровными -неровность не более 5 А. Покрытия,нанесенные на эти поверхности, должны быть тонкими - не более 2000 1, 2иногда до 6000 А (в зависимости.отматериала) и однородными. Углы падения лучей на объект должны быть необолее 3"6, Оптимальная числовая апертура объектива должна быть равна 0,29.З 0Интерференционный объектив можетиметь универсальное применение, Онможет использоваться в многолучевыхинтерферометрах в проходящем светепри условии, что светоделительноепокрытие пластины 1 будет иметь соответствующие коэффициенты отражения. Возможно использование объективав ряде других областей приборострое 40ния при условии, что пластина 1 будет выполнена без покрытия: совместно с электронно-оптическими преобра-зователями, когда нужна ахроматизация в широком спектральном диапазоне,как репродукционный используя объектив как в прямом, так и обратном ходе, когда необходимо соответствующееувеличение и исправление дисторсиидо сотых долей миллиметра, как объектива с телецентрическим ходом лучей(при измерениях шкал), как проекционный (при, нанесении и контроле микросхем), для станочной оптики, когданужна числовая апертура более 0,17,для микрофильмирования, когда нужнавысокая разрешающая сила, как в объективах микроскопов. Интерференционный объектив, содержащий пять компонентов и апертурную диафрагму, расположенную в задней фокальной плоскости, причем первый компонент - светоделительная пластина, второй - положительный, пятый " двояковыпуклая линза, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью расширения спектрального диапазона, увеличения поля зрения и упрощения конструкции, второй и третий компоненты выполнены в виде соответственно мениска и отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к предмету, четвертый - в виде двояковогнутой линзы, при этом толщина светоделительной пластины составляет 0,2-0,4 фокусно- го расстояния объектива, а все линзы выполнены из материалов с показателем преломления не менее 1,7.