RU2181211C2

RU2181211C2 - Achromatic microlens

Info

Publication number: RU2181211C2
Application number: RU99105170A
Authority: RU
Inventors: Д.Н. Фролов
Original assignee: Фролов Дмитрий Николаевич
Priority date: 1999-03-09
Filing date: 1999-03-09
Publication date: 2002-04-10

Abstract

FIELD: optics. SUBSTANCE: proposed achromatic microlens has four components, first two components being meniscus-shaped single lenses facing each other with convexity, third component being cemented from meniscus-shaped and biconvex lenses and fourth component being single positive lens. EFFECT: increased front numerical aperture determining high resolving power and aperture ratio. 1 dwg

Description

Изобретение относится к оптике, точнее к проектированию объективов микроскопов, предназначенных для получения увеличенного изображения особо тонких микроскопических структур. При этом большое внимание уделяется повышению разрешающей способности в микрообъективах, что позволяет рассмотреть структуры объектов, по размерам соизмеримых с длиной волны. The invention relates to optics, more specifically to the design of microscope lenses designed to obtain an enlarged image of especially thin microscopic structures. At the same time, much attention is paid to increasing the resolution in micro-lenses, which allows us to consider the structure of objects that are comparable in size to the wavelength.

Известны ахроматические объективы ОМ-23, 02АМ-90, ОС-4 и др., выпускаемые серийно /1/. Known achromatic lenses OM-23, 02AM-90, OS-4, etc., commercially available / 1 /.

Однако все они имеют большое увеличение, что снижает потребительские свойства микроскопов, в которых они применяются. However, they all have a large increase, which reduces the consumer properties of the microscopes in which they are used.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков к предлагаемому изобретению является объектив /2/ с увеличением 10 и входной апертурой 0.20. Он содержит 6 линз в 4-х компонентах, так, первые два компонента /по ходу луча/ - менискообразные одиночные линзы, обращенные выпуклостью друг к другу, третий - двусклеенный из менискообразной и двояковыпуклой линз и четвертый - двусклеенный из менискообразной и двояковыпуклой линз. The closest set of essential features to the proposed invention is a lens / 2 / with a magnification of 10 and an input aperture of 0.20. It contains 6 lenses in 4 components, so the first two components / along the beam / are meniscus-shaped single lenses convex to each other, the third is double-glued from a meniscus and biconvex lens and the fourth is double-glued from a meniscus and biconvex lens.

Для такого микрообъектива характерна пониженная апертура в пространстве предметов, что, в свою очередь, обуславливает недостаточно высокую разрешающую способность объектива. Кроме того, малая выходная апертура обуславливает низкую светосилу. Недостатком также является наличие в объективе значительной хроматической разности увеличений, что не соответствует современной тенденции по аберрационной коррекции микрообъективов. Вместе с тем, в современных микроскопах /особенно люминесцентных/ требуется применение высокоапертурных ахроматических микрообъективов малого увеличения. При этом должны быть существенно повышены входная и выходная апертуры, что обуславливает высокую разрешающую способность и светосилу. Объективы должны иметь улучшенное качество изображения, а конструкцию должны отличать простота, технологичность и высокое пропускание. Such a micro lens is characterized by a reduced aperture in the space of objects, which, in turn, leads to an insufficiently high resolution of the lens. In addition, a small output aperture causes a low aperture. The disadvantage is the presence in the lens of a significant chromatic difference of magnifications, which does not correspond to the current trend for aberration correction of micro-lenses. At the same time, modern microscopes (especially luminescent ones) require the use of high-aperture achromatic microscopic lenses of small magnification. In this case, the input and output apertures should be significantly increased, which leads to high resolution and aperture ratio. Lenses should have improved image quality, and design should be distinguished by simplicity, manufacturability and high transmittance.

Конструкция предлагаемого высокоапертурного ахроматического микрообьектива малого увеличения позволяет выполнить эти требования. Он, как и прототип, содержит четыре компонента, первые два из которых - менискообразные одиночные линзы, обращенные выпуклостью друг к другу, третий - двусклеенный из менискообразной и двояковыпуклой линз, однако в отличие от прототипа, четвертый компонент выполнен в виде одиночной положительной линзы. The design of the proposed high aperture achromatic micro lens of small magnification allows you to meet these requirements. It, like the prototype, contains four components, the first two of which are meniscus-shaped single lenses convex to each other, the third is double-glued from the meniscus and biconvex lenses, however, unlike the prototype, the fourth component is made in the form of a single positive lens.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что, используя в качестве четвертого компонента двояковыпуклую линзу, мы получаем высокую разрешающую способность и светосилу за счет того, что отсутствуют трудноисправимые сферохроматические аберрации, присущие склеенным компонентам. Вследствие этого оказывается возможным использовать этот компонент с повышенным относительным отверстием и светосилой, что позволяет повысить светосилу и разрешающую способность всего объектива в целом. The essence of the invention lies in the fact that using the biconvex lens as the fourth component, we obtain high resolution and aperture due to the fact that there are no difficult-to-fix spherochromatic aberrations inherent in glued components. As a result of this, it is possible to use this component with a higher relative aperture and aperture, which makes it possible to increase the aperture and resolution of the entire lens as a whole.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежом, на котором представлена оптическая схема заявляемого микрообъектива, а также "Приложением", в котором представлены конструктивные параметры и таблицы характеристик качества изображения одного из примеров конкретного исполнения. The essence of the invention is illustrated in the drawing, which shows the optical diagram of the inventive micro-lens, as well as the "Appendix", which presents the design parameters and tables of image quality characteristics of one example of a specific implementation.

Заявляемый микрообъектив содержит четыре компонента, расположенных вдоль оптической оси. Одиночный компонент 1 и одиночный компонент 2, представляющие собой менискообразные линзы, обращенные выпуклостью друг к другу, далее по ходу луча располагается двусклеенный из менискообразной 5 и двояковыпуклой б линз компонент 3, за которым следует компонент 4, представляющий собой одиночную положительную линзу. The inventive micro lens contains four components located along the optical axis. A single component 1 and a single component 2, which are meniscus lenses convex to each other, then along the beam there is a component 3, double-glued from the meniscus 5 and biconvex lenses, component 3, followed by component 4, which is a single positive lens.

В варианте конкретного примера исполнения получен микрообъектив с линейным увеличением 10 и входной числовой апертурой 0,5. Выходная апертура составляет в нем 0,05, хроматическая разность увеличения /ХРУ/ снижена до 0,8%. In a specific embodiment, a micro-lens with a linear magnification of 10 and an input numerical aperture of 0.5 is obtained. The output aperture is 0.05 in it, the chromatic difference of magnification / HRU / is reduced to 0.8%.

Устройство работает следующим образом. Компонент 1 строит увеличенное мнимое изображение объекта с отрицательными значениями аберраций осевой точки предмета, меридиональной и сагиттальной кривизны, при этом вносится некоторая хроматическая аберрация положения и увеличения. Компонент 2 работает с увеличением, близким к единице, и частично компенсирует аберрации предыдущего компонента. Компонент 3 еще дальше "отбрасывает" мнимое увеличенное изображение и строит его в передней фокальной плоскости последнего компонента, при этом вносятся: кривизна, довольно значительная хроматическая разность положения и компенсационная ХРУ. Компонент 4 строит изображение объекта в "бесконечности", при этом происходит компенсация сферической аберрации, хроматической разности положения и других аберраций предыдущих компонентов системы. Объектив рассчитан для работы совместно с дополнительной ахроматической линзой F'=160 мм. The device operates as follows. Component 1 builds an enlarged imaginary image of the object with negative values of the aberrations of the axial point of the object, meridional and sagittal curvature, while introducing some chromatic aberration of position and magnification. Component 2 works with an increase close to unity, and partially compensates for the aberrations of the previous component. Component 3 further “discards” the imaginary enlarged image and builds it in the front focal plane of the last component, while the following are introduced: curvature, a rather significant chromatic difference in position, and compensation CRI. Component 4 builds the image of the object at "infinity", while compensating for spherical aberration, chromatic difference in position and other aberrations of previous components of the system. The lens is designed to work in conjunction with an additional achromatic lens F '= 160 mm.

Таким образом, предложенный высокоапертурный микрообъектив малого увеличения 10 с апертурой 0,5 /в прототипе апертура составляет 0,2/, при этом разрешающая способность повышена в 2,5 раза, а светосила - почти в 40 раз /пропорционально 4-й степени отношения выходных апертур/, в предложенном микрообъективе за счет упрощения конструкции улучшено качество изображения, а также на 40% снижена ХРУ. Все эти преимущества повысят производительность и качество работы на микроскопе, особенно при проведении люминесцентного анализа. Оптическая схема разработана на основе материалов, имеющих низкую собственную люминесценцию, схема позволяет стандартизировать объектив по высоте /Н=45мм/, положению заднего фокуса, кроме того, применяется бесконечная длина тубуса. Все эти характеристики отвечают современным требованиям по унификации. Thus, the proposed high-aperture micro lens of small magnification 10 with an aperture of 0.5 / in the prototype aperture is 0.2 /, while the resolution is increased by 2.5 times, and the aperture is almost 40 times / proportional to the 4th degree of the ratio of the weekend aperture /, in the proposed micro lens due to the simplification of the design, the image quality is improved, and also the CRH is reduced by 40%. All these advantages will increase the productivity and quality of work with a microscope, especially when conducting luminescent analysis. The optical scheme is developed on the basis of materials having a low intrinsic luminescence, the scheme allows you to standardize the lens in height / N = 45mm /, the position of the back focus, in addition, an infinite length of the tube is used. All these characteristics meet modern unification requirements.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Вычислительная оптика. Справочник под редакцией М.М. Русинова. Л.: Машиностроение, 1984 г.SOURCES OF INFORMATION
1. Computing optics. Handbook edited by M.M. Rusinova. L .: Engineering, 1984

2. Авторское свидетельство СССР 428342, кл. G 02 В 21/02, 1974 г. 2. Copyright certificate of the USSR 428342, cl. G 02 B 21/02, 1974

Claims

An achromatic micro lens contains four components, the first two of which are meniscus-shaped single lenses convex to each other, the third is double-glued from the meniscus and biconvex lenses, and the fourth is positive, characterized in that the fourth component is made in the form of a single lens.