DE2718896B2

DE2718896B2 - Achromatisches Mikroskopobjektiv aus drei Linsengliedern

Info

Publication number: DE2718896B2
Application number: DE2718896A
Authority: DE
Inventors: Karlheinz 7080 Aalen Esswein
Original assignee: Carl Zeiss AG
Current assignee: Carl Zeiss AG
Priority date: 1977-04-28
Filing date: 1977-04-28
Publication date: 1980-02-14
Also published as: AT366183B; DE2718896C3; DE2718896A1; CH627859A5; US4362365A; GB1587491A; JPS592885B2; ATA303178A; BR7802638A; JPS53135661A; FR2389149B1; FR2389149A1; MX148714A

Description

/7d>1.55,v>45

3. Achromatisches Mikroskop-Objektiv nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die in der nachfolgenden Daten-Tabelle angegebenen Werte für Flächenkrümmung r, Abstand und Dicke d, Brechnungsindex n^und die Abbe-Zahl v*

Linse	Radius	-1.089	Dicke	0.624	Abstand	Brechungs	Abbe-Zahl
						index
	r	-0.640	d		d	"ä
					d_x = 0.130
I	r\ =	7.938		0.520
			*di =*			1.60738	56.65
	r₂ =	-1.371
					d₃ = 0.098
II	r, =	4.902		0.217
			d* =			1.62041	60.33
	r₄ =	1.105		0.761
					d₅ = 0.704
HI	rs ⁼	-2.143
		4 =		1.78470	26.08
	h =
				1.51112	60.41
	O =

Die vorliegende Erfindung betrifft ein achromatisches Mikroskop-Objektiv mit einer Vergrößerung im Bereich 35- bis 45fach und einer numerischen Apertur >0.60, bestehend aus drei Linsengliedern, wobei das erste Linsenglied eine sammelnde Einzellinse und das dritte Linsengiied ein Kittglied aus einer zerstreuenden und einer bikonvexen sammelnden Linse ist.

Aus der DE-PS 24 24 399 ist ein Mikroskop-Objektiv mit 40facher Vergrößerung und der numerischen Apertur 0.65 bekannt, das aus drei Linsengliedern mit insgesamt fünf Linsen besteht. Das erste Linsenglied ist hier eine sammelnde Einzellinse, das zweite und dritte Linsenglied ist jeweils als Kittglied aus einer negativen und einer bikonvexen sammelnden Linse ausgebildet. Bei diesem bekannten Objektiv ist die für die reelle Abbildung benötigte Brechkraft auf drei sammelnden Linsen verteilt. Zur Kompensation der von diesen erzeugten sphärischen Aberration und negativen chromatischen Längsaberration sind hier zwei Zerstreuungslinsen vorgesehen.

Dieses bekannte Objektiv ist durch die Verwendung von insgesamt fünf Linsen verhältnismäßig teuer und erfordert zudem zur Herstellung der beiden Kittglieder einen relativ hohen fertigungstechnischen Aufwand.

Es hat nicht an Versuchen gefehlt, achromatische Mikroskop-Objektive, d. h. preiswerte Objektive achromatischer Korrektion aus möglichst wenig Linsen aufzubauen. Dies ist auch für Mikroskop-Objektive geringer Vergrößerung und kleiner Apertur gelungen; Versuche solche Objektive mit hoher Vergrößerung und hoher Apertur zu entwicklen, führten jedoch nicht zum Erfolg.

Aus der DE-OS 25 06 957 ist ein Mikroskop-Objektiv mit 25facher Vergrößerung und einer Apertur von 0.40 bekannt, das aus insgesamt 4 Linsen besteht. Die beiden ersten Linsen sind sammelnde Einzellinsen, denen ein

Kittglied aus einer zerstreuenden und einer sammelnden Linse nachgeordnet ist Der bei diesem Objektiv kleiner Vergrößerung und relativ niedriger Apertur erreichte Vorteil eines Aufbaus mit nui 4 Linsen läßt sich nicht ohne weiteres auf ein Mikroskop-Objektiv mit hoher Vergrößerung und zugleich hoher Apertur übertragen, dessen Brennweite naturgemäß wesentlich kürzer ist Eine Proportionalrechnung führt nicht zum Erfolg.

Es ist .'Am die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein preiswertes achromatisches Mikroskop-Objektiv mit einer Vergrößerung im Bereich 35- bis 45fach und einer numerischen Apertur >0.60 zu schaffen, das aus nur 4 Linsen besteht und dessen Abbildungsleistung mit derjenigen bekannter Objektive mindestens vergleichbar ist

Dies bedeutet also daß dieses Objektiv aus Gründen der Preisgünstigkeit ausschließlich unter Verwendung preiswerter Massengläser aufgebaut bein und den fertigungstechnischen Aufwand möglichst gering haiten soll.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angeführten Merkmale gelöst Die beanspruchte Merkmalskombination erfüllt die Forderung nach Verwendung preiswerter, tropenfester Massengläser; die Radien und Abstände der Linsenglieder ergeben sich bei dieser Glasauswahl aus den üblichen Korrektionsforderungen für ein achromatisches Objektiv zwangsläufig.

Bei dem Objektiv nach der Erfindung ist entgegen dem bekannten Konstruktionsprinzip wonach der Brechungsindex π bei Negativlinsen so niedrig wie möglich zu halten ist um die Petzval-Summe günstig zu beeinflussen, ein hochbrechendes Glas mit hoher Farbzerstreuung gewählt. Durch die Wahl eines solches Glases für die Negativlinse gelingt es die chromatische Längsaberration der übrigen, als Sammellinsen ausgebildeten Linsen dieses Objektivs zu kompensieren.

Als Glas für die Negativlinse kommt ein Massenglas infrage, das einen Brechungsindex /id>1.65 und eine Abbe-Zahl v<y<40 aufweist. Ein solches Glas ist beispielsweise unter der Bezeichnung SF 56 erhältlich.

Die ersten beiden Linsenglieder sind so ausgebildet, daß sie eine möglichst geringe Farbzerstreuung verursachen und zugleich einen günstigen Einfluß auf die Petzval-Summe ausüben. Dies läßt sich durch die Verwendung von Massengläsern erreichen, die eine hohe Abbe-Zahl und einen hohen Brechungsindex aufweisen. Infrage kommen Gläser aus dem Bereich /7rf> 1.55 mit i>d<45, beispielsweise Gläser die unter der Bezeichnung SK2, SKI6 oder SK51 erhältlich sind.

Die hohe Apertur von > 0.60 des Objektivs nach der Erfindung bedingt, daß die vierte, als Sammellinse ausgebildete Linse einen so niedrigen Brechungsindex hat daß an ihrer Grenzfläche (Kittfläche) zur Negativlinse eine hohe Brechzahldifferenz auftritt Eine solche ermöglicht es den sphärischen Zonenfehler trotz der hohen Apertur klein zu halten. Die Abbe-Zahl ist dabei so gewählt daß im Zusammenwirken mit den anderen Linsengliedern die chromatische Längsabweichung gut korrigiert ist Infrage kommt ein Masseglas aus dem Bereich nd< 1.57 mit v>50, wie es beispielsweise unter der Bezeichnung K7 erhältlich ist

ίο Durch die geschilderte Glas-Aus wahl läßt sich trotz des ungünstigen Einflusses des Kittgliedes auf die Petzval-Summe eine Bildfeldebnung erreichen, welche sogar noch besser ist als die von bekannten 5-Linsen-Mikroskop-Objektiven.

Um das Objektiv nach der Erfindung zusammen mit anderen Objektiven der Anmelderin verwenden zu können, bei denen die chromatische Vergrößerungsdifferenz bei 135 bis 1.5% iiegt, ist es vorteilhaft den Luftabstand ds zwischen der zweiten Einzellinse und

:o dem dritten Linsenglied so zu wählen, daß ds SO.BFgih. Fist dabei die Brennweite des Objektivs.

Es ist natürlich auch möglich, die Größe ds anders zu wählen, um eine andere gewünschte chromatische Vergrößerungsdifferenz zu erhalten.

Ein Ausführungsbeispiel für ein Mikroskop-Objektiv nach der Erfindung ist in Anspruch 3 angegeben.

Die Erfindung wird nun im folgenden anhand der Fig. 1—4 der Zeichnungen und der nachfolgenden Tabellen näher erläutert Im einzelnen zeigt

jo F i g. 1 ein Ausführungsbeispiei des neuen Mikroskop-Objektivs mit einer 40fachen Vergrößerung und einer numerischen Apertur 0.65,

F i g. 2 die Kurven für die sphärische Aberration des Objektivs nach F i g. 1,

Fig.3 die Kurven für den Astigmatismus des Objektivs nach F i g. 1,

Fig.4 die Kurve der Verzeichnung des Objektivs nach F i g. 1.
In F i g. 1 ist mit 1 ein Deckglas der üblichen Dicke von 0.17 mm bezeichnet. Die erste Linse 2 des Objektivs ist eine konkav-konvexe Sammellinse, auf welche die zweite, als bikonvexe Sammellinse ausgebildete Einzellinse 3 folgt. Das dritte Linsenglied ist als Kittglied ausgebildet und besteht aus einer Negativ-Linse <» und

4> einer bikonvexen Positiv-Linse 5. Zur Veranschaulichung des Strahlenganges ist der Hauptstrahl 6 sowie das durch die Strahlen 7 und 8 begrenzte Mittenbüschel eingezeichnet.
In der nachfolgenden Datentabelle sind die für das in F i g. 1 dargestellte Mikroskop-Objektiv geltenden Werte für die Radien r, die Dicken und Abstände d sowie den Brechungsindex /?dund die Abbe-Zahl αν der verwendeten Gläser zusammengestellt.

Tabelle 1

/= 1 jß= -40λ-

NA =0,65

Linse

Radius

r, = -1.089
r₂ = -0.640

Dicke
d

Absland

Brechungsindex

"rf

Abbe-Zahl

= 0.130

d₂ = 0.624

1.60738 56.65

Fortsetzung

Linse	Radius	7.938	Dicke	0.520	Abstand	Brechungs	Abbe-Zahl
						index
	r	1.371	d				»V/
					d) = 0.098
II	O =	4.902		0.217
			di, =			1.62041	60.33
	/4 = -	1.105		0.761
					d_s = 0.704
IU	's =	2.143
				1.78470	26.08
	r_b =
		di =		1.51112	60.41
	_r = _

Wie F i g. 2 zeigt, ist die sphärische Aberration dieses Objektivs gut korrigiert, ebenso der Astigmatismus wie F i g. 3 zeigt. Die zwischen den Kurven s und m der F i g. 3 liegende Krümmung ist bei dem neuen Mikroskop-Objektiv gegenüber vergleichbaren Objektiven mit fünf Linsen um 30% verbessert. Wie Fig.4 zeigt, weist das Objektiv nach Tabelle 1 nur eine sehr kleine Verzeichnung auf.

Die F i g. 2 bis 4 zeigen allgemein, daß bei dem

Tabelle 2

/= 1 ß= -35 a- NA =0,65

dargestellten Objektiv trotz der Verwendung von nut vier Linsen gegenüber vergleichbaren Objektiven mil fünf Linsen Mittenkorrektion und Verzeichnung mindestens gleichwertig sind, daß jedoch die mittler« Krümmung deutlich verbessert ist. In den nachfolgenden Tabellen sind die Daten für zwei weitere Ausführungsbeispiele des Mikroskop-Objektivs nach der Erfindung angegeben.

Linse	Radius	Dicke	Abstand	Brechungs	Abbe-Zahl
				index
	r	d	d	"rf	»'rf
			d_t =0.140
I	r, = -1.058
		d₂ = 0.623		1.60738	56.65
	r₂ = -0.639
			d_} = 0.098
II	r₃ = 7.935
		d₄ = 0.519		1.62041	60.33
	r₄ = -1.371
			d, = 0.690
III	r₅ = 4.904
		d₆ = 0.192		1.78470	26.08
	r₆ = 1.092
		rf₇ = 0.760		1.51112	60.41
	η = -2.142
Tabelle 3
/=1 β =	-45 λ: NA =0,65
Linse	Radius	Dicke	Abstand	Brechungs	Abbe-Zahl
				index
	Γ	d	d	"rf	Vrf

d_x = 0.134

r, = -1.149
r, = -0.646

d₂ = 0.622 1.60738

56.65

	7	8.017	27 18 896	d, = 0.524	d_s = 0.700	d_h = 0.244	8	Abbe-Zahl

Fortsetzung	Radius	1.385		Cl₁ = 0.768	Brechungs
Linse			Dicke Abstand		index
	r	4.951		Hierzu 2 Blatt Zeichnungen	*'1,1*
			*(I ti*			60.33
	0 =	1.116	cl_} = 0.097
Il				1.62041
	r = ~*	2.164
				26.08
	^rs ⁼
III		1.78470	60.41
	r₆ =
		1.51112
	*n = ~*

Claims

Patentansprüche:

1. Achromatisches Mikroskop-Objektiv mit einer Vergrößerung im Bereich 35- bis 45fach und einer numerischen Aperatur >0.60, bestehend aus drei Linsengliedern, wobei das erste Linsenglied eine sammelnde Einzellinse und das dritte Linsenglied ein Kittglied aus einer zerstreuenden und einer bikonve-

erstes Linsenglied (2)
zweites Linsenglied (3)
zerstreuende Linse (4)
des dritten Linsengliedes
bikonvexe Sammellinse (5)
des dritten Linsengliedes

wobei β,/ der Brechungsindex bei der Weilenlänge 587.6 nm, und r^die Abbe-Zahl ist

2. Achromatisches Mikroskop-Objektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftabstand zwischen dem zweiten Linsenglied (3) und dem dritten Linsenglied (4,5) ds SI 0,8 Fist.

xen sammelnden Linse ist, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Linsenglied (3) als sammelnde Einzellinse ausgebildet ist, und daß die Linsen aus preiswerten Massengläsern nach folgender Auswahl hergestellt sind