WO1999022264A1 - Mikroskop-okular mit 10-facher vergrösserung - Google Patents

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WO1999022264A1
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field lens
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Klaus Hermanns
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Leica Microsystems Wetzlar Gmbh
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    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B25/00—Eyepieces; Magnifying glasses
    • G02B25/001—Eyepieces
    • G—PHYSICS
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    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
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    • G02B27/005—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for optical correction, e.g. distorsion, aberration for correction of secondary colour or higher-order chromatic aberrations
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    • G02B7/00—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
    • G02B7/02—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses
    • G02B7/021—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses for more than one lens

Definitions

  • the invention relates to a microscope eyepiece with 10x magnification according to the preamble of claim 1.
  • Simple eyepieces for a microscope consist of several lenses or cemented elements with a positive refractive power. Some additionally contain a field lens with a positive refractive power in order to favorably influence the image of the field of view or the diameter of the eye lens.
  • the direction and curvature of the field curvature of an eyepiece is described quantitatively by its Petzval sum SP, where
  • the micro objective In order to offer a viewer a leveled image at the microscope, the micro objective must have an image field curvature opposite the image field curvature of the eyepiece.
  • a compensation model in the image error correction of microscopes, in which micro-objectives and eyepieces are combined with astigmatism that is coordinated with one another.
  • Such a compensation model is described in an essay by W. Klein in the "settingbuch für Optik", year 1977, pages 95-127.
  • the astigmatism in mutually assigned, so-called compensation micro-objectives and so-called compensation eyepieces is not completely corrected, but rather is set to a specific value. This set astigmatism value is referred to below as the target astigmatism.
  • a compensation micro-objective Due to its target astigmatism, a compensation micro-objective produces a field curvature in the intermediate image, which is leveled by the assigned compensation eyepiece due to its target astigmatism.
  • the target astigmatism of the compensation eyepiece is set to the same amount and with an opposite sign to the target astigmatism of the compensation micro-objective.
  • the invention relates to compensation optics, in the following the compensation eyepieces are referred to simply as eyepieces and the compensation micro-objectives as micro-objectives.
  • micro-lenses Since the requirements for the micro lenses - e.g. an even better correction in the VI S / UV range of the spectrum with simultaneous high UV permeability, even better apochromatic correction, even greater free working distance, etc. - it has become increasingly difficult to represent such micro-lenses technically and economically .
  • these eyepieces must be distinguished by a very small Petzval sum SP.
  • the actual size of the Petzval sum depends on the quality of the tolerated residual image errors.
  • the Petzval sum SP should be approximately 0.015 in order to achieve the required new value of the target astigmatism.
  • the imaging errors are then closely tolerated in accordance with the highly corrected micro-objectives.
  • the eye lens is set to 0 doptria.
  • the maximum irradiated, so-called free lens diameter must not exceed 30 mm, in order to guarantee the binocular view into the tube due to the outer dimensions of the eyepiece even for small eye width positions.
  • the prior art includes eyepieces with a small Petzval sum, which are characterized by a field lens and a strong refractive negative lens in the so-called eye lens part, i.e. the lens group between the eye and the real intermediate image in the eyepiece.
  • eyepieces are mentioned below and - after appropriate conversion - checked for their possible use in the present compensation system.
  • the Petzval sum of 0.007 is too small for the desired compensation optics.
  • the coma and the astigmatic distortion are also very large, as is the color longitudinal error of the pupil.
  • a disadvantage is the poor image correction with a strong coma, excessive pupil difference and a distortion of more than 3%.
  • the Petzval sum for this field of view is greater than the target value of 0.015.
  • JP 07063996 A describes an eyepiece in which the negative lens is arranged in the second position in the eye lens part.
  • the negative lens is shown as a cemented element with a negative refractive power, either with or without an additional negative lens.
  • the field lens is a putty in the form of a meniscus that is convex to the micro-objective.
  • the field lens factor is 0.996.
  • the eyepiece is well corrected and the free lens diameter is less than 30 mm. However, his Petzval sum is 0.019. It also requires seven or eight lenses, which makes the eyepiece expensive.
  • It is therefore an object of the present invention to provide an eyepiece with a 10x magnification with a negative lens in the part of the eye lens and an additional field lens, which is suitable for use in a given compensation optics. It should be characterized by a very small Petzval sum SP with very good correction of all image errors. For cost reasons, it should need a maximum of six lenses. For an eyepiece with 10x magnification and a field of view SFZ 25, the Petzval sum should be as precise as possible 0.015, around the required value the target astigmatism for the compensation optics.
  • the eyepiece should be suitable for spectacle wearers, i.e. allow an appropriate diopter adjustment.
  • the irradiated free lens diameter - when the eye lens is set to 0 diopter - may be a maximum of 30 mm. Only then are the outer dimensions of the eyepieces small enough to be able to adjust them even for narrow eyes.
  • a microscope eyepiece with a 10x magnification and a field of view SFZ ⁇ 25 is specified, in which, in the direction of light, a field lens with a field lens factor beta 'between 0.95 and 1.05 in the form of a simple, convex, field field in front of a field diaphragm Meniscus with positive refractive power is arranged.
  • the field diaphragm is followed by an eye lens part, which has a negative lens as the first lens in the direction of light and can be displaced relative to the field diaphragm for diopter adjustment.
  • the Petzval sum SP is between 0.014 and 0.021. It is adjusted to the required value with the negative lens of the part of the eye lens.
  • the image errors astigmatism, distortion and opening errors of the pupil are closely linked in the eye lens part.
  • a deflection or refractive power distribution in the part of the eye lens does not have a great influence on the relationship of these image errors to one another, i.e. not all three image errors can be corrected to the desired value at once.
  • the three image errors have a different relationship to each other than in the eye lens part. Therefore, by balancing the proportions of the image errors between the field lens and the part of the eye lens the sum errors of astigmatism, distortion, drawing and pupil difference can be set to desired values.
  • the deflection of the field lens is particularly advantageous if a value between 20 mm and 23 mm is specified for the input focal length s of the field lens and a value between 250 mm and 700 mm is specified for the distance of the entrance pupil of the eyepiece from the real intermediate image of the micro objective and the Seidel sum SA for the astigmatism of the field lens is between 0.0092 and 0.0104.
  • beta ' is of particular importance.
  • the focal length of the part of the eye lens is f' (AL) ⁇ 25 mm.
  • the field lens factor beta 'mit 1 with a deviation of ⁇ 5% is the most favorable value.
  • graticules are used at the location of the field diaphragm in order to provide the measurement with a graduation.
  • the real intermediate image after the field lens is just as large as the intermediate image that would be created without the field lens. This has the advantage that the same graticules as in eyepieces can be used without a field lens.
  • the eyepiece according to the invention is well corrected and realizes the ideal tangential image shell required for the compensation system very precisely. It does not have a coma, has a favorable pupil difference and shows only slight distortion (less than 3%).
  • the subclaims describe the configuration of the field lens according to the invention and two special configurations of the eyepiece according to the invention with their design data.
  • the field lens proves to be universally usable in different eyepieces. Even their use in eyepieces that are not used for microscopy is possible.
  • a first lens Lj follows, which is designed as a field lens in the form of a thick meniscus of thickness d 1 . Its front surface with a radius ri and its rear surface with a radius r 2 are convex to a field diaphragm 3, which is arranged at an air gap downstream.
  • the intermediate image 4 In the plane of the field diaphragm 3 is the intermediate image 4, which is generated by the field lens Li.
  • the intermediate image 5 of the (not shown here) micro-objective is shown, which without the field lens L- ! would be generated.
  • an air gap l 2 is followed by a biconcave negative lens L 2 with a thickness d 2 , a front radius r 3 and a rear radius r 4 .
  • Positive lens L 3 with a thickness d 3 is arranged, the front concave surface of which has a radius r 5 and the rear convex surface of which has a radius r 6 .
  • a small air distance l 4 4 follows a thick, biconvex positive lens L of the thickness d 4 with a front radius r 7 and a rear radius r. 8
  • a cementing member KG with a positive refractive power consisting of the lens L 5 which is first irradiated and a lens L 6 cemented subsequently.
  • the lens L 5 has a thickness d 5 , a front radius r 9 and a rear radius r 10 .
  • the rear radius r 10 is also the front radius of the lens L 6 which is subsequently cemented on and has a thickness d 6 .
  • Its rear surface is with a radius ri, concave to the exit pupil 7, which is at an air gap l 6 behind the cemented member KG. In the plane of the exit pupil 7, a viewer's eye 8 is shown symbolically.
  • the beam path of the marginal rays through the eyepiece is shown schematically.
  • the required free diameter at the point of the largest bundle cross section is less than 30 mm.
  • the lens L 2 is the required strong negative lens, which lowers the Petzval sum into the desired range.
  • the field lens L- converts the slightly divergent main rays coming from the micro-objective into convergent ones, which the subsequent negative lens L 2 of the eye lens part AL expands again, but not to the same extent as without the field lens L-.
  • the following positive lenses L 3 , L 4 and the cemented element from L 5 and L 6 each let the main rays converge gently - and thus with only small image errors.
  • the cemented element KG images the rays in the plane of the exit pupil 7, in which it perceives the observer eye 8.
  • the intermediate image 4 which is generated from the field lens t is L-.
  • the intermediate picture 5 of (here not shown) micro-objective shown which would be produced without field lens Lj.
  • the dimension of the image shift 6 between these two intermediate images 4, 5 is also shown and is more than 4 mm.
  • FIG. 2 differs from that in FIG. 1.
  • a convex-concave lens L ' 2 of thickness d' 2 with a front lens follows at an air gap l ' 2 as a strong negative lens Radius r ' 3 and a rear radius r' 4 .
  • a positive lens L ' 3 with the thickness d' 3 is arranged close behind, the front surface with the radius r ' 5 being a flat surface and the rear surface being convex with a radius r' 6 .
  • a cementing member KG' with a positive refractive power consisting of the lens L ' 4 which is irradiated first and the lens L' 5 subsequently cemented therewith.
  • an exit pupil 7 follows in an air gap 1' 5 , in the plane of which the observer eye 8 is symbolically represented.
  • the beam path of the marginal rays through the eyepiece is shown schematically.
  • the required free diameter at the point of the largest bundle cross section is less than 30 mm.
  • the front surface of the lens L ' 4 is convex with a radius r' 7 to the field diaphragm 3. Its rear, cemented surface is convex with a radius r ' 8 the exit pupil 7.
  • the first surface of the lens L ' 5 cemented to the lens L' 4 has the same radius r ' 8 as the rear surface of the lens L' 4 .
  • the rear surface of the lens L ' 5 is very flat convex to the exit pupil 7 with a radius r' 9 .
  • the lens L ' 2 is the strong negative lens with which the Petzval sum of the eyepiece can be set to the desired value.
  • the field lens L 1 converges the slightly divergent main rays coming from the micro objective.
  • the subsequent negative lens L ' 2 of the eye lens part AL' widens them again, but not to the same extent as without the field lens L.
  • the following positive lens L ' 3 and the cemented member KG' from the lenses L 'and L' 5 each let in the main rays converge weakly, resulting in only very small image errors.
  • the rays are imaged into the plane of the exit pupil 7 by the cemented member KG ', in which it perceives the observer eye 8.

Abstract

Für eine Mikroskop-Kompensationsoptik mit verringertem Soll-Astigmatismus wird ein Mikroskop-Okular mit 10-facher Vergrößerung, einer Sehfeldzahl SFZ ≤25 und einer Petzvalsumme SP mit 0,014≤SP≤0,021 mit einer besonderen Feldlinse vor einer Feldblende und einer Negativlinse in dem Augenlinsenteil hinter dieser Feldblende angegeben. Die erfindungsgemäße Feldlinse ist in Form eines einfachen, positiv brechenden, zur Feldblende konvexen, dicken Meniskus mit einem Feldlinsenfaktor beta' mit 0,95≤beta'≤1,05 ausgebildet. Zur Dioptrieneinstellung ist das Augenlinsenteil relativ zur Feldblende verschiebbar. Es werden spezielle, vorteilhafte Ausgestaltungen der Feldlinse sowie Ausführungsbeispiele des Mikroskop-Okulars mit ihren Konstruktionsdaten angegeben.

Description

Mikroskop-Okular mit 10-facher Vergrößerung
Die Erfindung betrifft ein Mikroskop-Okular mit 10-facher Vergrößerung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Einfache Okulare für ein Mikroskop bestehen aus mehreren Linsen bzw. Kittgliedern mit positiver Brechkraft. Manche enthalten zusätzlich eine Feldlinse mit positiver Brechkraft, um die Abbildung der Sehfeldblende oder den Durchmesser der Augenlinse günstig zu beeinflussen. Die Richtung und Krümmung der Bildfeldwölbung eines Okulars wird durch seine Petzvalsumme SP quantitativ beschrieben, wobei
SP = f / n ( mit f = Brennweite des Okulars; n= mittlere Brechzahl )
gilt. Sie ist in einem solchen Okular positiv und groß, sodaß bei korrigiertem Astigmatismus die Bildfeldwölbung auch groß ist.
Um einem Betrachter am Mikroskop ein geebnetes Bild anzubieten, muß das Mikroobjektiv eine der Bildfeldwölbung des Okulars entgegengesetzte Bildfeldwölbung aufweisen. Dazu ist es bekannt, bei der Bildfehlerkorrektur von Mikroskopen mit einem Kompensationsmodell zu arbeiten, bei dem Mikroobjektive und Okulare mit aufeinander abgestimmtem Astigmatismus kombiniert werden. Ein solches Kompensationsmodell wird in einem Aufsatz von W. Klein im „Jahrbuch für Optik", Jahrgang 1977, Seiten 95-127, beschrieben. Dabei wird der Astigmatismus bei einander zugeordneten, sogenannten Kom- pensations-Mikroobjektiven und sogenannten Kompensations-Okularen nicht vollständig korrigiert, sondern jeweils auf einen bestimmten Wert eingestellt. Dieser jeweils eingestellte Wert des Astigmatismus wird im folgenden als Soll- Astigmatismus bezeichnet. Ein Kompensations-Mikroobjektiv erzeugt aufgrund seines Soll-Astigmatismus eine Bildfeldwölbung im Zwischenbild, die von dem zugeordneten Kompensations-Okular aufgrund seines Soll- Astigmatismus geebnet wird. Dazu wird der Soll-Astigmatismus des Kompen- sations-Okulars betragsmäßig gleich und mit entgegengesetztem Vorzeichen zu dem Soll-Astigmatismus des Kompensations-Mikroobjektivs eingestellt.
Obgleich sich die Erfindung auf eine Kompensationsoptik bezieht, werden im folgenden vereinfachend die Kompensations-Okulare als Okulare und die Kompensations-Mikroobjektive als Mikroobjektive bezeichnet.
Da die Anforderungen an die Mikroobjektive - z.B. eine noch bessere Kor- rektion im VI S/UV-Bereich des Spektrums bei gleichzeitig hoher UV- Durchlässigkeit, noch bessere apochromatische Korrektion, noch größerer freier Arbeitsabstand, etc. - ständig gestiegen sind, wird es immer schwieriger, solche Mikroobjektive technisch und wirtschaftlich darzustellen.
Zur Darstellung solcher neuer, hochkorrigierter Mikroobjektive mußte ihr Soll-Astigmatismus auf die Hälfte des bisher üblichen Wertes festgesetzt werden. Daher sind zur Beibehaltung der Kompensation auch Okulare mit einer Halbierung ihres Soll-Astigmatismus und ihrer Soll-Bildfeldwölbung entsprechend dem entgegengesetzt gleichen Wert für den neuen, halbierten Soll-Astigmatismus der neuen Mikroobjektive erforderlich.
Diese Okulare müssen sich entsprechend dem geringeren Soll-Astigmatismus gegenüber den bisherigen Okularen durch eine sehr kleine Petzval-Summe SP auszeichnen. Die tatsächliche Größe der Petzvalsumme hängt von der Qualität der tolerierten Restbildfehler ab. Für ein hochkorrigiertes Okular mit 10-facher Vergrößerung und einer Sehfeldzahl SFZ = 25 soll beispielsweise die Petzval-Summe SP etwa 0,015 betragen, um den geforderten, neuen Wert des Soll-Astigmatismus zu leisten. Die Abbildungsfehler sind dann entsprechend den hochkorrigierten Mikroobjektiven eng toleriert. Für den Fall eines auf Unendlich akkomodierten Auges wird die Augenlinse auf 0 Doptrien eingestellt. Für diese Einstellung der Augenlinse darf der maximal durchstrahlte, sogenannte freie Linsendurchmesser 30 mm nicht übersteigen, um aufgrund der Außenabmessungen der Okulare den binokularen Einblick in den Tubus auch für kleine Augenweitenstellungen zu gewährleisten.
Zum Stand der Technik gehören Okulare mit geringer Petzval-Summe, die sich durch eine Feldlinse sowie eine stark brechende Negativlinse im sogenannten Augenlinsenteil, d.h. der Linsengruppe zwischen dem Auge und dem reellen Zwischenbild im Okular, auszeichnen. Nachfolgend werden solche Okulare genannt und - nach entsprechender Umrechnung - auf ihre mögliche Verwendung in dem vorliegenden Kompensationssystem geprüft.
So wird in der US 5,255,121 ein solches Okular angegeben, welches eine Petzval-Summe größer als 0,015 besitzt. Nachteilig ist jedoch, daß sowohl Koma, Zonenastigmatismus, Pupillendifferenz und Verzeichungen (> 3%) aus dem angestrebten Bereich fallen. Es hat zwei Einzellinsen als Feldlin- senteil mit einem Feldlinsenfaktor beta' = 1 ,053. Es benötigt insgesamt sieben Linsen, die das Okular teuer machen. Wenn der freie Linsendurchmesser auf die Sehfeldzahl SFZ = 25 skaliert wird, ist er größer als 30 mm.
Das Okular aus der US 3,867,018 hat sechs Linsen, davon eine dünne, plankonvexe Linse als Feldlinse mit einem Feldlinsenfaktor beta' = 0,767. Die Petzvalsumme ist mit 0,007 zu klein für die angestrebte Kompensationsoptik. Auch sind die Koma und die astigmatische Verzeichnung sehr groß, ebenso der Farblängsfehler der Pupille. Außerdem ist der freie Linsendurchmesser, auf die Sehfeldzahl SFZ = 25 skaliert, größer als 30 mm. In der DE 39 25 246 C2 wird in einer Ausführungsform ein Okular mit einem verkitteten Feldlinsenglied mit einem Feldlinsenfaktor beta' = 1 ,047 angegeben. Es besteht aus nur sechs Linsen. Nachteilig ist die schlechte Bildkorrektion mit starker Koma, zu großer Pupillendifferenz und einer Verzeich- nung über 3 %. Der freie Linsendurchmesser ist, skaliert auf eine Sehfeldzahl SFZ = 25, deutlich größer als 30 mm. Außerdem ist die Petzvalsumme für diese Sehfeldzahl größer als der angestrebte Wert von 0,015.
Die JP 07063996 A beschreibt ein Okular, in dem die Negativlinse an zweiter Stelle im Augenlinsenteil angeordnet ist. Die Negativlinse ist als Kittglied mit negativer Brechkraft wahlweise mit oder ohne eine weitere dazugestellte Negativlinse dargestellt. Die Feldlinse ist ein Kittglied in Form eines Meniskus, der konvex zum Mikroobjektiv ist. Der Feldlinsenfaktor ist gleich 0,996. Das Okular ist gut auskorrigiert und der freie Linsendurchmesser beträgt weniger als 30 mm. Jedoch ist seine Petzvalsumme gleich 0,019. Außerdem benötigt es sieben bzw. acht Linsen, was das Okular teuer macht.
Die meisten genannten Okulare weisen zwar eine kleine Petzval-Summe auf, die aber den speziellen Anforderungen an das vorhandene Kompensationssystem nicht gerecht wird. Außerdem weisen sie entweder Mängel in ihrer Abbildungsleistung auf und bzw. oder sind mit zu vielen Linsen rea- lisiert. Auch ist der freie Linsendurchmesser bei den meisten bekannten Okularen zu groß.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Okular mit 10-facher Vergrößerung mit einer Negativlinse im Augenlinsenteil und zusätzlicher Feldlinse anzugeben, welches sich zum Einsatz in einer gegebenen Kom- pensationsoptik eignet. Es soll sich dazu durch eine sehr kleine Petzval- Summe SP bei gleichzeitig sehr guter Korrektion aller Bildfehler auszeichnen. Es soll aus Kostengründen höchstens sechs Linsen benötigen. Für ein Okular mit 10-facher Vergrößerung und einer Sehfeldzahl SFZ = 25 soll die Petzval-Summe möglichst genau 0,015 betragen, um den geforderten Wert des Soll-Astigmatismus für die Kompensationsoptik zu leisten. Das Okular soll für Brillenträger geeignet sein, also eine angemessene Dioptrienverstellung ermöglichen. Außerdem dürfen die durchstrahlten freien Linsendurchmesser - bei einer Einstellung der Augenlinse auf 0 Dioptrien - maximal 30 mm sein. Nur dann sind die Außenabmessungen der Okulare klein genug, um sie auch für enge Augenweiten einstellen zu können.
Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Angegeben wird ein Mikroskop-Okular mit 10-facher Vergrößerung und einer Sehfeldzahl SFZ < 25 , in dem in Lichtrichtung vor einer Feldblende eine Feldlinse mit einem Feldlinsenfaktor beta' zwischen 0,95 und 1 ,05 in Form eines einfachen, zur Feldblende konvexen, dicken Meniskus mit positiver Brechkraft angeordnet ist. Augenseitig folgt der Feldblende ein Augenlinsen- teil, das in Lichtrichtung als erste Linse eine Negativlinse aufweist und zur Dioptrieneinstellung relativ zu Feldblende verschiebbar ist. Entsprechend dem vorgegeben Kompensationssystem beträgt die Petzvalsumme SP zwischen 0,014 und 0,021. Sie wird mit der Negativlinse des Augenlinsenteils auf den jeweils erforderlichen Wert eingestellt.
Die Bildfehler Astigmatismus, Verzeichnung und Öffnungsfehler der Pupille sind in dem Augenlinsenteil eng mit einander verknüpft. So hat eine Durchbiegung oder Brechkraftverteilung im Augenlinsenteil keinen großen Einfluß auf das Verhältnis dieser Bildfehler zueinander, d.h. es können nicht alle drei Bildfehler auf einmal auf den gewünschten Wert korrigiert werden.
In der Feldlinse, die auf der anderen Seite der Feldblende sitzt, haben die drei Bildfehler ein anderes Verhältnis zueinander als im Augenlinsenteil. Daher kann durch Ausbalancieren der Anteile der Bildfehler zwischen der Feld- linse und dem Augenlinsenteil der Summenfehler von Astigmatismus, Ver-, Zeichnung und Pupillendifferenz auf gewünschte Werte eingestellt werden.
Bei diesem Bildfehlerausgleich ist die Durchbiegung der Feldlinse besonders vorteilhaft, wenn für die Eingangsschnittweite s der Feldlinse ein Wert zwischen 20 mm und 23 mm und für die Entfernung der Eintrittspupille des Okulars vom reellen Zwischenbild des Mikroobjektivs ein Wert zwischen 250 mm und 700 mm vorgegeben wird und die Seidel-Summe SA für den Astigmatismus der Feldlinse zwischen 0,0092 und 0,0104 liegt.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Okulars ist die Eingangsschnittweite s der Feldlinse mit s = 21 ,46 mm und die Entfernung zwischen der Eintrittspupille des Okulars und dem reellen Zwischenbild des Mikroobjektivs mit 360 mm vorgegeben. Die Seidel-Summe SA für den Astigmatismus der Feldlinse beträgt SA = 0,0098.
Der Auswahl des Feldlinsenfaktors beta' kommt besondere Bedeutung zu. Bei einem beta' < 1 folgt für die Brennweite des Augenlinsenteils f'(AL) < 25 mm. Dies gibt jedoch ein angespanntes Augenlinsenteil, das bereits für die Einstellung auf 0 Dioptrien zu nahe am Okularrohr sitzt. Dadurch wird die geforderte Dioptrienverstellung einseitig eingeschränkt.
Bei einem beta' > 1 ist die Brennweite des Augenlinsenteils größer. Allerdings gehen wegen des vergrößerten Zwischenbildes die Strahlbüschel auch höher durch das Augenlinsenteil und erleiden daher stärkere, unerwünschte Bildfehler.
Daher ist für den Feldlinsenfaktor beta' ≡ 1 mit einer Abweichung von ± 5% der günstigste Wert. Die Ausführung der Feldlinse als dicker Meniskus, kon- vex zum Augenlinsenteil, bewirkt eine Bildhebung (d.h. das Augenlinsenteil rückt weiter vom Okularrohr weg) und hat ein passendes Verhältnis für die drei genannten, kritischen Bildfehler.
Bei manchen mikroskopischen Untersuchungen werden Strichplatten am Ort der Feldblende eingesetzt, um das betrachtete Bild mit einer Maßeinteilung zu versehen. Für diese Anwendung erweist es sich als besonders vorteilhaft, wenn der Feldlinsenfaktor exakt beta' = 1 ist. Dadurch ist das reelle Zwischenbild nach der Feldlinse genauso groß wie das Zwischenbild, das ohne Feldlinse entstehen würde. Daraus ergibt sich der Vorteil, daß die gleichen Strichplatten wie in Okularen ohne Feldlinse verwendbar sind.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des Okulars ist das Maß der Zwi- schenbildverlagerung (= Abstand der Zwischenbilder mit und ohne Feldlinse) größer als 4 mm. Dann ist durch Variation des Luftabstandes zwischen der Feldblende und dem Augenlinsenteil um ca. 4 mm eine Dioptrienverstellung bis zu ± 6 Dioptrien möglich.
Das erfindungsgemäße Okular ist gut korrigiert und realisiert die für das Kompensationssystem erforderliche ideale tangentiale Bildschale sehr genau. Es hat keine Koma, besitzt eine günstige Pupillendifferenz und weist nur geringe Verzeichnung (unter 3 %) auf.
Die Unteransprüche beschreiben die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Feldlinse und zwei spezielle Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Okulars mit ihren Konstruktionsdaten. Die Feldlinse erweist sich als universell verwendbar in verschiedenen Okularen. Selbst ihre Verwendung in Okularen, die nicht der Mikroskopie dienen, ist möglich.
Eine spezielle Ausführungsform der Feldlinse ist im Anspruch 5 angegeben. Sie besitzt an ihrer vorderen Fläche, also der Lichteintrittsfläche, einen ersten Radius r-j = 34.1960 mm und an ihrer hinteren Fläche, also der Lichtaustrittsfläche, einen zweiten Radius r2 = 31.1010 mm. Die Linsendicke d-, des durch diese beiden Radien r-i und r2 beschriebenen Meniskus beträgt d-j = 7.3000 mm. Das verwendete Glas zeichnet sich durch eine Brechzahl ne1 = 1.812653 und eine Abbesche Zahl ve1 = 25.19 aus.
Die beiden in den Unteransprüchen angegeben speziellen Ausgestaltungen des Okulars werden im folgenden anhand zweier schematischer Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen :
Fig. 1 : Linsenschnittbild eines erfindungsgemäßen Okulars mit einer Sehfeldzahl SFZ = 25 gemäß Anspruch 7; Fig. 2 : Linsenschnittbild eines erfindungsgemäßen Okulars mit einer Sehfeldzahl SFZ = 22 gemäß Anspruch 8.
In Fig. 1 ist längs einer optischen Achse 1 eines Okulars mit 10-facher Vergrößerung und einer Sehfeldzahl SFZ = 25 in Lichtrichtung als erstes eine Eintrittspupille 2 dargestellt. Nach einem verkürzt dargestellten Luftabstand l0 folgt eine erste Linse L-j , die als Feldlinse in Form eines dicken Meniskus der Dicke d1 ausgebildet ist. Ihre vordere Fläche mit einem Radius r-i und ihre hintere Fläche mit einem Radius r2 sind konvex zu einer Feldblende 3, die in einem Luftabstand nachfolgend angeordnet ist.
In der Ebene der Feldblende 3 liegt das Zwischenbild 4, welches von der Feldlinse L-i erzeugt wird. Zum Vergleich ist das Zwischenbild 5 des (hier nicht dargestellten) Mikroobjektivs dargestellt, das ohne die Feldlinse L-! erzeugt würde. Ebenfalls dargestellt ist die Bildverlagerung 6 zwischen diesen beiden Zwischenbildern 4, 5 , welche in diesem Beispiel mehr als 4 mm beträgt.
Die Eingangsschnittweite s der Feldlinse L-j ist s = 21.46 mm, und die Entfernung der Eintrittspupille 2 des Okulars von dem reellen, unverschobenen Zwischenbild 5 des Mikroobjektivs hat einen Wert von 360 mm. Die Seidel- Summe SA für den Astigmatismus der Feldlinse L-, beträgt SA = 0.0098. Die Feldlinse L1 besitzt einen besonders vorteilhaften Feldlinsenfaktor beta' = 1 , das heißt, das unverschobene, reelle Zwischenbild 5 und das von der Feld- linse L-j verschobene, reelle Zwischenbild 4 sind gleich groß. Dadurch können in der Ebene der Feldblende 3 die gleichen Strichplatten wie in Okularen ohne Feldlinse verwendet werden.
Nach der Feldblende 3 folgt in einem Luftabstand l2 eine bikonkave Negativlinse L2 mit einer Dicke d2, einem vorderen Radius r3 und einem hinteren Radius r4. Nachfolgend ist in einem Luftabstand l3 eine konkav-konvexe
Positivlinse L3 mit einer Dicke d3 angeordnet, deren vordere konkave Fläche einen Radius r5 und deren hintere konvexe Fläche einen Radius r6 aufweist. Nach einem kleinen Luftabstand l4 folgt eine dicke, bikonvexe Positivlinse L4 der Dicke d4 mit einem vorderen Radius r7 und einem hinteren Radius r8.
Nach einem weiteren kleinen Luftabstand l5 folgt ein Kittglied KG mit positiver Brechkraft, bestehend aus der als erstes durchstrahlten Linse L5 und einer nachfolgend verkitteten Linse L6. Die Linse L5 besitzt eine Dicke d5 , einen vorderen Radius r9 sowie einen hinteren Radius r10. Der hintere Radius r10 ist zugleich der vordere Radius der nachfolgend aufgekitteten Linse L6 mit einer Dicke d6. Deren hintere Fläche ist mit einem Radius r-i-, konkav zur Austrittspupille 7, die in einem Luftabstand l6 hinter dem Kittglied KG liegt. In der Ebene der Austrittspupille 7 ist symbolisch ein Betrachterauge 8 dargestellt. Der Strahlengang der Randstrahlen durch das Okular ist schematisch dargestellt. Der erforderliche freie Durchmesser an der Stelle des größten Bündelquerschnitts beträgt weniger als 30 mm.
Die Linsengruppe L2, L3, L4 sowie das Kittgiied KG, bestehend aus den Linsen L5 und L6, bilden zusammen ein Augenlinsenteil AL. Die Linse L2 ist dabei die erforderlich starke Negativlinse, welche die Petzvalsumme in den gewünschten Bereich senkt. Die Feldlinse L-, setzt die aus dem Mikroobjektiv kommenden, leicht divergenten Hauptstrahlen in konvergente um, welche die nachfolgende Negativlinse L2 des Augenlinsenteils AL wieder aufweitet, aber nicht in so starkem Maße wie ohne Feldlinse L-,. Die folgenden Positivlinsen L3, L4 und das Kittglied aus L5 und L6 lassen die Hauptstrahlen jeweils sanft - und damit mit nur kleinen Bildfehlern - konvergieren. Das Kittglied KG bildet die Strahlen in die Ebene der Austrittspupille 7 ab, in welcher sie das Betrachterauge 8 wahrnimmt.
Durch Ausbalancieren der Bildfehler der Feldlinse L-i und des Augeniinsen- teils AL bietet das erfindungsgemäße Okular eine gute Bildkorrektur. Seine Petzvalsumme SP beträgt SP = 0.015 und ist damit bei einer Sehfeldzahl SFZ = 25 ideal für das vorgegebene Kompensationsmodell. Indem der Luftabstand l2 zwischen der Feldblende 3 und dem Augenlinsenteil AL um bis zu 4 mm variiert werden kann, ist eine Dioptrienverstellung bis zu ± 6 Dioptrien möglich.
Die exakten Konstruktionsdaten des Okulars sind in Tabellenform im Anspruch 7 angegeben. Als Feldlinse L1 wird die in Anspruch 5 angegebene verwendet.
In Fig. 2 ist ein Okular mit 10-facher Vergrößerung und einer Sehfeldzahl SFZ = 22 dargestellt. Der Aufbau des Okulars ist bis zur Feldblende 3 identisch wie bei dem Okular ( SFZ = 25) in Fig. 1. Das heißt, längs der optischen Achse 1 ist in Lichtrichtung als erstes die Eintrittspupille 2 des Okulars dargestellt. Nach dem verkürzt dargestellten Luftabstand l0 folgt die aus Fig. 1 bereits bekannte Feldlinse L1 t die in Form eines dicken Meniskus der Dicke d1 ausgebildet ist. Ihre vordere Fläche mit dem Radius r-, und ihre hintere Fläche mit dem Radius r2 sind konvex zu der Feldblende 3, die in einem Luftabstand I-, nachfolgend angeordnet ist.
In der Ebene der Feldblende 3 liegt das Zwischenbild 4, welches von der Feldlinse L-t erzeugt wird. Zum Vergleich ist das Zwischenbild 5 des (hier nicht dargestellten) Mikroobjektivs dargestellt, das ohne Feldlinse L-j erzeugt würde. Das Maß der Bildverlagerung 6 zwischen diesen beiden Zwischenbildern 4, 5 ist ebenfalls dargestellt und beträgt mehr als 4 mm.
Die Eingangsschnittweite s der Feldlinse L-i ist s = 21.46 mm, und die Ent- fernung der Eintrittspupille 2 des Okulars von dem reellen, unverschobenen Zwischenbild 5 des Mikroobjektivs hat einen Wert von 360 mm. Die Seidel- Summe SA für den Astigmatismus der Feldlinse L1 beträgt SA = 0.0098. Die Feldlinse L-, besitzt einen besonders vorteilhaften Feldlinsenfaktor beta' = 1 , das heißt, das unverschobene, reelle Zwischenbild 5 und das von der Feld- linse ^ verschobene, reelle Zwischenbild 4 sind gleich groß. Dadurch können in der Ebene der Feldblende 3 die gleichen Strichplatten wie in Okularen ohne Feldlinse verwendet werden.
Nach der Feldblende 3 unterscheidet sich die Darstellung in Fig. 2 jedoch von der in Fig. 1. Nach der Feldblende 3 folgt in einem Luftabstand l'2 als starke Negativlinse eine konvex-konkave Linse L'2 der Dicke d'2 mit einem vorderen Radius r'3 und einem hinteren Radius r'4. Dicht dahinter ist eine Positiviinse L'3 mit der Dicke d'3 angeordnet, deren vordere Fläche mit dem Radius r'5 eine Planfläche ist und deren hintere Fläche konvex mit einem Radius r'6 ist.
Nach einem kurzen Luftabstand l' folgt ein Kittglied KG' mit positiver Brechkraft, bestehend aus der als erstes durchstrahlten Linse L'4 und der nachfolgend damit verkitteten Linse L'5. Nach dem Kittglied KG' folgt in einem Luftabstand l'5 eine Austrittspupille 7, in deren Ebene das Betrachterauge 8 symbolisch dargestellt ist. Der Strahlengang der Randstrahlen durch das Okular ist schematisch dargestellt. Der erforderliche freie Durchmesser an der Stelle des größten Bündelquerschnitts beträgt weniger als 30 mm.
Die vordere Fläche der Linse L'4 ist mit einem Radius r'7 konvex zur Feldblende 3. Ihre hintere, verkittete Fläche ist mit einem Radius r'8 konvex zu der Austrittspupille 7. Die erste Fläche der mit der Linse L'4 verkitteten Linse L'5 besitzt denselben Radius r'8 wie die hintere Fläche der Linse L'4. Die hintere Fläche der Linse L'5 ist sehr flach konvex zur Austrittspupille 7 mit einem Radius r'9.
Die Linsengruppe L'2, L'3 sowie das Kittglied KG', bestehend aus L'4 und L'5, bilden zusammen ein Augenlinsenteil AL'. Die Linse L'2 ist dabei die starke Negativlinse, mit welcher die Petzval-Summe des Okulars auf den gewünschten Wert eingestellt werden kann.
Die Feldlinse L1 macht die aus dem Mikroobjektiv kommenden, leicht diver- genten Hauptstrahlen wieder konvergent. Die nachfolgende Negativlinse L'2 des Augenlinsenteils AL' weitet sie wieder auf, aber nicht in so starkem Maße wie ohne Feldlinse L Die folgende Positivlinse L'3 und das Kittglied KG' aus den Linsen L' und L'5 lassen die Hauptstrahlen jeweils in schwachem Maße konvergieren, wodurch nur sehr kleine Bildfehler entstehen. Durch das Kitt- glied KG' werden die Strahlen in die Ebene der Austrittspupille 7 abgebildet, in welcher sie das Betrachterauge 8 wahrnimmt.
Die Bildfehler der Feldlinse und des Augenlinsenteils AL' sind so ausbalanciert, daß das erfindungsgemäße Okular eine gute Bildkorrektur besitzt. Seine Petzvalsumme SP beträgt SP = 0.021 und ist damit - bei einer Seh- feldzahl SFZ = 22 - ideal für das vorliegende Kompensationsmodell. Durch Variieren des Luftabstandes l'2 zwischen der Feldblende 3 und dem Augenlinsenteil AL' um bis zu 4 mm ist eine Dioptrienverstellung bis zu ± 6 Dioptrien möglich.
Die exakten Konstruktionsdaten des in diesem Beispiel beschriebenen Oku- lars sind in Tabellenform in Anspruch 8 angegeben. Die verwendete Feldlinse L-i entspricht Anspruch 5. Die beiden Ausfuhrungsbeispiele machen deutlich, daß dieselbe Feldlinse bei im Aufbau grundlegend unterschiedlichen Augenlinsenteilen eingesetzt werden kann Ihre Lokalisierung im Strahlengang und ihre prinzipielle Gestaltung sind daher erfindungswesentlich
Bezugszeichenliste
1 optische Achse bzw. Mittenstrahl 2 Eintrittspupille des Okulars 3 Feldblende 4 durch die Feldlinse L^ verlagertes Zwischenbild 5 Zwischenbild direkt vom Mikroobjektiv, ohne Feldlinse L1 6 Bildverlagerung durch die Feldlinse L1 7 Austrittspupille 8 Betrachterauge s Eingangsschnittweite der Feldlinse L-,
i Feldlinse der Dicke d-i mit r-,/ r2 = vorderer/hinterer Radius
L2 Negativlinse der Dicke d2 mit r3/ r4 = vorderer/hinterer Radius
L3 dritte Linse der Dicke d3 mit r5/ r6 = vorderer/hinterer Radius
L4 vierte Linse der Dicke d4 mit r7/ r8 = vorderer/hinterer Radius
L5 fünfte Linse der Dicke d5 mit rg/ r 0 = vorderer/hinterer Radius
L6 sechste Linse der Dicke d6 mit t^l r^= vorderer/hinterer Radius
KG Kittglied aus L5 und L6
AL Augenlinsenteil bestehend aus L2 bis L6
U' Feldlinse der Dicke dt 1 mit r-,7 r2 = vorderer/hinterer Radius
L2' Negativlinse der Dicke d2' mit r37 r4 = vorderer/hinterer Radius
L3' dritte Linse der Dicke d3' mit r57 r6 = vorderer/hinterer Radius
U' vierte Linse der Dicke d4' mit r77 r8 = vorderer/hinterer Radius
L5' fünfte Linse der Dicke d5' mit r87 r9' = vorderer/hinterer Radius
KG' Kittglied aus L4' und L5'
AL' Augenlinsenteil bestehend aus L'2 bis L'5

Claims

Ansprüche
1. Mikroskop-Okular mit 10-facher Vergrößerung, einer Sehfeldzahl SFZ < 25 und einer Feldblende (3), wobei in Lichtrichtung vor der Feldblende (3) eine Feldlinse (Li) und hinter der Feldblende (3) als erste Linse eines zur
Dioptrieneinstellung relativ zur Feldblende (3) verschiebbaren Augenlinsenteils (AL) eine Negativlinse (L2, L2') vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, a) daß die Feldlinse (L^ in Form eines einfachen, zur Feldblende (3) konvexen, dicken Meniskus mit positiver Brechkraft ausgebildet ist, b) daß die Feldlinse (L-i) einen Feldlinsenfaktor beta' mit 0,95 < beta' < 1 ,05 aufweist und c) und daß das Okular eine Petzvalsumme SP mit 0,014 < SP < 0,021 besitzt.
2. Mikroskop-Okular nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß bei gegebener Eingangsschnittweite 20 < s < 23 der Feldlinse (L- und einer Entfernung von 250 bis 700 mm zwischen der Eintrittspupille (2) des Okulars und einem vorgegebenen reellen Zwischenbild (5) für die Feldlinse die Seidel-Summe für den Astigmatismus SA zwischen 0,0092 und 0,0104 liegt.
3 Mikroskop-Okular nach Anspruch 2 , dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Eingangsschnittweite s der Feldlinse (L-i) von s = 21 ,46 mm und einer Entfernung von 360 mm zwischen der Eintrittspupille (2) des Okulars und dem vorgegebenen reellen Zwischenbild (5) für die Feldlinse
(L-i) die Seidel-Summe für den Astigmatismus SA = 0,0098 betragt
4 Mikroskop-Okular nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der Feldlinsenfaktor beta' = 1 ist
5 Mikroskop-Okular nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Feldlinse (L-,) folgende Konstruktionsparameter aufweist
Figure imgf000018_0001
wobei r-i = Radius der vorderen Flache ( = Lichteintrittsflache), r2 = Radius der hinteren Flache ( = Lichtaustrittsflache)
6 Mikroskop-Okular nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Feldlinse (L-,) eine Bildverlagerung (6) des vorgegebenen, reellen Zwischenbildes (5) von mehr als 4 mm erzeugt und die Feldblende (3) in der Ebene des verlagerten Zwischenbildes (4) angeordnet ist
7. Mikroskop-Okular nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einer Sehfeldzahl SFZ = 25, gekennzeichnet durch die folgenden Konstruktionsdaten :
Figure imgf000019_0001
8. Mikroskop-Okular nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einer Sehfeldzahl SFZ = 22, gekennzeichnet durch die folgenden Konstruktionsdaten:
Figure imgf000020_0001
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