DE102006052142B4 - Immersions-Mikroskopobjektiv - Google Patents
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Abstract
Immersions-Mikroskopobjektiv, umfassend – ein System aus mehreren optischen Linsen oder Linsengruppen, zwischen denen Luftabstände vorgesehen sind, und – eine Stelleinrichtung a) zur Anpassung des Immersions-Mikroskopobjektivs an verschiedene Immersionsmedien, b) zur Korrektur von Abbildungsfehlern bei der Verwendung des Immersions-Mikroskopobjektivs im Zusammenhang mit einem Deckglas, das einen Probenbehälter abschließt, und/oder c) zur Korrektur von Farblängsfehlern und d) zur linearen Änderung zweier Luftabstände (A1, A2), dadurch gekennzeichnet, daß zur Anpassung an verschiedene Immersionsmedien die lineare Änderung der beiden Luftabstände (A1, A2) nach der Funktion erfolgtwobei der Index „Oel, oD” für den betreffenden Luftabstand bei der Verwendung der Immersion Öl ohne Deckglas, „Gly, oD” für den betreffenden Luftabstand bei der Verwendung der Immersion Glycerin ohne Deckglas, und „Was, oD” für den betreffenden Luftabstand bei der Verwendung der Immersion Wasser ohne Deckglas steht.
Description
- Die Erfindung bezieht sich auf ein Immersions-Mikroskopobjektiv, umfassend ein System aus mehreren optischen Linsen oder Linsengruppen, zwischen denen Luftabstände vorgesehen sind, und eine Stelleinrichtung zur Anpassung des Immersions-Mikroskopobjektivs an verschiedene Immersionsmedien, zur Korrektur von Abbildungsfehlern bei der Verwendung des Immersions-Mikroskopobjektivs im Zusammenhang mit einem Deckglas, das einen Probenbehälter abschließt, und/oder zur Korrektur von Farblängsfehlern.
- Das Immersions-Mikroskopobjektiv nach der Erfindung ist der Klasse „Planapochromat” zuzuordnen. Ein Planapochromat zeichnet sich dadurch aus, daß die Fokuslagen von der Spektrallinie e, C' und F' zusammenfallen. Die Bezeichnung „Plan-” bedeutet, daß das Bildfeld geebnet ist.
- Als Immersionsmedien können Wasser, Glycerin und Öl benutzt werden, wodurch das Immersions-Mikroskopobjektiv insbesondere für Live Cell Imaging Verfahren geeignet ist. Dabei ist es erforderlich, daß die Brechzahlen der Flüssigkeiten auf den beiden Seiten des Deckglases sich annähern. Das Immersionsmedium Wasser ist für die Untersuchung lebender Objekte besonders dann geeignet, wenn ohne Deckglas direkt mit dem Objektiv in das wäßrige Medium eingetaucht werden soll. Für kritische Fluoreszenzuntersuchungen dagegen kommt als Immersionsmedium eher gereinigtes Glycerin in Betracht, da dieses nahezu keine Eigenfluoreszenz besitzt.
- Glycerin und Wasser sind bevorzugt bei der Mikroskopie von lebenden Objekten einzusetzen, da sich diese in einem Medium mit ähnlichem Brechungsindex befinden.
- Ferner ist es wünschenswert, daß das Objektiv auch mit dem Immersionsmedium Öl nutzbar ist, damit es auch für andere übliche Beobachtungen angewendet werden kann. Des weiteren wird häufig ein großer Arbeitsabstand gewünscht, da Objektive mit großem Arbeitsabstand eine leichte Zugänglichkeit zum Präparat gewährleisten.
- Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Immersions-Mikroskopobjektive bekannt. So wird zum Beispiel in der
US 5 530 590 A ein Mikroskopobjektiv mit drei verschiedenen Varianten und jeweils einer numerischen Apertur von 1,15 vorgestellt. Dieses Objektiv besteht aus drei Linsengruppen, wobei die zweite relativ zu den beiden anderen entlang der optischen Achse verschoben werden kann, um das Objektiv an die Dicke des Deckglases anzupassen und so die mit dieser Dicke variierende sphärische und chromatische Abberation auszugleichen. - In
DE 10 2004 051 357 A1 ist ebenfalls ein Immersions-Mikroskopobjektiv beschrieben, das jedoch im Hinblick auf die Korrektur des Farblängsfehlers bzw. die planapochromatische Korrektur den Ansprüchen in vielen Anwendungsfällen noch nicht genügt. Außerdem ist dieses Objektiv nicht für das Immersionsmedium Öl korrigiert. - Die
WO 2005/040 866 A2 - Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Immersions-Mikroskopobjektiv zu entwickeln, das sowohl für verschiedene Immersionsmedien verwendet werden kann und mit dem ein gegenüber dem Stand der Technik verbesserter Bildkontrast sowie auch eine Korrektur des Farblängsfehlers erzielt werden.
- Gemäß der Erfindung ist bei einem Immersions-Mikroskopobjektiv der eingangs genannten Art die Stelleinrichtung zur Änderung zweier Luftabstände ausgebildet. Die Luftabstände A1, A2 sind linear veränderbar.
- So ist zur Anpassung an verschiedene Immersionsmedien eine lineare Änderung der beiden Luftabstände (A1, A2) nach der Funktion vorgesehen: wobei der Index „Oel, oD” für den betreffenden Luftabstand bei der Verwendung des Immersionsmediums Öl ohne Deckglas, „Gly, oD” für den betreffenden Luftabstand bei der Verwendung des Immersionsmediums Glycerin ohne Deckglas, und „Was, oD” für den betreffenden Luftabstand bei der Verwendung des Immersionsmediums Wasser ohne Deckglas steht.
- Zur Korrektur der Abbildungsfehler bei Verwendung mit einem Deckglas ist eine lineare Änderung der beiden Luftabstände (A1, A2) nach der Funktion vorgesehen: wobei der Index „Imm, mD” für den betreffenden Luftabstand bei der Verwendung eines Immersionsmediums mit Deckglas, „Imm, oD” für den betreffenden Luftabstand bei der Verwendung eines Immersionsmediums ohne Deckglas, „Gly, oD” für den betreffenden Luftabstand bei der Verwendung des Immersionsmediums Glycerin ohne Deckglas, und „Was, oD” für den betreffenden Luftabstand bei der Verwendung des Immersionsmediums Wasser ohne Deckglas steht.
- In einer konkreten Ausführung besteht das Immersions-Mikroskopobjektiv vom Präparat her betrachtet aus:
- – einem aus einer Fülllinse L1 und einer Mutterkugellinse L2 gebildeten zweifachen Kittglied G1 mit positiver Brechkraft,
- – einer Bikonvexlinse L3,
- – einer Meniskuslinse L4 mit positiver Brechkraft,
- – einem aus einer Bikonkavlinse L5 und einer Bikonvexlinse L6 bestehenden zweifachen Kittglied G2 mit positiver Brechkraft,
- – einem aus einer Bikonvexlinse L7 und einer Meniskuslinse L8 bestehenden zweifachen Kittglied G3 mit positiver Brechkraft,
- – einer Meniskuslinse L9 mit negativer Brechkraft, und
- - einer Meniskuslinse L10 mit positiver Brechkraft.
- Dabei ist der Luftabstand A1 zwischen dem Kittglied G1 und der Bikonvexlinse L3 und der Luftabstand A2 zwischen der Bikonvexlinse L3 und der Meniskuslinse L4 veränderbar.
- Die Frontfläche der Fülllinse L1 im Kittglied G1 ist plan ausgeführt und die Krümmungszentren beider Flächen der Mutterkugellinse L2 liegen auf der Objektseite, die Krümmungszentren beider Flächen der Meniskuslinse L4 liegen auf der Bildseite, die Krümmungszentren beider Flächen der Meniskuslinse L8 liegen auf der Objektseite, die Krümmungszentren beider Flächen der Meniskuslinse L9 liegen auf der Bildseite und die Krümmungszentren beider Flächen der Meniskuslinse L10 liegen auf der Objektseite.
- Für die Linsen L1 und L2 gelten folgende Brechzahlen ne und Abbezahlen νe bei der Spektrallinie e (546,07 nm):
ne,L1 < 1.50, νe,L1 > 70 ne,L2 > 1.85, νe,L2 < 42 - Für die Linsen L9 und L10 kommen folgende Brechzahlen ne und Abbezahlen νe bei der Spektrallinie e (546,07 nm) in Betracht:
ne,L9 > 1.80, νe,L1 > 45 ne,L10 < 1.60, νe,L10 < 40 - Die Reintransmission bei der Wellenlänge 365 nm beträgt > 50% und ist somit ideal für Fluorenszenzuntersuchungen, bei der Wellenlänge 850 nm beträgt die Reintransmission > 84%.
- Im Unterschied zu bisherigen derartigen Multi-Immersions-Objektiven ist es mit diesem Objektiv gelungen, eine planapochromatische Korrektur über ein breites Spektrum von 450 nm bis 850 nm zu realisieren. Dabei sind alle Wellenlängen dieses Bereiches beugungsbegrenzt korrigiert. Beim Ändern der Wellenlänge innerhalb dieses Spektrums muß der Kunde nicht nachfokussieren.
- Um die sphärische Aberration, den Farblängsfehler und einige anderen Abbildungsfehler beim Wechsel des Immersionsmediums zu korrigieren ist es lediglich erforderlich, zwei Luftabstände, im konkreten Fall A1 und A2, im optischen System zu ändern.
- Diese Änderungen kann in einfacher Weise mit Hilfe eines Korrektionsringes ausgeführt werden.
- Darüber hinaus kann mit dem erfindungsgemäßen Immersions-Mikroskopobjektiv auch die sphärische Aberration korrigiert werden, die durch die Verwendung mit oder ohne Deckglas entsteht. Die entsprechende Korrektion läßt sich ebenfalls durch Änderungen der beiden Luftabstände erzielen.
- Die Variationen der Luftabstände erfolgt linear, wodurch eine einfache Konstruktion der Stelleinrichtung bzw. des Korrektionsringes möglich ist.
- Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen
-
1 einen möglichen Objektivaufbau entsprechend der in Patentanspruch 14 angegebenen Systemdaten mit Wasser als Immersionsmedium, -
2 Beispiele für Queraberrationen in Abhängigkeit von der Apertur des Immersions-Mikroskopobjektivs bei Verwendung der Immersionsmedien Wasser und Glycerin, -
3 Beispiele für feldabhängige Abbildungsfehler des Immersions-Mikroskopobjektivs bei Verwendung der Immersionsmedien Wasser und Glycerin. -
1 zeigt einen möglichen Objektivaufbau. Dabei sind in1a ) und1b ) jeweils links auf der optischen Achse ein Präparat P als zu untersuchendes Objekt und ein Immersionsmedium I angedeutet. - Vom Präparat P bzw. dem Immersionsmedium I beginnend sind sowohl in
1a ) als auch in1b ) nach rechts hin angeordnet: - – ein aus einer Fülllinse L1 und einer Mutterkugellinse L2 gebildetes zweifaches Kittglied G1 mit positiver Brechkraft,
- – eine Bikonvexlinse L3,
- – eine Meniskuslinse L4 mit positiver Brechkraft,
- – ein aus einer Bikonkavlinse L5 und einer Bikonvexlinse L6 bestehenden zweifachen Kittglied G2 mit positiver Brechkraft,
- – ein aus einer Bikonvexlinse L7 und einer Meniskuslinse L8 bestehenden zweifachen Kittglied G3 mit positiver Brechkraft,
- – eine Meniskuslinse L9 mit negativer Brechkraft, und
- – eine Meniskuslinse L10 mit positiver Brechkraft.
- Zwischen den Einzellinsen und den Kittgliedern sind Abstände A1 bis A8 vorgesehen, wovon die Abstände A1 und A2 mittels eines Korrektionsringes, der zeichnerisch nicht dargestellt ist, veränderbar sind.
- Die Stelleinrichtung zur Variation der Abstände A1 und A2 ist als ein Korrektionsring ausgebildet und an der Fassung des Objektivs vorgesehen.
- Dem Abstand A7 folgt eine das Objektiv abschließende Hinterblende, an das sich in einem Abstand A8 – hier nicht dargestellten – die Linse eines Tubussystems mit einer Brennweite von 164,50 mm anschließt.
- Die beiden in
1a ) und1b ) dargestellten Konfigurationen unterscheiden sich lediglich in den Abständen A1 und A2 voneinander, die je nach Deckglasdicke und Immersionsmedium entsprechend der oben angeführten Bedingungen eingestellt werden. - Immersions-Mikroskopobjektiv nach
1 weist die in folgender Tabelle angegebenen Radien, Dicken bzw. Abstände, Brechzahlen ne und Abbezahlen νe bei der Spektrallinie e (546,07 nm) als Systemdaten auf:Radius Dicke/Abstand ne νe Plan Deckglas DG 1.525 59.2 Plan Immersionsmedium A0 Wasser/Glycerin/Öl Plan L1 0.500 1.489 70.2 –1.3725 L2 4.990 1.888 40.5 –5.2330 A1 (variabel) 43.4010 L3 2.000 1.530 76.6 –10.9840 A2 (variabel) 10.1450 L4 4.500 1.551 45.5 10.2920 A3 = 2.300 –34.4750 L5 1.100 1.641 42.2 8.9125 L6 5.000 1.530 76.6 –14.2270 A4 = 0.100 24.0570 L7 5.800 1.530 76.6 –7.6076 L8 1.100 1.617 44.3 –175.2900 A5 = 0.356 10.1450 L9 7.000 1.820 46.4 6.8786 A6 = 4.200 –6.5879 L10 2.830 1.597 35.0 –7.3918 A7 = 0.150 Plan A8 = 126.50 Tubuslinse mit einer Brennweite von 164.5 mm - Mit diesem Immersions-Mikroskopobjektiv beträgt mit Wasser als Immersionsmedium die Numerische Apertur = 0.8, der Abbildungsmaßstab = –24.7 und die Sehfeldzahl = 18; mit Glycerin als Immersionsmedium die Numerische Apertur = 0.8, der Abbildungsmaßstab = –25.0 und die Sehfeldzahl = 18; mit Öl als Immersionsmedium die Numerische Apertur = 0.8, der Abbildungsmaßstab = –25.2 und die Sehfeldzahl = 18.
- Für unterschiedliche Immersionsmedien kommen die nachfolgend genannten Deckglasdicken DG, Arbeitsabstände A0 und Luftabstände A1, A2 in Betracht:
Immersion DG A0 A1 A2 Wasser 0 0.768 0.215 5.742 Wasser 0.170 0.600 0.301 5.563 Glycerin 0 0.769 0.495 5.160 Glycerin 0.170 0.600 0.521 5.106 Öl 0 0.769 0.616 4.910 Öl 0.170 0.600 0.616 4.910 - Die Korrektur von Farblängsfehlern erfolgt im Spektralbereich von 450 nm bis 1000 nm, wobei die Abweichung der besten Fokuslage der Nebenwellenlänge von der Hauptwellenlänge innerhalb einer Tiefenschärfe liegt. Bei Verwendung des Immersionsmediums Wasser liegt diese Abweichung im Bereich von 450 nm bis 950 nm, und bei Verwendung des Immersionsmediums Öl im Bereich von 480 nm bis 1000 nm.
- In
2a ),2b ) und2c ) sind die Queraberrationen bei verschiedenen Wellenlängen in Abhängigkeit von der Apertur für das Immersionsmedium Wasser dargestellt, in2d ),2e ) und2f ) die Queraberrationen in Abhängigkeit von der Apertur für das Immersionsmedium Glycerin. - Dabei entspricht in der Vertikalkoordinate EX ein Teilstrich 0,08 mm. Die Apertur ist auf der Abszisse PX abgetragen.
-
3a ) zeigt beispielhaft die feldabhängigen Abbildungsfehler für das Immersionsmedium Wasser, und3b ) die feldabhängigen Abbildungsfehler für das Immersionsmedium Glycerin bei den Wellenlängen 546,07 nm, 643,85 nm, 479,99 nm und 435,83 nm. - Bezugszeichenliste
-
-
- A1 bis A8
- Anstände
- G1 bis G3
- Kittglied
- L1
- Fülllinse
- L2
- Mutterkugellinse
- L3
- Bikonvexlinse
- L4
- Meniskuslinse
- L5
- Bikonkavlinse
- L6, L7
- Bikonvexlinse
- L8, L9, L10
- Meniskuslinse
- EX
- Vertikalkoordinate
- PX
- Abszisse
Claims (18)
- Immersions-Mikroskopobjektiv, umfassend – ein System aus mehreren optischen Linsen oder Linsengruppen, zwischen denen Luftabstände vorgesehen sind, und – eine Stelleinrichtung a) zur Anpassung des Immersions-Mikroskopobjektivs an verschiedene Immersionsmedien, b) zur Korrektur von Abbildungsfehlern bei der Verwendung des Immersions-Mikroskopobjektivs im Zusammenhang mit einem Deckglas, das einen Probenbehälter abschließt, und/oder c) zur Korrektur von Farblängsfehlern und d) zur linearen Änderung zweier Luftabstände (A1, A2), dadurch gekennzeichnet, daß zur Anpassung an verschiedene Immersionsmedien die lineare Änderung der beiden Luftabstände (A1, A2) nach der Funktion erfolgt wobei der Index „Oel, oD” für den betreffenden Luftabstand bei der Verwendung der Immersion Öl ohne Deckglas, „Gly, oD” für den betreffenden Luftabstand bei der Verwendung der Immersion Glycerin ohne Deckglas, und „Was, oD” für den betreffenden Luftabstand bei der Verwendung der Immersion Wasser ohne Deckglas steht.
- Immersions-Mikroskopobjektiv nach Anspruch 1, bei dem zur Korrektur der Abbildungsfehler bei Verwendung im Zusammenhang mit einem Deckglas die lineare Änderung der beiden Luftabstände (A1, A2) nach der Funktion erfolgt wobei der Index „Imm, mD” für den betreffenden Luftabstand bei der Verwendung eines Immersionsmediums mit Deckglas, „Imm, oD” für den betreffenden Luftabstand bei der Verwendung eines Immersionsmediums ohne Deckglas, „Gly, oD” für den betreffenden Luftabstand bei der Verwendung der Immersion Glycerin ohne Deckglas, und „Was, oD” für den betreffenden Luftabstand bei der Verwendung der Immersion Wasser ohne Deckglas steht.
- Immersions-Mikroskopobjektiv nach einem der vorgenannten Ansprüche, vom Objekt her betrachtet bestehend aus: – einem aus einer Fülllinse L1 und einer Mutterkugellinse L2 gebildeten zweifachen Kittglied G1 mit positiver Brechkraft, – einer Bikonvexlinse L3, – einer Meniskuslinse L4 mit positiver Brechkraft, – einem aus einer Bikonkavlinse L5 und einer Bikonvexlinse L6 bestehenden zweifachen Kittglied G2 mit positiver Brechkraft, – einem aus einer Bikonvexlinse L7 und einer Meniskuslinse L8 bestehenden zweifachen Kittglied G3 mit positiver Brechkraft, – einer Meniskuslinse L9 mit negativer Brechkraft, und – einer Meniskuslinse L10 mit positiver Brechkraft, wobei – der Luftabstand A1 zwischen dem Kittglied G1 und der Bikonvexlinse L3 und – der Luftabstand A2 zwischen der Bikonvexlinse L3 und der Meniskuslinse L4 veränderbar sind.
- Immersions-Mikroskopobjektiv nach Anspruch 3, bei dem die Frontfläche der Fülllinse L1 im Kittglied G1 plan ausgeführt ist und die Krümmungszentren beider Flächen der Mutterkugellinse L2 auf der Objektseite liegen.
- Immersions-Mikroskopobjektiv nach Anspruch 3 oder 4, bei dem die Krümmungszentren beider Flächen der Meniskuslinse L4 auf der Bildseite liegen.
- Immersions-Mikroskopobjektiv nach einem der Ansprüche 3 bis 5, bei dem die Krümmungszentren beider Flächen der Meniskuslinse L8 auf der Objektseite liegen.
- Immersions-Mikroskopobjektiv nach einem der Ansprüche 3 bis 6, bei dem die Krümmungszentren beider Flächen der Meniskuslinse L9 auf der Bildseite liegen.
- Immersions-Mikroskopobjektiv nach einem der Ansprüche 3 bis 7, bei dem die Krümmungszentren beider Flächen der Meniskuslinse L10 auf der Objektseite liegen.
- Immersions-Mikroskopobjektiv nach einem der Ansprüche 3 bis 8, bei dem für die Linsen L1 und L2 folgende Brechzahlen ne und Abbezahlen νe bei der Spektrallinie e (546,07 nm) gelten:
ne,L1 < 1.50, νe,L1 > 70 ne,L2 > 1.85, νe,L2 < 42 - Immersions-Mikroskopobjektiv nach einem der Ansprüche 3 bis 9, bei dem für die Linsen L9 und L10 folgende Brechzahlen ne und Abbezahlen νe bei der Spektrallinie e (546,07 nm) gelten:
ne,L9 > 1.80, νe,L1 > 45 ne,L10 < 1.60, νe,L10 < 40 - Immersions-Mikroskopobjektiv nach einem der Ansprüche 3 bis 10, bei dem die Reintransmission bei der Wellenlänge 365 nm > 50% und bei der Wellenlänge 850 nm > 84% beträgt.
- Immersions-Mikroskopobjektiv nach einem der Ansprüche 3 bis 11 mit folgenden Systemdaten:
Radius Dicke/Abstand ne νe Plan Deckglas DG 1.525 59.2 Plan Immersionsmedium A0 Wasser/Glycerin/Öl Plan L1 0.500 1.489 70.2 –1.3725 L2 4.990 1.888 40.5 –5.2330 A1 (variabel) 43.4010 L3 2.000 1.530 76.6 –10.9840 A2 (variabel) 10.1450 L4 4.500 1.551 45.5 10.2920 A3 = 2.300 –34.4750 L5 1.100 1.641 42.2 8.9125 L6 5.000 1.530 76.6 –14.2270 A4 = 0.100 24.0570 L7 5.800 1.530 76.6 –7.6076 L8 1.100 1.617 44.3 –175.2900 A5 = 0.356 10.1450 L9 7.000 1.820 46.4 6.8786 A6 = 4.200 –6.5879 L10 2.830 1.597 35.0 –7.3918 A7 = 0.150 Plan A8 = 126.50 Tubuslinse mit einer Brennweite von 164.5 mm - Immersions-Mikroskopobjektiv nach Anspruch 12, bei dem mit Wasser als Immersionsmedium die Numerische Apertur = 0.8, der Abbildungsmaßstab = –24.7 und die Sehfeldzahl = 18 betragen.
- Immersions-Mikroskopobjektiv nach Anspruch 12, bei dem mit Glycerin als Immersionsmedium die Numerische Apertur = 0.8, der Abbildungsmaßstab = –25.0 und die Sehfeldzahl = 18 betragen.
- Immersions-Mikroskopobjektiv nach Anspruch 12, bei dem mit Öl als Immersionsmedium die Numerische Apertur = 0.8, der Abbildungsmaßstab = –25.2 und die Sehfeldzahl = 18 betragen.
- Immersions-Mikroskopobjektiv nach einem der Ansprüche 3 bis 15 mit folgenden Daten für die Deckglasdicke DG, für die Dicke des jeweiligen Immersionsmediums als Arbeitsabstand A0 und für die Luftabstände A1, A2:
Immersion DG A0 A1 A2 Wasser 0 0.768 0.215 5.742 Wasser 0.170 0.600 0.301 5.563 Glycerin 0 0.769 0.495 5.160 Glycerin 0.170 0.600 0.521 5.106 Öl 0 0.769 0.616 4.910 Öl 0.170 0.600 0.616 4.910 - Immersions-Mikroskopobjektiv nach einem der vorgenannten Ansprüche, bei dem die Farblängsfehler im Spektralbereich von 450 nm bis 1000 nm korrigiert sind, wobei die Abweichung der besten Fokuslage der Nebenwellenlänge von der Hauptwellenlänge innerhalb einer Tiefenschärfe liegt.
- Immersions-Mikroskopobjektiv nach Anspruch 17, bei dem die Abweichung der besten Fokuslage der Nebenwellenlänge von der Hauptwellenlänge bei Verwendung des Immersionsmediums Wasser im Bereich von 450 nm bis 950 nm und bei Verwendung des Immersionsmediums Öl im Bereich von 480 nm bis 1000 nm liegt.
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