Ахроматический светосильный объектив микроскопа

Изобретение относится к области микроскопии и может быть использовано в микроскопии проходящего света крупной серии.

Среди микрообъективов особое место занимают объективы с высокой входной и выходной апертурой, определяющей разрешающую способность и светосилу. Особенность этих объективов является сложность их аберрационной коррекции, в частности, исправление хроматических аберраций внеосевых пучков. Известен объектив [1] содержащий 5 компонентов (7 линз), объектив состоит из фронтальной плосковыпуклой линзы, положительного мениска, обращенного вогнутостью к объективу, положительной линзы, склеенной из отрицательного мениска и двояковыпуклой линзы, отрицательного мениска, склеенного из двояковыпуклой и двояковогнутой линзы, одиночной положительной линзы.

В объективе снижена ХРУ и уменьшена кривизна изображения в 1,5 раза, однако, в этом случае наблюдается окрашенное изображение в промежуточной плоскости микроскопа, а остаточная кривизна остается значительной. При этом, в данном объективе отсутствует возможность дальнейшего повышения числовой апертуры (разрешающей способности) до максимальных значений 1,30.1,35 с использованием масляной иммерсии, а, следовательно, светосилы. Объясняется это тем, что в нем с увеличением апертуры недопустимо возрастает сферохроматические аберрации отрицательного склеенного компонента, расположенного во фронтальной части объектива.

Указанные недостатки приводят к снижению информационной емкости микроскопа и не позволяет повысить производительность труда микроскопических исследований.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является микрообъектив [2] имеющий достаточно простую и технологичную для серийного производства конструкцию. Объектив содержит два положительных мениска, трехсклеенную линзу, положительную линзу, и склеенный отрицательный мениск. Однако, объектив имеет заниженную выходную числовую апертуру, что снижает его светосилу и потребительские свойства и делает его малоэффективным при, например, люминесцентных исследованиях.

Вместе с тем, в современных микроскопах требуется применение микрообъективов с повышенной информативной емкостью. Выполнению данной задачи отвечает заявляемый ахроматический светосильный объектив микроскопа, конструкция которого использует положительные свойства прототипа и позволяет улучшить их за счет улучшения аберрационной коррекции монохроматических аберраций внеосевых пучков, снижая ХРУ, повышения разрешающей способности и светосилы.

Так, предлагаемый объектив, как и прототип содержит пять компонентов, первый из которых положительный, второй положительный мениск, обращенный выпуклостью к изображению, третий трехсклеенный компонент, состоящий из положительной линзы, заключенной между двумя отрицательными, четвертый - положительный компонент и пятый отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к изобретению. Однако, в отличие от прототипа, четвертый компонент выполнен склеенным из двояковыпуклой и отрицательной линз, а пятый компонент - одиночная линза.

Выполнение четвертого компонента в виде склейки из положительной двояковыпуклой и отрицательной линз способствует исправлению в объективе хроматических аберраций без увеличения сферохроматических аберраций и аберраций высших порядков, т.к. располагается в части, где апертура уже снижена.

Выполнение третьего компонента в виде трехсклеенного и состоящего из положительной линзы заключенной между двумя отрицательными, позволяет исправить в объективе хроматические аберрации, в частности вторичный спектр и сферохроматизм по повышенной входной апертуре.

Выполнение третьего и четвертого компонентов указанным способом в совокупности позволяет решить комплексную задачу, заключающуюся в одновременном увеличении входной апертуры и увеличении светосилы, существенно улучшить монохроматические и хроматические аберрации осевого и внеосевого пучков, а также аберрации высших порядков.

Сущность предлагаемого изобретения появляется фиг. 1, на которой представлена принципиальная схема объектива. В таблице представлены конструктивные параметры примера конкретного исполнения.

Предложенный объектив содержит пять компонентов: положительный компонент 1, обращенный плоской поверхностью к плоскости предметов, положительный компонент 2, обращенный выпуклостью к плоскости изображений, трехсклеенный компонент 3, состоящий из отрицательной линзы, положительной линзы 5 и отрицательной линзы 6, компонент 7, представляющий собой склейку из положительной 8 и отрицательной 9 линз, и отрицательный мениск 10, обращенный вогнутостью к плоскости изображений.

Объектив работает следующим образом. Положительные компоненты 1 и 2 служат для уменьшения входной апертуры и строят увеличенное мнимое изображение предмета с уменьшенными аберрациями осевой точки, недоисправленными значениями меридианальной и саггитальной кривизны, астигматизма. Трехсклеенный компонент 3, а также двухсклеенный компонент 7 строя действительное увеличенное изображение в передней фокальной плоскости мениска 10, компенсируя отрицательную сферическую аберрацию, хроматизм положения и астигматизма, сферохроматизм и другие аберрации, внесенные фронтальными элементами 1 и 2. Отрицательный мениск 10 строит изображение в "бесконечности", компенсируя монохроматические и хроматические аберрации других компонентов.

В качестве примера конкретного исполнения представлен объектив с увеличением 65х и апертурой в пространстве предметов 1,3 масляной иммерсии. В нем достигнут высокий уровень аберрационной коррекции: так, хроматическая разность положения для осевой точки предмета не превышает 0,25 вторичный спектр 2, что соответствует общепринятым критериям. Хроматическая разность увеличения в нем снижена (в соответствии с современной тенденцией). При этом, становится возможным существенное повышение в ахроматических объективах светосилы, величина которой пропорциональна 4-ой степени выходной апертуры. Так, в сравнении с прототипом, светосила предлагаемого объектива повышена в 8,7 раза.

Перечисленные преимущества в совокупности обуславливают высокую эффективность применения данного объектива, а также увеличение его информационной емкости в 3 4 раза по сравнению с прототипом и аналогами.

Конструкция заявленного микрообъектива проста и технологична.

Предлагаемое техническое решение позволяет реализовать в микрообъективах следующие дополнительные особенности: положение изображения выходного зрачка унифицировано относительно опорной плоскости, оно расположено между четвертым и пятым компонентами, что дает возможность использования объективов для специальных методов исследования (фазовый контраст, ДИК и пр.).

Объектив стандартизован, по высоте, а применение тубуса "бесконечность" позволяет использовать его в одном револьвере, совместно с объективами, имеющими иной тип оптической коррекции.