JP4611013B2 - 軸方向に移動できる位置修正用ソケット型フレーム付きの顕微鏡対物レンズ - Google Patents

Description

本発明は、軸方向に移動できて、その中にレンズまたはレンズ群の配置された位置修正用ソケット型フレームの付いた、特に生体細胞の撮像および細胞培養、組織培養の研究のための顕微鏡対物レンズに関する。
本発明は、様々なカバーガラスおよび／または様々な液浸液と組み合わせて、および／または様々な作業温度において顕微鏡対物レンズに適用することができる。

対物レンズ内に配置された光学部品のそのような軸方向移動により様々な修正を実施することができ、それにより様々な条件のもと高い品質および高い結像レベルでの顕微鏡検査が可能になる。

顕微鏡対物レンズ内の位置修正用ソケット型フレームに配置された光学部品は、固定型光学部品に対し様々な方法により軸方向での移動が実現される。

ＤＥ３８１２７４５Ｃ２には、少なくとも０．５のアパーチャおよび様々な厚みのカバーガラスに対する調整用装置の付いた顕微鏡対物レンズが記述されている。それによれば、固定第１レンズ群と固定第３レンズ群との間に第２レンズ群が直線移動可能なように配置されているほか、もう１つ別なレンズ群がそれに対抗して軸方向逆向きに移動できるようになっている。その場合、これら移動可能なレンズ群の移動距離は様々に変えることができる。
対応レンズ群の移動調整用として、操作リングが唯１つ装備されている。この対物レンズの場合、様々な厚みのカバーガラスに対する調整用装置は、対物レンズ全体の再調整フォーカシングのための装置と連結している。レンズ群は調整運動の過程において直線移動する。これは、例えば様々なピッチのネジにより、あるいは各種一定幅のピッチを持つ対応ノッチにおいてソケット型レンズフレームの回転式中間リングと噛合うカムにより達成可能である。

以上のほかEＰ０６６０９４２Ｂ１からも、少なくとも1つの修正用ソケット型フレームの付いた顕微鏡対物レンズが公知になっている。それによると、修正用ソケット型フレームが軸方向に移動できて、対物レンズの光軸の周りを回転できるようになっている。ソケット型フレームを軸方向に移動させ、それと同時に放射方向に回転させるため、フレームキャリアの曲線ノッチ上を移動するタップが装備されている。その一方の末端は修正用ソケット型フレームに固定されていて、他の末端は回転リングに噛合っている。当公報で開示された対物レンズの場合、軸方向に移動可能で、同時に回転可能な修正用ソケット型フレームが２つ装備されている。

ＤＥ１９９４７３７８Ａ１に記述されている対物レンズ用調整装置の場合では、スライド式フレームを通じてソケット型メインフレームと結合する、軸方向に移動可能な光学部品が装備されている。この場合、第1直線駆動装置と、光軸に沿った直線運動を生成する第２直線駆動装置とが調整部品を介して結合している。なお、第２直線駆動装置はスライド式フレームと結合している。

このような公知対物レンズの場合、部品間で遊びのない動きが保証できるように、機械構成部に対しバネまたは弾力性素子により均一に圧力がかけられる。必要なバネ力は、多数の移動部品から生じる摩擦抵抗および重量作用力により殆どの場合大きくて、従来型渦巻きバネの使用が殆ど不可能なほどである。
顕微鏡対物レンズの構造空間には制限があり、そのような渦巻きバネの組み込みは到底不可能である。バネ構造を決めるもう一つの基準は、構造部品の可動性にできる限り制限のないことである。異なるカバーガラスの修正により、顕微鏡対物レンズの構成部品幾つかに捻れが発生する。その場合、渦巻きバネに捻れが強要され、そのことが回転可能な構成部品の可動性にネガティブな作用を及ぼしている。
ＤＥ３８１２７４５ Ｃ２ EＰ０６６０９４２ Ｂ１ ＤＥ１９９ ４７ ３７８ Ａ１ ＤＥ１９８ ０４ ４７０ Ｃ１

DE １９８ ０４ ４７０ Ｃ１から、複数のレンズ群用ソケット型フレームの付いた顕微鏡対物レンズが公知になっている。そのフレームの１つは、修正用ソケット型フレームとして様々な厚さのカバーガラスに適合するように構成されており、固定されたレンズ用ソケット型フレームとの相対的位置変更のために、対物レンズの光軸に沿って軸方向に移動できるようになっている。

修正用ソケット型フレームの軸方向移動は、光軸の周りを回転できるギザギザ刻み目付きリングの操作により、曲線リング上を移動する誘導タップを通じて行われる。修正用ソケット型フレームの片側への傾斜を防止し、幅広い調整領域を通じてできるだけ均等なバネ力が保証されるように、この解決法では複数の圧縮バネが放射方向に分配配置されている。軸方向での移動が自由に行えるように、圧縮バネの周りにはケースが配置されている。この場合、各圧縮バネが、バネの屈曲を防止するためケース内に誘導され収納されていることが不利に作用している。

このケースは顕微鏡対物レンズ内で余分な構成空間を形成している。圧縮バネはバネ伸縮路の確保のため完全にはケース内に誘導されておらず、したがって自由領域ではやはり屈曲の可能性がある。この構造の場合、個別圧縮バネの作用面が回転運動に曝されてはならない。そうでないとバネが屈曲することになりかねないからである。

本発明では、対物レンズ構造長の小型維持のもと、結像品質に影響するパラメータの補償を目的とする調整が可能で、部品相互の遊びのない動きによって、光学結像誤差を最小化する修正ソケット型フレーム付き顕微鏡対物レンズの提供を基本課題に置いている。
この課題は、本発明に関する独立請求項に記載の特徴によって解決される。その他有利な改良形態および実施態様は従属請求項の対象である。

有利な実施態様として、対物レンズ全体の構造長が小型で、ソケット型メインフレームの内側シリンダケースが軸方向に向いた打ち抜き部と堅固に結合している例がある。軸方向に移動可能な修正用ソケット型フレームはレンズおよび／またはレンズ群形態の光学部品を収納する。その場合、修正用ソケット型フレームはシリンダケースに嵌め込まれていて、修正用ソケット型フレームの外側には、シリンダケースの対応打ち抜き部を横断して噛合う放射方向に向いた、それぞれ１つずつのボルトまたはネジが配置されている。

それぞれ１つのボルトと作用結合しているネジリングは、相互間で同じまたは異なったピッチの外ネジを有しており、これらは軸方向にのみ移動可能なようにシリンダケースに嵌め込まれていて、それぞれのネジリングに割り当てられた随伴リングに、つまり対応ピッチを持ったその内壁部分と噛合っている。なお、その随伴リングはソケット型メインフレーム内で光軸の周りを回転できるように配置されており、ソケット型メインフレームの外側に配置された少なくとも１つの調整リングと作用結合していて、それと共に回転できるようになっている。

その場合、調整リングと作用結合している複数の随伴リングが互いに堅固に結合して、調整リングを通じてそれぞれが一緒に光軸の周りを回転できれば有利である。
個々の修正用ソケット型フレーム間で異なった軸方向移動調整を実現可能にするためには、調整リングに対応するそれぞれの随伴リングが同じまたは異なったピッチのネジを有しているのが有利である。そうすることで、対物レンズにおける修正条件の違いを考慮に入れることができる。

そのほか、ネジ作動における遊びまたは空動きの排除のため、随伴リングと対応のネジリングとの間に弾力性素子を配置すれば有利である。その場合、圧縮バネまたは圧縮バネの機能を果たすことのできる素子を使用するのが好ましい。
さらに、対象物の保護に用いられる安全素子が修正用ソケット型フレームの前部と結合していて、それと一緒に軸方向に移動できるようになっていれば有利である。

ボルトと対応のネジリング間で常に遊びのない結合を達成するためには、ボルトが少なくとも１つの弾力性帯板によって形成される、それぞれの対応ネジリングの縁方向に開けられた開口部に遊びなく噛合っていれば有利である。ボルトを開口部に常に締付固定するためには、開口部の直径が、ネジリングの開口部に対応するそれぞれのボルトの噛合い部分の直径より小さいか同じであれば有利である。
ボルトと対応ネジリング間で遊びのない結合を達成するためには、ボルトとネジリング開口部壁面との間に弾力性スペーサを設置する方法も有利である。

本発明は、同じまたは異なるピッチを持つネジの付いた、放射方向に移動するネジリングを利用して、つまり通例の曲線リングを使用することなく、および個別リングに螺旋形ノッチを使用することなく、３つまたはそれ以上の光学部品の軸方向移動により顕微鏡対物レンズ内において光学的修正を実現するのに用いられる。

光学的修正のほか、さらに様々な観察条件への適合化も実施できる。それにより、異なった液浸液、例えば、グリセリンまたは水による作業や、異なった温度、例えば２３℃または３７℃での作業が、および厚みや公差の異なる様々なカバーガラスによる顕微鏡検査が一段と容易になる。さらに、この対物レンズによると５０ｍｍレベルの短い構造長が達成できる。また、作業距離が約０．１８ｍｍと小さく、プレパラートまたは対象物の許容内の保護が容易に実現できる。

本発明に基づくバネ保持装置は、個別圧縮バネ使用時の欠点を回避する解決策の提案である。提案のバネ保持装置は原則として、その他構造の異なる顕微鏡対物レンズや場所的問題の存在する別種対物レンズに使用されるあらゆる種類の圧縮バネに取って代わることもできる。
本発明で説明したバネ保持装置の可変対応性により、圧縮バネの品目数は大幅に減らすことができる。

バネ保持装置使用の場合、個別渦巻きバネが周辺領域に均等分配配置され、それにより均等な圧力分布が保証されるので、顕微鏡対物レンズにおける構造部品への圧力分布が最適化される。それにより、顕微鏡対物レンズの光学特性およびまたは機械特性も大きく改善させることができる。

以下では本発明を実施例に基づき説明する。
図１の部分切断図に描かれた顕微鏡対物レンズは、締付ネジ１．１の付属するソケット型メインフレーム１およびその内部にこれと堅固に結合するシリンダケース２を有している。シリンダケースには軸方向に向けられた打ち抜き部３．１〜３．４が設けられており、そこには軸方向に精密移動の可能な修正用ソケット型フレーム４．１〜４．４が配置されている。この実施例では４つの修正用ソケット型フレーム４．１〜４．４が使用されている。修正用ソケット型フレームとしては、原則的には４つ以上の使用も考えられるが、少なくとも３つは備えなければならない。対物レンズに装備される修正用ソケット型フレームの数に応じて、シリンダケース２打ち抜き部の数も変化する。修正用ソケット型フレームと共同で作用する構成部の数も修正用ソケット型フレームの数次第である。

これらの修正用ソケット型フレーム４．１〜４．４には、単一レンズおよび／またはレンズ群から成る個々の光学部品（図には描かれていない）が固定装着されている。個々の修正用ソケット型フレーム４．１〜４．４には、シリンダケース２の対応打ち抜き部３．１〜３．４をそれぞれ横断して反対側に達する（連結固定される）放射方向に向いたボルト６．１〜６．４またはネジ棒が配置されている。これらのボルト６．１〜６．４は、それぞれ対応のネジリング９．１〜９．４と作用結合している。

これらのネジリング９．１〜９．４は、それぞれ外ネジ８．１〜８．４を有していて、シリンダケース２上を軸方向にのみ移動できるように設置されている。ネジリング９．１〜９．４は、メインケース１に配置されて内壁にそれぞれ対応ピッチを持つ随伴リング１０．１〜１０．４に外側を取り囲まれている。なお、その内ネジはネジリング９．１〜９．４の対応外ネジ８．１〜８．４と作用結合している。

ネジリング９．１〜９．４と随伴リング１０．１〜１０．４のネジは、同じまたは異なったピッチにすることができるので、対物レンズ光軸７の周りを回る随伴リング１０．１〜１０．４の回転が同じであれば、回転の固定したネジリング９．１〜９．４間で光軸７方向への移動に差が生じる。

個々の随伴リング１０．１〜１０．４がネジ棒１３．１〜１３．３またはピンで相互結合していて、それらが、外から操作可能な、光軸７の周りを回転できる調整リング１１と作用結合していれば有利である。

図１に基づく顕微鏡対物レンズの場合、随伴リング１０．１〜１０．４を同時に連動して同一回転分だけ移動させることのできる調整リングが１つ装備されている。しかし、複数の調整リングを備えた対物レンズ（図には描かれていない）を想定することもできる。その場合では、１つの調整リングに１つまたは複数の随伴リングが割り当てられていて、それにより修正用ソケット型フレームおよびその中に収容された光学部品が様々な態様で軸方向に移動することができる。

対物レンズは、対象物の側に、対象物またはプレパラートの保護に用いられる安全素子１４を有しているが、これは中間リンク１４．１を介して修正用ソケット型フレーム４．１の前面と結合していて、それと共に軸方向に移動するようになっている。

修正用ソケット型フレーム４．１〜４．４の位置調整は次のようにして実現される :
その中に光学部品（図には描かれていない）が収容されている修正用ソケット型フレーム４．１〜４．４と外ネジ８．１〜８．４を持つネジリング９．１〜９．４とは、ボルト６．１〜６．４を通じて結合している。これらのボルト６．１〜６．４は、ソケット型メインフレーム１に固定配置されたシリンダケース２の軸方向打ち抜き空洞３．１〜３．４を横断するように通されており、したがってネジリング５．１〜５．４および修正用ソケット型フレーム４．１〜４．４と共々、光軸７方向での移動および位置調整の可能性だけが与えられている。光軸７の周りの回転は不可能である。

調整リング１１が光軸７の周りを回転することによって、相互間結合している随伴リング１０．１〜１０．４も軸７の周りを回転する。調整リング１１に連動する随伴リング１０．１〜１０．４の回転により、この随伴リングの内ネジと捻り安定に配置されたネジリング９．１〜９．４の対応外ネジ８．１〜８．４とが相互作用を起し、それにより修正用ソケット型フレーム４．１〜４．４およびその内部に収容された光学部品の軸方向での移動が実現される。

互いに噛合う随伴リング１０．１〜１０．４と対応ネジリング９．１〜９．４のネジ間における遊びまたは空動きを排除するため、作用結合しているネジリングと随伴リングの該ネジの噛合い面に対して、圧し付け作用をする弾力性素子１２．１〜１２．４が配備されている。

図１に描かれた弾力性素子１２．１〜１２．４は現状技術レベルの常用タイプのものに相当する。それに対し、その他の図には本発明に基づく弾力性素子が詳細図または全体図で描かれている。

本発明に基づく弾力性素子の場合、それぞれ周囲に均等間隔で配置された、軸方向に作用する少なくとも３つの渦巻きバネ３６が使用されている。これらの渦巻きバネ３６は、第１リング３７で固定されている。つまり、第１リングに取り付けられた軸方向のピン３９に渦巻きバネ３６が差し込まれている。これに関しては、図２にピン３９数の異なる２つのリング３７が示されている。

ピン３９および渦巻きバネ３６の数は、可動部品の摩擦抵抗およびその重量作用力によって決まってくる所要バネ力に応じて選定される。所要バネ行程は、ピン３９および渦巻きバネ３６の長さ調整によって変えることができる。

第１リング３７のピン３９は第２リング３８の穴４０（図３ａ）にはめ込まれている。その穴４０は、少なくとも所要バネ行程が保証されるだけの深さになっている。両リング３７および３８は、その間のピン３９に差し込まれている渦巻きバネ３６と共に、それぞれバネリング９．１〜９．４とシリンダケース２との間に配置することができて部品の遊びのない動きを保証するバネ保持装置を形成している。

有利な実施態様として、両リング３７または３８の少なくとも１つは、ネジリング９（図３ａ参照）または随伴リング１０（図３ｂ参照）として形成することができる。

第１リング３７のピン３９を収容する穴４０のある第２リング３８がソケット型メインフレーム１と堅固に結合しているか、あるいはその中に組み込まれていれば、補助安全具（締付ネジ１．１）は省くことができる。

また別な有利な実施態様例であるが、両リング３７、３８およびその間のピン３９に差し込まれている渦巻きバネ３６により形成されるバネ保持装置として、既製の結合ユニットが適用される場合がある。

リング３８および随伴リング１０は、ピッチを最大限小さくした、例えばピッチＭ２７×０．２５の細目ネジを有している。
バネ保持装置４１、４２はそれぞれ合体させる。すなわち、ピン３９を、それに差し込んだ渦巻きバネ３６と共にリング３８の穴に圧し込む。
次に、リング３８を随伴リング１０のネジで締付固定してバネ保持装置４１、４２を組み立てる。

この種のバネ保持装置４１、４２は、例えば奥行のあるケースの中でも問題なく組み立てることができる。しかも、この種のバネ保持装置４１、４２は３６０°全回転することができる。

図５から見て取れるように、本発明に基づくバネ保持装置は，顕微鏡対物レンズの様々な場所に配置させることができる。バネ保持装置により、様々なバネ作用力のほかに様々なバネ行程も実現可能である。その場合、バネ保持装置４１の連続的圧力により、顕微鏡対物レンズ内に配置されている回転式構成部の軸方向における遊びが排除される。バネ保持装置４２は、光学部品の動きを司る調整ネジの遊びを補償し、また同時に構成部に対し放射方向に連続して均一な圧力をかけている。

提案のバネ保持装置は、渦巻きバネの数および種類の選択により所要バネ力にもバネ行程にも可変的に適合させることができる。１mm未満のバネ行程も、可変的で大きなバネ力を持つ長いバネ行程も可能である。少数品目の圧縮バネで広範囲のバネ力およびバネ行程がカバーできる。

さらに提案のバネ保持装置は、部品の遊びのない、および／または弾力性のある動きが保証されるように、各種顕微鏡対物レンズにおいて任意の数だけ使用することができる。弾力性のある動きは特に、対物レンズがプレパラートまたは試料テーブル上を移動するとき作業距離が小さいために、ケース内に組み込まれた光学部品がケース内に納まっていなければならない場合に必要である。これは顕微鏡対物レンズの保護に役立っている。

本発明に基づく顕微鏡対物レンズの縦断面部分図 ピン数の異なる2つのリング 形態（ａ，ｂ）の異なるバネ保持装置 結合された既製バネ保持装置の全体図および詳細図 バネ保持装置を持つ2つの顕微鏡対物レンズの縦断面部分図

符号の説明

１ メインフレーム
１．１ 締め付けネジ
２ シリンダケース
３．１〜３．４ 打ち抜き部
４．１〜４．４ ソケット型フレーム
６．１〜６．４ ボルト
７ 光軸
８．１〜８．４ 外ネジ
９．１〜９．４ ネジリング
１０．１〜１０．４ 随伴リング
１１ 調整リング
１２．１〜１２．４ 弾力性素子
１３．１〜１３．４ ネジ棒
１４ 安全素子
３６ 渦巻きバネ
３７、３８ リング
３９ ピン
４０ 穴
４１、４２ バネ保持装置

Claims (3)

1. 顕微鏡対物レンズ内の構成部品である回転可能な被付勢部材を付勢すると共に、前記被付勢部材の遊びのない動き、および／または弾力のある動きを保証するバネ保持装置を備えた顕微鏡対物レンズであって、
   前記バネ保持装置は、
   ２つのリング（３７，３８）と、
   ２つの前記リング（３７，３８）の間に設けられたピン（３９）と、
   前記ピン（３９）に通された渦巻きバネ（３６）とを備え、
   前記バネ保持装置の前記２つのリング（３７，３８）は、前記渦巻きバネの作用面が前記被付勢部材の回転運動に晒されることがないように一体回転可能であり、かつ顕微鏡対物レンズ内で光軸方向に移動し、
   前記２つのリングの第１リング（３７）には、前記渦巻きバネが通された前記ピンが光軸方向に取り付けられ、前記２つのリングの第２リング（３８）には、所要バネ行程を保証するとともに前記ピンの自由な移動を保証するに十分な深さを少なくとも有する穴（４０）が設けられている
   ことを特徴とする顕微鏡対物レンズ。
2. 前記渦巻きバネ（３６）は、前記顕微鏡対物レンズの光軸方向に作用し、
   前記ピン（３９）及び前記渦巻きバネ（３６）は、前記リング（３７，３８）のリング形状の周方向等間隔に、少なくとも３組以上備えられている請求項１に記載の顕微鏡対物レンズ。
3. 前記リング（３７，３８）とピン（３９）に通された前記渦巻きバネ（３６）により形成された前記バネ保持装置（４１，４２）が、既製の結合ユニットである請求項１又は２に記載の顕微鏡対物レンズ。

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