DE2655611A1

DE2655611A1 - Verbesserter abbe kondensor

Info

Publication number: DE2655611A1
Application number: DE19762655611
Authority: DE
Inventors: Milton H Sussman
Original assignee: American Optical Corp
Current assignee: Warner Lambert Technologies Inc
Priority date: 1975-12-24
Filing date: 1976-12-06
Publication date: 1977-07-07
Also published as: JPS6226445B2; GB1518000A; JPS5282347A; ATA938776A; DE2655611C2; AT346620B; US4128304A; CA1079105A; HK21681A

Description

PATENTANWALT D-1 BERLIN 33

κ λ α ν irncr* KiIICLJC FALKENRIED 4

MANFRED MIEHE

1 19 1Q7ß

Diplom-Chemiker Telegramme: INDUSPROP BERLIN

^r Telex: 01854«

üS/02/2305 AO-2649

AMERICAN OPTICAL· CORPORATION Southbridge, Mass. 01550, USA

Verbesserter Abbe Kondensor

Ein Zweikomponenten-Mikroskopkondensor bestehend aus einem bikonvexen positiven Doublett als erste Komponente und einem konvex-planen positiven Doublett als zweite Komponente besitzt ausgezeichnete Korrektur für sphärische Abberration.und Koma mit bemerkenswerter Verringerung der Pupillen-Aberration. Die vordere Pupillenebene des Kondensors ist außerhalb des Glases vorgesehen, um so den Kondensor bei Mikroskoptechniken Anwendung finden zu lassen, die eine Anordnung der optischen Elemente in der Pupillönebene erfordern. Es kann eine negative Linse mit einer erfindungsgemäßen Ausführungsform kombiniert werden, um so eine längere Arbeitsentfernung zu bewirken.

Die Erfindung betrifft Abbe Kondensoren und insbesondere verbesserte Abbe Kondensoren mit ausgezeichneter Korrektur für sphärische Aberration und Koma mit bemerkenswerter Verringerung der gewöhnlichen Pupillenaberration.

Abbe Kondensotensindallgemein bekannt und weisen herkömmlicher Weise ein bikonvexes erstes Element mit einem konvex-planen zweiten Element auf. Die ersten und zweiten Elemente sind jedoch Singletts mit Ausnahme des Falles gewesen, bei dem komplexe Kondensoren mit einer wesentlichen Anzahl zusätzlicher Komponenten vorliegen und gewöhnlich ein Triplett als erstes Element aufweisen. Somit mußten sich die Mikroskop!sten entweder mit Beträgen an sphärischer Aberration und Koma als auch Pupillenaberration zufriedengeben, die allgemein bei herkömmlichen

7D9827/0231 - 2 -

Abbe Kondensoren vorhanden waren oder mußte beachtliche Investitionen für ein komplexes Kondensorensystem aufwenden, um Mikroskoptechniken auszuführen, die durch herkömmliche Abbe Kondensoren behindert oder verhindert worden sind.

Eine der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, einen verbesserten Abbe Kondensor zu schaffen.

Eine weitere der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, einen Abbe Kondensor, mit ausgezeichneter Korrektur für spährische Aberration und Koma zu schaffen, der gut für Pupillenaberrationen korrigiert ist.

Eine weitere der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, einen verbesserten Abbe Kondensor mit bemerkenswert verringerter axialer Farbaberration zu schaffen.

Erfindungsgemäß wird weiterhin ein Abbe Kondensor geschaffen, der aus einem bikonvexen positiven Doublett und einem konvex-planen positiven Doublett besteht.

Es wird weiterhin ein verbesserter Abbe Kondensor mit kurzem Arbeitsabstand geschaffen, der einen Arbeitsabstand aufweisen kann, der durch eine negative Linse erhöht wird.

Verbesserte Abbe Kondensoren weisen zwei Komponenten auf, wobei die erste Komponente ein bikonvexes positives Doublett und die zweite Komponente ein konvex-planes positives Doublett ist. Die verbesserten Kondensoren besitzen ausgezeichnete Korrektur für sphärische Aberration und Koma als auch bemerkenswert verringerte Pupillenaberration.

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 Ausführ ungs form.

709027/0231

Der in der Figur 1 gezeigte Kondensor besitzt eine numerische Apertur von angenähert 0,90, ausgezeichnete Korrektur für sphärische Aberration und Koma und bemerkenswerte Verringerung der Pupillenaberration. Unter Bezugnahme auf die Figur 1 besteht ein bikonvexes positives Doublett I aus einem bikonvexen Singlett, das mit einem konkav-konvexen Singlett verklebt ist und das erste Element des Kondensors darstellt. Ein konvex-planes positives Doublett II ist axial mit dem bikonvexen positiven Doublett I ausgerichtet und stellt das weitere Element des Kondensorsystems dar.

Die Linsenparameter der zwei Komponenten sindin der Tabelle I wiedergegeben, wobei die Linsenradii als R- bis R, bezeichnet sind, ein Minuszeichen (-) den Krüramungsmittelpunkt an der Pupillenseite der Linse wiedergibt, die Dicken mit T₁ bis T_fi, die Abstände mit S-. bis S„ und die Brechungsindices mit ND₁ bis ND. und Abbe Zahlen mit v\. bis /. gekennzeichnet sind. X stellt eine Variable mit einem Wert von etwa 9 bis 13 mm dar.

Tabelle I Linse Radius Dicke Abstand Brechungsindex Abbe-Zahl

S₀ =O,3562X
R₁= 1,9558X

T₁=O,9662X 1 ,620<ND₍₁j<1 ,621 /.^='60

I R₂=-1,2632X

T₂=O,19O5X 1,78<ND₍₂₎<1,79 /₍₂₎= 25

R-.=-4,3594X

S.,=O,OO95X

R₄= O,8O97X

T₃=O,7669X 1,66<ND₍₃₎<1,67 /₍₃₎= 42

II	^R5⁼	OO	T₄=O	,.390OX

	^R6⁼	00	T₅=O	, 1190X

1,78<ND₍₄₎ <1 ,79 ^(4J= ²⁵

S₂=O,O286X

1,52<ND₍₅₎<1 ,53 /₍₅ '=58

T₅, ND₅ und /₅, wie sie in der obigen Tabelle angegeben sind, sind kennzeichnend für herkömmliche Mikroskop-Objektivträger.

709827/0231

Obgleich in der Zeichnung dargestellt und in der Tabelle definiert, stellt der Objektivträger keinen Teil der Erfindujng dar. Der einschlägige Fachmann kann das Kondensorsystem ohne weiteres an einen Objektträger ungewöhnlicher Dicke oder mit einem ungewöhnlichen Brechungsindex und Abbezahl anpassen.

Eine bevorzugte Ausführungsform, bei der X = 10,5 mm, weist die folgenden Werte auf.

Linse Radius

Tabelle II Dicke Abstand Brechungsindex Abbe-Zahl

S₀ = 3,74

R₁= 20,5357

¹J

I R₂=-13,2638

■j R₃=-45,7739

R₄= 8,5021

II R_c= »

= 10,145

T₂= 2,000

= 1,6203

= 60,3

ND₂= 1,78600 V₂= 25,5

= 0,10

R₆=

T₃= 8,053 T₄= 4,095

T₅= 1,250

ND₃= 1,66741 Z₃= 41,9 ND₄= 1,78600 Z₄= 25,5

0,30

ND₅= 1,5244

= 58,3

Die Ausführungsform nach der Figur 2 weist ein bikonvexes positives Doublett XI als erstes Element auf, das aus einem bikonvexen Singlett zusammengesetzt ist, dessen erste Oberfläche eine axiale symmetrische asphärische Oberfläche ist und hiermit ist ein konkavkonvexes Singlett verklebt. Das zweite Element ist axial mit dem bikonvexen positiven Doublett XI ausgerichtet und ist ein konvexplanes positives Doublett XII, das aus einem mit einer ebenen Platte verklebten konvex-planen Singlett zusammengesetzt ist.

709827/0231

— t* —

.1.

Die Linsenparameter der zwei Komponenten sind in der Tabelle III wiedergegeben, wobei die Linsenradii mit R₁₁ bis R_{1 ß} gekennzeichnet sind, ein Minuszeichen (-) den Krummungsmittelpunkt an der Pupillenseite der Linse wiedergibt, die Dicken mit T₁₁ bis T₁₄/ die Abstände mit S₁ bis S₁₂, die Brechungsindices mit ND₁₁ bis ND₁₄ und die Abbe Zahlen mit Z₁₁ bis Λ. bezeichnet sind.

Tabelle III
Linse Radius Dicke Abstand Brechungsindex Abbe-Zahl

5₁₀ = O,2894X R₁₁= 1,212OX

T₁₁= 1,O311X 1,522<ND₁₁<1,524 /^= 58,

XI R₁₂=-1,4414X

T₁₂=O,19O5X 1,785<ND₁₂<1,787 /₁₂= 25

R₁₃=-3,3477X

5₁₁ = O,OO95X R₁₄= 0,772OX

T₁₃=O,4264X 1,619<ND₁₃<1,621 Z₁₃= 60

XIi R₁₅=

T₁₄= O,5212X 1,785<ND₁₄<1,787 /₁₄= 25

S₁₂= O,O381X T. ₅=O,119OX 1,52< ND ₅<1,53 / ₅= 58

wobei X 9 bis 13 mm ist. Die vordere Oberfläche der Linse XI mit dem Radius R₁₁ ist eine axial symmetrische asphärische Oberfläche mit einer Drehachse 8. Der Wert für 8 für jeden gegebenen Wert von χ und y ist durch die folgende Gleichung definiert:

worin: d = 0,380331 . 10~!j

e =-0,428527 . 1O~'

f = 0,124135 . 10"J₁

g =-0,709653 . 10~^ΊΊ
p2 _n. _ _X2 ₊ y2

c = 4 und k = -0,536389.
R₁₁

709827/0231

Eine Ausführun§sform, bei der X 10,5 mm ist, weist die folgenden Werte auf.

Tabelle IV

Linse

Radius

¹R τ co

T₁

^R16⁼ °°

^T5

Dicke

S.

= 1,250

Abstand

Brechungs index

1

=

1

,523

Abbe-Zahl

25

6

10 ^{= 3}'⁰⁴

"¹R₁₁ = 12,727

,826

,477

2

=

1

,786

,5

T

11=¹⁰

ND₁

XXI

R_l2=-15,135

₁₂=2,OOO

,473

60

T

ND₁

/_η=58,

R₁₃=-35,151

S-

3

=

1

,620

25

,3

_n = 0,10

/₁₂=

R₁₄= 8,1O7

— ά
3 '

4

=

1

,786

,5

ITl

ND₁

58

XXII

4 "~

ND₁

=

r

5244

'«-

,3

_|2= 0,40

/₁₄=

ND₅

+ Asphärische Oberfläche mit einem konischen Koeffizikenten und vier Deformationskoeffizienten wie in Tabelle III angegeben.

Eine weitere Ausführungsform eines Kondensors gemäß Figur 2 weist die folgenden Parameter auf.

709827/0231

Tabelle V

Linse Radius

Dicke

Abstand Brechungsindex Abbe-Zahl

= O,163X

= 1,261X

XI R₁₂=-1,385X
R₁₃=-2,891X
R₁₄= O,719X

T₁₂=O_r27iX

1,5<ND₁₁<1,6

1,7<ND₁₂<1,8

=59

=" 25

= 0,009X

T₁₃=O,414X
T₁₄=O,5423X

1,5<NB₁₃<1,6

= 25

■R =00

^R16

= O,O36X

wobei X 9 bis 13 mm ist und der kpnische Koeffizient und die vier Deformationskoeffizienten wie folgt sind:

Bd= 0,335486 . 10~⁵

e =-0/329104 . 1O~⁷

f = 0,70309 . 1O"⁹

g =-0,349273 . 10~¹¹

2 2 2

ρ = χ + y

e = - und
R₁₁

k = -0,556707.

Die bevorzugte Ausführungsform, bei der sich X auf 11,4 mm beläuft, weist die folgenden Werte auf.

9.827/0231 "⁸ "

Radius

= 14,375

T

=-15,792

T

=-32,960

T

= 00

Dicke

2,37

Tabelle

VI

,86

Brechungsindex

_{1 =}

1

=

1

523

Abbe-Zahl

Linse

Abstand

R₁₁

= 8,194

T

,09

S₁ = 1

2

,786

— 1
11

ND₁

Z₁₁= 58,6

^R12

1

XI

— -3
1 0

ND₁

Z₁₂= 25,5

^R13

,72

,10

3

=

1

,589

^R14

,18

S₁₁=O

4

,786

— A
1 'ί

ND₁

Z₁₃= 61,2

^R15

XII

14^{= 6}

ND₁

Z₁₄= 25,5

^R16

S₁₂= 0,411

Asphärische Oberfläche mit einem konischen Koeffizienten und vier Deformationskoeffizienten wie in Tabelle V angegeben.

Unter Bezugnahme auf die Figur 3 sind die Linsen XI und XII die geichen wie die entsprechenden Linsen der Figur 2. Die Linse XXI ist eine negative Einrastlinse, die wahlweise zusammen mit den Linsen XI und XII angewandt werden kann, um dien Arbeitsabstand des Kondensors zu erhöhen.

Die Parameter der Linse XXI sind wie folgt: R₀₁ beläuft sich auf etwa -250 bis + 500 mm, R₀₀ beläuft sich auf etwa 62,0 bis 23 mm, T₃₁ beläuft sich auf etwa 3,2 bis 4,0 mm, S₃₁ auf etwa 4,2 bis 5,4 mm, ND₀₁ auf etwa 1,6 bis 1,8 und Z₉₁ auf etwa 31. Die spezifischen Werte der obigen Parameter sind ausgewählt, um dienangestrebten Arbeitsabstand des Kondensors gemäß der Formel

ο
f cond

= f neg. Linse zu erzielen, wobei f cond

1,05

Brennweite des Kondensors ist, der Arbeitsabstand ist der Abstand S₂₂ und f neg. Linse ist die Brennlänge der geeigneten negativen Linse. Bei dem Kondensor der Tabelle VI mit einer Brennweite von 11,4 kann der Wert für f neg. Linse in einem Bereich von etwa -32,9 bis -89,6 liegen, um einen Luftarbeitsabstand von etwa 5 mm bis 2,5 mm zu ergeben. Eine bevorzugte negative Linse XXI weist die folgenden Werte auf: 709827/0231 -9-

	SS r	OO 39,	779
^R21 ^R22	Il Il	3,	60
^T21	=

^₁= 1,689

/2Γ ^3O'⁹

S₀₀ ist sodann gleich etwa 3,3 mm und S₀₁ etwa 3 mm. Der Abstand S₂₁ ist nicht kritisch und wird vorzugsweise relativ zu dem Durchbiegen der Oberfläche mit dem Radius R₂₂ ausgewählt, um einen ausreichenden Abstand für ein optisches Element zu ergeben, wie eines Phasenannulus, der vorzugsweise in oder sehr nahe der vorderen Brennebene S₁ des Kondensors angeordnet ist.

- 10 -

709827/0231

/ftf

Leerseite

Claims

Patentansprüche

1y Zweikomponenten-Mikroskop-Kondensor mit einem Arbeitsabstand, der sowohl für einen Luftraum als auch ölgefüllten Raum geeignet ist und eine vordere Pupillenebene außerhalb des Glases desselben aufweist, dadurch gekennzeichnet , daß der Kondensor aus einem bikonvexen positiven Doublett und einem konvexplanen positiven Doublett besteht, die längs einer optischen Achse ausgerichtet sind.
2. Kondensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das bikonvexe Doublett eine asphärische erste Oberfläche aufweist.

3. Kondensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei Komponenten Parameter der Linsenradii (R), wobei ein Minuszeichen (-) den Krümmungsmittelpunkt an der Pupillenseite der Linse angibt, Dicken (T), Abstände (S), Brechungsindices (ND) und Abbe-Zahlen (/) wie folgt aufweisen:

Linse Radius Dicke Abstand Brechungsindex Abbe-Zahl

1,522<ND₁₁<1,524 Z₁-,=58

1,758<ND_1O<1 ,787 Z_1O~25

1,619<ND₁o<1»621 Z₁-^OO

1,785<ND₁₄<1,787 /₁₄=25

S₁₂= O,O381X

wobei X 9 bis 13 mm ist, die Oberfläche mit dem Radius R₁₁ ist eine axial symmetrische asphärische Oberfläche entsprechend der Gleichung

= 1 ,212OX T₁₁ = =-1,4414X T₁₂= =-3,3477X T₁₃= ZSZ 00 ^T14= = 00 1, ^S10 S₁₁ = 0 ,2894X R₁₁ - 0,772OX 0311X 4264X ^R12 OvI9O5X 5212X R₁₃ = 0 ,0095X R₁₄ 0, ^R15 0, ^R16

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- 11 -

omeiNAL inspected

1 + /4- (k+1

+ dp⁴ + ep⁶ + fp⁸ + gp^1C

mit einem konischen Koeffizienten (k) von -0,536389 und Deformationskoeffizienten d von 0,380331 . 1O~ , e von -0,428527 . 10 , f von 0,124135 . 1O~⁸ und g von -0,709653 . 10~¹¹.

4. Kondensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich X auf 10,5 mm, ND₁₁ auf 1,523, ND₁₂ auf 1 ,786, ND ₃ auf 1,620, ND₁. auf 1,786, Zy₁ auf 58,6, Z₁₉ auf 25,5, Z₁, auf 6,0,3

1 fs Il I « I J

und Z₁₄ auf 25,5 belaufen.
5. Kondensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei Komponenten Parameter der Linsenradii (R), wobei das Minuszeichen (-) den Krümmungsmittelpunkt an der Pupillenseite der Linse angibt, Dicken (T), Abstände (S), Brechungsindices (ND) und Abbezahlen (Z) wie folgt aufweisen:

Linse Radius Dicke Abstand Brechungsindex Abbe-Zahl

5₀ = O,3562X
R₁= 1,9558X

T₁= O,9662X 1 ,620<ND₍₁₎<1 ,621 Z^ .=60

I R₂=-1,2632X

T_o=0,1905X 1,78 <ND,_OX<1,79 Z_tfo.=25

ί \Δ) ή Δ}

R₃=-4_f3594X

5₁ = O,OO95X
R₄= O,8O97X

T₃=O,7669X 1,66 <ND,₃₎<1,67 Z .=42

II R₅= °°

T₄=O,39OOX 1,78 <ND₍₄j<1,79 Z₍₄j=25

T? *"" oo

5₂ = O,O286X
wobei sich X auf 9 bis 13 mm beläuft.
6. Kondensor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich X auf 10,5, ND₁ auf 1,6203, ND₂ auf 1,78600, ND₃ auf 1,66741, ND. auf 1,78600, Z₁ auf 60,3, Z₀ auf 25,5, Z, auf 41,9 und Z₄ auf 25,5 belaufen.

709827/0231 " ¹² "

7. Kondensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei Komponenten Parameter der Linsenradii (R), wobei das Minuszeichen (-) den Krümmungsmittelpunkt an der Pupillenseite der Linse,angibt, Dicken (T), Abstände (S), Brechungsindices (ND) und Abbezahlen (/) wie folgt aufweisen:
Linse Radius Dicke Abstand Brechungsindex Abbe-Zahl

R₁ .,= 1,261X S₁₀ T₁₁=I,085X S₁₁ T₁₃=O,414X = 0 ,163X 1,5<ND₁₁<1,6 Z₁₁ = 59 ^R1 ₂=-1,385X T₁₂=O,271X T₁₄=O,5423X XI 1,7<ND₁₂<1,8 Z₁₂ = 25 ^R1 ₃=-2,891X R₁ ₄= 0,719X = 0 ,009X 1,5<ND₁₃<1,6 Λ 3 = 61 ^R1 5= * XII 1,7<ND₁₄<1,8 ^14 = 25 ^R1 = OO

S₁₂= O,O36X

wobei sich X auf 9 bis 13 mm beläuft, die Oberfläche mit dem Radius R₁₁ ist eine axial symmetrische asphärische Oberfläche entsprechend der Gleichung

* = - + dp⁴ + ep⁶ + fp⁸ ₊ gp¹⁰ 1 + yi-ik+Dc'p^

mit einem konischen Koeffizient (k) von -0,556707 und Deformationskoeffizienten d von 0,335486 . 10~⁵, e von -0,329104 . 10 , f von 0,70309 . 10~⁹ und g von -0,349273 . 1θ"¹¹.

8. Kondensor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß sich X auf 11,4 mm, ND₁₁ auf 1,523, ND₁₂ auf 1,786, ND₁₃ auf 1,589, ND₁₄ auf 1,786, /^ auf 58,6, Z₁₂ auf 25,5, Z₁₃ auf 61,2 und Z₁₄ auf 25,5 belaufen.
9. Kondensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine negative Linse mit einer konkaven hinteren Oberfläche vorliegt, die nahe der vorderen Pupillenebene des Kondensors angeordnet ist.

709827/0231 " ¹³ "
10. Kondensor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die negative Linse eine Brennweite von etwa -32,9 bis etwa -89,6 aufweist.
11. Kondensor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine plan-konkave negative Linse vorgesehen ist, um einen Luftarbeitsabstand, S₃₂, von 2,5 bis 5fim zu ergeben.
12. Kondensor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die negative Linse einen konkaven Radius, R₂2' ^von
39,779 mm, eine Dicke, T₃₁, von 3,60 mm, einen Brechungsindex (ND₃₁, von 1,689 und eine Abbe-Zahl /_.. von 30,9 und einen Arbeitsabstand
von etwa 3,3 mm aufweist.

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