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B e s c h.r e i b u n g zu der Anmeldung Mikroskop-Objektiv Die Erfindung
betrifft ein Mikroskop-Objektiv mit einer 20-fachen Vergrößerung, geebnetern Bildfeld
und großer Gegenstandsweite (Arbeits- bzw. Gegenstandsabstand) von der Vorderfläche
der Frontlinse.
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Es sind Mikroskop-Objektive mit geebnetem Bildfeld bekannt, bei welchen
eine Sammellinse mit überaus stark gekrümmter konkaver Oberfläche auf der Gegenstandsseite
in einer ersten Linsengruppe vorgesehen ist oder bei welchen eine Sammellinse mit
überaus stark konkav gekrümmter Oberfläche in einer hinteren Linsengruppe angeordnet
ist. Diese bekannten Objektiv-Linsensysteme haben den Nachteil, daß im ersten Fall
die Gegenstandsweite bzw. der Arbeitsabstand verkürzt und im zweiten Fall die chromatischen
Fehler besonders groß sind.
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Bei brechenden Objektiven ist es zur Erzielung einer großen Gegenstandsweite
erforderlich, das Linsensystem in wenigsten zwei Gruppen positiver und negativer
Linsen zu unterteilen u
das positive Linsensystem auf der ObJektseite
und das negative Linsensystem auf der Bildseite anzuordnen. Das auf der Dildseite
angeordnete negative Linsensystem vergrößert die Brennweite des positiven Linsensystems
auf der Gegenstandsseite erheblich mit dem Ergebnis, daß die chromatischen Fehler
der sphärischen Aberration überproportional zur Erhöhung der Brennweite des positiven
Linsensystems auf der Gegenstandaseite zunehmen.
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Bei der Auslegung von Mikrosko-Objektiven mit großer Gegenstandsweite
(Arbeits- bzw. Gegenstandsabstand) ist das Hauptproblem die Korrektur der chromatischen
Aberration bzw.
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Fehler.
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Zur Korrektur solcher chromatischen Aberration ist die richtige Wahl
des Linsenmaterials, der Anordnung und der Brechkraft der einander folgenden Linsen
derart, daß die chromatischen Aberrationen unabhängig von der großen Gegenstandsweite
in praktisch verwirklichbarem Ausmaß weithendst korrigiert werden, erforderlich.
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Zur Reduzierung der chromatischen Aberration (des Farbfehlers) muß
die Auffächerung der Lichtstrahlen auf der Gegen standsseite des Linsensystems klein
gehalten werden. Die Anordnung einer Linse mit großer axialer Dickenabmessung nahe
einem Gegenstand, von dem Lichtstrahlen mit starker Neigung gegenüber der optischen
Achae ausgehen, läuft einer erwUnschten großen Gegenstandsweite zuwider, 50 daß
eine zusammengesetzte Linse nicht nahe dem zu beobachtenden Gegenstand ange->
ordnet werden soll.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch geeignete Wahl der
Abmessungen einander folgender Linsengruppen oder Linsen und geeignete Kombination
und Anordnung dieser Linsengruppen und Linsen ein Nikroskop-Ob3ektiv zu schaffen,
dem
die oben angedeuteten Nachteile bekannter Mikroskop-Objektive
nicht anhaften.
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Ein Mikrosköp-Objektiv, das diese Aufgabe löst, ist gemäß der Erfindung
dadurch gekennzeichnet, daß es als 5-Linsengruppen und 8-Linsen-Objektiv vom Gausstyp
konstruiert ist und, ausgehend von der Gegenstandsseitetaus einer ersten Gruppe
einer einzelnen positiven Linse, einer zweiten Gruppe einer zusammengesetzten positiven
Linse, einer dritten und vierten Gruppe 3eweils einer zusammengesetzten negativen
Linse und einer fünften Gruppe einer einzelnen positiven Linse besteht und dadurch,
daß die folgenden Bedingungsgleichungen erfüllt sind: I 0.8f < f1, II 0.7f <
|r1| < 1.5f, r1 < 0, III d1 < 0.3f, IV 0.30f < r8 < 0.45f, V 0.25f
< |r9| < 0.40f, r9 < 0, VI v3, v7 > 65 worin bedeuten: f die Brennweite
des ganzen Linsensystems, 9 die Brennweite der ersten Gruppe L1 aus der ersten einzelnen
positiven Linse, r1 der Krümmungsradius der konkav-gekrümmten Oberfläche auf der
Gegenstandsseit der ersten Gruppe L1 aus der einzelnen positiven Linse, r8 der Krümmungsradius
der konkav-gekrümmten Oberfläche auf der Bildseite der dritten Gruppe L3 der zusammengesetzten
negativen Linse,
r9 der Krümmungsradius der konkav-gekrümmten Oberfläche
auf der Gegenstandsseite der vierten Gruppe L4 der zusammengesetzten negativen Linse,
die axiale Dicke der ersten Gruppe L1 aus der einzelnen positiven Linse, die 97
die Abbe'schen Zahlen der positiven Linsen der zweiten und vierten Gruppe L , L4
der zusammengesetzten positiv negativen Linsen.
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Bei einer weiteren Ausbildung dieses Mikroskop-Objektivs ist zur
weitergehenden Ebnung des Bildfelds auf der Bildseite noch ein weiteres negatives
Linsensystem L6 aus einer einzelnen oder zusammengesetzten negativen Sammellinse
vorgesehen, wobei das Objektiv die folgenden sieben Bedingungsgleichungen erfüllt:
I 1.2f < fp < 1.8f, II 0.8f < f1, III 0.7f < |r1| < 1.5f, r1 <
0, IV d1 < 0.3f, V 0.30f < r8 < 0.45, VI 0.25f < |r9| < 0.40f, r9
< 0, VII v3, v7, v8 > 65 worin zusätzlich bedeuten: fp die zusammengesetzte
Brennweite des positiven Linsensystems aus den fUnf Linsengruppen L1 bis L5 auf
der Gegenstandsseite und die Abbe'sche Zahl der fünften Gruppe L5 aus der einzelnen
positiven Linse.
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Die Erfindung ist mit vorteilhaften Einzelheiten anhand einer Zeichnung
an zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert, in der zeigt: Fig. 1 einen Längsquerschnitt
durch eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Mikroskop-Objektivs; Fig.
2 einen Längsquerschnitt durch eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
Mikroskop-Obj'ektivs; und Fig. 3A - Fig. 3D und Fig. 4A bis 4D verschiedene Aberrationskurven
der in den Figuren 1 und 2 dargestellten erfindungsgemäßen Mikroskop-Objektive.
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Das erfindungsgemäße Objektiv gemäß der ersten Äusführungsform nach
Fig. 1 besteht aus 5-Linsengruppen und 8-Linsen vom Gausstyp. Es besteht aug einer
ersten Gruppe L1 aus einer einzelnen positiven Linse, einer zweiten Gruppe L2 einer
zusammengesetzten positiven Linse, einer dritten und vierten Gruppe L3 und L4 einer
zusammengesetzten negativen Linse und einer fünften Gruppe L5 aus einer einzelnen
positiven Linse, die ausgehend von der Gegenstands seite hintereinander angeordnet
sind.
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Wie man Fig. 1 entnimmt, sind die zusammengesetzten' Linsengruppen
L2, L3 und L4 verhältnism'assig weit vom Gegenstand entfernt und aus Materialen
gefertigt, deren Abbe'sche Zahlen zur Korrektur der chromatischen Aberration groß
sind. Die einzelne positive Linse Li besteht aus einem Material verbältnismässig
großer Brechkraft und geringer Streukraft und ist in der Nähe des zu beobachtenden
Gegenstands angeordnet, um eine Farbstreuung zu vermeiden
Bei der
Ausführungsform des erfindungsgemäßen Objektivs gemäß Fig. 1 ist das Linsensystem
als Gauss-Linsensystem konstruiert, welches die Korrektur einer Krümmung der Bildebene
und der chromatischen Abberation durch die konkav-gekrümmten, einander gegenüberliegend
angeordneten Teile ermöglicht.
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Das Mikroskop-Objektiv dieser Ausführungsform erfüllt die folgenden
sechs Bedingungsgleichungen: I 0.8f < II 0.7f < |r1| < 1.5f, ri < 0,
III d1 < 0.3f, IV O.30f < r8 < 0.45f, V 0.25f < |r9| < 0.40 f, r9
< VI Vs, v7 > 65 worin bedeuten: f die Brennweite des ganzen Linsensystems,
9 die Brennweite der ersten Gruppe t1 aus der ersten einzelnen positiven Linse,
r1 der Krümmungsradius der konkav-gekrümmten Oberfläche auf der Gegenstandsseite
der ersten Gruppe L1 aus der einzelnen positiven Linse, r8 der Krümmungsradius der
konkav-gekrümmten Oberfläche auf der Bildseite der dritten Gruppe L3 der zusammengesetzten
negativen Linse, r9 der Krümmungsradius der konkav-gekrümmten Oberfläche auf der
Gegenstandsseite der vierten Gruppe 1.4 der zusammengesetzten negativen Linse, die
axiale Dicke der ersten Gruppe L1 aus der einzelnen positiven Linse, #3, #7 die
Abbe'schen Zahlen der positiven Linsen der zweiten und vierten Gruppe L , L4 der
zusammengesetzten positiv -negativen #Linsen.
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Die Bedingungsgleichungen I, II und III müssen erfüllt sein, damit
die Gegenstandsweite bzw. der Arbeitsabstand so groß wie möglich wird. Wenn die
Bedingung 0,8 f < f1 erfüllt ist, kann in der ersten Gruppe L1 aus der einzelnen
positiven Linse verhindert werden, daß die Brechkraft der Linse L1 groß wird. Wenn
ferner die Bedingungsgleichung 0,7f <Jr1 erfüllt ist, wird der freie Arbeitsabstand
nicht klein. Die Einhaltung der Bedingung #r1# < 1,5f macht ferner den Ausgleich
der verschiedenen Aberrationen möglich. Durch Einhaltung der Bedingung d1 < O,3f
kann die Gegenstandsweite bzw.
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der Arbeitsabstand do vergrössert werden. Die Bedingungsgleichungen
IV und V sind mit Bezug auf. die Krümmung des Bildfelds bzw. der Bildebene aufgestellt.
Wenn r8 und 1 r91 die oberen Grenzwerte überschreiten, wird die Petzval-Summe größer
und beeinträchtigt die Ebenheit der Bildebene und macht die Korrektur der Aberrationen
schwer wenn nicht unmöglich. Unterschreiten andererseits die Werte für r8 und 1
r9 die unteren Grenzen, kann die Petzval-Summe nicht klein gehalten werden und wird
die Koma soweit vergrößert, daß die verschiedenen Aberrationen nicht mehr ausgeglichen
werden. Die Bedingungsgleichung VI bezieht sich auf die chromatische Aberration.
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Die konvexen Linsen der zweiten und vierten Gruppen L2 und L4 der
zusammengesetzten negativen Linsen müssen aus einem Linsenwerkstoff gefertigt sein,
dessen Abbe'sche Zahlen 'grösser als 65 sind, damit die chromatischen Aberrationen
weitgehendst korrigiert werden.
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In Fig. 2 ist eine zweite Ausführungsform eines Mikroskop-Objektivs
nach der Erfindung dargestellt, welches zwei Gruppen von Linsensystemen umfaßt,
d.h. ein positives Linsensystem A auf der Objektseite und ein negatives Linsensystem
B auf der Bildseite.
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Das positive Linsensystem A besteht aus fünf Gruppen und acht Linsen
vom Gausstyp und hat eine erste Gruppe aus einer einzelnen positiven Linse L1, eine
zweite Gruppe L2 einer zusammengesetzten positiven Linse, eine dritte und eine vierte
Gruppe L3 und L4 einer zusammengesetzten negativen Linse und eine.fünfte Gruppe
L5 aus einer einzelnen positiven Linse, wobei diese Linsen ausgehend von der Gegenstandsseite
hintereinander angeordnet sind, ebenso wie bei der ersten Ausführungsform gemäß
Fig. 1.
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Das negative Linsensystem B auf der Bildseite besteht aus einer einzelnen
oder zusammengesetzten negativen Sammellinse L6.
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Das positive Linsensystem A auf der Objektseite ist als Linsensystem
vom Gausstyp ebenso wie das gemäß Fig. 1 konstruiert, um die Krümmung des Bildfelds
bzw. der Bildebene und die chromatischen Aberrationen durch die einander gegenüberliegenden
konkav-gekrUmmten Teile zu erzielen. Die zusätzliche Anordnung des negativen Linsensystems
B auf der Bildseite ermöglicht eine noch weitergehendere Korrektur der Krümmung
des Bildfelds bzw. der Bildebene durch seine konkave Oberfläche.
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Dieses Objektiv gemäß Fig. 2 ist derart konstruiert, daß die folgenden
sieben Bedingungsgleichungen erfüllt sind: I 1.2f < fp < 1.8f, II 0.8f <
f1, III 0.7f < Iril < 1,5f, rl < 0, IV d1 < 0.3f, V 0.30f < r8 <
0.45f, VI 0.25f < |r9| < 0.40f, r9 < VII v3, v7, v8 > 65
worin
f, f1, r1 r8, r9 die V3 und 97 gleiche Bedeutung wie beim Objektiv gemäß Fig. 1
haben, während zusätzlich fp die zusammengesetzte Brennweite des positiven Linsensystems
A aus den 5-Linsengruppen L1 bis L5 auf der Gegenstandsseite und 98 die Abbe'sche
Zahl der fünften Gruppe L5 aus der einzelnen positiven Linse des Linsensystems -A
bezeichnen.
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Bei dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Mikroskop-Objektivs
begrenzt die Bedingungsgleichung I die Brechkraft des positiven Linsensystems A
auf der Gegenstandsseite.
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Praktisch soll fp größer als 1,2 f zur Erzielung des erwünschten Arbeitsabstands
und kleiner als 1,8f zur Korrektur der chromatischen Aberration sein.
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Die Gründe, weshalb die Bedingungsgleichungen II bis VI erfüllt sein
sollen, decken sich im wesentlichen mit denen für das Mikroskop-Objektiv gemäß Fig.
1. Bei der zweiten Ausführungsform ist es auch erforderlich, daß die Bedingung ç
6 > 65 erfüllt ist, um die chromatischen Aberrationen ausreichend zu korrigieren.
Aus diesem Grunde wird die Fertigung der fünften Gruppe L5 aus einer einzelnen positiven
Linse aus einem Linsenwerkstoff gefertigt, dessen Abbe'sche Zahl großer als 65 ist.
Vorzugsweise wird für die Linse L5 ein Werkstoff verwandt, dessen Streukraft klein
ist, um die chromatischen Aberrationen durch das positive Linsensystem A ausreichend
zu korrigieren.
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Zwei Beispiele sollen die Erfindung weiter verdeutlichen und stellen
bevorzugte Ausführungsformen dar.
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Beispiel 1 Das Objektiv ist gemäß Fig. 1 konstruiert und hat die
folgenden
numerischen Werte: N.A. = 0,4 Vergrößerung 20-fach f = 11,51 mm, f1 = 11,108 mm
| dz=5.0 |
| r1=-16.437 |
| L1 zu dz=1.93 nl=1.788 V1=47.5 |
| r2= -6.007 |
| d2=O. 11 |
| r3= 15.0 |
| d3=1.09 kl2=1.6398 92-34.6 |
| L2 r*= 7.304 |
| d4=2.14 nu=1.48656 v3=84.5 |
| rs=-14.127 |
| dz=0.28 |
| r62 6.923 |
| d6=3.44 n=1.618 v=63.4 |
| L5 r7=-11.03 |
| d7=3.03 n5=1.62538 v5=35.7 |
| r.= 3.982 |
| d8=3.02 |
| r= -3.127 |
| dz=1.62 n6=1.64769 v6-33.8 |
| rio=-63.654 |
| dir=4.2 fl?=1.48656 v7=84.5 |
| rllW -6.629 |
| dgl=0.16 |
| r12-88.716 |
| Ls dl 2-1. 7 n=1.6968 v8=56.5 |
| rl 3--ll . 782 |
Beispiel 2 Das Mikroskop-Objektiv ist gemäß Fig. 2 konstruiert
und hat folgende numerische Werte: N.A. = 0,4 Vergrößerung 20-fach f = 10,26 mm,
fp = 15,87 mm, f1 = 18,73 mm
| do=5o3 |
| ric -8;33 |
| L1 dz=2.21 nu=1.56384 val=60.81 |
| ,10 |
| d2=0.15 |
| ra 26.22 |
| ds=1.02 nu=1.54869 v2=45.55 |
| L2 rS= 4= 12.17 |
| d4=2.33 nu=1.48656 v3=84.47 |
| rs=-11.28 |
| d5=o.37 |
| rs- 7.85 |
| A d6=3.46 n4=1.618 v4=63.38 |
| L3 1 r= -9.58 |
| dz=3.07 ns=1.6393 v5=44.88- |
| -tt= 4.29 |
| de=3.2 |
| r,t -3.71 |
| dz=0.99 n6=1.57309 -v6=42.57 |
| Lq ' rso= 23.38 |
| so=4.05 n7=1.48656 v7=84.47 |
| r ri,= -6.11 |
| d11=o.25 |
| rl2- 16.96 |
| Ls dl2=3.30 n,=1.48656 je=84.47 |
| ris=-18.95 |
| dz3=7.00 |
| kl 4= 10.15 |
| B-Ls i d14=4.27 ns=1.58144 mg=40.75 |
| ris 7.1 |
Die Seidel-Koeffizienten auf der Gegenstands seite bei f = 1 mm
und dem Bildpunkt in etlicher Entfernung vom Ob-Objektiv sind mit Hilfe der Brek-Ausdrücke
in der folgenden Tabelle angegeben: TABELLE
| Nummer der |
| Linsenober A B r P |
| flächen # # # # # |
| 1 0.0387 0.0628 -0.0493 -0.4439 0.4852 |
| 2 -0.0156 -0.4642 -0.0851 0.7246 1.4208 1. |
| 3 0.1889 0.4119 0.279 0.1386 0.8128 |
| 4 -0.0398 -0.167 -0.0816 -0.0227 -0.3885 |
| 5 0.0163 0.4495 0.0856 0.2976 3.924 |
| 6 0.329 0.8854 0.5399 0.4993 2.2707 |
| 7 -0.0182 -0.1975 -0.06 -0.0086 -0.6782 |
| 8 -1.1822 -1.0999 -1.1403 -0.9321 -1.9599 |
| 9 -0.3519 -1.4804 -0.7218 -1.0084 -5.1047 |
| 10 -0.3374 -0.0778 -0.1621 -0.0162 -0.0452 |
| 11 0.5792 0.6697 0.5039 0.5499 1.6206 |
| 12 1.1276 0.0395 0.2111 0.198 0.0445 |
| 13 0.1999 0.4916 0.3135 0.1772 1.0487 |
| 14 0.321 0.0874 -0.1675 0.3714 -0.2393 |
| 15 -0.7010 -0.3359 0.4852 -0.5311 0.6002 |
| # -0.0452 -0.725 -0.0493 -0.0066 3.8116 |
Der Tabelle entnimmt man, daß die Summe # jedes der fünf Seidel-Koeffizienten
praktisch nur mit Ausnahme von I ç d ist. Hieraus geht hervor, daß bei dem Objektiv
gemäß Fig. 2 die ausreichende Korrektur der Aberrationen möglich ist.
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Verschiedene Aberrationskurven des Objektivs gemäß Fig.
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1 ergeben sich aus den Fig. 3A bis 3D. Fig. 3A zeigt die sphärische
Aberration, Fig. 3B die OSC, Fig. 3C den Astigmatismus und Fig. 3D die Verzeichnung.
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Den Aberrationskurven läßt sich entnehmen, daß das erfindungsgemässe
Mikroskop-Objektiv gemäß Fig. 1 die weitgehende Korrektur der verschiedenen Aberrationen,
wie dies aus den Fig.- 3A bis 3D hervorgeht und die Ebnung des Bildfelds, wie sie
in Fig. 3D dargestellt ist, unabhängig vom großen Arbeitsabstand von do = 5,0 mm
ermöglicht.
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Verschiedene Aberrationskurven des erfindungsgemäßen Mikroskop-Objektivs
gemäß Fig. 2 ergeben sich aus den Fig.
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4A bis 4D. Fig. 4A zeigt die sphärische Aberration, Fig. 4B die OSC,
Fig. 4C den Astigmatismus und Fig. 4D die Verzeichnung.
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Den Aberrationskurven entnimmt man, daß das erfindungsgemäße Mikroskop-Objektiv
gemäß Fig. 2 die weitestgehende Korrektur der verschiedenen Aberrationen gemäß Fig.
4A bis 4D und die Ebnung des Bildfelds, wie aus Fig. 4D hervorgeht, unabhängig vom
großen Arbeitsabstand von do = 5,3 mm ermöglicht.
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Ansprüche