DE2237013C2 - Mikroskop-Planobjektiv vom Gaußtyp - Google Patents
Mikroskop-Planobjektiv vom GaußtypInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Mikroskop-Planobjektiv vom Gaußtyp mit großem Arbeitsabstand und starker
Vergrößerung aus 5 bzw. 6 Linsengliedern mit 8 bzw. 9 Linsen, bei dem das erste Linsenglied eine positive
Einzellinse ist, das zweite Linsenglied eine zusammen- -, gesetzte positive Doppellinse ist, das dritte und vierte
Linsenglied zusammengesetzte negative Doppellinsen sind und das fünfte Linsenglied eine positive Einzellinse
ist bzw. noch ein sechstes Linsenglied vorgesehen ist.
Es sind Mikroskop-Objektive mit geebnetem Bildfeld κι
bekannt, bei welchen eine Sammellinse mit überaus stark gekrümmter konkaver Oberfläche auf der
Gegenstandsseite im ersten Linsenglied oder eine Sammellinse mit überaus stark konkav gekrümmter
Oberfläche im hinteren Linsenglied vorgesehen ist (Appl. Optics, Bd. 3 (1964) S. 933 ff, insbesondere
S. 1000, 1002). Diese bekannten Objektive haben den Nachteil, daß im ersten Fail der Arbeitsabstand verkürzt
und im zweiten Fall die Farbfehler besonders groß sind. Bei stark vergrößernden Objektiven ist es zur Erzielung
eines großen Arbeitsabstandes erforderlich, wenigstens zwei Linsenglieder positiver und negativer Linsen
vorzusehen und das positive Linsenglied objektseitig und das negative Linsenglied bildseitig anzuordnen. Das
bildseitige negative Linsenglied vergrößert die Brennweite des positiven Linsenglieds auf der Gegenstandsseite erheblich mit dem Ergebnis, daß die Farbfehler der
sphärischen Aberration überproportional zur Zunahme der Brennweite des positiven Linsenglieds auf der
Gegenstandsseite zunehmen. jo
Bei der Auslegung von Mikroskop-Objektiven großer Gegenstandsweite ist das Hauptproblem die Korrektur
der chromatischen Aberrationen.
Hierzu ist die richtige Wahl der optischen Gläser, der Anordnung und der Brechkraft der einander folgenden
Linsen derart erforderlich, daß sie unabhängig von der großen Gegenstandsweite in praktisch verwirklichbarem
Ausmaß weitgehendst korrigiert ist.
Zur Reduzierung der Farbfehler muß die Auffächerung der Lichtstrahlen auf der Gegenstandsseite des
Objektivs klein gehalten werden. Die Anordnung einer Linse mit großer axialer Dickenabmessung nahe einem
Gegenstand, von dem Lichtstrahlen mit starker Neigung gegenüber der optischen Achse ausgehen, läuft
einer erwünschten großen Gegenstandsweite zuwider.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs umschriebene bekannte Mikroskop-Planobjektiv
derart fortzubilden, daß es bei besonders großem Arbeitsabstand eine gute Bildfeldebnung und Korrektion
der einzelnen Linsenfehler, insbesondere der chromatischen Aberrationen, aufweist
Die Aufgabe wird durch Ausbildung des Mikroskop-Objektivs mit den Konstruktionswerten gemäß dem
kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 oder 2 gelöst
Bei Variation der in den Bedingungsgleichungen enthaltenden Größen ändern sich bei der Durchrechnung
des Objektivs mit Hilfe von Programmen zur automatischen Korrektion optischer Systeme die
übrigen Werte, des Datensatzes ebenfalls. ·
Im folgenden sind zwei erfindungsgemäße Objektive to jeweils mit einer numerischen Apertur NA.=0,4 und
einer zwanzigfachen Vergrößerung anhand einer Zeichnung näher erläutert, in der zeigt:
F i g. 1 einen Längsquerschnitt durch das Objektiv nach Anspruch 1,
Fig.2 einen Längsquerschnitt durch das Objektiv
nach Anspruch 2 und
F i g. 3A—3D und F i g. 4A—4D verschiedene Aberrationskurven
der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Objektive.
Das erfindungsgemäße Objektiv vom Gaußtyp gemäß Fig. 1 und Anspruch 1 besteht aus 5
Linsengliedern mit 8 Linsen, bei dem ausgehend von der Gegenstandsseite das erste Linsenglied L\ eine positive
Einzellinse, das zweite Linsenglied Li eine zusammengesetzte
positive Doppellinse, das dritte und vierte Linsenglied Li und l\ eine zusammengesetzte negative
Doppellinse und das fünfte Linsenglied Ls eine positive Einzellinse sind.
Wie man F i g. 1 und dem Datensatz des Anspruchs 1 entnimmt, sind die zusammengesetzten Linsenglieder
Lz, L3 und L·, verhältnismäßig weit vom zu beobachtenden
Gegenstand entfernt und aus Gläsern gefertigt, deren Abbcsche Zahlen zur Korrektur der chromatischen
Aberration groß sind. Die positive Einzellinse L\ besteht aus einem optischen Glasmaterial verhältnismäßig
großer Brechkraft und geringerer Streukraft und ist nahe dem zu beobachtenden Gegenstand angeordnet,
um eine Farbstreuung zu vermeiden.
Das Objektiv ist vom Gaußtyp. Die Bildfeldebnung und die Korrektion beruhen erheblich auf dem dicken
dritten und vierten Linsenglied und deren einander zugewandten Hohlflächen. Für die Farbkorrektion ist
die Wahl der Dispersion der optischen Gläser maßgeblich.
Bei einem Objektiv, dessen Werte gegenüber denen des Datensatzes leicht abgeändert sind, müssen diese die
in den Bedingungsgleichungen angegebenen Grenzen einhalten, um die Erfindungsaufgabe noch zu lösen.
Die Bedingungsgleichungen I, II und III müssen erfüllt sein, damit der Arbeitsabstand so groß wie möglich
wird. Wenn die Bedingung 0,8/ < f\ erfüllt ist, kann im
ersten Linsenglied L\ aus der positiven Einzellinse verhindert werden, daß die Brechkraft der Linse L\ groß
wird. Wenn ferner die zweite Bedingungsgleichung 0,7/ < I r\ I erfüllt ist, wird der freie Arbeitsabstand
nicht klein. Die Einhaltung der Bedingung | η | < 1,5/" macht ferner den Ausgleich der verschiedenen Aberrationen
möglich. Durch Einhaltung der dritten Bedingung d]
< 0,3/ kann der Arbeitsabstand do vergrößert werden. Die Bedingungsgleichungen IV und V sind mit
Bezug auf die Bildfeldkrümmung aufgestellt Wenn r8 und I /9 I die oberen Grenzwerte überschreiten, wird die
Petzval-Summe größer und verringert die Bildfeldebnung und macht die Korrektur der Aberrationen schwer
wenn nicht unmöglich. Unterschreiten andererseits die Werte für rs und | r9 | die unteren Grenzen, kann die
Petzval-Summe nicht klein gehalten werden und wird die Koma so weit vergrößert, daß die verschiedenen
Aberrationen nicht mehr korrigiert werden. Die Bedingungsgleichung VI dient der Korrektur der
chromatischen Aberration. Die konvexen Linsen des zweiten und vierten Linsengliedes Li und Lt, der
zusammengesetzten negativen Doppellinsen müssen aus einem optischen Glas gefertigt sein, dessen
Abbesche Zahlen größer als 65 sind, damit die chromatischen Aberrationen weitgehendst korrigiert
werden.
Das Objektiv gemäß Fig.2 und Anspruch 2 ist in
zwei Linsensysteme unterteilt, d.h. ein objektseitiges
positives linsensystem A und ein bildseitiges negatives Linsensystem B.
Das positive Linsensystem A besteht aus fünf Linsengliedern L\ bis Ls, die denen des Objektivs nach
F i g. 1 entsprechen.
Das bildseitige negative Linsensystem B besteht aus
einer einzelnen oder zusammengesetzten negativen Linse Lb.
Das positive Linsensystem A ist ebenso wie das gemäß Fig. i vom Gaußtyp, um die Bildfeldkrümmung
und die chromatischen Aberrationen durch die einander gegenüberliegenden Hohlflächen zu erzielen. Die
zusätzliche Anordnung des negativen Linsensystems B ermöglich1 eine noch weitergehendere Korrektur der
Bildfeldkrümmung durch seine konkave Oberfläche.
Bei dieser Ausführungsform des Objektivs begrenzt die Bedingungsgleichung 1 die Brechkraft des positiven
Linsensystems A. Praktisch soll fp größer als 1,2/zur
Erzielung des erwünschten Arbeitsabstands und kleiner als 1,8/zur Korrektur der chromatischen Aberration
sein.
Die Gründe, weshalb auch hier die Bedingungsglei-
chungen Il und VI erfüllt sein sollen, decken sich im wesentlichen mit denen für das Objektiv gemäß Fig. 1.
Bei der zweiten Ausführungsform ist es auch erforderlich, daß die Bedingung vt
> 65 erfüllt ist, um die chromatischen Aberrationen ausreichend zu korrigieren.
Aus diesem Grunde wird die Fertigung der fünften Gruppe Ls aus einer positiven Einzellinse aus einem
optischen Glas gefertigt, dessen Abbesche Zahl größer als 65 ist. Vorzugsweise wird für die Linse Ls ein
optisches Glas verwandt, dessen Streukraft klein ist, um die chromatischen Aberrationen durch das positive
Linsensystem A ausreichend zu korrigieren.
Die Seidel-Koeffizienten auf der Gegenstandsseite bei /= 1 mm und dem Bildpunkt in unendlicher
Entfernung vom Objektiv sind mit Hilfe der Brek-Ausdrücke in der folgenden Tabelle angegeben:
Nummer der | 0.0387 | Br | -0.0493 | Λ | α | 0.4852 |
Linsenober- | -0.0156 | -0.0851 | 1.4208 | |||
flüche | 0.1889 | 0.279 | 0.8128 | |||
1 | -0.0398 | 0.0628 | -0.0816 | - 0.4439 | -0.3885 | |
2 | 0.0163 | - 0.4642 | 0.0856 | 0.7246 | 3.924 | |
3 | 0.3292 | 0.4119 | 0.5399 | 0.1386 | 2.2707 | |
4 | -0.0182 | -0.167 | -0.06 | -0.0227 | - 0.6782 | |
5 | -1.1822 | 0.4495 | -1.1403 | 0.2976 | - 1.9599 | |
6 | -0.3519 | 0.8854 | -0.7218 | 0.4993 | -5.1047 | |
7 | -0.3374 | -0.1975 | -0.1621 | - 0.0086 | - 0.0452 | |
8 | 0.3792 | -1.0999 | 0.5039 | -0.9321 | 1.6206 | |
9 | 1.1276 | -1.4804 | 0.2111 | - 1.0084 | 0.0445 | |
10 | 0.1999 | - 0.0778 | 0.3135 | -0.0162 | 1.0487 | |
11 | 0.321 | 0.6697 | -0.1675 | 0.5499 | -0.2393 | |
12 | -0.7010 | 0.0395 | 0.4852 | 0.198 | 0.6002 | |
13 | 0.4916 | 0.1772 | ||||
14 | 0.0874 | 0.3714 | ||||
15 | -0.3359 | -0.5311 | ||||
-0.0452
-0.725
- 0.0493
-0.0066
3.8116
Der Tabelle entnimmt man, daß die Summe Σ jedes der fünf Seidel-Koeffizienten praktisch Null mit
Ausnahme von D ν ist. Hieraus geht hervor, daß bei dem Objektiv gemäß F i g. 2 die ausreichende Korrektur
der Aberrationen möglich ist.
Verschiedene Aberrationskurven des Objektivs gemäß F i g. 1 ergeben sich aus den F i g. 3A bis 3D.
F i g. 3A zeigt die sphärische Aberration, F i g. 3B die OSC, Fig.3C den Astigmatismus und Fig.3D die
Verzeichnung.
Den Aberrationskurven läßt sich entnehmen, daß das erfindungsgemäße Mikroskop-Objektiv gemäß F i g. 1
die weitgehende Korrektur der verschiedenen Aberrationen, wie dies aus den F i g. 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
so Verschiedene Aberrationskurven des erfindungsgemäßen Mikroskop-Objektivs gemäß Fig.2 ergeben
sich aus den Fig.4A his 4Π. Fi".4A zeigt die
sphärische Aberration, Fig.4B die OSC, Fig.4C den
Astigmatismus und F i g. 4D die Verzeichnung.
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 F i g. 4D hervorgeht, unabhängig vom großen Arbeitsabstand von cfo=53 mm ermöglicht
Hierzu 6 Blatt Zeichnungen
Claims (2)
1. Mikroskop-Planobjektiv vom Gaußtyp mit großem Arbeitsabstand und starker Vergrößerung
aus 5 Linsengliedern mit 8 linsen, bei dem
das erste Linsenglied (Li) eine positive Einzellinse ist
das erste Linsenglied (Li) eine positive Einzellinse ist
das zweite Linsenglied (Li) eine zusammengesetzte
positive Doppellinse ist,
N.A. = 0,4,Vergrößerung = 20 x
/= 1,/, = 0.9651
/= 1,/, = 0.9651
das dritte und vierte Linsenglied (Ls, L») zusammengesetzte
negative Doppellinsen sind, und
das fünfte Linsenglied (Ls) eine positive Einzellinse ist,
das fünfte Linsenglied (Ls) eine positive Einzellinse ist,
gekennzeichnet durch die Werte des folgenden Datensatzes:
oder durch Werte, die ausgehend von diesem Datensatz durch Variation der folgenden Größen
innerhalb der angegebenen sechs Bereiche entstehen:
worin von der Gegenstandsseite aus der einander folgenden Linsen
die Krümmungsradien der Linsenoberflächen,
die Gegenstandsweite des Objektivs,
die Gegenstandsweite des Objektivs,
d\... d\2 die Luftspalte zwischen benachbarten
Linsen oder deren axiale Dickenabmessung,
/Ji... /Je die Brechungsindizes,
Vi... Vs die Abbe-Zahlen,
/ = die Brennweite des Objektivs,
f\ = die Brennweite des ersten Linsenglieds (L])
bezeichnen (F ig. 1).
2. Mikroskop-Planobjektiv vom Gaußtyp mit großem Arbeitsabstand und starker Vergrößerung
aus 6 Linsengliedern mit 9 Linsen, bei dem
das erste Linsenglied (L\) eine positive Einzellinse ist,
das erste Linsenglied (L\) eine positive Einzellinse ist,
das zweite Linsenglied (L2) eine zusammengesetzte
positive Doppellinse ist,
das dritte und vierte Linsenglied (Li, U) zusammengesetzte
negative Doppelünsen sind,
das fünfte Linsenglied (Ls) eine positive Einzellinse ist, und
ein sechstes Linsenglied (Lt) vorgesehen ist,
gekennzeichnet durch ein negatives Linsenglied (L6)
N.A = 0.4, Vergrößerung = 20 x /= l,fp= 1.547,/, = 1.826
auf der Bildseite als sechstes Linsenglied, das aus einer einzelnen oder aus einer zusammengesetzten
negativen linse besteht und durch die Werte des folgenden Datensatzes:
B - Lh
#·, = -0.812
r, = -0.497
/3 = 2.556
U = 1.186
/5 = - 1.099
/■„ = 0.765
/> = -0.934
/■g = 0.418
r, = -0.362
L4 /·,„ = 2.279
= -0.596
= 1.653
= - 1.847
= 0.989
= 0.692
du = 0.5166 </, = 0.2154
Λ = 0.0146 d3 = 0.0994
rf4 = 0.2271 ί/5 = 0.0361
db =0.3372 ί/7 = 0.2992
rf, =0.3119 ί/9 = 0.0965
f/„, = 0.3947 ί/, ι = 0.0244
ί/ι2 = 0.3216 </,., = 0.6823
ί/,4 = 0.4162
η, = 1.56384 ν, = 60.81
η, = 1.54869
η3 = 1.48656
H4 = 1.618
/J5 = 1.6393
η(, = 1.57309
/J7 = 1.48656
ν2 = 45.55
ν3 = 84.47
ν4 = 63.38
V5 = 44.88
ν,, = 42.57
ι·7 = 84.47
/J8 = 1.48656 νχ = 84.47
/J9 = 1.58144 ν,, = 40.75
oder durch Werte, die ausgehend von diesem Datensatz durch Variation der folgenden Größen
innerhalb der angegebenen sieben Bereiche entstehen:
I 0.Sf < /ι,
II 0.7 < \n I < i.5in
< o,
III dt < 0.3 f,
IV 0.30f < rt<
0.45£
V 0.25/· < I r9 I
< 0.40/; n, < 0,
VI Vi Vi
> 65,
VII \,2f< fP< 1,8/-V8
> 65
worin von der Gegenstandsseite aus der einander folgenden Linsen
Γ1...Γ13 die Krümmungsradien der Linsenoberflächen.
do die Gegenstandsweite des Objektivs,
di... du die Luftspalte zwischen benachbarten
Linsen oder deren axiale Dickenabmessung,
ni... ns die Brechungsindizes,
Vi... ve die Abbe-Zahlen,
/ = die Brennweite des Objektivs.
/i = die Brennweite des ersten Linsenglieds
(Li),
fp — die zusammengesetzte Brennweite der ersten fünf Linsenglieder (L\ bis Ls) auf der
Gegenstandsseite
bezeichnen (Fi g. 2).
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19722237013 DE2237013C2 (de) | 1972-07-27 | 1972-07-27 | Mikroskop-Planobjektiv vom Gaußtyp |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19722237013 DE2237013C2 (de) | 1972-07-27 | 1972-07-27 | Mikroskop-Planobjektiv vom Gaußtyp |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2237013A1 DE2237013A1 (de) | 1974-02-14 |
DE2237013C2 true DE2237013C2 (de) | 1982-01-28 |
Family
ID=5851933
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19722237013 Expired DE2237013C2 (de) | 1972-07-27 | 1972-07-27 | Mikroskop-Planobjektiv vom Gaußtyp |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE2237013C2 (de) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5436746A (en) * | 1977-08-26 | 1979-03-17 | Olympus Optical Co Ltd | Objective lens of microscope |
-
1972
- 1972-07-27 DE DE19722237013 patent/DE2237013C2/de not_active Expired
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE2237013A1 (de) | 1974-02-14 |
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