RU2098853C1

RU2098853C1 - Planoapochromatic microlens

Info

Publication number: RU2098853C1
Application number: RU96107702A
Authority: RU
Inventors: Д.Н. Фролов; Н.Л. Фрейдберг
Original assignee: Акционерное общество открытого типа "ЛОМО"
Priority date: 1996-04-16
Filing date: 1996-04-16
Publication date: 1997-12-10

Abstract

FIELD: replenishment of laboratory and research models of biological, polarization, luminescent and other microscopes. SUBSTANCE: planoapochromatic microlens has five components arranged in sequence along optical axis. First component is positive meniscus facing plane of object with concavity. Second positive component is bonded of negative and positive lenses. Third component is composed of two negative lenses and positive lens confined between them. Fourth component is biconvex positive lens and fifth component is bonded from two meniscus lenses and faces space of images with concavity. EFFECT: improved functional characteristics of proposed microlens. 1 dwg, 2 tbl

Description

Изобретение относится к микроскопии, к планапохроматическим объективам микроскопа, и может быть использовано для комплектации лабораторных и исследовательских моделей биологических, поляризационных, люминесцентных и других микроскопов. The invention relates to microscopy, planochromatic microscope lenses, and can be used to complete laboratory and research models of biological, polarizing, luminescent and other microscopes.

Планапохроматические объективы предназначены для визуального изучения и исследования с помощью регистрирующих устройств малоконтрастных микроскопических структур. Эти объективы являются наиболее сложными в производственной программе фирм производителя и по существу определяют мощности данного производства, его технологический и научный потенциал. При разработке подобных объективов большое внимание уделяется возможности реализации в производстве высоких проектных характеристик, обеспечению требуемых допусков при изготовлении и сборке деталей, что зависит от оптимальности построения оптической схемы объектива. Plano-chromatic lenses are designed for visual study and research using low-contrast microscopic structures using recording devices. These lenses are the most complex in the production program of the manufacturer’s firms and, in essence, determine the power of this production, its technological and scientific potential. When developing such lenses, much attention is paid to the possibility of realizing high design characteristics in production, ensuring the required tolerances in the manufacture and assembly of parts, which depends on the optimality of the optical design of the lens.

В настоящее время в мировой практике реализуется принцип унификации габаритных и технических характеристик объективов микроскопов [1]
Ведутся расчеты микрообъективов различных классов и степени коррекции с унифицированной длиной тубуса, стандартизированными характеристиками качества изобретения. Это позволяет наиболее эффективно использовать различные комплекты объективов, снизить их номенклатуру. На револьвере микроскопа могут быть закреплены вместе ахромат, планахромат, планапохромат. При этом микрообъективы с ахроматическим и планахроматическим типом коррекции уже разработаны на ЛОМО и освоены в производстве. В настоящее время есть необходимость разработки планапохроматических микрообъективов для решения предельных задач микроскопии.Currently, in world practice, the principle of unification of the overall and technical characteristics of microscope lenses is being implemented [1]
Micro lenses of various classes and degrees of correction are being calculated with a unified tube length and standardized quality characteristics of the invention. This allows you to most effectively use different sets of lenses, to reduce their range. Achromat, planachromat, planochromat can be fixed together on a microscope revolver. Moreover, microscopic lenses with achromatic and planachromatic type of correction have already been developed at LOMO and mastered in production. Currently, there is a need to develop planochromatic micro-lenses to solve the ultimate tasks of microscopy.

Известны серийно выпускаемые на ЛОМО объективы планапохроматы [2] Однако они обладают существенными недостатками остаточная хроматическая разность увеличений (ХРУ) составляет 2% что не соответствует современным международным стандартам. Кроме того, они имеют большую остаточную кривизну изображения. Известны также объективы планахроматы с уменьшенным вторичным спектром [3] Однако они имеют те же недостатки. Большая по значению остаточная ХРУ не позволяет избежать окрашенности в промежуточном изображении на микроскопе. Недостаточное исправление кривизны вызывает необходимость перефокусировки микроскопа при наблюдении объекта от центра к краю, а также непригодность для микрофотографии. Planochromatic lenses are commercially available at LOMO [2]. However, they have significant drawbacks, the residual chromatic difference of magnifications (CCD) is 2%, which does not correspond to modern international standards. In addition, they have a large residual image curvature. Planachromat lenses with a reduced secondary spectrum are also known [3] However, they have the same disadvantages. The large residual HRU does not allow staining in the intermediate image on the microscope. An insufficient correction of the curvature necessitates a re-focusing of the microscope when observing an object from the center to the edge, as well as unsuitability for microphotography.

Известны микрообъективы с улучшенными характеристиками по полю [4,5] Однако в них полевые аберрации (кривизна и астигматизм0 остаются значительными, а остаточная ХРУ колеблется от 1 до 1,5%
Наиболее близким к предлагаемому является объектив по патенту [6] фирмы LEICA, который и выбран в качестве прототипа.Micro lenses with improved field characteristics are known [4,5]. However, field aberrations in them (curvature and astigmatism 0 remain significant, and the residual CRU ranges from 1 to 1.5%
Closest to the proposed is the lens according to the patent [6] of LEICA, which is selected as a prototype.

Этот объектив содержит последовательно расположенные вдоль оптической оси пять компонентов, первый из которых положительный мениск, обращенный вогнутостью к плоскости объекта, второй положительный компонент, третий - трехсклеенный, состоящий из двух отрицательных линз с заключенной между ними положительной линзой, четвертый двояковыпуклая положительная линза, а пятый двусклеенный отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к пространству изображений
Объектив обладает недостаточной коррекцией монохроматических аберраций внеосевых пучков (

) и полевых хроматических аберраций (хроматическая разность увеличений составляет около 1%), не позволяющих эффективно проводить, например, микрофотографические исследования. Кроме того, в промежуточном изображении окрашенность препятствует проведению измерений (сетки и шкала, помещенные в эту плоскость окрашены).This lens contains five components sequentially located along the optical axis, the first of which is a positive meniscus facing concavity to the plane of the object, the second is a positive component, the third is three-bonded, consisting of two negative lenses with a positive lens enclosed between them, the fourth is a biconvex positive lens, and the fifth double-glued negative meniscus facing concavity to image space
The lens has insufficient correction of monochromatic aberrations of off-axis beams (

) and field chromatic aberrations (the chromatic difference of magnifications is about 1%), which does not make it possible to effectively carry out, for example, microphotographic studies. In addition, in the intermediate image, the coloration prevents measurements (the grids and the scale placed in this plane are colored).

Вместе с тем современные модели микроскопов требуют обеспечения возможности проведения микрофотографии измерительных операций. Этим требованиям должны отвечать объективы планапохроматы с улучшенной коррекцией полевых монохроматических и хроматических аберраций. At the same time, modern models of microscopes require the provision of micrographs of measurement operations. Planochromat lenses with improved correction of field monochromatic and chromatic aberrations must meet these requirements.

Задачей изобретения является обеспечение одновременного комплексного исправления в объективе монохроматических и хроматических аберраций. The objective of the invention is to provide simultaneous comprehensive correction in the lens of monochromatic and chromatic aberrations.

Для решения задачи предложен планапохроматический микрообъектив, содержащий последовательно расположенные вдоль оптической оси пять компонентов, первый из которых положительный мениск, обращенный вогнутостью к плоскости объекта, второй положительный, третий трехсклеенный, состоящий из двух отрицательных линз с заключенной между ними положительной линзой, четвертый двояковыпуклая положительная линза, а пятый двусклеенный отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к пространству изображений. To solve the problem, a planochromatic micro lens is proposed, containing five components sequentially located along the optical axis, the first of which is a positive meniscus facing concavity to the plane of the object, the second is positive, the third is three-glued, consisting of two negative lenses with a positive lens enclosed between them, and the fourth is a biconvex positive lens , and the fifth double-glued negative meniscus, facing concavity to the space of images.

В отличие от прототипа в предложенном микрообъективе второй положительный компонент выполнен двусклеенным из отрицательной и положительной линз, а пятый компонент склеен из двух менисковых линз. In contrast to the prototype, in the proposed micro lens, the second positive component is double-glued from negative and positive lenses, and the fifth component is glued from two meniscus lenses.

Сущность изобретения заключается в том, что выполнение второго положительного компонента двусклеенным из отрицательной и положительной линз позволяет добиться полного исправления хроматических аберраций, так как склеенный компонент обладает дополнительным коррекционным параметром по сравнению с одиночным. Выполнение пятого компонента склеенным из двух менисковых линз позволяет удвоить эффект аберрационного действия мениска, обращенного вогнутостью к плоскости изображения, и за счет этого полностью исправить в объективе кривизну и астигматизм. The essence of the invention lies in the fact that the implementation of the second positive component double-glued from the negative and positive lenses allows to achieve complete correction of chromatic aberrations, since the glued component has an additional correction parameter compared to a single one. The implementation of the fifth component glued from two meniscus lenses allows you to double the effect of the aberration action of the meniscus, facing concavity to the image plane, and due to this completely correct the curvature and astigmatism in the lens.

Таким образом, использование всех указанных признаков позволяет достигнуть значительного технического результата, заключающегося в возможности одновременного комплексного исправления в объективе монохроматических и хроматических аберраций, что не достигнуто в известных аналогах и прототипе. Thus, the use of all these features allows you to achieve a significant technical result, which consists in the possibility of simultaneous comprehensive correction in the lens of monochromatic and chromatic aberrations, which is not achieved in the known analogues and prototype.

На чертеже представлена принципиальная схема объектива, а в табл.1-2 даны аберрационные выпуски примера конкретного исполнения заявляемого микрообъектива. The drawing shows a schematic diagram of the lens, and table 1-2 gives aberration issues of an example of a specific implementation of the inventive micro-lens.

Планапохроматический микрообъектив содержит пять компонентов, последовательно расположенных вдоль оптической оси, первый из которых представляет собой положительный мениск 1, обращенный вогнутостью к плоскости объекта, второй положительный компонент 2 выполнен двусклеенным из отрицательной и положительной линз, третий компонент 3 выполнен трехсклеенным из двух отрицательных линз с заключенной между ними положительной линзой, четвертый компонент представляет собой двояковыпуклую положительную линзу 4, пятый компонент выполнен двусклеенным из двух менисковых линз 5, обращенных вогнутостью к пространству изображений. A plan-chromatic micro-lens contains five components sequentially located along the optical axis, the first of which is a positive meniscus 1 facing concavity to the plane of the object, the second positive component 2 is double-glued from negative and positive lenses, the third component 3 is tri-glued from two negative lenses with an enclosed between them a positive lens, the fourth component is a biconvex positive lens 4, the fifth component is made two Leen of two meniscus lens 5, a concavity facing the space of images.

Предлагаемый микрообъектив работает следующим образом. The proposed micro lens works as follows.

Компоненты 1 и 2 строят увеличенное мнимое изображение объекта с уменьшенными значениями аберраций осевой точки предмета при отрицательных значениях меридиональной и сагиттальной кривизны. Компонент 3 работает как оборачивающий изображение, обладающий значительными компенсационными значениями аберраций вторичного спектра и сферохроматизма. Компонент 4 строит действительное изображение предмета в фокальной плоскости компонента 5. Components 1 and 2 build an enlarged imaginary image of the object with reduced values of the aberrations of the axial point of the object with negative values of the meridional and sagittal curvature. Component 3 acts as a wrapping image with significant compensation values for secondary spectrum aberrations and spherochromatism. Component 4 builds a real image of the subject in the focal plane of component 5.

При этом вносятся отрицательная сферическая и хроматические аберрации положения и увеличения. Затем изображение "перехватывается" компонентом 5, строящим изображение в бесконечности, компенсируя монохроматические и хроматические аберрации предыдущих компонентов. Рассчитанный планапохроматический объектив работает совместно с дополнительной тубусной линзой CF 160 мм. In this case, negative spherical and chromatic aberrations of position and magnification are introduced. Then the image is “intercepted” by component 5, which builds the image at infinity, compensating for the monochromatic and chromatic aberrations of the previous components. The calculated plan-chromatic lens works in conjunction with an optional CF 160 mm tube lens.

Благодаря использованию заявляемого технического решения авторами был рассчитан микрообъектив с линейным увеличением 40 крат и апертурой 0,75, имеющий планапохроматическую коррекцию по всему полю зрения. Through the use of the proposed technical solution, the authors calculated a micro lens with a linear magnification of 40 times and an aperture of 0.75, with plan-chromatic correction over the entire field of view.

В объективе, рассчитанном с применением предлагаемого решения, достигнуто высокое качество изображения по полю (в соответствии с наиболее строгим критерием характеристикой Штреля, которая составляет 0,8). Одновременно с этим достигнуто и полное исправление хроматической разности увеличений (ХРУ= 0%). In the lens, calculated using the proposed solution, a high image quality in the field was achieved (in accordance with the most stringent criterion Strehl's characteristic, which is 0.8). At the same time, a complete correction of the chromatic difference of magnifications was achieved (CRU = 0%).

В результате реализации предложенного технического решения информационная емкость по сравнению с аналогами может быть увеличена в 1,3-1,5 раза. Следовательно, эффективность и производительность работы на микроскопе может быть резко повышена. Кроме того, в заявляемом объективе положение действительного выходного зрачка относительно опорной плоскости объектива унифицировано с объективами другой аберрационной коррекции. Это дает возможность использовать данный микрообъектив для специальных методов исследований. As a result of the implementation of the proposed technical solution, information capacity in comparison with analogues can be increased by 1.3-1.5 times. Therefore, the efficiency and productivity of a microscope can be dramatically increased. In addition, in the inventive lens, the position of the actual exit pupil relative to the reference plane of the lens is unified with the lenses of another aberration correction. This makes it possible to use this micro lens for special research methods.

Оптическая конструкция объектива универсальна, она разработана на основе широкоприменяемых оптических материалов, которые могут быть пронормированы по высшим категориям двулучепреломления, что обеспечивает выпуск объектива в поляризованном варианте исполнения. Объектив стандартизирован по высоте, а применение длины тубуса позволяет использовать его в револьверном устройстве совместно с объективами, имеющими другой тип коррекции. The optical design of the lens is universal, it is developed on the basis of widely applicable optical materials that can be normalized to the highest birefringence categories, which ensures the release of the lens in a polarized version. The lens is standardized in height, and the use of the length of the tube allows you to use it in a revolving device in conjunction with lenses that have a different type of correction.

Claims

A plan-chromatic micro-lens containing five components sequentially located along the optical axis, the first of which is a positive meniscus facing concavity to the plane of the object, the second is positive, the third is three-glued, consisting of two negative lenses with a positive lens enclosed between them, the fourth is a biconvex positive lens, and the fifth two-glued negative meniscus facing concavity to the image space, characterized in that the second positive component is made two glued of negative and positive lenses, and the fifth component is glued two meniscus lenses.