DE2837273A1

DE2837273A1 - Mikroskopobjektiv

Info

Publication number: DE2837273A1
Application number: DE19782837273
Authority: DE
Inventors: Tsutomu Tojo
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1977-08-26
Filing date: 1978-08-25
Publication date: 1979-03-08
Also published as: DE2837273C2; JPS5436746A; US4232941A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Mikroskopobjektiv in Form eines Apochromaten vom Gauss-Typ.

Unter den Mikroskopobjektiven ist ein Objektiv vom Gauss-Typ bekannt, das zwei Meniskusglieder enthält, die so angeordnet sind, dass sie mit den konkaven Flächen einander zugewandt sind. Weiter ist ein Objektiv mit einem dreilinsigen Kittglied bekannt, das aus einem Material mit außerordentlicher Dispersion hergestellt ist, um das Sekundärspektrum auf ein Minimum herabzusetzen.

Es gibt jedoch bisher wenige Objekte, die ein ebenes Bildfeld für ein ultraweites Gesichtsfeld, einen langen Arbeitsabstand und eine große numerische Apertur aufweisen. Weiterhin stellt die Korrektur chromatischer Aberration ein schwieriges Problem bei einem solchen Objektiv dar.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Mikroskopobjektiv mit größerer numerischer Apertur als bei den üblichen Mikroskopobjektiven vom Gauss-Typ anzugeben, das einen langen Arbeitsabstand aufweist und bei dem das Sekundärspektrum ausreichend einem Minimum angenähert und die Bildfeldkrümmung, Koma usw. gut korrigiert sind innerhalb eines weiten Bereiches bis zu einer Feldzahl von ungefähr 3.

Dies wird erfindungsgemäß erreicht durch die in den Ansprüchen gekennzeichneten Merkmale.

Die Erfindung wird nun anhand erfindungsgemäßer Objektive mit Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.

In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 eine schematische Schnittansicht durch ein Mikroskopobjektiv nach der Erfindung,

Fig. 2 die Korrekturkurven des Objektivs 1,

Fig. 3 die Korrekturkurven des Objektivs 2,

Fig. 4 die Korrekturkurven des Objektivs 3,

Fig. 5 die Korrekturkurven des Objektivs 4 und

Fig. 6 die Korrekturkurven des Objektivs 5.

Die Mikroskopobjektive nach der Erfindung haben den in Fig. 1 schematisch dargestellten Aufbau und enthalten ein erstes positives Meniskuslinsenglied mit konkaver Oberfläche gegenstandsseitig, ein zweites positives Linsenglied, ein drittes meniskusförmiges Kittglied mit konkaver Oberfläche zum vierten Linsenglied, ein viertes meniskusförmiges Kittglied mit konkaver Oberfläche zum dritten Linsenglied, ein fünftes positives Linsenglied und ein sechstes dreilinsiges Kittglied.

Zur Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe hat sich die Einhaltung der folgenden Bedingungen aus den nachstehend näher erläuterten Gründen als wesentlich erwiesen.

(1) n[tief]1 größer als 1,70

(2) 70 kleiner/gleich (kleines ny[tief]3 - kleines ny[tief]4) + (kleines ny[tief]6 - kleines ny[tief]5) kleiner/gleich 120

(3) ,

(4) 0,1 f kleiner d[t6ief]1/n[tief]1 kleiner 0,4 f

Darin bezeichnen

n[tief]1 den Brechungsindex des ersten Linsenglieds,

kleines ny[tief]3, kleines ny[tief]4, kleines ny[tief]5 und kleines ny[tief]6 die Abbe-Zahlen der Linsen des dritten und vierten Linsenglieds,

kleines theta[tief]3, kleines theta[tief]4, kleines theta[tief]5, kleines theta[tief]6 die durch gegebenen Werte für das dritte und vierte Linsenglied,

d[tief]1 die Dicke des ersten Linsenglieds,

f die Brennweite des Objektivs.

Das erste Linsenglied ist aus hochbrechendem Glas entsprechend der Bedingung (1) hergestellt, um sphärische Aberration auf ein Mindestmaß herabzusetzen, die stark in Erscheinung tritt, wenn eine große Öffnung gewählt wird, und zur Entlastung des zweiten und der weiteren Linsenglieder von der Last, sphärische Aberration zu korrigieren. Wenn n[tief]1 von dem durch die Bedingung (1) gegebenen Bereich abweicht, wird sphärische Aberration vom ersten Linsenglied so groß, dass sie einen ungünstigen Einfluß ausübt.

Die Bedingung (2) dient zum guten Ausgleich von chromatischer Längsaberration mit chromatischer Queraberration im gesamten Objektiv, indem die Linsenglieder mit den einander gegenüberliegenden konkaven Oberflächen als achromatische Linsen ausgebildet sind. Genauer ausgedrückt, sind chromatische Längsaberration und chromatische Queraberration im Gesamtobjektiv nach der vorliegenden Erfindung durch eine solche Wahl der Abbe-Zahlen korrigiert worden, dass der Bedingung (2) für jede Linse des dritten und vierten Linsenglieds genügt ist. Wenn der obere Grenzwert der Bedingung (2) überschritten wird, wird chromatische Längsaberration überkorrigiert für den Kurzwellenteil der Randstrahlung, wenn chromatische Queraberration zufriedenstellend korrigiert ist, wodurch Unschärfe im Bild hervorgerufen wird, die den Bildkontrast herabsetzt. Wenn (kleines ny[tief]3 - kleines ny[tief]4) + (kleines ny[tief]6 - kleines ny[tief]5) kleiner als der untere Grenzwert der Bedingung (2) is6t, wird andererseits chromatische Queraberration beträchtlich unterkorrigiert, wenn chromatische Längsaberration gut korrigiert ist.

Die Bedingung (3) dient zur Herabsetzung des Sekundärspektrums der chromatischen Aberration auf ein Mindestmaß, das beträchtlich die Auflösung in der Mitte des Bildes verschlechtert. Genauer gesagt wird das Sekundärspektrum auf ein Minimum herabgesetzt und der ungünstige Einfluß auf das Bild durch chromatische Aberration wird behoben durch Verwendung von einem Glas mit einem hohen partialen Dispersionsverhältnis als Material für die konvexen Linsen und einem Glas mit einem niedrigen partialen Dispersionsverhältnis als Material für die konkaven Linsen der meniskusförmigen Kittglieder, die mit ihren konkaven Oberflächen einander zugewandt sind. Eine Abweichung von dem durch die Bedingung (3) gegebenen Bereich macht es unmöglich, das Sekundärspektrum auf ein Minimum herabzusetzen.

Die Bedingung (4) dient zur guten Korrektur von Bildfeldkrümmung und Koma. Wenn d[tief]1/n[tief]1 den oberen Grenzwert der Bedingung (4) überschreitet, wird Bildfeldkrümmung überkorrigiert und Koma unterkorrigiert.

Weiter weist sich bei der Ausbildung der erfindungsgemäßen Objektive die Einhaltung der folgenden Bedingungen als vorteilhaft aus

(5) 0,25 kleiner r[tief]7/r[tief]5 kleiner 0,9

0,25 kleiner r[tief]8/r[tief]10 kleiner 0,9

(6)

Darin bezeichnen

r[tief]1, r[tief]5, r[tief]7, r[tief]8 und r[tief]10 die Krümmungsradien auf der gegenstandsseitigen Oberfläche des ersten Linsenglieds, der gegenstandsseitigen und bildseitigen Oberfläche des dritten Linsenglieds bzw. der gegenstandsseitigen und bildseitigen Oberfläche des vierten Linsenglieds.

Die Bedingung (5) wird zur Korrektur von Bildfeldkrümmung und Astigmatismusdifferenz benötigt, um die Petzval-Summe geeignet zu bemessen. Wenn r[tief]7/r[tief]5 und/oder r[tief]8/r[tief]10 den oberen Grenzwert der Bedingung (5) überschreitet, wird Bildfeldkrümmung überkorrigiert und zonale Aberration beträchtlich. Wenn r[tief]7/r[tief]5 und/oder r[tief]8/r[tief]10 kleiner als der untere Grenzwert der Bedingung (5) sind, werden andererseits Bildfeldkrümmung und Astigmatismus unterkorrigiert.

Wenn f kleiner als der untere Grenzwert der Bedingung (6) ist, wird die Astigmatismusdifferenz unterkorrigiert und kann nicht gut durch das vierte oder weitere Linsenglied korrigiert werden. In diesem Fall wird die zonale Aberration beträchtlich und zusätzlich wird der Arbeitsabstand zu kurz für die praktische Verwendung.

Wenn f größer als der obere Grenzwert der Bedingung (6) ist, wird andererseits die Korrekturkraft für die Bildfeldkrümmung ungenügend und dadurch wird es unmöglich, ein ultraweites Gesichtsfeld mit einer Feldzahl 30 zu erhalten.

Das Objektiv 1 hat die nachstehend in Tabelle 1 aufgeführten Konstruktionsdaten:

Tabelle 1

Das Objektiv 2 hat die nachstehend in Tabelle 2 aufgeführten Konstruktionsdaten:

Tabelle 2

Das Objektiv 3 hat die nachstehend in Tabelle 3 aufgeführten Konstruktionsdaten:

Tabelle 3

Das Objektiv 4 hat die nachstehend in Tabelle 4 aufgeführten Konstruktionsdaten:

Tabelle 4

Das Objektiv 5 hat die nachstehend in Tabelle 5 aufgeführten Konstruktionsdaten:

Tabelle 5

Darin bezeichnen

r[tief]1 bis r[tief]16 die Krümmungsradien der Oberflächen der Linsen,

d[tief]1 bis d[tief]15 die Dicken der Linsen bzw. Luftabstände zwischen diesen,

n[tief]1 bis n[tief]10 die Brechungsindizes der Linsen,

kleines ny[tief]1 bis kleines ny[tief]10 die Abbe-Zahlen der Linsen,

f die Brennweite,

N.A die Apertur,

kleines Beta die Vergrößerung

W.D. den Arbeitsabstand und

kleines Theta[tief]3, kleines Theta[tief]4, kleines Theta[tief]5 und kleines Theta[tief]6 die durch gegebenen Werte für die betreffenden Linsen.

Von diesen Objektiven weist das erste Objektiv ein erstes Linsenglied in Form einer Einzellinse auf. Das erste Linsenglied ist jedoch verhältnismäßig dick und deshalb wird es vorteilhaft als Kittglied ausgebildet, was die Korrektur von Aberrationen erleichtert. Bei allen Objektiven sind das erste Linsenglied, das dritte Linsenglied, das vierte Linsenglied und das sechste Linsenglied wesentlich zur Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe. Es ist deshalb möglich, ein Objektiv anzugeben, das die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe erfolgreich löst durch geeignete Wahl der Krümmungsradien der betreffenden Oberflächen und durch Wahl der Materialien in der Weise, dass den obengenannten Bedingungen nur für das erste, dritte, vierte und sechste Linsenglied genügt wird, ohne dafür die anderen Linsenglieder, d.h. das zweite und fünfte Linsenglied, zu verwenden.

Claims

1. Mikroskopobjektiv, dadurch gekennzeichnet, dass das aus einem ersten, gegenstandsseitig konkaven meniskusförmigen Linsenglied mit positiver Brechkraft, einem zweiten positiven Linsenglied, einem dritten bildseitig konkaven meniskusförmigen Kittglied, einem vierten gegenstandsseitig konkaven meniskusförmigen Kittglied, einem fünften positiven Linsenglied und einem sechsten dreilinsigen Kittglied bestehende Linsensystem den folgenden Bedingungen genügt

(1) n[tief]1 größer 1,70

(2) 70 kleiner/gleich (kleines ny[tief]3 - kleines ny[tief]4) + (kleines ny[tief]6 - kleines ny[tief]5) kleiner/gleich 120 ,

(4) 0,1 f kleiner d[tief]1/n[tief]1 kleiner 0,4 f

worin

d[tief]1 die Dicke des ersten Linsenglieds,

n[tief]1 den Brechungsindex des ersten Linsenglieds,

kleines Ny[tief]3, kleines Ny[tief]4, kleines Ny[tief]5 und kleines Ny[tief]6 die Abbe-Zahlen der beiden Linsen des dritten und vierten Linsenglieds, kleines Theta[tief]3, kleines Theta[tief]4, kleines Theta[tief]5 und kleines Theta[tief]6 die durch gegebenen kleines Theta-Werte für beide Linsen des dritten Linsenglieds und beide Linsen des vierten Linsenglieds und

f die Brennweite des Objektivs bezeichnen.

2. Mikroskopobjektiv nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die zusätzliche Erfüllung der folgenden Bedingungen

(5) 0,25 kleiner als r[tief]7/r[tief]5 kleiner als 0,9

0,25 kleiner als r[tief]8/r[tief]10 kleiner als 0,9

(6) worin

r[tief]1, r[tief]5, r[tief]7, r[tief]8 und r[tief]10 die Krümmungsradien auf der gegenstandsseitigen Oberfläche des ersten Linsenglieds, der gegenstandsseitigen und bildseitigen Oberfläche des dritten Linsenglieds bzw. der gegenstandsseitigen und bildseitigen Oberfläche des vierten Linsenglieds,

n[tief]1 den Brechungsindex des ersten Linsenglieds und

f die Brennweite des Objektivs bezeichnen.

3. Mikroskopobjektiv nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch die nachstehend in Tabelle 1 aufgeführten Daten:

Tabelle 1

Darin bezeichnen

r[tief]1 bis r[16] die Krümmungsradien der Oberflächen der Linsen,

n[tief]1 bis n[tief]10 die Brechungsindizes der Linsen,

kleines Ny[ief]1 bis kleines Ny[tief]10 die Abbe-Zahlen der Linsen,

f die Brennweite,

N, A die Apertur,

kleines Beta die Vergrößerung,

W, D den Arbeitsabstand und

4. Mikroskopobjektiv nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch die nachstehend in Tabelle 2 aufgeführten Daten:

Tabelle 2

Darin bezeichnen

r[tief]1 bis r[tief]16 die Krümmungsradien der Oberflächen der Linsen,

n[tief]1 bis n[tief]10 die Brechungsindizes der Linsen,

kleines Ny[tief]1 bis kleines Ny[tief]10 die Abbe-Zahlen der Linsen,

f die Brennweite,

N, A die Apertur,

kleines Beta die Vergrößerung

W, D den Arbeitsabstand und

5. Mikroskopobjektiv nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch die nachstehend in Tabelle 3 aufgeführten Daten:

Tabelle 3

Darin bezeichnen

r[tief]1 bis r[tief]16 die Krümmungsradien der Oberflächen der Linsen,

n[tief]1 bis n[tief]10 die Brechungsindizes der Linsen,

kleines ny[tief]1 bis kleines ny[tief]10 die Abbe-Zahlen der Linsen,

f die Brennweite,

N.A die Apertur,

kleines Beta die Vergrößerung,

W, D den Arbeitsabstand und

6. Mikroskopobjektiv nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch die nachstehend in Tabelle 4 aufgeführten Daten:

Tabelle 4

Darin bezeichnen

r[tief]1 bis r[tief]16 die Krümmungsradien der Oberflächen der Linsen,

n[tief]1 bis n[tief]10 die Brechungsindizes der Linsen,

kleines ny[tief]1 bis kleines ny[tief]10 die Abbe-Zahlen der Linsen,

f die Brennweite,

N.A die Apertur,

kleines Beta die Vergrößerung,

W, D den Arbeitsabstand und

7. Mikroskopobjektiv nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch die nachstehend in Tabelle 5 aufgeführten Daten:

Tabelle 5

Darin bezeichnen

r[tief]1 bis r[tief]16 die Krümmungsradien der Oberflächen der Linsen,

n[tief]1 bis n[tief]10 die Brechungsindizes der Linsen,

kleines ny[tief]1 bis kleines ny[tief]10 die Abbe-Zahlen der Linsen,

f die Brennweite,

N.A die Apertur,

kleines Beta die Vergrößerung,

W, D den Arbeitsabstand und

8. Objektiv nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Änderung der jeweiligen Konstruktionsparameter, die den Durchmesser des in der Bildebene entstehenden Zerstreuungskreis um plus/minus 20% verändern.