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Die
Erfindung betrifft ein Mikroskopobjektiv, insbesondere für Stereomikroskope,
welche einen großen Pupillendurchmesser
besitzt und bei Auflicht-Hellfeld-Beleuchtung Anwendung findet.
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Bei
Stereomikroskopen nach der Teleskopbauweise werden zwecks Erzielung
eines stereoskopischen Eindrucks zwei getrennte Lichtkanäle durch
ein und dasselbe Objektiv geführt,
was zur Folge hat, daß die
Dimensionen eines solchen Objektivs, vor allem im Hinblick auf den
Linsendurchmesser, bedeutend größer sind
als bei Objektiven für
die klassischen Mikroskope oder bei Stereomikroskopen nach dem Greenough-Typ. Hinzu
kommt, daß die
Anforderungen an die Mikroskopobjektive in Bezug auf die Korrektion
der Farbfehlers der Bildfeldebnung und der Vermeidung von Verzerrungen
immer höher
werden.
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Die
Objektive werden meist im Zusammenhang mit afokalen Vergrößerungswechslern
und wechselbaren Tuben benutzt. Um die Benutzung des Mikroskops
mit Vergrößerungen
zu ermöglichen,
welche sowohl eine Übersichtsabbildung
eines Objektes, als auch eine Detaildarstellung ohne Objektivwechsel
erlauben, sind Objektive erforderlich, bei denen mehr Raum für geeignete
Vergrößerungswechsler
im Bereich der Nachvergrößerung verfügbar ist
und die auch im Objektraum eine größere nutzbare Apertur bieten.
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Eine
Erschließung
der Fluoreszenz an Stereomikroskopen im Auflicht-Hellfeld stellt
an die Konstruktion der Objektive neue Ansprüche. So ist aus der Sicht der
Geräte
eine Trennung der Strahlengänge
von der Anregung der Fluoreszenz und der Beobachtung in der Eintrittsöffnung aus
dem Gerät
in das Objektiv notwendig. Dieses führt zu großen Öffnungen. Die Korrektionsanforderungen
sind bei derartigen Objektiven für
Stereomikroskope in Teleskopbauweise hoch. Hinzu kommt noch, daß die Materialauswahl
auf Grund der Fluoreszenzanregung bezüglich Transparenz und Eigenfluoreszenz
der verwendeten Materialien eingeschränkt ist.
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Ein
Objektiv für
Stereomikroskope nach dem Teleskoptyp ist in der
EP 1 369 729 A2 beschrieben,
welches aus drei optischen Linsengruppen besteht, wobei die erste
Linsengruppe zur Objektseite hin und die dritte Linsengruppe zu
einem Vergrößerungswechsler
hin angeordnet sind. Dieses Objektiv erfüllt gewisse Bedingungen bezüglich des
Durchmessers der Eintrittspupille des dem Objektiv nachgeordneten
Vergrößerungswechslers
und des maximalen Feldwinkels des Objektivs bei schwächster Vergrößerung.
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In
der JP 2001-147378 ist ein zur Nutzung in Stereomikroskopen in Teleskopbauweise
geeignetes Objektiv beschrieben, welches, aus Richtung des Mikroskopkörpers betrachtet,
aus einer ersten Linsengruppe mit positiver Brechkraft, einer zweiten
Linsengruppe mit mindestens einem Dreifachkittglied und aus einer
dritten Linsengruppe mit positiver Brechkraft besteht. Diese Linsengruppen
können
neben den Kittgliedern auch Einzellinsen und auch Kombinationen
aus Einzellinsen und Kittgliedern umfassen.
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Ein
weiteres Objektiv für
Stereomikroskope vom Teleskoptyp ist in der JP 2001-221955 beschrieben. Das
Objektiv besteht, aus Richtung des Mikroskopkörpers gesehen, aus zwei Linsengruppen,
wobei eine erste Linsengruppe mit positiver Brechkraft ein bikonvexes
Kittglied und eine zweite Linsen gruppe mindestens zwei Kittglieder
enthält.
Die Linsengruppen können
neben den Kittgliedern auch Einzellinsen und auch Kombinationen
aus Einzellinsen und Kittgliedern umfassen.
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In
der
US 6,271,971 ist
ein Objektiv für
Stereomikroskope in Teleskopbauweise beschrieben, bei welchem die
Optimierung des Verhältnisses
von Bauraum und Objektivbrennweite im Vordergrund steht.
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So
liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein Objektiv für Stereomikroskope
in Teleskopbauweise zu schaffen, welches bei einen einfachen kompakten
Aufbau die Anforderungen im Hinblick auf Korrektion des Farbfehlers,
der Verzeichnung, wie auch die Forderungen nach größerem Raum
für Vergrößerungswechsler und
größerer nutzbarer
Apertur im Objektraum erfüllt
und einen großen
Arbeitsabstand und ein ebenes Gesichtfeld realisiert.
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Diese
Aufgabe wird bei einem Objektiv mit zwei, aus Einzellinsen und jeweils
mindestens einem Kittglied bestehenden Linsengruppen gelöst, wobei
die folgenden Bedingungen
B1: 46,5 < DAP ≤ 60 und
B2 : 0,16 ≤ tan ω1
erfüllt sind und DAP der
Austrittsdurchmesser des Objektivs und ω1 der
Winkel des maximalen Feldes ist.
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Die
Linsengruppen können
Einzellinsen, mindestens ein Kittglied oder eine Kombination von
Einzellinsen und Kittgliedern umfassen.
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So
besitzt ein vorteilhaftes Objektiv eine Brennweite f' ≥ 40 mm und ≤ 200 mm.
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Vorteilhaft
ist es, wenn die Einkopplung des Beleuchtungsstrahlenganges in die
Austrittspupille des Objektivs vorgenommen wird.
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Insbesondere
ist es von Vorteil, wenn die Mittelpunkte der Eintrittspupille des
Beleuchtungsstrahlenganges und die Mittelpunkte der beiden Strahlengänge des
Objektivs ein gleichschenkliges Dreieck innerhalb der Austrittspupille
des Objektivs bilden, in welchem der Mittelpunkt der Austrittspupille
liegt.
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In
Bezug auf die Austrittspupille des Objektivs ist es vorteilhaft,
daß die
folgenden Bedingungen erfüllt sind:
0,25 ≤ a1/DAP ≤ 0,5
0,25 ≤ a2/DAP ≤ 0,5
0,25 ≤ a3/DAP ≤ 0,5.
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Hierin
sind a1 und a2 die
Abstände
der Mittelpunkte M1 und M2 der
beiden Strahlengänge
des Objektivs vom Mittelpunkt M der Austrittspupille des Objektivs
und a3 der Abstand des Mittelpunktes M3 der Eintrittspupille des Beleuchtungsstrahlenganges
vom Mittelpunkt M der Austrittspupille des Objektivs.
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So
ist auch vorteilhaft, wenn die Brennweite dieser zweiten Linsengruppe
der folgenden Bedingung genügt: –0,0668·f'2 +
7,4933·f' – 460 ≤ f'2 ≤ –0,0668
f'2 +
7,4933·f' – 400,worin f'2 die
Brennweite der zweiten Linsengruppe und f' die Gesamtbrennweite des Objektivs
sind.
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Ein
vorteilhaftes Objektiv ergibt sich auch, wenn die zweite Linsengruppe
ein Kittglied und eine Einzellinse umfaßt, wobei das Kittglied dem
Vergrößerungswechsler
benachbart angeordnet ist und daß die Brennweite dieser zweiten
Linsengruppe der folgenden Bedingung genügt: –0,0668·f'2 +
7,4933·f' – 460 ≤ f'2 ≤ –0,0668
f'2 +
7,4933·f' – 400,worin f'2 die
Brennweite der zweiten Linsengruppe und f' die Gesamtbrennweite des Objektivs
sind. Die Einzellinse ist vorzugsweise als Meniskus ausgebildet
mit der konvexen Seite zum Objekt hin gelegen.
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Es
ist auch von Vorteil, wenn das Kittglied der zweiten Linsengruppe
der Bedingung 10–8·f'2 +
9·10–8·f' – 10–4 ≤ 1/f1/νe1 + 1/f2/νe2 ≤ 10–8· f'2 + 9·10–8·f' + 10–4 genügt und die
Linse 2.1 dieser Linsengruppe der Bedingung νe3 ≤ 55 genügt, worin
f'1 die
Brennweite der Linsen 2.22, f'2 die Brennweite
der Linsen 2.21, f' die
Gesamtbrennweite des Objektivs, νe1 und νe2 die Abbe'schen Zahlen der Linsen 2.22 und 2.21, νe3 die
Abbe'sche Zahl der
Linse 2.1 sind.
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Bei
der Ausführung
der Erfindung besitzt die erste Linsengruppe eine positive Brechkraft
und besteht aus mehreren Linsen, von denen mindestens zwei ein Kittglied
bilden. Die zweite Linsengruppe besitzt eine negative Brechkraft
und besteht aus einem sammelnden Kittglied und einer zerstreuenden
Linse.
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Eine
vorteilhafte erste Ausführung
des Objektivs mit einer Brennweite f' = 50 mm, einer Eintrittsöffnung 55
mm und einem Öffnungsverhältnis 1
: 0,9 wird mit den im Anspruch 10 dargelegten Konstruktionsdaten
realisiert. Diese erste Ausführung
umfaßt
zwei Linsengruppen, wobei, von Objektraum aus gesehen, eine erste Linsengruppe
mit positiver Brechkraft aus zwei Einzellinsen mit positiver Brechkraft
und einer aus zwei Linsen bestehenden Kittgruppe, gefolgt von einer
Einzellinse mit positiver Brechkraft und eine zweite Linsengruppe mit
negativer Brechkraft aus einer weiteren Einzellinse mit negativer
Brechkraft und einer aus zwei Linsen bestehenden Kittgruppe mit
positiver Brechkraft bestehen.
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Ein
vorteilhafte zweite Ausführung
des Objektivs mit einer Brennweite f' = 100 mm, einer Eintrittsöffnung von
55 mm und einem Öffnungsverhältnis von
1 : 1,8 wird mit den im Anspruch 11 dargelegten Konstruktionsdaten
realisiert. Diese zweite Ausführung
umfaßt
ebenfalls zwei Linsengruppen, wobei, von Objektraum aus gesehen,
eine erste Linsengruppe mit positiver Brechkraft aus einer aus zwei
Linsen bestehenden Kittgruppe und einer Einzellinse mit positiver
Brechkraft und eine zweite Linsengruppe mit negativer Brechkraft, bestehend
aus einer Einzellinse mit negativer Brechkraft und einer aus zwei
Linsen bestehenden Kittgruppe mit positiver Brechkraft vorgesehen
ist.
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Eine
dritte Ausführung
des Objektivs mit einer Brennweite f' = 80 mm, einer Eintrittsöffnung von
55 mm und einem Öffnungsverhältnis von
1 : 1,45 ist durch die folgenden, in Anspruch 12 dargelegten Konstruktionsdaten
herstellbar. Diese dritte Ausführung
umfaßt
ebenfalls zwei Linsengruppen, wobei, von Objektraum aus gesehen,
eine erste Linsengruppe mit positiver Brechkraft aus zwei Einzellinsen
mit positiver Brechkraft, einer aus zwei Linsen bestehenden Kittgruppe
und aus einer weiteren Einzellinse mit positiver Brechkraft und
eine zweite Linsengruppe mit negativer Brechkraft aus einer Einzellinse
mit negativer Brechkraft und aus ei ner aus zwei Linsen bestehenden
Kittgruppe positiver Brechkraft bestehen.
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Eine
vorteilhafte vierte Ausführung
des Objektivs mit einer Brennweite f' = 65,59 mm, einer Eintrittsöffnung von
53,5 mm und einem Öffnungsverhältnis von
1 : 1,23 ist durch die folgenden, in Anspruch 13 dargelegten Konstruktionsdaten
herstellbar. Diese dritte Ausführung
umfaßt
ebenfalls zwei Linsengruppen, wobei, von Objektraum aus gesehen,
eine erste Linsengruppe mit positiver Brechkraft aus zwei Einzellinsen
mit positiver Brechkraft, einer aus zwei Linsen bestehenden Kittgruppe
und aus einer weiteren Einzellinse mit positiver Brechkraft und
eine zweite Linsengruppe mit negativer Brechkraft aus einer Einzellinse
mit negativer Brechkraft und aus einer aus zwei Linsen bestehenden
Kittgruppe positiver Brechkraft bestehen.
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Ein
Objektiv, welches bei Fluoreszenz-Stereo-Mikroskopen vorteilhaft
anwendbar ist, ergibt sich, wenn die Bedingung τ(350; 5)j ≥ 0,8 erfüllt ist,
worin τ(350;
5)j die Medienreintransmission bei einer
Wellenlänge
des Lichtes von 350 nm und einer Substratdicke von 5 mm ist und
ein Index j = 1, 2, ... . für
alle optischen Medien des Objektivs steht.
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Das
so geschaffene Mikroskopobjektiv ist besonders zur Anwendung in
der Fluoreszenz-Stereo-Mikroskopie im Auflicht-Hellfeld geeignet und bietet vor allem
diesbezüglich
Vorteile gegenüber
bekannten Objektiven. Des Weiteren ergeben sich Vorteile im Hinblick
auf die Korrektion des Farbfehlers, der Bildfeldebnung und der Verzeichnung
wie auch bezüglich
der Forderung nach größeren Räumen für die dem
Objektiv nachgeordneten Vergrößerungswechsler
und einer größeren nutzbaren
Apertur im Objektraum.
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Die
Erfindung soll nachstehend an Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.
In den Zeichnungen zeigen
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1 stark
vereinfacht den Aufbau eines Stereomikroskops vom Teleskoptyp,
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2 ein
erstes Ausführungsbeispiel
eines Objektivs,
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3 ein
zweites Ausführungsbeispiel
eines Objektivs,
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4 ein
drittes Ausführungsbeispiel
eines Objektivs und
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5 die
Anordnung der unterschiedlichen Pupillen in der Objektivpupille
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6 ein
viertes Ausführungsbeispiel
eines Objektivs.
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Zur
Veranschaulichung ist der Aufbau eines Stereomikroskops vom Teleskop-
oder Fernrohrtyp in 1 als Blockbild dargestellt.
Das Stereomikroskop umfaßt
ein Objektiv 1, welches erfindungsgemäß, vom zu beobachtenden, in
einer Objektebene 2 angeordneten Objekt 3 aus
gesehen, aus einer erste Linsengruppe LG1 und einer zweiten Linsengruppe
LG2 besteht. Zur Bildseite hin sind dem Objektiv 1 in zwei
getrennten Strahlengängen 6 und 7 in
der Folge je ein Vergrößerungswechsler 8 und 9 sowie
Tubuslinsen 10 und 11 nachgeordnet. Das Objekt 1 wird
in der Bildebene 12 des jeweiligen Strahlenganges 7 und 8 als
reelles Zwischenbild 13 und 14 abgebildet. Zur
Beobachtung der Zwischenbilder 13 und 14 ist in
jedem Strahlengang 6, 7 ein Okular 15 und 16 vorgesehen.
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Wie
bei derartigen Stereomikroskopen üblich, blenden die beiden Tubussysteme
aus den vom Objektiv 1 angebotenen parallelen Strahlenbündeln zwei
auch zueinander parallele Teilbündel
aus. Dabei wird ein außeraxialer
Objektpunkt durch das Objektiv in eine nachgeordnete Optik, z. B.
einen Vergrößerungswechsler in
deren Eintrittspupille unter einem Winkel ω eingeleitet.
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Bei
dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel umfaßt das Objektiv,
von der Objektebene aus betrachtet, in Richtung zur Bildebene 12 eine
erste Linsengruppe LG1 und nachfolgend eine zweite Linsengruppe LG2.
Die Linsengruppe LG1 hat insgesamt eine positive Brechkraft und
die Linsengruppe LG2 hat insgesamt eine negative Brechkraft.
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Wie
aus
2 ferner zu ersehen ist, besteht die erste Linsengruppe
LG1 aus fünf
Linsen
1.1 bis
1.5, von denen die Linsen
1.3 und
1.4 zu
einem Kittglied miteinander verkittet sind. Die Linsengruppe LG2
besteht aus einer Linse
2.1 mit negativer Brechkraft und
einem Kittglied
2.2 mit positiver Brechkraft. Die Kittgruppe
2.2 besteht
aus einer weiteren Linse
2.21 und einer Linse
2.22 mit
positiver Brechkraft. Dieses Mikroskopobjektiv weist folgende Konstruktionsdaten
auf mit den Radien in mm, den Abständen d in mm, den Brechzahlen
n
e und den Abbe'schen Zahlen ν
e:
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Dieses
Objektiv 1 besitzt eine Brennweite von 50 mm, eine Eintrittsöffnung von
55 mm und ein Öffnungsverhältnis von
1 : 0,9.
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Ein
Beispiel zu einer zweiten Ausführung
eines erfindungsgemäßen Objektivs
ist in 3 dargestellt. Dieses Objektiv besitzt ebenfalls
zwei Linsengruppen LG1 und LG2. Die erste, objektseitige Linsengruppe
LG1 besteht aus drei Linsen 1.1 bis 1.3, von denen
die Linsen 1.1 und 1.2 miteinander verkittet sind.
Hier besteht die Linsengruppe LG2 aus einer Linse 2.1 mit
negativer Brechkraft und einem aus Linsen 2.21 und 2.22 bestehenden
Kittglied 2.2 mit positiver Brechkraft.
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Dieses
Mikroskopobjektiv weist folgende Konstruktionsdaten auf mit den
Radien in mm, den Abständen
d in mm, den Brechzahlen n
e und den Abbe'schen Zahlen ν
e:
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Dieses
Objektiv 1 besitzt eine Brennweite von 100 mm, eine Eintrittsöffnung von
55 mm und ein Öffnungsverhältnis von
1 : 1,8.
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In 4 ist
ein weiteres erfindungsgemäßes Objektiv
dargestellt. Diese dritte Ausführung
des Objektivs mit einer Brennweite f' = 80 mm, einer Eintrittsöffnung von
55 mm und einem Öffnungsverhältnis von
1 : 1,45 umfaßt
ebenfalls zwei Linsengruppen LG1 und LG2, wobei, von Objektraum
aus gesehen, die erste Linsengruppe LG1 mit positiver Brechkraft
aus zwei Einzellinsen 1.1 und 1.2 mit jeweils
positiver Brechkraft, einer aus zwei Linsen 1.3 und 1.4 bestehenden
Kittgruppe und aus einer weiteren Linse 1.5 mit positiver
Brechkraft und eine zweite Linsengruppe LG2 mit negativer Brechkraft
aus einer Linse 2.1 mit negativer Brechkraft und aus einer
aus zwei Linsen 2.21 und 2.22 bestehenden Kittgruppe 2.2 bestehen.
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Dieses
in
4 dargestellte Mikroskopobjektiv weist folgende
Konstruktionsdaten auf mit den Radien in mm, den Abständen d in
mm, den Brechzahlen n
e und den Abbe'schen Zahlen ν
e:
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Dieses
Objektiv 1 besitzt eine Brennweite von 80 mm, eine Eintrittsöffnung von
55 mm und ein Öffnungsverhältnis von
1 : 1,45.
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In 5 ist
die Lage der verschiedenen Pupillen in der Austrittspupille AP dargestellt.
Es handelt sich hier um die Pupillen mit den Mittelpunkten M1 und M2 der beiden
Beobachtungsstrahlengänge
des Stereomikroskops und um die Eintrittspupille M3 des
in die Austrittspupille AP des Objektivs 1 eingekoppelten
Beleuchtungsstrahlenganges. Diese drei Pupillen, deren Mittelpunkte
mit M1, M2 und M3 bezeichnet sind, sind so in der Austrittsspupille
AP angeordnet, dass deren Mittelpunkte M1,
M2 und M3 ein gleichschenkliges
Dreieck bilden, und der Mittelpunkt M der Austrittspupille AP innerhalb
dieses Dreiecks liegt, wobei die folgenden Bedingungen zu erfüllen sind:
0,25 ≤ a1/DAP ≤ 0,5
0,25 ≤ a2/DAP ≤ 0,5
0,25 ≤ a3/DAP ≤ 0,5,
worin
a1 und a2 die Abstände der
Mittelpunkte M1 und M2 der
beiden Strahlengänge
des Objektivs 1 vom Mittelpunkt M der Austrittspupille
AP des Objektivs 1 und a3 der Abstand
des Mittelpunktes M3 der Eintrittspupille des
Beleuchtungsstrahlenganges vom Mittelpunkt M der Austrittspupille
AP des Objektivs 1 sind.
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In 6 ist
ein weiteres erfindungsgemäßes Objektiv
dargestellt. Diese vierte Ausführung
des Objektivs mit einer Brennweite f' = 65,59 mm, einer Eintrittsöffnung von
53,5 mm und einem Öffnungsverhältnis von 1
: 1,23 umfaßt
ebenfalls zwei Linsengruppen LG1 und LG2, wobei, von Objektraum
aus gesehen, die erste Linsengruppe LG1 mit positiver Brechkraft
aus einer Einzellinse 1.1 mit positiver Brechkraft, einer
aus zwei Linsen 1.2 und 1.3 bestehenden Kittgruppe
mit negativer Brechkraft und aus einer weiteren Linse 1.4 mit
positiver Brechkraft und einer zweiten Linsengruppe LG2 mit negativer
Brechkraft aus einer Linse 2.1 mit negativer Brechkraft
und aus einer aus zwei Linsen 2.21 und 2.22 bestehenden
Kittgruppe 2.2 bestehen.
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Dieses
in
6 dargestellte Mikroskopobjektiv weist folgende
Konstruktionsdaten auf mit den Radien in mm, den Ab ständen d in
mm, den Brechzahlen ne und den Abbe'schen Zahlen νe:
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Dieses
Objektiv 1 besitzt eine Brennweite von 65,59 mm, eine Eintrittsöffnung von
53,5 mm und ein Öffnungsverhältnis von
1 : 1,23.
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Bei
diesem Objektiv genügt
die Brennweite der zweiten Linsengruppe der folgenden Bedingung: –0,0668·f'2 +
7,4933·f' – 780 ≤ f'2 ≤ –0,0668
f'2 +
7,4933·f' – 400,worin f'2 die
Brennweite der zweiten Linsengruppe und f' die Gesamtbrennweite des Objektivs 1 sind.
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Dabei
genügt
das Kittglied der zweite Linsengruppe der Bedingung: 10–8·f'2 +
9·10–8·f' – 1,8·10–4 ≤ 1/f1/νe1 + 1/f2/νe2 ≤ 10–8·f'2 +
9·10–8·f' + 10–4 und
die Linse (2.1) der Linsengruppe der Bedingung νe3 ≤ 55, worin
f'1 die
Brennweite der Linsen 2.22, f'2 die Brennweite
der Linsen 2.21, f' die
Gesamtbrennweite des Objektivs, νe1 und νe2 die Abbe'schen Zahlen der Linsen 2.22 und 2.21, νe3 die
Abbe'sche Zahl der
Linse 2.1 sind.
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Diese
vierte Ausführung
des Objektivs zeichnet sich vor allem dadurch aus, dass es apochromatisch korrigiert
ist und auch im nahen UV-Spektralbereich eine hohe Transmission
aufweist.
worin d die Abstände zwischen den Linsen, ne die Brechzahlen und νe die Abbe'sche Zahl des Glases sind.
worin d die Abstände mm zwischen den Linsen, ne die Brechzahlen und νe die Abbe'sche Zahl des Glases sind.
worin d die Abstände mm zwischen den Linsen, ne die Brechzahlen und νe die Abbe'sche Zahl des Glases sind.