Иммерсионный микрообъектив большого увеличения

(56) Авторское свидетельство СССРМ 1444690, кл, 6 02 В 21/02, 1987.(54) ИММЕРСИОННЫЙ МИКРООБЬБОЛЬШОГО УВЕЛИЧЕНИЯ(57) Изобретение относится к оптич приборостро микроскопах структур с вы ностью. Обье компонентов линзы 1 и по вторая группа ложительных третья группа ниска из линз числовая апемм.1 3, п,ф-л ческо Е ескому КОСГП О ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР ТОРСКОМУ СВИ ению и м. б, использовано в для наблюдения особо тонких сокой разрешающей способктив содержит первую группу из Фронтальной двусклеенной ложительных менисков 2 и 3, содержит 2 двусклеенных по- компонента из линз 4, 5 и 5, 6, содержит 2 двусклеенных ме-.8, 9 и 10, 11. Увеличение 100" ртура 1,32, линейное поле 25 ы,.1 ил.1Изобретение относится к микроскопии и может использоваться для наблюдения особо тонких микроструктур, требующих применения оптики с максимальной разрешающей способностью при больших линейн ых увеличениях.Указанным целям отвечают иммерсионные обьективы с дифракционно ограниченным качеством изображения, Особенностью таких микрообъективов является то, что исследуемый объект помещается в иммерсионную жидкость, за счет чего возможно повышение входной апертуры и, следовательно, разрешающей способности. В этом случае главной сложностью аберрационной коррекции является исправление аберраций внеосевых пучков(кривизны изображения, астигматизма), что обусловлено значительным уменьшением по сравнению с "сухими" обьективами разницы показателей преломления двух контактирующих, сред,Известны иммерсионные микрообъективы с увеличением 100". Большинство из них работает в масляной иммерсии в спектральном диапазоне 400 - 700 нм. При этом при удовлетворительной аберрационной коррекции в центральной части поля все они .имеют уменьшенное по сравнению с международными требованиями линейное поле зрения при крайне низком уровне аберрационной коррекции по полю. Так, в объективе ОПАчисло Штреля в центре поля зрения составляет величину ос =43,9, а на краю поля для у = 10 мм эта величинасоставляет бакр = 0,03, Кроме того, в этих микрообъективах остаточная хроматическая разность увеличений ХРУ достигает 2%, что делает невозможной разработку широкопольного компенсационного окуляра и снижает, соответственно, эффективность работы на микроскопе, исключает возможность исследования больших линейных полей на объекте,Известен также иммерсионный ахроматический микрообъектив, в котором при уменьшенной ХРУ остаются значительные кривизна, астигматизм, другие аберрации внеосевых пучков, а также существенно занижена апертура.Традиционным путем улучшение аберрационной коррекции при достижении линейного поля зрения, соответствующего международным стандартам, достигается за счет применения во фронтальном компоненте, обращенном в иммерсию, высокопреломляющих оптических материалов типа "особый флинт". Однако в этом случае невозможно исправление в обьективе в це 10 20 лом ХРУ, которая в данных объективах достигает 1-2 Кроме того, подобные оптические материалы обладают ухудшеннымифизико-химическими свойствами, что делает их мало пригодными в условиях серийного производства (в отечественной промышленности такие стекла не выпускаются).Наиболее близким к предлагаемому является иммерсионный микрообьектив, содержащий три группы компонентов, перваяиз которых включает двусклеенную линзу, обращенную плоскостью к предмету, одиночный мениск, обращенный вогнутостью к объекту, а также положительный компонент, склеенный из менискообраэной и двояковыпуклой линз, вторая группа содержитдва двусклеенных положительных компонента, первый из которых склеен из отрицательного мениска и двояковыпуклой линзы,третья группа представляет собой два компонента, каждый из которых склеен из двояковыпуклой и двояковогнутой линз. Апертура этого микрообьектива составляет 25 А = 1,2 в водной иммерсии. Линейное полезрения составляет =18 - 20 мм в пространстве иэображений. Остаточная хроматическая разность увеличений (ХРУ) достигает =1,5%, остаточная кривизна изображения 30 2 п = -14 мм, Ъ = -12 мм. В этом обьективевысокий контраст изображения достигается лишь в центральной зоне и резко снижается от центра к краю. Число Штреля для осевой точки равно =.=О,9, для у = 10 мм эта величи 35 на уже составляет= 0,05, что являетсяследствием недостаточной коррекции аберраций внеосевых пучков. Это ограничивает полезное поле зрения и снижает информационную емкость, выражающуюся форму лой 0 = К Я, где й - разрешающая сила2объектива, Я - резко наблюдаемое поле изображения. В конечном итоге снижается эффективность работы на микроскопе.Целью изобретения является увеличе ние линейного поля зрения и повышениекачества изображения и, вследствие этого, повышение информационной емкости изображения.Поставленная цель достигается тем, что 50 в предлагаемом иммерсионном обьективе,как и в известном, имеется три группы линз, Однако в предлагаемом решении в первой группе линз фронтальный компонент выполнен склеенным иэ плосковыпуклой лин зы и отрицательного мениска, а положительный компонент представляет собой одиночный мениск, обращенный вогнуто- стью к обьекту, во второй группе второй компонент выполнен отрицательным, склеенным из двояковыпуклой линзы. и отрица- Третья группа компонентов, выполнен- тельного мениска. При этом одиночные ме- ная указанным образом, представляет сониски первой группы и двояковыпуклые бой эквивалент перевернутого линзы компонентов второй группы выпол- телеобъектива большой силы, При этом монены из материала с коэффициентом дис нохроматические и хроматические аберраперсии не менее 80, а фокусные расстояния ции компонентов данной группы равны по всего объектива и компонентов третьей величине и противоположны по знаку абер- группы связаны указанным в формуле соот- рациям компонентов первой и второй групп ношением. объектива, что позволяет произвести переВыполнение фронтального. компонента 10 балансировку габаритных и аберрационныхв виде склейки из плосковыпуклой и мени- характеристик и достигнуть высокого каческообразной линзы, обращенной плоско- ства иэображения микроскопа в целом. Кро. стью в иммерсию, позволяет при дости- ме того, для наилучшего исправления какжении максимального увеличения данного монохроматических, так и хроматическихкомпонента достигнуть оптимальной его 15 аберраций, в объективе установлены сооткоррекции по монохроматическим и хрома- ношения фокусных расстояний компонентическим аберрациям. Кроме того, данный тов третьей группы и всего обьектива в , компонент позволяет уменьшить аберра- целом, а также соотношение фокусов самихции внеосевых пучков в объективе, особен- компонентов, входящих в третью группу.но кривизну и астигматизм, При этом при 20 При невыполнении данных соотношеравенстве показателей преломления им- ний в объективе невозможно оптимальное мерсии и Плосковыпуклой линзы действие распределение габаритной и аберрационтакого склеенного компонента эквивалент- ной нагрузки по компонентам, что приводит но действию мениска, обращенного первой к недоисправлению или переисправлению поверхностью к иммерсии, В известных им аберраций внеосевых пучков и снижает камерсионныхобьективахснижение числовой чество изображения микроскопа в целом.апертуры за фронтальной линзой традици- Предлагаемый объектив, имея увелионно производится путем введения не- ченное поле зрения, обладает высокой корскольких апланатическихменисков для . рекцией аберраций по всему полю, что компенсации хроматических аберраций 30 повышает информационную емкость изообъектива, выполненных склеенными. Од- бражения иммерсионного объектива и понако при этом на склеенных поверхностях зволяет достигнуть цели изобретения.возникают трудноисправимые сферохрома- На.чертеже приведена принципиальная тические аберрации, для компенсаций кото- оптическая схема предлагаемого объектива, рых требуется значительное усложнение 35 Объектив состоит из первой группы конструкции последующих компонентов, . линз, включающейдвусклееннуюплосковыВ предлагаемом объективе выполнение . пуклую фронтальную линзу 1, обращеннуюпервой группы компонентов указанным об-., плоскостью в иммерсию, одиночный мениск разомисуказаннымикоэффициентамидис и положительный компонент 3. обращен- персии позволяет исключить сферохро ный вогнутостью к предмету, второй группы матическиеаберрацииэтихповерхностейи линз, выполненной в виде двусклеенных уменьшить аберрации внеосевых пучков в компонентов 4, 5 и 6, 7, положительные линобъективе. Однако при этом вносятся хро- эы 5 и 6 которых расположены навстречу матическиеаберрации,обусловленныедис- одна другой, третьей группы линз, выполперсией их материалов. Выполнение 45 ненной в виде двухдвусклеенных менисков второй группы линз и подбор материала ее8, 9 и 10, 11. Мениски 2 и 3 и линзы 5 и 6 положительных компонентов, указанных в выполнены из флюорита с коэффициентом формуле, позволяетмаксимально испольэо- дисперсии м,"95, Выполнение их из одно- вать коррекционные возможности симмет- го материала уменьшает вторичный спектр.ричной системы и исправить аберраций 50 Работа обьектива осуществляется слепредыдущей системы, т. е. компенсировать дующим образом.монохроматические аберрации, вносимые Компоненты первой группы строят увефронтальной частью, а также уменьшить в личенное мнимое изображение объекта, эа-.объективввцеломвторичныйспектридру- тем компоненты второй группы дают гие хроматические аберрации. При значе перевернутое изображение объекта в фонии величины дисперсиим 80 становится, кальной плоскости третьей группы компоневозможным исправление хроматических нентов. Третья группа строит изображение аберраций (вторичного спектра) объектива, на бесконечности за обьективом, котороепосредством тубусной линзы микроскопа1739338 где 1 О - фокусное расстояние обьектива;11 з - фокусное расстояние третьей группы компонентов;1 з 1 - фокусное расстояние первого компонента третьей группы;1 з 2 - фокусное расстояние второго ком 1понента третьей группы,Составитель Д.фроловТехред М,Моргентал Корректор А,Осауленко Редактор И.Горная Заказ 2002 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитата по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5Производственно-издательский комбинат "Патент", г. ужгород, ул.Гагарина, 101 переносится затем в плоскость изображения окуляра,Таким образом, получен иммерсионныйобъектив с высоким качеством изображенияпо всему линейному полю 2 у = 25 мм (в 5известном 2 у = 20 мм), Хроматическая разность увеличений в объективе отсутствует,что позволяет разработать широкоугольныеокуляры большого увеличения и максимально реализовать на микроскопе высокую разрешающую способность объектива. Врезультате информационная емкость микроскопа увеличивается минимум в 2,5 разапри значительном улучшении качества иэображения по полю, что значительно повышает эффективность исследования особотонких микроструктур.Формула изобретения1. Иммерсионный микрообьектив большого увеличения, содержащий три группы 20компонентов, первая из которых содержитфронтальную двусклеенную плосковыпуклую линзу, одиночный положительный мениск, обращенный вогнутостью к предмету,и положительный компонент, вторая группа 25содержитдвадвусклеенных положительныхкомпонента, первый из которых склеен изотрицательного мениска и двояковыпуклойлинзы, третья группа содержит два компонента, каждый из которых склеен из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, о т л и ч аю щ и й с я тем, что, с целью. увеличения линейного поля зрения и повышения качества изображения, в первой группе компонентов .фронтальная линза выполнена из плосковыпуклой линзы и отрицательного мениска, а положительный компонент выполнен в аиде одиночного мениска, обращенного вогнутостью к предмету, во второй группе второй компонент выполнен иэ двояковыпуклой линзы и отрицательного мени-. ска, при этом одиночные мениски первой группы и двояковыпуклые линзы компонен-. тов второй группы выполнены из одного материала с коэффициентом дисперсии не менее 80.2. Микрообъектив по и;1, отл и ча ющ и й с я тем, что фокусные расстояния компонентов третьей группы удовлетворяют соотношениям: