DE2047673C3

DE2047673C3 - Mikroskopobjektiv mit einer Frontlinsengruppe in Form eines auswechselbaren Semiobjektivs

Info

Publication number: DE2047673C3
Application number: DE2047673A
Authority: DE
Inventors: Harold Edward Rochester N.Y. Rosenberger (V.St.A.)
Original assignee: Bausch and Lomb Inc
Current assignee: Bausch and Lomb Inc
Priority date: 1969-11-06
Filing date: 1970-09-28
Publication date: 1979-02-15
Also published as: US3583789A; GB1333755A; DE2047673A1; JPS4910267B1; CH523511A; AT309098B

Description

	X XI XII	3	Radien	Linsendicke	4	ν
Element	R_n = -0,1726Z) R₁. = 0,1422 D R₁₃= 1.S24 D R_lt = -1,824 D	t_la = 0,031 D ^=0,019/3 r₄, = 0,05 D		33,8 59,6 64,5
	1,649 1,518 1,517

Abstand S₀ zwischen XI und XII = 1,0 D.

Beim Mikroskopobjektiv nach der Erfindung werden die Bildfehler des als Frontlinse vorgesehenen Semiobjektivs, das gegen andere Semiobjektive mit entsprechend abgestufter Vergrößerung austauschbar ist, durch die allen Semiobjektiven zugeordnete Korrekturlinsengruppe kompensiert. Die okularseitige Einzellinse der Korrekturlinsengruppe dient zum Ausgleich des Randfarbenfehlers der Semiobjektive, von denen die weniger stark vergrößernden Semiobjektive hinsichtlich des Randfarbenfehlers so stark überkorrigiert sind, daß ihr Randfarbcnfehler den der stärker vergrößernden Semiobjektive entspricht. Das negative Dublett korrigiert den Astigmatismus, as die Koma und die Bildfeldwölbung des von den austauschbaren Semiobjektiven erzeugten Bildes, so daß der zwischen dem negativen Dublett und der positiven Einzellinse vorliegende parallele Strahlengang hinsichtlich seiner Länge ohne Schwierigkeiten verändert werden kann und die Einfügung einer Zwischenoptik, beispielsweise eines Strahlenteilers, ermöglicht.

Die Erfindung wird nun näher an Hand von Zeichnungen erläutert, in denen zeigt:

F i g. 1 ein Diagramm zur Erläuterung der Erfindung und

F i g. 2 bis 4 schematische Darstellungen von Mikroskopobjektiven nach der Erfindung mit unterschiedlicher Vergrößerung.

Ein Mikroskopobjektiv 22 nach der Erfindung besteht aus einem auswechselbaren Semiobjektiv 12, 14, 16 bzw. 17 und einem Korrekturlinscnsystem 21. Das Korrekturlinsensystem 21 enthält ein negatives Glied X, XI, das die von den Semiobjektiven 12, 14. 16 und 17 ankommenden Strahlen nach Unendlich fokussiert und gleichzeitig mindestens den Astigmatismus, die Koma und die Bildfeldwölbung korrigiert, und eine positive Linse XII, die die Strahlen in die Brennebene 20 eines Okulars 25 fokussiert und die praktisch alle Rcstfarbenfehlcr dos gesamten Linsen- so systems 22, 26, 28 und 30 korrigiert.

Ein typischer Satz untereinander zusammenhängender Semiobjektive kann auf einem Revolverkopf angebracht sein. Dabei sind die Vergrößerungen, Brennweiten und numerischen Aperturen der einzelnen Semiobjektive verschieden, wobei die Vergrößerungen niedriger sind als entsprechende Werte bei Standardobjektiven. Bevorzugte Werte für die Semiobjektive sind in den Tabellen I bis IV angegeben.

60

Tabelle I

VergröUerung	Brennweite	Numerische Apertur
0,8 mal 8,0 mal 20 mal	16,517 6,917 3^269	0,09 0₍65 1,25

Tabelle II (Vergrößerung 0,8)

-Fi	0,139 D	0,183 D
Fn =	0,162 D	0,2995 D
fm =	0,198 D	0,261 D
-Fiv =	0,259 D	0,193 D
Fv	0,312 D	0,263 D
S₁ =	0,127 D	0,181 D
S₂ =	0,00025 D	0,007 D
*S₃ =*	0,298 D	0,003 D
*S₁ =*	0,005Z)	0,006 D
*s_s =*	0,041 D	0,006 D
*U -*	0,019 D	0,311 D
*U =*	0,031 D	0,090 D
h =	0,038 D	0,031 D
	0,023 D	0,019 Z)
*h =*	0,031 D	0,047 D
-Ri =	0,213 D	0.039 O
R_% =	0,150 D	0,052 D
R₃	0,159 D
*-R₁ =*	0,399 D
-Rs	1,002 D
*-R_s =*	0,093 D
-R₇ =	0,198 D
jR_a =	0,234 D
—Ra =	0,489 D
HD© =	1,620
Hd(II) =	1,720
HD(IU) =	1,514
hd(IV) =	1,751
«d(V) =	1,514
V(D =	60,3
V(II) =	29,3
V(III) =	70,0
v(IV) =	27,8
v(V) =	70,0
>elle IH (Vergrößerung
•Fbi =
^BII =
jFbiii =
fmv =

Fbvi =

*S_n*
S)Z =

Su
Ul
ht —
Ui —
Ή =

£ =

Tabelle III (Fortsetzung) Tabelle IV (Fortsetzung)

Rb₁	= 0,079 D
Rb₂	= 0,067/)
Rv₃	= 0,984 D
R-Bt	-. 0,134Z)
R-Bs	= 0,865Z)
AB,	= 0,153Z)
ÄD7	= 0,252Z)
i?B8	= 0,507Z)
	= 0,137Z)
Rbio	= 0,256 D
77D(BI) =	= 1,620
72D(BII) =	= 1,514
Md(BIII) =	= 1,720
n_D(BlV\ =	= 1,514
77D(BV) =	= 1,749
no(BVI) =	= 1.514
ν (Bl) =	= 60,3
ν (BII) =	= 70,0
l'(BIII) =	= 29,3
ν (BIV) =	= 70,0
ν (BV) =	= 35,0
ν (BVI) =	= 70,0
e IV (Ver£	;rößerung 20
Fei	= CC
Fen	= 0,044Z)
Fein	= 0,192Z)
Fciv	= 0,237Z)
-Fcv	= 0,197 D
Fcyj	= 0,174Z)
■Fcvn	= 0,200Z)
J⁷CVIn	= 0,190Z)
Feix	= 3.193 Z)
S₁,	= 0,0014Z)
S_lt	= 0,0003Z)
S₁₇	= 0,007Z)
S_1S	= 0,0012Z)
S₁₉	= 0,0012Z)
S₂₀	= 0,0027Z)
S₂₁	= 0,295 D
hl	= 0,013Z)
he	= 0,027Z)
hl	= 0,029Z)
	= 0,030Z)
hl	= 0,019Z)
t₂₂	= 0,044Z)
I₂₃	= 0,019Z)
tu	= 0,044Z)
«25	= 0.050 D
-Rc₁	= Ebene
Rc₂	= Ebene
Rc₃	= 0.027 D
Ra	= 0,162Z)
Res	= 0,073Z)
Rc₆	= 0,881 D
-RC7	= 0,14OD
Rc,	= 0,746Z)
Rc_s	= 0,118Z)
-Rc₁₀	= 0,314Z)
Rc₁₁	= 0,706Z)
Rc₁₂	= 0,118Z)
-Rc₁₃	= 0,488Z)
Reu	= 0,168Z)
Rc_ls	= 0,168Z)
/71,(CI)	= 1,670
771,(CII)	= 1,620

77D(CIII)	= 1,620
7/D(ClV)	= 1.514
"D(CV)	= 1,720
HD(CVl)	= 1,514
/Iu(CVII)	= 1,720
7!D(CVIlI)	= 1,514
7Jd(CIX)	= 1,514
V(CI)	= 47,2
ν (CIi)	= 60,3
v(CIII)	= 60,3
V(CIV)	= 70,0
v(CV)	= 29,3
V(CVI)	= 70,0
ν (CVII)	= 29,3
V(CVIII)	= 70,0
V(CIX)	-= 70,0

Jedes Semiobjektiv ist unvollständig für Aberration korrigiert und bezüglich seiner optischen Eigenschaften auf die anderen Semiobjektive abgestimmt. Der Bezugsparameter ist in den Zeichnungen und in der Beschreibung mit D bezeichnet und stellt den

ϊ5 axialen Abstand zwischen dem Objekt oder der Deckglasoberfläche P und der Bildebene 19 dar, die die Semiobjektive 14, 16 und 17 für sich alkine genommen bilden. Der numerische Wert für den Abstand D ist 80,0 mm.

Die Konstruktionsdaten betreffen:

a) Die Brennweiten — Fi bis Fv für die aufeinanderfolgenden Linsen I bis V, wobei das Minuszeichen (—) eine negative Brennweite darstellt;

b) die aufeinanderfolgenden Luftzwischenräume S₁ bis S₅ zwischen der Deckglasoberfiäche P und dem Korrekturlinsensystem21;

c) die axialen Dicken h bis '5 der aufeinanderfolgenden Linsen;

d) die Radien der aufeinanderfolgenden Linsenoberflächen, die mit -Zi₁ bis —Λ₉ bezeichnet sind, wobei ein Minuszeichen (—) bedeutet, daß die Oberfläche gegenüber dem einfallenden Licht konkav ist;

e) den Brechungsindex n_D (I) bis n_D (V) der Glassorlen der einzelnen Linsen I bis V; und

f) die Abbesche Zahl ν der Glassorten der Linsen I bis V, bezeichnet mit ν (1) bis ν (V).

Das Korrekturlinsensystem 21 ist feststehend angeordnet und auf das jeweils verwendete Semiobjektiv optisch ausgerichtet und kompensiert den Astigmatismus und die Bildfeldwölbung der Semiobjektive sowie Reslfarbfehler. Die Brennweilen der Linsen des Korrekturlinsensystems 21 sind so optimicrt, daß das Bildfeld 20 sehr gut geebnet ist. Die optimale Vergrößerung des Korrekturlinsensystems 21 ist + 5ma1.

Das Korrekturlinsensystem 21 besteht aus einem vorderen Dublett mit negativer Brennweite und einer hinteren positiven Einzellinse. Das Dublett besteht aus einer Plankonvexlinse X, die mit ihrer Rückseite an eine Bikonkavlinse Xl angrenzt; die erwähnte Einzellinse mit positiver Brennweite ist mit XII bezeichnet. Die Brennweiten Fk, —Fxi und Fxn beziehen sich auf die Lins.cn X, XI und XlI und haben die im folgenden angegebenen rechnerischen Werte, wobei ein Minuszeichen ( — ) eine negative Brennweite bedeutet.

1,644	Idealfall:	< /Id(X)	<	1,654	33,8
1,513	Fl₀(X) =	< /id(XI)	<	1,523	59,6
1,512		< /id(XH)	<	1,522	64,5
29,6	/id(XII) =	<v(X)	<	37,0
55,4	< ν (XI)	<	63,8
60,3	< V(XH)	<	68,7

1,649 und	v(X) =
1,518 und
1,517 und	CI) =
ν (XlI) =

7 8

0,246 D < Fx < 0,286 D Außerdem bestehen die Linsen X bis XlI aus Glas

0,128 D < — Fxi < 0,168 D mit den folgenden Werten für Brechungsindex «d

1,644 D < i'xn < 1,90 D und Abbesche Zahl v.

Absolutwerte:

Im Idealfall würden die Werte für Fx, —Fxi und 5
fxii im wesentlichen 0,266 D, -0,148 D und 1,772 D
betragen. Die entsprechenden Werte der axialen
Dicke Z₄₀, /_4l und t_i2 für die Linsen X bis XII sind
durch die folgenden rechnerischen Ausdrücke festgelegt: ¹⁰

0,029 D < Uo < 0,033 D
0,017 Z) < /„, < 0,021 D
0,047 D < t₄₂ < 0,053 D

Im Idealfall betragen die Werte für f₄₀, f₄₁ und /₄₂ 15
im wesentlichen 0,031 D, 0,019 D und 0,05 D.

Die Radien der Linsenoberflächen der Linsen X,

XI und XII sind der Reihe nach mit R₁₀, -.R₁₁, A₁₂, Die Bildvergrößerung der Semi-Objektivc in Ver-

.R₁₃ und — R_u bezeichnet und ihre Werte sind im fol- bindung mit dem Korrekturlinsensystem 21 beträgt

genden angegeben: ao 4,0mal, 40mal und lOOmal.

. „ onn £*^as allgemein mit 25 bezeichnete Okular liefert ein 7,„. < ρ¹⁰ < f.'if " _n vergrößertes Bild des Primärbildes in der Bildebene 20 η 1 inn η ^ ρ Z- ηΛΔ η ^{und kann ein} herkömmliches Standard-Okular sein. 1 «1» η Z- /? Z- inn ^{Die v}°r^stehende Beschreibung betrifft im wesent-1 fi4R η Z- -ß Z- 2 0 D ^{a5 lichen ein} Mikroskpo-Objektivlinsensystem aus meh-1.04S υ < K₁₁ < L,\j υ ^^^ Semi-Objektiven mit verschiedenen, abgestuften Im Idealfall sind die Werte für die Radien R₁₀ bis Vergrößerungen, die zusammen mit einem gemeinsam -Rn die folgenden: verwendeten Aberrations-Korrekturlinsensystem 21 _R _ p, eine erheblich bessere Bildqualität des letztlichen _Jo¹⁰ Z 01726 D ³° ^{Bildes liefern}; ^die Semi-Objektive stehen in gegen- _^u ~ n'i4?9 D seitiger Beziehung zueinander und sind bezüglich dem ρ Z ι'™ η Korrekturlinsensystem 21 so ausgelegt, daß eine _R Z 1 824 η außerordentlich gute Korrektur der Linsenfehler ¹⁴ ~~ ' erzielt wird, insbesondere für Bildfeldwölbung, Astig-Der axiale Abstand zwischen dem Dublett (X, XI) 35 matismus, Koma, sphärische Aberration und restund der Einzellinse XII ist S₆, und sein Wert ist liehe Randfarbenfehler. Die Korrektur der sphärischen gegeben durch Aberration wird in einem beträchtlichen Ausmaß η fin η <? 1 75 D dadurch unterstützt, daß maximal viele Linsen mit ^{1 6} ' schwach gekrümmten Oberflächen in dem optischen Im Idealfall ist S₆ = 1,0 D. 40 System verwendet sind.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Mikroskopobjektiv mit einer Frontlinsengruppe in Form eines auswechselbaren Semiobjektivs und einer darauffolgenden feststehenden, ein negatives Dublett umfassenden Korrekturlinsengruppe, die absichtlich bei den Semiobjektiven vorgesehene Abbildungsfehler ausgleicht und eine Vergrößerung des vom jeweiligen Semiobjektiv erzeugten Bildes herbeiführt, dadurch gekennzeichnet, daß das negative Dublett (X, XI) der Korrekturlinsengruppe (21) das vom jeweiligen Semiobjektiv (14, 16 bzw. 17) ausgehende Strahlenbündel nach Unendlich fokussiert, die Korrekturlinsengruppe weiterhin eine okularseitige positive Einzellinse (XII) aufweist, die das von dem Dublett ausgehende Strahlenbündel in die Brennebene eines Okulars (25) fokussiert, und für die Linsen (X, XI, XII) folgende Bedingungen für die auf den Abstand (D) zwischen Objektebene und Bildebene der Semiobjeklive bezogenen Flächenradien (R), Mittendicken (r) und Luftabstand (5_β) zwischen den Linsen (XI und XII) sowie für die Brechwerte (mj) und die Abbe-Werte (v) eingehalten sind:

-2,0 D < c A₁₀(X) < 0,1588D < C -A_n(X, XI) < 0,1300Z) < C .R₁₂(XI) < 1,648 D < C i?₁₃(X") < 1,648 D < c /J₁₁(XII) < 0,029 D < c UX) < 0,017 D < C Z₄₁(XI) < 0,047 D < c UX") < 0,60 D < ζ S₆ < 1,644 C /Jd(X) < 1,513 C /Id(XI) < 1,512 C /id(XII) < 29,6 C V(X) < 55,4 C ν (XI) < 60,3 C ν (XII) < : 2,0 D : 0,1864 Z) : 0,1544 D : 2,0 D : 2,0 Z) ; 0,033 Z) ; 0,021 Z) ; 0,053 D ; 1,75 D : 1..654 : 1,523 C 1,522 : 37,0 : 63,8 : 68,7

denen zwischen Objektiv und Okular eine Zwischenoptik vorgesehen ist, die jedoch nicht zur Korrektur von Bildfehlern herangezogen wird und auch keine Vergrößerung bewirkt, sondern lediglich einen pa-S rallclen Strahlengang erzeugt und daher die Anordnung eines Strahlenteilers zur simultanen Abbildung des vom Objektiv erzeugten Bildes in mehrere äquivalente Bildebenen ermöglicht.

Aus der USA.-Palentschrifi 1 761 441 ist auch bereits die Verwendung einer Korrekturlinsengruppe aus einer negativen und aus einer positiven Einzellinse zum Ausgleich der Bildfehler von inibesondere Mikroskopobjektiven bekannt. Dabei ist für jedes Objektiv eine spezielle Korrekturlinsengruppe erforderlich. Aus der USA.-Patentschrift 3 132 200 ist auch bereits die Verwendung eines Teleskopobjektives in Verbindung mit einem Mikroskopobjektiv zur Erzielung eines geebneten Bildfeldes bekannt, wobei jedoch optimale Bildfeldebnung nur für ein bestimmtes Objektiv erzielt wird und bei Verwendung eines stärker vergrößernden Objektives daher nur die Mittelzone des Bildfeldes ausreichend korrigiert ist. In vielen Fällen, insbesondere bei der Herstellung von Mikroaufnahmen, sind jedoch Bildfelder erforderlich, bei denen nicht nur ein verhältnismäßig kleiner zentraler Bereich, sondern vielmehr auch die Randbereiche gut geebnet und korrigiert sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Objektiv der eingangs genannten Art derart auszugestalten, daß das erzeugte Bild im wesentlichen abberationsfrei ist, d. h. mit herkömmlichen Standardokularen betrachtet werden kann, und im Strahlengang ein Bereich mit parallel verlaufenden Strahlen vorhanden ist, der die Einführung einer Zwischenoptik sowie verschiedene Tubuslängen ermöglicht. Gelöst wird diese Aufgabe bei einem Mikroskopobjektiv der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch, daß das negative Dublett der Korrekturlinsengruppe das vom jeweiligen Semiobjektiv ausgehende Strahlenbündel nach Unendlich fokussiert, die Korrekturlinsengruppe weiterhin eine okularseitige positive Einzellinse aufweist, die das von dem Dublett ausgehende Strahlenbündel in die Brennebene eines Okulars fokussiert, und für die Linsen folgende Bedingungen für die auf den Abstand D zwischen Objektebene und Bildebene der Semiobjektive bezogenen Flächenradien, Mittendicken und Luftabstand zwischen den Linsenelementen sowie für die Brechwerte und die Abbe-Werte eingehalten sind:

Die Erfindung betrifft ein Mikroskopobjektiv mit einer Frontlinsengruppe in Form eines auswechselbaren Semiobjektivs und einer darauffolgenden feststehenden, ein negatives Dublett umfassenden Korrekturlinsengruppe, die absichtlich bei den Senriobjektiven vorgesehene Abbildungsfehler ausgleicht und eine Vergrößerung des vom jeweiligen Semiobjektiv erzeugten Bildes herbeiführt.

Aus .der britischen Patentschrift ist bereits ein Mikroskopobjektiv der vorgenannten Art bekannt, das auf eine bestimmte endliche Tubuslänge abgestimmt ist und bei dem zur Betrachtung des erzeugten Bildes ein speziell abgestimmtes Kompensationsokular erforderlich ist, das die restlichen Abbildungsfehler des Mikroskopobjektives, insbesondere den Randfarbenfehler, ausgleicht.

Es sind auch bereits Mikroskope bekannt, bei

-2,0 D < ^₁₀(X) < D D 0,1588 D < ρ /γ γτ\ ^ : 0,18641) D 0,1300 D < R j 2(XI) < : 0,1544 D 1,648 D < K₁₃(XH) < : 2,0 D 1,648 D < K₁₁(X") < : 2,0 D 0,029 D < UX) < : 0,033 D 0,017 D < UXi) < : 0,021 D 0,047 D < f_K(XII) < ; 0,053 0,60 D < S₆ < : 1,75 1,644 < «d(X) < : 1,654 1,513 < /Id(XI) < : 1,523 1,512 < /Id(X") < : 1,522 29,6 < ν(Χ) ; 37,0 55,4 < ν (XI) ; 63,8 60,3 < ν (XII) < ; 68,7. : 2,0

Vorzugsweise ist die KorrekturÜnsengruppe durch folgende Daten gekennzeichnet: