RU2073265C1

RU2073265C1 - High-power immersion microscope objective

Info

Publication number: RU2073265C1
Application number: RU93002942A
Authority: RU
Inventors: Д.Н. Фролов
Original assignee: Государственное предприятие "Ленинградское оптико-механическое объединение"
Priority date: 1993-01-15
Filing date: 1993-01-15
Publication date: 1997-02-10

Abstract

FIELD: microscopes of new generation of the Biolam-IE, luman-IE, ES-Metam and other types. SUBSTANCE: microscope objective has front member cemented of plano-convex and meniscus-shaped lenses facing the image with its convexity; single positive meniscus facing the object with its concavity; single positive lens; three-cemented component includes two double-convex lenses and one double-concave lens; two-cemented component includes double-convex and meniscus-shaped lenses, and two-cemented meniscus includes double-convex and double-concave lenses. Front component, particular, may be made of plano-convex lens of semispherical shape, and thickness of meniscus-shaped lens coincides in absolute value with the value of external radius. EFFECT: higher efficiency. 2 cl, 3 dwg

Description

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/. The invention relates to optical systems of microscope lenses, and in particular to large magnification micro-lenses, in which an immersion liquid is placed in front of the front lens to increase the input aperture / 1 /.

Известны иммерсионные микрообъективы большого увеличения /1/, которые имеют линейное увеличение от 40^x до 100^x 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.Known immersion micro lenses of large magnification / 1 /, which have a linear magnification from 40 ^x to 100 ^x and complete domestic complex research models of microscopes. All these lenses are distinguished by a reduced linear field of view 2Y '= 20 mm, which does not correspond to the current state of the art in world practice for lenses of this class. However, even in such a reduced field, the lenses have significant monochromatic and chromatic aberrations of off-axis beams, which affects the image quality in the field and reduces the consumer properties of microscopes.

Наиболее близким по назначению и конструктивному исполнению является иммерсионный микрообъектив /2/, комплектующий исследовательские модели микроскопов типа "Биолам-И", "МБИ-15", имеющий увеличение 63^x и входную числовую апертуру 1,0 в масле.The closest in purpose and design is an immersion micro-lens / 2 /, completing research models of microscopes such as "Biolam-I", "MBI-15", with a magnification of 63 ^x and an input numerical aperture of 1.0 in oil.

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. The lens contains a frontal component in the form of a plano-convex lens convex to the image space, a single positive meniscus facing concavity to an object wrapping a system made of two components, the first of which is formed by a three-glued lens, and the second by two double-glued ones, and a negative double-glued meniscus, turned concavity to image space.

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. The lens has a rather high apochromatic level of correction of images of the axial point of the object, however, it has a number of disadvantages that degrade the image quality and reduce its consumer properties.

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. The proposed immersion micro-lens of large magnification, like the prototype, contains a frontal component, a single positive meniscus facing concavity to the object, a wrapping system made of two components, the first of which is formed by a three-glued lens, and a negative two-glued meniscus facing concavity to the image. However, the proposed solution contains differences. So, the front component is made of glued from a plano-convex and meniscus lenses, an additional single positive lens is introduced between the positive meniscus and the wrapping system, in addition, the second component of the wrapping system is made in the form of gluing of biconvex and meniscus lenses.

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. In this case, the frontal and single positive components serve to reduce the input aperture to moderate values and are designed for a minimum of aberrations; they do not introduce intractable aberrations of higher orders and spherochromatism. The implementation of the following components in the form of a combination of triple-bonded and double-bonded lenses allows you to effectively correct the chromatic aberration of the position, partially magnification, as well as the secondary spectrum in the lens. The last component is negative in relation to the rest and has aberrations of the opposite sign, compensating for monochromatic and chromatic aberrations in the lens.

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. Thus, a significant improvement in image quality over the entire field of view is achieved due to the correction of monochromatic and chromatic aberrations of off-axis beams. Moreover, due to the achievement of a high level of correction of aberrations of the axial and off-axis beams, it became possible to increase the output aperture and increase the field of view. An additional positive effect was obtained, expressed in increasing the aperture ratio (proportional to the 4th power of the output aperture) and achieving a field of view of 2Y '= 25 mm, which corresponds to modern requirements.

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. The invention is illustrated in figure 1, which shows the optical diagram of the lens, and figure 2-3 with the release of aberrations for the lens, calculated as an example of a specific implementation. The lens contains a front component 1, a single positive component 3, three-glued from two biconvex and biconcave lenses, component 4, glued from a biconvex and meniscus lens, component 5, glued from a biconvex and biconcave lenses, meniscus 6, facing concavity to the image space.

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. The lens works as follows: the positive components 1,2,3 build an enlarged imaginary image of the object with minimal aberrations of higher orders of spherical and spherochromatic, while chromatic aberrations, partially compensated by gluing, are introduced. In this case, the input aperture is significantly reduced, and the shape of the surfaces and the magnitude of the deflection of the lenses determine, in essence, the degree and optimality of correcting aberrations of off-axis beams in the lens as a whole. The components of the wrapping system 4,5 project the image created by the previous components into the front focal plane of component 6. In this case, partial compensation of chromatic aberrations occurs (mainly for the axial point of the object), these components introduce compensation values of the secondary spectrum, as well as monochromatic aberrations, which allows for additional aberration load on component 6 (i.e., to increase the output aperture and field of view of this component and the lens as a whole), because he works in a field close to third-order aberrations. Component 6 “captures” the intermediate real image and builds it in “infinity” (the lens is designed to work in conjunction with an additional tube lens). This compensates for the aberrations of the previous components, because component 6 is negative with respect to the previous part of the lens and has aberrations opposite in sign.

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. It should be noted that the best image quality in the immersion micro lens of high magnification was achieved using the front component with the established relationships between its radii of curvature and thickness. So, a plano-convex lens is made in the form of a hemisphere (the thickness of the lens is equal to the radius of curvature of the non-planar surface), and the axial thickness for the meniscus lens coincides in absolute value with the value of the outer radius. At the same time, the transmission of the maximum aperture is ensured, and the nature of the correction of aberrations of this component and the lens as a whole is optimal.

Результат, полученный при использовании предлагаемого решения, а именно расчет в качестве примера конкретного исполнения объектива с линейным увеличением -50^x 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.The result obtained using the proposed solution, namely, the calculation as an example of a specific design of the lens with a linear increase of -50 ^x and an input numerical aperture of 1.0 oil immersion, suggests that this solution allows us to achieve a significant improvement in image quality with an increase in the field of view and increase aperture ratio. So, in comparison with the prototype, when the field of view is increased to 2Y '= 25 mm, the residual curvature is reduced by 10 times, and the CRU is 13 times, their values are close to zero, the aperture ratio is increased by 2.5 times, all these advantages lead to high consumer properties the proposed lens. The resulting design is quite simple and technological, and the number of lenses in comparison with the prototype is not increased.

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. In addition to achieving the above advantages, the proposed design implements additional methodological capabilities (for example, the ability to work by the dark field method), any of the known specific contrasting methods of phase contrast, differential interference, etc. can be used. The lens can be used in fluorescent studies, because Its design is based on low luminescent materials. The overall design is unified in accordance with modern requirements, the position of the back focus and the height of the optics meet generally accepted standards, and the use of an infinite length of the tube makes it possible to use it on one revolver in conjunction with lenses having a different type of optical correction.

Claims

A large magnification immersion micro lens containing a frontal component, a single positive meniscus facing concavity to the object, a wrapping system made of two components, the first of which is formed by a three-glued lens, and a negative two-glued meniscus facing concavity to the image, characterized in that the front component is made glued from a plano-convex and meniscus-like lenses and convex to the image, between the positive meniscus and the wrapping system add a single positive lens was introduced, and the second component of the wrapping system was made in the form of gluing from biconvex and meniscus lenses.

2. The micro lens according to claim 1, characterized in that the plano-convex lens of the front component is made in the form of a hemisphere, and the axial thickness for the meniscus lens coincides in absolute value with the value of the outer radius.