Иммерсионный микрообъектив большого увеличения

Изобретение относится к оптическим системам объективов микроскопов, а именно к микрообъективам большого увеличения, в которых для повышения входной апертуры используется иммерсионная жидкость, помещаемая перед фронтальной линзой [1].

Известны иммерсионные микрообъективы большого увеличения /1/, которые имеют линейное увеличение от 40x до 100x и комплектуют отечественные сложные исследовательские модели микроскопов. Все эти объективы отличает пониженное линейное поле зрения 2Y'=20 мм, что не соответствует современному уровню техники в мировой практике для объективов подобного класса. Однако и на таком пониженном поле объективы имеют значительные монохроматические и хроматические аберрации внеосевых пучков, что ухудшает качество изображения по полю и снижает потребительские свойства микроскопов. Наиболее близким по назначению и конструктивному исполнению является иммерсионный микрообъектив /2/, комплектующий исследовательские модели микроскопов типа "Биолам-И", "МБИ-15", имеющий увеличение 63x и входную числовую апертуру 1,0 в масле.

Объектив содержит фронтальный компонент в виде плосковыпуклой линзы, обращенной выпуклостью к пространству изображений, одиночный положительный мениск, обращенный вогнутостью к объекту, оборачивающему систему, выполненную из двух компонентов, первый из которых образован трехсклеенной линзой, а второй двумя двусклеенными, и отрицательный двусклеенный мениск, обращенный вогнутостью к пространству изображений. Объектив имеет достаточно высокий апохроатический уровень коррекции изображений осевой точки предмета, вместе с тем имеет ряд недостатков, ухудшающих качество изображения и снижающих его потребительские свойства.

Предлагаемый иммерсионный микрообъектив большого увеличения, как и прототип, содержит фронтальный компонент, одиночный положительный мениск, обращенный вогнутостью к объекту, оборачивающую систему, выполненную из двух компонентов, первый из которых образован трехсклеенной линзой, и отрицательный двусклеенный мениск, обращенный вогнутостью к изображению. Вместе с тем предлагаемое решение содержит отличия. Так, фронтальный компонент выполнен склеенным из плосковыпуклой и менискообразной линз, между положительным мениском и оборачивающей системой введена дополнительная одиночная положительная линза, кроме того, второй компонент оборачивающей системы выполнен в виде склейки из двояковыпуклой и менискообразной линз.

При этом фронтальный и одиночные положительные компоненты служат для снижения входной апертуры до умеренных значений и рассчитаны на минимум абеppаций, не вносят трудноисправимых аберраций высших порядков и сферохроматизма. Выполнение следующих компонентов в виде сочетания трехсклеенной и двусклеенной линз позволяет эффективно исправлять в объективе хроматические абеppации положения, частично увеличения, а также вторичный спектр. Последний компонент является отрицательным по отношению к остальным и имеет аберрации противоположного им знака, компенсируя монохроматические и хроматические абеppации в объективе.

Таким образом, достигается значительное улучшение качества изображения по всему полю зрения за счет исправления монохроматических и хроматических абеppаций внеосевых пучков. При этом за счет достижения высокого уровня коррекции аберраций осевого и внеосевых пучков стало возможным повышение выходной апертуры и увеличение поля зрения. Получен дополнительный положительный эффект, выражающийся в повышении светосилы (пропорциональной 4-й степени выходной апертуры) и достижении поля зрения 2Y'= 25 мм, соответствующего современным требованиям.

Сущность изобретения поясняется фиг.1, на которой приведена оптическая схема объектива, и фиг.2-3 с выпуском аберраций для объектива, рассчитанного в качестве примера конкретного исполнения. Объектив содержит фронтальный компонент 1, одиночный положительный компонент 3, трехсклеенный из двух двояковыпуклых и двояковогнутой линз компонент 4, склеенный из двояковыпуклой и менискообразной линз компонент 5, склеенный из двояковыпуклой и двояковогнутой линз, мениск 6, обращенный вогнутостью к пространству изображений.

Работает объектив следующим образом: положительные компоненты 1,2,3 строят увеличенное мнимое изображение объекта с минимальными абеppациями высших порядков сферической и сферохроматической, при этом вносятся хроматические аберрации, частично скомпенсированные склейкой. При этом существенно снижается входная апертура, а форма поверхностей и величина прогиба линз определяет, по существу, степень и оптимальность исправления аберраций внеосевых пучков в объективе в целом. Компоненты оборачивающей системы 4,5 проецируют изображение, создаваемое предыдущими компонентами, в переднюю фокальную плоскость компонента 6. При этом происходит частичная компенсация хроматических аберраций (в основном для осевой точки предмета), данные компоненты вносят компенсационные значения вторичного спектра, а также монохроматических аберраций, что позволяет осуществить дополнительную аберрационную нагрузку на компонент 6 (т. е. повысить выходную апертуру и поле зрения данного компонента и объектива в целом), т.к. он работает в области, близкой к аберрациям третьих порядков. Компонент 6 "перехватывает" промежуточное действительное изображение и строит его в "бесконечности" (объектив рассчитан для работы совместно с дополнительной тубусной линзой). При этом происходит компенсация аберраций предыдущих компонентов, т.к. компонент 6 является отрицательным по отношению к предыдущей части объектива и имеет аберрации, противоположные по знаку.

Следует заметить, что наилучшего качества изображения в иммерсионном микрообъективе большого увеличения удалось достигнуть при использовании фронтального компонента с установленными соотношениями между его радиусами кривизны и толщины. Так, плосковыпуклая линза выполняется в виде полушара (толщина линзы равна радиусу кривизны неплоской поверхности), а толщина по оси для менискообразной линзы совпадает по абсолютной величине со значением наружного радиуса. При этом обеспечено пропускание максимальной апертуры, а характер исправления аберраций данного компонента и объектива в целом - оптимальный.

Результат, полученный при использовании предлагаемого решения, а именно расчет в качестве примера конкретного исполнения объектива с линейным увеличением -50x и входной числовой апертурой 1,0 масляной иммерсии, дает основание полагать, что данное решение позволяет достигнуть значительного улучшения качества изображения при увеличении поля зрения и повышении светосилы. Так, в сравнении с прототипом при увеличении поля зрения до 2Y'=25 мм остаточная кривизна снижена в 10 раз, а ХРУ в 13 раз, их значения близки к нулю, светосила повышена в 2,5 раза, все эти преимущества обусловливают высокие потребительские свойства предлагаемого объектива. Полученная конструкция достаточно проста и технологична, а количество линз по сравнению с прототипом не увеличено.

Кроме достижения перечисленных преимуществ, в предлагаемой конструкции реализованы дополнительные методические возможности (например возможность работы по методу темного поля), возможно использование любого от известных специфических контрастирующих методов фазового контраста, дифференциально-интерференционного и др. Объектив может использоваться в люминесцентных исследованиях, т. к. его конструкция выполнена на основе малолюминесцирующих материалов. Габаритно конструкция унифицирована в соответствии с современными требованиями, положение заднего фокуса и высота оптики отвечают общепринятым стандартам, а использование бесконечной длины тубуса дает возможность использования его на одном револьвере совместно с объективами, имеющими иной тип оптической коррекции.