RU2084938C1

RU2084938C1 - High-speed immersion microobjective lens of medium magnification

Info

Publication number: RU2084938C1
Application number: RU93017856A
Authority: RU
Inventors: Д.Н. Фролов; О.В. Егорова
Original assignee: Акционерное общество открытого типа "ЛОМО"
Priority date: 1993-04-06
Filing date: 1993-04-06
Publication date: 1997-07-20

Abstract

FIELD: optics, microscopes of passing light intended for investigation and photography of biological luminescent objects. SUBSTANCE: proposed microobjective lens has five components, first component - single plano-convex lens facing immersion with flat surface. Lens is manufactured from material having refractive index and dispersion factor not less than 1.7 and 50.0 correspondingly. Second component is bonded from negative and positive lenses having relation of dispersion coefficients of optical materials ν₂₁ and ν₂₂ chosen from condition 1,4ν₂₂ < ν₂₁ < 2,0ν₂₂. Third component includes biconcave lens placed between two biconvex lenses. Fourth component is solitary meniscus facing image space with concavity. Fifth component presents binary meniscus facing image space with concavity. EFFECT: expanded application field.

Description

Настоящее изобретение относится к области оптического приборостроения, в частности, к объективам микроскопа, а также к иммерсионным объективам и может быть использовано в биологических, люминесцентных и поляризационных микроскопах проходящего и отраженного света в светлом поле для визуального наблюдения и фотографирования биологических объектов в обычном свете, в свете их собственной люминесценции и в поляризованных лучах. The present invention relates to the field of optical instrumentation, in particular, to microscope lenses, as well as to immersion lenses and can be used in biological, luminescent and polarizing microscopes of transmitted and reflected light in a bright field for visual observation and photographing of biological objects in ordinary light, in in the light of their own luminescence and in polarized rays.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является объектив [1] имеющий аналогичную пятикомпонентную систему, в которой фронтальный одиночный мениск обращен выпуклостью к пространству изображений, одиночный положительный компонент, трехсклеенный компонент содержит двояковогнутую линзу, заключенную между двумя двояковыпуклыми линзами; одиночный положительный компонент и двусклеенный мениск обращен вогнутостью к пространству изображений. The closest in technical essence to the present invention is a lens [1] having a similar five-component system in which the frontal single meniscus is convex to the image space, a single positive component, the three-glued component contains a biconcave lens enclosed between two biconvex lenses; a single positive component and a double-glued meniscus are turned with a concavity to the image space.

Он имеет достаточно высокий уровень оптической коррекции, однако хроматическая разность увеличения (2%) и астигматизм не позволяют применять его для решения поставленной задачи. Кроме того он обладает невысокой выходной апертурой и светосилой. It has a fairly high level of optical correction, but the chromatic difference of magnification (2%) and astigmatism do not allow it to be used to solve the problem. In addition, it has a low output aperture and aperture.

Вместе с тем высокоапертурные микрообъективы предназначены для визуального и фотометрического исследования малоконтрастных и слаболюминесцирующих объектов. Как правило, подобные объективы сложны конструктивно из-за ограничения применяемых марок стекол, которые должны быть малолюминесцирующими и не влиять на результаты фотометрических измерений. Усложнение оптических конструкций приводит к тому, что подобные объективы являются не светосильными, т.е. увеличение световой апертуры не дает желаемого эффекта. At the same time, high-aperture micro lenses are intended for visual and photometric studies of low-contrast and weakly luminescent objects. As a rule, such lenses are structurally complex due to the limitation of the used glass brands, which should be low-luminescent and not affect the results of photometric measurements. The complication of optical designs leads to the fact that such lenses are not aperture, i.e. an increase in light aperture does not give the desired effect.

Кроме того, при ХРУ более 0,8% требуется применение компенсационных окуляров, что экономически применять невыгодно. In addition, with HRI more than 0.8%, the use of compensation eyepieces is required, which is economically disadvantageous.

Конструкция данного светосильного иммерсионного микрообъектива отвечает современной концепции. Предлагаемый объектив, как и прототип, содержит пять компонентов, первый из которых менискообразный; второй положительный; третий трехсклеенный, содержащий двояковогнутую линзу, заключенную между двумя двояковыпуклыми линзами; четвертый одиночный положительный; пятый - двусклеенный мениск, обращенный вогнутостью к пространству изображений. The design of this high-aperture immersion micro lens meets the modern concept. The proposed lens, like the prototype, contains five components, the first of which is meniscus; the second is positive; a third triple-bonded one comprising a biconcave lens enclosed between two biconvex lenses; fourth single positive; the fifth is a double-glued meniscus facing concavity to the space of images.

Вместе с тем, конструкция объектива имеет отличие от прототипа. However, the design of the lens is different from the prototype.

Так, первый компонент выполнен в виде плосковыпуклой линзы из оптического материала с показателем преломления и коэффициентом дисперсии не менее 1,7 и 50, соответственно, и обращен плоской поверхностью к иммерсии; второй компонент представляет собой двусклеенный из отрицательной и положительной линз, причем соотношение коэффициентов дисперсии оптических материалов выбрано исходя из условия:
1,4ν₂₂< ν₂₁< 2,0 ν₂₂,
четвертый компонент выполнен в виде мениска, обращенного вогнутостью к пространству изображений.So, the first component is made in the form of a plano-convex lens of optical material with a refractive index and a dispersion coefficient of at least 1.7 and 50, respectively, and faces a flat surface towards immersion; the second component is double-glued from negative and positive lenses, and the ratio of the dispersion coefficients of the optical materials is selected based on the condition:
1.4ν ₂₂ <ν ₂₁ <2.0 ν ₂₂ ,
the fourth component is made in the form of a meniscus facing concavity to the space of images.

Предлагаемая конструкция позволяет улучшить аберрационную коррекцию, а также увеличить числовую апертуру и светосилу микрообъектива среднего увеличения по сравнению с известными аналогами и прототипом. При этом становится возможным получение микрообъектива с характеристиками, отвечающими современным требованиям. При достаточно простой и технологичной конструкции к достоинствам конструкции следует отнести применение оптических материалов, освоенных оптической промышленностью. The proposed design allows to improve aberration correction, as well as to increase the numerical aperture and aperture of a micro-lens of medium magnification in comparison with the known analogues and prototype. At the same time, it becomes possible to obtain a micro lens with characteristics that meet modern requirements. With a fairly simple and technologically advanced design, the advantages of the design include the use of optical materials mastered by the optical industry.

Применение плосковыпуклого мениска из оптического материала с n_e≥1,7 и ν_e≥ 50 позволяет увеличить входную числовую апертуру иммерсионного микрообъектива среднего увеличения за счет повышения показателя преломления линзы, контактирующей с иммерсией. Вносимые при этом хроматические аберрации и сферохроматические аберрации минимальны. Кроме того, выбор стекла с коэффициентом указанной дисперсии позволяет снизить в объективе в целом вторичный спектр. Выбор соотношения коэффициентов отрицательной и положительной линз второго компонента позволяет оптимальным образом корректировать хроматические аберрации в объективе. Выполнение четвертого компонента указанным образом позволяет повысить входную числовую апертуру объектива и, следовательно, выходную апертуру. При этом данный компонент является отрицательным по отношению к предыдущему и имеет компенсационные значения аберраций, не внося значительного сферохроматизма и аберраций высших порядков.The use of a plano-convex meniscus of optical material with n _e ≥1.7 and ν _e ≥ 50 makes it possible to increase the input numerical aperture of an immersion micro-lens of medium magnification by increasing the refractive index of the lens in contact with immersion. The chromatic aberrations and spherochromatic aberrations introduced are minimal. In addition, the choice of glass with a coefficient of the specified dispersion can reduce the secondary spectrum in the lens as a whole. The choice of the ratio of the coefficients of the negative and positive lenses of the second component allows you to optimally adjust the chromatic aberration in the lens. The implementation of the fourth component in this way allows you to increase the input numerical aperture of the lens and, therefore, the output aperture. Moreover, this component is negative in relation to the previous one and has compensatory aberration values without introducing significant spherochromatism and higher order aberrations.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлена принципиальная схема объектива. The invention is illustrated in the drawing, which shows a schematic diagram of a lens.

В таблице дан оптический выпуск примера конкретного исполнения. Объектив содержит пять компонентов. Первый 1 плоско-выпуклая линза, плоская поверхность которой обращена к иммерсии; второй 2 двусклеенный из отрицательной и положительной линз; третий 3 трехсклеенный, содержащий двояковогнутую линзу, заключенную между двумя двояковыпуклыми линзами; четвертый 4 одиночный мениск, обращенный вогнутостью к пространству изображений; пятый 5 двусклеенный мениск, обращенный вогнутостью к пространству изображений. The table shows the optical release of an example of a specific performance. The lens contains five components. The first one is a plano-convex lens, the flat surface of which is facing immersion; second 2 double-glued from negative and positive lenses; the third 3 three-glued, containing a biconcave lens, enclosed between two biconvex lenses; fourth 4 single meniscus, facing concavity to the space of images; fifth 5 two-glued meniscus, facing concavity to the space of images.

Работает предлагаемый светосильный иммерсионный микрообъектив среднего увеличения следующим образом: первый компонент работает с увеличением 2х и снижает входную числовую апертуру. Второй компонент увеличивает мнимое изображение объекта, внося сферическую аберрацию, в том числе высших порядков, компенсируя хроматические аберрации положения и увеличения. Третий компонент компенсирует монохроматические аберрации высших порядков и сферохроматизм, выравнивая их по третьим порядкам и совместно с четвертым компонентом строя изображение в передней фокальной плоскости пятого компонента. Последний компонент строит изображение в "бесконечности", компенсируя монохроматические и хроматические остаточные аберрации предыдущих компонентов. The proposed high-speed immersion micro-lens of medium magnification works as follows: the first component works with a magnification of 2x and reduces the input numerical aperture. The second component enlarges the imaginary image of the object, introducing spherical aberration, including higher orders, compensating for chromatic aberrations of position and magnification. The third component compensates for higher order monochromatic aberrations and spherochromatism, aligning them in third orders and, together with the fourth component, building an image in the front focal plane of the fifth component. The last component builds the image at "infinity", compensating for the monochromatic and chromatic residual aberrations of the previous components.

В качестве примера конкретного исполнения рассчитан микрообъектив с увеличением 32х и числовой апертурой 0,85, работающий с масляной иммерсией. As an example of a specific design, a micro lens with a magnification of 32x and a numerical aperture of 0.85 is calculated, working with oil immersion.

В результате реализации предложенного технического решения получен светосильный иммерсионный микрообъектив среднего увеличения, имеющий достаточно простую и технологичную конструкцию, пригодную для реализации в серийном производстве. As a result of the implementation of the proposed technical solution, an aperture medium-magnification high-speed immersion micro-lens is obtained, which has a fairly simple and technologically advanced construction suitable for implementation in mass production.

Информационная емкость повышена в 1,5 2, светосила повышена примерно в 10 раз. Information capacity increased by 1.5 2, aperture increased by about 10 times.

Claims

A fast immersion medium-magnification micro lens containing five components, the first of which is positive, the second is made in the form of a double-glued positive lens, consisting of negative and positive lenses, the third is three-glued, containing a biconcave lens, enclosed between two biconvex lenses, the fourth is a positive lens, and the fifth is double-glued meniscus facing concavity to the image, characterized in that the first component is made in the form of a plano-convex lens of optical material with azatelem refractive index and dispersion factor of at least 1.7 and 50.0, respectively, and facing planar surface to immersion, the second component is made of materials whose coefficients of dispersion for the first negative lens ν ₂₁ and a second positive lens ₂₂ satisfy the relation ν
1.4ν ₂₂ <ν ₂₁ <2.0 ν ₂₂ ,
and the fourth component is made in the form of a single meniscus facing concavity to the image.