CZ2018725A3 - Fokusační objektiv pro spektrální analyzátor a spektrální analyzátor - Google Patents

Fokusační objektiv pro spektrální analyzátor a spektrální analyzátor Download PDF

Info

Publication number
CZ2018725A3
CZ2018725A3 CZ2018-725A CZ2018725A CZ2018725A3 CZ 2018725 A3 CZ2018725 A3 CZ 2018725A3 CZ 2018725 A CZ2018725 A CZ 2018725A CZ 2018725 A3 CZ2018725 A3 CZ 2018725A3
Authority
CZ
Czechia
Prior art keywords
lens
optical
focal length
focusing
optical element
Prior art date
Application number
CZ2018-725A
Other languages
English (en)
Other versions
CZ308821B6 (cs
Inventor
Josef Kapitán
Daniel Vacula
Vlastislav Svoboda
Original Assignee
Meopta - Optika, S.R.O.
Univerzita Palackého v Olomouci
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Meopta - Optika, S.R.O., Univerzita Palackého v Olomouci filed Critical Meopta - Optika, S.R.O.
Priority to CZ2018725A priority Critical patent/CZ308821B6/cs
Publication of CZ2018725A3 publication Critical patent/CZ2018725A3/cs
Publication of CZ308821B6 publication Critical patent/CZ308821B6/cs

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/02—Details
    • G01J3/04—Slit arrangements slit adjustment
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/28—Investigating the spectrum
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
    • G02B13/14—Optical objectives specially designed for the purposes specified below for use with infrared or ultraviolet radiation
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/58—Optics for apodization or superresolution; Optical synthetic aperture systems
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B9/00—Optical objectives characterised both by the number of the components and their arrangements according to their sign, i.e. + or -
    • G02B9/60—Optical objectives characterised both by the number of the components and their arrangements according to their sign, i.e. + or - having five components only
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B9/00—Optical objectives characterised both by the number of the components and their arrangements according to their sign, i.e. + or -
    • G02B9/62—Optical objectives characterised both by the number of the components and their arrangements according to their sign, i.e. + or - having six components only

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Lenses (AREA)

Abstract

Řešení se týká fokusačního objektivu (2) pro spektrální analyzátorobsahujícího alespoň pět optických členů (O1 až O5), který má vstupní pupilu (4) umístěnu před první plochou (R1) prvního optického členu (O1) a splňuje podmínky, že= 0,35 ÷ 0,9,= 1,5 ÷ 1,8 a 2= 15 ÷ 20°, kdeje sečná vzdálenost předmětového ohniska objektivu (2),je předmětová ohnisková vzdálenost objektivu (2),je clonové číslo objektivu (2) a 2je zorné pole objektivu (2). Řešení se také týká spektrálního analyzátoru obsahujícího za vstupní aperturou (0) uspořádaný kolimační objektiv (1), za nímž je uspořádán disperzní element (3), za kterým je uspořádán fokusační objektiv (2), za kterým je v ohniskové rovině (6) fokusačního objektivu (2) uspořádán detektor (5).

Description

Fokusační objektiv pro spektrální analyzátor a spektrální analyzátor
Oblast techniky
Vynález se týká fokusačního objektivu pro spektrální analyzátor obsahující alespoň pět optických členů.
Vynález se také týká spektrálního analyzátoru obsahujícího za vstupní aperturou uspořádaný kolimační objektiv, za nímž je uspořádán disperzní element, za kterým je uspořádán fokusační objektiv, za kterým je v ohniskové rovině fokusačního objektivu uspořádán detektor.
Dosavadní stav techniky
V čočkových spektrálních analyzátorech, tzv. spektrografech, viz. obr. 1, se používají optické soustavy obsahující za vstupní aperturou 0 umístěný kolimační objektiv 1, na který navazuje fokusační objektiv 2. Mezi oběma objektivy 1 a 2 je umístěn disperzní element 3, např. difrakční mřížka. Tyto optické soustavy zprostředkovávají přenos obrazu vstupní apertury (štěrbiny) spektrografu na detektor. V současné době se jako fokusační objektivy 2 většinou používají komerčně dostupné fotografické objektivy, např. Holospec f/1,8 od firmy Kaiser, např. http://www.andor.com/leaming-academy/andor-holospec-the-high-throughput-spectrograph, které sice mají vysoký výkon a mají také velmi dobře korigované optické vady, nicméně mají vstupní pupilu 4 umístěnu až za fokusačním objektivem 2 a v tomto specifickém použití tak díky tomu dochází k velké vinětaci svazků z kraje zorného pole. Na obr. 1 je znázorněna soustava spektrálního analyzátoru s komerčním fokusačním objektivem 2 podle výše popsaného stavu techniky, u které je kolimační objektiv 1, pro jednoduchost, zobrazen jen jako paraxiální čočka. Jako disperzní element 3 je na obr. 1 použita difrakční mřížka.
Cílem vynálezu je odstranit nebo alespoň minimalizovat nevýhody dosavadního stavu techniky, zejména z hlediska eliminace vinětace v celém uvažovaném zorném poli.
Podstata vynálezu
Cíle vynálezu je dosaženo objektivem pro spektrograf, jehož podstata spočívá v tom, že objektiv má vstupní pupilu umístěnu před první plochou prvního optického členu a splňuje podmínky, že x/f= 0,35 3- 0,9, c = 1,5 3- 1,8 a Ία = 15 3- 20 °, kde x je sečná vzdálenost předmětového ohniska F,/je předmětová ohnisková vzdálenost objektivu, c je clonové číslo objektivu a Ία je zorné pole objektivu.
Podstata spektrálního analyzátoru spočívá v tom, že jeho fokusační objektiv je tvořen fokusačním objektivem podle kteréhokoli z nároků 1 až 4.
Takto vytvořený objektiv a s ním vytvořený spektrální analyzátor má díky předsazené pupile minimalizovanou nebo žádnou vinětaci v celém uvažovaném zorném poli. Pokud je navíc vstupní pupila, nebo přímo apertumí clona spektrografu, umístěna v předním ohnisku, stává se objektiv telecentrickým v obrazovém prostoru. Výsledkem vynálezu je pak vysoce světelný telecentrický objektiv a spektrální analyzátor bez vinětace nebo jen s velmi malou vinětaci v zorném poli.
Objasnění výkresů
Vynález je schematicky znázorněn na výkrese, kde ukazuje obr. 1 dosavadní stav techniky v podobě soustavy spektrálního analyzátoru s komerčním fokusačním objektivem Zeiss s ohniskem
- 1 CZ 2018 - 725 A3 f = 85 mm a clonovým číslem F/1,4, obr. 2 soustava spektrálního analyzátoru s objektivem podle tohoto vynálezu, obr. 3 schéma optické soustavy objektivu podle vynálezu, obr. 4 příklad uskutečnění objektivu podle vynálezu s pěti jednoduchými optickými elementy, obr. 5 příklad uskutečnění objektivu podle vynálezu s šesti jednoduchými optickými elementy a obr. 6 příklad uskutečnění objektivu podle vynálezu s šesti optickými elementy, z nichž jeden je tvořen optickým dubletem.
Příklady uskutečnění vynálezu
Vynález bude popsán na příkladech provedení optické soustavy pro spektrální analyzátor a několika příkladech fokusačních objektivů pro takové optické soustavy. Na obr. 2 je znázorněno schéma spektrálního analyzátoru, který obsahuje vstupní aperturu 0 (štěrbinu), za kterou je situován kolimační objektiv 1, za kterým je umístěn disperzní element 3, zde konkrétně difrakční mřížka. Za disperzním elementem 3 je umístěn fokusační objektiv 2, jehož vstupní pupila 4 je situována ve středu disperzního elementu 3. V obr. 2 naznačený chod paprsků ukazuje, že všechny difragované paprsky jsou zobrazeny v ohniskové rovině 6, ve které je také umístěn detektor 5 spektrálního analyzátoru.
Objektiv 2, schematicky znázorněný na obr. 3, vykazuje podle vynálezu následující parametry:
- poměr sečné vzdálenosti předmětového ohniska x k předmětové ohniskové vzdálenosti f (viz obrázek 3) je v rozmezí hodnot 0,35 = 0,9;
- clonové číslo je v rozmezí od 1,5 do 1,8;
- zorné pole 2α je v rozsahu od 15 do 20°.
- vstupní pupila 4 je určena přední sečnou vzdáleností x;
- fokusační objektiv 2 je určen pro spektrální rozsah 400 = 1000 nm;
- kvalita zobrazení je charakterizována vysokým kontrastem pro požadovanou frekvenci 30 čar na mm.
Pro lepší osvětlení rozdílu mezi sečnou vzdáleností předmětového ohniska x a předmětovou ohniskovou vzdáleností f na obr. 3 představují roviny P a hlavní roviny optické soustavy a roviny F a představují ohniskové roviny.
K osvětlení vynálezu bude dále použito několik příkladů uskutečnění fokusačního objektivu 2 s ohniskovou vzdáleností f‘ = 85 mm, sečnou vzdáleností předmětového ohniska x = -65 mm, clonovým číslem F/1,7 a se zorným polem 2α = 19,5 °. Obecně je fokusační objektiv 2 podle vynálezu tvořen pěti a více optickými členy.
Na obr. 4 je znázorněno provedení fokusačního objektivu s optickou osou oas pěti optickými členy Ol až 05. z nichž ve směru průchodu paprsků první dva optické členy Ol a 02 jsou tvořeny spojnými menisky, třetí optický člen 03 je tvořen rozptylným meniskem, čtvrtý optický člen 04 je tvořen bikonvexní čočkou a pátý optický člen 05 je tvořen třetím spojným meniskem. Parametry tohoto fokusačního objektivu 2 přitom vyhovují následujícím podmínkám: 1,1 f > f i > 1,4 f, 0,7 f > |f3| > 1,1 f, 0,8 f > f4 > 1,2 f, kde f je ohnisková vzdálenost celé optické soustavy, fi je ohnisková vzdálenost prvního optického členu Ol, f 3 je ohnisková vzdálenost třetího optického členu 03 a f 4 je ohnisková vzdálenost čtvrtého optického členu 04. Fokusační objektiv 2 podle tohoto provedení je technologicky nenáročný a při relativním otvoru 1:1,7 dosahuje tento fokusační objektiv 2 pro frekvenci 30 čar na mm kontrastu 0,5 pro střed zorného pole a 0,4 pro dvě třetiny zorného pole.
-2 CZ 2018 - 725 A3
V tabulce 1 níže, je uveden příklad návrhu objektivu s pěti optickými elementy.
Tabulka 1 uvádí konkrétní specifikace návrhu objektivu s pěti optickými členy Ol až 05 podle provedení na obr. 4.
číslo parametru poloměry R [mm] tloušťky a mezery d [mm] index lomu ne Abbeovo číslo ve
1 69.33 13.9 1.82017 31.09
2 264.53 16.6 1
3 -59.615 20.2 1.60993 23.64
4 -64.426 0.5 1
5 262.48 22 1.97188 74.34
6 52.034 9.5 1
7 138.564 10 1.81081 58.26
8 -128.474 1.9 1
9 41.82 27 1.83961 49.38
10 37.52 1
kde R je poloměr příslušné optické plochy příslušného optického prvku podle obr. 4 a d je tloušťka optického elementu nebo vzdálenost příslušné optické plochy příslušného optického prvku od předchozí optické plochy podle obr. 4, ne je index lomu příslušného optického prvku nebo vzduchu a ve je Abbeovo číslo příslušného optického prvku.
Na obr. 5 a 6 jsou znázorněna provedení fokusačního objektivu s optickou osou oas šesti optickými elementy Ol až 06. složenými ze šesti (obr. 5), respektive sedmi (obr. 6) čoček, kde první optický člen Ol je tvořen spojným meniskem nebo dubletem tvořeným bikonvexní čočkou Ola stmelenou s bikonkávní nebo plankonkávní čočkou Olb. druhý optický člen 02 je tvořen bikonkávní čočkou, třetí a čtvrtý optický člen 03 a 04 jsou každý tvořen jednou bikonvexní čočkou, pátý optický člen 05 je tvořen spojným meniskem a šestý, poslední, optický člen 06 je tvořen bikonkávní čočkou. Parametry tohoto fokusačního objektivu 2 přitom vyhovují následujícím podmínkám:
0,5 f > |f 2| > 0,7 f, 0,9 f > f 3 > 1,6 f, f > f 4 > 1,2 f, 0,5 f > |f 6| > 0,8 f, kde f je ohnisková vzdálenost celé optické soustavy, f 2 je ohnisková vzdálenost druhého optického členu 02, f 3 je ohnisková vzdálenost třetího optického členu 03, f 4 je ohnisková vzdálenost čtvrtého optického členu 04 a fe je ohnisková vzdálenost šestého optického členu 06. Takto vytvořený fokusační objektiv 2 je technologicky nenáročný a při relativním otvoru 1:1,7 dosahuje tento fokusační objektiv 2 pro frekvenci 30 čar na mm kontrastu 0,6 pro střed zorného pole a 0,5 pro dvě třetiny zorného pole.
Tabulka 2 uvádí konkrétní specifikace návrhu objektivu s šesti optickými členy Ol až 06 podle provedení na obr. 5.
-3 CZ 2018 - 725 A3
číslo parametru poloměry R [mm] tloušťky a mezery d [mm] index lomu ne Abbeovo číslo ve
1 79.62 10.6 1.91048 31.09
2 285.78 19 1
3 -97.73 10.6 1.85504 23.64
4 97.73 3.65 1
5 113.777 20.8 1.53949 74.34
6 -94.41 20.8 1
7 89.949 20 1.65425 58.26
8 -173.786 0.5 1
9 66.214 20.9 1.77621 49.38
10 223.928 7.6 1
11 -105.932 3.4 1.64132 42.2
12 47.64 1
kde R je poloměr příslušné optické plochy příslušného optického prvku podle obr. 5 a d je tloušťka optického elementu nebo vzdálenost příslušné optické plochy příslušného optického 5 prvku od předchozí optické plochy podle obr. 5, ne je index lomu příslušného optického prvku nebo vzduchu a ve je Abbeovo číslo příslušného optického prvku.
Tabulka 3 uvádí konkrétní specifikace návrhu objektivu s šesti optickými členy Ol až 06 podle provedení na obr. 6.
číslo parametru poloměry R [mm] tloušťky a mezery d [mm] index lomu ne Abbeovo číslo ve
1 83.552 19.2 1.88815 40.52
2 -186.649 5 1.81265 25.16
3 2133.022 20.35 1
4 -60.445 3.5 1.85504 23.64
5 136.5 16 1
6 482.52 20 1.75844 52.07
7 -72.067 0.5 1
8 78.943 19.2 1.60548 60.34
9 -197.306 0.5 1
10 80.338 17.4 1.65425 58.26
11 135.623 8.5 1
12 -83.194 3 1.88815 40.52
13 134.654 1
kde R je poloměr příslušné optické plochy příslušného optického prvku podle obr. 6 a d je tloušťka optického elementu nebo vzdálenost příslušné optické plochy příslušného optického prvku od předchozí optické plochy podle obr. 6, ne je index lomu příslušného optického prvku a ve je Abbeovo číslo příslušného optického prvku.
R1 až R13 jsou příslušné plochy, přední nebo zadní, jednotlivých optických členů Ol až 06 fokusačního objektivu 2 podle vynálezu.

Claims (6)

  1. PATENTOVÉ NÁROKY
    1. Fokusační objektiv (2) pro spektrální analyzátor obsahující alespoň pět optických členů (Ol až 05), vyznačující se tím, že objektiv (2) má vstupní pupilu (4) umístěnu před první plochou (Rl) prvního optického členu (Ol) a splňuje podmínky, že x/f= 0,35 3- 0,9, c = 1,5 3- 1,8 a Ία = 15 3- 20 °, kde x je sečná vzdálenost předmětového ohniska objektivu (2), f je předmětová ohnisková vzdálenost objektivu (2), c je clonové číslo objektivu (2) a Ία je zorné pole objektivu (2).
  2. 2. Fokusační objektiv (2) podle nároku 1, vyznačující se tím, že vstupní pupila (4) je umístěna v předmětovém ohnisku objektivu.
  3. 3. Fokusační objektiv (2) podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že obsahuje právě pět optických členů (Ol až 05), kde první dva optické členy (Ol a 02) jsou tvořeny spojnými menisky, třetí optický člen (03) je tvořen rozptylným meniskem, čtvrtý optický člen (04) je tvořen bikonvexní čočkou a pátý optický člen (05) je tvořen spojným meniskem a současně platí, že 1,1 f > f i > 1,4 f, 0,7 f > |f 3| > 1,1 f, 0.8f’ > f 4 > 1,2 f, kde f je ohnisková vzdálenost celé optické soustavy, f i je ohnisková vzdálenost prvního optického členu (Ol), f3 je ohnisková vzdálenost třetího optického členu (03) a f 4 je ohnisková vzdálenost čtvrtého optického členu (04).
  4. 4. Fokusační objektiv (2) podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že obsahuje šest optických elementů (Ol a ž 06), z nichž první optický člen (Ol) je tvořen spojným meniskem nebo je tvořen dubletem tvořeným bikonvexní čočkou (Ola) stmelenou s bikonkávní nebo plankonkávní čočkou (Olb), přičemž druhý optický člen (02) je tvořen bikonkávní čočkou, třetí a čtvrtý optický člen (03 a 04) jsou každý tvořen jednou bikonvexní čočkou, pátý optický člen (05) je tvořen spojným meniskem a šestý optický člen (06) je tvořen bikonkávní čočkou a současně platí, že 0,5 f > |f2| > 0,7 f, 0,9 f > f3 > 1,6 f, f > f4 > 1,2 f a 0,5 f > |f6| > 0,8 f, kde f je ohnisková vzdálenost celé optické soustavy, f 2 je ohnisková vzdálenost druhého optického členu (02), f 3 je ohnisková třetího optického členu (03), f 4 je ohnisková vzdálenost čtvrtého optického členu (04) a f 6 je ohnisková vzdálenost šestého optického členu (06).
  5. 5. Spektrální analyzátor obsahující za vstupní aperturou (0) uspořádaný kolimační objektiv (1), za nímž je uspořádán disperzní element (3), za kterým je uspořádán fokusační objektiv (2), za kterým je v ohniskové rovině (6) fokusačního objektivu (2) uspořádán detektor (5), vyznačující se tím, že fokusační objektiv (2) je tvořen fokusačním objektivem podle kteréhokoli z nároků 1 až 4.
  6. 6. Spektrální analyzátor podle nároku 5, vyznačující se tím, že fokusační objektiv (2) má vstupní pupilu (4) umístěnu v oblasti disperzního elementu (3).
CZ2018725A 2018-12-20 2018-12-20 Fokusační objektiv pro spektrální analyzátor a spektrální analyzátor CZ308821B6 (cs)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ2018725A CZ308821B6 (cs) 2018-12-20 2018-12-20 Fokusační objektiv pro spektrální analyzátor a spektrální analyzátor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ2018725A CZ308821B6 (cs) 2018-12-20 2018-12-20 Fokusační objektiv pro spektrální analyzátor a spektrální analyzátor

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CZ2018725A3 true CZ2018725A3 (cs) 2020-07-01
CZ308821B6 CZ308821B6 (cs) 2021-06-16

Family

ID=71132465

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CZ2018725A CZ308821B6 (cs) 2018-12-20 2018-12-20 Fokusační objektiv pro spektrální analyzátor a spektrální analyzátor

Country Status (1)

Country Link
CZ (1) CZ308821B6 (cs)

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8101918B1 (en) * 2009-05-13 2012-01-24 Itt Manufacturing Enterprises, Inc. Re-imaging infrared lenses
CZ304175B6 (cs) * 2012-12-12 2013-12-04 Ceské vysoké ucení technické v Praze - fakulta stavební Objektiv s promennou ohniskovou vzdáleností
CZ2014883A3 (cs) * 2014-12-10 2015-12-09 Meopta- optika, s.r.o. Optická soustava zobrazovacího spektrografu s vysokým rozlišením pro Ramanovu spektroskopii v hluboké UV oblasti záření
CZ305559B6 (cs) * 2014-12-10 2015-12-09 Meopta- optika, s.r.o. Optická soustava zobrazovacího spektrografu s vysokým rozlišením pro Ramanovu spektroskopii v hluboké UV oblasti záření
GB201703583D0 (en) * 2017-03-06 2017-04-19 Renishaw Plc Auto-focus system

Also Published As

Publication number Publication date
CZ308821B6 (cs) 2021-06-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20100014154A1 (en) Zoom Microscope
JP6341275B2 (ja) 倒立等倍リレーレンズ、カメラシステム、および中間アダプタ
EP2876481A1 (en) Immersion microscope objective and microscope using the same
EP2863251A1 (en) Immersion microscope objective and microscope using the same
US9001420B2 (en) Microscope optical system and microscope system
US20210141202A1 (en) Microscope device
US10656411B2 (en) Optical system for field mapping and/or pupil mapping
US11693223B2 (en) Autofocusing microscope objective
US12189107B2 (en) Scanning optical system and scanning-type confocal microscope
EP3557301A1 (en) Dry objective
JP2004132781A (ja) 分光器およびこれを用いた共焦点光学系、走査型光学顕微鏡
US5235465A (en) Objective lens system for use within microscope
JPH10318924A (ja) パルスレーザを備えた光学装置
CZ2018725A3 (cs) Fokusační objektiv pro spektrální analyzátor a spektrální analyzátor
US10139610B2 (en) Broadband catadioptric microscope objective with small central obscuration
JP2521959B2 (ja) 結像レンズ
US5159492A (en) Objective lens system for use within microscope
US10190912B2 (en) Optical system of a high-resolution imaging spectrograph for deep UV Raman spectroscopy
JP2009122624A (ja) 顕微鏡装置
US20190310449A1 (en) Fixed focal length objective lens
JPH09197283A (ja) 対物レンズ
US7706076B2 (en) Optical system
US2176482A (en) Lens
US3405993A (en) High magnification semi-apochromatic microscope objective of the fluorite type
US20250199284A1 (en) Image formation lens and microscope device