DE2105277A1

DE2105277A1 - Apochromatioches Mikroskop Objektiv

Info

Publication number: DE2105277A1
Application number: DE19712105277
Authority: DE
Inventors: York OConnor Anthony (Großbritannien)
Original assignee: Vickers Ltd
Current assignee: Vickers Ltd
Priority date: 1970-02-10
Filing date: 1971-02-04
Publication date: 1971-08-19
Also published as: US3711186A; GB1281611A

Description

Apochromatisohes Mikroskap-Objektiv

Sie Erfindung bezieht sich auf ein apochromatisches Mikroskop-Objektiv.

Ein Mikroskop-Objektiv ist apochromatisch, wenn für ein gegebenes Objekt der Bildabstand für drei Wellenlängen des Lichtes der gleiche ist.

Es ist bei der Bildung von Mikroskop-Objektiven bekannt, daß das Erreichen einer apochromatischen Korrektion und das Abflachen des Bildfeldes mit größer werdender numerischer Öffnung zunehmend schwieriger wird. Eine apoChromatisehe Korrektion bzw. Verbesserung wird in der Hauptsache durch Anwendung von anormalen Gläsern, aber auch durch maximale Steigerung der Mitwirkung von negativen Leistungskomponenten der Objektive durch Aufrechterhalten großer Öffnungen bei diesen Komponenten, z.B. durch Verwendung von Triplets und/oder von mit dichtem Abstand voneinander angeordneten Doublets erreicht. Die

109834/1156

leidabflachung wird duroh maximale Steigerang der Mitwirkung von negativen Leietungekomponenten der Objektive gegenüber den jeweiligen Petzval-Summen herbeigeführt, wobei jedoch zur Erhaltung einer positiven Gesamtleistung bei diesen negativen Leistungskomponenten kleine öffnungen aufrechterhalten werden, indem z.B. dicke negative Meniskuslinsen und/oder getrennte positive und negative Linsen verwendet werden.

Die PeId abflachung und das Erreichen einer apochromatIschen Korrektion stehen sich daher in gewissem Umfang gegenüber.

Ss gibt zwei Arten von anormalem Glas, deren unterschiedliche Eigenschaften bei Betrachtung eines üblichen achromatischen !Doublets mit einer positiven und ainer negativen Leistungskomponente, beide aus nicht anormalem Glas, z.B. Krön- bzw· Crownglas oder flint- bzw. Kristallglas, deutlich werden. Wenn die positive Leistungskomponente des Doublets durch ein Linsenelement aus einer der beiden anormalen Glasarten, z.B. Flußspat, ersetzt wird, die aber sonst der ersetzten Komponente gleich ist, so wird das Sekundärspektrum des Doublets verringert. Wenn jedoch die positive Leistungskomponente duroh ein Linsenelement der anderen Art von anormalem Glas, z.B. Borax-Flintglas, ersetzt wird, das aber sonst der ersetzten Komponente gleich ist, so wjfird das Sekundärspektrum des Doublets vergrößert. (Unter Borax-Flintglas wird eine Glasart verstanden, die in Deutschland als "Spezial-Kurzflint" bekannt ist und unter der Bezeichnung "KzFS" von der Firma Schott erhältlich ist). Wenn dagegen die negative Leistungskomponente ■

109834/1 1 56

des Doublets durch ein Lineenelement der einen anormalen Glasart ersetzt wird» die jedoch sonst gleich der ersetzten Komponente 1st» so wird das Sekundärepektrum des Doublets vergrößert, während dieses la anderen Fall verringert wird.

Es ist bekannt, verkittete Tripletlinsen aus anormalem Glas zu verwenden, um eine apoohromatiaohe Verbesserung herbeizuführen. Hierbei bestehen jedoch Schwierigkeiten bei der Herstellung solcher Linsen. Ss ist außerdem durch die britische Patentschrift 1.14-0.991 bekannt, halbkugelförmige Doublet-Frontlinsen zu verwenden, um eine Feldabflaohung zu erreichen. Aber auch hierbei ergeben sich Schwierigkeiten bei der 4es Herstellung solcher Linsen. Die genannte Patentschrift beschreibt im Einzelnen zwei Mikroskopobjektive, von denen jedes zwei verkittete !Triplets und eine halbkugelförmige Doublet-Frontlinse aufweist und bei denen hierdurch eine gute Feldabflachung erreicht und eine chromatische Korrektur herbeigeführt wird, die eine Verbesserung üblicher achromatischer Objektive darstellt. Sine apochromatische Verbesserung kann jedoch hierbei nicht erreicht werden. Weiterhin ist durch die britisohe Patentschrift 1.13o.2oo ein Mikroskopobjektiv bekannt, bei dem ohne Tripletiineen oder eine halbkugelförmige Doublet-Frontlinse eine gewisse Feldabflachung erreicht wird. Hierbei 1st aber die chromatische Korrektur nicht beseer als bei üblichen achromatischen Objektiven.

Demgegenüber besteht die Erfindung bei einem apoohromatlachen Mikroskopobjektiv, das In Richtung «Ines ein Bild

109834/1156

eines durch ein Mikroskop betrachteten Objektes erzeugenden Lichtstrahles gesehen, einen ersten Linsensatz aus konvergierenden Linsenelementen sowie einen zweiten Linsensatz aus korrigierenden Linsenelementen zur VErringerung von Abweichungen bzw. Aberrationen des Lichtstrahles infolge des Durchganges durch den ersten Linsensatz aufweist, darin, daß ein zur Feldabflachung dienender dritter Linsensatz angeordnet ist, der ein Linsenelement positiver Leistung sowie im Abstand von diesem ein Linsenelement negativer Leistung aufweist, um dem Lichtstrahl eine negative Feldkrümmung zu übermitteln, wobei das Linsenelement negativer !«eistung durch eine Komponente einer Verbundlinse von hoher negativer Leistung gebildet ist, von der eine andere Komponente aus einem Linsenelement positiver Leistung aus anormalem Glas besteht.

Nachstehend ist die Erfindung beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben· In der Zeichnung zeigen: ,

Fig. 1 die Seitenansicht eines Hikroskopes, Fig. 2 einen axialen Schnitt eines zur Anwendung bei dem Mikroskop nach Fig. 1 bestimmten apochromatischen Mi^roskopobjektives nach der Erfindung mit ölimmer-

slon, und
Fig. 3 eine weitere Aueführungsform des Mikroskopobjektives in einer der Fig. 2 entsprechenden Darstellung.

Für die in Fig. 2 und 3 gezeigten Objektive sind in den nachstehenden Tabellen die Krümmungsradien r der verschiedenen, in den Objektiven enthaltenen Grenzflächen, ferner j die Trennungen d der Grenzflächen in der optischen Achse

109834/1156

210527?

der Objektive gemessen, sowie die jeweiligen Brechungskoeffizienten der verschiedenen Medien zwischen Grenzflächen und die verschiedenen Abbe-Zahlen der Medien
angeführt. Alle linearen Dimensionen sind in Millimeter
angegeben. Die in den Pig. 2 und 3 sowie in den Tabellen 1 und 2 angegebenen Abstände d 2o entsprechen den Abständen zwischen den Rüokfläohen der Objektive und den durch die Objektive unmittelbar unter ihren jeweiligen Deckgläsern erzeugten Primärbildern·

!Tabelle

Krümmungs- Dicke oder Breqhnngs- Abbe-Zahl radius Trennung""" ko effizient

Deckglas

ölimmers lon

rl = OO

r2 m ω

r3 = ω
=-1.778

d1 = 0.18

=-15.939 r6 =-5.334

;r7 = 21.618 !r8 =-8.687

r9 =-24.511 r1O« 6.477 r11» -13.525

d2 =
d3 »

d4 » d5 =

d6 »

d7 «

d8 m

d9 d10=
d11=

0.14 2.26

0.09 3.10 0.24 4.22 0.08

0.89 4.32 0.15

1.524

1.52377

1.57427

1.0

1.62040

1.0

1.43384

1.0

1.61400 1.43384 1.0

58.97

43.22 52.02

60.29 95.56

43.89 95.56

109834/1156

Krüamungs- Dlolce oder Breohungs- Abbe-Zahl radios Trennung toeffizient

öliaaeraion

;π3

(r14

r15 ri6

r17

)r18 Π9 r20

6.800

-9.294

-37.592

d12

«313 >

"au

-3.837

5.255

-6.752

6.967

9.199 4.569

d15 di6

•317

d18 d19

d20

6.07	1.43384	95.56
1.68	1.61400	43.89
0.20	1.0
0.84	1.61400	43.89
2.51	1.43384	95.56
5.97	1.0
5.23	1.76182	26.72
1.40	1.53033	51.19
144.45	1.0

Tabelle

radius

Dioka oder Brechange- Abtae-gahl Trennung""" koefflgfent

Deckglas

ölimersion

r1 r2

>3 >4

[r5 r6

ω ω

■1.56

•9.84 -3.62

d1 d2

d3 d4

d5 d6 0.18 0.14

1.59 0.04

1.73 0.15

1.524 1.52377

1.57427 1.0

1.62040

58.87 43.22

52.02 60.29

109834/1158

Krümmungsradius

Dicke oder Brechunga- Abbe-Zahl Trennung Koeffizient

Ölimmer-(r7
sion

= 19.68

[r8 = -7.26

d7 = d8 =

-,60.83 = 5.87

r9 -

r10

r11 = -10.62

r12 = 6.62 r13 * -7.49 r14 = -10.48

4.01 1.43384

0.12 1.0

0.91 1.61400

di6 = 4.75 1.43384

d11 = 0.03 1.0

d12 = 5.94 1.43384

d13 = 6.30 1.61400

3.07 1.0

Π5 = -3.51 r16 = 6.22

r17 = -9.93

(r18 = 7.78 r19 = 20.64 r20 = 6.80 d15 = 0.84 1.61400 di6 = 1.93 1.43384 d17 = 5.89 1.0

d18 = 6.63 1.65348 d19 - 1.63 1.62040 d20 = 144.12

95.56

43.89 95.56

95.56 43.89

43· 95.56

33.48 60.29

Das in Fig. 1 in stark vereinfachter Darstellung gezeigte Mikroskop 1 weist ein Objektiv 2 und ein Okular 3 auf. Daa Objektiv 2 kann ein Objektiv mit ölimmersion sein, das entsprechend Pig. 2 oder 3 ausgebildet ist. Das in Pig. 2 gezeigte Objektiv ist, in Richtung eines ein Bild eines durch das Mikroskop betrachtet-en Objektes erzeugenden

109834/1156

Lichtstrahles gesehen, mit einem Beckglas 4 und einem Satz von drei konvergierenden einfachen Linsen L₁, L« und L, versehen. Die Linse L^ ist eine halbkugelförmige Irontlinse, die Linse Lg eine Meniskuslinse positiver Leistung und die Linse L, eine bikonvexe Linse aus Flußspat (Kalziumfluorid), d.h. eine Linse aus anormalem Glas der erwähnten einen Art. Den Linsen L1 und L₂ entsprechende Linsen werden bei Hochleistungs-Mikroskopobjektiven verwendet* Die Linse L* trägt zur apoChromatischen Korrektur des Objektives durch Verringerung des Sekundärspektrums bei · Die drei Linsen L₁, L« und L, <ji_{enen zur} Bildung einer numerischen öffnung von 1,30 im Immersionsöl für einen eintretenden Lichtstrahl und zur Verringerung der Divergenz des Strahls auf nahezu Null. :

Das Objektiv weist ferner eine Doublet-Linse L^ von annähernd Hull-Leistung auf, die zur Verringerung der durch j die Linsen L₁, Lg und L~ erzeugten Abweichungen bei Auf- j rechterhaltung von nahezu derselben Konvergenz des Licit- , Strahles dient. Die Doublet-Linse L^ besitzt eine positive Komponente aus FlußBpat und eine negative Komponente aus Borax-Flintglas, das ein anormales Glas der erwähnten anderen Art darstellt und daher zur apoChromatischen Verbesserung des Objektives beiträgt. Die Linse L^ ist in der . Hauptsache zur Verringerung der chromatischen Abweichung i und der PeldkrUmmung angeordnet.

Weiterhin enthält das Objektiv einen Satz von drei getrennten Doublet-Ltnsen L , Lc und L₇, die zusammen zur Korrektur?

5 ^{b 7}

109834/1156

der noch vorhandenen Aberrationen und insbesondere dazu dienen, ein brauchbares flaches Bildfeld zu erzeugen und das Sekundärspektrum so weit zu verringern, daß das Objektiv apochromatisch wird. Die Doublet-Linse I»,- ist eine bikonvexe Doublet-Linse positiver Leistung, die aus einer bikonvexen Komponente aus Flußspat und einer Meniskus-Linse negativer Leistung aus Borax-Flintglas besteht. Die Doublet-Linse Lg ist eine negative Hoehleistungs-Doublet-Linse ait einer positiven Komponente aus Flußspat und einer negativen Komponente aus Borax-Flintglas. Die Wirkungen der anormalen G-lasarten werden hierbei dadurch maximal gesteigert, daß die Komponenten der Doublet-Linse hochleistungsfähig gemaohl werden.

Die Linse Lg kann als Linse hoher negativer Leistung angesehen werden, da ihre Brennweite etwa -3 bis - 5 aal so groß ist als die Brennweite des gesamten Objektives. Die Doublet-Linse L™ weist eine dicke Meniskusform auf.

Die drei Doublet-Linsen Lp-,

und L₇ dienen zur Feldab

flachung und zur apoehromatischen Korrektur. Die Feldabflachung wird dadurch erreicht, daß die Öffnung bei der Doublet-Linse Lg klein gehalten wird und die negative Hochleistungs-Doublet-Linse Lg von der Doublet-Linse L^ positiver Leistung getrennt wird, wodurch eine positive Konvergenz mit negativer Feldkrümmung erzeugt wird. Eine zusätzliche Feldabflachung wird durch die Doublet-Linse L dadurch herbeigeführt, daß diese von der Doublet-Linse Lg getrennt und dick ausgebildet ist. Das Sekundärspektrum des Objektives wird durch Anwendung anormaler Glasarten

- 10 -

109834/1156

- ίο -

in der Doublet-Linse Lc verringert, wobei eine zusätzliche Verringerung durch Verwendung von anormalem Glas der einen Art, in diesem 3?alle von Feldspat, in der positiven Komponente der Doublet-Linse Lg erreicht wird. Die negative Komponente der Doublet-Linse Lg weist eine höhere Leistung als die positive Komponente dieser Linse auf, damit die Doublet-Linse als Ganzes eine hohe Negativleistung hat. Die Verwendung einer solchen negativen Hochleistungskomponente führt dazu, daß die grundlegende chromatische Aberration des Objektives beträchtlich unterkorrigiert ist, was jedoch durch die Doublet-Linse Ly in Verbindung mit den anderen Linsen des Objektives berichtigt bzw. verbessert wird« Die Doublet-Linsen Lr und L- dienen auch zur Beibehaltung der Lage der konjugierten Brennpunkte und des Wertes der Vergrößerung, die ohne Verwendung der Doublet-Linse Lg besteht.

Das in Pig. 2 dargestellte Objektiv hat eine äquivalente Brennweite von 1,57 Millimeter und eine 100-fache Vergrößerung. Wie bereits erwähnt, nimmt es eine numerische öffnung von 1.30 im Immersions öl ein. Die Brennweiten der Linsen L₁, L₂, L,, L*, L₅, Lg und L- des Objektives betragen der Reihe nach etwa 2,5 mm, 8,5 mm, 12,5 mm, 15o mm, 12,5 mm, -6,5 mm und 33 mm. Aus dem für die Doublet-Linse L* angegebenen Wert ist zu entnehmen, daß sie, wenn ihre Leistung als nahezu Full angesehen wird, eine Brennweite hat, die etwa hundert Mal so groß ist als diejenige des Objektives als Ganzes.

Das in flg. 3 gezeigte Objektiv weist gegenüber dem Objektiv nach Fig. 2 einige geringfügige Änderungen auf, die

- 11 -

109834/1158

& I WC I I

zur Verbesserung der Korrektur einiger Aberrationen dient, die bei der Aus ftihrungs form nach Pig. 2 naoh nicht ganz korrigiert sind. Dies gilt insbesondere für die sphärische Aberration. Im übrigen gilt die Beschreibung des Objektives nach Fig. 2 gleichermaBen auch für Pig. 3. Das in Fig. 3 gezeigte Objektiv hat eine äquivalente Brennweite von 1.58 und eine 99.7-fache Vergrößerung. Wie bei dem Objektiv nach Fig. 2 nimmt es eine numerische öffnung von 1.30 in Immersionsöl an·

Sie Erfidung ist vorstehend für Objektive für ulimaersion beschrieben. Sie kann aber auch bei Mikroskop-Objektiven anderer Art angewendet werden»

- 12 -Ansprüche

109834/1 156

Claims

ΖΊ05Ζ77

- 12 Ansprüche

(lyApo chromatisches Mikroskop-Objektiv, das in Richtung ^! eines ein Bild eines durch ein Mikroskop betrachteten ι Objektes erzeugenden Lichtstrahles gesehen einen ersten Linsensatz aus konvergierenden Linsenelementen sowie einen zweiten Linsensatz aus korrigierenden Linsenelementen zur Verringerung von Abweichungen bzw. Aberrationen des Lichtstrahles infolge des Durchganges duroh den ersten Linsensatz aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß ein zur Feldabflachung dienender dritter Linsensatz (L,-» Lg, L₇) angeordnet ist, der ein Linsenelement (L,-) positiver Leistung sowie im Abstand von diesem ein Linsenelement (Lg) negativer Leistung aufweist, um dem Lichtstrahl eine negative Feldkrümmung zu übermitteln, wobei das Linsenelement negativer Leistung durch eine Komponente einer Verbundlinse von hoher negativer Leistung gebildet ist, von der eine andere Komponente aus einem Linsenelement positiver Leistung aus anormalem Glas besteht.
2. Objektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Linse (L₅) positiver Leistung duroh eine Doublet-Linse mit einem Meniskus-Linsenelement negativer Leistung und : einer bikonvexen Komponente aus einem Glas gebildet ist, das im gleichen Sinn wie das anormale Glas des Linsenelementes positiver Leistung anormal ist.
3. Objektiv nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Meniskus-Linsenelement negativer Leistung aus einem Glas besteht, das im entgegengesetzten Sinn wie das anormale Glas des Linsenelementes positiver Leistung anormal ist.

- 13 -

109834/1156
4. Objektiv nach einem der Anspriiohe 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Linsensatz (Lc» Lg, L™) eine von dem Linsenelement (Lc) positiver Leistung im Abstand -angeordnete dicke Meniskuslinse (L™) positiver Leistung enthält, die durch, eine Doublet-Linse gebildet ist, deren eine Komponente aus einem Meniakus-Linsenelement positiver Leistung und deren andere Komponente aus einem Meniskus-Linsenelement negativer Leistung besteht.

bei
5. Objektiv nach einem der Ansprüohe 1 bis 4»/dem der

zweite Linsensatz durch eine Doublet-Linse mit einer Komponente negativer Leistung und einer Komponente positiver Leistung aus einem Glas gebildet ist, das im gleiohen Sinne wie das anormale Glas des Linsenelementee positiver Leistung anormal ist, daduroh gekennzeichnet, daß die Komponente negativer Leistung ans einem Glas besteht, das im entgegengesetzten Sinn anormal ist.

Der Patentanwalt

109834/1156