DE19827013A1

DE19827013A1 - Mikroskop-Objektiv

Info

Publication number: DE19827013A1
Application number: DE19827013A
Authority: DE
Inventors: Yutaka Suenaga; Katsuya Watanabe
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1997-01-29
Filing date: 1998-06-17
Publication date: 1999-12-23
Also published as: JPH10213750A; US5920432A

Abstract

Objektiv-Linsen für ein Mikroskop, bestehend aus einer Frontlinsengruppe Lf mit positiver Brechkraft, die eine Verbund-Meniskuslinse oder eine miniskenförmige Einzellinse enthält, deren konkave Fläche dem Objekt zugewandt ist, und aus einer hinter der Frontlinsengruppe vorgesehenen hinteren Linsengruppe Lr. In der Frontlinsengruppe erfüllen der Brechungsindex nF und die Abbesche Zahl vF der Gläser der objektnächsten Meniskuslinse und der Brechungsindex nR und die Abbesche Zahl vR der Gläser der nicht zur hinteren Linsengruppe gehörenden Positivlinsen die nachstehenden Bedingungen: DOLLAR A nF 1,50, vF > 65 (1) DOLLAR A nR 1,65, 35 < vR < 50 (2).

Description

1. TECHNISCHES GEBIET

Die Erfindung betrifft generell Objektiv-Linsen für ein Mikroskop-Objektiv, das sowohl für die übliche Hell feldbeobachtung als auch für die Fluoreszenzbeobachtung verwendbar ist, und insbesondere für ein Mikroskop- Objektiv mit einer großen numerischen Apertur mit her vorragender Leistung bei der Fluoreszenzbeobachtung mit Hilfe von Erregung durch kurzwellige Ultraviolettstrah len (Erregungswellenlänge: 340 bis 380 nm).

2. STAND DER TECHNIK

Bei jüngsten umfangreichen Untersuchungen an Kalzium ionen, die für Organismen lebenswichtige Bedeutung haben, wurden zu diesem Zweck Fluoreszenzmikroskope zur Messung der zeitweisen Konzentrationsschwankungen von Kalziumionen in der Zelle verwendet. Bei einer solchen Messung dient kurzwelliges ultraviolettes Licht mit einer Wellenlänge von 340 bis 380 nm zur Erregung auf einem Beobachtungsobjekt, um dadurch die Fluoreszenz anzuregen und das Objekt sichtbar zu machen. Wird in einem solchen Fall die Fluoreszenz durch ein übliches Fluoreszenzmikroskop sichtbar gemacht, bei dem die Ob jektiv-Linse gleichzeitig Kondensor ist, wird das Erre gerlicht durch die Objektiv-Linse auf das zu betrach tende Objekt gerichtet, um die dort erzeugte Fluores zenz sichtbar zu machen. Deshalb bedarf es in diesem Fall bei der Objektiv-Linse folgender Maßnahmen in Be zug auf kurzwelliges ultraviolettes Licht (Erreger licht).

Als erstes muß die Objektiv-Linse über einen ausrei chenden Transmissionsgrad (Transmissionsbereich) im kurzwelligen W-Bereich verfügen, d. h. die Bandbreite des Erregerlichtes. Bei einer üblichen Objektiv-Linse sinkt der Transmissionsgrad gegenüber W-Licht rasch ab und es ist schwierig, eine Probe (Betrachtungsobjekt) mit kurzwelligem UV-Licht zu erregen, so daß man eine Objektiv-Linse mit einem hohen Transmissionsgrad gegen über kurzwelligen W-Strahlen braucht. Es ist außerdem notwendig, Selbstleuchten und Solarisation nach Mög lichkeit zu unterbinden, die auftreten, wenn Erreger strahlen auf das Glas- der Objektiv-Linse auftreffen. Da zudem die Intensität der Fluoreszenz, die durch Erre gerlicht ausgelöst wird, äußerst gering ist im Ver gleich zur Intensität des Erregerlichts selbst, muß die numerische Apertur der Objektiv-Linse sehr groß sein, um diese geringe Fluoreszenz aufzufassen. Eine Fluores zenz-Objektiv-Linse ist daher äußerst schwierig herzu stellen, da keine große Auswahl an verwendbaren Glas arten besteht und eine hohe numerische Apertur erfor derlich ist.

Derartige Fluoreszenz-Objektiv-Linsen sind bereits offenbart worden, beispielsweise in der Offenlegungs schrift Sho-55-79406 und der Offenlegungsschrift Sho 55-79408. Die in diesen Offenlegungsschriften beschrie benen Objektiv-Linsen bestehen aus nach dem Trans missionsgrad im kurzwelligen UV-Bereich ausgewähltem Glas und sind für den Einsatz als Fluoreszenz-Objektiv- Linse, wie zuvor beschrieben, konstruiert.

Die vorstehenden Mikroskop-Objektive korrigieren zwar den Farbvergrößerungsfehler, verursacht durch die Objektiv-Linse im Okular, was aber den Nachteil hat, daß diese nur effektiv sind, wenn die Objektiv-Linse mit einem vorgeschriebenen Okular kombiniert ist. Bei den erfindungsgemäßen Mikroskopen erfolgt die Korrektur der chromatischen Aberration jeweils getrennt in der Objektiv-Linse und im Okular, so daß bei Verwendung einer Objektiv-Linse gemäß den vorstehenden Offen legungsschriften in einem Mikroskop die chromatische Aberration, verursacht durch die Objektiv-Linse, un korrigiert bleibt.

Zwei weitere Offenlegungsschriften Hei 5-142477 und Hei 7-230039 (insbesondere die Ausführungsbeispiele 1 und 2) beschreiben ebenfalls Objektiv-Linsen für die Fluo reszenz-Beobachtung. Da es sich bei diesen Objektiv- Linsen aber um Flüssigkeits-Immersionslinsen handelt, haben diese zwar eine größere numerische Apertur, las sen sich aber nur schlecht bei Objektiv-Linsen von Trockensystemen einsetzen. Bei den in diesen Veröffent lichungen offenbarten Objektiv-Linsen ist es schwierig, die Petzvalsumme gering zu halten, so daß ein kompli zierter Linsenaufbau erforderlich ist, wenn ein den Wünschen entsprechendes ebenes Bildfeld erreicht werden soll, was wiederum die Kosten des Systems erhöht.

Auch die Ausführungsbeispiele 3 und 4 der Offenlegungs schrift 7-230039 beschreiben Objektiv-Linsen für Trockensysteme mit einer großen numerischen Apertur und mit einwandfreier Korrektur des sekundären Spektrums. Übersteigt bei diesen Systemen die Bildhöhe 5,5 mm, verschlechtert sich die Koma, was bei der Weitwinkel betrachtung problematisch ist.

Um, wie zuvor bemerkt, den Transmissionsgrad der Erre gerstrahlen im kurzwelligen UV-Bereich (z. B. 340 nm) zu verbessern, kann nur auf einige Glasarten mit hoher Brechzahl und hoher Dispersion zurückgegriffen werden. Beim Aufbau von Objektiv-Linsen mit einer großen nume rischen Apertur aus den wenigen vorhandenen Glasarten ging dies regelmäßig auf Kosten der Abbildungsgüte.

Angesichts dieser Probleme soll durch die Erfindung ein Objektiv für ein Mikroskop geschaffen werden, das eine große numerische Apertur aufweist und dessen Linsen aus Glas mit einem hohen Transmissionsgrad im kurzwelligen UV-Bereich bestehen und mit Hilfe derer eine gute Kor rektur von sphärischer Aberration, Koma, chromatischer Aberration einschließlich Sekundärspektrum möglich ist und dessen Abbildungsgüte über das gesamte Beobach tungsfeld eine Hellfeldbetrachtung und eine Fluores zenzbetrachtung möglich macht.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Zu diesem Zweck besteht ein erfindungsgemäßes Mikro skop-Objektiv aus einer meniskenförmigen Verbundlinse oder einer Einzel-Meniskuslinse, deren konkave Fläche einem Objekt zugewandt ist, und einer Frontlinsengruppe mit durchgehend positiver Brechkraft, die objektseitig angeordnet ist und einer Gruppe von hinteren Linsen, die bildseitig in einem geeigneten Abstand von den Frontlinsen angeordnet ist. Für diesen Aufbau werden Spezialgläser so ausgewählt, daß der Brechungsindex nF und die Abbesche Zahl vF des Glases der Einzel-Menis kuslinse und mindestens ein Linsenelement der Verbund- Meniskuslinse der objektnächsten Frontlinsengruppe ebenso wie der Brechungsindex nR und die Abbesche Zahl vR des Glases von mindestens einem der Linsenelemente mit positivem Brechungsindex die nachstehenden Bedin gungen (1) und (2) erfüllen:

nF ≦ 1,50, vF < 65 (1)

nR ≦ 1,65, 35 < VR < 50 (2).

Darüberhinaus ist das Glas vorzugsweise so gewählt, daß die Abbesche Zahl vRn des Glases der Linsenelemente mit negativem Brechungsindex in der hinteren Linsengruppe die Gesamtsumme Ts der Scheiteldicke der Glasanteile aller Linsen der Frontlinsengruppe und der hinteren Linsengruppe und auch die Gesamtsumme Tf der Scheitel dicke aller Linsen im System, die aus Glas mit einer Abbeschen Zahl von 50 oder weniger bestehen, folgende Bedingungen (3) und (4) erfüllen:

vRn < 60 (3)

(Tf/Ts) < 0,25 (4).

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Erfindungsgemäß ist also aus der Frontlinsengruppe eine Verbundlinse mit positivem Brechungsindex bildseitig von der objektnächsten Verbund-Meniskuslinse oder dem Einzel-Meniskus aus gesehen angeordnet zwecks Korrektur der chromatischen Aberration, der sphärischen Aberra tion u. ä. an der negativen Verbindungsfläche der Ver bundlinse. Da die Verbund-Meniskuslinsen oder menis kenförmigen Einzellinsen, die die vorstehende Bedingung (1) erfüllen, einen ziemlich niedrigen Brechnungsindex aufweisen, reicht der Lichtfluß aus diesen Linsen meist nicht aus, um entweder die chromatische Aberration oder die sphärische Aberration zu korrigieren. Diese Unzu länglichkeit wird durch den Einsatz einer Verbundlinse mit positivem Brechungsindex beseitigt und für die Kor rektur von Aberrationen beliebiger Art wird die nega tive Verbindungsfläche der Verbundlinsen, mit positivem Brechungsindex benutzt.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Es zeigen:

Fig. 1 schematisch die Form einer Objektiv-Linse nach einer ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 2 verschiedene Arten von Aberration von Objektiv- Linsen nach dem ersten erfindungsgemäßen Aus führungsbeispiel;

Fig. 3 schematisch die Form von Objektiv-Linsen nach einer zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 4 verschiedene Arten von Aberration von Objektiv- Linsen nach der zweiten Ausführungsbeispiel;

Fig. 5 zeigt schematisch den Aufbau von Objektiv- Linsen nach einem dritten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel;

Fig. 6 zeigt verschiedene Arten von Aberration bei dieser dritten Ausführungsbeispiel; und

Fig. 7 zeigt schematisch eine zweite (abbildende) Linse, die in Verbindung mit Objektiv-Linsen nach der Erfindung verwendet wird.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Bei Objektiv-Linsen muß die Frontgruppe (Frontlinsen) im allgemeinen eine Linse mit starker konvexer Krümmung aufweisen, durch welche die von einem Objekt ausgehen den divergierenden Lichtstrahlen in einen konvergieren den Lichtstrahl umgewandelt werden, wobei der Bre chungsindex dieser Linse mit zunehmender Nähe der Linse zum Objekt größer wird. In einer Objektiv-Linsenanord nung für mittlere bis starke Vergrößerung hat die dem Objekt am nächsten liegende Linse (erste Linse) große Wirkung, sogar eine besonders große auf die Korrektur von Aberration in der Linsenanordnung insgesamt.

Um das Auftreten von sphärischer Aberration und von Koma zu verhindern, gibt es die nachstehende Methode. Der Krümmungsradius der konkaven Seite der Linsen gruppe, d. h. die objektseitige Fläche der ersten Linse, wird gleich oder fast gleich dem Abstand vom Betrachtungsgegenstand (Objekt) gewählt, so daß die bildseitige konvexe Seite der ersten Linse eine apla natische Fläche ist. Bei derzeit verwendeten Objektiv- Linsen erfüllt die erste Linse jedoch sehr selten diese Bedingungen.

Erstens ist der Krümmungsradius der konkaven Seite der ersten objektseitigen Linse meist zu klein, um gleich dem Abstand vom Betrachtungsgegenstand zu sein, so daß kein ausreichender Arbeitsabstand sichergestellt werden kann. Ferner, wenngleich sphärische Aberration mög licherweise ausgeschaltet werden kann, indem die kon vexe Seite der ersten Linse bildseitig aplanatisch ge macht wird, um hierdurch eine Linse mit großer numeri scher Apertur und einem Nahbereich in einer Objektiv- Linsenanordnung mit mittlerer Vergrößerung mit einem verhältnismäßig großen Sehwinkel zu erreichen, entsteht mit zunehmender Bildhöhe eine starke Koma, die leicht durch außeraxiales Licht verschlechtert werden kann. Aus diesem Grund muß die Geometrie der ersten Linse so gewählt werden, daß sich axiales und außeraxiales Licht die Waage halten. Es ist deshalb schwierig, die Bedin gungen nach Aplanasie zu erfüllen, wenn gleichzeitig die Geometrie der ersten Linse annähernd gleich der einer aplanatischen Linse sein soll.

Aus diesen Gründen muß die erste Linse sphärische Aber ration und andere Arten von Aberration in bestimmtem Maß zulassen, deren Intensität jedoch so niedrig wie möglich gehalten werden sollte. Diesen Erkenntnissen folgend haben Konstrukteure und Hersteller herkömm licher Fluoreszenz-Objektiv-Linsen meist sorgfältig ausgewählte Glasprodukte mit einem möglichst hohen Brechungsindex eingesetzt, obwohl Glasprodukte mit hoher Brechzahl und niedriger Dispersion für die erste Linse auch geeignet sind.

Zur Verbesserung des Lichts im kurzwelligen UV-Bereich mit einer Wellenlänge von etwa 340 nm muß das Absinken des Transmissionsgrades der ersten Linse verringert werden und die erste Linse muß deshalb aus einem Glas mit hohem Transmissionsgrad bestehen. Objektiv-Linsen mit niedriger bis mittlerer Vergrößerung sind ferner hinsichtlich der Petzvalschen Summe und komatischer Aberration eher zufriedenstellend, weil die Scheitel dicke der ersten Linse größer ist. Unter diesen Gegebenheiten muß bei der Scheiteldicke ein bestimmtes Minimum eingehalten werden, indem man Glas mit einem hohen Transmissionsgrad für Licht im kurzwelligen UV- Bereich verwendet. Selbstverständlich ist bei Glas mit hohem Transmissionsgrad die Brechzahl klein.

Da außerdem die erste Linse dem Objekt (Beobachtungs gegenstand) am nächsten liegt und auf diese Erreger licht (Selbstleuchter) fällt und Fluoreszenz anregt, ist das fluoreszente Bild der betrachteten Bildfläche am nächsten. Aus den vorstehenden Erläuterungen geht hervor, daß von einer ersten Linse angeregte Fluores zenz die größte Wirkung an einem Beobachtungsgegenstand erzielt und sich somit am stärksten kontrastmindernd im abgebildeten Bild auswirkt. Demzufolge ist es äußerst wichtig, die durch die erste Linse verursachte Fluores zenz so gering wie möglich zu halten.

Nach den vorstehenden Ausführungen wird bei der Ausbil dung von Objetivlinsen gemäß der Erfindung mit menis kenförmigen Einzel- oder Verbundlinsen, bei denen die konkave Seite der ersten Linse dem Objekt zugewandt ist, die Auswahl des zu verwendenden Glases für die erste Linse in Abhängigkeit von der Bedingung (1) getroffen. Die Bedingung (1) erfüllende Gläser haben einen hohen Transmissionsgrad und niedrige Eigen fluoreszenz. Wird die erste Linse aus diese Bedingung (1) erfüllendem Glas hergestellt, ist es möglich, ein ausreichendes Erregerlicht zu erzeugen, so daß ein Erregerlicht hoher Intensität auf einen Beobachtungs gegenstand angewendet werden kann, damit ein Fluores zenzbild des Beobachtungsgegenstandes mit hohem Kon trast sichtbar wird.

Besteht dagegen die erste Linse aus einem Glas, das die Bedingung (1) nicht erfüllt, d. h. dessen Brechungs index über 1,5 liegt und bei dem die Abbesche Zahl 65 oder weniger beträgt, dann verschlechtert sich der Transmissionsgrad besonders für Licht im kurzwelligen UV-Bereich, wodurch die Eigenfluoreszenz der ersten Linse erhöht wird. In diesem Fall wird bei gängigen Fluoreszenzmikroskopen das Erregerlicht für die Auf lichtbeleuchtung von der Objektiv-Linse absorbiert, so daß sich die Intensität des die Fluoreszenz des Objek tes anregende Erregerlichts verringert und Eigenfluo reszenz der ersten Linse bewirkt, was sich auf das Fluoreszenzbild des Beobachtungsgegenstandes abträglich auswirkt und dadurch den Kontrast des entstehenden Bildes verschlechtert.

Wahlweise kommt unter Umständen in Betracht, die Schei teldicke der Linsen dünner zu halten, um dadurch einen geeigneten Transmissionsgrad auch dann sicherzustellen, wenn das verwendete Glas die Bedingung (1) nicht er füllt. Hier tritt aber Aberration des außeraxialen Lichts ein, insbesondere Koma im unteren Bereich.

Das Mikroskop-Objektiv nach der Erfindung beinhaltet eine Verbundlinse mit positiver Brechkraft der ersten Linse an der Rückseite (bildseitig). Da Gläser, die die Bedingung (1) erfüllen, einen ziemlich geringen Bre chungsindex aufweisen, reicht der von der ersten Linse ausgehende Lichtfluß oft nicht zur Korrektur chroma tischer oder sphärischer Aberration aus. Schutz und Abhilfe gegenüber dieser problematischen Unzulänglich keit bringt die Verwendung einer Verbundlinse mit posi tiver Brechkraft, durch die zudem verschiedene Arten von Aberration über die negative Verbindungsfläche der Linse korrigierbar sind. Außerdem sollte vorzugsweise für die konkaven Linsen der Verbundlinse kein Glas mit hoher Dispersion unter Berücksichtigung des Trans missionsgrades solchen Glases verwendet werden.

Bei dem erfindungsgemäßen Mikroskop-Objektiv werden die Lichtstrahlen, die die Frontlinsengruppe mit positiver Brechkraft passiert haben, in eine hintere Linsengruppe in geeignetem bildseitigem Abstand geleitet. Die Licht strahlen werden hier, wie vorstehend erläutert, bezüg lich sphärischer Aberration und axialer chromatischer Aberration korrigiert, wobei allerdings die Korrektur des Farbvergrößerungsfehlers zu kurz kommt. Wie zuvor beschrieben, ist es zur Korrektur von Aberration (chromatische Aberration) über Objektiv-Linsen und Okulare unabhängig voneinander auch notwendig, den Farbvergrößerungsfehler in einer Objektiv-Linsenanord nung zu korrigieren. Dies kann man nur durch Verwendung von Gläsern mit hoher Dispersion erreichen, aus denen die Linsen mit positivem Brechungsinderin der hinteren Linsengruppe gemäß Bedingung (2) hergestellt werden.

Bestehen die Linsen mit positiver Brechkraft der hin teren Linsengruppe aus einem Glas mit einem Brechungs index von über 1,65 und liegt die Abbesche Zahl bei 35 oder weniger, ist die betroffene Linse insgesamt nicht als Fluoreszenz-Objektiv-Linse geeignet, da der Trans missionsgrad im kurzwelligen UV-Bereich zu gering ist. Da außerdem der Farbvergrößerungsfehler nicht ausreichend durch die Frontlinsengruppe korrigierbar ist, muß der Farbvergrößerungsfehler in der hinteren Linsengruppe zu stark korrigiert werden. Dies bedeutet, daß Linsen mit positiver Brechkraft und hoher Disper sion und Linsen mit negativer Brechkraft mit geringer Dispersion erforderlich sind, wodurch die Korrektur des Farbvergrößerungsfehlers schwierig wird, wenn die Abbe sche Zahl der Linsen mit positiver Brechkraft über 50 liegt.

Wie aus vorstehenden Erläuterungen ersichtlich, ist ein ausreichender Transmissionsgrad für Licht im kurzwelli gen UV-Bereich nur erreichbar, wenn die Dispersion der Linsen mit positiver Brechkraft niedrig ist, d. h. deren Abbesche Zahl höher wird; um aber den Farbver größerungsfehler ausreichend korrigieren zu können, muß die Dispersion höher gewählt werden, d. h. die Abbesche Zahl der Linsen mit positiver Brechkraft muß niedriger werden. Aber auch ohne höhere Dispersion der Linsen mit positiver Brechkraft läßt sich der Farbvergrößerungs fehler korrigieren, indem die Dispersion der Linsen mit negativer Brechkraft in der hinteren Linsengruppe ver ringert wird. Für diese Anforderungen gilt die Bedin gung (3).

Für eine richtige Geometrie einer fluoreszierenden Objektiv-Linse muß diese die Bedingung (4) erfüllen. Diese Bedingung (4) gibt das Verhältnis der Gesamtsumme der Scheiteldicken der Glasanteile (Flintglas) mit einer Abbeschen Zahl von 50 oder weniger an zur Gesamt summe der Scheiteldicken nur der Glasanteile der Linsen des gesamten Objektiv-Linsensystems (Front- und hintere Linsengruppe). Sofern Flintglas nicht die Bedingung (4) erfüllt, ist es hinsichtlich des Transmissionsgrades für Licht im kurzwelligen UV-Bereich weniger gut ge eignet als Kronglas. Solches Flintglas verfügt nicht über einen ausreichenden Transmissionsgrad insbesondere für Licht im kurzwelligen UV-Bereich (z. B. Licht mit einer Wellenlänge von 340 nm).

Wenn die vorstehenden Gleichungen erfüllt sind, lassen sich fluoreszierende Mikroskop-Objektiv-Linsen mit einer verhältnismäßig großen numerischen Apertur und auch mit einem überaus guten Transmissionsgrad für Licht im kurzwelligen UV-Bereich herstellen.

AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Nachstehend werden verschiedene Ausführungen von Lin senformen in Verbindung mit den Zeichnungen beschrie ben. In den Tabellen zu den einzelnen Ausführungsbei spielen bezeichnen die angegebenen Parameter f die Brennweite einer Objektiv-Linse, N. A. die numerische Apertur, β die Vergrößerung und W. D. den Arbeitsab stand. Ferner bezeichnet r den Krümmungsradius für eine bestimmte Linsenfläche, d den Abstand zwischen den Lin senflächen und nd und vd jeweils die Brechzahl und die Abbesche Zahl für die Linie d (587,6 nm). Die hier be schriebenen Ausführungsbeispiele gehen davon aus, daß zwischen einer Probe und einer Objektiv-Linse ein Deck glas liegt, dessen Dicke 0,17 mm beträgt, dessen Bre chungsindex nd 1,52216 und die Abbesche Zahl vd 58,8 ist.

ERSTES AUSFÜHRUNGSBEISPIEL

Fig. 1 zeigt eine Objektiv-Linse nach einem ersten er findungsgemäßen Ausführungsbeispiel, die aus einer Frontlinsengruppe Lf und einer hinteren Linsengruppe Lr besteht. Die Frontlinsengruppe besteht, von der Objekt seite ausgehend, aus einer Verbundmeniskuslinse, deren konkave Fläche dem Objekt zugewandt ist und die eine Konkav-Linse 11 und eine Konvex-Linse 12 vereinigt, aus einer Konvex-Linse 13 und einer Verbundlinse, die aus einer Konkav-Linse 14 und einer Konvex-Linse 15 be steht, während die hintere Linsengruppe Lr eine Ver bundlinse aus einer Konkav-Linse 16 und Konvex-Linsen 17 und 18 ist. Zwischen einem Objektträger 1 und der Objektiv-Linse befindet sich das zuvor erwähnte Deck glas 2.

In der Tabelle 1 sind die obengenannten Linsen-Para meter angegeben. Die Brennweite der Objektiv-Linse beträgt f = 20,0 mm, die numerische Apertur N. A. = 0,5, die Vergrößerung β = -10,0 und der Arbeitsabstand W. D. = 1, 60 mm.

TABELLE 1

Die Werte bei dem erfindungsgemäßen Objektiv nach dem ersten Ausführungsbeispiel, die die obengenannten Bedingungen (1) bis (4) erfüllen, sind in Tabelle 2 angegeben. Außerdem sind verschiedene Aberrationen für das erfindungsgemäße Objektiv des ersten Ausführungs beispiels in Fig. 2 gezeigt. Fig. 2A zeigt insbesondere die sphärische Aberration, Fig. 2B die Astigmation, Fig. 2C die meridionale Koma, Fig. 2D Verzeichnungs fehler (Anorthoskopie) und Fig. 2E die Farbvergröße rungsfehler. In Fig. 2A steht ferner d für die Linie d (587,6 nm), C für die Linie C (656,3 nm), F für die Linie F (486,1 nm) und g für die Linie g (435,8 nm), während in Fig. 2B die durchgezogene Linie eine sagittale Bildfläche und die unterbrochene Linie eine meridionale Bildfläche bezeichnet. Die Darstellungen gelten gleichermaßen für das zweite und dritte Aus führungsbeispiel. Obwohl das erfindungsgemäße Objektiv eine starke Vergrößerung von 10 und eine numerische Apertur von 0,5 aufweist, findet eine gute Korrektur der chromatischen Aberration in Achsrichtung und außeraxial statt.

TABELLE 2

(Den Bedingungen (1) bis (4) entsprechende Werte)

Bedingung (1): nF = 1,4339, vF = 95,57
Bedingung (2): nR = 1,6204, vR = 38,35
Bedingung (3): vRn = 61,09
Bedingung (4): Tf/Ts = 0,1215

ZWEITES AUSFÜHRUNGSBEISPIEL

Fig. 3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines er findungsgemäßen Objektivs mit einer Frontlinsengruppe Lf und einer hinteren Linsengruppe Lr. Die Frontlinsen gruppe Lf besteht, von der Objektseite her gesehen, aus einer Verbund-Meniskuslinse, deren konkave Fläche dem Objekt zugewandt ist und die eine Konkav-Linse 21 und eine Konvex-Linse 22 umfaßt, aus einer Konvex-Linse 23, aus einer Verbundlinse mit einer Konkav-Linse 24 und einer Konvex-Linse 25, aus einer Konvex-Linse 26 und einer Verbundlinse mit einer Konvex-Linse 26, einer Konkav-Linse 27 und eine Konvex-Linse 28, während die hintere Linsengruppe Lr aus einer Verbundlinse mit einer Konvex-Linse 29 und einer Konkav-Linse 30 be steht.

Die vorstehenden Linsenparameter sind in Tabelle 3 an gegeben. Die Brennweite der Objektiv-Linse beträgt f = 10,0 mm, die numerische Apertur N. A. = 0,75, die Ver größerung β = -20,0 und der Arbeitsabstand W. D. = 1,427 mm.

TABELLE 3

Die Bedingungen (1) bis (4) eines erfindungsgemäßen Objektivs erfüllenden Werte sind in Tabelle 4 ange geben. Die verschiedenen Aberrationen der Objektiv- Linse sind in Fig. 4 gezeigt. Die Vergrößerung des Objektivs beträgt 20 und die numerische Apertur 0,75, sie besitzt ein sehr ebenes Bildfeld und ausgezeichnete Abbildungsqualität bis an die Ränder des Sehfeldes gemäß Fig. 4.

TABELLE 4

(Den Bedingungen (1) bis (4) entsprechende Werte)

Bedingung (1): nF = 1,4585, vF = 67,72
Bedingung (2): nR = 1,5750, vR = 41,42
Bedingung (3): vRn = 70,41
Bedingung (4): Tf/Ts = 0,1731

DRITTES AUSFÜHRUNGSBEISPIEL

Fig. 5 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Objektivs bestehend aus einer Front linsengruppe Lf und einer hinteren Linsengruppe Lr. Die Frontlinsengruppe Lf umfaßt, vom Objekt her gesehen, eine meniskenförmige Einzel-Konvex-Linse 51, deren konkave Seite dem Objekt zugewandt ist, eine Konvex- Linse 52, eine Verbundlinse mit einer Konkav-Linse 53 und einer Konvex-Linse 54, eine Verbundlinse mit einer Konkav-Linse 55 und einer Konvex-Linse 56, eine Konkav- Linse 57 und eine Verbundlinse mit einer Konvex-Linse 58 und einer Konkav-Linse 59, während die hintere Linsengruppe Lr aus einer Verbundlinse mit einer Konvex-Linse 60 und einer Konkav-Linse 61 besteht.

Die erwähnten Linsenparameter sind in Tabelle 5 ange geben. Die Brennweite der Objektiv-Linse ist f = 5,0 mm, die numerische Apertur N. A. = 0,9, die Vergrößerung β = -40,0 und der Arbeitsabstand W. D. = 0,55 mm.

TABELLE 5

Die den Bedingungen (1) bis (4) entsprechenden Werte bei einem erfindungsgemäßen Objektiv nach dem dritten Ausführungsbeispiel sind in Tabelle 6 angegeben.

Außerdem sind verschiedene Arten von Aberration der Objektiv-Linse in Fig. 6 gezeigt. Die Vergrößerung des Objektivs beträgt 40, die numerische Apertur 0,9, was für ein Trockensystem verhältnismäßig weit ist.

TABELLE 6

(Den Bedingungen (1) bis (4) entsprechende Werte)

Bedingung (1): nF = 1,4585, vF = 67,72
Bedingung (2): nR = 1,6034, vR = 38,03
Bedingung (3): vRn = 70,41
Bedingung (4): Tf/Ts = 0,1729

Da es sich bei dem Mikroskop-Objektiv nach den vor stehenden Ausführungsbeispielen 1 bis 3 um ein infinites Korrektursystem handelt, kann die Objektiv- Linse allein nicht abbildend wirken. Deshalb ist hier die Objektiv-Linse mit einer zweiten Objektiv-Linse (Abbildungslinse) in Fig. 7 kombiniert, um auf die richtigen Werte für die vorstehenden verschiedenen Arten von Aberration zu kommen. Die Abbildungslinse zeigt gemäß Fig. 7 zwei Paare von Verbundlinsen: eine, die die Linsen 71 und 72 beinhaltet, und die andere mit den Linsen 73 und 74. Die Parameter für diese Abbil dungslinse sind in Tabelle 7 angegeben.

TABELLE 7

Wie vorstehend erläutert, erhält man nach der Erfindung ein Objektiv mit einem hohen Transmissionsgrad für Licht im kurzwelligen W-Bereich (Wellenlänge: 340 bis 380 nm), einer weiten numerischen Apertur und einem guten Korrekturvermögen für verschiedene Arten von Aberration, das außerdem ein Fluoreszenzbild mit starkem Kontrast sichtbar machen kann, indem kurz wellige W-Strahlen zur Erregung aufgebracht werden. Das erfindungsgemäße Objektiv kann verschiedene Arten von Aberration korrigieren, sogar bei Hellfeldbetrach tung und es eignet sich daher sowohl für die Hellfeld betrachtung als auch für die Fluoreszenzbetrachtung.

Claims

1. Mikroskop-Objektiv zur Beobachtung des auf ei ner Seite erzeugten Bildes eines auf der ande ren Seite liegenden Objektes, umfassend

1. eine Frontlinsengruppe mit einer Verbund- Meniskuslinse, deren konkave Seite dem Objekt zugewandt ist, und
2. einer hinteren Linsengruppe mit einer positiven Linsenkomponente bestehend aus mindestens einem positiven Linsenelement und mindestens einem negativen Linsen element, wobei die Front- und hintere Linsengruppe in dieser Reihenfolge vom Objekt aus gesehen im Abstand voneinander angeordnet sind, wobei
3. mindestens eines der Linsenelemente der Verbund-Meniskuslinse, das dem Objekt am nächsten liegt, aus Glas mit einem Brechungsindex nF und einer Abbeschen Zahl vF besteht, und mindestens eine Linse der positiven Linsenelemente der hinteren Lin sengruppe aus Glas mit einem Brechungs index nR und einer Abbeschen Zahl vR be steht, und folgende Bedingungen erfüllt sind:
nF ≦ 1, 50, vF < 65
nR ≦ 1, 65, 35 < vR < 50.

2. Mikroskop-Objektiv nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß die Frontlinsengruppe (Lf) mindestens eine Verbundlinse mit einem positi ven Brechungsindex aufweist und vom Objekt wei ter entfernt angeordnet ist, wobei die konvexe Seite der hinteren Linsengruppe (Lr) zugewandt ist, und wobei eine konkave Seite der Verbund linse der Korrektur chromatischer und sphäri scher Aberration sowie anderen Arten von Aber ration dient.

3. Mikroskopobjektiv nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß die negativen Linsenelemente der hinteren Linsengruppe (Lr) aus Glas mit ei ner Abbeschen Zahl vRn bestehen, und daß einige der Linsen aus einem Glas mit einer Abbeschen Zahl 50 oder weniger bestehen und das Objektiv folgende Bedingungen erfüllt:
vRn 60
(Tf/Ts) < 0,25,
worin Ts die Gesamtsumme der Scheiteldicken der Glasteile aller Linsen aus der Front- und hin teren Linsengruppe (Lf, Lr) bedeutet und Tf die Gesamtsumme der Scheiteldicken aller Linsen aus Glas mit einer Abbeschen Zahl von 50 oder klei ner bezeichnet.

4. Mikroskop-Objektiv nach Anspruch 3, dadurch ge kennzeichnet, daß die Frontlinsengruppe (Lf) mindestens eine Verbundlinse mit einem positi ven Brechungsindex umfaßt, die weiter entfernt vom Objekt liegt und deren konvexe Seite der hinteren Linsengruppe (Lr) zugewandt ist, und daß die konkave Seite der Verbundlinse die Korrektur chromatischer und sphärischer Aber ration und anderer Arten von Aberration be wirkt.

5. Mikroskop-Objektiv nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Frontlinsengruppe (Lf) eine der Meniskuslinse der Verbundlinse nachge ordnete Konvex-Linse aufweist.

6. Mikroskop-Objektiv nach Anspruch 5, dadurch ge kennzeichnet, daß die Frontlinsengruppe (Lf) eine Verbundlinse aufweist, die eine erste Konvex-Linse, eine Konkav-Linse und eine zweite Konvex-Linse in dieser Reihenfolge vom Objekt aus gesehen umfaßt, wobei die zweite Ronvex- Linse der hinteren Linsengruppe (Lr) zugewandt ist.

7. Mikroskop-Objektiv zur Beobachtung des auf einer Seite erzeugten Bildes eines auf der anderen Seite gelegenen Objektes, umfassend

1. eine Frontlinsengruppe (Lf) bestehend aus einer Meniskuslinse mit einer konkaven dem Objekt zugewandten Seite, und
2. eine hintere Linsengruppe (Lr), die min destens eine Linsenkomponente aus einem positiven Linsenelement und einem nega tiven Linsenelement enthält, wobei die Front- und die hintere Linsengruppe (Lf, Lr) in dieser Reihenfolge vom Objekt aus gesehen mit Abstand zueinander angeordnet sind, wobei
3. die Meniskuslinse aus Glas mit einem Brechungsindex nF und einer Abbeschen Zahl vF besteht, und wobei mindestens eine Linse der positiven Linsenelemente der hinteren Linsengruppe (Lr) aus Glas mit einem Brechungsindex nR und einer Abbeschen Zahl vR besteht, und die folgenden Bedingungen erfüllt sind:
nF < 1, 50, vF < 65
nR < 1, 65, 35 < vR < 50.

8. Mikroskop-Objektiv nach Anspruch 7, dadurch ge kennzeichnet, daß die Frontlinsengruppe (Lf) mindestens eine Verbundlinse mit einem positi ven Brechungsindex aufweist, die weiter ent fernt vom Objekt angeordnet und mit der kon vexen Seite der hinteren Linsengruppe (Lr) zugewandt ist, deren konkave Seite die Kor rektur von chromatischer, sphärischer und anderen Arten von Aberration bewirkt.

9. Mikroskop-Objektiv nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die negativen Linsenele mente der hinteren Linsengruppe (Lr) aus Glas mit der Abbeschen Zahl vRn bestehen und einige der Linsen aus Glas mit der Abbeschen Zahl 50 oder kleiner bestehen, wobei das Objektiv folgende Bedingungen erfüllt:
vRn < 60
(Tf/Ts) < 0,25,
worin Ts die Gesamtsumme der Scheiteldicken der Glasanteile aller die Front- und hintere Lin sengruppe (Lf, Lr) bildenden Linsen und Tf die Gesamtsumme der Scheiteldicken aller Linsen aus Glas mit der Abbeschen Zahl 50 oder kleiner be zeichnet.

10. Mikroskop-Objektiv nach Anspruch 9, dadurch ge kennzeichnet, daß die Frontlinsengruppe (Lf) mindestens eine Verbundlinse mit einem positi ven Brechungsindex aufweist und weiter entfernt vom Objekt angeordnet und mit der konvexen Sei te der hinteren Linsengruppe (Lr) zugewandt ist, und eine konkave Seite der Verbundlinse die Korrektur von chromatischer, sphärischer und anderer Arten von Aberration bewirkt.

11. Mikroskop-Objektiv nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Frontlinsengruppe (Lf) eine der Meniskuslinse der Verbundlinse nachge ordnete Konvex-Linse aufweist.

12. Mikroskop-Objektiv nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Frontlinsengruppe (Lf) eine Konkav-Konvex-Verbundlinse, eine Konkav- Linse und eine Konvex-Konkav-Verbundlinse um faßt, die in dieser Reihenfolge vom Objekt aus gesehen angeordnet und der hinteren Linsengrup pe (Lr) zugewandt sind.

13. Mikroskop-Objektiv nach Anspruch 7, gekenn zeichnet durch eine der Bildformation dienende, aus zwei Paaren von Verbundlinsen bestehende Linse.

14. Mikroskop-Objektiv nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die negativen Linsenele mente der hinteren Linsengruppe (Lr) aus Glas mit der Abbeschen Zahl vRn bestehen, und daß einige der Linsen aus Glas mit der Abbeschen Zahl 50 oder kleiner bestehen, und daß das Objektiv folgende Bedingungen erfüllt:
vRn < 60
(Tf/Ts) < 0,25.

15. Mikroskop-Objektiv zur Beobachtung eines auf einer Seite erzeugten Bildes eines auf einer anderen Seite angeordneten Objektes, bestehend aus

1. einer Frontlinsengruppe (Lf) mit positiver Brechkraft mit einer Verbund-Meniskuslinse mit einer dem Objekt zugewandten konkaven Seite,
2. einer hinteren Linsengruppe (Lr) mit einer positiven Linsenkomponente, die aus min destens einem positiven Linsenelement und mindestens einem negativen Linsenelement besteht, wobei die Front- und die hintere Linsengruppe (Lf, Lr) in dieser Reihen folge vom Objekt aus gesehen mit einem Abstand zueinander angeordnet sind, und
3. einer abbildenden Linse mit mindestens einer Verbundlinse, die aus mindestens einem positiven Linsenelement und einem negativen Linsenelement besteht,
4. wobei mindestens eines der Linenelemente der objektnächsten Verbund-Meniskuslinse aus Glas mit einem Brechungsindex nF und einer Abbeschen Zahl vF besteht, und wobei mindestens eine Linse der positiven Lin senelemente der hinteren Linsengruppe (Lr) aus Glas mit einem Brechungsindex nR und einer Abbeschen Zahl vR besteht, und die nachstehenden Bedingungen erfüllt sind:
nF ≦ 1, 50, vF < 65
nR ≦ 1, 65, 35 < vR < 50.

16. Mikroskop-Objektiv nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Frontlinsengruppe (Lf) mindestens eine Verbundlinse mit positivem Brechungsindex aufweist, die vom Objekt weiter entfernt liegt und von der eine konvexe Fläche der hinteren Linsengruppe (Lr) zugewandt ist und deren konkave Fläche der Korrektur chroma tischer, sphärischer und anderer Arten von Aberration dient.

17. Mikroskop-Objektiv nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die negativen Linsenele mente der hinteren Linsengruppe (Lr) aus Glas mit der Abbeschen Zahl vRn bestehen und einige der Linsen aus Glas mit der Abbeschen Zahl 50 oder kleiner bestehen, und daß das Objektiv nachstehende Bedingungen erfüllt:
vRn < 60
(Tf/Ts) < 0,25,
wobei Ts die Gesamtsumme der Scheiteldicken der Glasanteile aller die Frontlinsengruppe (Lf) und die hintere Linsengruppe (Lr) bildenden Linsen und Tf die Gesamtsumme der Scheitel dicken aller Linsen aus Glas mit der Abbeschen Zahl 50 oder kleiner bezeichnet.

18. Mikroskop-Objektiv nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Frontlinsengruppe (Lf) mindestens eine Verbundlinse mit einem positi ven Brechungsindex aufweist, die vom Objekt weiter entfernt liegt und von der eine konvexe Fläche der hinteren Linsengruppe (Lr) zugewandt ist, und eine konkave Fläche der Korrektur chromatischer, sphärischer und anderer Arten von Aberration dient.

19. Mikroskop-Objektiv nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Frontlinsengrupge (Lf) eine zwischen der Verbund-Meniskuslinse und der Verbundlinse angeordnete Konvex-Linse aufweist.

20. Mikroskop-Objektiv nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Frontlinsengruppe (Lf) eine aus einer ersten Konvex-Linse, einer Kon kav-Linse und einer zweiten Konvex-Linse in dieser Reihenfolge vom Objekt aus gesehen auf weist, wobei die zweite Konvex-Linse der hin teren Linsengruppe (Lr) zugewandt ist.