DE102014003192B4 - System mit einem apochromatischen Mikroskopobjektiv und einer Tubuslinseneinheit - Google Patents

System mit einem apochromatischen Mikroskopobjektiv und einer Tubuslinseneinheit Download PDF

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Abstract

System mit einem apochromatischen Mikroskopobjektiv und einer Tubuslinseneinheit, wobei das apochromatische Mikroskopobjektiv drei optische Teilsysteme (G1,G2,G3) umfasst, wobei ausgehend von der Objektebene (OE)- das erste Teilsystem (Gl) aus einem Meniskus (1,11) und einer Sammellinse (2,12) besteht, wobei der Meniskus (1,11) zur Objektebene (OE) hin gewölbt ist,- das zweite Teilsystem (G2) dreigliedrig aufgebaut ist, wobei ein erstes Teilglied (TG1) aus einem Meniskus (13) oder einem Kittglied (3,4) besteht,ein zweites Teilglied (TG2) als ein sammelndes Kittglied (5,6,14,15) ausgeführt ist undein drittes Teilglied (TG3) aus einem Kittglied (7,8,16,17) besteht,wobei entweder das erste Teilglied (TG1) oder das dritte Teilglied (TG3) stark streuend ausgelegt ist und- das dritte Teilsystem (G3) mindestens ein Kittglied (9,10,18,19,20) mit einer sammelnden Linse aufweist,dadurch gekennzeichnet, dassfolgende Konstruktionsdaten mit Krümmungsradien r1 bis r16 in mm, den Dicken, beziehungsweise Luftabständen d1 bis d15 in mm, den Brechzahlen ne, den Abbezahlen vebei einer Vergrößerung von 5,88, einer numerischen Apertur von 0.4, einer Deckglasdicke von 0.17 mm, einem Arbeitsabstand von 5.84 mm und einem Bilddurchmesser von 26.00 mm gelten:Fläche FLKrümmungsradius r1 - rl6 (mm)Dicke dl-dl5 (mm)Brechzahl neAbbezahl Ve1-7.7177.9701. 8881540.522-10.7451.507338.6803.9601. 5944668.004-22.3860.9205-17.2772.7001.6203363.10610.9843.2001.7253934.47715.9622.020817.91110.4001.4398594.499-13.8202.5001.7584452.0810-24.2340.1001116.0782.4701.7161653.611211.71312.5201. 4398594.491321.2873.30014-73.9187.0001. 4879484.0715-10.8202.0001. 7584452.0816-18.171und mit folgenden Konstruktionsdaten der Tubuslinseneinheit unter Angabe der Radien r1 bis r8 in mm, der Dicken, beziehungsweise Luftabstände d0 bis d8 in mm, der Brechzahlen ne und der Abbezahlen ve:Fläche FLKrümmungs radius r1 - r8 (mm)Dicke d0 - dB (mm)Brechzahl neAbbezahl Ve113.4001101.4516.7001.6052065.152-42.1692.8001.7253934.47390.27632.6054344.7139.9101.6771837.905-51.2122.5001.5544063.236-109.02847.0007unendlich30.0001.5187263.968unendlich119.7589Zwischen bildebene

Description

  • Die Erfindung betrifft ein System mit einem apochromatischen Mikroskopobjektiv und einer Tubuslinseneinheit für hochauflösende, chromatisch breitbandige Mikroskopieanwendungen, insbesondere mit digitaler Bildgebung.
  • Bekannt sind Übersichtsobjektive, die typischerweise in der visuellen Beobachtung eingesetzt werden. Sie sind in der Regel nur für das visuelle Spektrum korrigiert und weisen keine hohen numerischen Aperturen auf. Üblich sind beispielsweise achromatische beziehungsweise halbapochromatische Objektive 5x/0.13 bis maximal 5x/0.25. Höhere Aperturen führen zu einem höheren Auflösungsvermögen und dieses kann vom menschlichen Auge nicht aufgelöst werden. Eine gute Korrektion im ultravioletten- (UV) beziehungsweise im infraroten (IR) Bereich ist ebenfalls nicht notwendig, weil das Auge in diesen Bereichen blind ist.
  • Mit dem zunehmenden Trend hin zur digitalen Mikroskopie, wandelt sich diese Situation zunehmend. Digitale Mikroskope sind in der Lage wesentlich mehr Details aufzulösen, als das menschliche Auge. Das geschieht meist mit Hilfe hochauflösender Kameras, beziehungsweise mit Hilfe optischer Nachvergrößerungssysteme. Auch bezüglich des verwertbaren Wellenlängenspektrums sind die digitalen Bildgebungssysteme im Vorteil. Durch diese Vorteile gegenüber dem menschlichen Auge kommt es auch bei den Übersichtsobjektiven wiederholt zur Forderung, hochgeöffnete Systeme mit großer chromatischer Bandbreite zur Verfügung zu stellen.
  • Die DE 10 2011 116 757 A1 betrifft ein planapochromatisch korrigiertes Immersions-Mikroskopobjektiv für hochauflösende Mikroskopieanwendungen mit wechselnden dispersiven Immersionsverhältnissen, welches aus mehreren Linsen und/oder Linsengruppen umfassenden Teilsystemen (T 1, T 2, T 3) zusammengesetzt ist und eine Korrekturfunktion (LA2) zur Beseitigung sphärischer Aberrationen besitzt. In der DE 10 2009 037 743 A1 ist ein hochaperturiges Immersionsobjektiv offenbart, insbesondere für konfokale Anwendungen in der Mikroskopie, welches aus drei Linsen und/oder Linsengruppen umfassenden Teilsystemen (T1, T2, T3) zusammengesetzt ist. DE 10 2012 018 698 A1 zeigt ein hochaperturiges Immersionsobjektiv, insbesondere für Anwendungen in der konfokalen Mikroskopie unter Verwendung von Öl als Immersionsflüssigkeit, welches aus drei Linsen und/oder Linsengruppen umfassenden Teilsystemen (T1, T2, T3) zusammengesetzt ist.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein von 380 nm bis 900 nm apochromatisches Mikroobjektiv mit einer numerischen Apertur von 0.36 bis 0.4 und einem Objektfeld von 4.4 mm bereitzustellen, welches bis zur Wellenlänge 340 nm eine hinreichend gute Transparenz aufweist.
  • Diese Aufgabe wird durch ein System der eingangs beschriebenen Art mit den im Patentansprüchen 1 und 2 formulierten Merkmalen gelöst.
  • Erfindungsgemäß umfasst das Mikroskopobjektiv des Systems drei optische Teilsysteme, wobei ausgehend von der Objektebene das erste Teilsystem aus einem Meniskus und einer Sammellinse besteht, wobei der Meniskus zur Objektebene hin gewölbt ist,
    • - das zweite Teilsystem dreigliedrig aufgebaut ist, wobei ein erstes Teilglied aus einem Meniskus oder einem Kittglied besteht,

    ein zweites Teilglied als ein sammelndes Kittglied ausgeführt ist und
    ein drittes Teilglied aus einem Kittglied besteht,
    wobei entweder das erste Teilglied oder das dritte Teilglied stark streuend ausgelegt ist und
    das dritte Teilsystem mindestens ein Kittglied mit einer sammelnden Linse aufweist.
  • Vorteilhafterweise besteht die Sammellinse des ersten Teilsystems aus einem Fluorkronglas.
  • Ferner ist es von Vorteil, wenn das erste Teilglied des zweiten Teilsystems als Meniskus aus einem hochbrechenden Lanthanglas oder aus einem Kittglied mit mindestens einer Linse aus einem Kurzflintglas besteht.
  • Zweckmäßigerweise besteht das zweite Teilglied des zweiten Teilsystems aus einer Sammellinse aus Fluorkronglas oder Caf2 und einer Zerstreuungslinse aus einem hochbrechenden Lanthan- oder Kurzflintglas besteht.
  • Ebenfalls ist es von Vorteil, dass das Kittglied des dritten Teilgliedes des zweiten Teilsystems eine Linse aus einem Lanthanglas aufweist und eine sammelnde Linse des dritten Teilsystems aus Fluorkronglas oder CaF2 besteht.
  • Das erfindungsgemäße System soll nachfolgend anhand von zwei Ausführungsformen näher erläutert werden. Dazu zeigen:
    • 1: eine schematische Darstellung der Teilsysteme nach einem ersten Ausführungsbeispiel,
    • 2: eine Darstellung des Mikroskopobjektivs nach 1 mit den Konstruktionsdatenbezugszeichen der Dicken, beziehungsweise Luftabstände sowie der Radien und Flächen der Einzellinsen,
    • 3: eine schematische Darstellung der Teilsysteme nach einem zweiten Ausführungsbeispiel und
    • 4: eine Darstellung des Mikroskopobjektivs nach 3 mit den Konstruktionsdatenbezugszeichen der Dicken, beziehungsweise Luftabstände sowie der Radien und Flächen der Einzellinsen.
  • 1 zeigt die Linsenanordnung der drei optischen Teilsysteme nach einem ersten Ausführungsbeispiel, von der Objektebene OE aus betrachtet mit den Teilsystemen G1, G2 und G3, wobei das Teilsystem 2 aus den teilgliedern TG1,TG2 und T3 besteht.
  • Das erste Teilsystem G1 besteht aus einem Meniskus 1 und einer Sammellinse 2, wobei der Meniskus 1 zur Objektebene OE hin gewölbt ist.
  • Das zweite Teilsystem G2 besteht aus drei Teilgliedern TG1,TG2 und TG3, wobei das erste, stark streuende Teilglied TG1 durch ein Kittglied aus den Linsen 3 und 4 charakterisiert ist und dabei mindestens eine der Linsen 3 oder 4 aus einem Kurzflintglas besteht.
  • Das zweite, sammelnde Teilglied TG2 des zweiten Teilsystems G2 ist als Kittglied, bestehend aus einer Sammellinse 5 aus Fluorkronglas oder CaF2 und einer Zerstreuungslinse 6 aus einem hochbrechenden Lanthan- oder Kurzflintglas, ausgeführt.
  • Darüber hinaus besteht das dritte Teilglied TG3 des zweiten Teilsystems G2 aus einem Kittglied mit den Linsen 7 und 8, wobei die Linse 8 aus Fluorkronglas oder CaF2 gefertigt ist.
  • Das dritte Teilsystem G3 ist charakterisiert durch ein Kittglied mit den Linsen 9 und 10, wobei die Linse 10 aus einem Lanthanglas gefertigt ist.
  • In 2 sind die Dicken, beziehungsweise die Luftabstände dl bis dl5, die Krümmungsradien r1 bis r16 und die Flächen F11 bis FL16 der Einzellinsen 1 bis 10 angegeben.
  • Die folgende Tabelle zeigt die erste erfindungsgemäße Ausführungsform mit den Krümmungsradien r1 bi r16 in mm, den Dicken, beziehungsweise Luftabständen dl bis dl5 in mm, den
    Brechzahlen ne, den Abbezahlen Ve bei einer Vergrößerung von 5,88, einer numerischen Apertur von 0.4, einer Deckglasdicke von 0.17 mm, einem Arbeitsabstand von 5.84 mm und einem Bilddurchmesser von 26.00 mm:
    Fläche FL Krümmungsradius rl - r16 (mm) Dicke dl-d15 (mm) Brechzahl De Abbezahl Ve
    1 -7.717 7.970 1.88815 40.52
    2 -10.745 1.507
    3 38.680 3.960 1.59446 68.00
    4 -22.386 0.920
    5 -17.277 2.700 1.62033 63.10
    6 10.984 3.200 1. 72539 34.47
    7 15.962 2.020
    8 17.911 10.400 1.43985 94.49
    9 -13.820 2.500 1.75844 52.08
    10 24.234 0.100
    11 16.078 2.470 1.71616 53.61
    12 11.713 12.520 1.43985 94.49
    13 21.287 3.300
    14 -73.918 7.000 1.48794 84.07
    15 -10.820 2.000 1.75844 52.08
    16 -18.171
    mit folgenden Konstruktionsdaten der nicht dargestellten Tubuslinseneinheit unter Angabe der Krümmungsradien r1 bis r8 in mm, der Dicken, beziehungsweise Luftabstände d0 bis dB in mm, der Brechzahlen ne und der Abbezahlen ve:
    Fläche FL Krümmungs radius rl - r8 (mm) Dicke d0 (mm)dB Brechzahl ne Abbezahl Ve
    113.400
    1 101.451 6.700 1.60520 65.15
    2 -42.169 2.800 1.72539 34.47
    3 90.276 32.605
    4 344.713 9.910 1. 67718 37.90
    5 -51.212 2.500 1.55440 63.23
    6 -109.028 47.000
    7 unendlich 30.000 1. 51872 63.96
    8 unendlich 119.758
    9 Zwischen bildebene
  • 3 zeigt die Linsenanordnung der drei optischen Teilsysteme nach einem zweiten Ausführungsbeispiel, von der Objektebene OE aus betrachtet mit den Teilsystemen G1, G2 und G3, wobei das Teilsystem 2 aus den teilgliedern TG1,TG2 und T3 besteht.
  • Das erste Teilsystem G1 besteht aus einem Meniskus 11 und einer Sammellinse 12, wobei der Meniskus 11 zur Objektebene OE hin gewölbt ist.
  • Das zweite Teilsystem G2 besteht aus drei Teilgliedern TG1, TG2 und TG3, wobei das erste Teilglied TG1 durch einen Meniskus 13 aus einem Lanthanglas charakterisiert ist.
  • Das zweite, sammelnde Teilglied TG2 des zweiten Teilsystems G2 ist als Kittglied, bestehend aus einer Sammellinse 14 aus Fluorkronglas oder CaF2 und einer Zerstreuungslinse 15 aus einem hochbrechenden Lanthan- oder Kurzflintglas, ausgeführt.
  • Darüber hinaus besteht das dritte Teilglied TG3 des zweiten Teilsystems G2 aus einem stark streuenden Kittglied mit den Linsen 16 und 17, wobei die Linse 17 aus einem Lanthanglas gefertigt ist.
  • Das dritte Teilsystem G3 ist charakterisiert durch ein Kittglied mit den Sammellinsen 18,19 und 20 und einer Linse 21, welche aus einem Fluorkronglas besteht.
  • In 4 sind die Dicken, beziehungsweise die Luftabstände dl bis dl7, die Krümmungsradien r1 bis rl8 und die Flächen F11 bis FL16 der Einzellinsen 11 bis 21 angegeben.
  • Die folgende Tabelle zeigt die zweiter erfindungsgemäße Ausführungsform mit den Krümmungsradien r1 bi rl8 in mm, den Dicken, beziehungsweise Luftabständen dl bis dl7 in mm, den Brechzahlen ne, den Abbezahlen ve bei einer Vergrößerung von 5,88, einer numerischen Apertur von 0.36, einer Deckglasdicke von 0.17 mm, einem Arbeitsabstand von 5.84 mm und einem Bilddurchmesser von 26.00 mm:
    Fläche FL Krümmungs radius rl - r18 (mm) Dicke dl - dl7 (mm) Brechzahl ne Abbezahl Ve
    1 -8.993 4.000 1.49960 66.78
    2 -11.020 0.100
    3 2208.291 4.000 1.59446 68.00
    4 -22.449 0.100
    5 12.437 6.000 1.82017 46.37
    6 10.587 2.000
    7 17.317 7.000 1.59446 68.00
    8 -9.286 2.000 1.64132 42.20
    9 -60.781 2.600
    10 -10.799 3.000 1.61664 44.27
    11 12.531 4.800 1.77621 49.36
    12 45.035 1.500
    13 -41.795 6.000 1.43985 94.49
    14 -8.636 2.000 1.64132 42.20
    15 -30.473 4.000 1.59667 35.03
    16 -16.944 0.100
    17 -98.743 4.000 1.43985 94.49
    18 -27.406
    mit folgenden Konstruktionsdaten der nicht dargestellten Tubuslinseneinheit unter Angabe der Radien r1 bis r8 in mm, der Dicken, beziehungsweise Luftabstände d0 bis dB in mm, der Brechzahlen ne und der Abbezahlen ve:
    Fläche FL Krümmungs radius r1 - r8 (mm) Dicke dl - dB (mm) Brechzahl ne Abbezahl Ve
    114.400
    1 101.451 6.700 1.60520 65.15
    2 -42.169 2.800 1.72539 34.47
    3 90.276 32.605
    4 344.713 9.910 1.67718 37.90
    5 -51.212 2.500 1.55440 63.23
    6 -109.028 47.000
    7 unendlich 30.000 1.51872 63.96
    8 unendlich 119.758
    9 Zwischen bildebene
  • Bezugszeichenliste
    • OE
    Objektebene
    1 bis 21
    Linsen
    G1,G2,G3
    Teilsystem
    TG1,TG2,TG3
    Teilglied
    Fll bis F118
    Fläche
    dl bis dl7
    Dicke oder Luftabstand
    rl bis r17
    Krümmungsradius
    ne
    Brechzahl
    ve
    Abbezahl

Claims (2)

  1. System mit einem apochromatischen Mikroskopobjektiv und einer Tubuslinseneinheit, wobei das apochromatische Mikroskopobjektiv drei optische Teilsysteme (G1,G2,G3) umfasst, wobei ausgehend von der Objektebene (OE) - das erste Teilsystem (Gl) aus einem Meniskus (1,11) und einer Sammellinse (2,12) besteht, wobei der Meniskus (1,11) zur Objektebene (OE) hin gewölbt ist, - das zweite Teilsystem (G2) dreigliedrig aufgebaut ist, wobei ein erstes Teilglied (TG1) aus einem Meniskus (13) oder einem Kittglied (3,4) besteht, ein zweites Teilglied (TG2) als ein sammelndes Kittglied (5,6,14,15) ausgeführt ist und ein drittes Teilglied (TG3) aus einem Kittglied (7,8,16,17) besteht, wobei entweder das erste Teilglied (TG1) oder das dritte Teilglied (TG3) stark streuend ausgelegt ist und - das dritte Teilsystem (G3) mindestens ein Kittglied (9,10,18,19,20) mit einer sammelnden Linse aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass folgende Konstruktionsdaten mit Krümmungsradien r1 bis r16 in mm, den Dicken, beziehungsweise Luftabständen d1 bis d15 in mm, den Brechzahlen ne, den Abbezahlen ve bei einer Vergrößerung von 5,88, einer numerischen Apertur von 0.4, einer Deckglasdicke von 0.17 mm, einem Arbeitsabstand von 5.84 mm und einem Bilddurchmesser von 26.00 mm gelten: Fläche FL Krümmungsradius r1 - rl6 (mm) Dicke dl-dl5 (mm) Brechzahl ne Abbezahl Ve 1 -7.717 7.970 1. 88815 40.52 2 -10.745 1.507 3 38.680 3.960 1. 59446 68.00 4 -22.386 0.920 5 -17.277 2.700 1.62033 63.10 6 10.984 3.200 1.72539 34.47 7 15.962 2.020 8 17.911 10.400 1.43985 94.49 9 -13.820 2.500 1.75844 52.08 10 -24.234 0.100 11 16.078 2.470 1.71616 53.61 12 11.713 12.520 1. 43985 94.49 13 21.287 3.300 14 -73.918 7.000 1. 48794 84.07 15 -10.820 2.000 1. 75844 52.08 16 -18.171
    und mit folgenden Konstruktionsdaten der Tubuslinseneinheit unter Angabe der Radien r1 bis r8 in mm, der Dicken, beziehungsweise Luftabstände d0 bis d8 in mm, der Brechzahlen ne und der Abbezahlen ve: Fläche FL Krümmungs radius r1 - r8 (mm) Dicke d0 - dB (mm) Brechzahl ne Abbezahl Ve 113.400 1 101.451 6.700 1.60520 65.15 2 -42.169 2.800 1.72539 34.47 3 90.276 32.605 4 344.713 9.910 1.67718 37.90 5 -51.212 2.500 1.55440 63.23 6 -109.028 47.000 7 unendlich 30.000 1.51872 63.96 8 unendlich 119.758 9 Zwischen bildebene
  2. System mit einem apochromatischen Mikroskopobjektiv und einer Tubuslinseneinheit, wobei das apochromatische Mikroskopobjektiv drei optische Teilsysteme (G1,G2,G3) umfasst, wobei ausgehend von der Objektebene (OE) - das erste Teilsystem (G1) aus einem Meniskus (1,11) und einer Sammellinse (2,12) besteht, wobei der Meniskus (1,11) zur Objektebene (OE) hin gewölbt ist, - das zweite Teilsystem (G2) dreigliedrig aufgebaut ist, wobei ein erstes Teilglied (TG1) aus einem Meniskus (13) oder einem Kittglied (3,4) besteht, ein zweites Teilglied (TG2) als ein sammelndes Kittglied (5,6,14,15) ausgeführt ist und ein drittes Teilglied (TG3) aus einem Kittglied (7,8,16,17) besteht, wobei entweder das erste Teilglied (TG1) oder das dritte Teilglied (TG3) stark streuend ausgelegt ist und - das dritte Teilsystem (G3) mindestens ein Kittglied (9,10,18,19,20) mit einer sammelnden Linse aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass folgende Konstruktionsdaten mit Krümmungsradien r1 bis rl8 in mm, den Dicken, beziehungsweise Luftabständen dl bis dl7 in mm, den Brechzahlen ne, den Abbezahlen ve bei einer Vergrößerung von 5,88, einer numerischen Apertur von 0.36, einer Deckglasdicke von 0.17 mm, einem Arbeitsabstand von 14.24 mm und einem Bilddurchmesser von 26.00 mm gelten: Fläche FL Krümmungs radius r1 - r18 (mm) Dicke dl - d17 (mm) Brechzahl ne Abbezahl Ve 1 -8.993 4.000 1.49960 66.78 2 -11.020 0.100 3 2208.291 4.000 1.59446 68.00 4 -22.449 0.100 5 12.437 6.000 1.82017 46.37 6 10.587 2.000 7 17.317 7.000 1.59446 68.00 8 -9.286 2.000 1.64132 42.20 9 -60.781 2.600 10 -10.799 3.000 1.61664 44.27 11 12.531 4.800 1.77621 49.36 12 45.035 1.500 13 -41.795 6.000 1.43985 94.49 14 -8.636 2.000 1.64132 42.20 15 -30.473 4.000 1.59667 35.03 16 -16.944 0.100 17 -98.743 4.000 1.43985 94.49 18 -27.406
    und mit folgenden Konstruktionsdaten der Tubuslinseneinheit unter Angabe der Radien r1 bis r8 in mm, der Dicken, beziehungsweise Luftabstände d0 bis dB in mm, der Brechzahlen ne und der Abbezahlen ve: Fläche FL Krümmungs radius r1 - r8 (mm) Dicke d0- dB (mm) Brechzahl ne Abbezahl Ve 114.400 1 101.451 6.700 1.60520 65.15 2 -42.169 2.800 1.72539 34.47 3 90.276 32.605 4 344.713 9.910 1.67718 37.90 5 -51.212 2.500 1.55440 63.23 6 -109.028 47.000 7 unendlich 30.000 1.51872 63.96 8 unendlich 119.758 9 Zwischen bildebene
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