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Die Erfindung betrifft ein Korrektionsobjektiv für ein Mikroskop, umfassend eine erste Linsengruppe positiver Brechkraft, eine zweite Linsengruppe positiver Brechkraft, eine dritte Linsengruppe negativer Brechkraft und eine vierte Linsengruppe positiver Brechkraft, die in dieser Reihenfolge von der Objektseite her angeordnet sind, wobei die zweite Linsengruppe entlang der optischen Achse derart bewegbar ist, dass die Summe des Abstands zwischen der zweiten Linsengruppe und der ersten Linsengruppe und des Abstands zwischen der zweiten Linsengruppe und der dritten Linsengruppe konstant ist.
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Aus dem Stand der Technik sind für Mikroskope bestimmte Korrektionsobjektive bekannt, die es einer Bedienperson ermöglichen, Abbildungsfehler zu korrigieren, die durch veränderliche optische Eigenschaften des Probenraums entstehen. Bei diesen Abbildungsfehlern handelt es sich beispielsweise um die sphärische Aberration, die durch Variationen in der Dicke des Deckglases oder Inhomogenitäten in der biologischen Struktur des zu beobachtenden Präparats entsteht. Besonders bei Objektiven hoher numerischer Apertur, bei einer großen Variation der Deckglasdicke und bei hohen Brechzahlunterschieden im Präparat kommt es zu großer sphärischer Aberration.
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Aus der
US 8 705 178 B2 ist ein Korrektionsobjektiv für ein Mikroskop bekannt, das eine erste Linsengruppe positiver Brechkraft, eine zweite Linsengruppe positiver Brechkraft, eine dritte Linsengruppe negativer Brechkraft und eine vierte Linsengruppe positiver Brechkraft umfasst, die in dieser Reihenfolge von einer Objektseite her abgeordnet sind. Die zweite Linsengruppe bildet ein Korrektionsglied, das längs einer optischen Achse bewegbar ist, um die sphärische Aberration, die beispielsweise durch Variationen in der Dicke des Deckglases entsteht, zu korrigieren. Dabei hat die zweite Linsengruppe eine Brechkraft, die etwa gleich oder größer als die Gesamtbrechkraft des Korrektionsobjektivs ist.
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Nachteil dieses Korrektionsobjektivs ist jedoch, dass beim Bewegen der zweiten Linsengruppe die Lage des paraxialen Fokus verändert wird. Eine Bedienperson muss folglich, um ein scharfes Bild einer Probe zu erhalten, Fokuslage und sphärische Aberration gleichzeitig korrigieren. Mit paraxialem Fokus ist im Folgenden der objektseitige Schärfenpunkt in der paraxialen Näherung gemeint.
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Aus der
US7663 807 B2 ist ein Korrektionsobjektiv nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt.
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Ein weiteres Korrektionsobjektiv, das ebenfalls nur ein einziges längs der optischen Achse bewegbares Korrektionsglied aufweist, ist aus der
US 5 940 220 A bekannt. Im Vergleich zum vorgenannten Korrektionsobjektiv ist hier die Brechkraft des längs der optischen Achse bewegbaren Korrektionsglieds klein gegenüber der Gesamtbrechkraft des Korrektionsobjektivs. Eine Korrektionswirkung ergibt sich aus der Position des Korrektionsglieds innerhalb eines divergenten oder konvergenten Strahlengangs, die durch Verschieben des Korrektionsglieds variiert werden kann. Die vergleichsweise geringe Brechkraft des Korrektionsglieds hat den Nachteil, dass das Objektiv eine große Baulänge aufweisen muss, um eine große Korrektionswirkung zu erzielen, und der Durchmesser des Objektivs mit der Baulänge zunimmt, was bei vielen Mikroskopieanwendungen von Nachteil ist.
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Schließlich ist aus der
DE 10 2004 051357 A1 ein als Immersionsobjektiv verwendetes Korrektionsobjektiv bekannt, bei dem zur Korrektion sphärischer Aberration mehrere Linsengruppen bewegt werden. Dieser Aufbau zeichnet sich durch eine hohe mechanische Komplexität aus, die mit hohen Fertigungskosten und einer hohen Reparaturanfälligkeit einhergeht.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es nun Aufgabe der Erfindung, ein einfach und kompakt ausgebildetes Korrektionsobjektiv anzugeben, das es einer Bedienperson ermöglicht, die sphärische Aberration zu korrigieren, ohne die Lage des paraxialen Fokus zu verändern.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Korrektionsobjektiv gemäß dem Anspruch 1. Das Korrektionsobjektiv umfasst eine erste Linsengruppe positiver Brechkraft, eine zweite Linsengruppe positiver Brechkraft, eine dritte Linsengruppe negativer Brechkraft und eine vierte Linsengruppe positiver Brechkraft, die in dieser Reihenfolge von der Objektseite her angeordnet sind, wobei die zweite Linsengruppe längs der optischen Achse derart bewegbar ist, dass die Summe des Abstands zwischen der zweiten Linsengruppe und der ersten Linsengruppe und des Abstands zwischen der zweiten Linsengruppe und der dritten Linsengruppe konstant ist, wobei der Abbildungsmaßstab der zweiten Linsengruppe in einem Bereich von -0,9 bis -1,1 liegt.
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Die Erfindung sieht vor, dass die zweite Linsengruppe, die das Korrektionsglied bildet und demnach längs der optischen Achse bewegbar ist, einen Abbildungsmaßstab aufweist, der in einem Bereich um den Wert -1 liegt. Der Abbildungsmaßstab gibt vorliegend, bezogen auf die zweite Linsengruppe, das Verhältnis von Bildgröße zu Gegenstandsgröße an. Die erfindungsgemäße Wahl des Abbildungsmaßstabs hat zum einen zur Folge, dass die Fokuseinstellung von der Korrektionseinstellung weitestgehend unbeeinflusst ist. Zum anderen kann die Brechkraft der zweiten Linsengruppe so groß gewählt sein, dass der Aufbau des Korrektionsobjektivs kompakt ist. Ferner weist das erfindungsgemäße Korrektionsobjektiv nur ein einziges bewegbares Korrektionsglied auf, was die mechanische Komplexität des Aufbaus reduziert.
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Die Brechkraft D
2 der zweiten Linsengruppe beträgt mindestens ein Zehntel und maximal ein Drittel der Gesamtbrechkraft D des Korrektionsobjektivs:
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Zum einen ist damit die Brechkraft der zweiten Linsengruppe im Verhältnis zur Gesamtbrechkraft so klein, dass ihr Einfluss auf die Lage des paraxialen Fokus weitestgehend vernachlässigbar ist. Zum anderen ist die Brechkraft der zweiten Linsengruppe hinreichend groß, so dass ein kompakter Aufbau, insbesondere eine geringe Baulänge des Objektivs bei ausreichender Korrektionswirkung erzielt wird.
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung enthält die erste Linsengruppe eine erste Linse negativer Brechkraft, bevorzugt eine Meniskuslinse, und eine zweite Linse positiver Brechkraft, bevorzugt eine bikonvexe Linse, die in dieser Reihenfolge von der Objektseite her angeordnet sind. Diese Ausgestaltung erlaubt es, eine große numerische Apertur zu realisieren, was bei den meisten Mikroskopieanwendungen wünschenswert ist.
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Die zweite Linsengruppe enthält in einer bevorzugten Ausgestaltung eine dritte Linse positiver Brechkraft, eine vierte Linse negativer Brechkraft und eine fünfte Linse positiver Brechkraft, die in dieser Reihenfolge von der Objektseite her angeordnet und miteinander verkittet sind. Die Ausgestaltung der zweiten, längs der optischen Achse bewegbaren Linsengruppe als Kittglied vereinfacht den mechanischen Aufbau des Korrektionsobjektivs, da nur ein einziges Linsenglied bewegbar ausgeführt ist.
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In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung sind die dritte Linse und die fünfte Linse bikonvexe Linsen, und die vierte Linse ist eine bikonkave Linse.
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Die dritte Linsengruppe enthält in einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung eine sechste Linse positiver Brechkraft, bevorzugt eine bikonvexe Linse, und eine siebente Linse negativer Brechkraft, bevorzugt eine bikonkave Linse, die in dieser Reihenfolge von der Objektseite her angeordnet und miteinander verkittet sind. Durch die Ausgestaltung als Kittglied lässt sich die dritte Linsengruppe insbesondere als Achromat realisieren, um chromatische Aberration zu korrigieren.
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung umfasst die vierte Linsengruppe eine achte Linse negativer Brechkraft und eine neunte Linse positiver Brechkraft, die in dieser Reihenfolge von der Objektseite her angeordnet sind. Die achte Linse und die neunte Linse sind in einer besonders bevorzugten Ausgestaltung jeweils als Meniskuslinse ausgeführt.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung weist das Korrektionsobjektiv ein Bedienelement auf, mit dessen Hilfe die zweite Linsengruppe längs der optischen Achse bewegbar ist. Das Bedienelement ist beispielsweise ein durch eine Bedienperson manuell betätigbarer Rändelring, dessen Drehung mittels eines Getriebes in eine Längsbewegung der zweiten Linsengruppe umgesetzt wird.
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Die Erfindung sieht ferner ein Mikroskop mit einem Korrektionsobjektiv oben beschriebener Art vor.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung, die die Erfindung im Zusammenhang mit den beigefügten Figuren anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
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Es zeigen:
- 1 ein Ausführungsbeispiel eines Korrektionsobjektivs in einer schematischen Schnittdarstellung, und
- 2 ein Ausführungsbeispiel eines Auflichtmikroskops mit dem Korrektionsobjektiv nach 1 in schematischer Darstellung.
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1 zeigt als Ausführungsbeispiel ein Korrektionsobjektiv 10 in einem Schnitt längs der optischen Achse O.
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Das gezeigte Korrektionsobjektiv 10 umfasst eine erste Linsengruppe 12 positiver Brechkraft, eine zweite Linsengruppe 14 positiver Brechkraft, eine dritte Linsengruppe 16 negativer Brechkraft und eine vierte Linsengruppe 18 positiver Brechkraft, die in dieser Reihenfolge von der Objektseite her (d.h. in Figur von links) angeordnet sind. Die zweite Linsengruppe 14 ist zur Korrektion der sphärischen Aberration längs der optischen Achse O bewegbar. Die erste Linsengruppe 12, die dritte Linsengruppe 16 und die vierte Linsengruppe 18 sind stationär.
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Das Korrektionsobjektiv 10 ist einem Deckglas 20 zugewandt, das zwei plane Flächen F1 und F2 hat. Auf der Fläche F1 ist eine Probe 24 angeordnet ist. Das Deckglas 20 befindet sich in einem Probenraum 26. In 1 ist eine Fokusebene F definiert, die in einem paraxialen Fokus 22 senkrecht von der optischen Achse O durchsetzt ist.
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Die erste Linsengruppe 12 umfasst von der Objektseite her gesehen eine erste Linse 28 negativer Brechkraft mit einer objektseitigen konkaven Fläche F3 und einer bildseitigen konvexen Fläche F4 sowie eine zweite Linse 30 positiver Brechkraft mit zwei konvexen Fläche F5 und F6. Die erste Linse 28 hat objektseitig eine Fase 29.
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Die zweite Linsengruppe 14 umfasst von der Objektseite her gesehen eine dritte Linse 32 positiver Brechkraft, die zwei konvexe Fläche F7, F8 aufweist, eine vierte Linse 34 negativer Brechkraft, die zwei konkave Flächen F9, F10 aufweist, und eine fünfte Linse 36 positiver Brechkraft, die zwei konvexe Flächen F11, F12 aufweist. Die bildseitige konvexe Fläche F8 der dritten Linse 32 und die objektseitige konkave Fläche F9 der vierten Linse 34 sowie die bildseitige konkave Fläche F10 der vierten Linse 34 und die objektseitige konvexe Fläche F11 der fünften Linse 36 sind jeweils miteinander verkittet. Die zweite Linsengruppe 14 bildet somit ein Kittglied. Durch die Ausgestaltung der zweiten Linsengruppe 14 als Kittglied ergibt sich ein kompakter Objektivaufbau, da nur ein einziges Linsenglied zur Korrektion der sphärischen Aberration bewegt werden muss.
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Die dritte Linsengruppe 16 umfasst von der Objektseite her gesehen eine sechste Linse 38 positiver Brechkraft mit zwei konvexen Flächen F13, F14 und eine siebente Linse 40 negativer Brechkraft mit zwei konkaven Flächen F15, F16, wobei die bildseitige Fläche F14 der sechsten Linse 38 und die objektseitige Fläche F15 der siebenten Linse 40 miteinander verkittet sind.
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Die vierte Linsengruppe 18 umfasst von der Objektseite her gesehen eine achte Linse 42 negativer Brechkraft, die objektseitig eine konkave Fläche F17 und bildseitig eine konvexe Fläche F18 aufweist, und eine neunte Linse 44 positiver Brechkraft, die objektseitig eine konkave Fläche F19 und bildseitig eine konvexe Fläche F20 aufweist. In dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel weist die achte Linse 42 objektseitig eine Fase 43 auf.
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Tabelle 1 zeigt Linsendaten des Korrektionsobjektivs 10 nach 1. Der Krümmungsradius der jeweiligen Linsenfläche bzw. der Abstand zur folgenden Fläche ist in mm angegeben. Ferner sind in Tabelle 1 die Brechzahl ne und Abbe-Zahl ve der verwendeten Gläser bei einer Wellenlänge von 546,073 nm angegeben. Die Flächen sind von der Objektseite her durchnummeriert. Zudem sind die in 1 verwendeten Bezugszeichen angegeben.
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Da die zweite Linsengruppe
14 längs der optischen Achse
O bewegbar ist, sind die Abstände zwischen den Linsenflächen
F6 und
F7 sowie zwischen den Linsenflächen
F12 und
F13 variabel. Diese Abstände sind in Tabelle 1 mit V1 bzw. V2 bezeichnet. Ihre Summe ist konstant und beträgt in dem gezeigten Ausführungsbeispiel 4,11 mm.
Tabelle 1
| Fläche | Bezugszeichen | Radius | Abstand | ne | ve |
| 1 | F1 | unend- lich | 1,0000 | 1,51872 | 64,0 |
| 2 | F2 | unend- lich | 1,8959 | | |
| 3 | F3 | -4,5100 | 7,2800 | 1,88815 | 40,5 |
| 4 | F4 | -7,7910 | 0,2000 | | |
| 5 | F5 | 47,1300 | 3,1700 | 1,53019 | 76,6 |
| 6 | F6 | -14,2040 | V1 | | |
| 7 | F7 | 16,4010 | 5,4900 | 1,43985 | 94,5 |
| 8 | F8, F9 | -15,3370 | 4,0000 | 1,64133 | 42,2 |
| 9 | F10, F11 | 11,4780 | 6,0000 | 1,43985 | 94,5 |
| 10 | F12 | -18,5290 | V2 | | |
| 11 | F13 | 23,7720 | 2,9600 | 1,59447 | 68,0 |
| 12 | F14, F15 | -18,1930 | 1,7000 | 1,64133 | 42,2 |
| 13 | F16 | 11,8870 | 5,8900 | | |
| 14 | F17 | -7,1460 | 3,5400 | 1,48914 | 70,2 |
| 15 | F18 | -11,8040 | 1,8300 | | |
| 16 | F19 | -25,3340 | 2,7700 | 1,65391 | 55,6 |
| 17 | F20 | -13,5150 | | | |
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Durch Bewegen der zweiten Linsengruppe 14 kann eine Bedienperson Abbildungsfehler, insbesondere die sphärische Aberration, korrigieren, die durch veränderliche optische Eigenschaften innerhalb des Probenraums 26 entstehen. Ursache für diese Abbildungsfehler können insbesondere Variationen in der Dicke des Deckglases 20 oder Inhomogenitäten in der biologischen Struktur der Probe 24 sein.
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Erfindungsgemäß weist die zweite Linsengruppe 14 einen Abbildungsmaßstab zwischen -0,9 und -1,1 auf, so dass die Position der zweiten Linsengruppe 14 längs der optischen Achse O zwischen der ersten Linsengruppe 12 und der dritten Linsengruppe 16 einen vernachlässigbaren Einfluss auf die Lage des paraxialen Fokus 22 hat. Dies erlaubt es einer Bedienperson, durch Bewegen der zweiten Linsengruppe 14 Abbildungsfehler zu korrigieren, ohne dabei die Lage des paraxialen Fokus 22 wesentlich zu verändern.
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Ferner beträgt die Brechkraft D2 der zweiten Linsengruppe 14 mindestens ein Zehntel und maximal ein Drittel der Gesamtbrechkraft D des Korrektionsobjektivs 10. Um einen kompakten Aufbau, insbesondere eine kurze Baulänge des Korrektionsobjektivs 10 bei großer Korrektionswirkung zu realisieren, ist eine hohe Brechkraft der zweiten Linsengruppe 14 nahe dem vorstehend genannten Maximalwert vorteilhaft.
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2 zeigt in einer schematischen Darstellung ein Ausführungsbeispiel eines Mikroskops 100, welches das Korrektionsobjektiv 10 nach 1 aufweist.
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In einem Beleuchtungsstrahlengang 101 des Mikroskops 100 sind eine Lichtquelle 102, eine Leuchtfeldblende 104, eine Beleuchtungslinse 106 ein dichroitischer Teilerspiegel 108 und das Korrektionsobjektiv 10 angeordnet. Die Lichtquelle 102 emittiert Beleuchtungslicht, bei dem es sich insbesondere um Licht handeln kann, welches die Probe 24 zur Emission von Fluoreszenzlicht anregt. Das Beleuchtungslicht wird durch die Leuchtfeldblende 104 räumlich begrenzt und fällt nach Durchtritt durch die Beleuchtungslinse 106 auf den dichroitischen Teilerspiegel 108. Der dichroitische Teilerspiegel 108 ist derart angeordnet, dass er das Beleuchtungslicht auf das Korrektionsobjektiv 10 richtet, welches dann die Probe 24 beleuchtet.
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In einem Detektionsstrahlengang 103 des Mikroskops 100 sind von der Objektseite her das Korrektionsobjektiv 10, der dichroitisch Teilerspiegel 108 und eine Tubuslinse 110 angeordnet. Die in der Fokusebene F angeordnete Probe 24 emittiert Detektionslicht, bei dem es sich insbesondere um Fluoreszenzlicht handeln kann. Das Detektionslicht tritt durch das Korrektionsobjektiv 10 und fällt auf den dichroitischen Teilerspiegel 108, der das Detektionslicht transmittiert. Nach Durchtritt durch den Teilerspiegel 108 fällt das Detektionslicht in die Tubuslinse 110, die das Detektionslicht auf eine Bildebene B bündelt, in der so ein Bild der Probe 24 erzeugt wird.
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An dem Korrektionsobjektiv 10 ist ein Bedienelement 50 angeordnet, das es einer Bedienperson erlaubt, die sphärische Aberration zu korrigieren. Bei dem Bedienelement 50 handelt es sich beispielsweise um einen Rändelring, dessen Drehung mittels eines Getriebes in eine Bewegung der das Korrektionsglied des Korrektionsobjektivs 10 bildenden zweiten Linsengruppe 14 längs der optischen Achse O umsetzt, um so eine Korrektionswirkung zu erzielen. Wie schon weiter oben erwähnt, ist das Korrektionsobjektiv 10 so ausgebildet, dass die Korrektionseinstellung der zweiten Linsengruppe 14 die Lage des paraxialen Fokus 22 weitestgehend unbeeinflusst lässt.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Korrektionsobjektiv
- 12
- erste Linsengruppe
- 14
- zweite Linsengruppe
- 16
- dritte Linsengruppe
- 18
- vierte Linsengruppe
- 20
- Deckglas
- 22
- paraxialer Fokus
- 24
- Präparat
- 26
- Probenraum
- 28, 30, 32, 34, 36, 38, 40, 42, 44
- Linsen
- 29, 43
- Fasen
- F1 - F20
- Linsenflächen
- 50
- Bedienelement
- 100
- Mikroskop
- 101
- Beleuchtungsstrahlengang
- 102
- Lichtquelle
- 103
- Detektionsstrahlengang
- 104
- Leuchtfeldblende
- 106
- Beleuchtungslinse
- 108
- dichroitischer Teilerspiegel
- 110
- Tubuslinse
- B
- Bildebene
- F
- Fokusebene
- O
- optische Achse
