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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Tubuslinseneinheit, die bei Verwendung
mit Objektiven unendlicher Bildweite und chromatischen Restfehlern eine
chromatisch kompensierende Wirkung erzielt. Die Tubuslinseneinheit
ist insbesondere zur Erzeugung eines farbfreien primären Zwischenbildes
im Abbildungsstrahlengang von Mikroskopen geeignet.
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Aus
dem Stand der Technik sind sogenannte ICS-Systeme ("infinity color free system") bekannt, die im
wesentlichen aus einem Objektiv mit chromatischen Restfehlern und
unendlicher Bildweite und einer Tubuslinseneinheit mit chromatisch
kompensierender Wirkung bestehen. Mit einer solchen Kombination
wird erreicht, daß das
Zwischenbild trotz der chromatischen Restfehler des Objektivs ohne
chromatische Aberrationen entsteht und so eine weitestgehend farbtreue
Wiedergabe mikroskopischer Objektdetails im gesamten Bildfeld erzielt
wird.
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Ein
wesentlicher Nachteil der bislang bekannten ICS-Systeme besteht
allerdings darin, daß der
Abstand zwischen dem Objektiv und der Tubuslinseneinheit nur in
engen Grenzen variabel ist, so daß diese ICS-Systeme an vorgegebene
Tubusbrennweiten gebunden und insofern nur für die Anwendung in Geräten nutzbar
sind, für
die sie konzipiert wurden.
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Oftmals
ist es für
den Anwender aus Kostengründen
jedoch wünschenswert,
eine Tubuslinseneinheit austauschbar für mehrere optische Geräte zu verwenden,
von denen jedes zunächst
nur für
eine gesonderte feste Brennweite konzipiert war.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde eine Tubuslinseneinheit
der eingangs genannten Art zu schaffen, die bei gleichbleibender chromatisch
kompensierender Wirkung für
mehrere optische Geräte
mit verschiedenen Tubusbrennweiten einsetzbar ist.
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Diese
Aufgabe wird gelöst
mit einer Tubuslinseneinheit, die folgende Bedingungen erfüllt: CHL = CHLo – AT 2 mT φT = 0 Gleichung
(1) CHV = CHVo – 1000λ mT φT d1 = 0 Gleichung (2)mit
- – CHL
- der chromatischen
Längsabweichung
der Tubuslinseneinheit;
- – CHL0
- der chromatischen
Längsabweichung des
Objektivs;
- – CHV
- der chromatischen
Vergrößerungsdifferenz
der Tubuslinseneinheit;
- – CHV0
- der chromatischen
Vergrößerungsdifferenz
des Objektivs;
- – λ
- der Wellenlänge,
- – mT
- der Dispersionszahl
der Tubuslinseneinheit aus mT = me = 1/λν, wobei e
der Index der Hauptfarbe ist und ν die
Abbezahl;
- – A
- dem Aufpunkt;
- – d1
- der Entfernung des
ersten optischen Elementes der Tubuslinseneinheit von der Eintrittspupille,
- –φT
- der Brechkraft und
- – T
- dem Index der jeweiligen
Linse in der Tubuslinseneinheit.
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Für beide
Gleichungen soll das Produkt aus den Werten mT und φT den gleichen Betrag haben.
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Die
CHL wird in Rayleigh-Einheiten RE und die CHV in ‰ angegeben.
Durch Normierung auf Rayleigh-Einheiten
(1RE = λ/sinus)
hat die zu kompensierende CHL einen aperturangepaßten Wert
für Objektive
und somit auch für
Tubuslinseneinheiten beliebiger Brennweite. Die in ‰ angegebene
CHV muß für Tubuslinseneinheiten
beliebiger Brennweiten einen konstanten Wert haben.
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Die
Tubuslinseneinheiten müssen
wenigstens eine Linse als kompensierendes optisches Elemente aufweisen.
In Ausgestaltungen kann jedoch vorgesehen sein, daß zwei oder
mehr Linsen als kompensierende optische Elemente vorhanden sind.
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Sind
zwei Linsen vorgesehen, können
beide Linsen als bikonvexe Linsen ausgebildet sein. Alternativ können eine
bikonvexe Linse und ein Kittglied vorgesehen sein, wobei das Kittglied
bevorzugt eine bikonkave und eine konvexplane Linse umfaßt. Die plane
Fläche
sollte dabei okularseitig angeordnet sein. In weiteren Ausgestaltungsvarianten
der erfindungsgemäßen Tubuslinseneinheit
ist auch die Verwendung mehrerer Kittglieder vorstellbar.
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Bei
Ausführung
der erfindungsgemäßen optischen
Tubuslinseneinheit sind grundsätzlich
zwei Fälle
zu unterscheiden.
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In
einem ersten Fall A werden die mit den Gleichungen (1) und (2) vorgegebenen
Bedingungen mittels zweier optischer Elemente erfüllt, bei
denen es sich jeweils um Einzellinsen oder Kittglieder handeln kann.
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Die
Kompensationswirkung wird für
unterschiedliche Vergrößerungen
erzielt, und zwar durch Kombination beliebiger ICS-Systeme mit der
erfindungsgemäßen Tubuslinseneinheit,
sofern deren optische Elemente zum Beispiel Brennweiten 1,3 f; 1
f; 0,8 f; ... 0,25 f haben.
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Es
wird gesetzt: K1 = –AT 2, K2 = 1000λ d1, wobei K11 und
K12 Koeffizienten des ersten optischen Elementes
und K21 und K22 Koeffizienten
des zweiten optischen Elementes sind.
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Die
Dispersionszahlen m1 und m2 der
optischen Elemente werden bestimmt nach K11 φ1 m1 + K12 φ2 m2 = –CHL Gleichung (3) und K21 φ1 m1 + K22 φ2 m2 = –CHV Gleichung (4)wobei
die Werte K11, K12,
K21 und K22 aus
der Durchrechnung mit φi
bestimmt sind.
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In
einem zweiten Fall B werden die mit den Glei chungen (1) und (2)
vorgegebenen Bedingungen mittels einer einzelnen Linse erfüllt. Hier
lassen sich die Vorgaben aus den Gleichungen (3) und (4) ableiten,
indem für φ1 = φT und für φ2 = 0 gesetzt wird.
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Wegen
der Grenzwerte für
die Dispersionszahlen mT zwischen 20 und
90 sind Tubuslinseneinheiten unter Verwendung nur einer kompensierenden Einzellinse
auch nur mit begrenzten Brennweiten möglich. Für darüber hinaus gehende Brennweiten ist
auch im Fall B ein Kittglied einzusetzen.
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Hierfür gelten
die Bedingungen: K1 mT φT = –CHL Gleichung (5) und K2 mT φT = –CHV Gleichung (6)wobei
mT = –CHL/K1 φT ist. Damit ergibt sich auch der Wert für CHV.
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Der
spezielle Fall B ist bisher in Verbindung mit Tubuslinsen mit einer
Brennweite f = 160 mm realisiert worden.
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Mit
der erfindungsgemäßen Lösung ist
die Grundlage geschaffen worden, daß in der Tubuslinseneinheit
auch optische Elemente (Linsen) einsetzbar sind, deren Brennweite
f wesentlich von dem bisher üblichen
Wert f = 160 mm abweichen.
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Es
wurde weiterhin ermittelt, daß für kompensierende
optische Elemente in der Tubuslinseneinheit bekanntes technisches
Glas, z.B. SF6, für eine
Brenn weite von 350 mm einsetzbar ist. Hierdurch läßt sich
erreichen, daß für eine ICS-Optik
Objektive mit den chromatischen Restfehlern CHL = –5,7 [RE]
und CHV = –14,2
[‰] genutzt
werden können.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand zweier Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei zeigen
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1 eine
Tubuslinseneinheit nach Fall A mit einer Einzellinse und einem Kittglied
aus einer bikonkaven und einer konvexplanen Linse,
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2 eine
Tubuslinseneinheit nach Fall B mit einer Einzellinse,
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3 eine
weitere Tubuslinseneinheit nach Fall A, hier jedoch mit zwei Kittgliedern.
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In 1 ist
die Ausführung
einer Tubuslinseneinheit TL nach Fall A im Prinzip dargestellt.
Vom linken Zeichnungsrand beginnend sind vorhanden: die optische
Achse 1; die Position 2 der Eintrittspupille eines
(zeichnerisch nicht dargestellten) Objektivs; eine im Abstand d1 = 126 mm von der Position 2 angeordnete
erste Linse 3 als kompensierendes optisches Element mit
der Dicke d2 = 6 mm sowie den Radien r31 = 62,634 mm und r32 = –117,15
mm; eine im Abstand d3 = 25,1 mm folgende
Kittgruppe als zweites kompensierendes optisches Element, bestehend
aus einer bikonkaven Linse 4 mit der Dicke d4 = 2
mm und den Radien r41 = –55,033 mm und r42 = 49,048
mm und einer konvexplanen Linse 5 mit der Dicke d5 = 3,5 mm und den Radien r51 =
49,048 mm und r52 = ∞. Der Abstand zwischen der
konvexplanen Linse 5 der Kittgruppe und der Zwischenbildebene 7 beträgt d6 = 167 mm.
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Die
Eintrittspupille des Objektivs unendlicher Bildweite, dessen chromatischer
Restfehler im Zusammenwirken mit der dargestellten Tubuslinseneinheit
TL kompensiert werden soll, befindet sich an der Position 2.
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Als
Glas sind vorgesehen: für
die Linse 3 N-PK51; für
die Linse 4 N-LAK10; für
die Linse 5 N-SF5.
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In 2 ist
ein Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Tubuslinseneinheit
TL nach dem weiter oben beschriebenen Fall B dargestellt.
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Am
linken Zeichnungsrand beginnend sind hier vorgesehen: die optische
Achse 1; die Position 2 der Eintrittspupille eines
(zeichnerisch nicht dargestellten) Objektivs, eine in einem Abstand
von d7 = 126 mm folgende einzelne Linse 6 mit
einer Dicke d8 = 10,9 mm sowie den Radien
r61 = 189,417 mm und r62 = –189,417
mm. Der Abstand zwischen der Linse 6 und der Zwischenbildebene 7 beträgt d9 = 167 mm. Auch in dieser Darstellung ist
das Objektiv unendlicher Bildweite, dessen chromatischer Restfehler
mittels der dargestellten Tubuslinseneinheit TL kompensiert wird,
zeichnerisch nicht dargestellt. Die Eintrittspupille dieses Objektivs
befindet sich an der Position 2.
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Die
Linse 6 ist aus technischem Glas N-BaLF4 gefer tigt.
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3 zeigt
eine weitere mögliche
Ausführung
der erfindungsgemäßen Tubuslinseneinheit
TL nach Fall A. Hier sind zunächst
wiederum ersichtlich die optische Achse 1, die Position 2 der
Eintrittspupille eines (zeichnerisch nicht dargestellten) Objektivs und
die Zwischenbildebene 7.
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Abweichend
von der Ausführung
nach 1 sind in dieser Ausgestaltungsvariante zwei Kittglieder als
kompensierende optische Elemente vorhanden, wobei ein erstes der
beiden Kittglieder aus zwei Linsen 8 und 9 und
das andere Kittglied aus zwei Linsen 10 und 11 bestehen.
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Die
Linse 8 ist aus Glas N-PSK 53 mit der Dicke d11 =
4 mm und den Radien r81 = 23,714 mm und r82 = –37,584
mm gefertigt. Die Linse 9 besteht aus Glas N-LASF45, hat eine
Dicke von d12 = 2 mm und ist mit Radien
r91 = –37,584
mm und r92 = –375,84 mm ausgeführt.
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Die
Linse 10 im zweiten Kittglied besteht aus technischem Glas N-FK5,
weist eine Dicke d14 = 1,5 mm sowie die
Radien r101 = –105,93 mm und r102 = 6,13
mm auf. Für
die Linse 11 ist als Material N-LASF45 vorgesehen, die
Dicke beträgt
d15 = 2,5 mm, die Radien sind mit r111 = 6,13 mm und r112 = 8,9125
mm vorgegeben.
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Der
Abstand zwischen der Position 2 der Eintrittspupille und
dem ersten Kittglied beträgt
d10 = 126 mm, der Abstand zwischen den beiden
Kittgliedern d13 = 25,82 mm und der Abstand
zwischen dem zweiten Kittglied und der Zwischenbildebene 7 beträgt d16 = 167 mm.
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Die
Aufgabe der Erfindung, nämlich
eine Tubuslinseneinheit TL zu schaffen, die bei guter chromatisch
kompensierender Wirkung für
mehrere optische Geräte
mit verschiedenen Tubusbrennweiten einsetzbar ist, wird wie dargestellt
erreicht durch Einführung
geeigneter Brennweiten und Glaswerkstoffe für die Elemente der Tubuslinseneinheit
TL.
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- 1
- optische
Achse
- 2
- Position
der Eintrittspupil
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- le
eines Objektivs
- 3
- Linse
- 4
- Linse
- 5
- Linse
- 6
- Linse
- 7
- Zwischenbildebene
- 8
- Linse
- 9
- Linse
- 10
- Linse
- 11
- Linse
- TL
- Tubuslinseneinheit
- dij
- Abstände bzw.
Dicken
- rij
- Radien