Разработка и исследование планапохроматических компактных двухканальных оптических систем с регистрацией изображения для медицинских исследований тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Кожина Анастасия Дмитриевна

• Кожина Анастасия Дмитриевна
• кандидат наук
• 2023

Оглавление диссертации кандидат наук Кожина Анастасия Дмитриевна

РЕФЕРАТ

Synopsis

Введение

Глава 1. Двухканальная световая микроскопия

1.1 Предмет исследования двухканальной световой микроскопии

1.2 Световые микроскопы

1.3 Принципиальная схема прибора

Выводы по главе

Глава 2. Компонентная база

2.1 Объективы световых микроскопов

2.1.1 Виды объективов микроскопов

2.1.2 Исследование планапохроматических компенсаторов объектива микроскопа

2.2 Осветительные системы микроскопов

2.2.1 Критический метод освещения

2.2.2 Осветительная система по типу Келера

2.3 Исследование и разработка осветительной системы двухканального микроскопа

2.3.1 Энергетический расчет

2.3.2 Габаритный расчет в тонких компонентах

2.3.3 Габаритный расчет в реальных компонентах

2.3.4 Анализ результатов проектирования осветительной системы

Выводы по главе

Глава 3. Исследование хроматических аберраций

3.1 Методы коррекции хроматической аберрации положения

3.2 Методика прогнозирования хроматической аберрации положения

3.3 Результаты апробации полученного метода

3.4 Методы коррекции хроматической аберрации увеличения

3.5 Корректор хроматизма увеличения в составе фронтальной части объектива микроскопа

3.6 Исследование влияния термоаберраций на работу корректора хроматизма увеличения в составе фронтального компонента объектива микроскопа

Выводы по главе

Глава 4. Методика проектирования двухканальной схемы микроскопа с помощью аберрационных сумм Зейделя

4.1 Методика проектирования оптической системы, состоящей из компонентов с исправленными аберрациями

4.1.2 Аберрационный расчет объектива микроскопа

4.1.3 Исследование объективов, формирующих изображения, с исправленными аберрациями

4.2 Методика проектирования оптических систем двухканального микроскопа, основанная на компенсации аберраций объектива микроскопа последующими компонентами каждого из каналов

4.2.1 Основные положения методики проектирования оптической системы двухканального микроскопа, основанной на компенсации аберраций объектива микроскопа последующими компонентами каждого из каналов

4.2.2 Результаты применения методики

4.3 Сравнение методик проектирования оптической системы двухканального микроскопа

4.4 Исследование влияния температуры на качество оптической системы двухканального микроскопа

4.5 Анализ допусков на изготовление оптической системы двухканального микроскопа

4.6 Исследование реализации одноканальной схемы высокого разрешения в широком поле зрения

4.6.1 Проектирование оптической системы микроскопа с высоким разрешением в широком поле зрения

4.6.2 Анализ допусков оптической системы микроскопа с высоким разрешением в широком поле зрения

4.6.3 Сравнение оптических систем двухканального микроскопа и высокоапертурного объектива микроскопа с широким полем зрения

Выводы по главе

Глава 5. Проектирование конструкции двухканального микроскопа

5.1 Описание и разработка конструкции

5.1.1 Исследование и разработка конструкции оптической системы

5.1.2 Проектирование конструкции столика и системы фокусировки

5.1.3 Проектирование конструкции основания

5.2 Исследование прочности опорной стойки

5.3 Исследование надёжности конструкции двухканального микроскопа

Выводы по главе

Глава 6. Экспериментальное исследование функционирования

двухканального микроскопа

6.1 Опытный образец прибора

6.2 Экспериментальное исследование рабочего расстояния объектива микроскопа

6.3 Экспериментальное исследование линейного увеличения в каждом из каналов двухканального микроскопа

6.4 Экспериментальное исследование линейного поля зрения в каждом из каналов двухканального микроскопа

6.5 Экспериментальное исследование разрешающей способности в каждом из каналов двухканального микроскопа

Выводы по главе

Заключение

Список литературы

Приложение А. Результаты дополнительных испытаний

Приложение Б. Акты использования

Приложение В. Патенты

Приложение Г. Тексты публикаций

РЕФЕРАТ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка и исследование планапохроматических компактных двухканальных оптических систем с регистрацией изображения для медицинских исследований»

Актуальность темы

Оптические световые микроскопы являются неотъемлемой частью современных медицинских и исследовательских лабораторий. Они позволяют наблюдать клетки крови, выявлять разных возбудителей болезней, анализировать биологические препараты, производить различные исследования. На данный момент оптическая световая микроскопия работает на пределе возможностей, но тем не менее любая научная техника требует расширения своего функционала, чтобы соответствовать уровню научного технического прогресса.

Исследование биологического материала световым микроскопом обычно состоит из следующих этапов. Первый этап - рассмотреть большое число объектов в препарате и выделить предмет исследования. Обычно для этого используют объектив с малой апертурой и увеличением, который имеет большое поле зрения и глубину резкости. Второй этап - детально рассмотреть выделенный ранее предмет исследования. Для этого используются объективы с большим увеличением и большой апертурой, чтобы получить требуемое разрешение. Между первым и вторым этапом проводится перенастройка прибора: меняется объектив на револьверной головке, при этом изображение «уходит» из плоскости фокусировки, из-за изменения глубины резкости объектива, что требует дополнительную фокусировку, а также уменьшается линейное поле зрения, что требует перемещения объекта исследования в центр столиком микроскопа. При исследовании статичных объектов подобные манипуляции требуют только дополнительной траты времени. В то время как исследования на живой крови трудновыполнимы, так как за время перенастройки прибора расположение элементов в биологическом образце может измениться. В тоже время существуют районы, откуда доставка биоматериала в исследовательскую лабораторию крайне затруднительна. Зачастую подобная местность значительно удалена от цивилизации, и

добраться до нее можно только на вертолетах и/или морских судах, поэтому возможный перевозимый вес сильно ограничен, что не позволяет перевезти туда лабораторные комплексы для проведения исследований.

Наблюдение одновременно большого числа объектов в широком поле зрения с высоким разрешением не позволяет инвариант Лагранжа-Гельмгольца. Он связывает числовую апертуру в пространстве предметов и размер предмета с числовой апертурой в пространстве изображений и размером изображения. Именно по этой причине в современных биологических микроскопах используется револьверная головка с объективами, обладающими разными оптическими характеристиками: увеличением, числовой апертурой в пространстве предметов, полем зрения.

Проведя анализ всего вышесказанного для обеспечения комфортного использования прибора и увеличения скорости анализа необходимо расширить функциональные возможности современных биологических микроскопов. Таким образом, работа посвящена решению актуальной задачи - разработке и исследованию принципиальной схемы оптической системы микроскопа, который можно использовать для одновременного получения изображений с разными оптическими характеристиками.

Целью диссертационной работы является исследование и разработка планапохроматических компактных оптических систем с регистрацией изображения для исследований крови, обеспечивающих одновременное наблюдение объекта в широком поле с высоким разрешением.

Для достижения данной цели в рамках диссертации были поставлены и решены следующие задачи:

1. Исследование и анализ схем современных оптических микроскопов;

2. Исследование остаточной хроматической аберрации положения и способов ее прогнозирования;

3. Разработка принципиальной оптической схемы двухканального объектива микроскопа;

4. Исследование допустимых значений аберрационных сумм Зейделя компонентов оптической системы двухканального микроскопа

5. Габаритный и энергетический расчеты принципиальной оптической схемы двухканального объектива микроскопа;

6. Габаритный и аберрационный расчёты элементов оптических схем;

7. Компьютерное моделирование и оптимизация разработанных систем;

8. Оценка качества изображения и полученных характеристик двухканальных объективов микроскопов;

9. Разработка конструкции двухканального микроскопа.

10. Изготовление и исследование опытного образца.

Метод исследования

Для решения поставленных задач использовались:

1. Методы расчета оптических систем, основанные на базовых положениях теории аберраций третьего порядка.

2. Моделирование оптических систем с использованием современных программ расчета и проектирования.

3. Экспериментальные исследования разработанного и изготовленного двухканального микроскопа с применением методов статистической обработки полученных результатов.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Оптическая схема двухканальной системы микроскопа, включающая единый объектив микроскопа, обеспечивающий прохождение лучей как с высокой числовой апертурой, так и в широком линейном поле зрения, и последующим разделением излучения на два канала, в которых в одном канале происходит уменьшение линейного поля зрения с сохранением высокой числовой апертуры, а в другом - уменьшение числовой апертуры с сохранением широкого линейного поля зрения с последующим выводом изображений на устройство наблюдения, обеспечивает одновременное

наблюдение изображения объекта с высоким разрешением (числовая апертура в пространстве предметов до 0,5) и в широком линейном поле зрения (до 4 мм в пространстве предметов).

2. Методика расчета двухканальной системы микроскопа, на первом этапе которой определяются допустимые остаточные аберрации, определяемые коэффициентами аберрационных сумм Зейделя элементов объектива микроскопа, с последующей компенсацией найденных аберраций следующими компонентами каждого канала схемы и завершающей автоматизированной коррекцией, позволяет создание оптической системы, обеспечивающей одновременное наблюдение изображения объекта с высоким разрешением и в широком линейном поле зрения в пространстве предметов с уменьшенным количеством компонентов по сравнению с методом расчета оптических систем на минимум аберрации.

3. Принцип построения высокоапертурного объектива двухканального микроскопа с длиной тубуса бесконечность за счет одновременного выноса выходного зрачка и телецентрического хода главного луча в пространстве предметов обеспечивает возможность разделения светового потока на два канала для освещения широкого линейного поля зрения и высокой числовой апертуры.

Научная новизна диссертации отражена в следующих пунктах:

1. Разработана методика расчета высокоапертурного объектива двухканального микроскопа с телецентрическим ходом главного луча с возможностью разделения излучения на два канала наблюдения непосредственно в выходном зрачке.

2. Предложен подход к построению оптических схем двухканальных микроскопов, содержащих объектив микроскопа с длиной тубуса бесконечность, светоделительный кубик, телескопическую систему Галилея, зеркала и два объектива, формирующих изображение на приемнике оптического изображения, обеспечивающих наблюдение как с высоким

разрешением, так и с широким полем зрения при дифракционном качестве изображения.

3. Предложена оригинальная методика расчета оптической системы двухканального микроскопа, в которой компенсация остаточных аберраций объектива микроскопа с длиной тубуса бесконечность с широким полем зрения и высокой разрешающей способностью осуществляется последующими компонентами каждого из каналов двухканального микроскопа, а именно полевых аберраций в широкопольном канале и аберраций широких пучков лучей в высокоапертурном канале.

Практическая значимость результатов диссертации отражена в следующих пунктах:

1. Принцип построения высокоапертурного объектива микроскопа с вынесенным выходным зрачком, работающего при телецентрическом ходе главного луча, с высокой числовой апертурой и широким полем зрения, обеспечивает работоспособность двухканальной оптической схемы микроскопа, а именно получение изображения в двух каналах с близким к дифракционному качеством оптического изображения.

2. На основе предложенного принципа построения впервые синтезирован объектив микроскопа с вынесенным зрачком, работающий при телецентрическом ходе главного луча и обеспечивающий прохождение лучей с высокой числовой апертурой и широким полем зрения.

3. Применение методики расчета двухканального микроскопа, в которой компенсация остаточных аберраций объектива микроскопа осуществляется последующими компонентами каждого из каналов двухканального микроскопа, позволяет найти технические решения при проектировании оптических систем, обеспечивающих высокое качество оптического изображения в широком поле зрения и с высокой разрешающей способностью.

4. На основании предложенного подхода к построению оптических схем впервые разработаны оптические системы двухканального микроскопа, обеспечивающие наблюдение с высоким разрешением и в широком поле зрения, и имеющие дифракционное качество изображения.

Достоверность научных достижений:

Достоверность полученных результатов подтверждается результатами компьютерного моделирования в пакете программ Zemax OpticStudio, OPAL-PC и САРО, используемых для проектирования оптических систем различного назначения, а также подтверждается результатами экспериментальных исследований готового прибора, основанного на предложенной в работе оптической схеме двухканального микроскопа.

Апробация результатов работы

Результаты работы были представлены на следующих конференциях:

1. XLIX - LII научная и учебно-методическая конференция Университета ИТМО - 4 доклада (г. Санкт-Петербург, 2020-2023гг.).

2. SPIE. Photonics West. OPTO (San Francisco, United States, 2020).

3. IX - XII Конгресс молодых ученых - 4 доклада (г. Санкт-Петербург, 2020-2023гг.).

4. ГрафиКон 2020 (г. Санкт-Петербург, 2020),

5. SPIE / COS Photonics Asia - 2 доклада (г. Пекин, Китай, 2020, 2022).

6. XVIII Всероссийский молодежный Самарский конкурс-конференция научных работ по оптике и лазерной физике (г. Самара, 2020).

7. Optics-Photonics Design & Fabrication (Тайвань, 2022). Разработанный в рамках работы над диссертацией прибор был

представлен на следующих выставках:

1. Фестиваль идей и проектов "Легко!" XVI сезон (г. Санкт-Петербург,

2. Выставка 20th International Conference Laser Optics ICLO (г. Санкт-Петербург, 2022).

3. II Конгресс молодых ученых (Сочи, 2022).

Публикации

Основные результаты по теме диссертации изложены в 14 публикациях. Из них 3 изданы в журналах, рекомендованных ВАК, 8 опубликованы в изданиях, индексируемых в базе цитирования Scopus, зарегистрированы 3 патентных свидетельства.

Внедрение результатов работы

Акт использования, подтверждающий практическую значимость результатов данной диссертационной работы, представлен в Приложении Б.

Личный вклад автора

Выполнение всех теоретических и практических исследований на основе предшествующих работ, подготовка основных публикаций по выполненной работе, участие в апробации результатов исследования непосредственно было совершено лично автором совместно с научным руководителем к.т.н. Цыганок Еленой Анатольевной.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность проведения разработки и исследования оптических систем двухканальных микроскопов, определены цель и задачи диссертационной работы.

В первой главе работы рассматриваются основные положения двухканальной световой микроскопии. Проведен анализ биологических материалов, которые являются предметом исследования световых микроскопов. Проанализированы такие методы исследований крови, как исследование в тонкой капле окрашенного образца и исследование нативной

крови. Последний метод показал себя как более информативный и менее ресурсозатратный.

Проведен сравнительный анализ существующих световых микроскопов для биологических исследований. В основном в приборах подобного типа необходима смена объектива для перехода от наблюдения широкого поля зрения к наблюдению в высоком разрешении. Выявлено, что ни один из существующих световых микроскопов не позволяет производить одновременные наблюдения биологического образца в широком поле зрения с высоким разрешением.

Предложена оригинальная схема, представленная на рисунке Р.1 для построения оптических схем двухканальных микроскопов, обеспечивающих наблюдение как с высоким разрешением, так и с широким полем зрения при дифракционном качестве изображения. Определены основные оптические характеристики исследуемого прибора. Определены требования к объективу микроскопа, как к наиболее важной части оптической системы.

Рисунок Р.1 - Оптическая система двухканального микроскопа 1 - плоскость предмета; 2 -объектив микроскопа; 3 - светоделитель; 4 - объектив, формирующий изображение широкопольного канала; 5 - плоскость изображения широкопольного канала; 6 - телескопическая система; 7 - зеркало; 8 - объектив, формирующий изображение высокоапертурного канала; 9 - плоскость изображения высокоапертурного канала

Вторая глава повещена анализу компонентной базы современных микроскопов. Анализ существующих объективов микроскопов, представленных на рынке, показал, что на данный момент ни один из объективов не обеспечивает одновременное прохождение лучей в широком поле зрения с высокой апертурой. Кроме того, они не обеспечивают равномернее разделение оптического излучения в виду того, что их задняя фокальная плоскость, а по совместительству и выходной зрачок, находится внутри оптической системы, что не позволит расположить светоделительный элемент.

Анализ современных объективов микроскопов подтвердил, что для реализации двухканального микроскопа необходимо исследовать и разработать объектив с вынесенным входным зрачком и телецентрическим ходом главного луча, обеспечивающего одновременную работу двух каналов с разными оптическими характеристиками.

Был проанализирован планапохроматический компенсатор, состоящий из двух апланатических менисков, который показал высокую коррекцию астигматизма и кривизны с сохранением высокой коррекции хроматических аберраций, что является важным при формировании изображения на ПЗС приемник.

Исследование осветительных систем показало, что наиболее оптимальной схемой освещения является освещение по типу Келера, которая позволяет полностью и равномерно осветить объект исследования.

Анализ существующих компонентных баз показал необходимость разработки осветительной системы по схеме Келера для уменьшения ее габаритных размеров. Это вызвано тем, что традиционные оптические осветительные системы по типу Келера имеют длину 250-300 мм, а современные исследования направлены на улучшение оптических и энергетических характеристик, и не учитывают габариты осветительной системы. Исследуемый двухканальный микроскоп должен обладать

конкурентоспособными массогабаритными характеристиками. С учетом длины наблюдательной части осветительная система не должна превышать 180 мм.

Определенные на этапе габаритного расчета в параксиальных компонентах параметры позволили разработать систему с минимальными габаритными характеристиками. А именно длину оптической системы осветительного канала равную 165 мм, а также обеспечение полного и равномерного освещения объекта исследования. Внешний вид разработанной системы представлен на рисунке Р.2.

Рисунок Р.2 - Ход лучей через оптическую систему осветительного канала в ПО ZemaxOpticStudio В третьей главе работы проводится исследование хроматических аберраций, как оказывающих наибольшее влияние на качество формируемого оптической системы.

Проведенный анализ способов устранения хроматических аберраций показал большое количество применяемых в настоящее время инструментов для уменьшения и коррекции как первичных хроматических аберраций, так и остаточных. На данный момент для уменьшения либо коррекции хроматических аберраций используют:

- компоненты оптической системы, содержащие стекла с аномальным ходом дисперсии;

- подбор оптических материалов вручную;

- подбор оптических материалов графическим методом;

- оптимизация в специальных программных комплексах для расчёта оптических систем;

- увеличение воздушного промежутка между неахроматизованными компонентами оптической системы;

- трассировка лучей с последующей оптимизацией;

- применение дифракционных оптических элементов.

Таким образом, не существует единого метода коррекции хроматических аберраций, а используемые в настоящее время имеют ограничения. А именно, стекла с аномальным ходом дисперсии имеют ограниченную номенклатуру. Методы с использованием оптимизации сильно зависят от начальной схемы. При увеличении расстояний между компонентами длина системы может превышать в несколько раз ее фокусное расстояние. А дифракционные оптические элементы имеют высокую стоимость и паразитную засветку в виду наличия побочных порядков дифракции для крайних длин волн спектрального диапазона.

Исследованная методика прогнозирования хроматической аберрации положения, предложенная профессором Александром Пантелеймоновичем Грамматиным, показала себя как хороший инструмент быстрой оценки работоспособности готовой оптической системы в другом спектральном диапазоне по ее хроматизму положения. В своих работах он показал, что данная методика работает для оптических систем, у которых числа Аббе и относительные частные дисперсии лежат на одной прямой в прямоугольной системе координат, то есть для оптических систем, составленных из двух марок оптических бесцветных стекол.

Данная методика была расширена, используя метод аппроксимации, для оптических систем, состоящих из большего числа материалов, что было доказано на примере светосильного объектива, работающего в спектральном диапазоне от 800 до 900 нм и выполненного из оптических стекол ТК16, ТФ5 и ТФ10.

На основании значений хроматизма положения для длин волн 800 нм и 900 нм относительно основной длины волны 850 нм объектива, был определен

хроматизм положения в диапазоне длин волн от 480 до 900 нм относительно длины волны е. Точность исследования составляет порядка 1 мкм.

Корректор хроматической аберрации увеличения, состоящий из двух гиперхроматических пластинок, позволяет почти полностью устранить хроматическую аберрацию увеличения, не оказывая существенного влияния на другие аберрации. Исследование корректора показало сохранение высокой степени коррекции хроматической аберрации увеличения при изменении температуры от -40°С до 40°С.

Четвертая глава содержит методику расчета двухканальных оптических систем, основанную на аберрационных суммах Зейделя.

Предлагаемая нами оптическая система отличается от классического представления тем, что в каждом канале обеспечивается свой инвариант Лагранжа-Гельмгольца. Тем самым объектив, как общая часть обоих каналов, должен пропускать лучи и в широком поле зрения, и с высокой числовой апертурой.

По этой причине за основу для разработки метода проектирования оптической системы двухканального микроскопа были выбраны два подхода.

Первый подход основан на классическом методе проектирования оптических систем микроскопа, а именно на минимизации аберраций оптических компонентов.

Второй подход основан на методе, согласно которому аберрации одних компонентов компенсирую аберрации других.

Спроектированный двухканальный микроскоп по классической методике доказал возможность реализации схемы, представленной на рисунке Р.1.

Согласно теории аберраций третьего порядка, разработанной Зейделем, монохроматические и хроматические аберрации оптической системы можно представить в виде некоторых сумм. Каждая из этих сумм определяет влияние отдельной аберрации на качество оптического изображения. В каждом

компоненте схемы двухканального микроскопа аберрации должны быть устранены, то есть суммы Зейделя должны быть равны нулю. Соответственно, параметры Слюсарева Р, W и С, входящие в эти суммы, каждого компонента оптической системы должны быть равны нулю. При нулевых параметрах Р, W и С, основываясь на суммах Зейделя, в каждом компоненте может быть исправлена только сферическая и кома. Такие компоненты будут иметь остаточные астигматизм, кривизну и дисторсию, которые могут быть минимизированы оптическими элементами внутри компонента.

В результате синтеза получен объектив, состоящий из 9 компонентов. Внешний вид объектива, работающего при числовой апертуре 0,5 и линейным полем зрения 0,4 мм, представлен на рисунке Р.3 а), а при работе линейным полем зрения 4 мм и числовой апертуре 0,1 представлен на рисунке Р.3 б). Объектив с тубусом бесконечность рассчитывался для работы с телецентрическим ходом главного луча.

Рабочее расстояние объектива составляет 2 мм, что является достаточно большим для высокоапертурных микроскопов, у которых обычно рабочее расстояние составляет доли миллиметра. Его вынос выходного зрачка составляет 6 мм. Объектив обладает высокой коррекцией аберраций, в том числе и хроматических, что демонстрируют графики частотно-контрастных характеристик каждого из каналов, приведенные на рисунке Р.4.

б)

Рисунок Р.3 - Объектив микроскопа £'=13 мм, а) КА=0,5, 2у=0,4 мм,

б) КА=0,1, 2у=4 мм

а) б)

Рисунок Р.4 - ЧКХ объектива микроскопа £*=13 мм при

а) КА=0,5, 2у=0,4 мм б) КА=0,1, 2у=4 мм Результат проектирования последующих частей двухканального микроскопа согласно теории аберраций третьего порядка представлен на рисунке Р.5. Частотно-контрастные характеристики каждого из каналов системы приведены на рисунке Р.6 и демонстрируют дифракционное качество изображения.

Рисунок Р.5 - Оптическая система двухканального микроскопа, состоящая из компонентов с исправленными аберрациями

Рисунок Р.6 - ЧКХ оптической схемы двухканального микроскопа, состоящей из компонентов с исправленными аберрациями для а) широкопольного канала б) высокоапертурного канала

Предложенная автором методика, называемая в работе компенсационной, основана на определении допустимых остаточных аберраций, определяемых коэффициентами аберрационных сумм Зейделя элементов объектива микроскопа, с последующей компенсацией найденных аберраций следующими компонентами каждого канала схемы.

Для данной методики справедливо, что первая аберрационная сумма Зейделя одного канала в целом должна быть равна нулю, в то время как первая аберрационная сумма Зейделя для каждого из компонентов этого канала может быть отличной от нуля. Аналогично для всех аберрационных сумм Зейделя.

Для получения конструктивных характеристик оптической системы из системы уравнений сумм Зейделя определяются параметры Г. Г. Слюсарева (Р, W). В систему уравнений не включена Б1У, так как она зависит только от оптической силы компонентов.

5/1 + Б12 = 57шК = 0 БП1 + БП2 = ^к = 0 5/7/1 + 5'ш2 = SШшк = 0 , + БУ2 = БУшк = 0

где - первая аберрационная сумма Зейделя первого компонента

широкопольного канала, а именно объектива двухканального микроскопа;

5/2 - первая аберрационная сумма Зейделя второго компонента

широкопольного канала, а именно объектива, формирующего изображение; 5/ - первая аберрационная сумма Зейделя всего широкопольного канала двухканального микроскопа. Для других аберрационных сумм Зейделя обозначения аналогичны.

Для решения системы уравнений были определены углы и высоты падения первого и второго параксиальных лучей на каждых из компонентов по ходу лучей, представленного на рисунке Р.7.

Рисунок Р.7 - Ход первого и второго параксиальных лучей в широкопольном канале Таким образом, параметры Г. Г. Слюсарева для компонентов широкопольного канала при размере предмета широкопольного канала ушк = 2 мм и его передняя числовая апертура sin (о,шк) = 0,1 составляют

Рг = 1,102 • 10"3 Р2 = -1,102 • 10"3

W± = 0,012 W2 = 1,678 • 10"3 ,

где и W± - параметры Г. Г. Слюсарева для объектива микроскопа, а Р2 и W2 - параметры Г. Г. Слюсарева для объектива, формирующего изображение.

Определение параметров Г. Г. Слюсарева для высокоапертурного канала аналогично, за исключением наличия большего числа компонентов системе.

^73 + ^4 + + = ^ $11 з + ^774 + ^7/5 + ^776 = ^ >777 3 + ^777 4 + ^777 5 + ^7776 =

III

вк

^з + + + = ^к

где 5/з - первая аберрационная сумма Зейделя объектива двухканального микроскопа; 5/4 - первая аберрационная сумма Зейделя первого компонента телескопической системы; £/5 - первая аберрационная сумма Зейделя второго компонента телескопической системы; Б1б - первая аберрационная сумма Зейделя объектива, формирующего изображение; 57 - первая аберрационная сумма Зейделя всего высокоапертурного канала двухканального микроскопа. Для второй, третьей и пятой сумм Зейделя нумерация аналогична.

Однако при данном соотношении уравнений к числу переменных имеются множество решений. Поэтому для определения стартовой схемы используем последовательное разделение системы высокоапертурного канала. Таким образом, для получения параметров Р и W каждого компонента нам необходимо решить последовательно три системы уравнений:

• объектив микроскопа и вся последующая часть высокоапертурного канала;

Г ^73 + ^4-6 =

(1)

• телескопическая система и объектив, формирующий изображения высокоапертурного канала;

Б1з + Б14_ 6 = ^7 1 вк

^773 + ^77 4_ -6 =

^7773 + ^777 4. -6 = БШвк

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Кожина Анастасия Дмитриевна, 2023 год

Литератур*

1 Robb PJí., "Sélection ûf Opcicsi glas«, t: Twomaterials" Appl Opi 24 IS6-Í-1S77 JÍS5

2 Duplo'.' Rom an Apcchromatic lelescopc члтЬсчП anomalous dispersion gl¡iss« H Applied oplies. 006 №21 (4S) pp. ÎI64-516.

i Dirnliy fteshidko, José Sacian, "Algorithme anJ examples for chroinalie aberration coprctiun apd athcmia | izatio п of topiplt^ miífinj iyilcnii " PTdc ÎiPIE 929 Î, International Opnniil Dm^i Conference TON

4. Егоров Д.11. Нее ледова и не и разработка объект пион микроскопа дли спектральной он 131'teckoh Koiepenrnoii [omoj рафии. Лвюрсфер.и диссертации. СПб. 2016. 17с.

5. Г рамма uni Л.П.. Окз1шена 1:..В. Связь между хрома шческнмн аберразщамн оптических систем ддаразличных учаепсо» спектра И "ОМ1Г. С. 39—11

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАСЧЕТ ПЛАНАПОХРОМАТИЧЕСКОГО ОБЪЕКТИВА С ИСПРАВЛЕННЫМ ХРОМАТИЗМОМ УВЕЛИЧЕНИЯ

Л.Н. Анлач'в. А.Л. Каши, Е.А. Нмгапок. К Ь Сит ни ко ни.

А. В. Уварова

Университет ИТМО (19710!, г. Санкт-Петербург, Кронверкский проспект, 0.49) е-таИ: [e-mail]

Риск возникновения различных биологических угроз диктует повышенные требования к точности и скорости их обнаружения. Что приводит к необходимости улучшения качества изображения современных микроскопов. Работа посвящена разработке план алохро магического объектива, кик основ нош силового элемента микроскопа. Высокая степень коррекции сферической и хроматических аберраций позволяет отказаться от использования компенсационных окуляров, а коррекция кривизны лает возможность получать изображения хорошею качества па матричных приемниках.

Ключевые слова: план апохромат, хроматическая аберрация, хроматизм увеличения.

1. ВВЕДЕНИЕ

Микроскоп - оптический прибор, реализующий видимое увеличение микроструктур, расположенных на конечном расстоянии Наибольшее влияние на качество оптической системы оквзы&аег объектив, как мерная ступень увеличения микроскопа. Ог его степени коррекции аберраций н числовой апертуры зависят качество изображения и разрешающая способность микроскопа [ 1 ].

В зависимости от степени коррекции, объекгнвы микроскопа разделяются на: монохронаты, ахроматы и апохроматы. У монохроматон коррекция аберрации выполняется в узком спектральном диапазоне.

Вюрой тип - >то ахроматы. У данного типа объективов а ароматизация выполняется .ия двух длин волн. Корригируются сферическая аберрация, кома, астигматизм, хроматическая аберрация положения.

Третий тип объективов имеет ахроматизацию для трех длин волн, и называется апохроматами. Они имеют наибольшее предпочтение для проведения исследований, так как в них исправляются ис тодько сферическая

аберрация, кома, астигматизм и хроматизм положения, нон вторичный спектр и сферахромжтзм [1],

Некоторые объективы имеют степень коррекции пол и них аберрлинн. Ье можно определить но таким маркерам, как "стигм" ¡1 "план". Астш матическне оо1д;»п шил - объективы с уменьшенными попой мм и аберрациями, "планы" - с отсутствующи ми.

Как можно заменить, в классификации не сказано при неправлен им хроматизма увеличения, который мешает эффективному использованию методов микроскопических исследований, гребующих размещение н

плоскости промежуточного изображении специальных шкал, сеток.

препаратов и прочих компонентов [2], Не все ервреме....... объективы имеют

исправленный хроматизм увеличения, У сильных объективов он обычно составляет около 2%. Для его устранения используют специальные компенсационные окуляры. Тем не менее, необходимость иметь несколько комплектов окуляров, которые нужно выбирал и зависимости от объектива, существенно ограничивает оператора и затрудняет его работу.

Цель данной работы разработать апохромат нческни объектив с плоским полем, а также имеющим коррекцию хроматизма увеличения.

2. СПОСОБЫ КОРРЕКЦИИ ХРОМАТ в ¡МЛ > Ш..ШЧЕШШ

II настоящее время проблема коррекции хроматизма увеличения решается разными способами. Одним из них является использование компьютерных методом обработки изображения [2]. Несмотря на свою зффективноеть, реализация данного способа затруднительна при зкслрссс-аналнзе, так как выполнение алгоритма обработки требует времени, наличия компьютера и специального профИм много обеспечения. Полому оптимальная коррекция должна быть выполнена компонентами самой оптической системы

Как было сказано ранее, многие производители микроскопов применяют специальных компенсирующие окуляры. Их проектируют таким образом, что в ннх остается не до конца корригированный хроматизм увеличения, благодаря чему во всей оптической схеме микроскопа он оказывается скомпенсированным [I]. Однако при этом в комплекте необходимо иметь несколько наборов окуляров.

Г тс одним методом борьбы с хроматизмом увеличения является введение ь параллельный ход лучен пары i иперхромашчеекпх линз 13]. Каждая ......за представляет собой шюсхопараллельиую пластину, склеенную

из оптических материалов, у которых показатели преломления для основной длины полны близки, а котффнциситы средней дисперсии - различны. На рисунке Я представлен пример использования глнсрхромазнческих линз в ахроматическом иммерсионном мнкрообьек! пне (поз. 7-8 И 9-Ш на рисунке 1) [4]. II с пол иование после объектива компенсатора, состоящего из двух гнперхроматнческих лннзч позволяет добиться улучшения коррекции Хроматизма увеличения без нарушения степени коррекции монохроматических аберраций.

Рис. /. Ахроматический иммерсионный объектив с гиперхромат и ческими

мжмши

Также существует метод коррекции без использования дополнительных оптических племен той. Компании Nikon и Zeiss реализуют метод, согласно которому в микрообъект ивах. рассчитанных на длину тубуса "бесконечность ", проблема ус граненЕ1Я хроматизма увеличения решается путем введения фиксированной величины данной аберрации в губусную лннзу[5,й], Однако что накладывает ограничения на применения объективов других производителей.

Как можно заменить, в настоящее время не пользуется множество способов коррекции хроматизма увеличения. Наиболее универсальным на наш взгляд является введение компенсаторов в конструкцию самого объектива.

3. РАЗРАБОТКА ПЛАНАПОХРОМАТИЧЕСКОГООЕЪЕКЗИВА

Для разработки пданапохраматического объектива с исправленным хроматизмом увеличения было решено использовать метод композиции МЛ1. Руси ¡шва [7], Наш объектив состоит hi трех частей. Первая часть - это апохромат ичеекнн компонент. Вторая часть - тго компенсатор кривизны н астигматизма. Третья - компенсатор хроматизма увеличения, li качестве объекта разработки выбран объектив "тубус бесконечность" с фокусным расстояние f=25 мм, и числовой апертурой А=0.2.

3.1. Л1ш\роч1атнческин компонент

Дня наиболее зффективного для устранения вторичного спектра применяют сочетания материалов с близкими значениями относительных

частных дисперсий и максимально различными коэффициентами дисперсий [Я], Наиболее оптимальным н тгом случае является сочетание флюорита (CaF2) с особыми флинтами нлн гяжслыми и сверхтяжел ими кронами. Е1о этим причинам основным силовым элементом разрабатываемою объектива является склеенный линзовый блок. Наиболее распространенными стеклами для сочетания с флюоритом являются СТК9, ОФ4, ТФ4, ТК14.

Апохромагнчеекпи компонент должен обладать высокой коррекции сферической аберрашш, комы, хроматизма положения и вторичного спектра. По этой причине, параметров, которыми бы происходило исправление аберрации недостаточно, в случае использования одной, склеенной из двух компонентов, линзы. Применение асферических поверхностей в данной работе не рассматривается, так как зто экономически не обоснованно. Для получения необходимых переменных, в оптическую систему вводится одиночная линза.

С помощью программ автоматизированной коррекции было получено 7 оптических систем с разными сочетаниями марок стекол, H а рисунке 2 представлен внешний вид наилучшего варианта ало хроматического компонента в обратном ходе лучей. Оно состоит из СГК9-СаР2ЮФ4. В таблице ! в столбце «АП» приведены его критерии качества.

Рис. 2. Внешний вид апслромаггшч£СК£куо компонента

На рисунке 3представлен график хромат и чес когофокального сдвига. По нему можно увидеть, что хроматизм положения и вторичный спектр в системе присутствуют. Однако, нх величина составляет единицы микрометров и допустима для апохроматичеекпх компонентов.

pi ■■

Рис. 3. График фокального сдвига апахраматичесхаго компонента

3-2- Компенсатор кривизны и лет и 1матшма

Д.]и компенсации кривизны поверхности используются афокальные компснсаторы ll апланатнческне мениски. Мы остановились на линзах с аплаталнчссклми поверхностями, гик как они не вносят сферической аберраини н могут быть установлены в сходящемся пучке лучей. Внешний вид оптической системы н обратном ходе лучей, состоящей из апохромат и чес кого компонента с компенсатором кривизны и астигматизма, представлен на рисунке 4. Критерии качества оптической системы приведены в таблице ! в столбце «АП е К К».

Рис. 4. Внешний ¡шд апоярома т и четкого компонента с компенсатором

кривизны

Ком пепси юр хроматизма увеличения

В качестве компенсатора хроматизма увеличения мы будем использовать два склеенных блока линз, наподобие нары гнперхроматнческих линз, рассмотренных выше. Однако у них имеются существенные различия. Пара гнперхроматнческих линз, состоящая из двух одинаковых плоской араллельных пластинок, не только устраняет хроматизм увеличения, но и вносит хроматизм положения, что ухудшит качество уже исправленной системы.

Предлагаемый компенсатор также состоит из двух плоскопараллельных пластинок, выполненных склеиванием плоековыпуклой и плосковогну тон лню. Однако во второй склейке материалы инвертированы, то есть нз материала, который использовался для выполнения плосковыпуклон линзы в одной пластинке, будет выполнена плосковогнутая линза в другой пласт инке. Это позволит скомпенсировать хроматизм положения, вносимый пер нон пластинкой. Внешний нпд оптической системы объектива в обратном ходе лучей представлен на рисунке 5. Па рисунке (т представлены графики хроматизма увеличения без компенсатора и с компенсатором, а также приведен хроматический фокальный сдвиг для всен оптической системы, В таблице 1 указаны характеристики качества для каждой ступени расчета опл!ческой системы объектива.

Таблица 1. Характеристики качества рассчитанных оптически* систем

Характеристика АЛ Alie КК Объектив

Фокусное расстояние f. мм 25.13 25,56 25,56

Числовая апертура NA 0.2 О 0.19 0.19

Хроматизм положения, мм -0.004 0.004 0,003

Продольная сферическая аберрация на зоне, мм -0.094 -0,093 -0.093

Продольная сферическая аберрация на краю, мм 0,035 0.046 0,046

Поперечная сферическая аберрация на краю, мм 0.007 0.009 0,009

Астигматический отрезок z'm (на краю К мм -0.3S -0,07 -0.07

Астигматический отрезок йЧ (на краю), мм -0,20 0.02 0,02

Кривизна, мм -0.29 -0,025 -0.025

Астнг малом (на краю), мм -0.JS -0,09 -0.09

Хроматизм увеличения, % 0,02 0.4В 0,01

1 J

£L i

II' I t

■■___ef Т^* __

Рис. 5 Внешний вид планапахраматичеекого объектива с исправленным

хро. ми тип toM по. южения

а) 6) а)

Fue. 6. График а) хроматизма увеличения оез компенсатора 6) хрома/шина увеличения с компенсаторам н) фокального сдвига

4. ЗАК ЛЮЧЕНИЕ

В ходе выполнонна работы был разработан объект ни. имеющий высокую степень коррекшгн хроматизма положения, вторично спектра, кривизны, а также хроматизма увеличения. В разработке объекгинл использовались методы композиции н автоматизированной коррекции, Полученные результаты могут бы [ь впоследе евин применены для изготовления объектива. Кроме того, показанные а работе компенсаторы могут быть использованы для расчета других оптических систем.

СПИСОК ЛИТГРАТУРЫ

L В,А. Панов, Л-Н, Андреев, Оптика микроскопов. Расчет и проектирование. // Л,: Машиностроение, 1976.432 с.

2. М. iiozubek. P. Mil f и la. An efficient algorithm for measurement and correction of chromatic aberrations ш fluorescence microscopy: // Journal of Microscopy, 2020.

3. Л.П. Андреев, Прикладная теория аберраций. Часть трегья: Учебное пособие. //СПб: Университет [ITMO. 2016,46 с.

4. Л.П. Андреев, Ахроматический иммерсионный объектив [Текст]: пат. 1203460 СССР: МПК G02 Q 2J/02; таявл. D2.0S.19R4: опубл «7.01.36

5. J. Sanderson. Understanding Light Microscopy. //Hoboken. John Wiley & Sons Ltd. 2019

6. J. Fawley, Handbook of Biological Confocal Microscopy. // Madison. Springer,

p. 9S5

7. M. M. Русинов, Композиция оптических систем.// Л.: Машиностроение, 1986, 383 с.

S. О. И. Еалацснко. А. П. Грамма тин. Объективы-апохроматы без кристаллов Н Оптический журнал, 2002,том 69, №2.

RESEARCH AND DESIGN OF PLANAPOCHROMAT 1С LENS WITH CORRECTED LATERAL COLOR

L.N. Aadrtfv, АЛЗ. Kojhiti.i, H.A. Tiyjinok, E. B. Soslmicovji, A.V. Uvarov*

ITMO University, (49 Kj onverbsk} Pr.t Si Petersburg, 197101, Russia) e-maiU crenstaQ mai!.ru

The uprise of various biological threats leads то an increase of such requirements for their detection as accuracy and speed. Thus, the image quality of modem microscopes needs to be improved. The work is devoted to development of a plan apochromatic objective for microscope. A high level of spherical and chromatic aberrations correction makes it possible to abandon the use of compensating eyepieces; curvature correction makes it possible to obtain images of good quality oil matrix receivers,

Keywords: plan apochromat, chromatic aberration, lateral color,

XI koHJ pi-ït ШИЮДЫ] учёных, t (Wpililk HJVIHJJX ipï hlH Ll>4 î.

УДК 535.317

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ КОМПЕНСАТОРОВ ДЛЯ ОБЪЕКТИВОВ СОВРЕМЕННЫХ МИКРОСКОПОВ С ВЫНЕСЕННЫМ ЗРАЧКОМ

Е.Б. Сошиикона, Е.А. Цыганок, Л.Д. Кожина, Т.Н. Андреев Научный руководягедь - д.тж, профессор JLH. Андреев Университет ПТМО ç-таП JÎIW w^hdEçpvaggniiflilçeni

Апшш

R раОюгс рассмотри ваются компенсаторы для объективов современных микроскоп», H веден не м оптическую схему объективов, рассмифошын я ис^юдоимии, комненеа! оров ДНух ^берр^цнй: крнвишы ияерШСШ любражепня п SCTHt мапима, крймдтичкщ!) айер|У|ЦЕ1И Лф^вищ El уаеЛЕ1Чення. способствует и|м|д:К L liHHoii

коррекции указанных аберрацкй, не оказывая негаппносо нлиянич ни коррекции прочих аберршиш Представлены результаты расчета нлекашкроматичсского объектива микроскопы 16*0,40. K'.ikkh'UI.II.' Сшы

Ооьскгле! ищфСскОРа. щшащкршт, хроматически аЛфрання, крлвл зиа □оисфхмостн и юориженич, астигматизм,

Введение

В Haut» дни микроскопы находят широкое применение но многих отраслях иромышлснносш, a ia«*o они используются для высокоточных биологических наследований [I. 2]. Важнейшим компонент ом любого инкрйскш является его ооъекшн. характеристики которого, .i кекжс степень коррекции аберраций, ока eejujui i значительное нлеошею ни ЯсХ> оптическую сшлему.

Так как и последнее время н качестве прнеыннка оптического излучения н схемах ыккросковэн нее чаше шетупнп не глаз человека, а камера на основе млтрнчны* прнйшнхов, при проектировании объективов микроскопов с трен я ¡ея к почти iio_i>iom\ устранен и к> всея цовбхраш'щчеСШ аберраций, а также к существенному уменьшешно хроматических [3.4],

По степени коррекции аберраций различают объективы монохром и tu, ахроматы и апохромат. в tarac ipyiitiu нллнооъекшвов JL-S] В монохроматах абсрранип пел ранте ни только дал основной длины волны: онн не пользу ioicji дм рабош и у зкой спекipa ¡khioii области с целью поьишеиля разрешающей способности. Для нля хараперна высокая степень коррекции сферической аберрации, а коррекция хроматических аберрапнн не требуется. В ахроматических объектам аберрашги ei с правлены .Lin jayx длин волн. Они обладают високой степенью коррекции моЕюхромашчеекнх аберршшй, a iuk~ac хроматизма положения и хроматизм* увеличения. В анохромагнческнх иоьикшвач аберрации исправлены для ipex ti более дани волщонп обладают высокой степень» коррекции хроматических аберраций, и том числе высокой степень коррекции нторичлою спектра н еферохромапима, <пи достигаете« применением в eix схемах материалов с особым ходом дненерелн. 3 платбьектнлах дополнительно цепртнжля кривизна поверхности и ИЧ'^ШАШИ, ЧЮ осуществляется введением а огтичсску» схему объективов специальных компенсаторов данной абсрранип.

,Хен проведения высокоточных . шоорлориыч исследовании с помощью микроскопа с камерой а качестве приемника оптического излучении предпочтительным

XI kiimpltl iilcjí i:ll,i л ук'нь.и (.íkpmik ii.lvijhlix ijiv.hhh Точ I

яиля^ши hhiíjop опъекшьа с pjumnospuijmiwcкцч гнлоч коррекции. Однако, и известных схемах сасгйенльнш плаиааахрочаткчесчнх объективов выходной 1рачок находится внутри огмяческой системы, что усложни! сю совмещение с входным {рачком последующего komiiojiciliu. что, например. iptwuh и схемах сиирсчсниых двукканалшых микроскопии [9].

Tjkiim iwpatuM. целью данной ЖслаоитЬиСщй pjüoiu ни.ml.'гея. нМлЩщннс и расчет компенсаторов, которые можно применять при проектировании сложных oitnmecKMX систем, а также расчет планагохриматнчсскши объект una с им несен ним 1ртчким.

h'DMIlL-HtlllDpiJ ,[Hyi lütppilllllíi

Большой интерес представлял исследование н разработка компенсаторов двух и úu.ice Lt0eppjiiihi.il. На рис. 1 представлена оптическая схема компенсатора криьншы поверхности и астигматизма. который состоит m диук аллзнатнчеехкх менисков (поэчцнк i it î lia рис i), находящихся друг in друга ил конечном расстоянии â

ОПьекяиб г 2

\

\ d s'

рнс. I. Оггтнчесвд схема иплакстнчккргр коыпешнипрл ирщиши поверхности ни лстш млн ¡ма

ВведскшЯ »систему л сходящемся пучжелучке,данный ншооютор шачнтоъно уменьшает величину астигматизм! и крики шм поверхности изображенной также дает ашнажнол! увеличить yi левое вале системы ы ilh.il> pa d.

H li |ull 2 представлен* оптический схема коипенздтора хроматической аоерраннп положения к увеличения. Компенсатор включает и себя два компонента (позиции i н 2 Uli рис 2>. расположенные друг от друга на значительном расстоянии. - гак назшеыые гиперхрамашческяе линзы. Они прйясганяян» собой нлоекапароАлельные пластинки, склеенные из диух лннт - плоско-вогнутой н плоско-выпуклой сделанных, нт стекол с бннзккмн для основной длины волны показателями преломлен ня, но с существенно различными коэффкиненгачи средней дисперсии.

;

7

II. " в 1

Т

ütók

11 il

¡^

i

Plec 2.1)|ггич«кн1и схема компенсатора крожтнческоЛ ибсДОацнН положения и увеличения

XI kuilipAV ЫОПиДНК учёных. СГщ|Я|||К нлуинмх чру.ит Tuu 1.

hueдснне данного компенсатора в chl icjiv а оараллелыюм .иtoo елабоеходящемея нучке лучей поАолэст одновременно исправить указанные хроматические аберрации, без изменен ня сиги ческой схемы объектива, не ухудши коррекцию монохроматических аберраций

Рассмотренные компенсаторы ¿ффектнвно справляются с одноирсмсшюй коррекцией двух iiwppiitiiiii - крпвтгшы новсрхпосш изображения и астигматизма или хроматина положения н хроматизма увеличения, способны ноиыеирь оптические характеристики систем, ко при ном они не оказывают hciuthbuoio влияния на коррекцию друпа аберраций. Отмеченные особенности делают их важной частью злеменшой базы, используемо и при расчетах сложных оптических систем, в том числе объективов микроскопов с- плаианохромлнческой коррекцией

Расчет влаш.....хром ■ i и чески i о вбит н на микроскопа

В ходе исследования был рассчитан обьекднв микроскопа с числовой апертурой 0,40 и линейным увеличением -16'. Оптическая схема объектива представлена на рнс i

а 00 1

iL

.V Oj i i и 'jclxjll extleb iulnlildj[p<mlltlwli< [! объект hkis мщфоскф* i.l ]()>(h.40

Г!phi расчете объектива был иенолыонан известный метод расчета но частям [I]. Основная задача при расчете фронтальной части - обеспечение требуемою переднего отрезка и числовой ajiepivpu а нрое ipanctBc предметов, а также уменьшение последней .тля последующей части объектива, il качестве фронтальной части йы.ш иснользмвана склеенная из двух компонентой . ihhkj. последняя поверхность которой ■ аи.тапагнческая. Последующая или масштабно-компенсационная Часть объектива быда расе чш а на на основании теории аберраций ipeibejo порядка и включает в себя два двухлнцэсгаык компонента, мениск н дополнительную ахроматическую линзу,

Вторичный спектр в объективе неправлен за счет применения оптических материалов с близкими значениями относительных частных дисперсии. Хроматизм увеличения и положения исправлен за счет введения «хроматических» поверхностей склеек в менисках,

В габл I представлены аберрации «свой точки, я тбл 2 - аберрации аисоселой ТОЧКИ. На рнс 4 преде 1авлеи трафик продольной сферической аберрации .ни осевой точки.

Табтнтш 1

ХЛсрраннн ittOKW точки пляпзиочрпццгнкско!о пЛмкшия 16*11,40

Отн ip. Jtnup.3, дл, волн дл. ВОЛ hi дл, волн AWg. ДЛ, ВОЛ hi Ц. % s'p, — j'C',MM

1 -0,13 -O.Oi 0,19 0,4£ -0.03 1,7Ё

os«6 -0.09 -0.15 0.12 -0.01 0,45

0,707 ■0,02 ■0,13 0_2в ■0.03 0.03

0,5 o.oi -0,0й '.■ : -0,04 -0,02 -J.37

а 0.00 000 0.00 о.оо 0,00 -2М

XI kiimjiAi: щшяШ учЫй. (. ¡юринк ьшуЧщл ipy.H'h iuu I.

Таблнда4

\г"н|Ц1;ШШ1 Hllfnri'Kllli KI'dKIt 1ШН111П1р|)М>1ЦЧКИ1ГП дФ№Пв|

OTH. эр. KtXJpJ. l'm, ИЧ у J%

1 1.53 -0,27 -0.07

-0.02

0,707 0.S7 -0.12 0.02

0,5 0.45 -0.06 0.07

0 0.00 0.00 0,1 L

i , \ Xa

Ь.д> 1 A; Л о i

-2 -1 О 1 i 1 J i * Рис, S, J р:ьфнк продольной лГифршилн кяннидфошш'шт объектам никрсоши lfi*0,4i

^включение

И ходе исследовании быдЫ иеследсниалы 11 разр^штани комионсаюры двух аберрзцнн - кривизны по&срхноэтн изображения н астигматизма, хроматической аберрации увеличения и положения. а также планапохромагический иГжкшв микроскопа ! 6-"0ч-10. Дш рассчнпкного объектива oi.ua увеличена 'ноош апертура и и роисто i предварительный аберрационный расчет.

В дальнейшем планируется работа па уменьшению хрома шческн* абфр&лнК путем применения других морок стекол № фронтальной части и применения компенсаторов, увеличении числовой апертуры. а гдкже планируется продолжение нссиедийашк возможности выноса ишщнош ipa'iK.i а подобно! о рода системах.

Исследование выполнено при финансовой поддержке гранта НИРМА ФТ МФ Университета ИТМО.

.1игср*тура

I Панов Б.Л., Андреев .111. Оптика микроскопов. Расчет и проектирование. Л.:

Машиностроение. 1476. 430 с. 2. Скаорцои 1.1:. Микроскопы. Л.: Машиностроение. 1969. 512 с.

i Н Handbook of Optical SysldtU \'о1шпс 4 Stin'cy of Oplical Instrument j

Hobokrn New Jersey Wiley 200S ¡092 p

xi KlUIJ pCLV MlUO.lLlX I'HCHLH. cúopiíhk HJ\4HU\ IJiy.KHB [IHM i

4 Wayne H.. O Lighi and Video Microti ору 2nd Ediuoii Cambridge Miuachmcth. АеаЛехшс Picsi. 2014. 352 p

5 Цуканова Г.И. Габаритный расчет и ьмбер компонентой оптических систем микроскоп оа. Учебное пособие. СПб.: Унлиерсатет 11ТМО 2035. (>2с.

6 Croft W.J Und« the Microscope a Brief Histoty of Microscopy World Scienufic Publishing Co Pie Lid. 2006 152 p

7 Tkaczyk T.S. Field guide to microscopy Be 11 ingham . Washing! on SPГЕ Press 2010 153 p S Abranlo wit; M Micro wop*: Basics and Beyond Revised Edition - Filloa-. New York

Microscopical Sonen'. For Olympus America Inc. Votums 1. Revised, Basics and Beyond Seties, 2003 44 p.

9 Kjozhma A-, SûihuieûVa E Uv.nDVa A OpHcaL Design of л Dual Channel Microscope // CEUR Wortshop Proceedings 202Q. Vol. 2744. pp 1-7