DE102009037743B4

DE102009037743B4 - Hochaperturiges Immersionsobjektiv

Info

Publication number: DE102009037743B4
Application number: DE102009037743.3A
Authority: DE
Inventors: Dr. Wartmann Rolf
Original assignee: Carl Zeiss Microscopy GmbH
Current assignee: Carl Zeiss Microscopy GmbH
Priority date: 2009-08-17
Filing date: 2009-08-17
Publication date: 2018-05-03
Anticipated expiration: 2029-08-18
Also published as: DE102009037743A1

Abstract

Hochaperturiges Immersionsobjektiv für konfokale Anwendungen in der Mikroskopie, welches aus drei Linsen und/oder Linsengruppen umfassenden Teilsystemen (T1,T2,T3) zusammengesetzt ist, gekennzeichnet dadurch, dass ausgehend von der Objektseite das- erste Teilsystem (T1) ein Zweifachkittglied und daran anschließend zwei Sammellinsen (S2,S3) umfasst, wobei das Zweifachkittglied zur Objektseite hin eine Planfläche aufweist und mit einer Sammellinse (S1) versehen ist, der ein durchgebogener Meniskus (M1) mit negativer Brechkraft folgt,- das zweite Teilsystem (T2)aus einem Dreifachkittglied mit einer Brechkraft von 0.024 und einem zweiten Zweifachglied mit einer Brechkraft von 0.013 besteht und das- dritte Teilsystem (T3) zwei als Zweifachkittglieder ausgebildete Menisken (M2,M3) mit einer Brechkraft von -0.028 und -0.002 umfasst, deren hohle Flächen einander zugewandt sind und die letzte Linse des zweiten Meniskus (M3) eine Sammellinse (S8) ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein hochaperturiges Immersionsopjektiv, insbesondere für konfokale Anwendungen in der Mikroskopie, welches aus drei Linsen und/oder Linsengruppen umfassenden Teilsystemen zusammengesetzt ist.
Bekannt ist, dass relativ hohe numerische Aperturen nur mit Immersionsobjektiven mit großen Vergrößerungen zwischen 150 und 60 erzielt werden können. Ein Immersionsobjektiv mit einer 100-fachen Vergrößerung und einer numerischen Apertur bis 1,65 wird beispielsweise in US 5 695 425 A beschrieben.
Aus der US 5 502 596 A ist ein Immersionsobjektiv mit 40-facher Vergrößerung und einer numerischen Apertur von 1.0 bekannt.
Objektive mit wesentlich kleineren Vergrößerungen und demzufolge einem relativ großem Objektfeld, haben in der Regel kleinere Aperturen. Ursache hierfür ist die Dominanz der visuellen Beobachtung. Da das Auflösungsvermögen des menschlichen Auges begrenzt ist, hat es wenig Sinn, Objektive kleiner und mittlerer Vergrößerungen mit einer hohen numerischen Apertur auszustatten. Der Auflösungsgewinn durch die hohe Apertur kann vom Auge nicht mehr wahrgenommen werden. Außerdem ist es technisch wesentlich einfacher ein Objektiv hoher Vergrößerung mit einer hohen Apertur auszustatten, als eins mit kleiner Vergrößerung.
Bei konfokalen Anwendungen ist das aber nicht der Fall. Hier kann das Auflösungsvermögen des Objektivs unabhängig von der bildseitigen Apertur voll ausgeschöpft werden. Bei diesen Anwendungen ist es daher sinnvoll, mit Objektiven zu arbeiten, die neben der hohen Apertur eine kleinere Vergrößerung besitzen, weil eine kleine Vergrößerung gleichbedeutend ist mit einem großen Objektfeld und demzufolge auf einen lästigen Objektivwechsel verzichtet werden kann.
In DE 10 2005 051 025 A1 wird ein hochaperturiges, optisches Abbildungssystem, insbesondere für Mikroskope, beschrieben, bei welchem ein Immersionsobjektiv, bestehend aus drei optischen Teilsystemen eine Vergrößerung kleiner oder gleich 40 fach und eine numerische Apertur größer oder gleich 1.0 aufweist und bis in das nahe Infrarot chromatisch korrigiert ist.
Eine derartige Lösung weist den Nachteil auf, dass die oft erwünschte numerische Apertur von 1.4 nicht erreicht wird.
Ausgehend von diesen Nachteilen liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein hochaperuriges Immersionsobjektiv, insbesondere für konfokale Mikroskopieanwendungen, dahingehend weiter zu bilden, dass bei einer hochauflösenden numerischen Apertur von 1.4 ein relativ großes Bildfeld von 0.625 mm und darüber hinaus bis zu einer Wellenlänge von 340 nm eine verbesserte Transparenz möglich wird.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem hochaperturigen Immersionsobjektiv der eingangs beschriebenen Art durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst, wobei das Immersionsobjektiv aus drei optischen Teilsystemen zusammengesetzt ist. Vorteil Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen 2 bis 6 angegeben.
Ausgehend von der Objektseite umfasst das erste Teilsystem ein Zweifachkittglied und daran anschließend zwei Sammellinsen, wobei das Zweifachkittglied zur Objektseite hin eine Planfläche aufweist und mit einer Sammellinse versehen ist, der ein durchgebogener Meniskus mit negativer Brechkraft folgt,
ein zweites Teilsystem aus einem Dreifachkittglied mit einer Brechkraft von 0.024 und einem zweiten Zweifachglied mit einer Brechkraft von 0.013 besteht und das dritte Teilsystem zwei als Kittglieder ausgebildete Menisken mit einer Brechkraft von -0.028 und -0.002 umfasst, deren hohle Flächen einander zugewandt sind und die letzte Linse des zweiten Meniskus eine Sammellinse ist.
Vorteilhafterweise sind die beiden Sammellinsen des ersten Teilsystems aus Fluorkronglas gefertigt.
Weiterhin ist es von Vorteil, wenn das Dreifachkittglied des zweiten Teilsystems aus einer Zerstreuungslinse aus Kurzflintglas besteht, die von zwei, aus Fluorkronglas oder Calziumfluorid (CaF2) gefertigten Sammellinsen eingefasst ist.
Ebenso vorteilhaft ist es, das zweite Zweifachkittglied des zweiten Teilsystems aus einer Zerstreunungslinse aus Kurzflintglas und einer Sammellinse aus Fluorkronglas oder aus CaF₂ zu fertigen.
Zweckmäßigerweise besteht die letzte Sammellinse des im dritten Teilsystem angeordneten zweiten Meniskus aus einem Glas mit einer Abbe-Zahl kleiner 34.
Das erfindungsgemäße Immersionsobjektiv ermöglicht es, ein von 400nm bis 800nm apochromatisches Mikroobjektiv für Öl-Immersionen mit einer numerischen Apertur von 1.4 und einem Objektfeld von 0.625 mm zu beschreiben. Das Objektiv weist bis zu einer Wellenlänge von 340 nm eine hinreichend gute Transparenz auf.
Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Dazu zeigen:

1 eine Darstellung der Teilsysteme des erfindungsgemäßen Objektivs und
2 eine Darstellung des erfindungsgemäßen Objektivs mit Konstruktionsdatenbezugszeichen.

1 zeigt die Linsenanordnung der drei optischen Teilsysteme, von der Objektseite aus betrachtet mit T1, T2 und T3 bezeichnet. Das Teilsystem T1 umfasst ein Zweifachkittglied, bestehend aus einer Sammellinse S1, die zur Objektseite hin eine plane Fläche aufweist, und einem zur Objektseite hin durchgebogenen Meniskus M1 mit negativer Brechkraft. Hinter diesem Zweifachkittglied befinden sich zwei Sammellinsen S2 und S3 aus einem Fluorkronglas.
Das sich daran anschließende zweite Teilsystem T2 umfasst ein Dreifachkittglied und ein Zweifachkittglied. Das Dreifachkittglied besteht aus einer Zerstreuungslinse Z1 aus einem Kurzflintglas, die von zwei Sammellinsen S4 und S5, bestehend aus einem Fluorkronglas oder Calziumfluorid (CaF2) eingeschlossen ist. Das sich daran anschließende Zweifachkittglied wird durch eine Zerstreuungslinse Z2 aus einem Kurzflintglas und einer Sammellinse S6 aus CaF2 gebildet.
Das dritte Teilsystem T3 umfasst zwei als Zweifachkittglieder ausgebildete Menisken M2 und M3, mit einer relativ schwachen Brechkraft von -0.028 und -0.002, deren hohle Flächen einander zugewandt sind. Die Menisken M2 und M3 sind jeweils mit einer Sammellinse S7 und S8 verbunden, wobei die Sammellinse S8 des zweiten Meniskus M3 aus Glas mit einer Abbe-Zahl kleiner 34 besteht.

2 zeigt die gleiche Linsenanordnung mit Angabe der einzelnen Krümmungsradien r1 bis r20 und Dicken d1 bis d19 unter Bezugnahme auf die in der folgenden Tabelle angegebenen Konstruktionsdaten bei einer Vergrößerung von 40 fach, einer numerischen Apertur von 1.4, einer Deckglasdicke von 0.17 mm und einem Arbeitsabstand von 0.159 mm:

Fläche FL	Krümmungs-Radius r1-r20	Dicke d1-d19	Brechzahl	Abbezahl
Fläche FL	Krümmungs-Radius r1-r20	Dicke d1-d19	n_e	v_e
			Ölimmersion
1	unendlich	0.553	1.519	64.0
2	-0.707	3.267	1.888	40.5
3	-3.351	0.225
4	-11.751	3.455	1.620	63.0
5	-6.541	0.509
6	-49.7597	3.60	1.594	68.0
7	-12.728	0.10
8	12.0575	7.50	1.440	94.6
9	-22.225	1.10	1.641	42.2
10	12.2304	5.675	1.440	94.6
11	-40.3874	0.10
12	33.4951	1.00	1.641	42.2
13	6.979	6.36	1.440	94.6
14	-20.2422	0.517
15	6.541	4.477	1.440	94.6
16	-91.0707	0.90	1.641	42.2
17	5.158	4.70
18	-4.87	0.90	1.561	53.8
19	13.143	3.238	1.652	33.6
20	-7.079

Bezugszeichenliste

T1,T2,T3: Teilsystem
S1 bis S8: Sammellinse
Z1,Z2: Zerstreuungslinse
M1,M2,M3: Meniskus
d1 bis d19: Dicke
r1 bis r20: Krümmungsradius
FL: Fläche
ne: Brechzahl
ve: Abbezahl

Claims

Hochaperturiges Immersionsobjektiv für konfokale Anwendungen in der Mikroskopie, welches aus drei Linsen und/oder Linsengruppen umfassenden Teilsystemen (T1,T2,T3) zusammengesetzt ist, gekennzeichnet dadurch, dass ausgehend von der Objektseite das - erste Teilsystem (T1) ein Zweifachkittglied und daran anschließend zwei Sammellinsen (S2,S3) umfasst, wobei das Zweifachkittglied zur Objektseite hin eine Planfläche aufweist und mit einer Sammellinse (S1) versehen ist, der ein durchgebogener Meniskus (M1) mit negativer Brechkraft folgt, - das zweite Teilsystem (T2)aus einem Dreifachkittglied mit einer Brechkraft von 0.024 und einem zweiten Zweifachglied mit einer Brechkraft von 0.013 besteht und das - dritte Teilsystem (T3) zwei als Zweifachkittglieder ausgebildete Menisken (M2,M3) mit einer Brechkraft von -0.028 und -0.002 umfasst, deren hohle Flächen einander zugewandt sind und die letzte Linse des zweiten Meniskus (M3) eine Sammellinse (S8) ist.
Hochaperturiges Immersionsobjektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Sammellinsen (S2,S3) des ersten Teilsystems (T1) aus Fluorkronglas gefertigt sind.
Hochaperturiges Immersionsobjektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Dreifachkittglied des zweiten Teilsystems (T2) aus einer Zerstreuungslinse (Z1)) aus Kurzflintglas besteht, die von zwei, aus Fluorkronglas oder Calziumfluorid (CaF2) gefertigten Sammellinsen (S4,S5) eingefasst ist.
Hochaperturiges Immersionsobjektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Zweifachkittglied des zweiten Teilsystems (T2) aus einer Zerstreunungslinse (Z2) aus Kurzflintglas und einer Sammellinse (S6) aus Fluorkronglas oder aus CaF₂ besteht.
Hochaperturiges Immersionsobjektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die letzte Sammellinse (S8) des im dritten Teilsystem (T3) angeordneten zweiten Meniskus (M3) aus einem Glas mit einer Abbe-Zahl kleiner 34 besteht.
Hochaperturiges Immersionsobjektiv nach den Ansprüchen 1 bis 5, gekennzeichnet durch folgende Konstruktionsdaten mit Krümmungsradienadien r in mm, Dicken d in mm, Brechzahlen ne, Abbezahlen ve und der Verwendung einer Ölimmersion bei einer Vergrößerung von 40, einer numerischen Apertur von 1,4, einer Deckglasdicke von 0,17 mm und einem Arbeitsabstand von 0,159 mm: Fläche FL Krümmungsradius r1 - r20 Dicke d1 - d19 Brechzahl Abbezahl n_e v_e Ölimmersion 1 unendlich 0.553 1.519 64.0 2 -0.707 3.267 1.888 40.5 3 -3.351 0.225 4 -11.751 3.455 1.620 63.0 5 -6.541 0.509 6 -49.7597 3.60 1.594 68.0 7 -12.728 0.10 8 12.0575 7.50 1.440 94.6 9 -22.225 1.10 1.641 42.2 10 12.2304 5.675 1.440 94.6 11 -40.3874 0.10 12 33.4951 1.00 1.641 42.2 13 6.979 6.36 1.440 94.6 14 -20.2422 0.517 15 6.541 4.477 1.440 94.6 16 -91.0707 0.90 1.641 42.2 17 5.158 4.70 18 -4.87 0.90 1.561 53.8 19 13.143 3.238 1.652 33.6 20 -7.079