JP2005099131A - 顕微鏡用対物レンズ - Google Patents

Abstract

【課題】 光学素子を確実に保持できるとともに、安定した素子性能を確保できる顕微鏡用対物レンズを提供する。
【解決手段】 鏡枠２のテーパ面２ｂに対してボールレンズ１のテーパ面１ａを光軸先端方向に落とし込み、鏡枠２のテーパ面２ｂとボールレンズ１のテーパ面１ａとの間にシール剤としてシリコーン樹脂材３を充填した状態で、押え部材４のねじ部４ａの鏡枠２のねじ部２ｃへのねじ込みにより突出部４ｂ先端をボールレンズ１の球面１ｂに当接して所定の押圧力を作用させ、ボールレンズ１を鏡枠２内に保持させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、液浸で用いられる顕微鏡用対物レンズに関するものである。

液浸で用いられる顕微鏡用対物レンズのうち、特に、高ＮＡを持つ対物レンズは、レンズ性能を確保するため、レンズ先端のレンズ群の保持、遮光、ＷＤ（標本と対物レンズ先端の距離）の確保など様々なことが要求される。

このうち、レンズ先端のレンズ群の保持については、このレンズ群に高ＮＡが必要される場合、半球に近いレンズ群が用いられることが多い。しかし、この半球に近いレンズ群（以下ボールレンズと呼ぶ）は、普通の凸レンズ、凹レンズや、メニスカスのレンズと異なり外周部に平らな部分がないため、様々な工夫を用いて鏡枠に保持させている。

図４は、このようなボールレンズの保持方法の一例を示すもので、レンズ保持部４２ａを有するヤトイ４２に鏡枠４１を取付け、ヤトイ４２のレンズ保持部４２ａにボールレンズ４３を保持させた状態で、鏡枠４１先端のレンズ取付部４１ａにボールレンズ４３を接着剤を用いて固定し、その後、ヤトイ４２を取外して部品組を完成するようにしている。

また、図５は、ボールレンズの保持方法の他の例を示すもので、ボールレンズ５２にテーパー状の取付面５２ａを設け、また、鏡枠５１の先端部内面に、ボールレンズ５２の取付面５２ａに対応するテーパ状の取付面５１ａを形成し、この取付面５１ａに接着剤を塗布し、この上にボールレンズ５２の取付面５２ａを落とし込み固定することで部品組を完成するようにしている。この場合、鏡枠５１の先端テーパ部がボールレンズ５２の有効系の近傍まで形成されているため、フレア光に対する遮光効果を有する。

一方、図６は、ボールレンズ６１の遮光方法の例を示すもので、鏡枠６３に保持されたボールレンズ６１の表面の平らな部分６１ａに絞り６２を貼り付けフレアーを防止するようにしている。その他、特許文献１に開示されるようにボールレンズが単レンズならレンズ表面に金属膜を蒸着させる方法もある。

さらに、ＷＤの確保については、高ＮＡを持つ液浸対物レンズの場合、ＷＤが０．１〜０．３程度と非常に短いことが多く、このため鏡枠よりボールレンズが突出していると標本と衝突して傷やバリになる虞がある。このため、一般的には鏡枠をボールレンズより僅かに突出させるように構成している。しかし、鏡枠の突出量が大きいとＷＤを損失してしまうので、例えば、鏡枠先端をボールレンズ先端より微小に突出させるように切削加工を施してＷＤの確保をする方法やボールレンズの遮光に用いる絞りを特許文献１に開示される金属膜を蒸着して形成する方法なども考えられている。
実開平４−４６４１６号公報

しかしながら、図４に示すボールレンズの保持方法によると、鏡枠４１先端のレンズ取付部４１ａにボールレンズ４３が接着固定されているため、例えば、ボールレンズ４３先端をクリーニングするような場合、ボールレンズ４３が強く押されると、ボールレンズ４３が鏡枠４１から外れてしまうことがある。このため、ボールレンズ４３が鏡枠４１から外れないように接着力の強力なエポキシ系等の接着剤などを用いることが考えられるが、一般的に接着力の強力な接着剤はレンズ自身に歪を与えることがあり、レンズ性能の低下を招くという問題を生じる。

また、図５に示すボールレンズの保持方法については、鏡枠５１の先端部内面のテーパー状の取付面５１ａにボールレンズ５２の取付面５２ａを接着することで、図４に示す保持方法に比べてボールレンズ５２の取付を強固にできるが、この場合も程度の問題で、ボールレンズ５２が強く押されると、ボールレンズ５２が鏡枠５１から外れてしまうことがある。また、この場合も、接着力の強力なエポキシ系等の接着剤などを用いること、レンズ自身に歪を与え、レンズ性能の低下を招くという問題も生じる。

一方、図６に示す遮光方法によると、貼り付けられた絞り６２の厚み分だけＷＤを損失することになり、また、絞り６２をボールレンズ６１に貼り付けることにより歪が発生し易くなり、レンズ性能の低下を招くことがある。さらに、絞り６２は、非常に薄いので貼り付けに作業者の熟練を要する。また、特許文献１に開示される金属膜を蒸着させる方法は、単レンズでなければ採用ができない。これは色収差を良好に補正するためボールレンズに微小なレンズを埋め込んであるようなレンズ群では、金属膜蒸着時に熱がかかると、微小レンズが剥がれる恐れがあるからである。

さらに、ＷＤを確保するため、鏡枠先端をボールレンズ先端より微小に突出させるように切削加工を施するには、非常に高精度な加工が要求されるため、作業者の熟練を要し、また、鏡枠の金属表面が剥き出しになるため、錆が発生しにくい材料を選定しなくてはならない。さらに、金属膜蒸着する方法は、上述したように金属膜蒸着時に熱がかかると、微小レンズが剥がれる恐れがあり実用的でない。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、光学素子を確実に保持できるとともに、安定した素子性能を確保できる顕微鏡用対物レンズを提供することを目的とする。

請求項１記載の発明は、観察光軸に対し、先端側が細径となるテーパ形状を有し、後端側が凸状の球面を有する光学素子と、先端内側形状が、前記光学素子のテーパ形状部を光軸先端方向に落とし込み可能となる略同形状のテーパを有する第１の鏡枠と、前記第１の鏡枠と光軸方向への移動及び固定が可能であり、前記光学素子の前記球面を押圧可能な第２の鏡枠と、を先端部に有することを特徴としている。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記光学素子と第１の鏡枠の各テーパ面との間に、シール剤を充填したことを特徴としている。

請求項３記載の発明は、請求項１又は２のいずれかに記載の発明において、前記第１の鏡枠の先端部は、前記光学素子のテーパ部を覆い隠す形状であることを特徴としている。

請求項４記載の発明は、請求項１又は２のいずれかに記載の発明において、前記第１の鏡枠の先端部と、前記光学素子のテーパ部先端部との間をシール部材で充填したことを特徴としている。

本発明によれば、観察光軸に対し、先端側が細径となるテーパ形状を有し、後端側が凸状の球面を有する光学素子のテーパ形状部を第１の鏡枠の光学素子のテーパ形状部と略同形状のテーパに落とし込み、さらに第１の鏡枠と光軸方向への移動及び固定が可能な第２の鏡枠により光学素子の球面を押圧することにより、光学素子が第１の鏡枠から外れる心配の全くない確実な保持を実現できる。また、第１の鏡枠と光軸方向への移動及び固定が可能な第２の鏡枠を設けたことで、第２の鏡枠の移動調整により、最適なＷＤを簡単に設定することができる。

また、本発明によれば、光学素子は、強接着力の接着材などを用いることなくシール剤を介して第１の鏡枠に保持されるので、光学素子に不要な歪を生じさせることがなくなり、
安定した素子性能を確保することができる。

さらに、本発明によれば、第１の鏡枠により光学素子を落とし込み保持し、または光学素子のテーパ形状部を覆い隠すことにより、フレアーの原因となる有害光線を確実に遮光することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に従い説明する。

（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態が適用される顕微鏡用対物レンズの概略構成を示している。

図１において、１は光学素子としてのボールレンズで、このボールレンズ１は、観察光軸ａに対し、先端側が細径となるテーパ面１ａを有するとともに、後端側が凸状の球面１ｂに形成されている。

ボールレンズ１は、第１の鏡枠としての鏡枠２に保持されている。鏡枠２は、筒状本体２ａを有し、この筒状本体２ａの先端内側形状がボールレンズ１のテーパ面１ａを光軸先端方向に落とし込み可能とする略同形状のテーパ面２ｂになっている。そして、このようにした鏡枠２のテーパ面２ｂに対してボールレンズ１のテーパ面１ａを光軸先端方向に落とし込み保持している。また、鏡枠２の筒状本体２ａ内周面には、ねじ部２ｃが形成されている。

鏡枠２のテーパ面２ｂとボールレンズ１のテーパ面１ａとの間には、シール剤としてのシリコーン樹脂材３が充填されている。シリコーン樹脂材３は、鏡枠２のテーパ面２ｂにボールレンズ１のテーパ面１ａを均一に保持させるためのものである。

鏡枠２の筒状本体２ａ内部には、第２の鏡枠としての筒状の押え部材４が設けられている。この押え部材４は、一方端部外周面にねじ部４ａが形成されている。このねじ部４ａは、鏡枠２の筒状本体２ａのねじ部２ｃにねじ込まれ、押え部材４を観察光軸ａに沿って移動可能とするとともに、所定位置で固定できるようにしている。また、押え部材４は、他方端部に観察光軸ａに沿って突出部４ｂが形成されている。この突出部４ｂは、押え部材４のねじ部４ａのねじ込みにより、先端をボールレンズ１の球面１ｂに当接され、ボールレンズ１に押圧力を作用させるようにしている。

このような構成において、まず、鏡枠２のテーパ面２ｂに対してボールレンズ１のテーパ面１ａが光軸先端方向に落とし込み保持させる。このとき、鏡枠２のテーパ面２ｂとボールレンズ１のテーパ面１ａとの間にシール剤としてシリコーン樹脂材３を充填しておく。

その後、押え部材４のねじ部４ａを鏡枠２の筒状本体２ａのねじ部２ｃにねじ込み、このねじ込みにより突出部４ｂの先端をボールレンズ１の球面１ｂに当接させ所定の押圧力を作用させて、ボールレンズ１を鏡枠２内に保持する。

この場合、シール剤としてのシリコーン樹脂材３は、硬化までに時間がかかるので、この間にボールレンズ１のテーパ面１ａ側の先端部平面１ｃと鏡枠２のテーパ面２ｂ側の先端部平面２ｄの段差を測定し、鏡枠２の先端部平面２ｄの方が微小量突出するように押え部材４のねじ込み量を調整し、その後、鏡枠２と押え部材４を固定する。また、鏡枠２とボールレンズ１との偏心が大きい場合は、図示しない対物レンズ鏡筒との嵌合部となる鏡枠２の筒状本体２ａ周面を切削するなどして、光軸ａに対し偏心量が微小になるように調整する。

従って、このようにすれば、鏡枠２のテーパ面２ｂに対してボールレンズ１のテーパ面１ａを光軸先端方向に落とし込み、鏡枠２のテーパ面２ｂとボールレンズ１のテーパ面１ａとの間にシール剤としてシリコーン樹脂材３を充填した状態で、押え部材４のねじ部４ａを鏡枠２のねじ部２ｃへのねじ込みにより、突出部４ｂ先端をボールレンズ１の球面１ｂに当接して所定の押圧力を作用させ、ボールレンズ１を鏡枠２内に保持するようにしたので、ボールレンズ１が鏡枠２から外れる心配の全くない確実な保持を実現できる。また、ボールレンズ１は、強接着力の接着材などを用いることなく鏡枠２に保持できるので、ボールレンズ１に不要な歪を生じさせることがなくなり、安定したレンズ性能を確保することができる。

また、シリコーン樹脂材３と、ボールレンズ１を落とし込み保持する鏡枠２によりフレアーの原因となる有害光線を確実に遮光することができる。

さらに、ＷＤについても、鏡枠２のテーパ面２ｂとボールレンズ１のテーパ面１ａとの間にシリコーン樹脂材３が充填され、押え部材４をねじ込みにより光軸ａに沿って前後方向に移動させ、ねじ込み方向に微調整することができるので、最適なＷＤを簡単に設定することができる。

（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態を説明する。

図２は、本発明の第２の実施の形態が適用される顕微鏡用対物レンズの概略構成を示すもので、図１と同一部分には、同符号を付している。

この場合、ボールレンズ１を接着保持する鏡枠１１は、筒状本体１１ａを有し、この筒状本体１１ａの一方端部は、ボールレンズ１のテーパ面１ａを覆い隠すような突出部１１ｂが形成されている。この突出部１１ｂは、先端内側形状がボールレンズ１のテーパ面１ａを光軸ａ方向に落とし込むことで当接されるようなテーパ面１１ｃになっている。また、鏡枠１１の筒状本体１１ａ内周面には、押え部材４のねじ部４ａがねじ込まれるねじ部１１ｄが形成されている。

その他は、図１と同様である。

このような構成において、鏡枠１１の突出部１１ｂ先端のテーパ面１１ｃにボールレンズ１のテーパ面１ａを当接させて、このテーパ面１ａを覆い隠すようにして鏡枠１１の突出部１１ｂ先端に保持させる。このとき、鏡枠１１のテーパ面１１ｃとボールレンズ１のテーパ面１ａとの間にシール剤としてシリコーン樹脂材３を充填しておく。

その後、押え部材４のねじ部４ａを鏡枠１１の筒状本体１１ａのねじ部１１ｄにねじ込み、このねじ込みにより突出部４ｂの先端をボールレンズ１の球面１ｂに当接させ所定の押圧力を作用させることで、ボールレンズ１を鏡枠１１内に保持する。

この場合も、シール剤としてのシリコーン樹脂材３は、硬化までに時間がかかるので、この間にボールレンズ１のテーパ面１ａ側の先端部平面１ｃと鏡枠１１の突出部１１ｂ側の先端部平面１１ｅの段差を測定し、鏡枠１１の先端部平面１１ｅの方が微小量突出するように押え部材４のねじ込み量を調整し、その後、鏡枠１１と押え部材４を固定する。また、鏡枠１１とボールレンズ１との偏心が大きい場合は、図示しない対物レンズ鏡筒との嵌合部となる鏡枠１１の筒状本体１１ａ周面を切削するなどして、光軸ａに対し偏心量が微小になるように調整する。

従って、このようにしても第１の実施の形態と同様な効果を得られる。さらに、ボールレンズ１は、テーパ面１ａを鏡枠１１で覆い隠し、さらに歪の発生の比較的少ないシリコーン樹脂材３で保持されるので、テーパ面１ａ側の先端部を保護することができる。また、シリコーン樹脂材３の接着面積を極力小さくしているので、保持力は弱いが鏡枠１１と押え部材４による挟持により、ボールレンズ１は、歪を生じることなく、これによりレンズ性能を低下することなく確実に保持することができる。さらに、フレアーの原因となる有害光線についても、シリコーン樹脂材３と、ボールレンズ１のテーパ面１ａを覆い隠す鏡枠１１により確実に遮光することができる。

（第３の実施の形態）
次に、本発明の第３の実施の形態を説明する。

図３は、本発明の第３の実施の形態が適用される顕微鏡用対物レンズの概略構成を示すもので、図１と同一部分には、同符号を付している。

この場合、鏡枠２１は、筒状本体２１ａを有し、この筒状本体２１ａの一方端部は、ボールレンズ１のテーパ面１ａを覆い隠すような突出部２１ｂが形成されている。この突出部２１ｂは、先端内側形状がボールレンズ１のテーパ面１ａを光軸ａ方向に落とし込むことで当接されるようなテーパ面２１ｃになっている。また、鏡枠２１の筒状本体２１ａ内周面には、ねじ部２１ｄが形成されている。

鏡枠２１のテーパ面２１ｃとボールレンズ１のテーパ面１ａとの間には、鏡枠２１の突出部２１ｂ先端からボールレンズ１のテーパ面１ａ先端部までをかけてシール剤としてのシリコーン樹脂材２２が充填されている。

鏡枠２１の筒状本体２１ａ内部には、筒状の押え部材２３が設けられている。この押え部材２３は、一方端部外周面に図示しない対物レンズ鏡筒との連結部となるねじ部２３ａが形成され、また、中間部周面に鏡枠２１のねじ部２１ｄにねじ込まれるねじ部２３ｂが形成されている。このねじ部２３ｂは、鏡枠２１のねじ部２１ｄにねじ込まれることで、押え部材２３を観察光軸ａに沿って移動可能とするとともに、所定位置で固定できるようにしている。また、押え部材２３には、他方端部に観察光軸ａに沿って突出部２３ｃが形成されている。この突出部２３ｃは、押え部材２３のねじ部２３ｂのねじ込みにより先端をボールレンズ１の球面１ｂに当接され、ボールレンズ１に押圧力を作用するようにしている。

その他は、図１と同様である。

このような構成において、鏡枠２１の突出部２１ｂ先端のテーパ面２１ｃにボールレンズ１のテーパ面１ａを当接させて、このテーパ面１ａを覆い隠すようにして鏡枠２１の突出部２１ｂ先端に保持させる。このとき、鏡枠２１のテーパ面２１ｃとボールレンズ１のテーパ面１ａとの間には、鏡枠２１の突出部２１ｂ先端からボールレンズ１のテーパ面１ａ先端部までをかけてシリコーン樹脂材２２を充填しておく。

その後、押え部材２３のねじ部２３ｂを鏡枠２１のねじ部２１ｄにねじ込み、このねじ込み量により突出部２３ｃの先端をボールレンズ１の球面１ｂに当接させ所定の押圧力を作用させることで、ボールレンズ１を鏡枠２１内に保持する。

この場合も、シリコーン樹脂材２２は、硬化までに時間がかかるので、この間にボールレンズ１のテーパ面１ａ側の先端部平面１ｃと鏡枠２１の突出部２１ｂ側の先端部平面２１ｅの段差を測定し、鏡枠２１の先端部平面２１ｅの方が微小量突出するように押え部材２３のねじ込み量を調整し、その後、鏡枠２１と押え部材２３を固定する。この場合、鏡枠２１と押え部材２３の間に、所定厚さ寸法のワッシャ２４を介在させて鏡枠２１の先端部平面２１ｅ側の突出量を調整すれば、この時の作業を効率よく行なうことができる。また、鏡枠２１とボールレンズ１との偏心が大きい場合は、図示しない対物レンズ鏡筒との嵌合部となる押え部材２３周面を切削するなどして、光軸ａに対し偏心量が微小になるように調整すればよい。

従って、このようにしても、第１および２の実施の形態でそれぞれ述べたと同様な効果を得られる。さらに、ＷＤについては、ボールレンズ１のテーパ面１ａと鏡枠２１のテーパ面２１ｃの間の微小な隙間にはシリコーン樹脂材２２が充填されているので、ボールレンズ１のテーパ面１ａ側の先端部平面１ｃと鏡枠２１の突出部２１ｂ側の先端部平面２１ｅの突出差を測定し、鏡枠２１と押え部材２３の間に、所定厚さ寸法のワッシャ２４を介在させて押え部材２３のねじ込み量を調整することで、鏡枠２１の先端部平面２１ｅ側の突出量を微調整することができるようになり、ＷＤの設定作業をさらに効率よく行なうことができる。

なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものでなく、実施段階では、その要旨を変更しない範囲で種々変形することが可能である。例えば、鏡枠や押え部材は、ねじ部による螺合ではなく、接着や圧入等の方法を採用しても良い。また、シール剤としてシリコーン樹脂材を用いたが、別の接着剤としてもよく、また、シール剤を用いなくともよい。さらに、第１および第２の実施の形態についても、ワッシャによる位置出し調整を行なう機能を付加することができる。

さらに、上記実施の形態には、種々の段階の発明が含まれており、開示されている複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出できる。例えば、実施の形態に示されている全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題を解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出できる。

なお、上述した実施の形態には、以下の発明も含まれる。

（１）半球を有し、標本からの光線入射側にテーパ面をもつレンズ群と、前記レンズ群を落とし込める構造で、前記レンズ群のテーパ面と略同角度のテーパを内側に持つ鏡枠と、前記鏡枠のテーパ面に前記レンズ群を落とし込み前記レンズ群の外周近辺を押圧できるリング形状でかつ前記鏡枠の内側に固定できる構造をもつリング部材とを具備し、前記レンズ群のテーパ部と前記鏡枠の内側テーパ部の隙間にシール材を充填したことを特徴としている。

このようにすれば、レンズ群は強接着力の接着材を用いなくてもシール材とリング部材により保持されるため歪が少なく保持できる。また、リング部材によりレンズ群を押圧しているのでレンズ群が鏡枠より外れる心配もない。フレアーの原因となる有害光線の遮光はシール部材とレンズ群を落とし込む鏡枠により遮光が行われる。ＷＤの確保においては、レンズ群のテーパ部と鏡枠の内側テーパ部の間に微小な隙間があるので鏡枠内部に装着するリング部材を光軸に対して前後に動かして固定することで調整できる。

（２）半球を有し、標本からの光線入射側にテーパ面をもつレンズ群を第１の鏡枠によりシリコン系接着材にて接着保持させ構成されるレンズ部品組と、前記レンズ部品組を固定できる構造を持ち前記レンズ群のテーパ面を覆い隠す様に構成される第２の鏡枠よりなり前記レンズ群のテーパ部先端と第２の鏡枠の先端とく間にシール部材が充填されていることを特徴としている。

このようにすれば、レンズ群は、歪の発生の比較的少ないシリコン系接着剤で保持されまた、レンズ群先端も保護される。フレアーの原因となる有害光線の遮光はレンズ群のテーパ面を覆い隠す様に構成される第２の鏡枠と先端に充填されるシール材にて行われる。ＷＤの確保においては、第１の鏡枠と第２の鏡枠を光軸に対して前後に動かし固定位置を変えれば調整することができる。

本発明の第１の実施の形態の概略構成を示す図。 本発明の第２の実施の形態の概略構成を示す図。 本発明の第３の実施の形態の概略構成を示す図。 従来のボールレンズの保持方法の一例を示す図。 従来のボールレンズの保持方法の他の例を示す図。 従来のボールレンズの遮光方法の一例を示す図。

符号の説明

１…ボールレンズ、１ａ…テーパ面、１ｂ…球面、１ｃ…先端部平面
２…鏡枠、２ａ…筒状本体、２ｂ…テーパ面
２ｃ…ねじ部、２ｄ…先端部平面
３…シリコーン樹脂材、４…押え部材、４ａ…ねじ部、４ｂ…突出部
１１…鏡枠、１１ａ…筒状本体、１１ｂ…突出部
１１ｃ…テーパ面、１１ｄ…ねじ部、１１ｅ…先端部平面
２１…鏡枠、２１ａ…筒状本体、２１ｂ…突出部
２１ｃ…テーパ面、２１ｄ…ねじ部、２１ｅ…先端部平面
２２…シリコーン樹脂材、２３…押え部材
２３ａ、２３ｂ…ねじ部、２３ｃ…突出部、２４…ワッシャ

Claims (4)

1. 観察光軸に対し、先端側が細径となるテーパ形状を有し、後端側が凸状の球面を有する光学素子と、
   先端内側形状が、前記光学素子のテーパ形状部を光軸先端方向に落とし込み可能となる略同形状のテーパを有する第１の鏡枠と、
   前記第１の鏡枠と光軸方向への移動及び固定が可能であり、前記光学素子の前記球面を押圧可能な第２の鏡枠と
   を先端部に有する顕微鏡用対物レンズ。
2. 前記光学素子と第１の鏡枠の各テーパ面との間に、シール剤を充填したことを特徴とする請求項１記載の顕微鏡用対物レンズ。
3. 前記第１の鏡枠の先端部は、前記光学素子のテーパ部を覆い隠す形状であることを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載の顕微鏡用対物レンズ。
4. 前記第１の鏡枠の先端部と、前記光学素子のテーパ部先端部との間をシール部材で充填したことを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載の顕微鏡用対物レンズ。

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