专利名称：具有至少一个在光轴方向上可移动的透镜组的显微镜物镜的制作方法
技术领域：
本发明涉及显微镜物镜，具有至少一个在显微镜物镜的光轴方向上可移动的、由至少一个透镜和透镜筒构成的透镜组，它为了移动与机电的驱动装置连接。
背景技术：
已知显微镜物镜，其中透镜组可以在光轴方向上移动。移动例如用于使各个物镜适配于不同的玻璃罩厚度、不同的浸没介质或不同的运行温度，或者仅仅用于修正成像品质。在图I. I至I. 5中示出由现有技术已知的相关示例。利用在围绕透镜组3的光轴可旋转的驱动环(Mitnahmering)6里面加工出来的曲线I使榫头4在轴向移动。榫头4与透镜组3机械地固定连接。在长孔2里面加工出同心包围透镜组3的机架固定(gestellfest) 的套筒5，长孔防止在榫头4移动期间榫头围绕光轴旋转。由此也防止透镜组3旋转。作为下面描述的发明意义上的透镜组3指的是自身封闭的结构组，由一个或多个光学透镜构成，它们由透镜筒包围。在这里为了清晰没有示出透镜筒。为了消除在图I. 4中所示的榫头4与曲线I之间的轴向间隙，在套筒5内部经常安置弹性元件(没有图示地示出)。但是在此缺陷是，由于在弹性元件贴靠面上的磨损可能脏污光学系统。如果在物镜内部在轴向顺序设置多个透镜组3的时候，消除轴向间隙尤其是重要的，其相互间的距离按照上述原理能够改变。如果在此榫头4与曲线I之间的间隙是不同的，透镜组3在运动方向反向时不同时地运动，这导致不期望的光学误差。这一点也在榫头4或透镜组3相对旋转时产生，由此产生不期望的光学误差，例如散光或眩光。在图2. I至图2. 5中示出另一同样已知的用于移动透镜组3的可能性。在这里代替图I. 2中的驱动环6设有两个相互嵌接的螺纹环7和8。榫头4在内螺纹环7里面不是固定在长孔、而是固定在孔9里面。利用外螺纹环8和螺纹导程的旋转控制透镜组3的轴向移动。在此弹性元件(未示出)可以安置在套筒5外部，用于避免由于磨损脏污光学系统内部。由于上述的原因在这里也必需使榫头4与套筒5之间的间隙非常小。在图2. I至2. 5 中为了清晰同样未示出透镜筒。在两个变化方案中手动地调整透镜组3。尤其在可逆设计的显微镜中这是不利的， 因为物镜设置在平台下面并由此限制其接触性。因此只能费事地或者甚至不能实现所需的、必须在物镜上进行的调整。为了克服这一点，在DE 10 2008 026 774 Al中描述的控制装置中对于显微镜物镜中的调整元件设有电动的驱动装置。在此至少两个透镜组可以利用从属的、分别电动控制的调整环沿着显微镜物镜的光轴运动。利用传动装置实现旋转运动从电动机传递到调整环，并且设有控制单元，在其中可调用地存储用于调整环节不同移动行程的特征曲线。WO 08/100695 A2描述了利用位于物镜旋座上的电动机电动地驱动用于物镜的修正机构，电动机通过带与物镜连接。这个解决方案是费事的且需要很多空间。在按照EP I 319 968 BI的扫描显微镜中显微镜的所有物镜透镜由公共的镜筒包围，它们通过可动线圈共同地电磁地在光轴方向上调整。在这里不能调整单个的透镜。缺陷是，电动的驱动装置在高值显微镜物镜中已经设有的透镜组导向机构上的耦联不能通过已知的技术解决方案实现。
发明内容
下面描述的发明的目的是，克服现有技术中的缺陷。这个目的按照本发明通过权利要求I的特征得以实现。在从属权利要求2至11 中给出有利的扩展结构。按照本发明一种上述形式的显微镜物镜包括 -产生旋转驱动运动的电动机，和
-传动件，它设计成 -用于将旋转运动转换成平移运动，
-用于将平移运动传递到透镜组上，并且同时 -用于防止透镜组围绕光轴旋转。在第一扩展结构变化中所述电动机的旋转从动轴与螺杆连接，螺杆与平移运动的螺母处于啮合，并且设有用于传递螺母的平移运动到透镜组上的耦合元件。在此该耦合元件在光轴方向上强制导引，由此防止所述耦合元件并由此也防止透镜组围绕光轴旋转。在第二扩展结构变化中所述电动机的旋转从动轴同样与螺杆连接，但是它在此与加工在透镜筒里面的螺纹孔啮合，由此没有中间连接耦合元件地直接使透镜组平移运动。 由于螺杆直接啮合在透镜筒里面不仅实现透镜组的平移运动，同时防止透镜组围绕光轴旋转。最好与第二实施例变化相结合可以使所述透镜组与附加的用于其在光轴方向上的强制导引的元件连接，由此附加地防止围绕光轴旋转。在两个实施例变化中，所述驱动运动的旋转轴线有利地平行于光轴取向。在另一扩展结构变化中，所述电动机、传动件和耦合元件的至少局部部位 -或者设在透镜筒与包围透镜筒的套筒之间的空间里面，
-或者安置在这个套筒以外。此外有利的是，对移动的透镜组附设测量装置，它形成用作移动行程基准的测量值并由此形成用于提高在调整透镜组时定位精度的基础。为此所述电动机可以配有译码器。为避免滞后，在电动机从动机构与螺母之间可以安装弹性元件，它消除螺杆与螺母之间的间隙。此外以上述现有技术为基础本发明思想还在于，通过机电的驱动电动机替换手动操纵的驱动环或螺纹环，该驱动电动机产生旋转的驱动运动。在此旋转轴线平行于光轴取向。所述调整或传动机构有利地包括与电动机从动轴连接的杆，它起到在轴向沿着物镜光轴的调整运动的作用，同时由此也起到防止透镜组围绕光轴旋转的作用。所述电动机和调整机构的功能重要的零部件根据本发明的实施例定位在透镜筒与包围透镜筒的套筒中间的空间里面或者定位在这个套筒外部。在有利的扩展结构中所述测量装置设置在显微镜物镜的套筒上。在此测量装置的可动部件可以与驱动件(Mitnehmer)连接，用于由此实现电动的显微镜物镜的紧凑结构形式。如果要使多于一个的透镜组运动，可以设有对应于透镜组数量的电动机，具有从属的调整机构，例如以螺杆或附加的传动件的形式。
下面借助于实施例详细解释本发明。附图中
图I. I至I. 5示出现有技术的第一示例，
图2. I至2. 5示出现有技术的第二示例，
图3. I至3. 4示出本发明的第一扩展结构变化，没有用于调整行程的基准装置，
图4. I至4. 4示出本发明的第二扩展结构变化，具有用于调整行程的基准装置，
图5. I至5. 2示出基准装置的有利扩展结构变化，
图6. I至8. 2示出用于按照本发明的紧凑的物镜内部结构的示例，
图9. I至图12. 5示出用于按照本发明的紧凑的物镜的示例，其中用于调整透镜组的驱动装置设置在透镜筒与包围的套筒之间，
图13. I、13. 2示出用于电动机结构的示例。附图标记清单 I曲线
2长孔
3、3’、3”透镜组
4、4’、4”榫头 5套筒
6驱动环 7螺纹环 8螺纹环 9孔
10、10’、10”电动机
11、11’、11”螺杆
12、12’、12”长孔 13透镜筒
14、14’、14”驱动件
15、15’、15”螺母
16、16’、16”固定机构
17、17’、17’旋转轴承
18、18’、18”减速器
19、19’、19”译码器 20磁体固定件
21磁体 22套筒
23、23’、23” 传感器24、24’、24” 测25控制电路26压电电动机27螺母28弹性元件29插入元件30套筒31螺纹孔32光轴。
具体实施例方式前面已经解释过在图I. I至2. 5中所示的示例。它们形成最接近本发明的现有技术。在图3. I中以正视图示出本发明的第一扩展结构变化，图3. 2示出图3. I中A-A 的截面图，图3. 4示出其立体图。与现有技术不同在这里放弃驱动环6或螺纹环7和8。取而代之在套筒22以外利用固定机构16设置电动机10，在其从动轴上耦联螺杆11。螺杆11的旋转轴线与电动机10 从动轴的旋转轴线一致并且平行于透镜组3的光轴取向。利用螺母15使螺杆11的旋转运动转换成轴向运动，它通过驱动件14和已经由现有技术已知的榫头4传递到透镜组3上。 电动机从动轴的旋转方向可以反向。通过旋转方向给定方向，在该方向透镜组3沿着光轴移动。由于稳定性原因使与电动机10反向的螺杆11端部固定在旋转轴承17里面并由此侧面固定。为了能够更精细分级地调整透镜组3，在电动机10与螺杆11之间可以设置减速器18。也有利地在电动机10上在集成的测量系统的意义上设置译码器19，它保证透镜组 3的确定定位。相关地可以使驱动件14配备标志并且在透镜筒13上设有与这个标志对应的光栅，用于实现移动距离的基准。榫头4在这里也在长孔12中导引。由此满足本发明的目的，即，尽管按照本发明所实现的技术和经济上的改善，但是仍然使由现有技术已知的物镜结构保留在套筒22内部。 与现有技术相比尤其在技术上的差别在这个扩展结构变化中是，不必再使榫头4与长孔12 之间的间隙保持尽可能地小，而是可以大得多地设计。在此必须使榫头4和所有其它部件 (它们伸入到长孔12里面)具有相对于长孔12内壁足够的自由空间，由此避免在图3. 3中所示的强制位置。如果显微镜物镜包括多个在光轴方向上顺序布置的透镜组3或者要使多于仅一个透镜组3运动，也可以相应地将多个上述形式的驱动装置分布在透镜筒圆周上。在此相对固定机构16和旋转轴承17的安装方向对于每个驱动装置是变化的。在图3. I至3. 4中未示出透镜筒。在图4. I至4. 5中示出的本发明的第二扩展结构在驱动件14上附加地设有磁体固定件20，它配有磁体21。在磁体21下方设置传感器23并且与套筒22固定连接。在传感器23上有利地设有用于基准移动的测量点24。在这里通过旋转螺杆11也使螺母15并通过螺母使驱动件14、榫头4以及透镜组3运动。与本发明的第一扩展结构不同，附加地也使磁体固定件20与磁体21在轴向上移动，由此根据传感器23可以确定透镜组3在物镜中的正确位置。代替具有传感器23的磁体21也可以安装各种其它适合的测量单元，例如具有测量直尺的光学测量系统。通过这些措施在测量技术上消除螺杆11与螺母15之间在运动反向时可能的松动并由此不引起透镜组3位置方面的不准确。在图4. I至4. 5中未示出透镜筒。同样如同未图示地示出的那样可以在技术上有利地使旋转轴承17不安置在套筒 22上，而是通过桥接件与电动机10和减速器18连接并由此利用其轴线，用于使旋转轴承 17的轴线与电动机10和传动装置18的轴线对齐。如同在另一在图5. I中以立体图和在图5. 2中以俯视图示出的实施例变化那样， 电动机10的从动轴旋转轴线不定位在榫头4上,榫头4在这里以螺栓头的形式构成(参见图5. 1)，而是定位在传感器23对面。这能够使电动机10靠近透镜筒13并由此使整个显微镜物镜以更小的外径构成。在图5. I和5. 2中可以看到相应构成的调整机构和透镜筒13， 而未示出在其外周面上固定装配传感器23的套筒。附加地看到驱动件14和磁体固定件 20，它们在这里一体地构成。在图6. I至图8. 2中以不同的视图示出实施例变化，其中代替具有减速器和译码器的直流电动机设有具有螺杆包括控制电路25的压电电动机26。为了防止这个螺杆摆动， 设有球头轴承(kugelkopflager)形式的对应轴承(Gegenlager)(参见图8. 2)并且使驱动件14与磁体固定件20通过弹性元件28 (参见图8. I和8. 2)顶压在所述对应轴承上。图
6.2示出根据本发明的思想可能实现的紧凑的物镜结构，图6. I示出其立体外观图。除了紧凑的结构形式的优点以外这个实施例变化还能够实现具有更大外径的功率更大的电动机。图6. 2还示出两个电动机10和26在套筒22上的布置，其中电动机10和26在光轴32的方向上基本并排设置在同一高度上。在所示的实施例中电动机26是压电电动机。 但是在这里不受限制地也可以使用更细的主轴电动机。由于这种结构，也可以在物镜中以更短的结构长度使用两个电动机。图7. I以按照图5. 1,5. 2,6. I和6. 2的实施例示出用于按照本发明的物镜的紧凑内部结构示例的截面图，其中示出驱动单元的旋转轴线。图7. 2以通过榫头4的轴线的截面图示出同一示例。在图8. I中以按照图6. I和图6. 2的实施例示出用于按照本发明的物镜的紧凑内部结构示例的通过驱动单元旋转轴线的截面图，其中也示出驱动单元旋转轴线的位置，其中也规定了用于克服滞后或用于消除反向松动的弹性元件的位置。图8. 2以通过榫头4旋转轴线的截面图示出同一示例。在另一未图示出的扩展结构变化中可以将电动机从动轴的旋转运动转换成棘轮-齿条组合的平移运动，其中棘轮位于从动轴上，而齿条可以固定地设置在透镜筒13上。 电动机仍然可以与变速器和译码器连接。但是在此由于上述原因仍然要考虑榫头4与长孔 12之间的微小间隙。在本发明的范围内电动机10也定位于套筒30内部，如图9. I的视图所示的那样， 由此套筒30同时包围透镜组3包括透镜筒13和驱动元件。电动机10利用固定机构16固定在套筒30的内壁上。在此可以省去单独的主轴螺母(Spindelmutter)，因为透镜筒13配有螺纹孔31，它与螺杆11啮合。这个螺纹同时与在长孔2里面导引的榫头4共同防止透镜组3围绕光轴旋转。由此也省去单独旋转轴承17的必要性(参见图3. 2和图4. 2)。在这个扩展结构中有利地是在套筒30外部更少数量的零部件，由此以这种方式实现紧凑的物镜结构。借助于在套筒30里面加工出来的长孔2中导引的榫头4必要时可以附加地防止透镜组3径向旋转。在这里如同借助于图4. I至4. 5已经解释且在图10. I和10. 2中再一次示出的那样，可以设有测量系统，它保证透镜组3在其移动时的定位精度。图11. I至11. 4示出围绕第二电动驱动的透镜组3的扩展，其中第一电动机10仍然固定在套筒30上，而第二电动机10可以固定在第一透镜筒13上。两个透镜筒13如同借助于图9. 2所述的那样分别配有螺纹孔31，它们与螺杆11啮合。在按照图11. I至11. 4的另一扩展结构中如同在图12. I至12. 5中所示的那样设有测量系统，用于保证透镜组3在其移动时的定位精度。视图仅仅示出一种可能的结构，但是电动机10和附属于它们的调整机构尤其在其径向围绕光轴错开定位方面仍然位于在本发明的范围内。例如图13. I和13. 2示出两个电动机10，和10”布置在套筒22圆周上，其中电动机10’和10”在光轴32的方向上上下地设置，其中各个部件与图4. I和4. 2类似地对于电动机10’以…’并且对于电动机10”以…”示出。由此可以更紧凑地构成显微镜物镜的外轮廓。显微镜物镜在这个电动机结构中只具有与按照图6. 2所述变化类似的凸起并由此可以更容易地在物镜旋座里面设置更多的物镜，不会与其外轮廓接触。如果现在按照本发明的解决方案与由文献DE 10 2008 026 774 Al已知的控制器组合，则得到显微镜物镜，它可以由远离的地点以最佳的光学修正调整。无需手动调整，由此避免与此相关的缺陷。在物镜与外部的用于供电驱动装置的电源或者与外部的用于数据交换的部件连接时，布线可能起到干扰作用，例如在物镜旋座旋转时。为了避免这一点有利的是，使物镜配有插入元件29，它例如由卡口连接的一部分构成(参见图7. I和图7. 2)。通过这个插入元件29可以在显微镜物镜与显微镜之间没有干扰布线地不仅导引数据流而且导引电流。此外有利的是，使试样台与物镜透镜组的修正运动同步并且在显微镜的总控制器中考虑，用于自动地进行在物镜与试样之间的工作距离的必需变化，由此使要被检测的物体总是以高品质成像。
权利要求
1.显微镜物镜，具有至少一个在显微镜物镜的光轴方向上可移动的、由至少一个透镜和透镜筒(13)构成的透镜组(3)，所述透镜组为了移动与机电的驱动装置连接，所述显微镜物镜包括-产生旋转驱动运动的电动机(10)，和-传动件，它设计成--用于将旋转运动转换成平移运动，-用于将平移运动传递到透镜组(3 )上，并且同时—用于防止透镜组(3)围绕光轴旋转。
2.如权利要求I所述的显微镜物镜，其中所述电动机(10)的旋转从动轴与螺杆(11) 连接，该螺杆可与平移运动的螺母(15，27)处于啮合，并且设有用于传递螺母(15，27)的平移运动到透镜组(3)上的耦合元件，其中该耦合元件在光轴方向上强制导引，由此防止所述奉禹合兀件并由此也防止透镜组(3)围绕光轴旋转。
3.如权利要求I所述的显微镜物镜，其中所述电动机(10)的旋转从动轴与螺杆(11) 连接，该螺杆与加工在透镜筒(13)里面的螺纹孔(31)啮合，其中通过螺杆(11)的这种啮合不仅规定透镜组(3)的平移运动而且防止透镜组(3)围绕光轴旋转。
4.如权利要求3所述的显微镜物镜，其中所述透镜组(3)与附加的用于其在光轴方向上的强制导引的元件连接并由此附加地防止围绕光轴旋转。
5.如上述权利要求中任一项所述的显微镜物镜，其中所述驱动运动的旋转轴线平行于光轴取向。
6.如上述权利要求中任一项所述的显微镜物镜，其中所述电动机(10)、传动件和耦合元件的局部部位-定位在透镜筒(13)与包围透镜筒(13)的套筒(30)之间的空间里面，或者-定位在套筒(30)以外。
7.如上述权利要求中任一项所述的显微镜物镜，其中对所述透镜组(3)附设测量装置，它形成用作移动行程的基准的测量值并由此形成用于提高定位精度的基础。
8.如权利要求I所述的显微镜物镜，其中所述电动机(10)安置在套筒(22)上，它同心且机架固定地包围所述至少一个透镜组(3 )。
9.如权利要求7所述的显微镜物镜，其中所述测量装置的可动部件与驱动件(14)连接。
10.如权利要求I所述的显微镜物镜，其中设有至少两个电动机(10，26)，它们在套筒 (22)的圆周上以光轴(32)的方向为基准大约在同一高度上且并排地设置。
11.如权利要求I所述的显微镜物镜，其中设有至少两个电动机(10’，10”)，它们在套筒(22)圆周上以光轴(32)的方向为基准上下地设置。
全文摘要
本发明涉及一种显微镜物镜，具有至少一个在显微镜物镜的光轴方向上可移动的、由至少一个透镜和透镜筒(13)构成的透镜组(3)，它为了移动与机电的驱动装置连接。按照本发明一种这样的显微镜物镜包括产生旋转驱动运动的电动机(10)和传动件，它设计成用于将旋转运动转换成平移运动，用于将平移运动传递到透镜组(3)上，同时用于防止透镜组(3)围绕光轴旋转。在一种优选的扩展结构变化中所述电动机(10)的旋转驱动轴与螺杆(11)连接，它与加工在透镜筒(13)里面螺纹孔处于啮合，由此使透镜组(3)直接平移地运动。同时通过螺杆(11)啮合到透镜筒(13)里面不仅实现透镜组(3)的平移运动，而且防止透镜组(3)围绕光轴旋转。
文档编号G02B7/02GK102608744SQ20121001512
公开日2012年7月25日 申请日期2012年1月18日 优先权日2011年1月18日
发明者G.赫布斯特, I.法尔布施 申请人:卡尔蔡司微成像有限责任公司