Objektiv zu Stereomikroskop
Die vorliegende Erfindung betrifft Stereomikroskop Objektive, die auf Unendlich korrigiert sind, deren relative Öffnung mindestens 1:1,8 beträgt, und deren gegenstandsseitige Schnittweite gleich oder grösser als 3/4 der Brennweite ist. Mit der Entwicklung von solchen Objektiven wurde das Zielverfolgt, ein hohesAuflösungsvermögen bei starken Vergrösserungen zu erreichen.
Gleichzeitig wurde auch die Erzielung eines grossen Arbeitsabstandes, d. h. eines grossen Verhältnisses zwischen der gegenstandsseitigen Schnittweite und der Brennweite, angestrebt.
Es sind zwei Konstruktionsarten von Stereomikroskopen bekannt, deren Unterschied vorwiegend im optischen Aufbau liegt. Beim Greenough-System (Fig. 1) konvergieren die beiden Objektivachsen auf den zentralen Gegenstandspunkt hin. Dieses System ist aus zwei Gründen für starke Vergrösserungen ungeeignet. Durch die Neigung der optischen Achsen gegenüber der Normalen zur Gegenstandsebene ergeben sich geneigte Bildebenen Bj und B2. Die Tiefenvergrösserung wächst dabei mit dem Quadrat der seitlichen Vergrösserung, und es entstehen dadurch räumliche Verzerrungen, die sich mit zunehmendem Abbildungsmassstab vergrössern.
Ferner liegen, bedingt durch die Konvergenzgeometrie, die beiden Objektive sehr nahe beieinander. Dadurch ist bei einem normalen Konvergenzwinkel von 160 die numerische Apertur NA=sin a auf einem maximalen Wert von 0,12 begrenzt. Nach der theoretisch begründeten Regel, dass zur Erreichung einer optimalen Bildauflösung die förderliche Vergrösserung innerhalb eines Bereiches von 500- und 1000mal der numerischen Apertur liegen soll, bringen somit beim Greenough-System Vergrösserungen, welche über 120fach liegen, keine Verbesserung der Bilddefinition.
Bei der zweiten Bauart sind die konstruktionsbedingten Nachteile des Greenough-Systems behoben. Die Konvergenz zur Erreichung eines Stereoeffektes wird hier mittels eines auf Unendlich korrigierten grossen Frontobjektives erreicht, auf das zwei getrennte und parallel zueinander stehende Bildübertragungssysteme folgen (Fig. 2). Sowohl die Gegenstandsebene G als auch die beiden Bildebenen Ba und B4 liegen senkrecht zu den optischen Achsen der zugeordneten Systeme. Eine Bildverzerrung in der Art, wie sie beim Greenough-System entsteht, fällt somit dahin. Nach rein geometrischen Gesichtspunkten liegt keine Begrenzung der numerischen Apertur vor. Letztere ist indessen durch den Grad der Bildfehlerkorrektion des grossen Hauptobjektives gegeben.
Die nicht achssymmetrische Beanspruchung des Objektivs erfordert eine sehr gute Zonenkorrektion des Öffnungsfehlers und eine Behebung des Gaussfehlers (chromatische Differenz des Öffnungsfehlers). Es sind Stereomikroskop-Objektive bekannt, bei welchen diese Abbildungsfehler für kleinere Aperturen behoben sind. Zur Erhöhung der numerischen Apertur werden sie durch Vorsatzsysteme ergänzt.
Untersuchungen haben ergeben, dass auf diese Art der Gaussfehler für grosse Öffnungsverhältnisse nur ungenügend korrigiert werden kann. Dadurch ist das Bildfeld, einschliesslich der Bildmitte, mit unsymmetrischen Farbsäumen behaftet. Ausserdem ist die gegenstandsseitige Schnittweite, in der Praxis Arbeitsabstand genannt, sehr kurz. Im Anwendungsbereich von Stereomiskroskopen wird aber ein grosser Abstand zwischen Gegenstand und Objektivscheitel gefordert, damit Manipulationen am Gegenstand ungehindert ausgeführt werden können.
Mit der vorliegenden Erfindung sollen die vorgenannten Nachteile weitgehend behoben werden. Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert:
In Fig. 3 ist ein vierlinsiges Objektiv dargestellt. Der Meniskus M3 von negativer Brechkraft wird durch einen Luftabstand 12 von der annähernd plankovexen Linse Lj getrennt. Dieser Luftabstand ist erfindungsgemäss grösser als 5 O/o der Objektiv-Brennweite.
Dadurch wird nach dem Prinzip des umgekehrten Teleobjektivs eine grosse gegenstandsseitige Schnittweite SA erreicht. Ferner werden mit dem Luftabstand und einer geeigneten Durchbiegung der Linsen, durch welche die Hohlung des Meniskus M3 nach der Seite des Gegenstandes A gerichtet wird, zusätzlich die Zone und die chromatische Differenz des Öffnungsfehlers überkorrigiert. Man erreicht damit eine Kompensation der Unterkorrektion des Kittgliedes K. Dieses setzt sich aus einem Meniskus M1 von positiver Brechkraft und einem Meniskus M2 von negativer Brechkraft zusammen. Es wird zur Erhöhung des Öffnungsverhältnisses der beiden Einzellinsen L1 und M3 auf der Gegenstands seite vorgesetzt.
Die Entwicklung hat gezeigt, dass die HohIung der Kittfläche ebenfalls nach der Seite des Gegenstandes A gerichtet sein muss, damit die bei einem derart grossen Öffnungsverhältnis auftretenden Komakoeffizienten höherer Ordnung beseitigt werden können. Erfindungsgemäss liegen dann die 3 Krümmungszentren Ct, C2 und C3 der sphärischen Flächen des Kittgliedes und die Krümmungszentren C6 und C7 der sphärischen Flächen des negativen Meniskus M3 auf der Seite des Gegenstandes A.
Dem in Fig. 3 dargestellten Beispiel entsprechen für die Brennweite f=100 die nachfolgenden Zahlenwerte: nd v rj = - 91,57 M1 d1 = 12,5 1,61765 55,14 r2 = - 35,83 M2 d2 = 6,05 1,7552 27,58 r3 = - 53,71 11= 1,75 r4 = +701,99 L1 d3 = 12 1,6779 55,20 r5 - 78,55 12 = 8,58 = = - 70,93 M3 d4= 5,4 1,7847 26,08 r7 = -127,1 S1 = - 79,885
Im Beispiel der Fig. 4 ist im Sinne der vorliegenden Erfindung ein fünflinsiges Objektiv dargestellt. Die Entwicklung hat gezeigt, dass durch bildseitiges Anfügen einer Linse L2 von schwacher positiver Brechkraft das Öffnungsverhältnis stark vergrössert werden kann.
Die nachfolgenden Zahlenwerte gelten für eine Objektiv Brennweite f=100.
1, r1 = - 89,68
M1 d1 = 13,0 1,62014 60,31 r2 = - 35,41 M2 d2= 6,1 1,75693 31,8 r3 = - 52,85 l1 = 0,8 r4 = -1340 L1 d3= 12,2 1,6779 55,20 r5 = - 77,52 12 = 8,96 r6 = - 73,24 d4 = 7,0 1,7847 26,08 r7 = - 139,1 13 = 0,2 r8 = -1612,2 L2 d5= 9,0 1,6779 55,20 r9 = - 325 st = - 75,60