专利名称：显微镜物镜镜筒的制作方法
技术领域：
本发明涉及沿光轴保持多个透镜的镜筒，是显微镜物镜用的镜筒。
迄今，作为透镜镜筒部分保持透镜的方法，已知有例如接合方式、框内定心方式、压配方式等。
这里，所谓接合方式，是指通过机械加工制成保持透镜的透镜框，随便地将完成了定心的透镜嵌入单个透镜框中之后加以固定，再将该透镜框重叠组装起来的方式(非调整组装方式)。
另外，所谓框内定心方式，是指将透镜嵌入透镜框中，在该状态下进行定心，然后将透镜框固定，再将该透镜框重叠组装起来的方式。
其次，所谓压配方式，是指在将完成了定心的透镜插入透镜框的透镜孔中时，再追加对透镜孔的加工，以便使透镜不致松动、偏心等，然后用螺钉连接另一个透镜框而组装起来的方式。
如上所述，在现有的保持方法中，通过单个透镜框或重叠间隔套管，使某个透镜和另一透镜之间达到规定的间隔。
在透镜加工中，与金属零件的加工不同，将其中心厚度加工成规定的值(中心厚度控制)并不容易。这时，当透镜的中心厚度产生误差时，就会产生起因于该误差的象差。以往，为了修正该象差而切削透镜框或间隔套管，或者将垫圈等调整间隔用的构件插入透镜框和间隔套管之间，以调整透镜之间的间隔。这样的调整非常繁琐，存在导致生产率低的问题。
因此，本发明的目的是从光学零件的制作误差的观点，重新认识透镜镜筒部分的结构，使空气间隔调整达到最小限度，提高生产率。
为了达到上述目的，本发明的显微镜物镜用的镜筒沿规定的光轴至少保持接合透镜部分和与该接合透镜部分不同的另一透镜部分，接合透镜部分至少包括第1透镜和与该第1透镜接合的第2透镜；第1透镜的外径比第2透镜的外径大；另一透镜部分和第1透镜将第2透镜夹在中间配置；第1透镜在第2透镜一侧的透镜面和另一透镜部分在第2透镜一侧的透镜面配置得互相接触，有用来决定第1透镜和另一透镜部分沿光轴方向的间隔的间隔决定构件；设第2透镜的中心厚度的总和为∑dL，且设第2透镜和另一透镜部分之间的空气间隔为dA时，满足∑dL+dA＝恒定值另外，如果采用本发明，最好使从第1透镜在第2透镜一侧的透镜面到另一透镜部分在第2透镜一侧的透镜面通过的近轴光线的换算倾角的符号相同。
另外，间隔决定构件最好是能与透镜外框嵌合、且呈圆筒形状的间隔套管。
再者，在本发明中，所谓“透镜面”是指对于通过该面的光线来说，与具有光学作用的研磨面及用与形成该研磨面的工序同样的工序形成的研磨面相连续的连续面，在本发明中，例如有倒角的面不包括在“透镜面”中。另外，上述研磨面不仅是有曲率的面，而且也可以是平面。
图1是表示本发明的显微镜物镜镜筒之一例的剖面图。
图2是说明本发明的显微镜物镜镜筒的功能用的说明图，(a)表示本发明具有的功能，(b)表示比较例具有的功能。
图3是表示本发明的显微镜物镜镜筒的变形例的剖面图。
图4是表示显微镜物镜镜筒的比较例的剖面图。
图5是物镜系统的基准状态的球面象差图。
图6是使用图1所示的本发明的镜筒时透镜中心厚度变化时的球面象差图。
图7是使用图4所示的比较例的镜筒时透镜中心厚度变化时的球面象差图。
以下，参照
本发明的实施例。这里，图1是本发明的显微镜物镜镜筒之一例的剖面图。
图1中，物镜系统按照从样品一侧(图中左侧)的顺序，由双凹形状的负透镜元件L1、与该负透镜元件L1接合的双凸形状的正透镜元件L2、双凸形状的两个正透镜元件L3、L4及使凸面朝向样品侧的凹凸形状的负透镜元件L5构成。
另外，由于外筒10内部装有构成该物镜系统的各透镜元件L1～L5，所以外筒10大致呈圆筒形状，在对接面10a的成象侧(图中右侧)在显微镜本体的物镜转换器上设有螺纹接合用的螺纹部10b。
这里，负透镜元件L1与本发明的第1透镜对应，正透镜元件L2与本发明的第2透镜对应，正透镜元件L3与本发明的另一透镜部分对应。
作为第1透镜的负透镜元件L1有与外筒10的内径大致相等的透镜直径。在负透镜元件L1上，其样品侧被倒角，成象侧(图中右侧)的全部表面构成透镜面。即，在加工负透镜元件L1时，首先通过研削、研磨而形成透镜面L1a、L1b之后，进行定心(使光轴重合，将周边部分切削成规定的外径的作业)。然后，对透镜面L1a一侧进行倒角。
作为第2透镜的正透镜元件L2的外径形成得比作为第1透镜的负透镜元件L1的外径小。因此，负透镜元件L1的透镜面L1b的直径比正透镜元件L2的透镜面L2a、L2b的大。
在不偏心的状态下，将这样形成的负透镜元件L1和正透镜元件L2接合起来，得到本实施例中的接合透镜部分。另外，在本实施例中，正透镜元件L3、L4及负透镜元件L5分别被定心成使其外径大致与外筒10的内径相等。
下面，说明将构成物镜系统的各透镜元件L1～L5装入外筒10内的顺序。
首先，将接合透镜部分L1、L2插入外筒10内，以便使负透镜元件位于样品一侧。然后，将作为间隔决定构件的间隔套管1插入外筒10内。该间隔套管1是一种具有与外筒10的内径大致相等的外径，而且具有比正透镜元件L2的外径大的内径的圆筒形状的构件。其次，将正透镜元件L3插入外筒10内，且使其透镜面L3a朝向正透镜元件L2一侧，然后，按照间隔套管2、正透镜元件L4、间隔套管3、负透镜元件L5的顺序，将这些构件插入外筒10内。这里，间隔套管2、3都是具有与外筒10的内径大致相等的外径的圆筒形状的构件。然后，将在外周部分设有螺纹部4a的透镜压环4拧到在外筒10的内径一侧设的螺纹部10c上。
这样，在本实施例中，作为间隔决定构件的间隔套管1配置得分别与负透镜元件L1的透镜面L1b(第1透镜在第2透镜一侧的透镜面)和正透镜元件L3的透镜面L3a(另一透镜部分在第2透镜一侧的透镜面)相接触。
设作为第2透镜的正透镜元件L2的中心厚度的总和为∑dL，且设该正透镜元件L2和作为另一透镜部分的正透镜元件L3之间的空气间隔为dA时，该间隔套管1满足∑dL+dA＝恒定值另外，当第2透镜由接合透镜构成时(即接合透镜部分由3个以上的透镜元件构成时)，中心厚度的总和∑dL看作是与第1透镜接合的接合透镜部分的中心厚度的总和。
由于这样构成，正透镜元件L2本身的中心厚度加工时即使有偏差，但负透镜元件L1和正透镜元件L3之间的间隔却具有不发生任何变化的效果。另外，能放松对加工时中心厚度的控制较困难的透镜的中心厚度公差的要求，还具有能降低制造成本的优点。
另外，如果采用本实施例的方法，由于能减小正透镜元件L2的外径，所以能增加正透镜元件L2研磨时的配置个数，再者，由于正透镜元件L2的玻璃材料的费用少了，所以具有低成本化的效果。
其次，如图2(a)所示，在本实施例中，使作为间隔保持构件的间隔套管1与构成组合透镜部分的负透镜元件L1的透镜面相接触。这里，如图2(b)所示，虽然也考虑了对负透镜元件L1在正透镜元件L2的一侧(第2透镜一侧)进行倒角，但这时由于倒角加工时沿光轴方向的切削量G的误差ΔG被作为负透镜元件L1和正透镜元件L3的间隔误差相加，所以不好。另外，如果倒角后的面不垂直于光轴，则与该面接触的间隔套管1以后的光学元件都呈相对于光轴倾斜的状态，导致成象性能变坏，所以不好。另外，对负透镜元件L1进行倒角的做法会额外增加工时，因而导致成本增加，所以也不好。
换句话说，在本实施例中，不要进行负透镜元件L1在正透镜元件L2一侧的倒角，不仅能减少工时，而且具有能提高负透镜元件L1和正透镜元件L3的间隔精度的优点。
返回图1，如果采用本实施例，则最好使从第1透镜在第2透镜一侧的透镜面(负透镜元件L1的透镜面L1b)到另一透镜部分在第2透镜一侧的透镜面(正透镜元件L3的透镜面L3a)通过的近轴光线的换算倾角(α2～α4)的符号相同。换句话说，在作为间隔决定构件的间隔套管1所接触的透镜面之间，最好使通过这些透镜面的近轴光线的换算倾角的符号相同。另外，关于换算倾角的定义记载于松居吉哉著的“透镜设计方法”第20页，共立出版社发行。
上述的“近轴光线的换算倾角的符号相同”意味着在这些透镜面之间，近轴光线经常发散或收敛。
这时，作为第2透镜的正透镜元件L2的中心厚度变化时，与此相伴随，正透镜元件L2和正透镜元件L3之间形成的空气透镜的中心厚度也变化，能利用空气透镜的中心厚度的变化产生的象差抵消或减小正透镜元件L2的中心厚度变化所产生的象差。
由于这样构成，正透镜元件L2的中心厚度加工时，即使偏差超出了规定的设计值，但安装到外框中之后，象差就被抵消，所以能减少象现有的产品那样调整透镜间隔的调整量，具有能供给制造容易价格便宜的产品的效果。
其次，在以上说明的实施例中，给出了将本发明应用于以接合方式组装的显微镜物镜中的例，但本发明不只限于接合方式，还能应用于例如框内定心方式和压配形式。
另外，在上述的实施例中，作为间隔保持构件的间隔套管与外筒之间彼此为独立的构件，但该间隔保持构件也可以与外筒呈一整体。图3是表示间隔保持构件与外框一体化的例的剖面图。
在图3中，在外筒20的内侧设有利用例如旋床加工形成的台阶部20a，正透镜元件L11的透镜面与该台阶部20a的一端面20a1接触。这里，在正透镜元件L11上接合着负透镜元件L12，该负透镜元件L12的外径比正透镜元件L11的外径小。该正透镜元件L11利用可与外筒20进行螺纹接合的压环11加以固定。另外，正透镜元件L13与台阶部20a的另一端面20a2接触，该正透镜元件L13利用可与外筒20进行螺纹接合的压环12加以固定。在该图3所示的例中，负透镜元件L12和正透镜元件L13的间隙不会发生任何变化，能放松对加工时中心厚度的控制较困难的透镜的中心厚度公差的要求，具有能降低制造成本的优点。
另外，在以上的说明中，说明了与第1透镜接合的第2透镜也可以是接合透镜，但不用说，第1透镜本身也可以是接合透镜。以下，对图1所示的实施例的数值例和图4所示的现有例进行比较。这里，在图4所示的现有例中，具有与图1所示的实施例的数值例相同的曲率半径、面间距、折射率及阿贝数的各光学元件，在图4中，具有与图1相同的功能的构件标以相同的符号。
在图4中的现有例中，与图1所示的例不同之点在于接合透镜部分和配置在其成象侧的透镜之间的间隔决定方法。即，在图4所示例中，构成接合透镜部分的正透镜元件L20具有与负透镜元件L1相同的外径，决定该接合透镜部分L1、L20和正透镜元件L3的间隔的间隔套管13与正透镜元件L20和正透镜元件L3相接触。因此，当正透镜元件L20的中心厚度有变化时，负透镜元件L1和正透镜元件L3的间隔随着正透镜元件L20的中心厚度的变化而变化。
以下的表1中示出了图1(图4)中各数据例。
在表1中，f是焦距，β是与后文所述的第2物镜接合时的横向放大率，N.A.是物体一侧的数值孔径。另外，在表1中，ri是第i面的曲率半径，di是第i面和第i+1面之间的间隔，ndi是第i面和第i+1面之间的介质对d线(λ＝587.6nm)的折射率(空白表示介质是空气)，νdi是第i面和第i+1面之间的介质对d线(λ＝587.6nm)的阿贝数(空白表示介质是空气)。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，在以下的计算中，包括计算厚为0.17mm、对d线的折射率nd＝1.522、对d线的阿贝数νd＝58.8的玻璃罩。
在该表1所示的物镜系统中，采用图1中的镜筒结构时，作为间隔决定构件的间隔套管1所接触的透镜面(r2～r4)上的近轴光线的换算倾角的值如下所示。
α2＝-17.54α3＝-8.60α4＝-6.97另外，上述换算倾角的值是将来自以下所示的第2物镜的成象侧的透镜面的近轴光线的换算倾角的值αend定为αend＝1时的值。
其次，该表1所示的物镜系统是被设计成无限远的系统，例如能与以下的表2所示的第2物镜接合使用。另外，在表2中，ri是第i面的曲率半径，di是第i面和第i+1面之间的间隔，ndi是第i面和第i+1面之间的介质对d线(λ＝587.6nm)的折射率(空白表示介质是空气)，νdi是第i面和第i+1面之间的介质对d线(λ＝587.6nm)的阿贝数(空白表示介质是空气)。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所示的物镜系统和表2所示的第2物镜的间隔可以为80～200mm之间的任何值，但在以下图5～图7所示的比较中，该间隔取为140mm。
这里，图5是基准状态(表1及表2所示的各数据的状态)的球面象差图，图6是使用图1所示的镜筒结构时，正透镜元件L2的中心厚度变化+0.3mm后的状态(正透镜元件L2和正透镜元件L3的空气间隔变化-0.3mm)的球面象差图，图7是使用图4所示的现有的镜筒结构时，正透镜元件L2的中心厚度变化+0.3mm后的状态(正透镜元件L2和正透镜元件L3的空气间隔不变化)的球面象差图。另外，在各球面象差图中，NA表示样品侧的数值孔径，d表示d线(λ＝587.6nm)，F表示F线(λ＝486.1nm)，C表示C线(λ＝656.3nm)，g表示g线(λ＝435.8m)。
由图5、图6可知，在应用本发明的镜筒结构的图1所示的例中，正透镜元件L2的中心厚度即使变化+0.3mm，象差的变化也非常小。
与此不同，在使用图4所示的现有的镜筒结构时，由图7可知，如果具有与正透镜元件L2同样的曲率半径、透镜厚度、折射率及阿贝数的正透镜元件L20的中心厚度与图6一样变化+0.3mm，则与图5所示的基准状态相比，象差发生显著的变化。
这样，在与本发明有关的实施例中，能放松对正透镜元件L2的公差的要求，因此具有能降低制造成本的极佳效果。
如上所述，如果采用本发明，则能使空气间隔的调整达到最小限度，能提高生产率。
权利要求
1.一种显微镜物镜用的镜筒，其特征在于它沿规定的光轴至少保持接合透镜部分和与该接合透镜部分不同的另一透镜部分，上述接合透镜部分至少包括第1透镜和与该第1透镜接合的第2透镜；上述第1透镜的外径比上述第2透镜的外径大；上述另一透镜部分和上述第1透镜将上述第2透镜夹在中间配置；上述第1透镜在上述第2透镜一侧的透镜面和上述另一透镜部分在上述第2透镜一侧的透镜面配置得互相接触，有用来决定上述第1透镜和上述另一透镜部分沿光轴方向的间隔的间隔决定构件；设上述第2透镜的中心厚度的总和为∑dL，且设上述第2透镜和上述另一透镜部分之间的空气间隔为dA时，满足∑dL+dA＝恒定值
2.根据权利要求1所述的显微镜物镜的镜筒，其特征在于使从上述第1透镜在上述第2透镜一侧的透镜面到上述另一透镜部分在上述第2透镜一侧的透镜面通过的近轴光线的换算倾角的符号相同。
3.根据权利要求1或2所述的显微镜物镜的镜筒，其特征在于上述间隔决定构件是能与透镜外框嵌合、且呈圆筒形状的间隔套管。
全文摘要
一种显微镜物镜用的镜筒,能使空气间隔调整达到最小限度,提高生产率。该镜筒沿规定的光轴至少保持接合透镜和另一透镜,接合透镜包括第1透镜和与其接合的第2透镜,第1透镜的外径比第2透镜的外径大,另一透镜和第1透镜将第2透镜夹在中间,第1透镜在第2透镜一侧的透镜面和另一透镜在第2透镜一侧的透镜面相接触。还备有决定透镜之间间隔的间隔决定构件。设第2透镜的中心厚度的总和为∑dL,第2透镜和另一透镜之间的空气间隔为dA时,满足∑dL+dA=恒定值。
文档编号G02B21/02GK1182218SQ9712047
公开日1998年5月20日 申请日期1997年10月16日 优先权日1996年10月16日
发明者山广知彦, 海津均 申请人:株式会社尼康