RU2195008C2

RU2195008C2 - Plan-apochromatic high-aperture microobjective of low magnification

Info

Publication number: RU2195008C2
Application number: RU98115756/28A
Authority: RU
Inventors: Д.Н. Фролов; Н.Л. Фрейдберг; А.Г. Табачков
Original assignee: Открытое акционерное общество "ЛОМО"
Priority date: 1998-08-11
Filing date: 1998-08-11
Publication date: 2002-12-20

Abstract

FIELD: optics. SUBSTANCE: proposed microobjective includes five components. First positive component comes in the form of single meniscus facing space of objects with concavity, second component is single positive meniscus, third component comprises biconvex and negative lenses cemented together, fourth component is single positive lens and fifth negative component includes positive and negative lenses facing space of images with concavity. Positive lens of fifth component can be biconvex. EFFECT: possibility of correction of monochromatic and chromatic aberrations of axial and off-axis beams, enhanced entrance numerical aperture. 1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области микроскопии и может быть использовано в исследовательских микроскопах проходящего и отраженного света, к которым предъявляются повышенные требования к качеству изображения. Оптические компоненты, комплектующие подобные микроскопы, должны иметь чрезвычайно высокую степень аберрационной коррекции (в частности - высокую степень апохроматизации, исправление остаточной хроматической разности увеличений-ХРУ, кривизны и др.). The invention relates to the field of microscopy and can be used in research microscopes of transmitted and reflected light, which are subject to increased image quality requirements. The optical components that complete such microscopes must have an extremely high degree of aberration correction (in particular, a high degree of apochromatization, correction of the residual chromatic difference of magnifications — CRU, curvature, etc.).

Планапохроматические объективы, комплектующие эти приборы, должны иметь увеличенные числовые апертуры (по сравнению с аналогичными объективами других классов, например, хроматов) [1]. Planaprochromatic lenses that complete these devices should have increased numerical apertures (compared to similar lenses of other classes, for example, chromates) [1].

Известен объектив [2]. Он используется в микроскопах проходящего света и имеет удовлетворительное качество изображения для осевой точки предмета. Known lens [2]. It is used in transmitted light microscopes and has a satisfactory image quality for the axial point of the object.

Однако в нем не достигнута апохроматическая коррекция полевых аберраций и не устранена ХРУ. However, apochromatic correction of field aberrations was not achieved in it and HRU was not eliminated.

Известен также микрообъектив [3], имеющий схожие недостатки. Also known micro lens [3], which has similar disadvantages.

Известен объектив [4] , где устранены некоторые недостатки, однако не полностью (1,2%) устранена ХРУ. Кроме того, его конструкция довольно сложна, содержит трехсклеенный компонент. The known lens [4], where some of the shortcomings are eliminated, but not completely (1.2%), has been eliminated. In addition, its design is quite complex, contains a three-glued component.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является объектив [5], содержащий пять компонентов. Первый компонент выполнен в виде одиночного мениска, обращенного вогнутостью к пространству предметов, и является положительным, второй - одиночный положительный компонент, третий компонент выполнен двусклеенным, четвертый - одиночный положительный компонент, а пятый отрицательный компонент склеен из менискообразной положительной, обращенной выпуклостью к пространству предметов, линзы, и отрицательной линзы, обращенной вогнутостью к пространству изображений. The closest technical solution to the proposed invention is a lens [5] containing five components. The first component is made in the form of a single meniscus facing concavity to the space of objects, and is positive, the second is a single positive component, the third component is double-glued, the fourth is a single positive component, and the fifth negative component is glued from a meniscus positive, convex to the space of objects, a lens, and a negative lens facing concavity to the image space.

Объектив, выбранный в качестве прототипа, имеет достаточно высокий уровень оптической коррекции монохроматических и хроматических аберраций изображения осевой точки предмета, вместе с тем, данный микрообъектив нельзя рекомендовать для комплектации сложных исследовательских моделей микроскопов, так как он имеет недостаточное исправление хроматических аберраций внеосевых пучков. Так, в частности, в нем не достигнута апохроматическая коррекция аберраций внеосевых пучков и не исправлена ХРУ. Кроме того, он имеет недостаточно высокую числовую апертуру 0.30. The lens selected as a prototype has a fairly high level of optical correction of monochromatic and chromatic aberrations of the image of the axial point of the object, however, this micro lens cannot be recommended for the assembly of complex research models of microscopes, since it has insufficient correction of chromatic aberrations of off-axis beams. So, in particular, it did not achieve apochromatic correction of aberrations of off-axis beams and did not correct HRU. In addition, it does not have a sufficiently high numerical aperture of 0.30.

Современные исследовательские микроскопы проходящего и отраженного света должны быть оснащены микрообъективами, обладающими чрезвычайно высоким уровнем коррекции аберраций по всему полю зрения, окрашенность в промежуточном изображении не допускается. Modern research microscopes of transmitted and reflected light should be equipped with micro-lenses that have an extremely high level of aberration correction over the entire field of view, coloring in the intermediate image is not allowed.

Основной задачей, на решение которой направлено изобретение, является обеспечение возможности комплексного исправления монохроматических и хроматических аберраций осевого и внеосовых пучков, а также повышение входной числовой апертуры. The main task to which the invention is directed is to provide the possibility of complex correction of monochromatic and chromatic aberrations of axial and off-axis beams, as well as increasing the input numerical aperture.

Для решения поставленной задачи предложен планапохроматический высокоапертурный микрообъектив малого увеличения, который, как и прототип, содержит пять компонентов. Первый положительный компонент выполнен в виде одиночного мениска, обращенного вогнутостью к пространству предметов, второй одиночный положительный компонент, третий компонент выполнен двусклеенным, четвертый одиночный положительный компонент и пятый отрицательный компонент, выполненный склеенным из положительной и отрицательной, обращенной вогнутостью к пространству изображений. To solve this problem, a plano-chromatic high-aperture small zoom lens, which, like the prototype, contains five components, is proposed. The first positive component is made in the form of a single meniscus facing concavity to the space of objects, the second is a single positive component, the third component is double-glued, the fourth is a single positive component and the fifth negative component is glued from the positive and negative facing concavity to the image space.

В отличие от прототипа третий компонент выполнен склеенным из положительной двояковыпуклой и отрицательной линз. In contrast to the prototype, the third component is made of glued from a positive biconvex and negative lenses.

Кроме того, положительная линза пятого отрицательного компонента может быть выполнена двояковыпуклой. In addition, the positive lens of the fifth negative component can be made biconvex.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что выполнение третьего компонента в виде склейки из положительной и отрицательной линз позволяет усилить его апохроматические компенсационные свойства и повысить входную числовую апертуру всего объектива. The essence of the invention lies in the fact that the implementation of the third component in the form of gluing from positive and negative lenses allows you to strengthen its apochromatic compensation properties and increase the input numerical aperture of the entire lens.

Выполнение пятого отрицательного компонента склеенным из положительной двояковыпуклой и отрицательной, обращенной вогнутостью к пространству изображений, линз позволяет усилить его компенсационные свойства в отношении исправления ХРУ в объективе. The implementation of the fifth negative component glued from a positive biconvex and negative, facing concavity to the space of images, the lenses can enhance its compensation properties in relation to the correction of HRI in the lens.

Таким образом, в заявляемом планапохроматическом высокоапертурном микрообъективе малого увеличения достигнут определенный технический результат - получено комплексное исправление монохроматических и хроматических аберраций осевого и внеосевых пучков, что не было достигнуто в аналогичных известных микрообъективах. Дополнительный положительный эффект заключается в возможности повышения входной числовой апертуры. Thus, a certain technical result was achieved in the claimed plano-chromatic high-aperture small-lens micro-lens - a comprehensive correction of monochromatic and chromatic aberrations of the axial and off-axis beams was obtained, which was not achieved in similar known micro-lenses. An additional positive effect is the possibility of increasing the input numerical aperture.

Объектив, разработанный по предлагаемому изобретению, может комплектовать современные исследовательские модели микроскопов, отвечающие международным стандартам. The lens developed according to the invention can be equipped with modern research models of microscopes that meet international standards.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлена принципиальная схема объектива, и таблицей, в которой дан аберрационный выпуск примера конкретного исполнения. The invention is illustrated in the drawing, which shows a schematic diagram of the lens, and a table in which the aberration issue of an example of a specific implementation.

В качестве примера конкретного исполнения представлен планапохроматический микрообъектив с увеличением 10 крат и входной апертурой 0,35, не имеющий отечественных аналогов. As an example of a specific implementation, a planochromatic micro lens with a magnification of 10x and an input aperture of 0.35, which has no domestic analogues, is presented.

Предлагаемый микрообъектив содержит первый положительный компонент в виде одиночного мениска, обращенного вогнутостью к пространству предметов 1, второй одиночный положительный компонент 2, третий - склеенный из положительной и двояковыпуклой и отрицательной линз 3, четвертый одиночный положительный компонент 4 и пятый отрицательный компонент 5, склеенный из положительной и отрицательной, обращенной вогнутостью к пространству изображений, линз. Кроме того, положительная линза пятого компонента может быть выполнена двояковыпуклой. The proposed micro lens contains the first positive component in the form of a single meniscus facing concavity to the space of objects 1, the second single positive component 2, the third glued from positive and biconvex and negative lenses 3, the fourth single positive component 4 and the fifth negative component 5 glued from positive and negative, facing concavity to the space of images, lenses. In addition, the positive lens of the fifth component can be made biconvex.

Работает предлагаемый микрообъектив следующим образом. The proposed micro lens works as follows.

Линзы первого 1, второго 2 компонентов строят увеличенное мнимое изображение объекта, внося при этом минимальные монохроматические аберрации изображения осевой точки предмета. Кроме того, внося аберрации изображения внеосевых точек - отрицательная меридиональная и сагиттальная кривизна, хроматическая разность увеличении. Затем третий и четвертый компоненты 3 и 4 "перебрасывают" изображение объекта в переднюю фокальную плоскость последнего компонента. При этом изображение "оборачивается" и вносятся компенсационные значения монохроматических и хроматических аберраций. Пятый компонент 5 - перевернутый телеобъектив, строит изображение на бесконечности. The lenses of the first 1, second 2 components build an enlarged imaginary image of the object, while introducing minimal monochromatic aberration of the image of the axial point of the object. In addition, introducing aberrations of the image of off-axis points - negative meridional and sagittal curvature, chromatic difference magnification. Then the third and fourth components 3 and 4 "transfer" the image of the object to the front focal plane of the last component. In this case, the image “turns around” and compensatory values of monochromatic and chromatic aberrations are introduced. The fifth component 5 - an inverted telephoto lens, builds an image at infinity.

Рассчитанный микрообъектив, в соответствии с современной концепцией, работает совместно с дополнительной ахроматической линзой F'=160 мм. The calculated micro lens, in accordance with the modern concept, works in conjunction with an additional achromatic lens F '= 160 mm.

Из графиков, представленных в таблице, видно, что в микрообъективе с увеличением - 100 крат и апертурой 0,35, рассчитанном в качестве примера конкретного исполнения, достигнута чрезвычайно высокая степень аберрационной коррекции по всему полю зрения. From the graphs presented in the table, it can be seen that in a micro lens with an increase of - 100 times and an aperture of 0.35, calculated as an example of a specific performance, an extremely high degree of aberration correction was achieved over the entire field of view.

Так, для поля зрения 2У'=25 мм число Штреля превышает 0,8. Хроматическая разность увеличений полностью исправлена. So, for the field of view 2U '= 25 mm, the Strehl number exceeds 0.8. The chromatic difference of magnifications is fully corrected.

В результате реализации предложенного технического решения получен объектив, имеющий конструкцию, пригодную для реализации в условиях серийного производства. Информационная емкость по сравнению с аналогами повышена в 1,42 раза, следовательно, эффективность и производительность работ на микроскопах может быть повышена. As a result of the implementation of the proposed technical solution, a lens having a structure suitable for implementation in mass production conditions was obtained. Information capacity compared to analogues is increased by 1.42 times, therefore, the efficiency and productivity of work on microscopes can be increased.

В объективе реализованы все стандартные требования, определяющие, в соответствии с современными тенденциями, положения зрачков, применяемость оптических материалов, предпосылки реализации специализированных методов исследований. Применение тубуса "бесконечность" дает дополнительные удобства использования объектива с другими, имеющими иной тип оптической коррекции. The lens implements all standard requirements that determine, in accordance with modern trends, the position of the pupils, the applicability of optical materials, the prerequisites for the implementation of specialized research methods. The use of the “infinity” tube provides additional convenience for using the lens with others that have a different type of optical correction.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Чуриловский В. Н. Теория оптических приборов., М., Машиностроение, 1966, с.283.SOURCES OF INFORMATION
1. Churilovsky V. N. The theory of optical instruments., M., Mechanical Engineering, 1966, p. 283.

2. Патент Японии 54-101496, ШК: G 02 В 21/02, 1979. 2. Japanese patent 54-101496, HK: G 02 In 21/02, 1979.

3. Патент США 4624535, МПК: G 02 В 21/02. 3. US patent 4624535, IPC: G 02 In 21/02.

4. Патент ФРГ МП 3812745, МПК: G 02 В 21/02. 4. Patent of Germany MP 3812745, IPC: G 02 В 21/02.

5. Патент Японии 60-34738, МПК: G 02 B 21/02, 1985 - прототип. 5. Japan patent 60-34738, IPC: G 02 B 21/02, 1985 - prototype.

Claims

1. Plano-chromatic high-aperture small zoom lens containing five components, the first of which is a positive component made in the form of a single meniscus facing concavity to the space of objects, the second single positive component, the third double-glued component, the fourth single positive component and the fifth negative component, double-glued positive and negative lenses and facing concavity to the space of images, characterized in that the third component not glued from biconvex and negative lenses.

2. A plano-chromatic high-aperture small zoom lens according to claim 1, characterized in that the positive lens of the fifth negative component is biconvex.