CN101308243A - 物镜、光学测定装置 - Google Patents

Abstract

一种物镜和光学测定装置，显微镜的物镜(200)包括：与被测定物相对且透射被该被测定物(A)的测定面反射的光的透镜(222)、设置在透镜(222)的后段且把与透射透镜(222)的光的主光轴大致正交的光通过面中光通过孔的孔径进行变更的可变光阑(230)、能装卸地设置在具备把通过光通过孔的光进行成像的变焦距成像透镜的本体部的物镜转换器上且保持透镜(222)和可变光阑(230)的筒状本体部(210)。

Description

物镜、光学测定装置

技术领域

本发明涉及具有物镜并且能够装卸于把该物镜接受的光进行成像的成像部物镜和光学测定装置。

背景技术

现有使用物镜和成像透镜(筒内透镜)来制作像的无限远校正光学系统由于使物镜与管状透镜之间成为平行光，所以在能插入照明光学系统等的光学系统配置上有自由度。因此，在以高分辨率(高解像清晰度)和平坦性优良的金属显微镜为主的各种光学机器中被使用。

构成该无限远校正光学系统的显微镜透镜的NA(Numerical Aperture：数值孔径)是与使用的波长一起决定解像清晰度和焦深的重要参数。

众多的光学仪器厂对于一种倍率而准备具有标准分辨率和焦深的物镜、高分辨率但焦深浅的高NA物镜和NA被抑制而焦深比较深的物镜，以应对用户的观察要求。

众所周知，不用像上述那样准备NA不同的多个物镜就能变更NA的结构(例如参照文献1：日本特开平10-206741号公报)。

该文献1记载的所采用的结构是：利用转像透镜把物镜后焦点的位置向观察侧方向移动并形成光学共轭点，在该共轭点配置光圈。利用该光圈则能变更物镜的NA。

但上述这样准备多个物镜的结构就需要根据被测定物来更换物镜，作为一例能举出有可能作业效率降低的问题点。

上述文献1记载的结构作为一例能举出的问题点是：例如想要观察的被测定物由于其形状和大小等理由而不能观察时，则不能享受不更换物镜就能变更NA的便利性。

发明内容

鉴于这种实情等，本发明的主要目的在于提供一种在谋求作业效率化的同时能根据被测定物而恰当地实施观察的物镜和光学测定装置。

本发明的物镜包括：透镜，其至少具有一个以上，该透镜与被测定物相对并且透射被所述被测定物的测定面反射的光；光圈机构，其设置在所述透镜的后段且把与透射所述透镜的光的主光轴大致正交的光通过面中所述光的通过范围进行变更；保持机构，其设置具有在把通过所述光通过面的光进行成像的成像部的本体部且保持所述透镜和所述光圈机构。

根据本发明，物镜包括：在位于透镜被测定面相反侧的后段而能变更光通过面的通过范围的光圈机构、安装在具备成像部的本体部上且保持透镜和光圈机构的保持机构。

因此，通过适当变更光圈机构中光的通过范围就能调整物镜的NA。因此，不需要更换用于调整NA的物镜，作业效率被提高。

不需要根据被测定物的形状和大小来变更能调整NA的物镜等的作业，例如不必使用通过能装卸地安装在显微镜的本体部上且相对成像透镜把光圈设置在物镜相反侧的特殊显微镜，能得到不更换物镜就能变更其NA的便利性。因此，能根据被测定物实施恰当的观察。

本发明的物镜中，所述光圈机构最好设置在所述透镜的出瞳位置。

根据本发明，把光圈机构设置在透镜的出瞳位置。即，把光圈机构设置在透镜的与被测定物相反侧的像侧焦点即形成所谓出瞳的位置。

因此，通过光圈机构进行的使光通过面的光的通过范围变化而不会使仅形成像的一部分光被遮断，因此，没有分辨率和焦深的偏差，能良好地透射被测定物的像。

本发明的物镜中，所述光圈机构最好连续变更所述光通过面的通过范围。

根据本发明，由于光圈机构能使光通过面的光的通过范围连续变化，所以能使NA连续变化。这样，能根据被测定物的形状和大小来更恰当地设定NA，能更恰当地实施被测定物的观察。

本发明的物镜中，所述光圈机构最好是可变光阑(Iris Diaphragms)。

根据本发明，光圈机构是使光通过面的通过范围有效口径变化的可变光阑。这样，由于能使光通过面的通过范围有效径即光路的口径尺寸顺利地变化，因此能容易地连续变化光通过范围。

本发明的物镜中，所述光圈机构也可以是阶段性变更所述光通过面的通过范围的结构。

根据本发明，由于光圈机构能使光通过面的光的通过范围阶段性变化，所以能使NA阶段性变化。这样，能根据被测定物的形状和大小容易地来设定更恰当的NA。

本发明的物镜最好具备：控制所述光圈机构来变更所述通过范围的光圈控制机构。

根据本发明，由光圈控制机构来控制光圈机构以变更光通过面中光的通过范围。这样，能根据光圈控制机构例如控制器和键盘等输入操作机构的输入信号来控制光圈机构，能容易地设定恰当的NA，能更加提高作业效率。

本发明的光学测定装置包括：上述那样的物镜、设置有把透射所述物镜的光进行成像的成像部、射出所述光的目镜和把所述光从所述物镜向所述目镜引导的光路部的本体部。

根据本发明，光学测定装置把来自上述物镜的光经由光路部向目镜引导。这样，光学测定装置利用物镜的光圈机构能容易地调节成恰当的NA，能不更换物镜就调节NA，因此，测定作业的作业效率被提高。

附图说明

图1是表示作为本发明一实施例光学测定装置的显微镜光学主要部分概略结构的图；

图2是把所述实施例物镜的一部分剖断的侧视图；

图3是表示物镜的可变光阑结构的俯视图。

具体实施方式

以下根据附图说明本发明的一实施例。

图1是表示作为本发明一实施例光学测定装置的显微镜光学主要部分概略结构的图。图2是把所述实施例物镜的一部分剖断的侧视图。图3是表示物镜的可变光阑结构的俯视图。

[显微镜的结构]

图1中，100是作为光学测定装置的显微镜，该显微镜100包括：未图示的台座部、设置于台座部的未图示的载物台、与台座部连结的主体部110、物镜200、目镜300。主体部110设置有连结物镜200和目镜300的光路部120。该显微镜100通过把由被测定物A的测定面反射并向物镜200射入的光经由光路部120向目镜300引导而能以规定倍率从目镜300观察被测定物A的像。由主体部110和目镜300构成本发明的本体部。

主体部110例如具备：调整该主体部110升降位置的对焦旋钮111和能调整照明光导入部140中孔径光阑141A的光阑量的未图示照明光调整旋钮等各种操作旋钮。本实施例表示了通过由对焦旋钮111来调整主体部110的升降位置而能调整与载物台距离的结构，但例如也可以设置成使载物台能升降的结构等。

如上所述，在主体部110具备从物镜200连通到目镜300的光路部120。具体说就是该光路部120包括：从物镜200射入光的物镜侧光路孔121、向目镜300射出光的目镜侧光路孔122、从物镜侧光路孔121向目镜侧光路孔122引导光的光导通部123。在目镜侧光路孔122设置有能把目镜300装卸自由地卡合的未图示的透镜卡合部。如图1所示，光导通部123具备多个光学部件，利用这些光学部件来反射光以把从物镜侧光路孔121导入的光向目镜侧光路孔122引导。且光导通部123具有多个变焦距成像透镜124。这些变焦距成像透镜124把从物镜侧光路孔121导入的光成像并向目镜侧光路孔122射出。本实施例表示的是把变焦距成像透镜124设置在光路部120，把来自物镜200的像以规定倍率变焦距并透射目镜300侧的结构，但并不限定于此。例如也可以是不具有变焦距功能而设置仅把来自物镜200的光进行成像的成像透镜的结构。

主体部110在与载物台相对的位置具备有固定着物镜200的大致圆盘状的物镜转换器130。该物镜转换器130被安装成相对主体部110能旋转。物镜转换器130具备多个固定物镜200的透镜固定孔131。这些透镜固定孔131分别被形成在：当旋转物镜转换器130而使该透镜固定孔131配置在光路部120的物镜侧光路孔121的延长线上的状态下，该透镜固定孔131的轴向与光路部120的物镜侧光路孔121的轴向在大致一致的位置。这些透镜固定孔131中分别固定有透镜222的结构不同、倍率等相互不同的物镜200。

目镜300能自由装卸地与主体部110的目镜侧光路孔122卡合。

在此，与目镜侧光路孔122卡合的目镜300例如被形成大致筒状，且沿筒的轴向配置有多个目镜结构透镜310。该目镜结构透镜310例如包括：把射入的光进行聚光的多个场镜311和设置在目镜300一端侧的接目镜312等多个光学透镜。该目镜结构透镜310把由主体部110的变焦距成像透镜124聚光并在中间像位置T1成像的光进行扩大，而且在从目镜300的目镜侧光路孔122离开侧的一端部近旁形成接目镜312的出瞳的状态把所述光进行聚光。

主体部110具备照射用于照明被测定物A的照明光的照明光导入部140。该照明光导入部140具备：射出照明光的未图示的光源、光纤141、聚光透镜142、反射镜143和半透半反镜144等。

光纤141把从光源射出的照明光向主体部110内的规定位置引导。在光纤141的射出侧端面近旁设置有调整照明光的光通量的孔径光阑141A。

聚光透镜142把从光纤141的光纤端面射出的照明光进行聚光。即从光纤141射出的照明光被大致放射状地扩散射出，但聚光透镜142把这些照明光聚光而大致作为平行光向反射镜143射出。

反射镜143把来自聚光透镜142的照明光向光路部120反射。本实施例表示了设置一个反射镜143的例，但也可以是由多个反射镜143引导照明光的结构。

半透半反镜144设置在光路部120内。半透半反镜144把从反射镜143射入的光向物镜200反射。半透半反镜144把从物镜200射入的光原封不动地透射并向光路部120内引导。

如上所述，照明光导入部140能把来自光源的照明光变成平行光并从物镜200向被测定物A照射。

[物镜的结构]

下面说明固定在主体部110的物镜转换器130上的物镜200。

如图2所示，物镜200包括：作为保持机构的筒状本体部210、设置在筒状本体部内部的透镜座220、作为光圈机构的可变光阑230等。

筒状本体部210被形成大致筒状，当旋转物镜转换器130而使物镜200配置在光路部120的物镜侧光路孔121的延长线上的状态下，使轴向与光路部120的轴向大致一致。

在筒状本体部210的一端侧设置有被固定在物镜转换器130的透镜固定孔131中的固定部211。具体说就是固定部211包括：与筒状本体部210同轴的大致圆筒状的挡块部件211A、与筒状本体部210的内周面和挡块部件211A的内周面这两者抵触的大致圆筒状的调整部件211B、与从筒状本体部210的侧面与内周面连通的孔212旋合并使前端部与调整部件211B的侧面卡合的调整螺钉211C等。

调整部件211B利用未图示的螺钉与挡块部件211A螺合，调整部件211B和挡块部件211A以相互紧固的状态固定。另外，调整部件211B能够滑动地与筒状本体部210接合，调整部件211B通过下部的台阶而不脱落。调整部件211B沿着其外周面形成有一圈与调整螺丝211C的前端卡合的V形槽211B1。并且，在调整螺丝211C与V形槽211B1紧固的状态下，筒状本体部210被固定而不能转动，而在调整螺丝211C松弛的状态下，筒状本体部210能够转动。当固定于物镜转换器130的物镜200配置在光路部120的延长线上时，转动筒状本体部210，在把光圈调节旋钮233调整到容易操作的规定位置后，把调整螺丝211C紧固固定在V形槽211B1。

物镜200向物镜转换器130的固定是通过下述的方法进行的，即，在挡块部件211A的一端侧(上部外周)形成外螺纹，并且该外螺纹与设置在透镜固定孔131的内螺纹螺合。

透镜座220设置在筒状本体部210的内部，与筒状本体部210大致同轴地形成大致筒状。该透镜座220在规定位置形成有多个透镜保持部221，例如由凹透镜和凸透镜等构成的透镜222被保持在这些透镜保持部221上。本实施例采用由多个透镜222来校正色差和场曲的结构。

可变光阑230被设置在筒状本体部210的固定部211近旁，即，被透镜固定孔131固定的一端侧处。具体说就是可变光阑230被配置在透镜222的与载物台侧相反的后段的焦点处，即，作为形成出瞳的光通过面的出瞳面230A近旁。由于透镜222的透镜倍率等，在出瞳面230A被设置在筒状本体部210的外部时，也可以配置于在筒状本体部210的固定部211所设置的端部等。

如图3所示，该可变光阑230具备：框部231、可动框232、光圈调节旋钮233和多个可变光阑叶片234。

框部231被形成大致环状，固定于筒状本体部210的内周面。

可动框232被设置得相对框部231能在周向上移动。

光圈调节旋钮233被设置得从框部231向径向突出，而且从连通筒状本体部210内外的旋钮孔212向筒状本体部210的外部突出。光圈调节旋钮233通过未图示的连动部而与可动框232连结。当旋转光圈调节旋钮233，则经由连动部向可动框232传递动力，使可动框232也沿周方向旋转移动。

可变光阑叶片234从可动框232向可变光阑的内径侧被形成板状，设置成在可动框232中能自由转动。当操作光圈调节旋钮233而使可动框232旋转时，这些可变光阑叶片234在旋转方向上以使前端部向径向进退的状态移动。这样，例如在图3中，当可动框232向逆时针方向旋转时则可变光阑叶片234的前端向外径侧移动，由这些可变光阑叶片234的前端侧包围所形成的作为光通过范围的光通过孔235被扩大。例如当可动框232向顺时针方向旋转时则可变光阑叶片234的前端向内径侧移动，光通过孔235被缩小。

上述这种物镜200利用可变光阑230能使光通过孔235的孔径连续变化。

在此，物镜200的NA能通过下式(1)来求。

(NA)＝n×sinθ    (1)

该式(1)中，θ是通过物镜200最外侧的光线与物镜200的轴所成的角。n是物镜200与被测定物A之间介质所具有的折射率，例如在是空气的情况下则n＝1。

根据上述(1)式，在可变光阑230的光通过孔235扩大的状态下和可变光阑230的光通过孔235缩小的状态下，透射物镜200并通过光通过孔235的范围不同，这样NA也成为不同的值。

物镜200的分辨率R能由下式(2)来求，焦深D能由下式(3)来求。

R(μm)＝λ/2×NA    (2)

D(μm)＝λ/2×(NA)²    (3)

上述的(2)、(3)式中，λ是光的波长，例如在可见光的情况下约是0.4～0.8(μm)。

如(2)、(3)式所示，分辨率R和焦深D随NA的值而变化。

因此，通过调整可变光阑230而使光通过孔235连续变化地扩大缩小，则能使分辨率R和焦深D的值连续地变化。

[显微镜的动作]

下面说明显微镜100的动作。

在操作显微镜100进行测定载物台上放置的试样时，首先旋转物镜转换器130而把具有希望倍率的物镜200配置在光路部120的延长线上。使从照明光导入部140射出照明光，调整照明光的调整旋钮等向试样照射希望光通量的照明光。操作对焦旋钮111等把载物台升降到从目镜300能良好观察到试样的位置。

然后调整物镜200的可变光阑230。即操作可变光阑230的光圈调节旋钮233使出瞳面230A的光通过孔235扩大或缩小。这时，由于能根据光圈调节旋钮233的旋转角度而使光通过孔235的大小连续变化，所以如上所述，能使NA也连续变化。因此，能使分辨率R、焦深D和像的亮度连续变化。

如上所述，能以操作者所希望的物镜200的倍率和操作者所希望的分辨率R、焦深D和像的亮度来观察试样。

[显微镜的作用效果]

如上所述，上述实施例的显微镜100中，物镜200具备：能固定在物镜转换器130上的筒状本体部210、设置在筒状本体部210内部的接受来自被测定物A的光的透镜222、设置在筒状本体部210的固定部211近旁且能适当变更光通过孔235孔径的可变光阑230。

因此，通过调整可变光阑230的光圈调节旋钮233而适当变更光通过孔235的孔径就能容易地变更NA值，能设定成操作者所希望的分辨率R、焦深D和像的亮度。因此，不需要像现有这样更换物镜200，物镜200的调节作业变容易，能提高作业效率。

如上所述，仅把物镜200安装在物镜转换器130上就能容易地变更NA值，不需要在主体部110另外设置把从物镜200导入的光缩小的光圈机构，还能把显微镜100的结构变简单。

把可变光阑230设置在透镜222的出瞳位置即出瞳面230A。

本实施例显微镜100的物镜200作为光圈机构而适用可变光阑230。

因此，通过操作光圈调节旋钮233就能使光通过孔235的孔径连续变化。因此，能使NA连续变化地进行微调整，能根据被测定物A的形状和大小来设定更恰当的分辨率R和焦深D。

显微镜100在主体部110设置垂直反射照明系统即照明光导入部140，利用孔径光阑141A来调整照明光的光通量。因此，通过并用该照明光导入部140和可变光阑230而能根据被测定物A的形状和大小来进行更适合于观察的调整，能提供根据用途的观察状态。

[实施例的变形]

本发明并不限定于上述实施例，在能达到本发明目的的范围也包含有以下所示的变形。

即，上述实施例表示了以手动旋转可变光阑230的光圈调节旋钮233来调整光通过孔235孔径的结构，但并不限定于此。例如也可以是在与可变光阑230的可动框232连动的连动部连结小型步进电机，电磁元件的结构等。

例如在使用步进电机的情况下，把该步进电机例如与控制显微镜100整体动作的控制电路部连接，利用控制电路部设置的光圈控制机构来控制向步进电机施加的脉冲电压，这样来控制步进电机的旋转角度，调节可变光阑230的光通过孔235的孔径。该结构也可以是通过操作与控制电路部连接的例如控制器来使光圈控制机构向步进电机施加根据操作信号的脉冲电压的结构。也可以是例如通过键盘等输入装置来输入光通过孔235的具体孔径等，这样来使光圈控制机构向步进电机施加根据输入值的脉冲电压的结构。这种结构能应用到显微镜100的自动观测和联机测量等各种领域。

设定成利用可变光阑230而使光通过孔235的孔径连续变化的结构，但并不限定于此。例如也可以是光圈机构使光通过孔235的孔径阶段性地能可变成预先设定的规定径尺寸的结构，例如也可以操作控制杆而把光通过孔235的孔径能适当地设定成所述规定尺寸的结构。在图像测定等光学性能被固定在规定值的情况下，这种光圈机构能把光通过孔235的孔径立刻设定成更合适的大小，能提高测定时的作业效率。

也可以在可变光阑230的光圈调节旋钮233处设置卡合销，当光通过孔235的孔径成为预先设定的规定尺寸时，则卡合销被框部设置的卡止部所卡止。这种结构能通过光圈调节旋钮233的微调整而使光通过孔235的孔径连续地变化，而且例如在实施光学性能被固定在规定值的图像测定等时，旋转光圈调节旋钮233使卡合销被卡止部卡止，则能把光通过孔235的孔径立刻设定成规定径尺寸，更能提高作业效率。

且也可以相对物镜200把设置有光圈机构的光圈单元设置成能装卸的结构。这时，能容易实施光圈单元的更换维修保养。例如在没有设置光圈机构的现有物镜中通过仅设置光圈单元就能容易地调整物镜的NA，能省去准备专用物镜等的麻烦。

上述实施例把透镜222的出瞳位置位于配置在物镜200的固定部211侧的透镜的最外侧，在该位置设置可变光阑230，但例如把出瞳位置位于配置在物镜200的固定部211侧的透镜的最内侧时，也可以在接近出瞳的透镜的后段侧近旁设置可变光阑230。这时，与把可变光阑230设置在出瞳处的结构相比，仅是分辨率R和焦深D稍微出现偏差，但与上述实施例同样地能容易地变更NA，能得到可容易地变更分辨率R和焦深D的效果。

在把出瞳形成在物镜200的各透镜222之间时，也可以把可变光阑230配置在相邻的透镜222之间等。

为了把可变光阑230设置在物镜200处，所以要增大物镜200的筒状本体部210的全长。因此，例如在物镜转换器130处混合安装本发明的物镜200和现有没有设置可变光阑230的物镜时，最好在没有设置可变光阑230的物镜上例如安装适配器等，以使与物镜200成为同一尺寸。通过设定成这种结构，例如在旋转物镜转换器130时能防止物镜200的前端部与载物台上的被测定物A接触等不良的情况。

另外，实施本发明时的具体结构和顺序，在能达到本发明目的的范围能适当变更成其他的结构等。

Claims (7)

1、一种物镜，其特征在于，包括：

透镜，其至少具有一个以上，该透镜与被测定物相对并且透射被所述被测定物的测定面反射的光；

光圈机构，其设置在所述透镜的后段且把与透射所述透镜的光的主光轴大致正交的光通过面中所述光的通过范围进行变更；

保持机构，其设置具有在把通过所述光通过面的光进行成像的成像部的本体部且保持所述透镜和所述光圈机构。

2、如权利要求1所述的物镜，其特征在于，

所述光圈机构设置在所述透镜的出瞳位置。

3、如权利要求1所述的物镜，其特征在于，

所述光圈机构连续变更所述光通过面的通过范围。

4、如权利要求3所述的物镜，其特征在于，

所述光圈机构是可变光阑。

5、如权利要求1所述的物镜，其特征在于，

所述光圈机构阶段性变更所述光通过面的通过范围。

6、如权利要求1所述的物镜，其特征在于，

具备控制所述光圈机构来变更所述通过范围的光圈控制机构。

7、一种光学测定装置，其特征在于，包括：

权利要求1到权利要求6任一项所述的物镜、

本体部，其设置有把透射所述物镜的光进行成像的成像部、射出所述光的目镜和把所述光从所述物镜向所述目镜引导的光路部。

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