DE4322015C2 - Farbkorrigiertes Okular - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein farbkorrigiertes Okular, insbesondere ein farbkorrigiertes Mikroskopokular.

Aus der DE 26 35 141-C2 ist ein einfach aufgebautes Mikroskopokular bekannt, das auch für Brillenträger geeignet ist. Das Okular besteht aus zwei Gruppen, von denen eine aus einer Einzellinse und die andere aus einem zweielementigen Kittglied besteht. Für die einfache Herstellung des Okulars ist es außerdem günstig, daß eine Außenfläche des Kittgliedes eine Planfläche ist. Nachteilig an diesem Okular, dessen gekrümmten Flächen alle sphärisch sind, ist jedoch der relativ kleine scheinbare Betrachtungswinkel von etwa 44°. Derartig kleine Betrachtungswinkel werden den heute an ein Weitwinkelokular gestellten Anforderungen nicht gerecht.

Aus der US-A-5 162 945 sind Fernglas- und Teleskopokulare einfachen Aufbaus bekannt, bei denen der scheinbare Betrachtungswinkel 56° beträgt. Die einfachsten Ausführungsbeispiele, die bereits eine recht gute Korrektion aufweisen, haben ebenfalls einen zweikomponentigen Aufbau. Eine Komponente ist eine Einzellinse mit einer asphärischen Fläche und die zweite Komponente ist ein zweielementiges Kittglied. Wie sich aus den zugehörigen Konstruktionsparametern ergibt, sind hier sämtliche Linsenflächen gekrümmt. Dadurch ergibt sich hier für die Herstellung des Kittgliedes ein größerer Aufwand als für das Okular nach der DE 26 35 141-C2.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Okular mit einem einfachen Aufbau anzugeben, das einen scheinbaren Betrachtungswinkel von 50-60° und eine gute Farbkorrektion ermöglicht.

Das erfindungsgemäße farbkorrigierte Okular besteht aus zwei Gliedern, von denen eines eine Einzellinse mit einer asphärischen Fläche ist und das zweite Glied mindestens eine Planfläche aufweist.

Bei einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist das zweite Glied ein zweielementiges Kittglied. Der Herstellaufwand für dieses zweite Glied entspricht dann dem Herstellaufwand für das Kittglied im Okular nach der DE 26 35 141-C2. Und die asphärische Fläche der Einzellinse verursacht keinen nennenswerten Zusatzaufwand, da asphärische Einzellinsen heute - zumindest aus einigen ausgewählten Gläsern - durch blankpressen herstellbar sind.

Für die Korrektionseigenschaften des Okulares hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, das Kittglied zwischenbildseitig und mindestens eine Planfläche zur asphärischen Fläche benachbart anzuordnen. Durch die zwischenbildseitige Anordnung des Kittgliedes ergibt sich verglichen mit den eingangs genannten bekannten Okularen eine entgegengesetzte Reihenfolge von Einzellinse und Kittglied.

Bei einem besonders vorteilhaften Ausführungsbeispiel der Erfindung weicht die Brechkraft der Einzellinse um weniger als 10%, vorzugsweise sogar um weniger als 5%, von der Gesamtbrechkraft des Okulars ab. Bei einer derartigen Wahl der Beiträge von Einzellinse und Kittglied zur Gesamtbrechkraft des Okulars sind die Bildfehler nahezu unabhängig vom Abstand der Eintrittspupille des Okulars. Das Okular ist dadurch in Kombination mit Objektiven unterschiedlicher Lage der Austrittspupille einsetzbar. Dies ist insbesondere in der Mikroskopie vorteilhaft, wo die Objektive zusammen mit Relaisoptiken eingesetzt werden. Durch die Verwendung der gleichen Okulare unabhängig von der Lage der Austrittspupille der Objektive läßt sich die erforderliche Okularvielfalt reduzieren.

In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung hat das die Planfläche aufweisende Element des Kittgliedes eine negative Brechkraft. Die zwischenbildseitige Fläche des Kittgliedes ist dann gekrümmt. In einem zweiten und besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung hat das der asphärischen Fläche benachbarte Element des Kittgliedes eine positive Brechkraft und das zwischenbildseitige Element des Kittgliedes eine negative Brechkraft. In diesem Fall kann zusätzlich die zwischenbildseitige Eintrittsfläche des Kittgliedes eine Planfläche sein. Das Kittglied besteht dann aus einer plankonvexen und einer plankonkaven Linse, wodurch dessen Herstellaufwand noch weiter reduziert ist.

Der Abstand zwischen der Zwischenbildebene und der zwischenbildseitigen Eintrittsfläche des Okulars sollte mindestens das 0,6-fache der Gesamtbrennweite des Okulars betragen, damit auch bei einem Okular mit einer 10-fachen Gesamtvergrößerung eine Strichplatte in der Zwischenbildebene problemlos angeordnet werden kann.

Im folgenden werden Einzelheiten der Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Im einzelnen zeigen:

Fig. 1 den Linsenschnitt eines ersten Ausführungs­ beispiels der Erfindung;

Fig. 2 den Linsenschnitt eines zweiten Ausführungs­ beispiels der Erfindung;

Fig. 3 Korrektionskurven des Okulars nach Fig. 1 und

Fig. 4 Korrektionskurven des Okulars nach Fig. 2.

Das zweikomponentige Okular in der Fig. 1 besteht insgesamt aus nur drei Elementen (1-3). Die beobachtungsseitige Komponente besteht aus einer Einzellinse (1) mit einer der Austrittspupille (4) zugewandten sphärischen Fläche mit Flächenkrümmungsradius r₁. Die Eintrittsfläche der Einzellinse (1) ist asphärisch. Der Flächenkrümmungsradius der asphärischen Fläche ist am Scheitelpunkt mit r₂ bezeichnet. Die zweite Komponente, die zwischenbildseitig zur Einzellinse (1) angeordnet ist, ist ein Kittglied aus zwei Elementen (2, 3). Das der Einzellinse (1) benachbarte Element (2) des Kittgliedes ist eine Plankonkavlinse, deren Planfläche r₃ zur asphärischen Fläche r₂ benachbart ist. Das zwischenbildseitige zweite Element (3) des Kittgliedes ist eine Bikonvexlinse mit einem zwischenbildseitigen Flächenkrümmungsradius r₅. Der Flächenkrümmungsradius der Kittfläche ist mit r₄ bezeichnet. Die Einzellinse (1) besteht aus einem Glas, das von der Firma Schott Glaswerke, Mainz, unter der Bezeichnung B 270 angeboten wird und ist durch Blankpressen hergestellt. Das plankonkave Element (2) besteht aus dem Schwerflintglas SF 11 und das bikonvexe Element (3) aus dem Schwerkronglas SK 5. Auch diese Gläser werden von der Firma Schott, Mainz unter den angegebenen Bezeichnungen angeboten.

Mit d₁, d₃ und d₆ sind die Luftabstände und mit d₂, d₄ und d₅ die Linsendicken bezeichnet. Die Luftabstände und die Linsendicken sind dabei entlang der strichpunktiert dargestellten optischen Achse jeweils zwischen den Schnittpunkten der optischen Achse mit den Ebenen bzw. Flächen gemessen. Mit d₆ ist dabei der Abstand zwischen der Zwischenbildebene (5) und dem zwischenbildseitigen Scheitel des Elementes (3), mit d₅ die Dicke des Elementes (3), mit d₄ die Dicke des Elementes (2), mit d₃ der Abstand zwischen der Planfläche des Elementes (2) und dem Scheitel der asphärischen Fläche der Einzellinse (1), mit d₂ die Dicke der Einzellinse (1) und mit d₁ der Abstand zwischen dem beobachterseitigen Scheitel der Einzellinse (1) und der Austrittspupille (4) des Okulars bezeichnet. Die genauen Linsendaten sind in der Tabelle I angegeben.

Tabelle I

K = -1,
A₄ = 0,3260600
A₆ = 0,0381200
A₈ = -0,2081400
A₁₀ = 0,1235200
F_NO = 1 : 4,0
2w = 54°

Die angegebenen Flächenkrümmungsradien r und Dicken bzw. Abstände d sind darin auf die Gesamtbrennweite f des Okulars bezogen. Von der asphärischen Fläche der Einzellinse (1) ist in der Tabelle I der Scheitelkrümmungsradius r₂ angegeben. Die weiteren asphärischen Koeffizienten sind mit K, A₄, A₆, A₈ und A₁₀ bezeichnet und im unteren Teil der Tabelle angegeben. Die asphärische Oberfläche wird dabei durch die Gleichung 1:

representiert, wobei X der Abstand von einer tangentialen Ebene durch den asphärischen Scheitelpunkt an derjenigen Koordinate auf der asphärischen Oberfläche ist, wo die Höhe von der optischen Achse Y ist, und C die Krümmung (C = 1/r₂) des asphärischen Scheitelpunktes ist.

Das Okular hat einen Bildwinkel von 2w = 54° und damit eine maximale Sehfeldzahl von 25 mm bei einer Gesammtbrennweite f von 25 mm. Bei dieser einer zehnfachen Okularvergrößerung entsprechenden Gesamtbrennweite beträgt der freie Abstand (d₆) zwischen dem Okular und der Zwischenbildebene (5) 17,6 mm, so daß in die Zwischenbildebene (5) problemlos eine Strichplatte eingebracht werden kann. Der freie Abstand (d₁) zwischen dem Okular und der Austrittspupille (4) beträgt unter den gleichen Bedingungen 20 mm, so daß das Okular auch für Brillenträger geeignet ist.

Die Einzellinse (1) liefert einen Beitrag von 91% der Gesamtbrechkraft des Okulars.

Die Korrektionskurven des Okulars sind in der Fig. 3 dargestellt. Die sphärische Aberration, chromatische Aberration, transversale chromatische Aberration und der Astigmatismus sind darin in mm in der Zwischenbildebene (5) und die Verzeichnung in % angegeben. Bezüglich der chromatischen Aberration ist noch anzumerken, daß diese bei der e- (546,1 nm), F'- (480 nm) und C'-Linie (643 nm) praktisch identisch sind und die einzelnen Kurven daher nicht trennbar sind. Während der Astigmatismus in sagitaler Richtung unabhängig von der Lage der Eintrittspupille ist, ergibt sich für den gestrichelt dargestellten Astigmatismus in meridianer Richtung eine geringfügige Abhängigkeit von der Lage der Eintrittspupille. Der Astigmatismus in meridianer Richtung ist zwar für unendlichen Abstand der Eintrittspupille etwas größer als bei einem Pupillenabstand von 200 mm. Dennoch tritt für eintrittseitige Pupillenabstände zwischen 200 mm und unendlich keine nennenwerte Bildstörung durch Astigmatismus auf.

Das in der Fig. 2 dargestellte Okular enthält wiederum eine Einzellinse (1) mit einer asphärischen Fläche, deren Flächenkrümmungsradius im Scheitel mit r₂ bezeichnet ist. Zwischenbildseitig ist dieser Einzellinse wiederum ein zweielementiges Kittglied (2, 3) vorgeschaltet. Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel nach der Fig. 1 besteht das Kittglied (4) aus einem plankonvexen Element (2) und einem plankonkaven Element (3), die mit ihren konkaven bzw. konvexen Flächen verkittet sind. Das Kittglied weist dadurch sowohl eintrittsseitig als auch austrittsseitig Planflächen auf. Die Einzellinse (1) besteht hier aus BK7, das plankonvexe Element (2) aus einem Lanthan-Schwerflint-Glas (LASFN 30) und das plankonkave Element (3) aus dem Schwerflint SFL 6. Auch diese Gläser werden von der Fa. Schott Glaswerke, Mainz, unter den angegebenen Bezeichnungen angeboten. Die Bezugszeichen in der Fig. 2 stimmen mit denen aus der Fig. 1 überein, so daß auf die Bedeutung der einzelnen Radien r₁-r₅ und die Abstände d₁, d₃, d₆ und Dicken d₂, d₄, d₅ an dieser Stelle nicht noch einmal eingegangen zu werden braucht. Die genauen Daten des Okulars nach Fig. 2 sind in der Tabelle II angegeben. Von der asphärischen Fläche der Einzellinse (1) ist dabei in der Tabelle wiederum der Flächenkrümmungsradius r₂ im Scheitel angegeben. Die übrigen asphärischen Konstanten sind dem unteren Teil der Tabelle II zu entnehmen.

Tabelle II

K = -1
A₄ = 0,3347420
A₆ = 0,0504520
A₈ = 0,1571590
A₁₀ = -0,3842270
F_NO = 1 : 4,0
2w = 54°

Der Beitrag der Einzellinse (1) zur Gesamtbrechkraft des Okulars beträgt bei diesem Ausführungsbeispiel annähernd 99%.

Zur Bedeutung der asphärischen Konstanten sei dabei auf die Beschreibung zur Fig. 1 verwiesen. Wie den zugehörigen Korrektionskurven für die Zwischenbildebene (5) in Fig. 4 zu entnehmen ist, ist auch bei diesem Ausführungsbeispiel lediglich der strichpunktiert dargestellte Astigmatismus in meridianer Richtung vom Abstand der Eintrittspupille abhängig. Dabei ist die Astigmatismuskorrektur bei unendlichem Pupillenabstand besser als bei einem Abstand der Eintrittspupille von 200 mm; doch auch bei letzterem Pupillenabstand hält sich der Astigmatismus in vertretbaren Grenzen.

Das Okular nach der Fig. 2 und den optischen Daten nach Tabelle II hat bei einer Gesamtbrennweite f = 25 mm, also zehnfacher Okularvergrößerung, einen freien Luftabstand d₆ zwischen der Zwischenbildebene (5) und der Planfläche r₅ des zwischenbildseitigen Elementes (3) von 16,95 mm, der für das Einsetzen einer Okularstrichplatte ausreichend ist. Der Abstand d₁ zwischen der Austrittspupille (4) und der beobachtungsseitigen Randfläche r₁ der Einzellinse (1) beträgt bei zehnfacher Okularvergrößerung 22 mm, so daß auch dieses Okular für Brillenträger geeignet ist.

Claims (10)

1. Farbkorrigiertes Okular bestehend aus zwei Gliedern, von denen eines eine Einzellinse (1) mit einer asphärischen Fläche (r₂) ist, und das zweite Glied (2, 3) mindestens eine Planfläche (r₃; r₃, r₅) aufweist.

2. Farbkorrigiertes Okular nach Anspruch 1, wobei das zweite Glied (2, 3) ein Kittglied aus genau zwei Elementen ist.

3. Farbkorrigiertes Okular nach Anspruch 1 oder 2, wobei das zweite Glied (2, 3) zwischenbildseitig von der Einzellinse (1) angeordnet ist und die mindestens eine Planfläche (r₃) zur asphärischen Fläche (r₂) benachbart ist.

4. Farbkorrigiertes Okular nach einem der Ansprüche 1-3, wobei die Brechkraft der Einzellinse (1) um weniger als 10%, vorzugsweise um weniger als 5% von der Gesamtbrechkraft des Okulars abweicht.

5. Farbkorrigiertes Okular nach einem der Ansprüche 2-4, wobei das mindestens eine Planfläche (r₃) aufweisende Element (2) des Kittgliedes (2, 3) eine negative Brechkraft hat.

6. Farbkorrigiertes Okular nach einem der Ansprüche 2-4, wobei das Kittglied (2, 3) eine zweite, zwischenbildseitige Planfläche (r₅) aufweist.

7. Farbkorrigiertes Okular nach Anspruch 6, wobei das der asphärischen Fläche (r₂) benachbarte Element (2) des Kittgliedes eine positive Brechkraft und das zwischenbildseitige Element (3) des Kittgliedes eine negative Brechkraft aufweist.

8. Farbkorrigiertes Okular nach einem der Ansprüche 1-7, wobei die Einzellinse (1) aus Glas besteht und durch Plankpressen hergestellt ist.

9. Farbkorrigiertes Okular nach einem der Ansprüche 1-8, wobei der Abstand (d₆) zwischen der Zwischenbildebene (5) und der zwischenbildseitigen Fläche (r₅) des Okulars mindestens das 0,6-fache der Brennweite des Okulars beträgt.

10. Okular nach einem der Ansprüche 1-9, gekennzeichnet durch die in den Tabellen I oder II angegebenen Konstruktionsdaten für die auf eine Gesamtbrennweite f = 1.0 bezogenen Flächenkrümmungsradien r₁, r₂, r₃, r₄, r₅, r₅, Dicken d₂, d₄, d₅ und Abstände d₁, d₃, d₆, Brechzahlen nd, Abbezahlen νd und asphärische Konstanten K, A₄, A₆, A₈, A₁₀.