DE2515319A1

DE2515319A1 - Mikroskop-objektive

Info

Publication number: DE2515319A1
Application number: DE19752515319
Authority: DE
Inventors: Arthur Hubert Shoemaker
Original assignee: American Optical Corp
Current assignee: Warner Lambert Technologies Inc
Priority date: 1974-04-26
Filing date: 1975-04-08
Publication date: 1975-11-06
Also published as: DE2515319C2; JPS50150451A; JPS58111913A; FR2269093B1; CA1022786A; JPS58111912A; GB1511383A; US3982821A; JPS58111914A; FR2269093A1

Description

PATENTANWALT _D._t BERLIN 33 MANFRED MIEHE Diplom-Chemiker Tcfefrimme: INDUSPROP BERLIN

US/02/2224 AO-2645

AMERICAN OPTICAL CORPORATION Southbridge, Mass. Ol550, USA

Mikroskop-Objektive

Es werden Mikroskop-Objektive mit einer numerischen Apertur von praktisch 0,25 und einer etwa 10-fachen Vergrößerung geschaffen, die zu einem praktisch flachen Abbildungsfeld von etwa 24 mm führen.

Die Erfindung betrifft Mikroskop-Objektive und insbesondere Mikroskop-Objektive mit einer numerischen Apertur von praktisch 0,25, einer praktisch 10-fachen Vergrößerung und einem praktisch flachen Abbildungsfeld von etwa 24 mm. Die erfindungsgemäßen Mikroskop-Objektive sind gut für herkömmliche chromatische Abbilflungs-Aberrationen, als auch sphärische Aberration, Koma und Astigmatismus korrigiert. Das praktisch flache Abbildungsfeld von etwa 24 mm ergibt sich, wenn die Objektive bei einem herkömmlichen Okular mit 10-facher Vergrößerung und einem Mikroskop angewandt werden, das ein Objektiv aufweist, wie es in der US-PS 3 355 234 offenbart ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ein optisches Diagramm einer erfindungsgemäßen Ausführungsform;

Fig. 2 ein optisches Diagramm einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform.

Fig. 3 ein optisches Diagramm einer weiteren erfindungsgemäßen Aus führungs form;

509845/0329 " ² "

Fig. 4 ein optisches Diagramm einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform.

Unter Bezugnahme auf die Figur 1 ist das Objektiv XXin Blickrichtung quer zu dessen optischer Achse relativ zu der Objekt=; ebene und zeigt die Linsenelemente ausgerichtet längs der optischen Achse. Das erste Element I des Objektivs ist ein konkavkonvexes positives Singlett und hieran schließt sich das zweite Linsenelement II an, das ebenfalls ein konkav-konvexes positives Singlett ist. Das dritte und letzte LinsenelemCntlll dieser Ausführungsform ist ein bikonvexes positives Doublett. Die Parameter des Objektivs sind in der folgenden Tabelle I wiedergegeben, in der die axialen Dicken aufeinanderfolgender Linsenelemente mit Tl bis T4 und die aufeinanderfolgenden Abstände von der Objektebene (mit 0 gekennzeichnet) mit Sl bis S3 gekennzeichnet sind. Die aufeinanderfolgenden Linsenradii sind mit Rl bis R7 bezeichnet, wobei das Minuszeichen (-) sich auf die Oberfläche bezieht, deren Krümmungsmittelpunkt auf der Objektseite ibXBS_ Scheitelpunktes liegt. Die Brechungsindices und Abbe Zahlen der Gläser in den aufeinanderfolgenden Linsen sind absolute Werte und werden mit ND(I) bis ND(4) bzw. V(I) bis ν(4) bezeichnet.

509845/0329

Tabelle I

Linse Radius Dicke Abstand Brechungs- Abbe-Zahl

index

S₁=O,2Ol36Of R₁=-O,297233f

I T₁=O,273567f ND(I)=I,78816 V(l)=47,37 R2=-O,449693f

S₂=O_fOO5471f R₃=-2,O9O3Of

II T₂=O,16414Of ND(2)=1,78816 V(2)=47,37 R₄=-O,O78O545f

S₃=O,961457f R₅=113_f36l8f

III T₃=O_fO82O7Of ND(3)=1,80491 V(3)=25,42 R₆=l,199O7f

T₄=O,19l497f ND(4)=1,583O4 V(4)=59,41

R_?=*J_rO1792f

In der vorangehenden als auch den nachfolgenden Tbellen ist f die Brennweite des Objektivs in Millimetern und alle Werte können innerhalb normaler Herstellungstoleranzen schwanken.

Die optischen Werte für ein spezifisches Objektiv dieser Ausführungsform weisen die folgenden Werte auf, wobei sich die Brennlänge auf 18,277 mm beläuft:

Tabelle II Linse Radius Dicke Abtand

5₁ = 3,68O R₁ = -5,4325

I T₁ - 5,000 R₂ = -8,2190

5₂ - 0,1OO R₃ = -38,204

II T₂ = 3,000 R₄ - -14,266

509845/0329 ^S3 ~

Linse Radius Piche Abstand

R₅ = 2071,914

T₃ = 1,500 III R₆ = 21,915

T₄ = 3,500 R₇ = -18,605

Unter Bezugnahme auf die Figur 2, die eine bevorzugte erfindungsgemäße Ausführungsform darstellt, weisen die ersten drei Elemente IV, V und VI des Objektivs XXI die gleiche Krümmung auf, wie die drei in der Figur 1 für das Objektiv XX gezeigten Elemente. Das vierte und letzte Element dieser Ausführunsform ist ein konJrex-konkaves negatives Singlett.

Die Parameter dieses Objektivs sind in der Tabelle III wiedergegeben, wobei die axialen Dicken aufeinanderfolgender Linsenelemente mit T5 bis T9 und die aufeinanderfolgenden axialen Abstände von der Objektebene (O) mit S4 bis S7 bezeichnet sind. Die aufeinanderfolgenden Linsenradii sind mit R8 bis Rl6 bezeichnet, wobei das Minuszeichen (-) sich auf die Oberflächen bezieht, deren Krümmungsmittelpunkt auf der Objektseite deren Scheitelpunkte liegt. Die Brechungsindices und Abbe Zahlen der Gläser in den aufeinanderfolgenden Linsen sind absolute Werte, die mit ND(5) bis ND(9) bzw. v(5) bis v(9) bezeichnet sind.

509845/0329

Tabelle III

Linse Radius Dicke Abstand Brechungs- Abbe-Zahl

index

S₄=O,3382f R₈=-O,4274f

IV T₅=O,2737f ND(S)=I,78833 *5) = 50,47

R₉=-O,5552f

S₅=O,O328f

R₁₀=-0,9581f

T₆=O,1642f ND(6)=1,78833 (6) = 5O,47

S₆=O,7957 R_l2=2,2O95f

T₇=O,O821f ND(7)=1,78446 (7) = 25,75

VI R₁3=0,7295f

Tg=O,19l6f ND(8)=1,69669 (8) = 56,13

R_l4=-2,6553f

S₇=O,OO49f R₁₅=O,5296f

VII T₉=O,19l6f ND(9)=1,69669 (9) = 56,13 R₁₆=O,4342f

Die optischen Werte für ein spezifisches Objektiv dieser Ausführungsform mit einer Brennweite von 18,265 sind die folgenden:

Tabelle IV Linse Radius Dicke Abstand

S₄ = 6,180 R₈ = -7,807

IV T₅= 5,000

R₉ = -10,140

S₁- = 0,600

R₁₀= -17,500

T₆= 3,000

509845/0329

Linse Radius Dicke Abstand

R₁₁ = -13,710

5₆ - 14,534 R₁₂ = 40,356

T₇ = 1,500

VI R₁₃ = 13,325

T₈ = 3,5OO R₁₄ = -48,500

5₇ = 0,0900 R₁₅ = 9,674

VII T₉ = 3,5OO R₁₆ = 7,934

Unter Bezugnahme auf die Figur 3 weist ein Objektiv XXII ein erstes Element VIII, das ein konkav-konvexes positives Singlett darstellt, ein zweites Element IX, das ein konkav-konvexes positives Singlett darstellt, ein drittes Element X, das ein bikonvexes positives Singlett ist und ein viertes Element XI, das ein konkav-konvexes positives Doublett ist, auf. Die Parameter dieses Objektivs sind in der Tabelle V wiedergegeben, in der die axialen Dicken aufeinanderfolgender Linsenelemente mit T9 bis Tl3 und die aufeinanderfolgenden axialen Abstände von der Objektebene (0) mit S8 bis SIl bezeichnet sind. Die aufeinanderfolgenden Linsenradii sind mit Rl7 bis R25 bezeichnet, wobei das Minuszeichen (-) sich auf die Oberflächen bezieht, deren Krümmungsmittelpunkt auf der Objektseite ihrer Scheitepunkte liegt. Die Brechungsindices und Abbe Zahlen der Glase in den aufeinanderfolgenden Linsen sind absolute Werte und mit ND(9) bis ND(13) bzw. ν(9) bis ν(13) bezeichnet.

- 7 -509845/0329

Tabelle V Linse Radius

Dicke

Abstand Brechungs- Abbe-Zahl Index

S_g=O,2O151f

R₁₇-O, 27O49f

VIII T_g=O,27378f

R₁₈-O,47956f

ND(9)=1,78816 (9)- 47,37

S_g=O,OO548f R₁₉-I,7l599f IX T,~=O,16427f ND(10)=1,78816 (1O)=47,37

S_lo=O,25847f

,19164f ND(Il)=I,78016 (11)=47,37

,53892f

3,O351Of

R₂₂=-7,39856f

R₂₃=-4,65O89f

T₁₂=O,O8213f

O,76274f

-1,15457f

,19164f

ND(12)=1,80491 (12)=25,42 ND(13)=1,7O166 (13)=4l,OO

Die optischen Werte für ein spezifisches Objektiv dieser Ausführ ungs form mit einer Brennweite von 18,263 sind in der folgenden Tabelle VI wiedergegeben.

Tabelle VI Radius

Linse

Dicke

Abstand S₈ = 3,68O

R₁₇--4,940 R_l8=-8,74O R_l9»-13,339

T₉= 5,000

S₉ = 0,100

509845/0329

— ο ~"

Linse Radius Dicke Abstand

IX T_1Λ = 3,000

S,„ = 4,720

^R20	=-16,400	1	=-135,120	1	= 13,930	1	=-21,086	D₁₁ = 3	,500
R₂₁	= 55,430	=-84,939

^R22		,500
^R23
	ί =3	,500
^R24

= 9,802

Unter Bezugnahme auf die Figur 4 weist das Objektiv XXIII die ersten drei Elemente XII, XIII und XIV auf, die die gleiche Krümraungsart wie die entsprechenden Elemente des Objektivs XXII nach Figur 3 besitzen. Das vierte und letzte Element XI ist ein bikonvexes positives Doublett. Die Parameter dieses Objektivs sind in der Tabelle VII wiedergegeben, in der die axialen Dicken aufeinanderfolgender Linsenelemente mit T14 bis T18 und die aufeinanderfolgenden axialen Abstände von der Objektebene (0) mit S12 bis S15 bezeichnet sind. Die aufeinanderfolgenden Linsenradii sind mit R26 bis R34 bezeichnet, wobei das Minuszeichen (-) sich auf die Oberflächen bezieht, deren Krümmungsmittelpunkt auf der Objektseite ihrer Scheitelpunkte liegt. Die Brechungsindices und Abbe Zahlen der Gläser in den aufeinanderfolgenden Linsen sind absolute Werte und mit ND(14) bis ND(18) bzw. ν(14) bis ν(18) bezeichnet.

509845/0329

_₉_

Linse

Tabelle VII

Radius Dicke

Abstand

Brechungs- Abbe-Zahl index

XIII

R₂₆=-O,326O5f

S_l2=O,4O735f

T₁₄=O,26827f

ND(14)=1,78816 v(14)=47,37

R₂₇=-O,53O42f

R₂₈=-2,16525f

R₂₉=-O,99163f

R₃₀= l,73624f

₃₁=-12,952f

R₃₂= 12,952f

R₃₃=O79515f

S₁₃=O,OO537f =O,16O96f ND(15)=1,78816 V(15)=47,37

S₁₄=O,12438f =O,l8779f ND(16)=1,78816 v(16)=47,37

S₁₅=O,41384f

=O,O8O48f ND(17)=1,80491 v(17)=25,42

=O,l8779f ND(18)=1,52249 v(18)=6O,13

R₃₄=I,4OO3f

Die optischen Werte für ein spezifisches Objektiv dieser Ausführungsform mit einer Brennweite von 18,638 mm sind in der folgenden Tabelle VIII wiedergegeben.

Tabelle VIII Linse

Radius

Dicke

Abstand

S₁₀ = 7,592

= -6,077

R₂₇ = - 9,886

^R28 ⁼ ~⁴⁰'³⁵⁶

= 5,000

s_l3 = 0,100

- 10 -

609845/0329

Linse Radius Dicke Abstand

XIII T₁₅ = 3,000

S₁₄ = 2,318

R₂₉ = -18,482

R₃₀ = 32,360

XIV T₁₆ = 3,500

R₃₁ =-241,400

S₁₅ = 7,713 R₃₂ = 241,400

T₁₇ = 1,500 XI R₃₃ - 14,820

T₁₈ = 3,500 R₃₄ = -26,098

Die Werte in den obigen Tabellen können eingestellt werden, um den normalen Herstelungstoleranzen angepaßt zu werden.

- 11 -

509845/0329

Claims

P atentans prüche

fly Mikroskop-Objektiv mit einer numerischen Apertur von praktisch 0,25 und einer praktisch 10-fachen Vergrößerung, die gut für chromatische Abbildungsaberrationen, sphärische Aberrationen, astigmatische Aberrationen und Koma korrigiert ist, während dieselbe zu einem praktisch flachen Abbildungsfeld von etwa 24 mm führt, bei dem die folgenden optischen Elemente längs einer optischen Achse ausgerichtet sind und der Reihenfolge nach von der Objektebene aufgeführt sind, dadurch gekennzeichn e t , daß ein konkav-konvexes positives Singlett als erstes Element, ein konkav-konvexes positives Singlett als zweites Element und ein positives Doublett mit einem bikonvexes Linsenbestandteil als eine drittes Element vorliegen.
2. Mikroskop-Objektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das dritte Element ein bikonvexes positives Doublett ist, sowie weiterhin ein konvex-konkaves pegatives Singlett als viertes Element vorgsehen ist, das längs einer optischen Achse im Anschluß an das dritte Element ausgerichtet ist.
3. Mikroskop-Objektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das dritte Element ein konkav-konvexes positives Doublett ist und weiterhin ein bikonvexes positives Binglett als das vierte Element vorgesehen ist, das längs der

ausgerichtet
optischen Achse/und zwischen dem aveiten und dritten Element angeordnet ist.
4. Mikroskop-Objektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das dritte Element ein bikonvexes positives Doublett ist und weiterhin ein bikonvexes positives Singlett als viertes Element vorgesehen ist, das längs der optischen Achse ausgerichtet und zwischen dem zweiten und dritten Element angeordnet ist.
5. Mikroskop-Objektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das dritte Element ein bikonvexes positives Doublett ist und aus den definierten Linsenelementen besteht, die die folgenden Parameter aufweisen:

509845/0329 -12-

Linse Radius Dicke Abstand Brechungsindex Abbe-Zalkl

5₁ = 0,20136Of R₁=-O,297233f

I Τ_χ=Ο,273567ί ND (I)=I ,78816 v(l)=47,37 R₂=-O,449693f

5₂ =O,OO547lf R₃=-2,O9O3Of

II T₂=O,16414Of ND(2)=l_f788l6 v(2)=47,37 R₄=-O,O78O545f

S₃= O,96l457f R₅= 113,36l8f

T₃=O,08207Of ND(3)=1,80491 v(3)=25,42

III R_c= l,199O7f

T₄=O,19l497f ND(4)=1,58304 v(4)=59,4l

R₇=-l,O1792f

wobei die axialen Dicken aufeinanderfolgender Linsenelemente mit Tl bis T4, aufeinanderfolgende axiale Abstände mit Sl bis S3, aufeinanderfolgende Linsenradii mit Rl bis R7 - wobei das Minsuzeichen (-) sich auf die Oberflächen bezieht, deren Krüitimungsmi tte lpunkt auf der Objektseite ihrer Scheitelpunkte liegt - die Brechungsindices und Abbe Zahlen der aufeinanderfolgenden Linsen mit ND(I) bis ND(4) bzw. v(l) bis ν(4) bezeichnet sind, und die Brennweite des Objektivs in Millimetern durch f wiedergegeben ist.
6. Mikroskop-Objektiv nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß f 18,277 mm beträgt.
7. Mikroskop-Objektiv nach Anspruch 2, dadurch g e k e η η -

ζ e i c hn e t , daß dasselbe aus den definierten Linsenelementen besteht, die die folgenden Parameter aufweisen:

50984 5/0329 - 13 -

Linse Radius

Dicke

Abstand Brechnungs- Abbe-ZaM

index

S₄=O,3382f

R₈=-O,4274f

IV T₅=O,2737f R₉=-O,5552f

R₁₀=-0,958lf

V Tg=O,l642f R_i;L=-O,75O6f

ND(5)=1,78833 v(5)=5O,47

Sg=O,O328f

ND(6)=1,78833 V(6)=5O,47

S,=O,7957

R₁₀= 2,2O95f

VI R₁₃= O,7295f

T_?=O,O821f E T₈=O,19l6f

ND(7)=1,78446 v(7)=25,75

ND(8)=1,69669 v(8)=56,13

R_l4=-2,6553f

R₁₅= O,5296f

VII T₉=O,1916f

R₁₆= O,4342f

S₇=O_fOO49f

ND(9)=1,69669 v(9)=56,13

wobei die axialen Dicken aufeinanderfolgender Linsenelemente mit T5 bis T9, aufeinanderfolgende axiale Abstände mit S4 bis S7, aufeinanderfolgende Linsenradii mit R8 bis R16 - wd>bei das Minuszeichen (-) sich auf die Oberflächen bezieht, deren Krümmungsini telpunkt auf der Objektseite ihrer Scheitelpunkte liegt - die Brechungsindices und Abbe Zahlen der aufeinanderfolgenden Linsen mit ND(5) bis ND(9) bzw. ν(5) bis ν(9) bezeichnet sind, und f die Brennweite des Objektivs in Millimetern darstellt.
8. Mikroskop-Objektiv nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß sich die Brennweite auf 18,265 beläuft.
9. Mikroskop-Objektiv nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß dasselbe aus den definierten Linsenelemfenten besteht, die die folgenden Parameter aufweisen:

- 14 -

509845/0329

Linse Radius Dicke Abstand Brechungs- Abbe-Zahl

index

S₈=O,2O151f R_l7=-O,27O49f

VIII T₉=O,27378f ND(9)=1,78816 v(9)=47,37

R_l8=-O,47856f

S₉=O,OO548f R_l9=-l,7l598f

IX T₁₀=O,16427f ND(IO)=I,78816 V(1O)=47,37

S₁ =O,25847f

R_2o=-O,89799f

= 3,0351Of R₂₂=-7,39856f

X T₁₁=O,19164f ND(Il)=I,78816 v(ll)=47,37

S₁₁=O,53892f R₂₃=-4,65O88f

T₁₂=O,O8213f ND(12)=1,80491 v(12)=25,42

XI R₂₄= O,76274f

T_l3=O_f19164f ND(13)=1,70166 v(13)=41,OO

R₂₅=-l,15457f

wobei die axialen Dicken aufeinanderfolgender Linsenelemente mit T9 bis T13, aufeinanderfolgende axiale Abstände mit S8 bis SIl, aufeinanderfolgende Linsenradii mit Rl7 bis R25 - wobei das Minus zeichen (-) sich auf die Oberflächen bezieht, deren Krümmungsmittelpunkt auf der Objektseite ihrer Scheitelpunkte liegt - die Brechungsindices und Abbe Zahlen aufeinanderfolgender Linsen mit ND(9) bis ND(13) bzw. ν(9) bis ν(13) gekennzeichnet sind, und f die Brennweite des Objektivs in Millimetern darstellt
10. Mikroskop-Objektiv nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daß sich f auf 18,263 beläuft.
11. Mikroskop-Objektiv nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß dasselbe aus den definierten Elementen besteht, die die folgenden Parameter aufweist:

- 15 -

509845/0329

Linse Radius

Dicke

Abstand Brechungs- Abbe-Zahl index

=O_f4O735f

XIII

R₂₆=-O,326O5f

R₂₇=-O,53O42f R₂₈=-2,16525f R₂₉=-O,99163f R₃₀= l,73624f R₃₁=-12,952f R₃₂= 12,952f

XV R₃₃= O,79515f R₃₄= -l,4OO3f

=O,26827f

ND(14)=1,78816 v(14)=47,37

=O,OO537f

,16O96f

ND(15)=1,78816 V(15)=47,37

=O,12438f

XIV

,I8779f

ND(16)=1,78816 V(16)=47,37

4l384f

,O8O48f

,I8779f

ND(17)=1,80491 v(l7)=25,42

ND(18)=1,52249 v(l8)=6O,13

wobei die axialen Dicken aufeinanderfolgender Linsenelemente mit T14 bis T18, aufeinanderfolgende axiale Abstände mit S12 bis S15, aufeinanderfolgende Linsenradii mit R26 bis R34- wobei das Minuszeichen (-) sich auf Oberflächen !«zieht, deren Krümmungsmittelpunkt auf der Objektseite ihrer Scheitelpunkte liegt - die Brechungs- · indices und Abbe Zahlen der aufeinanderfolgenden Linsen mit ND(14) bis ND(18) bzw. ν(14) bis ν(18) bezeichnet sind, und f die Brennweite in Millimetern darstellt.
12. Mikroskop-Objektiv nach Anspruch 11, dadurch g e k e η η ζ e i c hn e t , daß sich f auf 18,638 beläuft.

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