RU2136026C1

RU2136026C1 - Erect image microscope objective

Info

Publication number: RU2136026C1
Application number: RU97114320/28A
Authority: RU
Inventors: М.М. Русинов
Original assignee: Санкт-Петербургский государственный институт точной механики и оптики (технический университет)
Priority date: 1997-08-19
Filing date: 1997-08-19
Publication date: 1999-08-27

Abstract

FIELD: optical instrument engineering, in particular, mirror-lens microscope objectives, applicable in microscopes. SUBSTANCE: erect image microscope objective has two components with intermediate real image between them; the first component comprises a correction meniscus lens, its concavity facing the object, and two concentric concave with the a hole in the center and convex mirrors, and the other component is made of a concave mirror with a hole concentric to the mirrors of the first component and a plane mirror with a hole in the center, as well as a diverging lens, whose second surface is aplanatic to the image. EFFECT: enhanced numerical aperture and increased magnification of microscope objective at a good correction of spherical aberration, chromatism of position and curvature of field. 2 cl, 2 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к оптическому приборостроению, и именно к зеркально-линзовым микрообъективам, и может быть использовано в микроскопах. The invention relates to optical instrumentation, and in particular to mirror-lens micro-lenses, and can be used in microscopes.

Известны зеркально-линзовые микрообъективы, содержащие два концентричных зеркала, перед которыми расположена коррекционная менискообразная линза, а позади - двухлинзовый компенсатор аберраций (Русинов М.М. Композиция оптических систем. - Л. : Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1989, с. 307, рис 23.9, б, в). В таких микрообъективах изображение получается перевернутым, а основным их недостатком является большое экранирование в центральной части апертуры. Mirror-lens micro-lenses are known that contain two concentric mirrors, in front of which there is a correction meniscus lens, and behind it is a two-lens compensator for aberrations (Rusinov M.M. Composition of optical systems. - L.: Mechanical Engineering, Leningrad. Department, 1989, p. 307, Fig. 23.9, b, c). In such micro-lenses, the image is turned upside down, and their main drawback is the large screening in the central part of the aperture.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению относится зеркально-линзовый микрообъектив, состоящий из двух компонентов: зеркального - из двух концентричных вогнутого с отверстием в центре и выпуклого зеркал, дающего промежуточное действительное изображение, и линзового, вторично оборачивающего и увеличивающего это изображение (Русинов М.М. Композиция оптических систем. - Л.: Машиностроение, Ленинград. отд-ние, 1989, с. 308, рис. 23.10. Прототип). Таким образом, изображение по отношению к предмету получается прямым. Поскольку промежуточное изображение в этом микрообъективе расположено вблизи вершины первого вогнутого зеркала, то центральное экранирование существенно уменьшается по сравнению с аналогами. Однако величина числовой апертуры не превышает 0,65, а увеличение микрообъектива составляет 20^х.Closest to the claimed technical solution is a mirror-lens micro lens, consisting of two components: a mirror - from two concentric concave with a hole in the center and a convex mirror that gives an intermediate real image, and a lens that wraps and magnifies this image again (M. Rusinov Composition of optical systems. - L.: Mechanical Engineering, Leningrad. Department, 1989, p. 308, Fig. 23.10. Prototype). Thus, the image in relation to the subject is obtained direct. Since the intermediate image in this micro lens is located near the top of the first concave mirror, the central shielding is significantly reduced in comparison with analogues. However, the value of the numerical aperture does not exceed 0.65, and the increase in the micro lens is 20 ^x .

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является создание микрообъектива прямого изображения, позволяющего повысить числовую апертуру и увеличение при одновременном улучшении качества изображения за счет уменьшения сферической аберрации и хроматизма положения. The problem to which the invention is directed, is to create a direct image micro-lens, which allows to increase the numerical aperture and increase while improving image quality by reducing spherical aberration and position chromaticity.

Это достигается тем, что в микрообъективе прямого изображения, состоящем из двух компонентов с промежуточным изображением между ними, первый из которых выполнен из двух концентричных, вогнутого с отверстием в центре и выпускного, зеркал, в первом компоненте перед упомянутыми зеркалами расположена коррекционная менискообразная линза, обращенная вогнутостью к предмету, а второй компонент содержит концентричное зеркалами первого компонента вогнутое зеркало с отверстием и плоское зеркало с отверстием в центре, а также отрицательную линзу, вторая поверхность которой апланатична к изображению. This is achieved by the fact that in the micro-lens of the direct image, consisting of two components with an intermediate image between them, the first of which is made of two concentric, concave with an aperture in the center and outlet, mirrors, in the first component in front of the said mirrors there is a correction meniscus lens facing concavity to the subject, and the second component contains a concave mirror with a hole concentric with the mirrors of the first component and a flat mirror with a hole in the center, as well as a negative lens The second surface is aplanatichna to the image.

Такое техническое решение является новым, неизвестным в практике объективостроения. Существенность отличительных признаков заключается в том, что, несмотря на известность отдельных элементов микрообъектива, рассмотренных выше, при их введении в указанной связи объектив проявляет новые свойства: возрастают числовая апертура и увеличение при высоком качестве изображения. Such a technical solution is new, unknown in the practice of lens construction. The significance of the distinguishing features lies in the fact that, despite the prominence of the individual elements of the micro-lens discussed above, when they are introduced in this connection, the lens exhibits new properties: the numerical aperture and magnification increase with high image quality.

Изобретение является промышленно применимым из-за простоты конструкции и известности технологических процессов изготовления отдельных оптических деталей и его сборки. The invention is industrially applicable due to the simplicity of design and the popularity of technological processes for the manufacture of individual optical parts and its assembly.

На фиг. 1 изображена принципиальная оптическая схема микрообъектива: на фиг. 2 приведены графики аберраций микрообъектива (а - сферохроматическая аберрация, б - астигматизм и кривизна поля), рассчитанных в обратном ходе лучей, т.е. в предметной плоскости. In FIG. 1 shows a schematic optical diagram of a micro lens: in FIG. Figure 2 shows the graphs of the aberrations of a microobjective (a - spherochromatic aberration, b - astigmatism and field curvature) calculated in the reverse ray path, i.e. in the subject plane.

Микрообъектив содержит первый компонент, состоящий из коррекционной менискообразной линзы 1, обращенной вогнутостью к предмету, и расположенных за ней двух концентричных, вогнутого 2 с отверстием в центре и выпуклого 3, зеркал, после которого получается промежуточное действительное изображение вблизи вершины зеркала 2, а также второй компонент, выполненный из концентричного зеркалам первого компонента вогнутого зеркала 4 с отверстием и плоского зеркала 5 с отверстием в центре, расположенного в вершине вогнутого зеркала 2, и отрицательной линзы 6, вторая поверхность которой апланатична к изображению. The micro-lens contains the first component, consisting of a correction meniscus lens 1, facing concavity to the object, and two concentric, concave 2 with a hole in the center and convex 3, mirrors located behind it, after which an intermediate real image is obtained near the top of mirror 2, as well as the second a component made of concentric mirrors of the first component of the concave mirror 4 with a hole and a flat mirror 5 with a hole in the center located at the top of the concave mirror 2, and negative lens 6, the second surface of which is aplanatic to the image.

Концентричные зеркала 2 и 3 строго исправлены на астигматизм и кому и обладают очень небольшой положительной сферической аберрацией. Коррекционная линза 1 позволяет получить хорошее исправление сферической аберрации при увеличенной числовой апертуре, достигающей величины 0,8. Вогнутое зеркало 4, также концентричное с передними зеркалами 2 и 3, снова оборачивает изображение, так что оно становится прямым по отношению к предмету; при этом происходит дополнительное возрастание увеличения. Плоское зеркало 5 служит для выведения изображения через отверстие в зеркале 4. Отрицательная линза 6, добавленная во втором компоненте позади зеркал, позволяет еще повысить общее увеличение микрообъектива без изменения достигнутого качества изображения. Concentric mirrors 2 and 3 are strictly corrected for astigmatism and to whom they have very little positive spherical aberration. Correction lens 1 allows you to get a good correction of spherical aberration with an increased numerical aperture, reaching a value of 0.8. The concave mirror 4, also concentric with the front mirrors 2 and 3, again wraps the image so that it becomes direct with respect to the subject; in this case, an additional increase in the increase occurs. The flat mirror 5 serves to output the image through the hole in the mirror 4. The negative lens 6, added in the second component behind the mirrors, can further increase the overall magnification of the micro-lens without changing the achieved image quality.

Микрообъектив работает следующим образом. Световой луч, пройдя через коррекционную линзу 1, падает на вогнутое зеркало 2, отразившись от которого, направляется к выпуклому зеркалу 3. Далее, отразившись от зеркала 3, луч идет через отверстие в центре зеркала 2 (и соответственно зеркала 5) к вогнутому зеркалу 4, снова отражается и доходит до зеркала 5. После отражения от зеркала 5 луч проходит через отверстие в зеркале 4, попадает в отрицательную линзу 6 и далее идет до плоскости изображения. A micro lens works as follows. The light beam passing through the correction lens 1, falls on the concave mirror 2, reflected from which, is sent to the convex mirror 3. Then, reflected from the mirror 3, the beam goes through the hole in the center of the mirror 2 (and, accordingly, mirror 5) to the concave mirror 4 , is reflected again and reaches mirror 5. After reflection from mirror 5, the beam passes through the hole in mirror 4, enters the negative lens 6 and then goes to the image plane.

Пример конкретного выполнения микрообъектива
Заявителем был рассчитан микрообъектив, который имеет следующие основные характеристики:
увеличение 54,3^х;
числовая апертура 0,8;
линейное поле зрения 0,37 мм;
предметный отрезок 13,1 мм.An example of a specific implementation of a micro lens
The applicant has been designed micro lens, which has the following main characteristics:
54.3 ^x magnification;
numerical aperture 0.8;
linear field of view 0.37 mm;
subject segment 13.1 mm.

Конструктивные данные этого микрообъектива приведены в таблице (см. таблицу в конце описания). The design data of this micro lens are shown in the table (see the table at the end of the description).

Качество изображения характеризуется следующими величинами: продольная сферическая аберрация не превышает 1,5 мкм (волновая сферическая аберрация в лучшей плоскости установки порядка 0,1 длины волны), хроматизм положения не более 2 мкм, астигматизм практически отсутствует и составляет 0,1 мкм, кривизна поля не более 2,4 мкм. Image quality is characterized by the following values: longitudinal spherical aberration does not exceed 1.5 μm (wave spherical aberration in the best installation plane is of the order of 0.1 wavelength), position chromatism is not more than 2 μm, astigmatism is practically absent and is 0.1 μm, field curvature no more than 2.4 microns.

Увеличение числовой апертуры до 0,8 при высоком качестве изображения способствует увеличению разрешающей способности предлагаемого микрообъектива. Повышение увеличения микрообъектива, а следовательно, микроскопа в целом обеспечивает возможность рассматривания более тонких структур. Получаемое прямое изображение создает более комфортные условия работы с микроскопом, так как оно соответствует естественным физиологическим свойствам человека и позволяет избавиться от необходимости выработки привычки работать с перевернутым изображением. Это особенно важно для операционных микроскопов, когда для расширения поля обзора производятся подвижки микроскопа. Increasing the numerical aperture to 0.8 with high image quality helps to increase the resolution of the proposed micro lens. An increase in the magnification of a micro-lens, and consequently, of the microscope as a whole, makes it possible to consider finer structures. The resulting direct image creates more comfortable working conditions with a microscope, since it corresponds to the natural physiological properties of a person and eliminates the need to develop the habit of working with an inverted image. This is especially important for operating microscopes, when the microscope moves to expand the field of view.

Данный микрообъектив может работать и без отрицательной линзы 6, сохраняя при этом достигнутое качество изображения при прежней числовой апертуре 0,8, но при меньшем увеличении 19,2^х.This micro lens can work without a negative lens 6, while maintaining the achieved image quality at the same numerical aperture of 0.8, but at a lower magnification of 19.2 ^x .

Исходя из вышеизложенного, предлагаемое техническое решение является новым, имеет изобретательский уровень и промышленную применимость, следовательно, ему может быть предоставлена правовая охрана. Based on the foregoing, the proposed technical solution is new, has an inventive step and industrial applicability, therefore, it can be granted legal protection.

Claims

1. A micro image of a direct image, consisting of two components with an intermediate image between them, the first of which is made of two concentric concave with a hole in the center and convex mirrors, characterized in that in the first component in front of the mirrors there is a corrective meniscus lens facing concavity to the subject and the second component contains a concave mirror with a hole, concentric to the mirrors of the first component, and a flat mirror with a hole in the center.

2. The micro lens according to claim 1, characterized in that in the second component behind the mirrors a negative lens is added, the second surface of which is aplanatic to the image.