CN1272183A - 具有10倍放大率的显微镜目镜 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一显微镜目镜,它在补偿光学***中具有理论上减少的象散。本发明的目镜具有10倍的放大率、一视场数SFZ≤25和一Petzval和SP 0.014≤SP≤0.021。上述目镜包括一放在视场光阑前面的特殊的场透镜和放在上述视场光阑后面的目透镜件上的负透镜。本发明的场透镜做成简单的、朝视场光阑凸出的正折射弯月形,并具有下列场透镜系数:0.95≤β’≤1.05。目透镜件可相对于视场光阑移动,以调节折光度。描述了场透镜的特殊的有利的实施例和显微目镜的实施例,有完整的结构数据。

Description

具有10倍放大率的显微镜目镜

本发明涉及按照权利要求1的前序部分所述的具有10倍放大率的显微镜目镜。

用于显微镜的目镜由多个具有正折光力的透镜和粘接件组成。有些还另外含有一具有正折光力的场透镜。以便对视野光阑(Sehfeldblende)的形成或目透镜的直径产生有利的影响。目镜的象场弯曲的方向和曲率通过其Petzval和SP定量地描述，其中

SP＝f/n(f＝目镜的焦距；n＝平均折射率)。它在一种这类目镜中是正而大的，因此在经过校正的象散中，象场弯曲也是大的。

为了在显微镜上向观看者提供一个变成平面的图象，显微物镜就必须有一个与目镜的象场弯曲相反的象场弯曲。对此，都知道，在显微镜的图象畸变校正中，要采用一补偿模块，其中，用彼此协调的象散将显微物镜和目镜结合起来。这种补偿模块已在1977年的“光学年鉴”95～127页的W.Klein的文章中作了描述。

此时，在相互配合的所谓的补偿显微物镜和所谓的补偿目镜中，并不完全校正象散，而是各自调节至一预定的值。象散的这种各自调节后的值在下面称为理论象散。补偿显微物镜根据其理论象散在中间图象中产生一象场弯曲，后者用所配置的补偿目镜根据其理论象散变成平面。对此，要将补偿目镜的理论象散调节至其大小等于补偿显微物镜的理论象散，但具有相反的符号。

虽然本发明关系到补偿光学，但是在下面简单地将补偿目镜称为目镜，将补偿显微物镜称为显微物镜。

由于对显微物镜的要求(例如在有较高的紫外线透射性的同时，在光谱的可见区/紫外线区有更好的校正，以及有更好的消色差校正，更大的自由工作距离等)不断提高，因此在技术上与经济上越来越难制造这种显微物镜。

为了制造这种新的有高的校正能力的显微物镜，必须按迄今的常用值的一半确定其理论象散。因此，为了保持补偿性，根据新显微物镜的新的对半的理论象散的大小相同、符号相反的值，也需要求目镜的理论象散和理论象场弯曲减半。

与现有的目镜相比，相应于小的理论象散，此目镜必须以非常小的Petzval和SP为特色。Petzval和的实际大小取决于所允许的残留图象畸变的质量。对于一个具有10倍放大率和视场数SFZ＝25的高校正目镜，Petzval和SP应当例如约为0.0015，以便提供理论象散的所要求的新值。于是图象畸变相应于经过高校正的显微物镜误差很小。对于按无限调节的眼睛的情况，要按0折光度调节目透镜。为了目透镜的这种调节，最大的能透射的、所谓的自由透镜直径不应超过30mm，以便对于小的眼睛宽度位置也能根据目镜的外尺寸保证筒中的双目观察。

具有小的Petzval和的目镜属于现有技术水平，它以所谓的目透镜部件即在眼睛与目镜的真实的中间图象之间的透镜组的一个场透镜和一个强烈折光的负透镜为特征，下面将列举这种目镜并(在相应的换算之后)考察它们在现有补偿***中的可能应用。

虽然在US 5255121中提供了一种这样的目镜，它有一大于0.015的Petzval和，但是有这样的缺点，即慧差、区域象差、光孔差和图象畸变(＞3％)也都超出所要求的范围。它有两个作为场透镜部分的单个的透镜，其场透镜系数β’＝1.053。它总共需要七个透镜，它使目镜更贵。当将自由透镜直径按视场数SFZ＝25确定其尺寸时，它要大于30mm。

根据US 3867018的目镜有六个透镜，其中有一个作为场透镜的薄的平凸透镜，其场透镜系数β’＝0.767。其Petzval和为0.007，对于所要求的补偿光学来说是太小了。还有，慧差和象散畸变很大，光孔的纵色差也很大。此外，按视场数SFZ＝25确定尺寸的自由透镜直径大于30mm。

在DE 3925246C2的一种实施形式中，提供了一种具有一粘接的场透镜件的目镜，其场透镜系数β’＝1.047，它仅仅由六个透镜组成。其缺点为不良的图象校正，具有强烈的慧差、过大的光孔差和大大超过3％的图象畸变。按视场数SFZ＝25确定直径的自由透镜直径明显大于30mm。此外，对于此视场数的Petzval和大于所要求的值0.015。

JP 07063996A描述了一种目镜，其中，负透镜布置在目透镜部件的第二个位置。负透镜作为具有负折光力的粘接件有选择地带或不带另一个为此置放的负透镜来表示。场透镜是一其形状为一弯月的粘接件，该弯月向显微物镜凸出。场透镜系数等于0.996。该目镜经过很好的校正，自由透镜直径小于30mm。但是它的Petzval和等于0.019。此外，它需要七个或八个透镜，这就使目镜昂贵。

虽然列出的多数目镜有小的Petzval和，但是它们不满足对现有补偿***的特殊要求。此外，它在成象能力方面有缺点，和或要用过多的透镜实现。在多数已知的目镜中，自由透镜直径也都太大。

因此，本发明的目的为提供一具有10倍放大率的目镜，它在目透镜件中具有负透镜，并且具有附加的场透镜，它适于用在给定的补偿光学中。此外，它在有非常良好的校正的同时，以其非常小的Petzval和SP为特征。出于经济性的原因，它最多只需要六个透镜。对于具有10倍放大率和视场数SFZ＝25的目镜，Petzval和尽可能刚好为0.015，以便实现所需要的用于补偿光学的理论象散值。此目镜应适用于戴眼镜的人，也就是说有可能作合理的折光度调节。此外，透光的自由透镜直径(在将目透镜调节至0折光度时)最大为30mm。只有这样，目镜外尺寸才小到足够使得也能为狭的眼睛宽度进行调节。

此目的将通过在权利要求1中给出的特点解决。本发明的有利的改进是从属权利要求的主题。

提供了一种具有10倍放大率和一视场数SFZ≤25的显微镜目镜，其中，在光线方向，在视场光阑前面，设置一具有在0.95至1.05之间的场透镜系数β’的场透镜，其形状为具有正折光力的简单的、朝视场光阑凸出的厚弯月形。在眼睛这一侧，在视场光阑后面的是一个目透镜件，它在光线方向有一作为第一透镜的负透镜，并可相对于视场光阑移动，以调节折光度。根据预先确定的补偿***，Petzval和SP在0.014至0.021之间。它可以用目透镜部件的负透镜调节至各自的要求值。

光孔的象差即象散、图象畸变和孔阑畸变在目透镜部件中是彼此紧密联系在一起的。故目透镜部件中的配曲调整或折光力分布彼此对这些象差的比例没有大的影响，也就是说，它不能将所有三个象差一次就校正成所要求的值。

在位于视场光阑的另一侧的场透镜中，这三种象差有与在目透镜部件中彼此不同的其它比例。因此，可以通过场透镜与目透镜件之间的象差的各个部分的平衡，将象散、图象畸变和光孔差的累积误差调节至所要求的值。

在此象差平衡中，当对场透镜的进入截面宽度S预先规定成一在20mm与23mm之间的值，对目镜的进入光孔与显微物镜的实际中间图象之间的距离预先规定成一在250mm与700mm之间的值，并且使场透镜的象散的Seidel和SA位于0.0092和0.0104之间时，场透镜的配曲调整是特别有益的。

在按照本发明的目镜的一个有利的实施形式中，场透镜的进入截面宽度S预先规定为S＝21.46mm，目镜的进入光孔与显微物镜的实际中间图象之间的距离预先规定为360mm。场透镜的象数的Seidel和SA为0.0098。

场透镜系数β’的选择特别重要。在β’＜1时，目透镜部件的焦距f’(AL)＜25mm。不过，这就得到一个张紧的目透镜部件，它为了调节至0折光度，已经位于目镜筒附近。由此，所要求的折光度调节只限于一侧。

在β’＞1时，目透镜部件的焦距就要变大。不过，由于中间图象放大，穿过目透镜部件的光束也加大，因而得到了强烈的、非所希望的象差。

因此，对于场透镜系数β’＝1，±5％的偏差是最好的值。将场透镜做成厚的弯月形，朝目透镜件凸出，就产生图象上升(也就是目透镜件进一步从目镜筒移开)，并且对所列举的三个重要的象差有一恰当的比例。

在有些用显微镜的研究中，都将刻线板插在视野光阑的地方，以便将所观察的图象配以刻度。当场透镜系数正好为β’＝1时，这种应用证明是特别有利的。由此，场透镜后面的中间图象与无场透镜时产生的中间图象完全一样大。由此得到这样的好处，即可以用与无场透镜的目镜相同的刻线板。

在目镜的一个有益的实施形式中，中间图象偏移的大小(＝有场透镜和没有场透镜的中间图象的间距)大于4mm。于是，通过改变视野光阑与目透镜件之间的空隙约4mm，就可能有一达到±6折光度的折光度调节。

按照本发明的目镜很好地被校正，并可非常精确地实现为补偿***所需要的理想的切向图象轮廓。它没有慧差，有有利的光孔差。并只有小的图象畸变(小于3％)。

从属权利要求描述了按照本发明的场透镜构形和两个具有其结构数据的按照本发明的特殊的目镜的构形。场透镜证明在各种目镜中是可以通用的。它本身可以用在不为显微镜服务的目镜中。

在权利要求5中提供了一场透镜的特殊的实施形式。它在其前面的表面上也就是在光线进入面上有一第一半径r₁＝34.1960mm，并在其后面的表面上也就是在光线出口面上有一第二半径r₂＝31.1010mm。由此二半径r₁和r₂画出的弯月形的透镜厚度d₁为d₁＝7.3000mm。所用的玻璃的特点为折光数n_e1＝1.812653和色散系数νel＝25.19。

下面将参考两个示意图详细说明在从属权利要求中给出的目镜的两种特殊构形。

在图中：

图1示出了按照权利要求7的具有视场数SFZ＝25的按照本发明的目镜的透镜剖面图；

图2示出了按照权利要求8的具有视场数SFZ＝22的按照本发明的目镜的透镜剖面图。

在图1中，沿着具有10倍放大率和视场数SFZ＝25的目镜的光轴，沿着光线方向，首先示出一进入光孔2(Eintrittspupille)。在一缩短地示出的间隙距离l₀的后面，跟随一第一透镜L₁，它做成其形状为一厚度为d₁的厚弯月形的场透镜。其前表面有一半径r₁，后表面有一半径r₂，并朝视场光阑3(Feldblende)凸起，该视场光阑以一间隔距离l₁设置在其后面。

在视场光阑3的平面中，有中间图象4，它由场透镜L₁产生。为了比较，示出了不用场透镜L₁产生的(此处未示出的)显微物镜的中间图象5。同样示出了这两个中间图象4、5之间的图象偏移6，它在此例子中大于4mm。

场透镜L₁的进入断面宽度S为S＝21.46mm，目镜的进入光孔2与显微物镜的实际的未移动的中间图象5之间的距离为360mm。对于场透镜L₁的象散的Seidel和SA为SA＝0.0098。场透镜L₁有一特别有利的场透镜系数β’＝1，也就是说，未移动的实际中间图象5与从场透镜L₁移动的实际中间图象4是一样大的。由此，在视场光阑3的平面中，可以采用与在无场透镜的目镜中相同的刻线板。

在视场光阑3后面以一间隙距离l₂跟随一双凹负透镜L₂，它具有厚度d₂、一前半径r₃和一后半径r₄。接着在间隙距离l₃处设置一具有厚度d₃的凹凸正透镜L₃，其前面的下凹表面有一半径r₅，其后面的凸出表面有一半径r₆。在一小的间隙距离l₄的后面跟着一厚度为d₄的厚的双凸正透镜L₄，它具有前面的半径r₇和后面的半径r₈。

在另一小的间隙距离l₅的后面跟着一具有正的折光力的粘接件KG，它首先由一透光的透镜L₅，接着由一后继的粘接的透镜L₆组成。透镜L₅有一厚度d₅、有一前面的半径r₉和一后面的半径r₁₀。后面的半径r₁₀同时是后继的粘接的具有厚度d₆的透镜L₆的前面的半径。透镜L₆的后面的表面用一半径r₁₁朝出口光孔7下凹，后者隔一个间隙距离l₆位于粘接件KG的后面。在出口光孔7的平面中，象征性地示出了观察者的眼睛8。示意地示出了通过目镜的边缘光线的光程。在最大的光束横截面处，所需要的自由直径小于30mm。

透镜组L₂、L₃、L₄和由透镜L₅与L₆组成的粘接件KG共同组成一目透镜件AL。透镜L₂此时为所要求的强负透镜，它使Petzval和下隆至所要求的范围中。

场透镜L₁将来自显微物镜的略有发散的主光线转变为收敛的主光线，后者重新被后继的目透镜件AL的负透镜L₂扩大，但是不扩大到像没有场透镜L₁时的那种强烈的程度。后继的正透镜L₃、L₄和由L₅与L₆组成的粘接件各自使主光线平缓地(因而只以小的图象畸变)收敛。该粘接件KG在出口光孔7的平面中映射光线，在该处，观察者的眼睛8可觉察到该光线。

通过场透镜L₁和目透镜部件AL的象差的平衡，按照本发明的目镜提供一良好的图象校正。其Petzval和SP为SP＝0.015，由此，在视场数SFZ＝25时，对于预先给定的补偿模式是理想的。其中，视场光阑3与目透镜部件AL之间的间隙距离可以在不超过4mm的范围内变动，这就有可能将折光度调节至±6个折光度。

目镜的精确结构数据以表格的形式在权利要求7中给出。作为场透镜L₁，可以采用权利要求5中所给出的。

在图2中，示出一具有10倍放大率和视场数SFZ＝22的目镜。目镜的构造一直到视场光阑3都与图1中的目镜(SFZ＝25)相同。也就是说，沿着光轴，沿着光线方向，首先示出一进入光孔2。在缩短地示出的间隙距离l₀的后面，跟着设置已经由图1知道的场透镜L₁，它做成厚度为d₁的厚弯月形。其前表面有半径r₁，后表面有半径r₂，并朝着视场光阑3凸出，该视场光阑相隔一间隙距离l₁布置在后面。

在视场光阑3的平面中，有中间图象4，它由场透镜L₁产生。为了比较，示出了不用场透镜L₁产生的(此处未示出的)显微目镜的中间图象5。两个中间图象4、5之间的图象偏移6也同样示出，它大于4mm。

场透镜L₁的进入断面宽度S为S＝21.46mm，目镜的进入光孔2与显微物镜的实际的未移动的中间图象5之间的距离为360mm。用于场透镜L₁的象差的Seidel和SA为SA＝0.0098。场透镜L₁有一特别有利的场透镜系数β’＝1，也就是说，未移动的实际中间图象5与从场透镜L₁移动的实际中间图象4是一样大的。由此，在视场光阑3的平面中，可以采用与在无场透镜的目镜中相同的刻线板。

但是，在视场光阑3后面，图2与图1就有差别。在视场光阑3后面相隔间隙距离l’₂跟随一作为强负透镜的凸凹透镜L’₂，其厚度为d’₂有一前面的半径r₃’和一后面的半径r₄’。紧跟在后面，设置一具有厚度d₃’的正透镜L₃’，其前面的具有半径r₅’的表面是一平面，其后面的表面以一半径r₆’凸出。

在一短的间隙距离l₄’的后面跟着一具有正的折光力的粘接件KG’，它首先由一透光的透镜L₄’，接着由一后继的与透镜L₄’粘接在一起的透镜L₅’组成。在粘接件KG’后面相隔一间隙距离l₅’跟随出口光孔7，在其平面中象征性地示出了观察者的眼睛8，示意地示出了通过目镜的边缘光线的光程。在最大的光束横截面处，所需要的自由直径小于30mm。

透镜L₄’的前表面以一半径r₇’朝场透镜3凸出。其后面的粘接表面以一半径r₈’朝出口光孔7凸出。与透镜L₄’粘在一起的透镜L₅’的第一表面具有与透镜L₄’的后表面相同的半径r₈’。透镜L₅’的后表面以一半径r₉’非常平缓地朝出口光孔7凸出。

透镜组L₂’、L₃’和由透镜L₄’和L₅’组成的粘接件KG’共同形成一目透镜部件AL’。此时，透镜L₂’为强负透镜，用它可以将目镜的Petzval和调节至所要求的值。

场透镜L₁使来自显微物镜的略有发散的主光线重新成为收敛的。目透镜部件AL’的后继的负透镜L₂’重新将其扩大，但是不扩大到象没有场透镜L₁时的那种强烈的程度。后继的正透镜L₃’和由透镜L₄’与L₅’组成的粘接件KG’使主光线各自以减弱的程度收敛，由此，只产生很小的图象畸变。光线通过粘接件KG’在出口光孔7的平面中被映射，在该处，观看者的眼睛可觉察到该光线。

场透镜L₁与目透镜部件AL’的图象畸变如此被平衡，使得按照本发明的目镜有良好的图象校正。其Petzval和SP为SP＝0.021，由此，(在视场数SFZ＝22时)，对现有的补偿模式是理想的。通过将视场光阑3与目透镜部件AL’之间的间隙距离l₂’在不大于4mm的范围内改变，就有可能将折光度调节至±6个折光度。

在本例中描述的目镜的精确结构数据以表格的形式在权利要求8中给出。所用的场透镜L₁对应于权利要求5。

两个实施例使之很清楚，即同一场透镜可用在在结构上根本不同的目透镜部件中。因此，按照本发明，其在光程中的位置和其原理上的构形是重要的。

参考符号表

1＝光轴或中间光线2＝目镜的进入光孔3＝视场光阑4＝通过场透镜偏移的中间图象5＝无场透镜L₁时直接由显微物镜形成的中间图象6＝通过场透镜L₁的图象偏移7＝出口光孔8＝观看者的眼睛S＝场透镜L₁的进入截面宽度L₁＝场透镜，其厚度d₁，具有r₁/r₂＝前面的半径/后面的半径L₂＝负透镜，其厚度d₂，具有r₃/r₄＝前面的半径/后面的半径L₃＝第三透镜，其厚度d₃，具有r₅/r₆＝前面的半径/后面的半径L₄＝第四透镜，其厚度d₄，具有r₇/r₈＝前面的半径/后面的半径L₅＝第五透镜，其厚度d₅，具有r₉/r₁₀＝前面的半径/后面的半径L₆＝第六透镜，其厚度d₆，具有r₁₀/r₁₁＝前面的半径/后面的半径KG＝由L₅和L₆组成的粘接件AL＝由L₂至L₆组成的目透镜部件L₁’＝场透镜，其厚度d₁’，具有r₁’/r₂’＝前面的半径/后面的半径L₂’＝负透镜，其厚度d₂’，具有r₃’/r₄’＝前面的半径/后面的半径L₃’＝第三透镜，其厚度d₃’，具有r₅’/r₆’＝前面的半径/后面的半径L₄’＝第四透镜，其厚度d₄’，具有r₇’/r₈’＝前面的半径/后面的半径L₅’＝第五透镜，其厚度d₅’，具有r₈’/r₉’＝前面的半径/后面的半径KG’＝由L₄’和L₅’组成的粘接件AL’＝由L₂’至L₅’组成的目透镜部件

Claims (8)

1.具有10倍放大率、一视场数SFZ＜25和一视场光阑(3)的显微镜目镜，其中，沿光线方向，在视场光阑(3)前面，设置一场透镜(L₁)，并在视场光阑(3)的后面，作为可相对于视场光阑(3)移动，以调节折光度的目透镜件(AL)的第一透镜，设置一负透镜(L₂、L₂’)，其特征为，

1)场透镜(L₁)做成简单的、朝视场光阑(3)凸出的、具有正折光力的厚弯月形形式，

b)场透镜(L₁)有一场透镜系数β’，其中0.95≤β’≤1.05，

c)目镜有一Petzval和SP，其中0.014≤SP≤0.021。

2.如权利要求1的显微镜目镜，其特征为，在场透镜(L₁)的给定进入截面宽度20≤S≤23，以及目镜的进入光孔(2)与预先给定的实际中间图象(5)之间的距离为250至700mm时，对于场透镜，用于象差的Seidel和SA在0.0092至0.0104之间。

3.如权利要求2的显微镜目镜，其特征为，在场透镜(L₁)进入截面宽度S为S＝21.46mm，以及目镜的进入光孔(2)与预先给定的实际中间图象(5)之间的距离为360mm时，对于场透镜(L₁)，用于象差的Seidel和为SA＝0.0098。

4.如权利要求1的显微镜目镜，其特征为，场透镜系数β’＝1。

5.如权利要求1的显微镜目镜，其特征为，场透镜(L₁)有下列结构参数： 半径r₁(mm) 半径r₂(mm) 透镜厚度d(mm) 折射率ne 色散系数νe r₁＝-34.1960 r₂＝-31.1010 d₁＝7.3000 n_e1＝1.812653 νe₁＝25.19

其中r₁＝前表面(＝光线进入表面)的半径

    r₂＝后表面(＝光线出口表面)的半径

6.如权利要求1的显微镜目镜，其特征为，场透镜(L₁)产生大于4mm的预先给定的实际中间图象(5)的图象偏移(6)，而且视场光阑(3)设置在偏移的中间图象(4)的平面中。

7.如前述权利要求的任一项的显微镜目镜，它具有视场数SFZ＝25，其特征为，它具有下列结构数据：     半径r(mm)   间隙距离l(mm)   透镜厚度d(mm)     折射率n_e     色散系数ν_e 进入光孔 l₀＝338.5400 r₁＝-34.1960  d₁＝7.3000  n_e1＝1.812653  ν_e1＝25.19 r₂＝-31.1010 l₁＝19.5000 视场光阑 l₂＝14.3364 r₃＝-50.6810  d₂＝2.0000  n_e2＝1.812653  ν_e2＝25.19 r₄＝50.6810 l₃＝3.3400 r₅＝-87.8770  d₃＝4.6600  n_e3＝1.808207  ν_e3＝46.16 r₆＝-31.4830 l₄＝0.2000 r₇＝51.4910  d₄＝7.0000  n_e4＝1.776855  ν_e4＝49.33 r₈＝-51.4910 l₅＝0.2000 r₉＝24.1070  d₅＝6.6000  n_e5＝1.622872  ν_e5＝59.89 r₁₀＝-557.6800  d₆＝2.8000  n_e6＝1.812653  ν_e6＝25.19 r₁₁＝42.8390 l₆＝20.6265 出口光孔

8.如前述权利要求的任一项的显微镜目镜，它具有视场数SFZ＝22，其特征为，它具有下列结构数据：     半径r(mm)   间隙距离l(mm)   透镜厚度d(mm)     折射率n_e     色散系数ν_e 进入光孔  l₀＝338.5400 r₁＝-34.1960  d₁＝7.3000  n_e1＝1.812653  ν_e1＝25.19 r₂＝-31.1010  l₁＝19.5000 视场光阑  l’₂＝14.2931 r’₃＝360.7850  d’₂＝6.0000  n’_e2＝1.812653  ν’_e2＝25.19 r’₄＝30.1760  l’₃＝2.7000 r’₅＝平面  d’₃＝3.7000  n’_e3＝1.808207  ν’_e3＝46.16 r’₆＝-34.5320  l’₄＝0.2500 r’₇＝24.1070  d’₄＝7.4000  n’_e4＝1.776855  ν’_e4＝49.33 r’₈＝-36.7630  d’₅＝2.3000  n’_e5＝1.812653  ν’_e5＝25.19 r’₉＝-197.2040  l’₅＝21.3813 出口光孔

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