DE3812745C2 - Mikroskopobjektiv mit einer Einrichtung zur Einstellung auf unterschiedliche Deckglasdicken - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Mikroskopobjektiv mit einem Abbildungsmaßstab zwischen 32x und 60x, einer Apertur von mindestens 0.5 und einer Einrichtung zur Einstellung auf unterschiedliche Deckglasdicken gemäß des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Die Berechnung von Mikroskopobjektiven erfordert ab einer bestimmten Apertur die Einbeziehung des Deckglases, bzw. eines Deckglases mit vorgegebener Dicke in die Korrektur des Gesamtobjektivs. Denn das Deckglas bzw. die Abweichung von der vorgegebenen Dicke beeinflußt den Öffnungsfehler (sphärische Aberration) des Objektivs.

Da sich bei höheraperturigen Objektiven auch kleine Deckglas­ differenzen bereits merkbar als Verschlechterung des mikroskopischen Bildes auswirken, sind schon seit längerer Zeit Korrektionsfassungen bekannt, die eine Einstellung auf unter­ schiedliche Deckglasdicken erlauben. Solche Korrektions­ fassungen, wie sie beispielsweise in der AT-PS 170 000 sowie der DE 26 02 730-A1 beschrieben sind, ändern den Luftabstand des in zwei Linsengruppen aufgeteilten Objektivs. In der Regel wird hierbei die hintere Linsengruppe verschoben, während die vordere Linsengruppe feststeht. Durch diesen Eingriff wird auf die sphärische Aberration des Objektivs eingewirkt und somit der Einfluß einer abweichenden Deckglasdicke kompensiert.

Es sind auch Objektive mit Korrektionsfassungen bekannt, die eine Einstellung über einen relativ großen Bereich der Deck­ glasdicke von 1 bis 2 mm erlauben. Solche Objektive werden beispielsweise in der Zellforschung benötigt, wo die Objekte auf inversen Mikroskopen plaziert und durch den Boden des Kulturgefäßes hindurch beobachtet werden.

Gattungsgemäße Objektive für diesen Anwendungszweck sind beispielsweise in der DE 31 13 802-A1 sowie der gleichlautenden US 4,403,835 und der US 4,666,256 beschrieben. Diese Objektive sehen, ebenso wie das in der DE-AS 10 37 719 beschriebene Objektiv, eine zwischen zwei feststehenden Linsengruppen verschiebbare Linse bzw. Linsengruppe vor. Hierbei ändern sich zwei Luftabstände gleichzeitig: Während die Änderung des einen Luftabstandes zur Korrektur der durch das Deckglas eingeführten sphärischen Aberration dient, soll einer durch diese Verschiebung herbeigeführten Verschlechterung vom Bildwinkel abhängiger Bildfehler, insbesondere des Astigmatismus, durch die gleichzeitig stattfindende zweite Abstandsänderung entgegengewirkt werden.

Aus der genannten DE-AS 10 37 719 ist es außerdem bekannt, gleichzeitig mit der Korrekturbewegung das gesamte Objektiv zum Zwecke der Fokusnachstellung zu bewegen.

Mit den bekannten Maßnahmen lassen sich in dem interessierenden Leistungsbereich, d. h. einem Abbildungsmaßstab zwischen 32-fach und 60-fach und einer Apertur zwischen 0.5 und 0.7, jedoch nur geringe Deckglasdickendifferenzen von ca. 1 mm korrigieren. Das für eine Deckglasdickendifferenz von 2 mm angegebene Objektiv 40/0.55 in der DE 31 13 802-A1 hingegen weist Bildfehler, insbesondere Astigmatismus auf, wie sie für ein Planobjektiv mit geebnetem Bildfeld eigentlich nicht tolerierbar sind.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Mikroskop­ objektiv der eingangs genannten Art mit einer Einrichtung zur Einstellung auf unterschiedliche Deckglasdicken zu schaffen, das bei gleichbleibend guter Korrektion der Bildfehler eine Einstellung auf stark unterschiedliche Deckglasdicken erlaubt.

Ausgehend von einem Mikroskopobjektiv der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art mit einer zwischen einer feststehenden ersten Linsengruppe und einer dritten, ebenfalls feststehenden Linsengruppe angeordneten verschiebbaren zweiten Linsengruppe, wird diese Aufgabe gemäß den im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen gelöst.

Die im Anspruch 1 genannte weitere Linsengruppe ist zweckmäßig eine auf die feststehende dritte Linsengruppe folgende Linsengruppe, die als Kittglied mit negativer Brechkraft aufgebaut ist. Wenn sich eine Änderung des Luftabstandes zwischen der feststehenden dritten Linsengruppe und dieser als negatives Kittglied aufgebauten vierten Linsengruppe auf die vom Bildwinkel abhängigen Bildfehler des Objektivs, insbesondere den Astigmatismus auswirkt und die sphärische Aberration im wesentlichen ungeändert läßt, können die beiden Fehleranteile durch Verschieben der beiden Linsengruppen unabhängig voneinander optimiert werden, so daß sich eine gute Korrektion über einen weiten Bereich von Deckglasdickenänderungen ergibt.

Es hat sich gezeigt, daß keine komplizierten Bewegungsabläufe für die beiden Linsengruppen erforderlich sind, sondern daß beide Linsengruppen im Zuge der Einstellbewegung linear verschoben werden können. Dies läßt sich beispielsweise durch Gewinde unterschiedlicher Steigung bewerkstelligen, oder durch Nocken, die in entsprechende Nuten mit konstanter aber unterschiedlicher Steigung in einen drehbaren Zwischenring der Linsenfassung eingreifen.

Da zwischen den beiden verschiebbaren Linsengruppen eine feststehende Linse bzw. Linsengruppe angeordnet ist, kann diese als Zentrierlinse zum Ausgleich von Fertigungstoleranzen bei der Montage des Objektivs verwendet werden und ist deshalb zweckmäßig in einer Zentrierfassung aufgenommen. Außerdem kann diese Linse als Träger für einen Phasenring benutzt werden. Beim Phasenkontrastfahren ist es wichtig, die Stellung des Phasenringes im Objektiv konstant zu halten, damit die Abbildungsbedingung zwischen der Blende im Kondensor und dem Phasenring im Objektiv auch bei unterschiedlichen Deckglasdicken gut eingehalten bleibt.

Es ist weiterhin vorteilhaft, wenn die Fokusnachstellung für das gesamte Objektiv mit der Einstellung auf unterschiedliche Deckglasdicke gekoppelt ist und mit dem gleichen Verstellring vorgenommen wird. Durch diese Maßnahme läßt sich das Objektiv besonders leicht handhaben.

Da die Frontlinse des Objektivs an der Einstellbewegung auf Deckglasdicke nicht teilnimmt sondern feststeht, kann das Objektiv außerdem gut abgedichtet werden.

Die Unteransprüche betreffen Weiterbildungen der Erfindung. Anhand der Fig. 1 bis 3c werden Ausführungsbeispiele beschrieben.

Fig. 1 zeigt ein Schnittbild des Objektivs gemäß der Erfin­ dung mit seiner Fassung im Schnitt im Maßstab 1 : 3;

Fig. 2a, 2b und 2c zeigen Linsenschnitte des Objektivs aus Fig. 1 bei Einstellung auf Deckglasdicke D = 0 (Fig. 2a), Deck­ glasdicke D = 1 mm (Fig. 2b) und Deckglasdicke D = 2 mm (Fig. 2c);

Fig. 3a, 3b und 3c stellen die Korrektionskurven für die Bildfehler des Objektivs bei Einstellung auf die drei genannten Deckglasdicken dar.

Das in Fig. 1 und 2 dargestellte Objektiv ist ein Planachromat mit einem Abbildungsmaßstab von 40x und einer Apertur von 0.6. Es besitzt eine feststehende Frontlinse (L1). Diese ist, wie für Objektive im angegebenen Leistungsbereich üblich, als objektseitig konkaver Meniskus ausgebildet. Auf die Frontlinse (L1) folgt eine konkav-konvexe Einzellinse (L2) sowie ein aus drei Linsen bestehendes Kittglied (L3). Das Kittglied (L3) besteht aus einer bikonvexen Linse zwischen je einer objektseitig konvexen negativen Meniskuslinse und einer bildseitig konvexen negativen Meniskuslinse. Die aus den beiden Linsengliedern (L2) und (L3) bestehende Linsengruppe ist, wie noch beschrieben wird, entlang der optischen Achse verschiebbar.

An das Linsenglied (L3) schließt sich eine feststehende bikonvexe Einzellinse (L4) an. Dieses Linsenglied (L4) ist ebenso wie die Frontlinse (L1) feststehend. Den bildseitigen Abschluß des Objektivs bildet eine weitere, ebenfalls längs der optischen Achse verschiebbare Linsengruppe (L5). Die Linsengruppe (L5) ist ein Kittglied und besteht aus einer bikonvexen Linse und einer bikonkaven Linse. Es besitzt insgesamt eine negative Brennweite und dient zur Korrektur der vom Bildwinkel abhängigen Bildfehler, insbesondere des Astigmatismus, der auftritt, wenn die aus den beiden Linsengliedern (L2) und (L3) bestehende Linsengruppe axial verschoben wird.

Die Fassung des in Fig. 1 dargestellten Objektivs besitzt einen äußeren, gehäusefesten Ring (1), der mit dem Anschraubgewinde (2) des Objektivs versehen ist. In diesen Ring (1) ist ein weiterer feststehender Ring (3) eingeschraubt. Dieser Ring (3) trägt das Innengewinde (5) für einen dort drehbar angeschraubten Zwischenring (4). Der Zwischenring (4) ist mit einem Nocken (7) versehen, der in eine Ausnehmung eines um den Ring (3) gelegten Betätigungsringes (6) eingreift.

Der drehbare Zwischenring (4) trägt außerdem zwei spiralförmige Nuten mit gegenläufiger und unterschiedlich steiler Steigung. In diese Nuten greifen einmal der an der Fassung (16) für die Linsengruppe (L5) befestigte Nocken (17) sowie der an der Schiebefassung (12) für die Abschlagsfassungen (13) und (14) der beiden Linsenglieder (L3) und (L2) angeschraubte Nocken (15) ein. Die Nocken (17) und (15) greifen außerdem durch axiale Schlitze im Fassungsring (12) und die darum gelegte Trägerhülse (11) hindurch. Die Trägerhülse (11) nimmt neben der Fassung (10) für die Frontlinsengruppe auch alle anderen Linsenfassungen (9, 12, 16) auf und ist mit Hilfe eines daran angebrachten Nockens (18), der in einen Schlitz im feststehenden Ring (3) eingreift, gegen Verdrehung gesichert. Somit ist sichergestellt, daß sich die Linsengruppen des Objektivs bei einer Drehung des Betätigungsringes (6) zwar axial verschieben, jedoch nicht mitdrehen.

Wenn der Ring (6) zur Einstellung auf unterschiedliche Deckglasdicken gedreht wird, dann führen die beiden Linsengruppen (L2/L3 und L5) eine gegenläufige Bewegung längs der optischen Achse aus, wobei der Hub der Linsengruppe (L5) (vierte Linsengruppe) etwa dreimal so groß wie der Hub der Linsengruppe (L1/L2) ist. Gleichzeitig bewegt sich die Schiebefassung (11) mit dem gesamten Objektiv entlang der optischen Achse. Dies wird in der Darstellung nach Fig. 2a, 2b und 2c deutlich, in denen die Verhältnisse bei Einstellung auf Deckglasdicke 0 (Fig. 2a), auf eine mittlere Deckglasdicke von D = 1 mm (Fig. 2b) und Einstellung auf eine Deckglasdicke von D = 2 mm (Fig. 2c) dargestellt sind. Hierbei ändern sich neben dem Arbeitsabstand des Objektivs drei weitere Luftabstände, nämlich d2, d8 und d10. Mit Hilfe dieser Parameter läßt sich eine gleichbleibend gute Bildfehlerkorrektur über den gesamten Bereich der Deckglasdickenschwankung von 2 mm erzielen.

In der Tabelle I des Anspruchs 15 sind die Parameter des Objektivs mit einem Abbildungsmaßstab von 40x und einer Apertur von 0,6 aufgeführt, wie es in Fig. 1 bzw. Fig. 2 dargestellt ist. In der Tabelle sind mit d die Dicken der Linsen und die Luftabstände und mit r die Krümmungsradien der Linsenflächen bezeichnet und wie in Fig. 2a bzw. 2b fortlaufend numeriert. nd bezeichnet die Brechzahlen und νd die Abbezahlen der Gläser.

In den Fig. 3a bis 3c sind die Bildfehler dieses Objektivs, nämlich sphärische Aberration, Astigmatismus und Verzeichnung für die drei genannten Deckglasdicken D = 0, D = 1 mm und D = 2 mm dargestellt. Die sphärische Aberration und der Astigmatismus sind in mm angegeben, während die Verzeichnung in Prozent angegeben ist. Astigmatismus und Verzeichnung sind über den gesamten Bildfelddurchmesser von 25 mm dargestellt.

Wie man erkennt besitzt das Objektiv für alle drei Deckglasdicken sehr gut korrigierte Werte, die über das gesamte Bildfeld unter der Sichtbarkeitsgrenze liegen. Das Objektiv kann deshalb mit Recht als Planachromat bezeichnet werden.

Es soll an dieser Stelle noch hervorgehoben werden, daß die Beibehaltung der guten Korrektionseigenschaften über den gesamten Bereich der Deckglasdicke keinen übermäßigen fertigungstechnischen Aufwand erfordert hat, denn alle Bewegungsabläufe in der Fassung erfolgen linear, so daß keine komplizierten Kurvenkörper gefertigt und justiert werden müssen.

In der Tabelle II des Anspruchs 15 sind die Parameter eines Objektivs mit einem Abbildungsmaßstab von 32 x und einer Apertur von 0.55 und in der Tabelle III die Parameter für ein drittes Objektiv mit einem Abbildungsmaßstab von 50x und einer Apertur von 0.65 angegeben. Diese beiden Objektive sind ebenfalls Planachromaten und zeichnen sich durch eine ähnlich gute Bildfehlerkorrektion aus wie das mit Linsenschnitt und Korrektionskurven dargestellte Objektiv 40/0.60. Auch den beiden Objektiven nach Tabelle II und Tabelle III liegt der in Anspruch 14 angegebene prinzipielle Aufbau zugrunde, d. h. sie bestehen ebenfalls aus acht Linsen in vier Gruppen, wobei die aus der Einzellinse (L2) und dem Kittglied (L3) bestehende zweite Linsengruppe und die aus dem Kittglied (L4) bestehende vierte Linsengruppe gegenläufig zueinander verschiebbar sind. Der Linsenschnitt dieser beiden Objektive entspricht deshalb im wesentlichen dem nach Fig. 2a-c, so daß auf eine nochmalige Darstellung an dieser Stelle verzichtet werden kann.

Claims (15)

1. Mikroskopobjektiv mit einem Abbildungsmaßstab zwischen 32x und 60x, einer Apertur von mindestens 0,5 und einer Einrichtung zur Einstellung auf unterschiedliche Deckglasdicken, bei welchem eine zwischen einer feststehenden, ersten Linsengruppe (L1) und einer feststehenden, dritten Linsengruppe (L4) eine zweite Linsengruppe (L2/L3) verschiebbar angeordnet ist, gekennzeichnet durch eine weitere, gegenläufig zur zweiten Linsengruppe (L2/L3) verschiebbare Linsengruppe (L5).

2. Mikroskopobjektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegungen der beiden verschiebbaren Linsengruppen (L2/L3; L5) linear sind.

3. Mikroskopobjektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bewegungshub der weiteren Linsengruppe (L5) größer als der Hub der zweiten Linsengruppe (L2/L3) ist.

4. Mikroskopobjektiv nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegungshübe mindestens um einen Faktor drei unterschiedlich sind.

5. Mikroskopobjektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Linsengruppe (L4) in einer Zentrierfassung (9) aufgenommen ist.

6. Mikroskopobjektiv nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Einstellung auf unterschiedliche Deckglasdicke mit einer Einrichtung zur Fokusnachstellung des gesamten Objektivs gekoppelt ist.

7. Mikroskopobjektiv nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein einziger Betätigungsring (6) vorgesehen ist, der gleichzeitig die gegenläufige Bewegung der beiden Linsengruppen (L2/L3; L5) zur Deckglasdickenkorrektur und die Bewegung des Gesamtobjektivs zur Fokusnachstellung bewirkt.

8. Mikroskopobjektiv nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Fokusnachstellung eine Feingewinde (5) an einem mit dem Betätigungsring (6) gekoppelten Zwischenring (4) dient.

9. Mikroskopobjektiv nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Einstellung auf unterschiedliche Deckglasdicke aus zwei mit den jeweiligen Linsenfassungen verbundenen Nocken (15, 17) besteht, die in zwei Nuten mit konstanter aber unterschiedlicher Steigung im Zwischenring (4) eingreifen.

10. Mikroskopobjektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Änderung des Luftabstandes (d10) zwischen der feststehenden dritten Linsengruppe (L4) und der verschiebbaren weiteren Linsengruppe (L5) auf vom Bildwinkel abhängige Bildfehler des Objektivs, insbesondere den Astigmatismus wirkt.

11. Mikroskopobjektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden feststehenden Linsengruppen (L1, L4) positive Einzellinsen sind.

12. Mikroskopobjektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die verschiebbare, zweite Linsengruppe eine positive Brechkraft besitzt.

13. Mikroskopobjektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gleichzeitig verschiebbare weitere Linsengruppe (L5) ein Kittglied mit negativer Brechkraft ist.

14. Mikroskopobjektiv nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß das Objektiv ein Planachromat ist mit in Strahlrichtung

• - einer ersten Linsengruppe aus einer Frontlinse (L1) in Form einer objektseitig konkaven Sammellinse,
• - einer zweiten Linsengruppe aus einer objektseitig konkaven Meniskuslinse (L2) und einem aus drei Linsen bestehenden Kittglied (L3), bei dem die mittlere Linse bikonvex ist und von einer objektseitig konvexen und einer bildseitig konvexen Zerstreuungslinse eingeschlossen ist,
• - einer dritten Linsengruppe aus einer bikonvexen Linse (L4) und
• - einer weiteren Linsengruppe (L5) aus einem aus einer bikonvexen und einer bikonkaven Linse bestehenden Kittglied.

15. Objektiv nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Objektiv die in einer der drei nachstehenden Tabellen angegebenen Daten für die Linsenradien r, Linsendicken und Abstände d, Brechzahlen nd und Abbezahlen νd der verwendeten Gläser besitzt oder Werte, die ausgehend von einem dieser Datensätze durch geringfügige Variation einzelner Parameter zu einem Objektiv mit gleichem Abbildungsmaßstab β und gleicher numerischer Apertur A sowie einem vergleichbar guten Korrektionszustand führen:

Tabelle I

Tabelle II Tabelle III