DE2741607B2

DE2741607B2 - Mikroskopobjektiv

Info

Publication number: DE2741607B2
Application number: DE2741607A
Authority: DE
Inventors: Tsutomu Hachiouji Tokio Tojyo (Japan)
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1976-09-17
Filing date: 1977-09-15
Publication date: 1980-07-17
Also published as: US4146304A; JPS5337046A; DE2741607C3; JPS5641084B2; DE2741607A1

Description

darin bezeichnen

f die Brennweite des Objektivs,

NA die numerische Apertur,

β die Vergrößerung,

W.D den Arbeitsabstand,

η bis Λ) die Krümmungsradien der Linsenoberflächen,

d\ bis ds die Dicken der Linsen bzw. Luftabstände zwischen diesen,

n\ bis /?5 die Brechungsindizes der Linsen und Vi bis Vs die Abbe-Zahlen der Linsen,

wobei für die jeweils restlichen Daten des gesamten Datensatzes eine Variation innerhalb des lückenlos um diese Daten liegenden Bereichs erfolgt, in .welchem sich ein Zerstreuungskreisdurchmesser von maximal dem l,2fachen des Zerstreuungskreises beim Ausgangsdatensatz ergibt.

5. Ein eine negative Linse, eine positive Linse und ein Kittglied mit einer bikonvexen positiven Linse enthaltendes Mikroskopobjektiv mit geringer Vergrößerung, geringem Arbeitsabstand und ebenem Bildfeld, gekennzeichnet durch folgende Daten:

Tabelle 5

/"=1.0 N .A =0,13 ß= -4 X

W, D = 0,5179 Petzval-Summe = -0.05

η =

- 0,6594
0,2964
0,6718

- 1,0697
-1,0457

0,5717
-0.4812

- 2.4230
-0,0521

rf, = 0,0631	"I =	1.48749	v, = 70,15
rfj = 0,1058
d_} = 0,1347		1,78300	v₂ = 36,15
rf, = 0,2585
d_s = 0.1200	"j ⁼	1.64769	v, = 33,80
rf₆ = 0,1088	"4 ⁼	1,49250	v₄ = 81,90
d-, = 0,0283
rf, = 0.0521	tf< =	1,48749	v, = 70,15

oder durch Werte, die ausgehend von diesem Datensntz durch eine Variation zunächst einer der folgenden Größen entstehen

(1) 0,15 < Ir₂Ir_xI 0,5 < |r_s/r₇| < 2,5

(2) 0,4 <J₄ < d₃/n₂ + (J₅/n₃ + (J₆/n₄ < 3,5(J₄

(3) d₂ < 2,5 · d_3ln₂

(4) r, > 55, /ι, < 1.58 r₂ < 50./I₂ > 1,70

(5) 35 < Jr₄ - rji. r₄ > 60 n₃ < 1.70

darin bezeichnen

f die Brennweite des Objektivs,

N.A die numerische Apertur,

)") β die Vergrößerung,

W.D den Arbeitsabstand,

η bis Γ» die Krümmungsradien der Linsenoberflächen,

d\ bis ds die Dicken der Linsen bzw. Luftabstände zwischen diesen,

πι bis /?5 die Brechungsindizes der Linsen und

vi bis Vs die Abbe-Zahlen der Linsen,

wobei für die jeweils restlichen Daten des gesamten 3 Datensatzes eine Variation innerhalb des lückenlos um diese Daten Hegenden Bereichs erfolgt, in welchem sich ein Zerstreuungskreisdurchmesser von maximal dem l,2fachen des Zerstreuungskreises beim Ausgangsdatensatz ergibt

Die Erfindung bezieht sich auf ein eine negative Linse, eine positive Linse und ein Kittglied mit einer bikonvexen positiven Linse enthaltendes Mikroskopobjektiv mit geringer Vergrößerung, geringem Arbeitsabstand und ebenem Bildfeld.

Aus der US-PS 32 62 363 ist ein Mikroskopobjektiv dieser Art bekannt, das eine Petzval-Summe von 035/ besitzt und damit ein relativ ebenes Bildfeld aufweist

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gut korrigiertes Mikroskopobjektiv mit besserer Bildfeldebnung (Betrag der PeuvaJ-Summe < = 0,08) zu schaffen, das für eine numerische Apertur von 0,13 eine befriedigende Abbildungsleistung aufweist

Diese Aufgabe wird durch Ausbildung eines Mikroskopobjektivs dieser Art mit den in einem der Kennzeichen der Ansprüche aufgeführten Merkmalen gelöst Dabei wird aufgrund der geringen Petzval-Summe eine hervorragende Bildfeldebnung bei hoher numerischer Apertur und guter Abbildungsleistung erreicht

Im folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert

In den Zeichnungen zeigt

Fig. I eine schematische Schnittansicht durch ein Mikroskopobjektiv nach der Erfindung.

Fig. 2 Korrekturkurven eines ersten Mikroskopobjektivs nach der Erfindung,

F i g. 3 Korrekturkurven eines zweiten Mikroskopobjektiv vvachder Erfindung,

Fig.4 Korrekturkurven eines dritten Mikroskopobjektivs nach der Erfindung,

Fig. 5 Korrekturkurven eines vierten M-kroskopobjektivs nach der Erfindung,

F i g. 6 Korrekturkurven eines fünften Mikroskopobjektivs nach der Erfindung.

Das Mikroskopobjektiv nach der Erfindung hat den in Fig. I schematisch dargestellten Aufbau. Es besteht dabei aus vier l.insengliedern. einem ersten, zweiten, dritten und vierten Linsenglied von der Gegenstandsseiir aus gprprhnet. Das erste Linsenglied ist eine bikonkave Linse, das zweite Linsenglied ist eine bikonvexe Linse, das dritte Linsenglied ist ein sammelndes meniskusförmiges Kittglied und das vierte Linsenglied ist eine Sammellinse. Bei der Entwicklung der erfindungsgemäßen Objektive hat sich die Einhaltung der folgenden Bedingungen aus den nachstehend erläuterten Gründen als wesentlich erweisen.

(I) 0,15 < Ir₂Zr₁J. 0.5 < ir_s.₇| < 2,5

(3) d₂

•'2

(5) 35

< 2.5 · ά > 55. n,

< 50, η₂

< 2,5

I'4

1.70

1,58
1,70

Darin bezeichnen

η und r₂ die Krümmungsradien der Oberflächen des ersten Linsenglieds,

Γ5 und ο die Krümmungsradien auf der Gegenstandsseite und auf der Bildseite des dritten Linsenglieds,

di die Dicke des zweiten Linsenglieds,

di und dt die Dicken der das dritte Linsenglied bildenden Linsen,

di den Luftabstand zwischen erstem und zweitem Linsenglied.

ώ den Luftabstand zwischen zweitem und

drittem Linsenglied.

/Ji. /?2. Πι

und /74

und V₄

die Brechungsindizes des ersten Linsenglieds, zweiten Linsenglieds und der das dritte Linsenglied bildenden Linsen.

die Abbe-Zahlen des ersten Linsenglieds, des zweiten Linsenglieds und der das dritte Linsenglied bildenden Linsen.

Von diesen Bedingungen wird die Bedingung (1) dazu benötigt, den Arbeitsabstand lang und die numerische Apertur groß zu machen. Wenn 0,15 > | n/n | wird, ist der Astigmatismus beträchtlich. Wenn andererseits -, 0,5 > I /V/γ I wird, ist die Astigmatismusdifferenz groß und Koma stark. Wenn | T₅//> | > 2,5 ist, wird die Astigmatismusdifferenz groß.

Wenn der durch die Bedingung (2) gegebene untere Grenzwert unterschritten wird, ist Koma sehr ungün-

in stig. Darüber hinaus ist das Objektiv nach der vorliegenden Erfindung vom Kompensationstyp, bei dem chromatische Queraberration in gewissem Umfang erhalten bleibt, die durch das Okular korrigiert wird. Wenn der obenerwähnte Werte kleiner als der untere

ι) Grenzwert wird, ist es schwierig, es so einzurichten, daß chromatische Queraberration in einem Ausmaß hervorgerufen wird, die dem Okular entspricht. Wenn der obenerwähnte Wert größer als der obere Grenzwert der Bedingung (2) ist, wird die chromatische Queraber-

2n ration größer als der für das Okular geeignete Wert, obwohl Koma gut korrigiert ist. Darüber hinaus ist die Länge von Mikroskopobjektiven durch die Abgleichlänge des Objektivs beschränkt. Wenn der obenerwähnte Wert größer als der obere Grenzwert wird, wird die

2i Länge des Objektivs größer als die Abgleichlänge des Objektivs.

Was die Bedingung (3) betrifft, so wird, wenn der Luftabstand di zwischen erstem und zweitem Linsenglied größer als 2,5 di/m ist, die chromatische Queraber-

!() ration zu groß und es wird unmöglich, sie nur durch Wahl der Linsenmaterialien und Krümmungsradien der Linsenoberflächen zu korrigieren. Darüber hinaus ist der Luftabstand di sehr wirksam für die Korrektur sphärischer Aberration. Wenn daher di größer als der

j) obere Grenzwert ist, wird sphärische Aberration überkorrigiert. Die Bedingung (4) dient zur Erhaltung einer guten Ebenheit des Bildes durch gut ausgeglichene Korrektur von sphärischer Aberration und chromatischer Queraberration. Wenn einer der durch die

Jd Bedingung (4) gegebenen Werte größer oder kleiner als der entsprechende Grenzwert ist, wird sphärische Aberration unterkorrigiert und die Petzval-Summe wird ungünstig. Wenn vi oder v? größer oder kleiner als der in der Bedingung (4) angegebenen Grenzwert ist, wird j chromatische Queraberration unausgeglichen.

Die Bedingung (5) bezieht sich auf das dritte Linsenglied, das ein Kittglied ist. Wenn die Differenz der Abbe-Zahlen der das Kittglied bildenden Linsen kleiner als 35 oder die Abbe-Zahl v_t der bikonvexen Linse, die

>n im dritten Linsenglied enthalten ist, kleiner als 60 ist. wiid es unmöglich, chromatische Aberration gut zu korrigieren. Wenn der Brechungsindex m der konkaven Linse des dritten Linsengliedes größer als 1,70 ist. werden sphärische Aberratioa Astigmatismus und Petzval-Summe groß.

Das Objektiv 1 nach der Erfindung hat die in Tabelle 1 aufgeführten numerischen Daten:

Tabelle 1

/= 1,0 N A =0,13 ß = -4X W. D = 0,5114 Petzval-Summe = -0,08

η =	-0,6871
	0,3159
r? =	0,8103
r, =	-1,1821

<i. =0,0351
A =0,1183
rf, = 0,1291

π, = 1,48749
η, = 1,83400

ρ, = 70,15
v₂ = 37,19

rf₅ = 0,0869	M₃ =	1,62588	v₃ = 35,70,
rf₆ = 0,0817	"4 =	1,49250	v₄ =81,90
rf, = 0,0526	M₅ =	1,51728	v, =69,56

27 41 f>07

9 10

Fortsetzung
/j=- 1,1821
r, = - 0,7925
/■„ = 0,6727
r-i = -0,4608
<;, = -10,7743
λ, = -0,9174

Das Objektiv 2 nach der Erfindung hat die in Tabelle 2 aufgeführten numerischen Daten: Tabelle 2

/ = 1,0 N. A =0.13 ß= -4A-

W. D = 0,5115 Petzval-Summe = -0,06

/·, = - Ü,7588

_O3|13 rf, = 0,0351 //, = 1,48749 ν, = 70,15

O= g',7592 I₂-OMK

_ _ , _Λ1Ίη rfj = 0,1292 n₂ = 1,83481 v-, = 42,82

Γα "~ 1 ,^t / L U

*- -0.9547 ^

Q₅₉₆₆ rfs = 0,0958 n_} = 1,60342 v, = 38,01

⁶ = -05126 ^{f/fl =} °'⁰⁸²⁹ "^{4 =} ''⁴⁹²⁵° ^V4 =81,90

^ -5^782 ^i/7=0'⁰⁰³⁵

_n0,_n, rf* = 0,0361 n_s = 1,50378 v, = 66,81

Das Objektiv 3 nach der Erfindung hat die in Tabelle 3 aufgeführten numerischen Daten: Tabelle 3

/"= 1,0 N. A =0,13 /J= -4*

W. D - 0,5199 Petzval-Summe = -0,055

r, = -0,8971

⁰⁼ ⁰Zl

rfi	= 0,0697	"I =	1,48749	v, = 70,15
(I₂	= 0,00003
rfi	= 0,1396	"2 =	1,74000	V₂ =31,70
rf4	= 0,0959
rf.	= 0,2006	"1 =	1,63636	v, = 35,37
rf,	= 0,1771	/I₄ =	1,49700	v₄ = 81,34
*(Il*	= 0,0027
rf*	= 0,0950	//, =	1,48749	v₅ = 70,15

^r* " ^l0·¹⁰⁸⁸
r.| = -0,7544

Das Objektiv 4 nach der Erfindung hat die in Tabelle 4 aufgeführten numerischen Daten: Tabelle 4

/"= 1,0 N.A -0,13 jS= -4Λ-

W. D = 0,5162 Petzval-Summe 0,04

ⁿ = 02795 ^dl ⁼ °'⁰⁶²⁵⁵ "' ⁼ ''^5|874 v, = 64,48

O= 0;6033 ^ = ⁰''⁰⁴⁵

' .„. ch = 0,1342 n₂ = 1,7400 V₂ =31,70

r-- 0020 ^

¹ ₌ ' rf₅ = 0.1141 /I₃ = 1,64769 v₃ = 33,80

J~~' df- = 0,1004 /I₄ = 1,49250 V₄ = 81,90

r- 11 3 *

rl = -θ'7324 ^*

11 12

Das Objektiv 5 nach der Erfindung hat die in Tabelle 5 aufgeführten numerischen Daten:

Tabelle 5

/= 1,0 N. A =0,13 Ii = -4X W. D = 0,5179 Petzval-Summe = -0,05

r, = -0,6594 r₂ = 0,2964 O = 0,6718 /4 = -1,0697 r₅ = -1,04557 r_h = o,5717 r₇ = -0,4812 /·, = - 2,4230 /b = -0.0521

rf, = 0,0631

(I₁ = 0,1058

rf, - 0,1347

rf, = 0,2585

rf, = 0,1200

rf₆ = 0,1088

el-, = 0,0283

rf, = 0,0521

η, = 1,48749
n₂ = 1,783CO

η, = 1,64769
η₄ = 1,49250

«5 = 1,48749

ν, = 70,15 ν₂ = 36,155

ν, = 33,80 V^ = 81,90

ν₅ = 70,15

Darin bezeichnen

/ die Brennweite des Objektivs,

N.A die numerische Apertur, β die Vergrößerung,

W.D den Arbeitsabstand, η bis r₉ die Krümmungsradien der Linsenoberflächen, d\ bis rfgdie Dicken der Linsen bzw. Luftabstände zwischen diesen, /I₁ bis /I₅ die Brechungsindizes der Linsen und Vi bis V₅ die Abbe-Zahlen i-er Linsen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche,

I, Ein eine negative Linse, eine positive Linse und ein Kittglied mit einer bikonvexen positiven Linse enthaltendes Mikroskopobjektiv mit geringer Vergrößerung, geringem Arbeitsabstand und ebenem Bildfeld, gekennzeichnet durch folgende Daten;

Tabelle 1

/= 1,0 Ν- Α W, D = 0,5114

γ, = -0,6871

r₂ = 0,3159

/j = 0,8103

r₄ = -1,1821

r_s = -0,7925

r₆ = 0,6727

,-.= -0,4608

r₈ = -10,7743

r, = -0,9174

0,13 β ^-AX Petzval-Summe = -0,08

d\ = 0,0351 d₂= 0,1183 rf₃ = 0,1291 rf₄ = 0,3404 d_s = 0,0869 </₆ = 0,0817 d-, = 0,0035 rfs = 0,0526

oder durch Werte, die ausgehend von diesem Datensatz durch eine Variation zunächst einer der folgenden Größen entstehen

(1) 0,15 <\r₂/r_l[ 0,5 < |r_s/r₇| < 2,5

(2) 0,4 <*4 < d₃/_ni + d₅fn₃ + djn^ < 3,5 d_A

(3) d₂ < 2,5 · d₃/n₂

(4) M₁ > 5:⁷, n, < 1,58 V₁ < 50, n₂ > J.70

f5) 35 < |p₄ - rsL -4 > Hj < 1,70

darin bezeichnen

J5

T\ = -0,7588 Ί = 0,3113 Γ) = 0,7592 /4 = -1,4720 's = -0,9547 0,5966 h = -0,5126 ''s = -5,2782 /il = -0,8206

(1) 0,15 <|r₂/r,L 0,5 < |r,/r,| < 2,5

(2) 0,4 ^₄ < i/j/rt.i + </₅/n., + dJn_A <

(3) J₂ < 2,5 · U₃Jn₁

(4) ι·, > 55, n, < 1,58 1-2 < 50, n₂ > 1,70

3,5 (L

b^r> /ι, = 1,48749 /J₂ = 1,83400

/»3 = 1,62588 /i₄ = 1,49250

/I₅ = 1,51728

v, = 70,15 V₂ = 37,19

V₃ = 35,70 v₄ = 81,90

V₅ = 69,56

f die Brennweite des Objektivs,

AM. die numerische Apertur,

β die Vergrößerung,

W.D den Arbeitsabstand,

Tabelle 2

/=1,0 /V./1=0,13 ß=-AX W. D = 0,5115 Pctzval-Summe: = -0,06

d, =0,0351 </₂ =0,1183 dy =0,1292 i/₄ = 0,3387 df, = 0,0958 </„ = 0,0829 U₁ = 0,0035 i/„ = 0,0361

oder durch Werte, die ausgehend von diesem m> Datensatz durch eine Variation zunächst einer der folgenden Größen entstehen r\ bis rg die Krümmungsradien der Linsenoberflächen,

d\ bis ds die Dicken der Linsen bzw. Luftabstände zwischen diesen,

/?i bis /is die Brechungsindizes der Linsen und

Vi bis Vs die Abbe-Zahlen der Linsen,

wobei für die jeweils restlichen Daten des gesamten Datensatzes eine Variation innerhalb des lückenlos um diesen Daten liegenden Bereichs erfolgt, in welchem sich ein Zerstreuungskreisdurchmesser von maximal dem l,2fachen des Zerstreuungskreises beim Ausgangsdatensatz ergibt.

2. Ein eine negative Linse, eine positive Linse und ein Kittglied mit einer bikonvexen positiven Linse enthaltendes Mikroskopobjekliv mit geringer Vergrößerung, geringem Arbeitsabstand und ebenem Bildfeld, gekennzeichnet durch folgende Daten:

/j, = 1,43749 v, =70,15

/I₂ = 1,83481 V₂ =42,82

n_} = 1,60342 V₃ = 38,01

/I₄ = 1,49250 V₄ = 81,90

/(, = 1,50378 v, = 66,81

(5) 35 < |r₄ - 4 r₄ > 60

Hj < 1,70

darin bezeichnen

f die Brennweite des Objektivs,

NA die numerische Apertur,

β die Vergrößerung,

W.D den Arbeitsabstand,

η bis ft die Krümmungsradien der Linsenoberflft-

chen,
d\ bis ds die Dicken der Linsen bzw. Luftabstände zwischen diesen,

/?i bis Λ5 die Brechungsindizes der Linsen und Vi bis Vs die Abbe-Zahlen der Linsen,

wobei für die jeweils restlichen Daten des gesamten Datensatzes eine Variation innerhalb des lückenlos um diese Daten liegenden Bereichs erfolgt, in welchem sich ein Zerstreuungskreisdurchmesser von maximal dem t,2facben des Zerstreuungskreises beim Ausgangsdatensatz ergibt
3. Ein eine negative Linse, eine positive Linse und ein Kittglied mit einer bikonvexen positiven Linse enthaltendes Mikroskopobjektiv mit geringer Vergrößerung, geringem Arbeitsabstand und ebenem Bildfeld, gekennzeichnet durch folgende Daten:

Tabelle 3

/=1,0 N-. W. D= 04199

/·, = -0,8971 r₂ = 0,6692 r₃ = 1,4099 Λ, = -0,5093 r₅ = -0,2325 r₆ = 0,9615 Γη = -0,3576 rs = 10,1088 /·, = -0,7544

= 0,Π β=-AX Petzval-Summe = -0,055

rf, = 0,0697 d₂ = 0,00003 di = 0,1396 rf, = 0,0959 rfs = 0,2006 rf₆ = 0,1771 rf₇ = 0,0027 rf₈ = 0,0950 n, = 1,48749
n₂ = 1,74000

«, = 1,63636
/J₄ - 1,49700

/I₅ = 1,48749

ν, = 70,15
v₂ =31,70

V₃ = :5,37
v₄ = 81,34

V₅ = 70,15

oder durch Werte, die ausgehend von diesem Datensatz durch eine Variation zunächst einer der folgenden Größen entstehen

(1) 0,15 < Ir₂Jr₁I 0,5 < |r_s/r₇| < 2,5

(2) 0,4 d₄ < d₃/n₂ + d_s/n₃ + d₆/n₄ < 3,5 J₄

(3) d₂ < 2,5 · <*₃/n₂

(4) V₁ > 55, H₁ < 1,58 F₂ < 50, n₂ > l'⁷⁰

(5) 35 < |v₄ - v₃l r₄ > n₃ < 1,70

35

darin bezeichnen

/ die Brennweite des Objektivs,

NA die numerische Apertur,

β die Vergrößerung,

W.O den Arbeitsabstand,

40

4¹) n bis rg die Krümmungsradien der Linsenoberflächen,

dt bisd» die Dicken der Linsen bzw. Luftabstände zwischen diesen,

/7| bis ns die Brechungsindizes der Linsen und

Vi bis V5 die Abbe-Zahlen der Linsen,

wobei für die jeweils restlichen Daten des gesamten Datensatzes eine Variation innerhalb des lückenlos um diese Daten liegenden Bereichs erfolgt, in welchem sich ein Zerstreuungskreisdurchmesser von maximal dem 1 ^fachen des Zerstreuungskreises beim Ausgangsdatensatz ergibt.
4. Ein eine negative Linse, eine positive Linse und ein Kittglied mit einer bikonvexen Linse enthaltendes Mikroskopobjektiv mit geringer Vergrößerung, geringem Arbeitsabstand und ebenem Bildfeld, gekennzeichnet durch folgende Daten:

Tabelle 4

/=1,0 N.. A-0,13 ß=-4X !■K 0 = 0,5162 Petzval-Summe 0,04

r, =-1,1505 Z₂ = 0,2795 O = 0,6033 r₄ = -1,3191 /5 = - 1,0020 r₆ = 0,5857 r-, = -0,4545 /·, = - 2,2735 λ, = -0.7324

rf, = 0,0625 /ι, = 141874 ν, = 64,48 d₂ = 0,1045 </₃ =0,1342 n₂ = 1,7400 V₂ = 31,70 rf₄ = 0,2508 rf, =0,1141 n₃ = 1.64769 V₃ = 33,80 rf₆ = 0,1004 λ₄ = 1,49250 v₄ = 81,90 f/₇ = 0,0276 ds =0,0514 //, = 1,49250 r, =81,90

oder durch Werte, die ausgehend von diesem Datensat/ durch ',ine Variation zunächst einer der folgenden Größen entstehen

(1) 0,15 <|r₂/r,L 0,5 < |r_s/r₇| < 2,5

(2) 0,4 d_A < d₃/n₂ + <i₅/n₃ + djn_x < 3.5 ri₄

(3) d, < 2,5 · d₃/n₂

(4)

> 55, μ, < 50,/I₂

1,58 1,70

γ_{2 2} ,

(5) 35 < |i.₄ - ,-,I, ,.₄ > 60 n_} < 1,70