Патентный поиск

Предмет патентного поиска относится к области микроскопии, а именно, к микрообъективам.

В результате проведенного патентного поиска исследованы оптические конструкции более, чем 100 изделий, относящихся к микроскопии. Более 90% из них – микрообъективы. Изучение оптических систем показало, что за последние 20 лет в основном патентовались объективы, предназначенные для крупно-серийного производства и не имеющие форсированные технические характеристики. В основном, это ахроматические микрообъективы малых, средних и больших увеличений, имеющие стандартные значения числовых апертур и полей зрения. Также представлены оптические схемы микрообъективов, предназначенных для использования в поляризационных и люминесцентных микроскопах. Заявителем ОАО "ЛОМО" (автор Фролов Д.Н) запатентованы оптические схемы объективов с увеличенными числовыми апертурами типа микрофлюар (объектив по типу коррекции – ахромат, с наличием флюоритового стекла и с уменьшенными аберрациями вторичного спектра). Кроме того, имеются запатентованные оптические схемы планапохроматических микрообъективов, предназначенных для мелкосерийного изготовления и использования в исследовательских моделях микроскопов. Общей тенденцией для большинства заявленных решений является расчет оптической схемы применительно к унификации в соответствии с современными международными стандартами. Так, например, основные принадлежности микроскопов проектируются, исходя из условия телецентрического хода лучей, использования оптической длины тубуса " бесконечность" и улучшения аберрационной коррекции.

В результате патентного поиска не было обнаружено схемных решений, которые были бы приемлемы для использования в разрабатываемом микрообъективе. Выявленные схемные решения не позволят добиться увеличения входной апертуры, светосилы и уменьшения собственной люминесценции, т.е. не позволят разработать микрообъектив, характеристики которого соответствовали бы требованиям технического задания.

наверх

Анализ существующих аналогов

Известен ахроматический микрообъектив с апертурой А = 0.77 при увеличении V=-20x [1]. Он содержит четыре компонента, последовательно расположенных вдоль оптической оси: первый компонент – двухлинзовый склеенный; второй и четвертый – трехлинзовый склеенный; третий компонент – одиночный мениск. При достижении указанной апертуры конструкция данного микрообъектива представляется чрезвычайно сложной, а светопропускание низким. Он содержит девять линз, три из которых выполнены из материала с большой собственной люминесценцией. Эти недостатки отрицательно сказываются при его использовании в люминесцентном анализе.

Известен ахроматический микрообъектив с увеличением V=-20x и числовой апертурой А=0.65 [2]. Он содержит последовательно расположенные вдоль оптической оси четыре компонента: первый и третий – двухлинзовый склеенный; второй – одиночная двояковыпуклая линза; четвертый – трехлинзовый склеенный. В этом микрообъективе основное внимание уделяется достижению наилучшего качества изображения по полю, что определяет требования к коррекционным возможностям конструкции. Вследствие этого, в нем не достигнута максимально возможная апертура и конструкция для реализации методов люминесцентного анализа не является оптимальной. К основным недостаткам микрообъектива относятся: низкое светопропускание, недостаточно высокая разрешающая способность и сложность конструкции.

Также известен ахроматический микрообъектив с увеличением V=-40x и числовой апертурой А=0.65 [3], выпускаемый на ОАО "ЛОМО". Он состоит из трех компонентов, последовательно расположенных вдоль оптической оси: первый компонент – плосковыпуклая линза, второй компонент – трехлинзовый склеенный, третий компонент – двухлинзовый склеенный. Этот микрообъектив обладает рядом недостатков, что не позволяет использовать его при специальных микроскопических исследованиях (например, в люминесцентном анализе):

• недостаточно высокая разрешающая способность, обусловленная пониженной апертурой в пространстве предметов, что снижает потребительские свойства объектива;
• недостаточно высокая светосила объектива;
• увеличенное светорассеяние и собственная люминесценция оптических материалов

Источники информации:

1. Авторское свидетельство СССР N 1.219.994, МПК: G 02В 21/ 02, 1986 г.
2. Патент США N 4280757, МПК: G 02В 21/ 02, 1981 г.
3. ТУЗ-3.870-83. Объективы для микроскопии, ЛОМО. – прототип.

наверх

Выбор прототипа

Основными требованиями, предъявляемыми к люминесцентным объективам, являются: высокая светосила, высокое светопропускание, отсутствие собственной люминесценции и светорассеяния и высокая разрешающая способность.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является ахроматический микрообъектив, выпускаемый в серийном производстве на ОАО "ЛОМО" [3]. Линейное увеличение данного объектива V=-20x, входная апертура А=0.7.

В практике люминесцентной микроскопии есть задачи, для решения которых рассматриваемый прототип имеет недостаточно высокую светосилу и сложную конструкцию, связанную с наличием корпуса с пружинящей оправой, использование которого при достаточно большом переднем отрезке (s1=0.8 мм) не обязательно.

Основной задачей, на решение которой направлена работа, является создание такого ахроматического микрообъектива среднего увеличения, в котором были бы повышены светосила, разрешающая способность и упрощена конструкция. За счет этого были бы повышены его потребительские свойства. При этом оптическая конструкция разрабатываемого микрообъектива не должна быть усложнена по сравнению с прототипом, должны быть снижены его собственная люминесценция и светорассеяние, что также существенно влияет на качество изображения.

Поставленная задача достигается тем, что разрабатываемый микрообъектив, как и прототип, содержит последовательно расположенные вдоль оптической оси четыре компонента, первый из которых одиночная положительная линза, второй – трехсклеенный, третий компонент – отрицательная линза, четвертый компонент – положительная линза.

Рис. 1 Оптическая схема прототипа

Однако, в отличие от прототипа, второй компонент разработанного микрообъектива выполнен в виде положительной линзы, заключенной между двумя отрицательными.

Рис. 2 Оптическая схема разрабатываемого микрообъектива

Сущность оптической схемы предлагаемого микрообъектива заключается в том, что выполнение второго компонента указанным образом позволяет эффективно исправить в объективе сферохроматические аберрации и аберрации вторичного спектра и одновременно увеличить светосилу примерно в 1.3 раза (пропорционально квадрату отношения выходных апертур) и повысить разрешающую способность объектива примерно в 1.2 раза (за счет увеличения входной апертуры А=0.8).

Разрешающая способность прототипа:
разрешающая способность разрабатываемого микрообъектива:
Светосила объектива H=ΠΤSin²σ, Τ- коэффициент пропускания системы;
отношение светосил разрабатываемого микроообъектива и прототипа:

Таким образом, использование всех указанных признаков, обеспечит увеличение светосилы в микрообъективе и возможность повышения разрешающей способности, что не достигнуто в известных аналогах и прототипе, и тем самым позволит решить поставленную задачу.

При этом очень важно, что количество линз (по сравнению с прототипом) не увеличено, а в качестве оптических материалов могут быть выбраны нелюминесцирующие стекла. Все это обуславливает высокие потребительские свойства разрабатываемого объектива.

наверх