WO2014044537A1 - Hochaperturiges immersionsobjektiv - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a high-aperture Immersionsob ektiv, especially for applications in confocal microscopy using oil as immersion liquid, which is composed of three lens and / or lens groups comprising subsystems.
- the performance of a microscope depends essentially on the performance data and the correction quality of the used microscope objective.
- the desired feature should also be combined with the equally significant demand for large objectors.
- Apochromatic correction in a wavelength range from ultraviolet to infrared is described, for example, in DE 102005027 423 A1. However, water is used as the immersion medium at this point.
- the invention is the
- Microscopy applications to further form that at high-resolution numerical apertures of 1.3 to 1.4 and an object field from 0.4 to 0.625 mm, an apochromatic correction in a range of 365 to 900 mm is present and the immersion objective in addition to a
- Wavelength of 340 nm has a sufficiently good transparency.
- the second subsystem comprises three optical members, wherein the first optical member is designed to collect and from a
- Consists of a dispersing lens and a diverging lens the second optical member of a dispersive triple putty member with a converging lens, of two high-refractive
- the third optical member is made collecting and consists of a diverging lens and a converging lens and
- the third subsystem comprises two menisci whose hollow surfaces face each other, the first meniscus being a
- Kittglied is formed with a converging lens and a diverging lens and the second meniscus consists of a, a diverging lens and a converging lens having, split cemented member.
- both collecting lenses are made of a fluorocarbon glass.
- the converging lens of the first optical element of the second subsystem consists of fluorspar (CaF 2) or a fluorocarbon glass.
- the converging lens of the second optical member from the second subsystem of fluorspar (CaF 2) or from a fluorocarbon glass.
- the diverging lenses of the second optical element consist of a second subsystem
- the diverging lens of the third optical element of the second subsystem consists of a short flint glass.
- the converging lens (S) of the third optical element (G3) from the second subsystem (T2) is advantageous.
- the immersion objective according to the invention permits apochromatic correction in a range of 365 to 900 mm for high-resolution numerical apertures of 1.3 to 1.4 and an object field of 0.4 to 0.625 mm. In addition, it has a sufficiently good transparency up to a wavelength of 340 nm,
- the invention is based on
- Fig. 1 an illustration of the subsystems of the invention
- Fig. 2 an illustration of the invention
- Fig. 3 an illustration of the subsystems of the invention
- Fig. 5 a representation of the subsystems of the invention
- Figures 1, 3 and 5 show the lens arrangements of the three optical subsystems of all three embodiments, viewed from the object side with Tl, T2 and T3
- the first subsystem Tl consists of a cemented element, followed by two converging lenses S2 and S3, wherein the cemented element to the
- Object side towards OS has a flat surface and consists of a converging lens Sl and a meniscus Ml deflected towards the object side OS with negative refractive power.
- the second subsystem T2 is characterized by three optical elements Gl, G2 and G3, wherein the first optical element Gl is formed collecting and consists of a converging lens S4 and a diverging lens ZI.
- the second optical element G2 consists of a dissipating triple element with a converging lens S3, that of two
- the third optical element G3 is designed to be collecting and consists of a diverging lens Z4 and a converging lens S4.
- the third subsystem 3 consists of two menisci M2 and M3, whose hollow surfaces face each other, wherein the first meniscus M2 is formed as a cemented member with a condenser lens S5 and a diverging lens Z5.
- the second meniscus M3 is characterized by a diverging lens Z6 and a condenser lens S6, which are a split cemented member.
- FIGS 2, 4 and 6 show the lens arrangements of
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein hochaperturiges Immersionsobjektiv, insbesondere für Anwendungen in der konfokalen Mikroskopie unter Verwendung von Öl als ImmersionsfIüssigkeit, welches aus drei Linsen und/oder Linsengruppen umfassenden Teilsystemen (T1, T2, T3 ) zusammengesetzt ist. Durch die Spezifikation der optischen Bauteile wird bei hochauflösenden numerischen Aperturen von 1.3 bis 1.4 und einem Objektfeld vom 0.4 bis 0.625 mm eine apochromatische Korrektion in einem Bereich von 365 bis 900 mm erreicht. Darüber hinaus weist das Immersionsobjektiv bis zu einer Wellenlänge von 340 nm eine hinreichend gute Transparenz auf.
Description
Hochaper-buriges Immersionsobjektiv
Die Erfindung betrifft ein hochaperturiges Immersionsob ektiv, insbesondere für Anwendungen in der konfokalen Mikroskopie unter Verwendung von Öl als Immersionsflüssigkeit , welches aus drei Linsen und/oder Linsengruppen umfassenden Teilsystemen zusammengesetzt ist .
Die Leistungsfähigkeit eines Mikroskops hängt im Wesentlichen von den Leistungsdaten und der Korrektionsgüte des verv/endeten Mikroskopobj ektivs ab .
In der konfokalen Mikroskopie legt man dabei sehr großen Wert auf eine möglichst perfekte Parfokalität über einem extrem großen Spektralbereich von 365 nm bis 900 nm. Diese
anzustrebende Eigenschaft sollte möglichst auch mit der ebenfalls bedeutungsvollen Forderung nach großen Obj ektfeidern kombiniert werden .
Ein apochromatisch korrigiertes Mikroskopobj ektiv mit einer hohen Apertur, einem großen Objektfeld und einer
apochromatisehen Korrektur in einem Wellenlängenbereich von Ultraviolett bis Infrarot wird beispielsweise in DE 102005027 423 AI beschrieben . Allerdings wird, an dieser Stelle Wasser als Immersionsmedium verwendet .
Bekannte Immersionsobjektive, die bekannten Lösungen Wasser als Immersionsmedium verwenden, haben den Nachteil , dass die numerische Apertur auf ca. 1.2 begrenzt ist . Höhere numerische Aperturen und damit auch ein höheres Auflösungsvermögen verlangen aber zwangsläufig eine Ölimmersion .
In DE 102009037743 AI wird ein hochaperturiges
Immersionsobj ektiv mit einer Ölimmersion für konfokale
Anwendungen in der Mikroskopie beschrieben, welches aus drei
Linsen und/oder Linsengruppen umfassenden Teilsystemen besteht . Nachteilig bei dieser Lösung ist, dass im UV Bereich von 400 ran bis 365 nm keine Parfokalität erreicht wird.
Ausgehend von diesen Nachteilen liegt der Erfindung die
Aufgabe zugrunde, ein hochaperturiges Immersionsobj ektiv mit Öl als Immersionsflüssigkeit, insbesondere für konfokale
Mikroskopieanwendungen, dahingehend weiter zu bilden, dass bei hochauflösenden numerischen Aperturen von 1.3 bis 1.4 und einem Obj ektfeld vom 0.4 bis 0.625 mm eine apochromatische Korrektion in einem Bereich von 365 bis 900 mm vorhanden ist und das Immersionsobjektiv darüber hinaus bis zu einer
Wellenlänge von 340 nm eine hinreichend gute Transparenz aufweist .
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem
Immersionsobj ektiv der eingangs beschriebenen Art durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst, wobei das
Immersionsobj ektiv aus drei optischen Teilsystemen
zusammengesetzt ist. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unte anSprüchen 2 bis 11 angegeben .
Ausgehend von der Objektseite umfasst das
- erste Teilsystem ein Kittglied, gefolgt von zwei
Sammellinsen, wobei das Kittglied zur Obj ektseite hin eine plane Fläche aufweist und aus einer Sammellinse und einem zur Obj ektseite hin durchgebogenen Meniskus mit negativer
Brechkraft besteht,
- das zweite Teilsystem drei optischen Glieder, wobei das erste optische Glied sammelnd ausgebildet ist und aus einer
Sammellinse und einer Zerstreuungslinse besteht , das zweite optische Glied aus einem zerstreuenden Dreifachkittglied mit einer Sammellinse , die von zwei hochbrechenden
Zerstreuungslinsen eingeschlossen ist, besteht und. das
dritte optische Glied sammelnd ausgeführt ist und aus einer Zerstreuungslinse und einer Sammellinse besteht und
- das dritte Teilsystem zwei Menisken, deren hohle Flächen einander zugewandt sind, wobei der erste Meniskus als
Kittglied mit einer Sammellinse und einer Zerstreuungslinse ausgebildet ist und der zweite Meniskus aus einem, eine Zerstreuungslinse und eine Sammellinse aufweisenden, aufgespaltenen Kittglied besteht .
Vorteilhafterweise besitzt das Kittglied des ersten
Teilsystems eine schwache negative Brechkraft, wobei beide Sammellinsen aus einem Fluorkronglas bestehen .
Weiterhin ist es von Vorteil , wenn die Sammellinse des ersten optischen Gliedes vom zweiten Teilsystem aus Flussspat (CaF2 } oder einem Fluorkronglas besteht .
Ebenso vorteilhaft ist es, die Sammellinse des zweiten optischen Gliedes vom zweiten Teilsystem aus Flussspat (CaF2) oder aus einem Fluorkronglas zu fertigen .
Zweckmäßigerweise bestehen die Zerstreuungslinsen des zweiten optischen Gliedes vom zweiten Teilsystem aus einem
hochbrechenden Lanthanglas .
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung besteht die Zerstreuungslinse des dritten optischen Gliedes vom zweiten Teilsystem aus einem Kurzflintglas .
Weiterhin ist es Vorteil, die Sammellinse (S ) des dritten optischen Gliedes (G3) vom zweiten Teilsystem (T2 ) aus
Flussspat (CaF2 ) oder einem Fluorkronglas zu fertigen .
Sinnvollerweise weisen die Menisken vom dritten Teilsystem schwache Brechkräfte auf, wobei die letzte Sammellinse vom zweiten Meniskus eine Abbezahl kleiner 34 hat.
Das erfindungsgemäße Immersionsobjektiv ermöglicht bei hochauflösenden numerischen Aperturen von 1.3 bis 1.4 und einem Objektfeld vom 0,4 bis 0.625 mm eine apochromatische Korrektion in einem Bereich von 365 bis 900 mm. Darüber hinaus weist es bis zu einer Wellenlänge von 340 nm eine hinreichend gute Transparenz auf,
Nachstehend soll die Erfindung anhand von
Ausführungsbeispielen näher erläutert werden . Dazu zeigen:
Fig .1 : eine Darstellung der Teilsysteme des erfindungsgemäßen
Immersionsobj ektivs nach einem ersten
Ausführungsbeispiel,
Fig .2 : eine Darstellung des erfindungsgemäßen
Immersionsobjektivs nach Figur 1 mit den
Konstruktionsdatenbezugszeichen,
Fig .3 : eine Darstellung der Teilsysteme des erfindungsgemäßen
Immersionsobjektivs nach einem zweiten
Ausführungsbeispiel,
Fig.4: eine Darstellung des erfindungsgemäßen
Immersionsobj ektivs nach Figur 3 mit den
Konstruktionsdatenbezugszeichen,
Fig .5 : eine Darstellung der Teilsysteme des erfindungsgemäßen
Immersionsobjektivs nach einem dritten
Ausführungsbeispiel und
Fig .6 : eine Darstellung des erfindungsgemäßen
Immersionsobjektivs nach Figur 5 mit den
Konstruktionsdatenbezugs zeichen .
Die Figuren 1 , 3 und 5 zeigen die Linsenanordnungen der drei optischen Teilsysteme von allen drei Ausführungsbeispielen, von der Objektseite aus betrachtet mit Tl, T2 und T3
bezeichnet .
Das erste Teilsystem Tl besteht aus einem Kittglied, gefolgt von zwei Sammellinsen S2 und S3, wobei das Kittglied zur
Objektseite OS hin eine plane Fläche aufweist und aus einer Sammellinse Sl und einem zur Objektseite OS hin durchgebogenen Meniskus Ml mit negativer Brechkraft besteht .
Das zweite Teilsystem T2 ist durch drei optische Glieder Gl , G2 und G3 charakterisiert, wobei das erste optische Glied Gl sammelnd ausgebildet ist und aus einer Sammellinse S4 und einer Zerstreuungslinse ZI besteht .
Das zweite optische Glied G2 besteht aus einem zerstreuenden Dreifachglied mit einer Sammellinse S3, die von zwei
hochbrechenden Zerstreuungslinsen Z2 und Z3 eingeschlossen ist . Das dritte optische Glied G3 ist sammelnd ausgeführt und besteht aus einer Zerstreuungslinse Z4 und einer Sammellinse S4.
Das dritte Teilsystem 3 besteht aus zwei Menisken M2 und M3, deren hohle Flächen einander zugewandt sind, wobei der erste Meniskus M2 als Kittglied mit einer Sammellinse S5 und einer Zerstreuungslinse Z5 ausgebildet ist . Der zweite Meniskus M3 ist durch eine Zerstreuungslinse Z6 und eine Sammellinse S6, die ein aufgespaltenes Kittglied darstellen, charakterisiert .
Die Figuren 2, 4 und 6 zeigen die Linsenanordnungen der
Figuren 1, 3 und 5 mit den Krümmungsradien rl bis r24 und den Dicken, beziehungsweise Luftabständen dl bis d23 der
Anordnungen nach den Figuren 1, 3 und 5.
Für das erste Ausführungsbeispiel nach den Figuren 1 und 2 ergeben sich bei einer Vergrößerung von 40x, einem
Bildfelddurchmesser von 25 mm, einer numerischen Apertur von 1.3, einem Arbeitsabstand von 0,247 mm, einer Deckglasdicke von 0,17 mm, den Brechzahlen ne, den Abbezahlen ve sowie einer Ölimmersion folgende Konstruktionsdaten :
Bei Verwendung folgender Konstruktionsdaten einer nicht näher dargestellten Tubuslinseneinheit :
Für das zweite Aus führungsbeispiel nach den Figuren 2 und 3 ergeben sich bei einer Vergrößerung von 63x, einem
Bildfelddurchmesser von 25 mm, einer numerischen Apertur von 1.4, einem Arbeitsabstand von 0,201 mm, einer Deckglasdicke von 0,17 mm, den Brechzahlen ne, den Abbezahlen ve sowie einer Ölimmersion folgende Konstruktionsdaten :
Bei Verwendung folgender Konstruktionsdaten der nicht näher dargestellten Tubuslinseneinheit :
Für das dritte Ausführungsbeispiel nach den Figuren 5 und 6 ergeben sich bei einer Vergrößerung von 63x, einem
Bildfelddurchmesser von 25 mm, einer numerischen Apertur von 1.4, einem Arbeitsabstand von 0, 173 mm, einer Deckglasdicke
von 0,17 mm, den Brechzahlen ne, den Abbezahlen ve sowie einer ölimmersion folgende Konstruktionsdaten:
Bei Verwendung folgender Konstruktionsdaten, der nicht näher dargestellten Tubuslinseneinheit :
Sl bis S6 Sammellinse
ZI bis Z6 Zerstreuungslinse dl bis d23 Dicke/Luftabstand rl bis r24 Radius
G1,G2,G3 optisches Glied
Ml , M2 , M3 Meniskus
T1,T2,T3 Teilsystem
FL Fläche
OS Objektseite
ne Brechzahl
ve Abbezahl
Claims
Paten tanSprüche
1. Hochaperturiges Immersionsobjektiv, insbesondere für Anwendungen in der konfokalen Mikroskopie unter
Verwendung von Öl als Immersionsflüssigkeit, welches aus drei Linsen und/oder Linsengruppen umfassenden
Teilsystemen (Tl, T2, T3) zusammengesetzt ist,
gekennzeichnet dadurch, dass ausgehend von der
Objektseite (OS) das
- erste Teilsystem (Tl ) aus einem Kittglied, gefolgt von zwei Sammellinsen (S2, S3) besteht, wobei das Kittglied zur Obj ektseite (OS) hin eine plane Fläche aufweist und aus einer Sammellinse (Sl ) und einem zur Objektseite (OS) hin durchgebogenen Meniskus (Ml ) mit negativer Brechkraft besteht,
- das zweite Teilsystem (T2 ) drei optischen Glieder
(Gl, G2, G3 ) aufweist, wobei das erste optische Glied (Gl ) sammelnd ausgebildet ist und aus einer
Sammellinse (54) und einer Zerstreuungslinse (ZI) besteht, das zweite optische Glied (G2 ) aus einem zerstreuenden Dreifachkittglied mit einer
Sammellinse (S3) , die von zwei hochbrechenden Zerstreuungslinsen (Z2, Z3) eingeschlossen ist, besteht und das dritte optische Glied (G3 ) sammelnd ausgeführt ist und aus einer Zerstreuungslinse (Z4) und einer Sammellinse (S4) besteht und
- das dritte Teilsystem (T3) aus zwei Menisken (M2, M3) , deren hohle Flächen einander zugewandt sind, besteht, wobei der erste Meniskus (M2) als Kittglied mit einer Sammellinse (S5) und einer Zerstreuungslinse (Z5) ausgebildet ist und der zweite Meniskus (M3) aus einem, eine Zerstreuungslinse Z6 und einer
Sammellinse S6 aufweisenden, aufgespaltenen Kittglied besteht .
Hochaperturiges Immersionsob ektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kittglied des ersten Teilsystems eine schwache negative Brechkraft besitzt und beide Sammellinsen (Sl, S2) aus einem Fluorkronglas bestehen .
Hochaperturiges Immersionsobjektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sammellinse (S ) des ersten optischen Gliedes (Gl ) vom zweiten Teilsystem (T2 ) aus Flussspat (CaF2 ) oder einem Fluorkronglas besteht .
Hochaperturiges Immersionsobj ektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sammellinse (S3) des zweiten optischen Gliedes (G2 ) vom zweiten Teilsystem (T2 ) aus Flussspat (CaF2 ) oder einem Fluorkronglas besteht .
Hochaperturiges Immersionsobjektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zerstreuungslinsen (Z2, Z3) des zweiten optischen Gliedes {G2 ) vom zweiten Teilsystem (T2 ) aus einem hochbrechenden Lanthanglas bestehen .
Hochaperturiges Immersionsobjektiv nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Zerstreuungslinse (Z ) des dritten optischen Gliedes (G3) vom zweiten Teilsystem (T2 ) aus einem Kurzflintglas besteht .
Hochaperturiges Immersionsobjektiv nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Sammellinse (S4) des dritten optischen Gliedes (G3 ) vom zweiten Teilsystem (T2 ) aus Flussspat (CaF2) oder einem Fluorkronglas besteht .
8. Hochaperturiges Immersionsobjektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Menisken (M2,M3) schwache Brechkräfte aufweisen und die letzte
Sammellinse (S7) vom zweiten Meniskus (M3) eine
Abbezahl kleiner 34 aufweist.
9. Hochaperturiges Immersionsob ektiv nach einem der vorgenannten Ansprüche gekennzeichnet durch folgende
Konstruktionsdaten mit Krümmungsradien rl bis r24 in mm, den Dicken, beziehungsweise Luftabständen dl bis d23 in mm, den Brechzahlen ne, den Abbezahlen ve und der Verwendung einer Ölimmersion, bei einem
Bildfelddurchmesser von 25 mm, einer Vergrößerung von 40x, einer numerischen Apertur von 1.3, einem
Arbeitsabstand von 0,247 mm sowie einer Deckglasdicke von 0, 17 mm:
Hochaperturiges Immersionsobjektiv nach einem der vorgenannten Ansprüche gekennzeichnet durch folgende Konstruktionsdaten mit Krümmungsradien rl bis r24 in mm, den Dicken, beziehungsweise Luftabständen dl bis d23 in mm, den Brechzahlen ne, den Abbezahlen ve und der Verwendung einer Ölimmersion, bei einem
Bildfelddurchmesser von 25 mm, einer Vergrößerung von 63x, einer numerischen Apertur von 1.4, einem
Arbeitsabstand von 0,201 mm sowie einer Deckglasdicke von 0, 17 mm:
Hochaperturiges Immersionsobjektiv nach einem der vorgenannte Ansprüche gekennzeichnet durch folgende Konstruktionsdaten mit Krümmungsradien rl bis r24 in mm, den Dicken, beziehungsweise Luftabständen dl bis d23 in mm, den Brechzahlen ne, den Abbezahlen ve und der Verwendung einer ÖlImmersion, bei einem
Bildfelddurchmesser von 25 mm, einer Vergrößerung von 63x, einer numerischen Apertur von 1.4, einem
Arbeitsabstand von 0,173 mm sowie einer Deckglasdicke von 0,17 mm:
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