EP2002205A1 - Objektiv für stereomikroskope vom teleskoptyp - Google Patents
Objektiv für stereomikroskope vom teleskoptypInfo
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- EP2002205A1 EP2002205A1 EP07723485A EP07723485A EP2002205A1 EP 2002205 A1 EP2002205 A1 EP 2002205A1 EP 07723485 A EP07723485 A EP 07723485A EP 07723485 A EP07723485 A EP 07723485A EP 2002205 A1 EP2002205 A1 EP 2002205A1
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- EP
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- lens
- total focal
- refractive power
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- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B21/00—Microscopes
- G02B21/02—Objectives
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B21/00—Microscopes
- G02B21/18—Arrangements with more than one light path, e.g. for comparing two specimens
- G02B21/20—Binocular arrangements
- G02B21/22—Stereoscopic arrangements
Definitions
- the invention relates to a high-resolution objective for stereomicroscopes of the telescope type.
- Stereomicroscopes of this type are preferred for inspection of small objects, e.g. Semiconductor devices or micromechanical parts used for cell manipulation in the life sciences or in materials science. On the one hand, it is always a question of satisfying the need for an improved overview of the entire object during the inspection, and on the other hand being able to look at the smallest details on the object.
- magnification changer is provided in each of the two stereoscopic viewing beam paths that pass from the object through the common objective.
- These magnification changers are usually designed as afocal zoom systems, so that a continuous change in the size of the observed object field without changing the object and image position is possible.
- the object is located in the focal point of the lens, is imaged via the lens and the magnification changer downstream of the lens to infinity and shines in this figure, the entrance pupil of the magnification changer completely from each.
- the magnification changers are followed by tube lenses in the observation beam paths, which produce two different intermediate images, which the observer can view through eyepieces. Since the two intermediate images are different and separate from each other, the observer gains a spatial impression.
- the diameters of the entrance pupils of the magnification changers are dependent on the respectively set magnification. They reach their maximum at the highest possible magnification.
- the largest possible diameter of the object field Y is achieved at the smallest possible magnification.
- EP 1 369 729 A2 describes an objective in which values A of 0.44 to 0.6 are achieved for the ratio A, combined with a value of 0.16 for the tangent of the field angle ⁇ .
- the object of the invention is to provide a lens for use in telescope-type stereomicroscopes in which the resolution is at least 1000 lp / mm and an object field can be observed which is characterized by a value greater than 0, 16 is characterized for the tangent of the field angle ⁇ .
- Ratio Y / f tan ⁇ > 0, 16 with ⁇ the field angle, Y the maximum diameter of the object field at the minimum set magnification and f the total focal length,
- the refractive power D 1 of the first lens group G 1 and the refractive power D 2 of the second lens group G 2 together are preferably between two thirds and three quarters of the refractive power D of the total objective.
- the common focal length Dg e m of the two lens groups Gl and G2 should be in the range of 0.7 to 1.3 times the total focal length f.
- a telescope-type stereomicroscope lens is available which, both in terms of resolving power and in terms of the size of the field-winding. kels exceeds the known from the prior art lenses.
- the relatively small working distance of 20% to 45% of the lens focal length is not critical for use in microscopes with objective changer, because it can be assumed that this lens is only used when the manipulations are completed on the object and the object only observed becomes.
- Fig.l a first embodiment of the lens according to the invention
- Figure 3 shows a third embodiment.
- the lens consists of the three lens groups GIl to G13 with the lenses LIl to L16 and the following tabular design data with radii r, thicknesses d and distances a in mm, refractive indices n e at the wavelength of 546, 07 nm and pay off v e .
- FIG. 2 shows an embodiment of the objective according to the invention, which in turn consists of three lens groups G21 to G23, here with lenses L21 to L29 and the design data according to the following table, in which the radii r, thicknesses d and distances a in mm, refractive indices n e at the wavelength of 546.07 nm and payoff v e are given.
- the lens comprises the three lens groups G31 to G33, but with the lenses L31 to L37.
- the con- The design data for this objective are given in the following table with radii r, thicknesses d and distances a in mm, refractive indices n e at the wavelength of 546.07 nm and payoff v e .
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
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Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf ein hochauflösendes Objektiv für Stereomikroskope vom Teleskoptyp. Bei Stereomikroskopen dieses Typs geht es oft darum, einerseits dem Bedürfnis nach verbesserter Übersicht über das gesamte Objekt während der Inspektion gerecht zu werden, andererseits aber auch kleinste Details am Objekt betrachten zu können. Dazu sind besonders ausgebildete Objektive erforderlich. Das erfindungsgemäße Objektiv umfaßt zwei Linsengruppen Gl und G2 mit jeweils positiver Brechkraft sowie eine dritte Linsengruppe G3 mit negativer Brechkraft. Es ist durch folgende Merkmale charakterisiert: - Gesamtbrennweite f im Bereich von 35 mm bis 22 mm, - Arbeitsabstand im Bereich des 0,2 bis 0,45-fachen der Gesamtbrennweite f, - Verhältnis EP/f=0, 6...0, 95 mit EP dem Durchmesser der Eintrittspupille bei maximal eingestellter Vergrößerung und der Gesamtbrennweite f, - Verhältnis Y/f = tanω > 0, 16 mit ω dem Feldwinkel, Y dem maximalen Durchmesser des Objektfeldes bei minimal eingestellter Vergrößerung und f der Gesamtbrennweite, - Auflösungsvermögen im Bereich von 1000 Lp/mm bis 1700 Lp /mm (Lp = Linienpaare) .
Description
Objektiv für Stereomikroskope vom Teleskoptyp
Die Erfindung bezieht sich auf ein hochauflösendes Objektiv für Stereomikroskope vom Teleskoptyp.
Stereomikroskope dieses Typs werden bevorzugt zur Inspektion kleiner Objekte, wie z.B. Halbleiterbauelemente oder mi- kromechanische Teile, zur Zellmanipulation in der Biowissenschaft oder in der Materialkunde eingesetzt. Dabei geht es stets darum, einerseits dem Bedürfnis nach verbesserter Übersicht über das gesamte Objekt während der Inspektion gerecht zu werden, andererseits aber auch kleinste Details am Objekt betrachten zu können.
Diesbezüglich ist in jedem der beiden stereoskopischen Beobachtungsstrahlengänge, die vom Objekt kommend durch das gemeinsame Objektiv hindurchtreten, ein Vergrößerungswechsler vorgesehen. Diese Vergrößerungswechsler sind meist als afokale Zoomsysteme ausgelegt, so daß eine kontinuierliche Veränderung der Größe des beobachteten Objektfeldes ohne Veränderung der Objekt- und Bildlage möglich ist.
Das Objekt befindet sich im Brennpunkt des Objektivs, wird über das Objektiv und die dem Objektiv nachgeordneten Vergrößerungswechsler ins Unendliche abgebildet und leuchtet bei dieser Abbildung die Eintrittspupillen der Vergrößerungswechsler jeweils vollständig aus. Den Vergrößerungswechslern folgen in den Beobachtungsstrahlengängen Tubuslinsen nach, die zwei unterschiedliche Zwischenbilder erzeugen, welche der Betrachter durch Okulare hindurch betrachten kann. Da die beiden Zwischenbilder voneinander verschieden und voneinander getrennt sind, gewinnt der Betrachter einen räumlichen Eindruck.
Die Durchmesser der Eintrittspupillen der Vergrößerungswechsler sind von der jeweils eingestellten Vergrößerung abhängig. Sie erreichen bei größtmöglich eingestellter Vergrößerung ihr Maximum.
Mit der Einführung von Objektivrevolvern an Stereomikroskopen des Teleskoptyps wurde, wie sie an klassischen Mikroskopen schon seit längerer Zeit üblich sind, ist nun auch hier der Objektivwechsel während der Inspektion möglich, so daß sich die Voraussetzungen für die Übersichtsbeobachtung einerseits und die Darstellung feinster Strukturen andererseits verbessert haben. Letzteres erfordert allerdings, daß ein Objektiv mit entsprechend hoher Auflösung am Objektivrevolver verfügbar ist.
Entscheidend für das maximale Auflösungsvermögen des Gesamtsystems aus Objektiv und Vergrößerungswechslern ist das Verhältnis A zwischen dem Durchmesser EP der Eintrittspupillen bei größtmöglicher Vergrößerung und der Objektivbrennweite f.
Der größtmögliche Durchmesser des Objektfeldes Y wird dagegen bei der kleinstmöglich eingestellten Vergrößerung erreicht. Die Größe des Objektfeldes Y ist vom maximalen Feldwinkel ω des Objektivs abhängig, wobei die Größe des Objektfeldes Y, der Feldwinkel ω und die Objektivbrennweite f über die Beziehung Y = f*tanω verknüpft sind.
Bei der Entwicklung von Objektiven für Stereomikroskope des Teleskoptyps neuerer Bauart ist daher immer wieder das Problem zu lösen, die Forderung nach größtmöglicher Auflösung
und Vergrößerung, großem Durchmesser der Eintrittspupillen, maximalem Feldwinkel und gewünschter Brennweite miteinander und mit einer an den Objektivwechsler und die Vergrößerungswechsler angepaßten Baugröße in Einklang zu bringen.
Aus den Veröffentlichungen JP 2001-147378, JP 101 70 832 A und US 4,640,586 sind Objektive für Stereomikroskope bekannte, die für das Verhältnis A = EP/f des Durchmessers EP der Eintrittspupille bei maximal eingestellter Vergrößerung zur Objektivbrennweite f Werte von bis zu 0,3 erreichen.
In EP 1 369 729 A2 ist ein Objektiv beschrieben, bei dem für das Verhältnis A Werte von 0,44 bis 0,6 erreicht werden, verbunden mit einem Wert von 0,16 für den Tangens des Feldwinkels ω.
Diese Objektive erreichen jedoch lediglich ein Auflösungsvermögen, das unter 1000 Lp/mm liegt (Lp = Linienpaare) .
Von diesem Stand der Technik ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Objektiv zur Verwendung in Stereomikroskopen des Teleskoptyps zu schaffen, bei dem das Auflösungsvermögen mindestens 1000 Lp/mm beträgt und dabei ein Objektfeld zu beobachten ist, das durch einen Wert von größer 0,16 für den Tangens des Feldwinkels ω charakterisiert ist.
Gelöst wird diese Aufgabe mit einem Objektiv mit folgenden Merkmalen:
- Gesamtbrennweite f im Bereich von 35 mm bis 22 mm,
- Arbeitsabstand im Bereich des 0,2 bis 0,45-fachen der Gesamtbrennweite f,
Verhältnis EP/f=O, 6...0, 95 mit EP dem Durchmesser der Eintrittspupille bei maximal eingestellter Vergrößerung und f der Gesamtbrennweite,
Verhältnis Y/f = tanω > 0, 16 mit ω dem Feldwinkel, Y dem maximalen Durchmesser des Objektfeldes bei minimal eingestellter Vergrößerung und f der Gesamtbrennweite,
- Auflösungsvermögen im Bereich von 1000 Lp/mm bis 1700 Lp/mm (Lp = Linienpaare) .
Dabei umfasst dieses Objektiv
- eine erste Linsengruppe Gl mit positiver Brechkraft Dl,
- eine zweite Linsengruppe G2 mit positiver Brechkraft D2,
- eine dritte Linsengruppe G3 mit negativer Brechkraft D3.
Bevorzugt beträgt die Brechkraft Dl der ersten Linsengruppe Gl und die Brechkraft D2 der zweiten Linsengruppe G2 zusammen zwischen zwei Drittel und drei Viertel der Brechkraft D des Gesamtobjektivs. Die Brechkraft D3 der dritten Linsengruppe G3 entspricht dem Quotienten k/f, mit f der Gesamtbrennweite des Objektivs und einem Faktor k mit Werten vorzugsweise im Bereich von k = -0,05 bis 0,27.
Weiterhin soll die gemeinsame Brennweite Dgem der zwei Linsengruppen Gl und G2 im Bereich des 0,7- bis 1,3-fachen der Gesamtbrennweite f liegen.
Damit steht ein Objektiv für Stereomikroskope des Teleskoptyps zur Verfügung, daß sowohl im Hinblick auf das Auflösungsvermögen wie auch in Bezug auf die Größe des Feldwin-
kels die aus dem Stand der Technik bekannten Objektive ü- bertrifft.
Der verhältnismäßig geringe Arbeitsabstand von 20% bis 45% der Objektivbrennweite ist für die Verwendung in Mikroskopen mit Objektivwechsler unkritisch, weil davon ausgegangen werden kann, daß dieses Objektiv erst dann zum Einsatz kommt, wenn die Manipulationen am Objekt abgeschlossen sind und das Objekt nur noch beobachtet wird.
Die Erfindung soll nachfolgend an drei Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:
Fig.l ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Objektivs,
Fig.2 ein zweites Ausführungsbeispiel und Fig.3 ein drittes Ausführungsbeispiel.
Im ersten Ausführungsbeispiel nach Fig.l besteht das Objektiv aus den drei Linsengruppen GIl bis G13 mit den Linsen LIl bis L16 und den folgenden tabellarisch angegebenen Konstruktionsdaten mit Radien r, Dicken d und Abständen a in mm, Brechzahlen ne bei der Wellenlänge von 546,07 nm und Abbezahlen ve.
Linsen _ . Radien Dicken Abstand /T Abbezahl
Linse , zahl gruppe r d a ve
14,00 GIl LIl -170,19
17,00 1,49845 81,1 -23,82 0,20
193, 64 L12 19,00 1.49845 81,1
-27,04
L13 5,00 1,75453 35,1
-54,55
0,20 G12 61,29
L14 15,00 1,49845 81,1
-128,33
3,16 97,67 L15 8,00 1.76076 47,6 36,30 6,45
109,86
G13 L16 7,50 1,49845 81,1 -147,32
Bei dieser Ausführung betragen: der Arbeitsabstand 14 mm; die Gesamtbrennweite f = 33, 6 mm; der Durchmesser der Eintrittspupille bei dieser Brennweite und maximal eingestellter Vergrößerung EP = 23 mm; das Auflösungsvermögen ca. 1100 Lp/mm.
In Fig.2 ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Objektivs dargestellt, das wiederum aus drei Linsengruppen G21 bis G23 besteht, hier mit Linsen L21 bis L29 und den Konstruktionsdaten laut nachstehender Tabelle, in der die Radien r, Dicken d und Abstände a in mm, Brechzahlen ne bei der Wellenlänge von 546,07 nm und Abbezahlen ve angegeben sind.
Brech¬
Linsen hl
Linse Radien Dicken Abstand Abbeza zahl gruppe r d a ne Ve
4,0
G21 L21
10,0 1,4891 70,2
-10,50
-10,50
L22 15,0 1,8881 40,5
-23,25
0,1
-73,72
L23 10,0 1,7584 52,1
-41,95
0,1 81,88 L24 5,0 1,7545 35,1
40,93
G22 L25 31,6 1,4399 94,6
-44,41
0,1
183,85 L26 20,0 1,4399 94,6
-40,41 L27 4,0 1,7584 52,1 -158,13 M
G24 58,78
L28 24,0 1.6225 63,2
-43,68
L29 3,0 1,5608 53,8 35,47
In der Ausführung nach dem zweiten Beispiel betragen: der Arbeitsabstand 4 mm; die Gesamtbrennweite f = 25,2 mm; der Durchmesser der Eintrittspupille bei dieser Brennweite und maximal eingestellter Vergrößerung EP = 23 mm; das Auflösungsvermögen ca. 1400 Lp/mm.
Ein drittes Ausführungsbeispiel ist in Fig.3 dargestellt. Hier umfaßt das Objektiv wiederum die drei Linsengruppen G31 bis G33, jedoch mit den Linsen L31 bis L37. Die Kon-
struktionsdaten für dieses Objektiv sind der nachfolgenden Tabelle mit Radien r, Dicken d und Abständen a in mm, Brechzahlen ne bei der Wellenlänge von 546,07 nm und Abbezahlen ve zu entnehmen.
Brech¬
Linsen Dicken Abbezahl
Linse Radien Abstand gruppe r d a zahl ne ve
11,7
G31 -93,8
L31 17,0 1,4984 81,0 -22,1
0,5
450,8
L32 18,0 1,4398 94,6
-27,6
L33 5,0 1,7545 35,1
-44,6
0,1
69,2
L34 18,0 1,4984 81,0
G32 -55,3
L35 5,0 1,7161 53,6
-90,6
0,1
104,1
L36 11,5 1.6167 44,0
-39,1
7,0
148,8
G33 L37 11,2 1,4398 94,6 ■104,3
In der Ausführung nach dem dritten Beispiel betragen: der Arbeitsabstand 11,7 mm; die Gesamtbrennweite f = 34 mm; der Durchmesser der Eintrittspupille bei dieser Brennweite und maximal eingestellter Vergrößerung EP = 23 mm; das Auflösungsvermögen 1000 Lp/mm.
Claims
1. Objektiv für Stereomikroskope des Teleskoptyps mit folgenden Merkmalen:
- Gesamtbrennweite f im Bereich von 35 mm bis 22 mm,
- Arbeitsabstand im Bereich des 0,20- bis 0,45-fachen der Gesamtbrennweite f,
Verhältnis EP/f=0, 6...0, 95 mit EP dem Durchmesser der Eintrittspupille bei maximal eingestellter Vergrößerung und f der Gesamtbrennweite,
- Verhältnis Y/f = tanω > 0, 16 mit ω dem Feldwinkel, Y dem maximalen Durchmesser des Objektfeldes bei minimal eingestellter Vergrößerung und f der Gesamtbrennweite,
- Auflösungsvermögen im Bereich von 1000 Lp/mm bis 1700 Lp/mm (Lp = Linienpaare) .
2. Objektiv nach Anspruch 1 von der Objektebene her umfassend:
- eine erste Linsengruppe Gl mit positiver Brechkraft Dl, eine zweite Linsengruppe G2 mit positiver Brechkraft D2,
- eine dritte Linsengruppe G3 mit negativer Brechkraft D3.
3. Objektiv nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Brechkraft Dl der ersten Linsengruppe Gl, und die Brechkraft D2 der zweiten Linsengruppe G2 zusammen zwischen zwei Drittel und drei Viertel der Brechkraft D des Gesamtobjektivs entsprechen.
4. Objektiv nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei dem die Brechkraft D3 der dritten Linsengruppe G3 dem Quotienten k/f mit f der Gesamtbrennweite des Objektivs und dem Faktor k = -0,05 bis 0,27 entspricht.
5. Objektiv nach einem der vorgenannten Ansprüche, bei dem die gemeinsame Brennweite Dgem der zwei Linsengruppen Gl und G2 dem 0,7- bis 1,3-fachen der Gesamtbrennweite f entspricht .
6. Objektiv nach einem der vorgenannten Ansprüche, gekennzeichnet durch die nachfolgend genannten Linsen und die Konstruktionsdaten mit Radien r, Dicken d und Abständen a in mm, Brechzahlen ne bei der Wellenlänge von 546,07 nm und Abbezahlen ve:
-23, 82
0, ,20
193,64
L12 19,00 1. 49845 81,1
-27,04
L13 5,00 1, 75453 35,1
-54,55 o, 20
G12 61,29
L14 15,00 1, 49845 81,1
-128,33
3, 16
97,67
L15 8,00 1. 76076 47,6
36,30
6, 45
109,86
G13 L16 7,50 1,49845 81,1
-147,32
Hierbei betragen: der Arbeitsabstand 14 mm; die Gesamtbrennweite f = 33, 6 mm; der Durchmesser der Eintritts- pupille bei dieser Brennweite und maximal eingestellter Vergrößerung EP = 23 mm; das Auflösungsvermögen ca. 1100 Lp/mm.
7. Objektiv nach einem der vorgenannten Ansprüche, gekennzeichnet durch die nachfolgend genannten Linsen und die Konstruktionsdaten mit Radien r, Dicken d und Abständen a in mm, Brechzahlen ne bei der Wellenlänge von 546,07 nm und Abbezahlen ve:
Linsen Radien Dicken Abstand BrechAbbezahl
Linse r zahl gruppe d a ne Ve
4,0
G21 L21 OO
10,0 1,4891 70,2
-10,50
-10,50
L22 15,0 1,8881 40,5
-23,25
0,1
-73,72 L23 10,0 1,7584 52,1
-41,95
0,1
81,88
L24 5,0 1,7545 35,1
40,93
G22 L25 31,6 1,4399 94,6
-44,41
0,1
183,85
L26 20,0 1,4399 94,6
-40,41 L27 4,0 1,7584 52,1
-158,13
0,1
G24 58,78
L28 24,0 1.6225 63,2
-43,68 L29 3,0 1,5608 53,8
35,47 Hierbei betragen: der Arbeitsabstand 4 mm; die Gesamtbrennweite f = 25,2 mm; der Durchmesser der Eintrittspupille bei dieser Brennweite und maximal eingestellter Vergrößerung EP = 23 mm; das Auflösungsvermögen ca. 1400 Lp/mm.
8. Objektiv nach einem der vorgenannten Ansprüche, gekennzeichnet durch die nachfolgend genannten Linsen und die Konstruktionsdaten mit Radien r, Dicken d und Abständen a in mm, Brechzahlen ne bei der Wellenlänge von 546,07 ran und Abbezahlen ve:
Linsen Radien Dicken Brech¬
Abstand Abbezahl zahl gruppe Linse r d a ne Ve
11,7
G31 -93,8
L31 17,0 1,4984 81,0 -22,1
0,5
450,8
L32 18,0 1,4398 94,6
-27, 6
L33 5,0 1,7545 35,1
-44, 6
0,1
69,2
L34 18,0 1,4984 81,0
G32 -55,3
L35 5,0 1,7161 53,6
-90,6
0,1
104,1
L36 11,5 1.6167 44,0
-39,1
7,0
148,8
G33 L37 11,2 1,4398 94,6 -104,3
Hierbei betragen: der Arbeitsabstand 11,7 mm; die Gesamtbrennweite f = 34,8 mm; der Durchmesser der Eintrittspupille bei dieser Brennweite und maximal einge- stellter Vergrößerung EP = 23 mm; das Auflösungsvermögen ca. 1000 Lp/mm.
Applications Claiming Priority (2)
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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2007
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- 2007-03-22 EP EP07723485A patent/EP2002205A1/de not_active Withdrawn
Non-Patent Citations (1)
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|---|
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| Date | Code | Title | Description |
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| PUAI | Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase |
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Inventor name: WARTMANN, ROLF Inventor name: THIRASE, JAN |
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Owner name: CARL ZEISS MICROSCOPY GMBH |
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