DE102014003192A1 - Apochromatisches Mikroskopobjektiv - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein apochromatisches Mikroskopobjektiv, umfassend drei optische Teilsysteme (G1, G2, G3), wobei ausgehend von der Objektebene (OE) – das erste Teilsystem (G1) aus einem Meniskus (1, 11) und einer Sammellinse (2, 12) besteht, wobei der Meniskus (1, 11) zur Objektebene (OE) hin gewölbt ist, – das zweite Teilsystem (G2) dreigliedrig aufgebaut ist, wobei ein erstes Teilglied (TG1) aus einem Meniskus (13) oder einem Kittglied (3, 4) besteht, ein zweites Teilglied (TG2) als ein sammelndes Kittglied (5, 6, 14, 15) ausgeführt ist und ein drittes Teilglied (TG3) aus einem Kittglied (7, 8, 16, 17) besteht, wobei entweder das erste Teilglied (TG1) oder das dritte Teilglied (TG3) stark streuend ausgelegt ist und – das dritte Teilsystem (G3) mindestens ein Kittglied (9, 10, 18, 19, 20) mit einer sammelnden Linse aufweist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein apochromatisches Mikroskopobjektiv für hochauflösende, chromatisch breitbandige Mikroskopieanwendungen, insbesondere mit digitaler Bildgebung.
  • Bekannt sind Übersichtsobjektive, die typischerweise in der visuellen Beobachtung eingesetzt werden. Sie sind in der Regel nur für das visuelle Spektrum korrigiert und weisen keine hohen numerischen Aperturen auf. Üblich sind beispielsweise achromatische beziehungsweise halbapochromatische Objektive 5×/0.13 bis maximal 5×/0.25. Höhere Aperturen führen zu einem höheren Auflösungsvermögen und dieses kann vom menschlichen Auge nicht aufgelöst werden. Eine gute Korrektion im ultravioletten-(UV) beziehungsweise im infraroten (IR) Bereich ist ebenfalls nicht notwendig, weil das Auge in diesen Bereichen blind ist.
  • Mit dem zunehmenden Trend hin zur digitalen Mikroskopie, wandelt sich diese Situation zunehmend. Digitale Mikroskope sind in der Lage wesentlich mehr Details aufzulösen, als das menschliche Auge. Das geschieht meist mit Hilfe hochauflösender Kameras, beziehungsweise mit Hilfe optischer Nachvergrößerungssysteme. Auch bezüglich des verwertbaren Wellenlängenspektrums sind die digitalen Bildgebungssysteme im Vorteil. Durch diese Vorteile gegenüber dem menschlichen Auge kommt es auch bei den Übersichtsobjektiven wiederholt zur Forderung, hochgeöffnete Systeme mit großer chromatischer Bandbreite zur Verfügung zu stellen.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein von 380 nm bis 900 nm apochromatisches Mikroobjektiv mit einer numerischen Apertur von 0.36 bis 0.4 und einem Objektfeld von 4.4 mm bereitzustellen, welches bis zur Wellenlänge 340 nm eine hinreichend gute Transparenz aufweist.
  • Diese Aufgabe wird durch ein apochromatisches Mikroskopobjektiv der eingangs beschriebenen Art mit den im Patentanspruch 1 formulierten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen 2 bis 9 angegeben.
  • Erfindungsgemäß umfasst das Mikroskopobjektiv drei optische Teilsysteme, wobei ausgehend von der Objektebene
    • – das erste Teilsystem aus einem Meniskus und einer Sammellinse besteht, wobei der Meniskus zur Objektebene hin gewölbt ist,
    • – das zweite Teilsystem dreigliedrig aufgebaut ist, wobei ein erstes Teilglied aus einem Meniskus oder einem Kittglied besteht, ein zweites Teilglied als ein sammelndes Kittglied ausgeführt ist und ein drittes Teilglied aus einem Kittglied besteht, wobei entweder das erste Teilglied oder das dritte Teilglied stark streuend ausgelegt ist und
    • – das dritte Teilsystem mindestens ein Kittglied mit einer sammelnden Linse aufweist.
  • Vorteilhafterweise besteht die Sammellinse des ersten Teilsystems aus einem Fluorkronglas.
  • Ferner ist es von Vorteil, wenn das erste Teilglied des zweiten Teilsystems als Meniskus aus einem hochbrechenden Lanthanglas oder aus einem Kittglied mit mindestens einer Linse aus einem Kurzflintglas besteht.
  • Zweckmäßigerweise besteht das zweite Teilglied des zweiten Teilsystems aus einer Sammellinse aus Fluorkronglas oder Caf2 und einer Zerstreuungslinse aus einem hochbrechenden Lanthan- oder Kurzflintglas besteht.
  • Ebenfalls ist es von Vorteil, dass das Kittglied des dritten Teilgliedes des zweiten Teilsystems eine Linse aus einem Lanthanglas aufweist und eine sammelnde Linse des dritten Teilsystems aus Fluorkronglas oder CaF2 besteht.
  • Das erfindungsgemäße Mikroskopobjektiv soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werde. Dazu zeigen:
  • 1: eine schematische Darstellung der Teilsysteme nach einem ersten Ausführungsbeispiel,
  • 2: eine Darstellung des Mikroskopobjektivs nach 1 mit den Konstruktionsdatenbezugszeichen der Dicken, beziehungsweise Luftabstände sowie der Radien und Flächen der Einzellinsen,
  • 3: eine schematische Darstellung der Teilsysteme nach einem zweiten Ausführungsbeispiel und
  • 4: eine Darstellung des Mikroskopobjektivs nach 3 mit den Konstruktionsdatenbezugszeichen der Dicken, beziehungsweise Luftabstände sowie der Radien und Flächen der Einzellinsen.
  • 1 zeigt die Linsenanordnung der drei optischen Teilsysteme nach einem ersten Ausführungsbeispiel, von der Objektebene OE aus betrachtet mit den Teilsystemen G1, G2 und G3, wobei das Teilsystem 2 aus den teilgliedern TG1, TG2 und T3 besteht.
  • Das erste Teilsystem G1 besteht aus einem Meniskus 1 und einer Sammellinse 2, wobei der Meniskus 1 zur Objektebene OE hin gewölbt ist.
  • Das zweite Teilsystem G2 besteht aus drei Teilgliedern TG1, TG2 und TG3, wobei das erste, stark streuende Teilglied TG1 durch ein Kittglied aus den Linsen 3 und 4 charakterisiert ist und dabei mindestens eine der Linsen 3 oder 4 aus einem Kurzflintglas besteht.
  • Das zweite, sammelnde Teilglied TG2 des zweiten Teilsystems G2 ist als Kittglied, bestehend aus einer Sammellinse 5 aus Fluorkronglas oder CaF2 und einer Zerstreuungslinse 6 aus einem hochbrechenden Lanthan- oder Kurzflintglas, ausgeführt.
  • Darüber hinaus besteht das dritte Teilglied TG3 des zweiten Teilsystems G2 aus einem Kittglied mit den Linsen 7 und 8, wobei die Linse 8 aus Fluorkronglas oder CaF2 gefertigt ist.
  • Das dritte Teilsystem G3 ist charakterisiert durch ein Kittglied mit den Linsen 9 und 10, wobei die Linse 10 aus einem Lanthanglas gefertigt ist.
  • In 2 sind die Dicken, beziehungsweise die Luftabstände d1 bis d15, die Krümmungsradien r1 bis r16 und die Flächen Fl1 bis FL16 der Einzellinsen 1 bis 10 angegeben.
  • Die folgende Tabelle zeigt das erste Ausführungsbeispiel mit den Krümmungsradien r1 bi r16 in mm, den Dicken, beziehungsweise Luftabständen d1 bis d15 in mm, den Brechzahlen ne, den Abbezahlen νe bei einer Vergrößerung von 5,88, einer numerischen Apertur von 0.4, einer Deckglasdicke von 0.17 mm, einem Arbeitsabstand von 5.84 mm und einem Bilddurchmesser von 26.00 mm:
    Fläche FL Krümmungsradius r1–r16 (mm) Dicke d1–d15 (mm) Brechzahl ne Abbezahl νe
    1 –7.717 7.970 1.88815 40.52
    2 –10.745 1.507
    3 38.680 3.960 1.59446 68.00
    4 –22.386 0.920
    5 –17.277 2.700 1.62033 63.10
    6 10.984 3.200 1.72539 34.47
    7 15.962 2.020
    8 17.911 10.400 1.43985 94.49
    9 –13.820 2.500 1.75844 52.08
    10 –24.234 0.100
    11 16.078 2.470 1.71616 53.61
    12 11.713 12.520 1.43985 94.49
    13 21.287 3.300
    14 –73.918 7.000 1.48794 84.07
    15 –10.820 2.000 1.75844 52.08
    16 –18.171
    mit folgenden Konstruktionsdaten der nicht dargestellten Tubuslinseneinheit unter Angabe der Krümmungsradien r1 bis r8 in mm, der Dicken, beziehungsweise Luftabstände d0 bis d8 in mm, der Brechzahlen ne und der Abbezahlen νe:
    Fläche FL Krümmungsradius r1–r8 (mm) Dicke d0–d8 (mm) Brechzahl ne Abbezahl νe
    113.400
    1 101.451 6.700 1.60520 65.15
    2 –42.169 2.800 1.72539 34.47
    3 90.276 32.605
    4 344.713 9.910 1.67718 37.90
    5 –51.212 2.500 1.55440 63.23
    6 –109.028 47.000
    7 unendlich 30.000 1.51872 63.96
    8 unendlich 119.758
    9 Zwischenbildebene
  • 3 zeigt die Linsenanordnung der drei optischen Teilsysteme nach einem zweiten Ausführungsbeispiel, von der Objektebene OE aus betrachtet mit den Teilsystemen G1, G2 und G3, wobei das Teilsystem 2 aus den teilgliedern TG1, TG2 und T3 besteht.
  • Das erste Teilsystem G1 besteht aus einem Meniskus 11 und einer Sammellinse 12, wobei der Meniskus 11 zur Objektebene OE hin gewölbt ist.
  • Das zweite Teilsystem G2 besteht aus drei Teilgliedern TG1, TG2 und TG3, wobei das erste Teilglied TG1 durch einen Meniskus 13 aus einem Lanthanglas charakterisiert ist.
  • Das zweite, sammelnde Teilglied TG2 des zweiten Teilsystems G2 ist als Kittglied, bestehend aus einer Sammellinse 14 aus Fluorkronglas oder CaF2 und einer Zerstreuungslinse 15 aus einem hochbrechenden Lanthan- oder Kurzflintglas, ausgeführt.
  • Darüber hinaus besteht das dritte Teilglied TG3 des zweiten Teilsystems G2 aus einem stark streuenden Kittglied mit den Linsen 16 und 17, wobei die Linse 17 aus einem Lanthanglas gefertigt ist.
  • Das dritte Teilsystem G3 ist charakterisiert durch ein Kittglied mit den Sammellinsen 18, 19 und 20 und einer Linse 21, welche aus einem Fluorkronglas besteht.
  • In 4 sind die Dicken, beziehungsweise die Luftabstände d1 bis d17, die Krümmungsradien r1 bis r18 und die Flächen Fl1 bis FL16 der Einzellinsen 11 bis 21 angegeben.
  • Die folgende Tabelle zeigt das Ausführungsbeispiel 2 mit den Krümmungsradien r1 bi r18 in mm, den Dicken, beziehungsweise Luftabständen d1 bis d17 in mm, den Brechzahlen ne, den Abbezahlen νe bei einer Vergrößerung von 5,88, einer numerischen Apertur von 0.36, einer Deckglasdicke von 0.17 mm, einem Arbeitsabstand von 5.84 mm und einem Bilddurchmesser von 26.00 mm:
    Fläche FL Krümmungsradius r1–r18 (mm) Dicke d1–d17 (mm) Brechzahl ne Abbezahl νe
    1 –8.993 4.000 1.49960 66.78
    2 –11.020 0.100
    3 2208.291 4.000 1.59446 68.00
    4 –22.449 0.100
    5 12.437 6.000 1.82017 46.37
    6 10.587 2.000
    7 17.317 7.000 1.59446 68.00
    8 –9.286 2.000 1.64132 42.20
    9 –60.781 2.600
    10 –10.799 3.000 1.61664 44.27
    11 12.531 4.800 1.77621 49.36
    12 45.035 1.500
    13 –41.795 6.000 1.43985 94.49
    14 –8.636 2.000 1.64132 42.20
    15 –30.473 4.000 1.59667 35.03
    16 –16.944 0.100
    17 –98.743 4.000 1.43985 94.49
    18 –27.406
    mit folgenden Konstruktionsdaten der nicht dargestellten Tubuslinseneinheit unter Angabe der Radien r1 bis r8 in mm, der Dicken, beziehungsweise Luftabstände d0 bis d8 in mm, der Brechzahlen ne und der Abbezahlen νe
    Fläche FL Krümmungsradius r1–r8 (mm) Dicke d1–d8 (mm) Brechzahl ne Abbezahl νe
    114.400
    1 101.451 6.700 1.60520 65.15
    2 –42.169 2.800 1.72539 34.47
    3 90.276 32.605
    4 344.713 9.910 1.67718 37.90
    5 –51.212 2.500 1.55440 63.23
    6 –109.028 47.000
    7 unendlich 30.000 1.51872 63.96
    8 unendlich 119.758
    9 Zwischenbildebene
  • Bezugszeichenliste
    • OE
    Objektebene
    1 bis 21
    Linsen
    G1, G2, G3
    Teilsystem
    TG1, TG2, TG3
    Teilglied
    Fl1 bis Fl18
    Fläche
    d1 bis d17
    Dicke oder Luftabstand
    r1 bis r17
    Krümmungsradius
    ne
    Brechzahl
    νe
    Abbezahl

Claims (9)

  1. Apochromatisches Mikroskopobjektiv, umfassend drei optische Teilsysteme (G1, G2, G3), gekennzeichnet dadurch, dass ausgehend von der Objektebene (OE) – das erste Teilsystem (G1) aus einem Meniskus (1, 11) und einer Sammellinse (2, 12) besteht, wobei der Meniskus (1, 11) zur Objektebene (OE) hin gewölbt ist, – das zweite Teilsystem (G2) dreigliedrig aufgebaut ist, wobei ein erstes Teilglied (TG1) aus einem Meniskus (13) oder einem Kittglied (3, 4) besteht, ein zweites Teilglied (TG2) als ein sammelndes Kittglied (5, 6, 14, 15) ausgeführt ist und ein drittes Teilglied (TG3) aus einem Kittglied (7, 8, 16, 17) besteht, wobei entweder das erste Teilglied (TG1) oder das dritte Teilglied (TG3) stark streuend ausgelegt ist und – das dritte Teilsystem (G3) mindestens ein Kittglied (9, 10, 18, 19, 20) mit einer sammelnden Linse aufweist.
  2. Apochromatisches Mikroskopobjektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sammellinse (2) des ersten Teilsystems (G1) aus einem Fluorkronglas besteht.
  3. Apochromatisches Mikroskopobjektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Teilglied (TG1) des zweiten Teilsystems (G2) als Meniskus (13) aus einem hochbrechenden Lanthanglas ausgebildet ist.
  4. Apochromatisches Mikroskopobjektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Teilglied (TG1) des zweiten Teilsystems (G2) aus einem Kittglied (3, 4) mit mindestens einer Linse (3) aus einem Kurzflintglas besteht.
  5. Apochromatisches Mikroskopobjektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Teilglied (TG2) des zweiten Teilsystems (G2) aus einer Sammellinse (5, 14) aus Fluorkronglas oder Caf2 und einer Zerstreuungslinse (6, 15) aus einem hochbrechenden Lanthan- oder Kurzflintglas besteht.
  6. Apochromatisches Mikroskopobjektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kittglied (7, 8, 16, 17) des dritten Teilgliedes (TG3) des zweiten Teilsystems (G2) eine Linse (7, 16) aus einem Lanthanglas aufweist.
  7. Apochromatisches Mikroskopobjektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine sammelnde Linse (9, 18) des dritten Teilsystems (G3) aus Fluorkronglas oder CaF2 besteht.
  8. Apochromatisches Mikroskopobjektiv nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch folgende Konstruktionsdaten mit Krümmungsradien r1 bi r16 in mm, den Dicken, beziehungsweise Luftabständen d1 bis d15 in mm, den Brechzahlen ne, den Abbezahlen νe bei einer Vergrößerung von 5,88, einer numerischen Apertur von 0.4, einer Deckglasdicke von 0.17 mm, einem Arbeitsabstand von 5.84 mm und einem Bilddurchmesser von 26.00 mm: Fläche FL Krümmungsradius r1–r16 (mm) Dicke d1–d15 (mm) Brechzahl ne Abbezahl νe 1 –7.717 7.970 1.88815 40.52 2 –10.745 1.507 3 38.680 3.960 1.59446 68.00 4 –22.386 0.920 5 –17.277 2.700 1.62033 63.10 6 10.984 3.200 1.72539 34.47 7 15.962 2.020 8 17.911 10.400 1.43985 94.49 9 –13.820 2.500 1.75844 52.08 10 –24.234 0.100 11 16.078 2.470 1.71616 53.61 12 11.713 12.520 1.43985 94.49 13 21.287 3.300 14 –73.918 7.000 1.48794 84.07 15 –10.820 2.000 1.75844 52.08 16 –18.171
    mit folgenden Konstruktionsdaten der Tubuslinseneinheit unter Angabe der Radien r1 bis r8 in mm, der Dicken, beziehungsweise Luftabstände d0 bis d8 in mm, der Brechzahlen ne und der Abbezahlen νe: Fläche FL Krümmungsradius r1–r8 (mm) Dicke d0–d8 (mm) Brechzahl ne Abbezahl νe 113.400 1 101.451 6.700 1.60520 65.15 2 –42.169 2.800 1.72539 34.47 3 90.276 32.605 4 344.713 9.910 1.67718 37.90 5 –51.212 2.500 1.55440 63.23 6 –109.028 47.000 7 unendlich 30.000 1.51872 63.96 8 unendlich 119.758 9 Zwischenbildebene
  9. Apochromatisches Mikroskopobjektiv nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch folgende Konstruktionsdaten mit Krümmungsradien r1 bi r18 in mm, den Dicken, beziehungsweise Luftabständen d1 bis d17 in mm, den Brechzahlen ne, den Abbezahlen νe bei einer Vergrößerung von 5,88, einer numerischen Apertur von 0.36, einer Deckglasdicke von 0.17 mm, einem Arbeitsabstand von 14.24 mm und einem Bilddurchmesser von 26.00 mm: Fläche FL Krümmungsradius r1–r18 (mm) Dicke d1–d17 (mm) Brechzahl ne Abbezahl νe 1 –8.993 4.000 1.49960 66.78 2 –11.020 0.100 3 2208.291 4.000 1.59446 68.00 4 –22.449 0.100 5 12.437 6.000 1.82017 46.37 6 10.587 2.000 7 17.317 7.000 1.59446 68.00 8 –9.286 2.000 1.64132 42.20 9 –60.781 2.600 10 –10.799 3.000 1.61664 44.27 11 12.531 4.800 1.77621 49.36 12 45.035 1.500 13 –41.795 6.000 1.43985 94.49 14 –8.636 2.000 1.64132 42.20 15 –30.473 4.000 1.59667 35.03 16 –16.944 0.100 17 –98.743 4.000 1.43985 94.49 18 –27.406
    mit folgenden Konstruktionsdaten der Tubuslinseneinheit unter Angabe der Radien r1 bis r8 in mm, der Dicken, beziehungsweise Luftabstände d0 bis d8 in mm, der Brechzahlen ne und der Abbezahlen νe: Fläche FL Krümmungsradius r1–r8 (mm) Dicke d1–d8 (mm) Brechzahl ne Abbezahl νe 114.400 1 101.451 6.700 1.60520 65.15 2 –42.169 2.800 1.72539 34.47 3 90.276 32.605 4 344.713 9.910 1.67718 37.90 5 –51.212 2.500 1.55440 63.23 6 –109.028 47.000 7 unendlich 30.000 1.51872 63.96 8 unendlich 119.758 9 Zwischenbildebene
DE102014003192.6A 2014-03-01 2014-03-01 System mit einem apochromatischen Mikroskopobjektiv und einer Tubuslinseneinheit Active DE102014003192B4 (de)

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