DE3812745A1 - Mikroskopobjektiv zur einstellung auf unterschiedliche deckglasdicken - Google Patents
Mikroskopobjektiv zur einstellung auf unterschiedliche deckglasdickenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Mikroskopobjektiv mit einem
Abbildungsmaßstab zwischen 32× und 60×, einer Apertur von
mindestens 0.5 und einer Einrichtung zur Einstellung auf
unterschiedliche Deckglasdicke.
Die Berechnung von Mikroskopobjektiven erfordert ab einer be
stimmten Apertur die Einbeziehung des Deckglases, bzw. eines
Deckglases mit vorgegebener Dicke in die Korrektur des Gesamt
objektivs. Denn das Deckglas bzw. die Abweichung von der vorge
gebenen Dicke beeinflußt den Öffnungsfehler (sphärische
Aberration) des Objektivs.
Da sich bei höheraperturigen Objektiven auch kleine Deckglas
differenzen bereits merkbar als Verschlechterung des mikros
kopischen Bildes auswirken, sind schon seit längerer Zeit
Korrektionsfassungen bekannt, die eine Einstellung auf unter
schiedliche Deckglasdicken erlauben. Solche Korrektions
fassungen, wie sie beispielsweise in der
AT-PS 1 70 000 sowie der DE-OS 26 02 730 beschrieben sind,
ändern den Luftabstand des in zwei Linsengruppen aufgeteilten
Objektivs. In der Regel wird hierbei die hintere Linsengruppe
verschoben, während die vordere Linsengruppe feststeht. Durch
diesen Eingriff wird auf die sphärische Aberration des
Objektivs eingewirkt und somit der Einfluß einer abweichenden
Deckglasdicke kompensiert.
Es sind auch Objektive mit Korrektionsfassungen bekannt, die
eine Einstellung über einen relativ großen Bereich der
Deckglasdicke von 1 bis 2 mm erlauben. Solche Objektive werden
beispielsweise in der Zellforschung benötigt, wo die Objekte
auf inversen Mikroskopen plaziert und durch den Boden des
Kulturgefäßes hindurch beobachtet werden. Objektive für diesen
Anwendungszweck sind beispielsweise in der DE-OS 31 13 802
sowie der gleichlautenden US-PS 44 03 835 und der
US-PS 46 66 256 beschrieben. Diese Objektive sehen ebenso wie
das in der DE-PS 10 37 719 beschriebene Objektiv eine zwischen
zwei feststehenden Linsengruppen verschiebbare Linse bzw.
Linsengruppe vor. Hierbei ändern sich zwei Luftabstände
gleichzeitig: Während die Änderung des einen Luftabstandes zur
Korrektur des durch das Deckglas eingeführten sphärischen
Fehlers dient, soll einer durch diese Verschiebung
herbeigeführten Verschlechterung der Feldkorrektion
(Astigmatismus) durch die gleichzeitig stattfindende zweite
Abstandsänderung entgegengewirkt werden.
Aus der genannten DE-PS 10 37 719 ist es außerdem bekannt,
gleichzeitig mit der Korrekturbewegung das gesamte Objektiv
zum Zwecke der Fokusnachstellung zu bewegen.
Mit den bekannten Maßnahmen lassen sich in dem interessierenden
Leistungsbereich, d.h. einem Abbildungsmaßstab zwischen 32-fach
und 60-fach und einer Apertur zwischen 0.5 und 0.7, jedoch nur
geringe Deckglasdickendifferenzen von ca. 1 mm korrigieren. Das
für eine Deckglasdickendifferenz von 2 mm angegebene Objektiv
40/0.55 in der DE-OS 31 13 802 hingegen weist Bildfehler,
insbesondere Astigmatismus auf, wie sie für ein Planobjektiv
mit geebnetem Bildfeld eigentlich nicht tolerierbar sind.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein
Mikroskopobjektiv mit einer Einrichtung zur Einstellung auf
unterschiedliche Deckglasdicken zu schaffen, das bei
gleichbleibend guter Korrektion der Bildfehler eine Einstellung
auf stark unterschiedliche Deckglasdicken erlaubt.
Ausgehend von einem Mikroskopobjektiv in dem im Oberbegriff von
Anspruch 1 genannten Leistungsbereich und einer zwischen einer
feststehenden ersten Linsengruppe und einer dritten, ebenfalls
feststehenden Linsengruppe angeordneten verschiebbaren zweiten
Linsengruppe, wird diese Aufgabe gemäß den im Kennzeichen des
Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen dadurch gelöst, daß eine
weitere Linse bzw. Linsengruppe zur Einstellung der Deckglas
dicke gleichzeitig gegenläufig zur zweiten Linsengruppe ver
schiebbar ist.
Diese weitere Linsengruppe ist zweckmäßig ein auf das dritte,
feststehende Linsenglied folgendes Kittglied mit negativer
Brechkraft. Da sich eine Änderung des Luftabstandes zwischen dem
feststehenden dritten Linsenglied und diesem negativen
Kittglied auf die Feldkorrektion des Objektivs, insbesondere
den Astigmatismus auswirkt und den sphärischen Fehler im
wesentlichen ungeändert läßt, können die beiden Fehleranteile
durch Verschieben der beiden Linsenglieder unabhängig
voneinander optimiert werden, so daß sich eine gute Korrektion
über einen weiten Bereich von Deckglasdickenänderungen ergibt.
Es hat sich gezeigt, daß keine komplizierten Bewegungsabläufe
zwischen den beiden Linsengliedern erforderlich sind, sondern
daß beide Linsengruppen im Zuge der Einstellbewegung linear
verschoben werden können. Dies läßt sich beispielsweise durch
Gewinde unterschiedlicher Steigung bewerkstelligen, oder durch
Nocken, die in entsprechende Nuten mit konstanter aber
unterschiedlicher Steigung in einem drehbaren Zwischenring der
Linsenfassung eingreifen.
Da zwischen den beiden verschiebbaren Linsengruppen eine
feststehende Linse bzw. Linsengruppe angeordnet ist, kann diese
als Zentrierlinse zum Ausgleich von Fertigungstoleranzen bei
der Montage des Objektivs verwendet werden und ist deshalb
zweckmäßig in einer Zentrierfassung aufgenommen. Außerdem kann
diese Linse als Träger für einen Phasenring benutzt werden.
Beim Phasenkontrastfahren ist es wichtig, die Stellung des
Phasenringes im Objektiv konstant zu halten, damit die
Abbildungsbedingung zwischen der Blende im Kondensor und dem
Phasenring im Objektiv auch bei unterschiedlichen
Deckglasdicken gut eingehalten bleibt.
Es ist weiterhin vorteilhaft, wenn die Fokusnachstellung für
das gesamte Objektiv mit der Einstellung auf unterschiedliche
Deckglasdicke gekoppelt ist und mit dem gleichen Verstellring
vorgenommen wird. Durch diese Maßnahme läßt sich das Objektiv
besonders leicht handhaben.
Da die Frontlinse des Objektivs an der Einstellbewegung auf
Deckglasdicke nicht teilnimmt sondern feststeht, kann das
Objektiv außerdem gut abgedichtet werden.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteran
sprüchen und der nachstehenden Beschreibung von Ausführungs
beispielen anhand der Fig. 1-3c der beigefügten Zeichnungen.
Fig. 1 zeigt ein Objektiv gemäß der Erfindung mit seiner
Fassung im Schnitt im Maßstab 1:3;
Fig. 2a, 2b u. 2c zeigen Linsenschnitte des Objektivs aus Fig. 1 bei
Einstellung auf Deckglasdicke D =0 (Fig. 2a),
Deckglasdicke D =1 mm (Fig. 2b) und Deckglasdicke
D =2 mm (Fig. 2c);
Fig. 3a, 3b u. 3c stellen die Korrektionskurven für die Bildfehler des
Objektivs bei Einstellung auf die drei genannten
Deckglasdicken dar.
Das in Fig. 1 und 2 dargestellte Objektiv ist ein Planachromat
mit einem Abbildungsmaßstab von 40× und einer Apertur von 0.6.
Es besitzt eine feststehende Frontlinse (L 1). Diese ist wie für
Objektive im angegebenen Leistungsbereich üblich als konkav-
konvexe Sammellinse ausgebildet. Auf die Frontlinse (L 1) folgt
eine konkav-konvexe Einzellinse (L 2) sowie ein aus drei Linsen
bestehendes Kittglied (L 3). Das Kittglied (L 3) besteht aus
einer bikonvexen Sammellinse zwischen je einer konvex-konkaven
und einer konkav-konvexen Negativlinse. Die aus den beiden
Linsengliedern (L 2) und (L 3) bestehende Linsengruppe ist wie
noch beschrieben wird entlang der optischen Achse verschiebbar.
An das Linsenglied (L 3) schließt sich eine feststehende
bikonvexe Einzellinse (L 4) an. Dieses Linsenglied (L 4) ist
ebenso wie die Frontlinse (L 1) feststehend. Den bildseitigen
Abschluß des Objektivs bildet ein weiteres, ebenfalls längs der
optischen Achse verschiebbares Linsenglied (L 5). Das
Linsenglied (L 5) ist ein Kittglied und besteht aus einer
bikonvexen Positivlinse und einer bikonkaven Negativlinse. Es
besitzt insgesamt eine negative Brennweite und dient zur
Feldkorrektion des Objektivs, d.h. es beseitigt insbesondere
den Astigmatismus, der auftritt, wenn die aus den beiden
Linsengliedern (L 2) und (L 3) bestehende Linsengruppe axial
verschoben wird.
Die Fassung des in Fig. 1 dargestellten Objektivs besitzt
einen äußeren, gehäusefesten Ring (1), der mit dem
Anschraubgewinde (2) des Objektivs versehen ist. In diesen Ring
(1) ist ein weiterer feststehender Ring (3) eingeschraubt.
Dieser Ring (3) trägt das Innengewinde (5) für einen dort
drehbar angeschraubten Zwischenring (4). Der Zwischenring (4)
ist mit einem Nocken (7) versehen, der in einer Ausnehmung
eines um den Ring (3) gelegten Betätigungsringes (6) eingreift.
Der drehbare Zwischenring (4) trägt außerdem zwei spiralförmige
Nuten mit gegenläufiger und unterschiedlich steiler Steigung.
In diese Nuten greifen einmal der an der Fassung (16) für das
Linsenglied (L 5) befestigte Nocken (17) sowie der an der
Schiebefassung (12) für die Abschlagsfassungen (13) und (14)
der beiden Linsenglieder (L 3) und (L 2) angeschraubte Nocken
(15) ein. Die Nocken (17) und (15) greifen außerdem durch
axiale Schlitze im Fassungsring (12) und die darum gelegte
Trägerhülse (11) hindurch. Die Trägerhülse (11) nimmt neben der
Fassung (10) für die Frontlinsengruppe auch alle anderen
Linsenfassungen (9, 12, 16) auf und ist mit Hilfe eines daran
angebrachten Nockens (18), der in einen Schlitz im fest
stehenden Ring (3) eingreift, gegen Verdrehung gesichert. Somit
ist sichergestellt, daß sich die Linsenglieder des Objektivs
bei einer Drehung des Betätigungsringes (6) zwar axial ver
schieben, jedoch nicht mitdrehen.
Wenn der Ring (6) zur Einstellung auf unterschiedliche
Deckglasdicken gedreht wird, dann führen die beiden
Linsenglieder (L 2/L 3 und L 5) eine gegenläufige Bewegung längs
der optischen Achse aus, wobei der Hub des Linsengliedes (L 5)
etwa dreimal so groß wie der Hub der Linsengruppe (L 1/L 2) ist.
Gleichzeitig bewegt sich die Schiebefassung (11) mit dem
gesamten Objektiv entlang der optischen Achse. Dies wird in der
Darstellung nach Fig. 2a, 2b und 2c deutlich, in denen die
Verhältnisse bei Einstellung auf Deckglasdicke 0 (Fig. 2a) auf
eine mittlere Deckglasdicke von D =1 mm (Fig. 2b) und
Einstellung auf eine Deckglasdicke von D =2 mm (Fig. 2c)
dargestellt sind. Hierbei ändern sich neben dem Arbeitsabstand
des Objektivs drei weitere Luftabstände, nämlich d₂, d₈ und
d₁₀. Mit Hilfe dieser Parameter läßt sich eine gleichbleibend
gute Bildfehlerkorrektur über den gesamten Bereich der
Deckglasdickenschwankung von 2 mm erzielen.
In der Tabelle I des Anspruchs 15 sind die Parameter des
Objektivs mit einem Abbildungsmaßstab von 40× und einer Apertur
von 0,6 aufgeführt, wie es in Fig. 1 bzw. Fig. 2 dargestellt
ist. In der Tabelle sind mit d die Dicken der Linsen und die
Luftabstände und mit r die Krümmungsradien der Linsenflächen
bezeichnet und wie in Fig. 2a bzw. 2b fortlaufend numeriert.
nd bezeichnet die Brechungsindices und ν d die Abbezahlen der
Gläser.
In den Fig. 3a bis 3c sind die Bildfehler dieses Objektivs,
nämlich sphärische Aberration, Astigmatismus und Verzeichnung
für die drei genannten Deckglasdicken D =0, D =1 mm und
D =2 mm dargestellt. Die sphärische Aberration und der
Astigmatismus sind in mm angegeben, während die Verzeichnung in
Prozent angegeben ist. Astigmatismus und Verzeichnung sind über
den gesamten Bildfelddurchmesser von
25 mm dargestellt.
Wie man erkennt besitzt das Objektiv für alle drei
Deckglasdicken sehr gut korrigierte Werte, die über das gesamte
Bildfeld unter der Sichtbarkeitsgrenze liegen. Das Objektiv
kann deshalb mit Recht als Planachromat bezeichnet werden.
Es soll an dieser Stelle noch hervorgehoben werden, daß die
Beibehaltung der guten Korrektionseigenschaften über den
gesamten Bereich der Deckglasdicke keinen übermäßigen
fertigungstechnischen Aufwand erfordert hat, denn alle
Bewegungsabläufe in der Fassung erfolgen linear, so daß keine
komplizierten Kurvenkörper gefertigt und justiert werden
müssen.
In der Tabelle II des Anspruchs 15 sind die Parameter eines
Objektivs mit einem Abbildungsmaßstab von 32× und einer
Apertur von 0.55 und in der Tabelle III die Parameter für ein
drittes Objektiv mit einem Abbildungsmaßstab von 50× und einer
Apertur von 0.65 angegeben. Diese beiden Objektive sind
ebenfalls Planachromaten und zeichnen sich durch eine ähnlich
gute Bildfehlerkorrektion aus wie das mit Linsenschnitt und
Korrektionskurven dargestellte Objektiv 40/0.60. Auch den
beiden Objektiven nach Tabelle II und Tabelle III liegt der in
Anspruch 14 angegebene prinzipielle Aufbau zugrunde, d.h. sie
bestehen ebenfalls aus acht Linsen in vier Gruppen, wobei die
aus der Einzellinse (L 2) und dem Kittglied (L 3) bestehende
zweite Linsengruppe und die aus dem Kittglied (L 4) bestehende
vierte Linsengruppe gegenläufig zueinander verschiebbar sind.
Der Linsenschnitt dieser beiden Objektive entspricht deshalb im
wesentlichen dem nach Fig. 2a-c, so daß auf eine nochmalige
Darstellung an dieser Stelle verzichtet werden kann.
Claims (16)
1. Mikroskopobjektiv mit einem Abbildungsmaßstab zwischen 32×
und 60×, einer Apertur von mindestens 0.5 und einer
Einrichtung zur Einstellung auf unterschiedliche
Deckglasdicken, wobei eine zwischen einer feststehenden
ersten Linse (L 1) bzw. Linsengruppe und einer dritten
ebenfalls feststehenden Linse (L 4) bzw. Linsengruppe eine
zweite Linse bzw. Linsengruppe (L 2/L 3) verschiebbar
angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine weitere
Linse bzw. Linsengruppe (L 5) gegenläufig zur zweiten Linse
bzw. Linsengruppe (L 2/ L 3) verschiebbar ist.
2. Mikroskopobjektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Bewegungen der beiden verschiebbaren Linsengruppen
(L 2/L 3; L 5) linear sind.
3. Mikroskopobjektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Bewegungshub der weiteren Linsengruppe (L 5) größer
als der Hub der zweiten Linsengruppe (L 2/L 3) ist.
4. Mikroskopobjektiv nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die Bewegungshübe mindestens um einen Faktor drei
unterschiedlich sind.
5. Mikroskopobjektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die dritte Linsengruppe (L 4) in einer Zentrierfassung
(9) aufgenommen ist.
6. Mikroskopobjektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Einrichtung zur Einstellung auf unterschiedliche
Deckglasdicke mit einer Einrichtung zur Fokusnachstellung
des gesamten Objektivs gekoppelt ist.
7. Mikroskopobjektiv nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß ein einziger Betätigungsring (6) vorgesehen ist, der
gleichzeitig die gegenläufige Bewegung der beiden
Linsenglieder (L 2/L 3; L 5) zur Deckglasdickenkorrektur und
die Bewegung des Gesamtobjektivs zur Fokusnachstellung
bewirkt.
8. Mikroskopobjektiv nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß zur Fokusnachstellung ein Feingewinde (5) an einem mit
dem Betätigungsring (6) gekoppelten Zwischenring (4) dient.
9. Mikroskopobjektiv nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
daß die Einrichtung zur Einstellung auf unterschiedliche
Deckglasdicke aus zwei mit den jeweiligen Linsenfassungen
verbundenen Nocken (15, 17) besteht, die in zwei Nuten mit
konstanter aber unterschiedlicher Steigung im Zwischenring
(4) eingreifen.
10. Mikroskopobjektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Änderung des Luftabstandes (d₁₀) zwischen dem
feststehenden dritten Linsenglied (L 4) und dem
verschiebbaren weiteren Linsenglied (L 5) auf die
Feldkorrektion des Objektivs, insbesondere den
Astigmatismus wirkt.
11. Mikroskopobjektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die beiden feststehenden Linsenglieder (L 1, L 4) positive
Einzellinsen sind.
12. Mikroskopobjektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die verschiebbare, zweite Linsengruppe eine positive
Brechkraft besitzt.
13. Mikroskopobjektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die gleichzeitig verschiebbare weitere Linsengruppe
(L 5) ein Kittglied mit negativer Brechkraft ist.
14. Mikroskopobjektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Objektiv ein Planachromat ist, acht Linsen in vier
Gruppen enthält und in Lichtrichtung gesehen folgenden
Aufbau besitzt:
- - eine Frontlinse in Form einer konkav-konvexen Sammel linse,
- - eine weitere konkav-konvexe Einzellinse (L 2) im Abstand (d₂) zur Frontlinse,
- - ein Kittglied (L 3) aus drei Linsen, wobei die mittlere Linse eine bikonvexe Sammellinse ist, die von einer konvex-konkaven und einer konkav-konvexen Zerstreuungs linse eingeschlossen ist,
- - eine bikonvexe Einzellinse (L 4) im Abstand (d₈) zum Kittglied (L 3),
- - ein aus einer bikonvexen Sammellinse und einer bikonkaven Zerstreuungslinse bestehendes Kittglied im Abstand (d₁₀) zur bikonvexen Sammellinse (L 4),
und daß die drei Abstände (d₂, d₈ und d₁₀) zur Einstellung
auf unterschiedliche Deckglasdicke variabel sind.
15. Objektiv nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das
Objektiv die in einer der drei nachstehenden Tabellen ange
gebenen Daten für die Linsenradien r, Linsendicke und Ab
stände d, Brechungsindizes nd und Abbezahlen ν d der ver
wendeten Gläser besitzt oder Werte, die ausgehend von einem
dieser Datensätze durch Variation einzelner Parameter zu
einem Objektiv mit gleichem Abbildungsmaßstab β und
gleicher numerischer Apertur A sowie einem vergleichbar
guten Korrektionszustand führen:
Tabelle I
Tabelle II
Tabelle III
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