RU149885U1

RU149885U1 - PLANAPROCHROMATIC HIGH-APERTURE MICRO LENS WITH LARGE OPERATING DISTANCE

Info

Publication number: RU149885U1
Application number: RU2014128698/28U
Authority: RU
Inventors: Наталия Богдановна Скобелева; Лариса Евгеньевна Левандовская; Михаил Наумович Сокольский
Original assignee: Открытое акционерное общество "ЛОМО"
Priority date: 2014-07-11
Filing date: 2014-07-11
Publication date: 2015-01-20

Abstract

1. Планапохроматический высокоапертурный микрообъектив с большим рабочим расстоянием, содержащий последовательно расположенные пять компонентов, первый из которых содержит мениск, второй и третий выполнены склеенными из двух линз, четвертый содержит положительную линзу, и пятый компонент включает в себя отрицательную двояковогнутую линзу, отличающийся тем, что первый компонент выполнен в виде склеенной линзы, содержащей мениск, обращенный вогнутостью к пространству изображения, и двояковыпуклую линзу, второй компонент выполнен склеенным из отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к пространству изображения, и двояковыпуклой положительной линзой, третий компонент выполнен склеенным из положительной двояковыпуклой линзы и отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к пространству предметов, в четвертом компоненте положительная линза выполнена склеенной из положительного мениска, обращенного вогнутостью к пространству изображения, и положительной двояковыпуклой линзы, а в пятом компоненте отрицательная двояковогнутая линза выполнена склеенной с положительным мениском, обращенным вогнутостью к пространству изображения.2. Планапохроматический высокоапертурный микрообъектив с большим рабочим расстоянием по п. 1, отличающийся тем, что коэффициент дисперсии положительных линз первого, второго и третьего компонентов, а также положительного мениска четвертого компонента имеет значение 90<ν<95, а значение показателя преломления отрицательных менисков в склеенных линзах второго и третьего компонентов и положительной двояковыпуклой линзы в склеенной линзе четвертого компонента 1.6≤n≤1.651. A plano-chromatic high-aperture micro lens with a large working distance, containing five components in series, the first of which contains the meniscus, the second and third are glued from two lenses, the fourth contains a positive lens, and the fifth component includes a negative biconcave lens, characterized in that the first component is made in the form of a glued lens containing a meniscus facing concavity to the image space, and a biconvex lens, the second component is glued made of a negative meniscus facing concavity to the image space and a biconvex positive lens, the third component is glued from a positive biconvex lens and a negative meniscus facing concavity to the space of objects, in the fourth component the positive lens is glued from a positive meniscus facing concavity to the image space , and a positive biconvex lens, and in the fifth component, the negative biconcave lens is glued to positively meniscus facing concavity to space izobrazheniya.2. A planaprochromatic high-aperture micro lens with a large working distance according to claim 1, characterized in that the dispersion coefficient of the positive lenses of the first, second and third components, as well as the positive meniscus of the fourth component, has a value of 90 <ν <95, and the refractive index of negative menisci in the bonded lenses the second and third components and the positive biconvex lens in the bonded lens of the fourth component 1.6≤n≤1.65

Description

Предлагаемая полезная модель относится к оптическому приборостроению, а именно к объективам микроскопов, и может быть использована для визуального наблюдения и фотографирования малоконтрастных микроскопических структур, находящихся на пределе разрешающей способности световых микроскопов в естественном свете, свете видимой люминесценции, в поляризованном свете методом светлого поля, темного поля, фазового контраста, для использования в системах отраженного света в металлографии, в микроэлектронике для работы с монографическими структурами, комплектации микроинъекторов для различных задач, в клеточной, онтогенетической и генетической инженерии и т.д.The proposed utility model relates to optical instrumentation, namely, microscope lenses, and can be used for visual observation and photographing of low-contrast microscopic structures that are at the limit of the resolution of light microscopes in natural light, visible luminescence light, in polarized light by the bright field method, dark field, phase contrast, for use in reflected light systems in metallography, in microelectronics for working with monographic pages uktury, a complete set of microinjectors for various tasks, in cellular, ontogenetic and genetic engineering, etc.

Известен планапохроматический высокоапертурный объектив микроскопа [1], содержащий пять компонентов, первый из которых положительный мениск, обращенный вогнутостью в пространство объекта, второй одиночный положительный компонент, третий - склеенный из положительной двояковыпуклой и отрицательной линз, четвертый одиночный положительный компонент и пятый отрицательный компонент, обращенный вогнутостью в пространство изображения, и склеенный из положительной и отрицательной линз.A planochromatic high-aperture microscope objective [1] is known that contains five components, the first of which is a positive meniscus facing concavity into the object space, the second is a single positive component, the third is glued from a positive biconvex and negative lenses, the fourth is a single positive component and the fifth is a negative component concavity in the space of the image, and glued from the positive and negative lenses.

Объектив имеет высокую входную апертуру, хорошо исправленные моно - и хроматические аберрации осевого и внеосевых пучков, но свободное рабочее расстояние не превышает 2 мм.The lens has a high input aperture, well-corrected mono - and chromatic aberrations of the axial and off-axis beams, but the free working distance does not exceed 2 mm.

Наиболее близким техническим решением к заявляемой полезной модели является планапохроматический высокоапертурный микробъектив с большим рабочим расстоянием [2].The closest technical solution to the claimed utility model is a planochromatic high aperture micro lens with a large working distance [2].

Объектив содержит пять компонентов, первый из которых выполнен в виде мениска, обращенного вогнутостью к пространству предметов, второй положительный компонент выполнен склеенным из двояковыпуклой линзы и отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к пространству предметов, третий двусклеенный компонент выполнен из отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к пространству изображения, и двояковыпуклой линзы, четвертый компонент содержит одиночную положительную линзу, а пятый компонент выполнен из одиночной двояковогнутой линзы и двух менисков, обращенных вогнутостью к пространству предметов.The lens contains five components, the first of which is made in the form of a meniscus facing concavity to the space of objects, the second positive component is glued from a biconvex lens and a negative meniscus facing concavity to the space of objects, the third two-glued component is made of a negative meniscus facing concavity to the image space , and a biconvex lens, the fourth component contains a single positive lens, and the fifth component is made of a single biconcave th lens and two menisci facing concavity to the space of objects.

Объектив имеет высокую входную апертуру (10×0.38), достаточно высокую коррекцию точки на оси и по полю, большое линейное поле изображения (25 мм), увеличенное рабочее расстояние (4.5 мм).The lens has a high input aperture (10 × 0.38), a sufficiently high point correction on the axis and in the field, a large linear image field (25 mm), and an increased working distance (4.5 mm).

Но свободное рабочее расстояние недостаточно для использования в системах отраженного света в металлографии, в микроэлектронике для работы с монографическими структурами, комплектации микроинъекторов для различных задач, в клеточной, онтогенетической и генетической инженерии и т.д.But the free working distance is not enough for use in reflected light systems in metallography, in microelectronics for working with monographic structures, for assembling microinjectors for various tasks, in cellular, ontogenetic and genetic engineering, etc.

Современные модели микроскопов требуют комплектации высокоапертурными планапохроматическими микрообъективами, которые имеют улучшенную коррекцию монохроматических и хроматических аберраций на оси и всему полю изображения с многократно увеличенными рабочими расстояниями.Modern models of microscopes require a high-aperture plano-chromatic micro-lenses, which have improved correction of monochromatic and chromatic aberrations on the axis and the entire field of the image with significantly increased working distances.

Основной задачей, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, является многократное увеличение рабочего расстояния при сохранении планапохроматической коррекции и исправленном хроматизме увеличения.The main task, which the proposed utility model is aimed at, is a multiple increase in the working distance while maintaining the planochromatic correction and corrected chromaticity of the increase.

Поставленная задача решается с помощью предложенного планапохроматического высокоапертурного микрообъектива с большим рабочим расстоянием, который, как и прототип, содержит последовательно расположенные пять компонентов, первый из содержит мениск, второй и третий выполнены склеенными из двух линз, четвертый содержит положительную линзу и пятый компонент включает в себя отрицательную двояковогнутую линзу.The problem is solved using the proposed planochromatic high-aperture micro lens with a large working distance, which, like the prototype, contains five components in series, the first contains a meniscus, the second and third are glued from two lenses, the fourth contains a positive lens and the fifth component includes negative biconcave lens.

В отличие от прототипа в предлагаемой полезной модели первый компонент выполнен в виде склеенной линзы, содержащей мениск, обращенный вогнутостью к пространству изображения, и двояковыпуклую линзу, второй компонент выполнен склеенным из отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к пространству изображения, и двояковыпуклой положительной линзой, третий компонент выполнен склеенным из положительной двояковыпуклой линзы и отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к пространству предметов, в четвертом компоненте положительная линза выполнена склеенной из положительного мениска, обращенного вогнутостью к пространству изображения, и положительной двояковыпуклой линзы, а в пятом компоненте отрицательная двояковогнутая линза выполнена склеенной с положительным мениском, обращенным вогнутостью к пространству изображения.In contrast to the prototype in the proposed utility model, the first component is made in the form of a glued lens containing a meniscus facing concavity to the image space, and a biconvex lens, the second component is glued from a negative meniscus facing concavity to the image space, and a biconvex positive lens, the third component made of glued from a positive biconvex lens and a negative meniscus facing concavity to the space of objects in the fourth component of the positive Naya glued lens is formed of a positive meniscus concavity facing the space of the image, and a biconvex positive lens, and a fifth biconcave negative lens component made of a glued with a positive meniscus facing concavity to space image.

Кроме того, коэффициент дисперсии положительных линз первого, второго и третьего компонентов, а также положительного мениска четвертого компонента имеет значение 90≤ν_d≤95, а значение показателя преломления отрицательных менисков в склеенных линзах второго и третьего компонентов и положительной двояковыпуклой линзы в склеенной линзе четвертого компонента 1.6≤n_d≤1.65, а их коэффициент дисперсии имеет значение 42≤ν_d≤45.In addition, the dispersion coefficient of the positive lenses of the first, second and third components, as well as the positive meniscus of the fourth component is 90≤ν _d ≤95, and the refractive index of the negative menisci in the bonded lenses of the second and third components and the positive biconvex lens in the bonded lens of the fourth component 1.6≤n _d ≤1.65, and their dispersion coefficient has a value of 42≤ν _d ≤45.

Сущность предполагаемой полезной модели заключается в том, что выполнение первого компонента двусклеенным из мениска и положительной двояковыпуклой линзы, второго компонента двусклеенным из отрицательного мениска и положительной двояковыпуклой линзы, третьего компонента двусклеенным из двояковыпуклой положительной линзы и отрицательного мениска, четвертого - склеенным из положительного мениска и двояковыпуклой линзы, и пятого - склеенного из отрицательной двояковогнутой линзы и положительного мениска, позволили в несколько раз увеличить рабочий передний отрезок (примерно в 12.5 раза), а также приведенный выше выбор коэффициентов дисперсии и показателя преломления позволили сохранить планапохроматическую коррекцию с исправленным хроматизмом увеличения.The essence of the proposed utility model is that the first component is double-glued from a meniscus and a positive biconvex lens, the second component is double-glued from a negative meniscus and a positive biconvex lens, the third component is double-glued from a biconvex positive lens and negative meniscus, and the fourth is glued from a positive meniscus and lens, and the fifth - glued from a negative biconcave lens and a positive meniscus, allowed several times Larger working front length (approximately 12.5 times), as well as the above selection of dispersion coefficients and refractive index, allowed us to maintain planochromatic correction with corrected chromaticity of magnification.

При этом обеспечена возможность работы в системах отраженного света в металлографии, в микроэлектронике для работы с монографическими структурами, комплектация микроинъекторов для различных задач, в клеточной, онтогенетической и генетической инженерии и т.д., требующая очень больших рабочих расстояний, высокая входная апертура и наблюдение одновременно всего линейного поля зрения с высоким контрастом.At the same time, it is possible to work in systems of reflected light in metallography, in microelectronics for working with monographic structures, microinjectors for various tasks, in cellular, ontogenetic and genetic engineering, etc., requiring very large working distances, high input aperture and observation simultaneously the entire linear field of view with high contrast.

На основании изложенного можно сделать вывод, что новая совокупность существенных признаков заявляемой полезной модели позволила получить технический результат, заключающийся в увеличении в несколько раз свободного рабочего расстояния, при этом сохранена достаточно высокая входная апертура (0.3) и планапохроматическая коррекция, благодаря которой одновременно осуществляется наблюдение всего поля зрения с высоким качеством изображения.Based on the foregoing, we can conclude that the new set of essential features of the claimed utility model made it possible to obtain a technical result consisting in a several-fold increase in the free working distance, while maintaining a sufficiently high input aperture (0.3) and planochromatic correction, due to which all field of view with high image quality.

Предлагаемый планапохроматический высокоапертурный микрообъектив с большим рабочим расстоянием поясняется чертежом, на котором на фиг. 1 представлена его оптическая схема, а также Приложением, в котором даны конструктивные параметры и аберрационные выпуски.The proposed planochromatic high-aperture micro lens with a large working distance is illustrated by the drawing, in which in FIG. 1 presents its optical scheme, as well as the Appendix, which gives the design parameters and aberration releases.

Заявляемый планахроматический высокоапертурный микрообъектив с большим рабочим расстоянием содержит пять компонентов, первый из которых выполнен в виде склеенной линзы, содержащей мениск 1, обращенный вогнутостью к пространству изображения, и двояковыпуклую положительную линзу 2, второй компонент выполнен двусклеенным из отрицательного мениска 3, обращенного вогнутостью к пространству изображения, и положительной двояковыпуклой линзы 4, третий двусклеенный компонент выполнен из положительной двояковыпуклой линзы 5 и отрицательного мениска 6, обращенного вогнутостью к пространству предметов, четвертый двусклеенный компонент выполнен из положительного мениска 7, обращенного вогнутостью к пространству изображения и двояковыпуклой линзы 8, и пятый компонент, содержащий отрицательную двояковогнутую линзу 9, склеенную с положительным мениском 10, обращенным вогнутостью к пространству изображения.The inventive planachromatic high-aperture micro lens with a large working distance contains five components, the first of which is made in the form of a glued lens containing a meniscus 1, facing concavity to the image space, and a biconvex positive lens 2, the second component is double-glued from the negative meniscus 3, facing concavity to the space image, and a positive biconvex lens 4, the third two-glued component is made of a positive biconvex lens 5 and a negative meniscus 6, facing concavity to the space of objects, the fourth two-glued component is made of a positive meniscus 7, facing concavity to the image space and the biconvex lens 8, and the fifth component containing the negative biconcave lens 9, glued with a positive meniscus 10, facing the concavity to the image space.

Предлагаемый объектив работает следующим образом.The proposed lens works as follows.

Объектив работает с тубусной линзой f'=200 мм.The lens works with a tube lens f '= 200 mm.

Лучи от объекта наблюдения, расположенного в передней фокальной плоскости микрообъектива, проходят через первый склеенный компонент I - мениск 1 и положительную двояковыпуклую линзу 2, второй компонент II - склеенные отрицательный мениск 3 и положительную двояковыпуклую линзу 4, образуя мнимое изображение, внося отрицательные сферическую аберрацию, кому, отрицательный астигматизм и кривизну, далее компоненты III - склеенные двояковыпуклая линза 5 и мениск 6, и компонент IV - склеенные положительный мениск 7 и двояковыпуклая положительная линза 8, образуют действительное изображение, совмещенное с передней фокальной плоскостью компонента V, увеличивая отрицательную сферическую аберрацию, компенсируя кому, астигматизм и кривизну изображения, и компонент V - склеенные двояковогнутая линза 9 и мениск 10 переносят изображение в бесконечность, образуя планапохроматическое изображение с исправленным хроматизмом увеличения (ХРУ=0%).Rays from the object of observation located in the front focal plane of the micro-lens pass through the first glued component I - meniscus 1 and positive biconvex lens 2, the second component II - glued negative meniscus 3 and positive biconvex lens 4, forming an imaginary image, introducing negative spherical aberration, coma, negative astigmatism and curvature, further components III - glued biconvex lens 5 and meniscus 6, and component IV - glued positive meniscus 7 and biconvex positive lens 8, form a real image aligned with the front focal plane of component V, increasing negative spherical aberration, compensating coma, astigmatism and image curvature, and component V - glued biconcave lens 9 and meniscus 10 transfer the image to infinity, forming a planochromatic image with corrected chromaticity of magnification (HRU = 0%).

По предложенной схеме реализован микрообъектив с увеличением 10^x, числовой апертурой 0.3, линейным полем изображения 25 мм и рабочим расстоянием 33.7 мм.According to the proposed scheme, a micro lens with a magnification of 10 ^x , a numerical aperture of 0.3, a linear image field of 25 mm and a working distance of 33.7 mm is realized.

В таблице 1 представлено число Штреля, характеризующее качество изображения объектива для приведенных относительных значений величин изображения.Table 1 presents the Strehl number, which characterizes the image quality of the lens for the relative values of the image values.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИINFORMATION SOURCES

1. Российская Федерация, патент 2195008, МПК: G02B 21/02, 2000 г.1. Russian Federation, patent 2195008, IPC: G02B 21/02, 2000

2. Российская Федерация, патент 2497163, МПК: G02B 21/02, 2013 г. - прототип2. Russian Federation, patent 2497163, IPC: G02B 21/02, 2013 - prototype

Claims

1. A plano-chromatic high-aperture micro lens with a large working distance, containing five components in series, the first of which contains the meniscus, the second and third are glued from two lenses, the fourth contains a positive lens, and the fifth component includes a negative biconcave lens, characterized in that the first component is made in the form of a glued lens containing a meniscus facing concavity to the image space, and a biconvex lens, the second component is glued made of a negative meniscus facing concavity to the image space and a biconvex positive lens, the third component is glued from a positive biconvex lens and a negative meniscus facing concavity to the space of objects, in the fourth component the positive lens is glued from a positive meniscus facing concavity to the image space , and a positive biconvex lens, and in the fifth component, the negative biconcave lens is glued to positively meniscus facing the concavity to the space of the image.

2. Plano-chromatic high-aperture micro lens with a large working distance according to claim 1, characterized in that the dispersion coefficient of the positive lenses of the first, second and third components, as well as the positive meniscus of the fourth component, has a value of 90 <ν _d <95, and the refractive index of negative menisci in the bonded lenses of the second and third components and the positive biconvex lens in the bonded lens of the fourth component 1.6 n n _d 1 1.65, and their dispersion coefficient is 42 <ν _d <45.