DD280832A1 - Zoom - system fuer mikroskope - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein ZOOM-System fuer Mikroskope, aufgebaut aus zwei wahlweise in den Strahlengang einschaltbaren festen vorderen mehrgliedrigen Teilsystemen und einem hinteren pankratischen Teilsystem. Zwischen vorderen und hinteren Teilsystem, im bildseitigen Brennpunkt ist eine steuerbare Irisblende eingebracht, die zusammen mit den axialen Verschiebungen des pankratischen Systems bewegt wird. Dadurch laesst sich ein extrem breiter Vergroesserungsbereich realisieren bei gleichbleibendem Bildfeld und hoher Bildguete und ist dadurch besonders vorteilhaft im allgemeinen Bildungswesen anwendbar.

Description

	0,52Oe	Dicken	Brechungs	Abbosche	-5- 280 832
Radien		Abstände	zahlen	Zahlen
	0,44Oe	I8 = 0,069Oe
Γ|4 =	1.036Θ	d8 =0,1103e	1,66640	56,14
Γ« =	174,621 e	d9 = 0,0828e	1,73430	28,12
Γΐβ =	1,077e	Ig S.U.
r17 =	-0,96Oe	d,o = 0,0897e	1,62410	36,10
η β =	OO	du = 0,2138e	1,50012	64,95
Γ19 =	-0,476e	I10= °°
ro =	-0,222e	l,*=0,948e
Γι* =	-1,003e	d,* = 0,2086e	1,54979	62,62
C2* =	3,265e	I2*= 0,0034e
Χ3* =	-0,35Oe	d2* = 0,0517e	1,73430	28,1?.
U* =	-6,428e	d3*= 0,1103e	1,54212	59,38
r5* =	0,478e	l3»=0,0034e
re» =	-0,833e	d4»=0,0517e	1,73430	28,12
X1* =	0,773e	d5·= 0,1724e	1,51859	63,87
r8* =	-2,505	l4*=0,0034e
r9* =		d6*= 0,0931 e	1,51859	63,87
Γιο* -		I5 = 0,201Oo
und mit:		I9
I7		1,1134o		(niedrige Vergrößerung)
0,0839ο	0,8279e	(mittlere Vergrößerung)
0,724Oe	0,2667e	(hoheVergrößerung)
1,0264ο

Hierzu 1 Seite Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Das erfiniiungsgernäßo ZOOM-Systom ist für einfache Mikroskope, beispielsweise für Studentonmikroskope, besonders geeignet. Für anspruchsvolle Mikroskope ist die mit dem erfindungsgemäßen ZOOM-System realisierbare kontinuierliche Vergröße ung in der Mikrokinematographie und der Mikrofotografie vorteilhaft.

Charakteristik des bekannten Standes der Tochnik

Es sind mehrere Lösungen bekannt, die opiische Systeme für Mikroskope mit veränderlicher Vergrößerung betreffen, bei denen im Bereich der kontinuierlichen Veränderung der Vergrößerung die Bildlage erhalten bleibt.

In der US-Patentschrift 3671099 wird ein ZOOM-System für Mikroskope mit einem festen vorderen Teilsystem und

nachgeordneten beweglichen Gliedern beschrieben, das einen kontinuierlichen Vergrößerungsbereich von 6:1 (Pankratfaktor 6) bei einer maximalen numerischer Apertur von 0,55 ergibt.

Nachteile: Mit dem optischen System des Pankratfaktors 6 wird zwar ein verhältnismäßig großer kontinuierlicher Vergrößerungsbereich von 9Ox ...55Ox erzielt, dessen untere Grenze den Anforderungen an eine Übersichtsbeobachtung jedoch nicht gerecht wird, weil bei 90facher Vergrößerung ein zu kleines Objektfeld abgebildet wird. Der verhältnismäßig große Pankratfaktor des optischen Systems führt außerdem dazu, daß an der unteren und oberen Grenze des Vergrößerungsbereiches keine befriedigende Korrektion der Abbildungsfehler erreicht wird.

Bei anderen bekannten ZOOM-Systemen (US-Patentschrift 3360327, DE-Auslegeschrift 1276360; GB-Patentschrift 988120) wird die kontinuierliche Vergrößerung durch ein bewegliches vorderes Teilsystem und ein bewegliches nachgeordnetes Teilsystem erzielt. Der Nachteil dieser optischen Systeme besteht darin, daß durch die mit dem beweglichen vorderen Teilsystem fest verbundene unveränderliche Vorderblende, die bei dieser Art von ZOOM-Systemen zur Änderung der numerischen Apertur im kontinuierlichen Vergrößerungsbereich erforderlich ist, kein telezentrischer Strahlengang im Objektraum möglich ist, der bei der mikroskopischen Abbildung Vorteile bietet (optimale Objektausleuchtung und -abbildung). Bei den bekannten schwächeren Systemen dieser Art (BRD-Auslegeschrift 1276360; englische Patentschrift 988120) beträgt der kontinuierliche Vergrößerungsbereich 25x... 100x, wobei die zu geringe obere Grenze der Vergrößerung ein weiterer Nachteil ist. Weitere bekannte ZOOM-Systeme für Mikroskope betreffen pankratische Tubuslinsenanordnungen oder pankratische Zwischenabbildungssysteme, die einen geringeren Vergrößerungsbereich und eine große Baulänge haben, so daß sie für einfache Mikroskope nicht geeignet sind.

Ziel der Erfindung

Die Erfindung hat das Ziel, ein ZOOM-System für Mikroskope zu entwickeln, daß eine bequeme Untersuchung eines Objektes mit einem Mikroskop in einem großen Vergrößerungsbereich mit hohor Abbildungsgüte gestattet, ohne daß ein Wechsel von mehreren Objektiven erforderlich ist.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, ein ZOOM-System für Mikroskope zu schaffen, das im Bereich zwischen der schwächsten Vergrößerung zur Übersichtsbeobachtung und der stärksten Vergrößerung zur Detailbeobachtung jede beliebige Vergrößerung bei konstanter Bildlage einzustellen gestattet, wobei die Abbildung mit hoher Bildgüte erfolgt. Als schwächste Vergrößerung soll 25fach bzw. 32fach und nls stärkste Vergrößerung mindestens 400fach möglich sein. Ferner soll eine kleine Baulänge von maximal 95mm realisiert werden. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, im Objektraum telezentrischen Strahlengang zu verwirklichen, um im gesamten Vergrößerungsbereich optimale Bedingungen hinsichtlich Objektausleuchtung und Objektabbildung zu schaffen.

Erf indungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem ZOOM-System für Mikroskope dadurch gelöst, daß das ZOOM-System aus zwei wahlweiso mit an sich bekannten Mitteln in den Strahlengang einbringbaren festen vorderen objektseitigen, mehrgliedrigen Teilsystemen (UV, 0V) und einem hinteren, bildseitigen, zweigliedrigen axial verschiebbaren pankratischen Teilsystem (P) besteht und einor Blende B, die nahezu im bildseitigen Brennpunkt im Luftabstand zwischen jeweils einem der vorderen Teilsysteme (UV, 0V) und dom hinteren Teilsystem (P) liegt, wobei der Blendendurchmesser der Blende B zusammen mit den axialen Verschiebungen des pankratischen Teilsystems gesteuert wird zwecks Konstanthaltung der bildseitigen Apertur mit an sich bekannten Koppelmitteln und daß die Teilsysteme (UV, 0V, P) folgenden Aufbau haben:

- das erste vordere Teilsystem (UV) für den unteren Vergrößerungsbereich besteht aus einer positiven zweiteiligen Frontgruppe, die aus einer positiven Linse (L₍) und einem durch Luftabstände eingeschlossenen positiven Meniskus (L₂) aufgebaut ist mit beidseitig konkaver Fläche, einer mittleren von Luftabständen eingeschlossenen negativen Linse (L₃) und einer positiven Linsengruppe (L₄, L₅, L₈), die besteht aus einem konkav-konvexen Kittglied (L₄. L₅), dessen konkave Fische dem mittleren negativen Glied (L₃) zugewandt ist, und einer von Luftabständen eingeschlossenen bikonvexen Linse L₀, wobei für das mittlere negative Glied (L₃) die Bedingung gut, daß der absolute Betrag seiner Brennweite kleiner als 20% der Brennweite des gesamten vorderen Teilsystems (UV) betragen muß, das zweite vordere Teilsystem (0V) für den oberen Vergrößerungsbereich besteht aus einem positiven Miniskus (L,*) mit objektivseitig konkaver Fläche und nachfolgenden zwei, jeweils von Luftabständt η eingeschlossenen, positiven Kittgliedern (Lj*, L₃* bzw. L₄V L₅*). die jeweils aus einer negativen Linse (L₂* bzw. L₄*) und einer bekonvexen Linse (L₃* bzw. U*) aufgebaut sind und denen eine bikonvexe Linse (L₆*) nachgeordnet ist,

- das hintere pankratische Teilsystem (P,^v besteht aus zwei jeweils axial verschiebbaren Linsengruppen (L₇, Lj, L₉ und Lt₀, Lu), dia jeweils von variablen Luftabständen eingeschlossen sind und wobei die erste objektseitige Linsengruppe (L₇, L₈, L₉) aufgebaut ist aus einer bikonkaven Linse (L₇) und einem durch festen Luftabstand davon getrennten Kittglied (Lj, L₉), dessen Brennweite doppelt so groß ist wie der Betrag der Brennweite der bikonkaven Linse (L₇) und daß die zweite bildseitige Linsengruppe (Lu, L₁₁) ein positives Kittglied ist.

Das pankratische Teilsystem ermöglicht durch die gesteuerte axiale Verschiebung der negativen Linsongruppe und der positiven Linsengruppe einen kontinuierlichen Vergrößerungsbereich 4:1 (Pankratfaktor 4) und zusammen mit einem der beiden vorderen festen Teilsysteme als untere Grenze eine Vergrößerung im Bereich von 2,5x bis 4x (im Ausführup.gsbeispiel 3,2χ) und zusammen mit dem anderen der beiden vorderen festen Teilsysteme als obere Grenze eine Vergrößerung im Bereich von 40x bis etwa 63x (im Ausführungsbeispiel 4Ox), so daß sich zusammen mit einem Okular von lOfacher Vergrößerung jede beliebige Vergrößerung im Vergrößerungsbereich zwischen der genannten unteren Grcnie und der oberen Grenze einstellen läßt (im Ausführungsboispiel zwischen 32x und 400x, d.h. in einem Vergrößerungsbereich 12,5:1).

Werden die beiden vorderen festen Teilsysteme so ausgeführt, daß zusammen mit dem paritätischen Teilsystem des Pankratfaktors 4 die obere Grenze der Vergrößerung des einen festen Teilsystems mit der unteren Grenze der Vergrößerung des anderen festen Teilsystems zusammenfällt, so ist jede beliebige Vergrößerung in einem Vergrößerungsbereich 16:1 einstellbar.

Durch den Wechsel der festen vorderen Teilsysteme bei Beibehaltung des pankratischen Teilsystems und die Beschränkung auf den Pankratfaktor 4 wird in allen Vergrößerungsstellungen, insbesondere auch bei der schwächsten Vergrößerung zur Übersichtsbeobachtung und bei der stärksten Vergrößerung für die höchste Detailauflösung, eine sehr gute Korrektion der Abbildungsfehler erreicht.

Der bildseitige Brennpunkt der beiden festen vorderen Teilsysteme liegt zwischen diesen Teilsystemen und der ersten axkM verschiebbaren negativen Linsengruppe des prankratischen Teilsystems etwa an gleicher ortsfester Position. An dieser Stelle wird die Irisblende angeordnet, so daß sich im Objektraum annähernd telezentrischer Strahlengang ergibt, der Vorteile beim Mikroskopieren bietet.

Fernerhin ermöglicht die beschriebene Lage der bildseitigen Brennpunkte der beiden festen vorderen Teilsysteme, an dieser Stelle z. B. ein optisches Bauelement mit einem Phasenring oder einem anderen Modulator anzuordnen, wodurch mit dem erfindungsgemäßen optischen System auch im Phasenkontrast oder einem anderen Kontrastverfahren mikroskopiert werden

Durch ein derartiges ZOOM-System können mindestens 4 übliche Mikroskopobjektive ersetzt werden, z. B. mit der Vergrößerung 3,2-, 10-,20-und40fach.

Vorteilhaft kann es sein, das erfindungsgemäße ZOOM-System in zwei getrennten Objektiven zu realisieren, die jeweils das hintere pankratische Teilsystem enthalten und eines der zwei vorderen Teilsystemo.

Dieses erfindungsgemäße ZOOM-System gestattet eine Vielzahl von Ausführungen, die ein Fachmann durch Anwenden bekannter Methoden aus dem offenbarten Aufbau ableiten kann, so daß diese hiermit gleichfalls unter Schutz gestellt werden.

Ausführungsbeispiel

Das Wesen der Erfindung beschreibt eindeutig den allgemeinen Auf jau der Erfindung, wie er in Fig. 1 (einschließlich 1 a, 1 b) aufgezeigt ist, als allgemeines ZOOM-System für Mikroskope (Sehr ittbild der Linsen).

Axial zentriert sind Linsen L₁ bis L₁₁, bzw. L₁" bis L₈* angeordnet, dir teilweise durch Luftabstände I₁ bis I₁₀ bzw. I, * bis I₅* getrennt sind. Eine Blende B ist im hinteren bildseitigen Brennpunkt zwischen den Linsen L₈ und L₇ bzw. U* und L₇ angeordnet.

Die Linsen sind gekennzeichnet durch ihre Radien rund ihre Mittendicken d sowie durch die Abmischen Zahlen und Brechzahlen.

Die Konstruktionsdaten konkreter erfindungsgemäßer Systeme sind in den Ansprüchen 3,4 und 5 enthalten und auf einen festen Wert e bezogen, der als Abstand von Objektebene und Blendenebene definiert ist und vorteilhafterweise zwischen 25 und 32 mm liegt.

Claims (5)

1. ZOOM-Systeme für Mikroskope, dadurch gekennzeichnet, daß das ZOOM-System aus 2 vei wahlweise mit an sich bekannten Mitteln in den Strahlengang einbringbaren festen vorde. en objektseitigen mehrgliedrigen Teilsystemen (UV, OV) und einem hinteren, bildseitigen, zweigliedrigen axial verschiebbaren pankratischen Teilsystem (P) besteht und einer Blende B, die nahezu im bildseitigen Brennpunkt im Luftabstand zwischen jeweils einem der vorderen Teilsysteme (UV, OV) und dem hinteren Teilsystem (P) liegt, wobei der Blendendurchmesser der Blende B zusammen mit den axialen Verschiebungen des pankratischen Teilsystems gesteuert wird zwecks Konstanthaltung der bildseitigen Apertur mit an sich bekannten Koppelmitteln und daß die Teilsysteme (UV, OV, P) folgenden Aufbau haben:

- das erste vordere Teilsystem (UV) für den unteren Vergrößerungsbereich besteht aus einer positiven zweiteiligen Frontgruppe, die aus einer positiven Linse (L₁) und einem durch Luftabstände eingeschlossenen positiven Meniskus (L₂) aufgebaut ist, mit bildseitig konkaver Fläche, einer mittleren von Luftabständen eingeschlossenen negativen Linse (L₃) und einer positiven Linsengruppe (L₄, L₅, L₆) die besteht aus einem konkav-konvexen Kittglied (L₄, L₅), dessen konkave Fläche dem mittleren negativen Glied (L₃) zugewandt ist und einer von Luftabständen eingeschlossenen bikonvexen Linse L₆, wobei für das mittlere negative Glied (L₃) die Bedingung gilt, daß der absolute Betrag seiner Brennweite kleiner als 20% der Brennweite des gesamten vorderen Teilsystems (UV) betragen muß, das zweite vordere Teilsystem (OV) für den oberen Vergrößerungsbereich besteht aus einem positiven Meniskus (L₁*) mit objektseitig konkaver Fläche und nachfolgenden zwei, jeweils von Luftabständen eingeschlossenen, positiven Kittgliedern (L₂*, L₃* und L₄*, L₅*), die jeweils aus einer negativen Linse (L₂* bzw. L₄*) und einer bikonvexen Linse (L₃* bzw. L₅*) aufgebaut sind und denen eine bikonvexe Linse (L₆*) nachgeordnet ist,

- das hintere pankratische Teilsystem (P) besteht aus zwei jeweils axial verschiebbaren Linsengruppen (L₇, L₈, L₉ und L₁₀, L₁₁), die jeweils von variablen Luftabsiänden eingeschlossen sind und wobei die erste objektseitige Linsengruppe (L₇, L₈, L₉) aufgebaut ist aus einer bikonkaven Linse (L₇) und einem durch festen Luftabstand davon getrennten Kittglied (L₈, L₉), dessen Brennweite mindestens doppelt so groß ist wie der Betrag der Brennweite der bikonkaven Linse (L₇) und daß die zweite bildseitige Linsengruppe (L₁O, L₁₁) ein positives Kittglied ist.

2. ZOOM-System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das ZOOM-System aus

2 Objektiven besteht, in denen jeweils eines der zwei festen vorderen Teilsysteme fest mit dem pankratischen hinteren Systemteil verbunden ist.

3. ZOOM-System nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Parameter der Linsen und der Luftabstände den folgenden Bedingungen unterliegen, wobei die Radien r, die Linsendicken d und die Luftabstände I auf den Abstand e zwischen Objekt O und Blende B bezogen sind und die Brechungszahlen e mit ± 0,05 Abweichung und die Abboschen Zahlen v„ mit ± 5 Abweichung gelten, und daß e vorzugsweise im Bereich 25mm ... 32mm liegt;

2 e< |r₁₇| 0,5 e< r₁₈< 1,3 β 0,7 e< -r₁₉< 1,4 e

d₀ - O bzw. 0,17 mm (ohne bzw. mit Deckglas)

ÖÖ' §;8e,fürein ZOOM-System mit unendlicher Bildweite (I₁₀ = ⁰⁰J ist eine übliche Tubuslinse nachzuordnen und daß:

4. ZOOM-System nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß das ZOOM-System nach folgenden Konstruktionsdaten aufgebaut ist:

Radien

T₁* = 0,507e
r₈ ^: = -0,872e
r₉ = 0,672e
r₁₀* = -2,662e

und mit:

0,0826

0,5554e

0,7613e

Dicken Abstände

d₄*=0,0536e d₅* = 0,1893e

l₄*=0,0036e d₆ ^ö= 0,0964e

I₅*= 0,1714e

I₉

1,0483

0,7876e

0,2785e

Brechungszahlen

1,73430 1,51859

1,51859

Abbosche Zahlen

28,12 63,87

63,87

(niedrige Vergrößerung) (mittlere Vergrößerung) (hohe Vergrößerung)

5. ZOOM-System nach Anspruch 1,2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß das ZOOM-System nach folgenden Konstruktionsdaten aufgebaut ist: