專利名稱：顯微鏡物鏡鏡筒的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及沿光軸保持多個透鏡的鏡筒，是顯微鏡物鏡用的鏡筒。
迄今，作為透鏡鏡筒部分保持透鏡的方法，已知有例如接合方式、框內(nèi)定心方式、壓配方式等。
這里，所謂接合方式，是指通過機(jī)械加工制成保持透鏡的透鏡框，隨便地將完成了定心的透鏡嵌入單個透鏡框中之后加以固定，再將該透鏡框重疊組裝起來的方式(非調(diào)整組裝方式)。
另外，所謂框內(nèi)定心方式，是指將透鏡嵌入透鏡框中，在該狀態(tài)下進(jìn)行定心，然后將透鏡框固定，再將該透鏡框重疊組裝起來的方式。
其次，所謂壓配方式，是指在將完成了定心的透鏡插入透鏡框的透鏡孔中時，再追加對透鏡孔的加工，以便使透鏡不致松動、偏心等，然后用螺釘連接另一個透鏡框而組裝起來的方式。
如上所述，在現(xiàn)有的保持方法中，通過單個透鏡框或重疊間隔套管，使某個透鏡和另一透鏡之間達(dá)到規(guī)定的間隔。
在透鏡加工中，與金屬零件的加工不同，將其中心厚度加工成規(guī)定的值(中心厚度控制)并不容易。這時，當(dāng)透鏡的中心厚度產(chǎn)生誤差時，就會產(chǎn)生起因于該誤差的象差。以往，為了修正該象差而切削透鏡框或間隔套管，或者將墊圈等調(diào)整間隔用的構(gòu)件插入透鏡框和間隔套管之間，以調(diào)整透鏡之間的間隔。這樣的調(diào)整非常繁瑣，存在導(dǎo)致生產(chǎn)率低的問題。
因此，本發(fā)明的目的是從光學(xué)零件的制作誤差的觀點(diǎn)，重新認(rèn)識透鏡鏡筒部分的結(jié)構(gòu)，使空氣間隔調(diào)整達(dá)到最小限度，提高生產(chǎn)率。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的顯微鏡物鏡用的鏡筒沿規(guī)定的光軸至少保持接合透鏡部分和與該接合透鏡部分不同的另一透鏡部分，接合透鏡部分至少包括第1透鏡和與該第1透鏡接合的第2透鏡；第1透鏡的外徑比第2透鏡的外徑大；另一透鏡部分和第1透鏡將第2透鏡夾在中間配置；第1透鏡在第2透鏡一側(cè)的透鏡面和另一透鏡部分在第2透鏡一側(cè)的透鏡面配置得互相接觸，有用來決定第1透鏡和另一透鏡部分沿光軸方向的間隔的間隔決定構(gòu)件；設(shè)第2透鏡的中心厚度的總和為∑dL，且設(shè)第2透鏡和另一透鏡部分之間的空氣間隔為dA時，滿足∑dL+dA＝恒定值另外，如果采用本發(fā)明，最好使從第1透鏡在第2透鏡一側(cè)的透鏡面到另一透鏡部分在第2透鏡一側(cè)的透鏡面通過的近軸光線的換算傾角的符號相同。
另外，間隔決定構(gòu)件最好是能與透鏡外框嵌合、且呈圓筒形狀的間隔套管。
再者，在本發(fā)明中，所謂“透鏡面”是指對于通過該面的光線來說，與具有光學(xué)作用的研磨面及用與形成該研磨面的工序同樣的工序形成的研磨面相連續(xù)的連續(xù)面，在本發(fā)明中，例如有倒角的面不包括在“透鏡面”中。另外，上述研磨面不僅是有曲率的面，而且也可以是平面。
圖1是表示本發(fā)明的顯微鏡物鏡鏡筒之一例的剖面圖。
圖2是說明本發(fā)明的顯微鏡物鏡鏡筒的功能用的說明圖，(a)表示本發(fā)明具有的功能，(b)表示比較例具有的功能。
圖3是表示本發(fā)明的顯微鏡物鏡鏡筒的變形例的剖面圖。
圖4是表示顯微鏡物鏡鏡筒的比較例的剖面圖。
圖5是物鏡系統(tǒng)的基準(zhǔn)狀態(tài)的球面象差圖。
圖6是使用圖1所示的本發(fā)明的鏡筒時透鏡中心厚度變化時的球面象差圖。
圖7是使用圖4所示的比較例的鏡筒時透鏡中心厚度變化時的球面象差圖。
以下，參照


本發(fā)明的實(shí)施例。這里，圖1是本發(fā)明的顯微鏡物鏡鏡筒之一例的剖面圖。
圖1中，物鏡系統(tǒng)按照從樣品一側(cè)(圖中左側(cè))的順序，由雙凹形狀的負(fù)透鏡元件L1、與該負(fù)透鏡元件L1接合的雙凸形狀的正透鏡元件L2、雙凸形狀的兩個正透鏡元件L3、L4及使凸面朝向樣品側(cè)的凹凸形狀的負(fù)透鏡元件L5構(gòu)成。
另外，由于外筒10內(nèi)部裝有構(gòu)成該物鏡系統(tǒng)的各透鏡元件L1～L5，所以外筒10大致呈圓筒形狀，在對接面10a的成象側(cè)(圖中右側(cè))在顯微鏡本體的物鏡轉(zhuǎn)換器上設(shè)有螺紋接合用的螺紋部10b。
這里，負(fù)透鏡元件L1與本發(fā)明的第1透鏡對應(yīng)，正透鏡元件L2與本發(fā)明的第2透鏡對應(yīng)，正透鏡元件L3與本發(fā)明的另一透鏡部分對應(yīng)。
作為第1透鏡的負(fù)透鏡元件L1有與外筒10的內(nèi)徑大致相等的透鏡直徑。在負(fù)透鏡元件L1上，其樣品側(cè)被倒角，成象側(cè)(圖中右側(cè))的全部表面構(gòu)成透鏡面。即，在加工負(fù)透鏡元件L1時，首先通過研削、研磨而形成透鏡面L1a、L1b之后，進(jìn)行定心(使光軸重合，將周邊部分切削成規(guī)定的外徑的作業(yè))。然后，對透鏡面L1a一側(cè)進(jìn)行倒角。
作為第2透鏡的正透鏡元件L2的外徑形成得比作為第1透鏡的負(fù)透鏡元件L1的外徑小。因此，負(fù)透鏡元件L1的透鏡面L1b的直徑比正透鏡元件L2的透鏡面L2a、L2b的大。
在不偏心的狀態(tài)下，將這樣形成的負(fù)透鏡元件L1和正透鏡元件L2接合起來，得到本實(shí)施例中的接合透鏡部分。另外，在本實(shí)施例中，正透鏡元件L3、L4及負(fù)透鏡元件L5分別被定心成使其外徑大致與外筒10的內(nèi)徑相等。
下面，說明將構(gòu)成物鏡系統(tǒng)的各透鏡元件L1～L5裝入外筒10內(nèi)的順序。
首先，將接合透鏡部分L1、L2插入外筒10內(nèi)，以便使負(fù)透鏡元件位于樣品一側(cè)。然后，將作為間隔決定構(gòu)件的間隔套管1插入外筒10內(nèi)。該間隔套管1是一種具有與外筒10的內(nèi)徑大致相等的外徑，而且具有比正透鏡元件L2的外徑大的內(nèi)徑的圓筒形狀的構(gòu)件。其次，將正透鏡元件L3插入外筒10內(nèi)，且使其透鏡面L3a朝向正透鏡元件L2一側(cè)，然后，按照間隔套管2、正透鏡元件L4、間隔套管3、負(fù)透鏡元件L5的順序，將這些構(gòu)件插入外筒10內(nèi)。這里，間隔套管2、3都是具有與外筒10的內(nèi)徑大致相等的外徑的圓筒形狀的構(gòu)件。然后，將在外周部分設(shè)有螺紋部4a的透鏡壓環(huán)4擰到在外筒10的內(nèi)徑一側(cè)設(shè)的螺紋部10c上。
這樣，在本實(shí)施例中，作為間隔決定構(gòu)件的間隔套管1配置得分別與負(fù)透鏡元件L1的透鏡面L1b(第1透鏡在第2透鏡一側(cè)的透鏡面)和正透鏡元件L3的透鏡面L3a(另一透鏡部分在第2透鏡一側(cè)的透鏡面)相接觸。
設(shè)作為第2透鏡的正透鏡元件L2的中心厚度的總和為∑dL，且設(shè)該正透鏡元件L2和作為另一透鏡部分的正透鏡元件L3之間的空氣間隔為dA時，該間隔套管1滿足∑dL+dA＝恒定值另外，當(dāng)?shù)?透鏡由接合透鏡構(gòu)成時(即接合透鏡部分由3個以上的透鏡元件構(gòu)成時)，中心厚度的總和∑dL看作是與第1透鏡接合的接合透鏡部分的中心厚度的總和。
由于這樣構(gòu)成，正透鏡元件L2本身的中心厚度加工時即使有偏差，但負(fù)透鏡元件L1和正透鏡元件L3之間的間隔卻具有不發(fā)生任何變化的效果。另外，能放松對加工時中心厚度的控制較困難的透鏡的中心厚度公差的要求，還具有能降低制造成本的優(yōu)點(diǎn)。
另外，如果采用本實(shí)施例的方法，由于能減小正透鏡元件L2的外徑，所以能增加正透鏡元件L2研磨時的配置個數(shù)，再者，由于正透鏡元件L2的玻璃材料的費(fèi)用少了，所以具有低成本化的效果。
其次，如圖2(a)所示，在本實(shí)施例中，使作為間隔保持構(gòu)件的間隔套管1與構(gòu)成組合透鏡部分的負(fù)透鏡元件L1的透鏡面相接觸。這里，如圖2(b)所示，雖然也考慮了對負(fù)透鏡元件L1在正透鏡元件L2的一側(cè)(第2透鏡一側(cè))進(jìn)行倒角，但這時由于倒角加工時沿光軸方向的切削量G的誤差ΔG被作為負(fù)透鏡元件L1和正透鏡元件L3的間隔誤差相加，所以不好。另外，如果倒角后的面不垂直于光軸，則與該面接觸的間隔套管1以后的光學(xué)元件都呈相對于光軸傾斜的狀態(tài)，導(dǎo)致成象性能變壞，所以不好。另外，對負(fù)透鏡元件L1進(jìn)行倒角的做法會額外增加工時，因而導(dǎo)致成本增加，所以也不好。
換句話說，在本實(shí)施例中，不要進(jìn)行負(fù)透鏡元件L1在正透鏡元件L2一側(cè)的倒角，不僅能減少工時，而且具有能提高負(fù)透鏡元件L1和正透鏡元件L3的間隔精度的優(yōu)點(diǎn)。
返回圖1，如果采用本實(shí)施例，則最好使從第1透鏡在第2透鏡一側(cè)的透鏡面(負(fù)透鏡元件L1的透鏡面L1b)到另一透鏡部分在第2透鏡一側(cè)的透鏡面(正透鏡元件L3的透鏡面L3a)通過的近軸光線的換算傾角(α2～α4)的符號相同。換句話說，在作為間隔決定構(gòu)件的間隔套管1所接觸的透鏡面之間，最好使通過這些透鏡面的近軸光線的換算傾角的符號相同。另外，關(guān)于換算傾角的定義記載于松居吉哉著的“透鏡設(shè)計(jì)方法”第20頁，共立出版社發(fā)行。
上述的“近軸光線的換算傾角的符號相同”意味著在這些透鏡面之間，近軸光線經(jīng)常發(fā)散或收斂。
這時，作為第2透鏡的正透鏡元件L2的中心厚度變化時，與此相伴隨，正透鏡元件L2和正透鏡元件L3之間形成的空氣透鏡的中心厚度也變化，能利用空氣透鏡的中心厚度的變化產(chǎn)生的象差抵消或減小正透鏡元件L2的中心厚度變化所產(chǎn)生的象差。
由于這樣構(gòu)成，正透鏡元件L2的中心厚度加工時，即使偏差超出了規(guī)定的設(shè)計(jì)值，但安裝到外框中之后，象差就被抵消，所以能減少象現(xiàn)有的產(chǎn)品那樣調(diào)整透鏡間隔的調(diào)整量，具有能供給制造容易價(jià)格便宜的產(chǎn)品的效果。
其次，在以上說明的實(shí)施例中，給出了將本發(fā)明應(yīng)用于以接合方式組裝的顯微鏡物鏡中的例，但本發(fā)明不只限于接合方式，還能應(yīng)用于例如框內(nèi)定心方式和壓配形式。
另外，在上述的實(shí)施例中，作為間隔保持構(gòu)件的間隔套管與外筒之間彼此為獨(dú)立的構(gòu)件，但該間隔保持構(gòu)件也可以與外筒呈一整體。圖3是表示間隔保持構(gòu)件與外框一體化的例的剖面圖。
在圖3中，在外筒20的內(nèi)側(cè)設(shè)有利用例如旋床加工形成的臺階部20a，正透鏡元件L11的透鏡面與該臺階部20a的一端面20a1接觸。這里，在正透鏡元件L11上接合著負(fù)透鏡元件L12，該負(fù)透鏡元件L12的外徑比正透鏡元件L11的外徑小。該正透鏡元件L11利用可與外筒20進(jìn)行螺紋接合的壓環(huán)11加以固定。另外，正透鏡元件L13與臺階部20a的另一端面20a2接觸，該正透鏡元件L13利用可與外筒20進(jìn)行螺紋接合的壓環(huán)12加以固定。在該圖3所示的例中，負(fù)透鏡元件L12和正透鏡元件L13的間隙不會發(fā)生任何變化，能放松對加工時中心厚度的控制較困難的透鏡的中心厚度公差的要求，具有能降低制造成本的優(yōu)點(diǎn)。
另外，在以上的說明中，說明了與第1透鏡接合的第2透鏡也可以是接合透鏡，但不用說，第1透鏡本身也可以是接合透鏡。以下，對圖1所示的實(shí)施例的數(shù)值例和圖4所示的現(xiàn)有例進(jìn)行比較。這里，在圖4所示的現(xiàn)有例中，具有與圖1所示的實(shí)施例的數(shù)值例相同的曲率半徑、面間距、折射率及阿貝數(shù)的各光學(xué)元件，在圖4中，具有與圖1相同的功能的構(gòu)件標(biāo)以相同的符號。
在圖4中的現(xiàn)有例中，與圖1所示的例不同之點(diǎn)在于接合透鏡部分和配置在其成象側(cè)的透鏡之間的間隔決定方法。即，在圖4所示例中，構(gòu)成接合透鏡部分的正透鏡元件L20具有與負(fù)透鏡元件L1相同的外徑，決定該接合透鏡部分L1、L20和正透鏡元件L3的間隔的間隔套管13與正透鏡元件L20和正透鏡元件L3相接觸。因此，當(dāng)正透鏡元件L20的中心厚度有變化時，負(fù)透鏡元件L1和正透鏡元件L3的間隔隨著正透鏡元件L20的中心厚度的變化而變化。
以下的表1中示出了圖1(圖4)中各數(shù)據(jù)例。
在表1中，f是焦距，β是與后文所述的第2物鏡接合時的橫向放大率，N.A.是物體一側(cè)的數(shù)值孔徑。另外，在表1中，ri是第i面的曲率半徑，di是第i面和第i+1面之間的間隔，ndi是第i面和第i+1面之間的介質(zhì)對d線(λ＝587.6nm)的折射率(空白表示介質(zhì)是空氣)，νdi是第i面和第i+1面之間的介質(zhì)對d線(λ＝587.6nm)的阿貝數(shù)(空白表示介質(zhì)是空氣)。f＝20mmβ＝-10×N.A.＝0.25r1＝-12.264 d1＝8.96 nd1＝1.6889νd1＝31.1r2＝+44.184 d2＝5.27 nd2＝1.4978νd2＝82.5r3＝-14.935 d3＝1.05r4＝+88.709 d4＝2.97 nd4＝1.5186νd4＝70.0r5＝-37.364 d5＝0.48r6＝+37.364 d6＝2.97 nd6＝1.5186νd6＝70.0r7＝-88.709 d7＝23.25r8＝+31.604 d8＝5.66 nd8＝1.5474νd8＝53.5r9＝+16.385另外，在以下的計(jì)算中，包括計(jì)算厚為0.17mm、對d線的折射率nd＝1.522、對d線的阿貝數(shù)νd＝58.8的玻璃罩。
在該表1所示的物鏡系統(tǒng)中，采用圖1中的鏡筒結(jié)構(gòu)時，作為間隔決定構(gòu)件的間隔套管1所接觸的透鏡面(r2～r4)上的近軸光線的換算傾角的值如下所示。
α2＝-17.54α3＝-8.60α4＝-6.97另外，上述換算傾角的值是將來自以下所示的第2物鏡的成象側(cè)的透鏡面的近軸光線的換算傾角的值αend定為αend＝1時的值。
其次，該表1所示的物鏡系統(tǒng)是被設(shè)計(jì)成無限遠(yuǎn)的系統(tǒng)，例如能與以下的表2所示的第2物鏡接合使用。另外，在表2中，ri是第i面的曲率半徑，di是第i面和第i+1面之間的間隔，ndi是第i面和第i+1面之間的介質(zhì)對d線(λ＝587.6nm)的折射率(空白表示介質(zhì)是空氣)，νdi是第i面和第i+1面之間的介質(zhì)對d線(λ＝587.6nm)的阿貝數(shù)(空白表示介質(zhì)是空氣)。r1＝+75.045 d1＝5.1 nd1＝1.6228νd1＝57.0r2＝-75.045 d2＝2.0 nd2＝1.7495νd2＝35.2r3＝+1600.580 d3＝7.5r4＝+50.256 d4＝5.1 nd4＝1.6676νd4＝42.0r5＝-84.541 d5＝1.8 nd5＝1.6127νd5＝44.4r6＝+36.911另外，表1所示的物鏡系統(tǒng)和表2所示的第2物鏡的間隔可以為80～200mm之間的任何值，但在以下圖5～圖7所示的比較中，該間隔取為140mm。
這里，圖5是基準(zhǔn)狀態(tài)(表1及表2所示的各數(shù)據(jù)的狀態(tài))的球面象差圖，圖6是使用圖1所示的鏡筒結(jié)構(gòu)時，正透鏡元件L2的中心厚度變化+0.3mm后的狀態(tài)(正透鏡元件L2和正透鏡元件L3的空氣間隔變化-0.3mm)的球面象差圖，圖7是使用圖4所示的現(xiàn)有的鏡筒結(jié)構(gòu)時，正透鏡元件L2的中心厚度變化+0.3mm后的狀態(tài)(正透鏡元件L2和正透鏡元件L3的空氣間隔不變化)的球面象差圖。另外，在各球面象差圖中，NA表示樣品側(cè)的數(shù)值孔徑，d表示d線(λ＝587.6nm)，F(xiàn)表示F線(λ＝486.1nm)，C表示C線(λ＝656.3nm)，g表示g線(λ＝435.8m)。
由圖5、圖6可知，在應(yīng)用本發(fā)明的鏡筒結(jié)構(gòu)的圖1所示的例中，正透鏡元件L2的中心厚度即使變化+0.3mm，象差的變化也非常小。
與此不同，在使用圖4所示的現(xiàn)有的鏡筒結(jié)構(gòu)時，由圖7可知，如果具有與正透鏡元件L2同樣的曲率半徑、透鏡厚度、折射率及阿貝數(shù)的正透鏡元件L20的中心厚度與圖6一樣變化+0.3mm，則與圖5所示的基準(zhǔn)狀態(tài)相比，象差發(fā)生顯著的變化。
這樣，在與本發(fā)明有關(guān)的實(shí)施例中，能放松對正透鏡元件L2的公差的要求，因此具有能降低制造成本的極佳效果。
如上所述，如果采用本發(fā)明，則能使空氣間隔的調(diào)整達(dá)到最小限度，能提高生產(chǎn)率。
權(quán)利要求
1.一種顯微鏡物鏡用的鏡筒，其特征在于它沿規(guī)定的光軸至少保持接合透鏡部分和與該接合透鏡部分不同的另一透鏡部分，上述接合透鏡部分至少包括第1透鏡和與該第1透鏡接合的第2透鏡；上述第1透鏡的外徑比上述第2透鏡的外徑大；上述另一透鏡部分和上述第1透鏡將上述第2透鏡夾在中間配置；上述第1透鏡在上述第2透鏡一側(cè)的透鏡面和上述另一透鏡部分在上述第2透鏡一側(cè)的透鏡面配置得互相接觸，有用來決定上述第1透鏡和上述另一透鏡部分沿光軸方向的間隔的間隔決定構(gòu)件；設(shè)上述第2透鏡的中心厚度的總和為∑dL，且設(shè)上述第2透鏡和上述另一透鏡部分之間的空氣間隔為dA時，滿足∑dL+dA＝恒定值
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的顯微鏡物鏡的鏡筒，其特征在于使從上述第1透鏡在上述第2透鏡一側(cè)的透鏡面到上述另一透鏡部分在上述第2透鏡一側(cè)的透鏡面通過的近軸光線的換算傾角的符號相同。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的顯微鏡物鏡的鏡筒，其特征在于上述間隔決定構(gòu)件是能與透鏡外框嵌合、且呈圓筒形狀的間隔套管。
全文摘要
一種顯微鏡物鏡用的鏡筒,能使空氣間隔調(diào)整達(dá)到最小限度,提高生產(chǎn)率。該鏡筒沿規(guī)定的光軸至少保持接合透鏡和另一透鏡,接合透鏡包括第1透鏡和與其接合的第2透鏡,第1透鏡的外徑比第2透鏡的外徑大,另一透鏡和第1透鏡將第2透鏡夾在中間,第1透鏡在第2透鏡一側(cè)的透鏡面和另一透鏡在第2透鏡一側(cè)的透鏡面相接觸。還備有決定透鏡之間間隔的間隔決定構(gòu)件。設(shè)第2透鏡的中心厚度的總和為∑dL,第2透鏡和另一透鏡之間的空氣間隔為dA時,滿足∑dL+dA=恒定值。
文檔編號G02B21/02GK1182218SQ9712047
公開日1998年5月20日 申請日期1997年10月16日 優(yōu)先權(quán)日1996年10月16日
發(fā)明者山廣知彥, 海津均 申請人:株式會社尼康