特許 5961373 顕微鏡ステージおよび顕微鏡

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5961373

(24)【登録日】2016年7月1日

(45)【発行日】2016年8月2日

(54)【発明の名称】顕微鏡ステージおよび顕微鏡

(51)【国際特許分類】

   G02B 21/26 20060101AFI20160719BHJP

【ＦＩ】

   G02B21/26

【請求項の数】14

【外国語出願】

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2011-268862(P2011-268862)

(22)【出願日】2011年12月8日

(65)【公開番号】特開2012-128417(P2012-128417A)

(43)【公開日】2012年7月5日

【審査請求日】2014年11月14日

(31)【優先権主張番号】10 2010 061 167.0

(32)【優先日】2010年12月10日

(33)【優先権主張国】DE

(73)【特許権者】

【識別番号】500178876

【氏名又は名称】ライカ マイクロシステムス ツェーエムエス ゲーエムベーハー

(74)【代理人】

【識別番号】100091867

【弁理士】

【氏名又は名称】藤田 アキラ

(74)【代理人】

【識別番号】100154612

【弁理士】

【氏名又は名称】今井 秀樹

(72)【発明者】

【氏名】ローラント ザイフェルト

(72)【発明者】

【氏名】ヨーナス フェリング

【審査官】 瀬戸 息吹

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００５−０９１８６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５６−０１７３４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−２５７１１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２６６７５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−１６６４７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−１６６２１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−０１７４５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００２／００８０４７９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開平０８−３０４７０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０５５２８１１８（ＵＳ，Ａ）

【文献】 特開昭６３−１５８４９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−０４０２２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０４０１２１１２（ＵＳ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００６／０１８７５４３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許第０４１８９９５３（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０２Ｂ １９／００ − ２１／３６

Ｇ１２Ｂ １／００ − １７／０８

Ｈ０１Ｌ ２１／６８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

プラットフォーム（１６）と、
前記プラットフォーム（１６）に載置する試料ホルダ（１８）と、
前記プラットフォーム（１６）に平行な変位面内で前記試料ホルダ（１８）を移動させるための位置決め装置（２０）と、
を備えた顕微鏡ステージ（１４）であって、
前記位置決め装置（２０）は、前記試料ホルダ（１８）を変位面内で第一の軸に沿って移動させるように設計された第一の変位装置（３４）と、前記試料ホルダ（１８）を変位面内で、前記第一の軸を横切るように延びる第二の軸に沿って移動させるように設計された第二の変位装置（３６）を有し、変位装置（３４、３６）の一方に発生した機械的ドリフトが他方の変位装置に伝えられることを防ぐために、前記第一の軸および前記第二の軸に沿う前記試料ホルダ（１８）の移動が完全に分離されるように、前記第一の変位装置（３４）および前記第二の変位装置（３６）は相互に機械的に分離され、
前記第一の変位装置（３４）は、前記第一の軸を横切って配置され且つ前記試料ホルダを移動させるために前記試料ホルダ（１８）と接触させることができる２つの第一の脚部（４２、４４）を有する第一のスライダ（３８）と、前記第一のスライダ（３８）を前記第一の軸に沿って案内する第一の直動ガイド（５８）と、前記第一のスライダ（３８）を前記第一の軸に沿って移動させる第一の駆動装置（５６）とを備え、
前記第二の変位装置（３６）は、前記第二の軸を横切って配置され且つ前記試料ホルダを移動させるために前記試料ホルダ（１８）と接触させることができる２つの第二の脚部（５０、５２）を有する第二のスライダ（４６）と、前記第二のスライダ（４６）を前記第二の軸に沿って案内する第二の直動ガイド（６２）と、前記第二のスライダ（４６）を前記第二の軸に沿って移動させる第二の駆動装置（６０）とを備える、
前記顕微鏡ステージ（１４）において、
前記第二のスライダ（４６）の前記２つの第二の脚部（５０、５２）の一方が前記第一の軸に平行に延びる長形の凹部（５４）を有し、前記第一のスライダ（３８）の前記２つの第一の脚部の一方が、前記凹部を前記第二の軸に平行に通過することを特徴とする、顕微鏡ステージ。

【請求項2】

前記試料ホルダ（１８）は、前記位置決め装置（２０）がその非動作状態にて前記試料ホルダ（１８）に作用する力より大きい接着力で、前記プラットフォーム（１６）に載置されることを特徴とする、請求項１に記載の顕微鏡ステージ（１４）。

【請求項3】

前記第一のスライダ（３８）はほぼＵ字型であり、前記第一の軸に沿って配置される第一のベース部（４０）と、前記第一の軸を横切って配置される前記２つの第一の脚部（４２、４４）とを備え、
前記第二のスライダ（４６）はほぼＵ字型であり、前記第二の軸に沿って配置される第二のベース部（４８）と、前記第二の軸を横切って配置される前記２つの第二の脚部（５０、５２）とを備え、
前記試料ホルダ（１８）は、その脇に前記第一のスライダ（３８）の前記第一の脚部（４２、４４）が間隙を設けて配置される２つの第一の対向辺と、その脇に前記第二のスライダ（４６）の前記第二の脚部（５０、５２）が間隙を設けて配置される２つの第二の対向辺と、を有する長方形のプレートとしてほぼ形成されることを特徴とする、請求項２に記載の顕微鏡ステージ（１４）。

【請求項4】

前記２つのスライダ（３８、４６）は相互に交差し、接触しないように配置されることを特徴とする、請求項３に記載の顕微鏡ステージ（１４）。

【請求項5】

前記２つの駆動装置（５６、６０）が各々、ローラ（７６、７８）の周囲で循環するように駆動されるロープ（７４、１０２）と、前記ロープ（７４、１０２）に取り付けられ、それによって前記それぞれのロープ（７４、１０２）がしっかりと、それに関連する前記スライダ（３８、４６）に連結される連結要素（８０、１０８）とを備えることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の顕微鏡ステージ（１４）。

【請求項6】

前記連結要素が、前記ロープ（７４、１０２）の２つの端が固定されるロープ張力調整装置（８０、１０８）であることを特徴とする、請求項５に記載の顕微鏡ステージ（１４）。

【請求項7】

前記２つの駆動装置（５６、６０）が各々、手動操作される駆動輪（６４、９２）と、前記駆動輪（６４、９２）および前記ロープ（７４、１０２）に連結され、且つ前記駆動輪（５６、６０）それぞれの回転運動を、それに関連する前記ロープ（７４、１０２）の循環駆動運動に変換する減速歯車装置（６８、７０、９６、９８）とを備えることを特徴とする、請求項５または請求項６に記載の顕微鏡ステージ（１４）。

【請求項8】

前記２つの直動ガイド（５８、６２）が各々、それに関連する前記軸に沿って配置されたガイドレール（８６、１１４）と、それに関連する前記スライダ（３８、４６）に連結された少なくとも１つの直動軸受（８８、９０、１１６、１１８）とを有し、前記直動軸受がそれぞれの前記ガイドレール（８６、１１４）の上で変位可能であることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の顕微鏡ステージ（１４）。

【請求項9】

前記試料ホルダ（１８）が、真鍮やアルミニウムのような、前記２つのスライダ（３８、４６）より比重の高い材料で作製されることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載の顕微鏡ステージ（１４）。

【請求項10】

前記プラットフォーム（１６）に対物レンズ（２４）が取り付けられていることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載の顕微鏡ステージ（１４）。

【請求項11】

前記対物レンズ（２４）が前記プラットフォーム（１６）の下面に、合焦駆動装置（２２）を介して取り付けられることを特徴とする、請求項１０に記載の顕微鏡ステージ（１４）。

【請求項12】

前記プラットフォーム（１６）が、顕微鏡の結像光軸と整合された貫通穴（２８）を有することを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の顕微鏡ステージ（１４）。

【請求項13】

請求項１〜１２のいずれか一項に記載の顕微鏡ステージ（１４）を有する顕微鏡（１０）。

【請求項14】

対物レンズレボルバ（３０）であって、この対物レンズレボルバ（３０）に保持される複数の顕微鏡対物レンズ（３２）のうちの１つを選択的に回転させて前記光軸の中に移動させるための対物レンズレボルバ（３０）を特徴とする、請求項１３に記載の顕微鏡（１０）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、請求項１の前段（所謂おいて書き部分、プリアンブル部分）による顕微鏡ステージに関する。

【背景技術】

【0002】

近年、個々の点状対象物、特に蛍光分子の逐次的な確率的位置推定に基づいて、従来の光学顕微鏡の回折限界に依存する分解能限界より小さい画像構造を画像化することができる光学顕微鏡法が開発された。このような方法は、たとえば特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４、特許文献５、非特許文献１および非特許文献２に記載されている。このような新たな分野の顕微鏡は、位置推定顕微鏡とも呼ばれる。その応用方式は、文献においては、たとえば（Ｆ）ＰＡＬＭ（（蛍光）光活性化位置推定顕微鏡法）（(Fluorescence) Photoactivation Localization Microscopy)、ＰＡＬＭＩＲＡ（独立画像取得型ＰＡＬＭ）（PALM with Independently Running Acquisition）、ＧＳＤ（ＩＭ）（基底状態失活（個別分子回帰）顕微鏡法）（Ground State Depletion (Individual Molecule return)Microscopy）または（Ｆ）ＳＴＯＲＭ（（蛍光）確率的光学再構成顕微鏡法）（(Fluorescence) Stochastic Optical Reconstruction Microscopy）の呼び名で知られている。

【0003】

新しい方式は、画像化対象の構造に、２つの識別可能な状態、すなわち「明」状態と「暗」状態を有するマーカで標識する点で共通している。たとえば、蛍光染料がマーカとして使用される場合、明状態はそれが蛍光を発することのできる状態であり、暗状態はこれらが蛍光を発することのできない状態である。光学イメージングシステムの従来の分解能限界より高い分解能で画像構造を画像化するには、マーカの小集合を繰り返し明状態にし、それゆえ、いわば活性化させる。これに関連して、活性化される小集合は、明状態にある隣接マーカの平均距離がその光学イメージングシステムの分解能限界より大きくなるように選択するものとする。活性化された小集合の輝度信号は、空間分解光検出器、たとえばＣＣＤカメラに結像される。それゆえ、各マーカから光点が検出され、その大きさは光学イメージングシステムの分解能限界によって決まる。

【0004】

このようにして、生データのシングルフレームを複数捕捉し、その各々の中の異なる活性化小集合を画像化する。次に、画像解析工程を用いて、生データの各シングルフレームの中で、明状態のマーカを表す光点の重心を判定する。その後、生データのシングルフレームから判定された光点の重心を合成して全体図を作る。この全体図から作成される高分解能画像には、マーカの分布が反映される。画像化対象の構造を適正に表すように再現するためには、十分な信号を検出しなければならない。しかしながら、各活性化小集合の中のマーカの数は、明状態の２つのマーカが持ちうる最低平均距離によって限定されるため、構造物を完全に画像化するためには、非常に多くの生データのシングルフレームを捕捉しなければならない。一般に、生データのシングルフレームの数は１０，０００〜１００，０００の範囲である。

【0005】

生データの１つのシングルフレームを捕捉するのに必要な最小時間は、画像化検出器の最大撮像速度によって決まる。その結果、全体図を得るために必要な一連の生データのシングルフレームの捕捉時間の合計は比較的長くなる。それゆえ、総捕捉時間は数時間にもなりうる。

【0006】

このように長い総捕捉時間では、画像化対象の試料が光学イメージングシステムに関して移動する可能性がある。高分解能の全体画像を作成するために、重心判定後に生データのシングルフレームのすべてを合成するため、２つの連続する生データのシングルフレームの捕捉中に発生する、試料と光学イメージングシステムの間の相対移動のそれぞれが、全体画像の空間分解能を損なう。多くの場合、このような相対移動は、システムの系統的な機械的運動に起因し、これは、たとえば熱膨張や収縮、機械的歪み、または機械的構成部品に使用される潤滑剤の稠度によって生じる機械的ドリフトとも呼ばれる。

【0007】

上記の高分解能顕微鏡法において、特に重要なのは、試料が顕微鏡ステージ上に、ドリフトを発生させずに位置決めされるようにすることである。先行技術では、この目的のために、いわゆる機械的ステージ（Ｘ−Ｙステージ）が使用されることが多く、これによって、プラットフォーム上の試料ホルダを、プラットフォームに平行な変位面（Ｘ−Ｙ面）において２つの直交する方向（以下の説明では、ＸおよびＹ方向とも呼ばれる）に移動させることができる。このような機械的ステージは、相互に機械的に連結される２枚の重ねられたプレートのほか、２枚のプレートを相互に接触させながら移動させる駆動装置を有する。それゆえ、機械的ステージの場合、試料ホルダのＸ軸およびＹ軸方向への移動は相互に連結される。

【0008】

上記のような顕微鏡ステージによって、容易で精密な方法で顕微鏡ステージ上に試料ホルダを位置決めすることが基本的に可能となる。しかしながら、機械的ステージを形成する構成部品が機械的に連結されるために、駆動装置の中に存在する熱の影響または機械的歪みの結果としてこれらの構成部品の１つに発生した機械的ドリフトは、他のそれぞれの構成部品にも影響を与える。長い捕捉時間が想定され、ナノメータレベルの分解能が目指される高分解能光学顕微鏡法では、これは許容できない画像シフトの原因となりうる。

【0009】

特許文献６から、位置決めされるべき加工品が載置されるプラットフォームを有す平坦な位置決めステージが知られている。この位置決めステージは、第一の軸に沿って、または第一の軸を横切って延びる第二の軸に沿って、作動面の中で加工物を移動させるようになされた第一と第二の作動手段をさらに備える。

【0010】

特許文献７では、相互に直交するように移動可能な２つのキャリッジと、キャリッジを移動させるための、同軸的に取り付けられた駆動装置を備える顕微鏡ステージ駆動装置が開示されている。駆動部材とキャリッジの間の力の伝達は、偏向ローラの上で移動する牽引手段を介して行われる。

【0011】

特許文献８から、２つのキャリッジのための精密駆動装置が知られており、これらのキャリッジは、相互に直交するように案内し、変位させることができ、そのうちの第一のキャリッジは固定ガイドに取り付けられ、第二のキャリッジは第一のキャリッジに設けられたガイドの中に取り付けられる。

【0012】

先行技術に関して、特許文献９、特許文献１０、特許文献１１および特許文献１２をさらに参照するものとし、これらから、変位面において相互に直交する２つの軸に沿って物体を移動できる位置決め装置が知られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0013】

【特許文献1】国際公開第２００６／１２７６９２ Ａ２号パンフレット

【特許文献2】独国特許第１０ ２００６ ０２１ ３１７ Ｂ３号明細書

【特許文献3】国際公開第２００７／１２８４３４ Ａ１号パンフレット

【特許文献4】米国特許出願公開第２００９／０１３４３４２ Ａ１号明細書

【特許文献5】独国特許出願公開第１０ ２００８ ０２４ ５６８ Ａ１号明細書

【特許文献6】独国特許出願公表第６９５ ３０ ０９５ Ｔ２号明細書

【特許文献7】独国特許出願公開第３５ １４ ４３１ Ａ１号明細書

【特許文献8】独国特許出願公開第１９ ３８ ７７１ Ａ号明細書

【特許文献9】特開２００５−０９１８６６号公報

【特許文献10】米国特許第５，０００，５５４ Ａ号明細書

【特許文献11】特開昭５８−１０６５１４号公報

【特許文献12】米国特許出願公開第２００６／０ １３８ ８７１ Ａ１号明細書

【非特許文献】

【0014】

【非特許文献1】“Sub-diffraction-limit imaging by stochastic optical reconstruction microscopy（STORM）”，Nature Methods ３，７９３−７９６（２００６），M. J. Rust，M. Bates，X. Zhuang

【非特許文献2】“Resolution of Lambda／１０ in fluorescence microscopy using fast single molecule photo-switching”，Geisler C. et al，Appl．Phys．A，８８，２２３−２２６（２００７）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0015】

本発明の目的は、高分解能光学顕微鏡において使用される顕微鏡ステージを特定することであり、この顕微鏡ステージによれば、顕微鏡ステージ上に試料ホルダを光学イメージングシステムに関して精密に、ドリフトを発生させずに位置決めできる。

【課題を解決するための手段】

【0016】

本発明は、請求項１の特徴付け部によって上記の目的を解決する。

【0017】

したがって、本発明は、第一の軸と第二の軸に沿った試料ホルダの移動が完全に分離されるようにする。その結果、位置決め装置を形成する２つの変位装置の相互のドリフトによる影響は、高い信頼性で防止される。それゆえ、２つの変位装置の一方に発生した機械的ドリフトがもう一方の変位装置に伝えられて、それゆえ試料ホルダの位置決めが不正確になることは、起こりえない。

【0018】

好ましくは、試料ホルダはプラットフォーム上に接着力によって載置され、この接着力は、位置決め装置がその非動作状態で試料ホルダに作用する力より大きい。「非動作」状態とは、試料ホルダのプラットフォーム上での位置決めが完了し、位置決め装置がいわば動作しない状態を意味するものと理解する。試料ホルダがプラットフォーム上に載置されるときの十分な高さの接着力は、試料ホルダの重量を相応に重くすることによって実現できる。この重量は、一方で、位置決め装置によってプラットフォーム上に試料ホルダが正確に変位されるように、また他方で、試料ホルダが、標的位置まで移動された後に、プラットフォーム上にしっかりと載置され、ドリフトに起因する位置決め装置の予期せぬ動きによるプラットフォーム上の試料ホルダの変位が一切起こらないことが保証されるように選択されるべきである。

【0019】

十分に高い接着力はまた、異なる材料特性によって実現でき、または少なくとも部分的に実現できる。たとえば、試料ホルダとプラットフォームの間に磁力による相互作用を起こさせ、それによって接着力が高まり、非動作状態の位置決め装置による試料ホルダの変位が発生しえないようにすることが考えられる。たとえば、試料ホルダおよび／または位置決め装置の表面を変えて接着力を高め、それによって非動作状態の位置決め装置による試料ホルダの変位が起こらないようにすることも考えられる。

【0020】

顕微鏡ステージの有利な実施形態は、第一の変位装置が、試料ホルダを変位させるために試料ホルダと接触させることのできる第一のスライダと、第一のスライダを第一の軸に沿って案内する第一の直動ガイドと、第一のスライダを第一の軸に沿って移動させる第一の駆動装置を備え、第二の変位装置が、試料ホルダを変位させるために試料ホルダと接触させることのできる第二のスライダと、第二のスライダを第二の軸に沿って案内する第二の直動ガイドと、第二のスライダを第二の軸に沿って移動させる第二の駆動装置を備えるようにする。この実施形態において、２つの変位装置の機械的分離は、別々のスライダ、直動ガイドおよび駆動装置を設けることによって実現され、それにより、確実に試料ホルダを第一と第二の軸に沿って、独立した運動で変位させることができる。試料ホルダがプラットフォーム上に載置されるときの接着力は、位置決め装置の非動作状態において、駆動装置がそれぞれに関連付けられたスライダを介して試料ホルダに作用する力の合計より大きい。このために、駆動装置は好ましくは、駆動装置に連結されたスライダが、機械的ドリフトの結果として試料ホルダに押し付けられたときに、いわば試料ホルダから押し離されるのに十分に円滑に設計される。特に、試料ホルダは駆動装置との間で非確動的（non-positive）接続部も確動的（positive，形状拘束的）接続部も持たないことが保証される。

【0021】

さらに有利な実施形態において、第一のスライダは実質的にＵ字型であり、第一の軸に沿って配置された第一のベース部のほか、第一の軸を横切って配置された２つの第一の脚部を有する。したがって、第二のスライダは実質的にＵ字型で、第二の軸に沿って配置された第二のベース部のほか、第二の軸を横切って配置された２つの第二の脚部を有する。さらに、試料ホルダは実質的に長方形のプレートとして設計され、これは、第一のプレートの第一の脚部が間隙を設けてその脇に配置される２つの第一の対向する辺と、第二のプレートの第二の脚部が間隙を設けてその脇に配置される２つの第二の対向する辺を有する。この実施形態において、試料ホルダは毎回、２つのＵ字型のスライダの２つの脚部の間に配置される。位置決め装置がその非動作状態で試料ホルダに作用する力を最小限にするために、各々のスライダの２つの脚部の間の距離を十分に大きくし、試料ホルダが２つの脚部の間に挟み込まれないようにする。これによって、位置決め装置が非動作状態にあるとき、２つの脚部のうちの多くとも一方が試料ホルダに当たって静止し、それが機械的ドリフトの結果として試料ホルダに押し付けられると、そこから、いわば押し離されることが確実となる。

【0022】

好ましくは、２つのスライダは相互に対して交差し、接触しないように配置される。このために、第二のスライダの２つの第二の脚部の一方には第一の軸に平行に延びる長形凹部を設けることができ、これに対して、第一のスライダの２つの第一の脚部の一方は、第二の軸に平行な凹部を通過する。２つのスライダの変位経路を考慮し、この凹部の長さは、スライダがその移動範囲全体で接触を避けられるように配置され、それゆえ相互に分離されるような寸法とされる。

【0023】

好ましくは、２つの駆動装置は各々、ローラの周囲で移動するように駆動されるロープと、ロープに取り付けられ、それぞれのロープがそれに関連付けられたスライダにしっかりと連結されるようにするための連結要素を備える。この実施形態は、駆動装置を特に円滑に開発する役割を果たす。これによって、たとえば熱変形によって各駆動装置の中に生じる力は確実に駆動装置内で弛緩して、位置決め装置が非動作状態とされたときに、比較的高い接着力でプラットフォーム上に載置される試料ホルダを変位させない。

【0024】

好ましくは、連結要素はロープ張力調整手段であり、その中にロープの２つの端が固定される。このようにして、それぞれのロープ駆動装置の円滑さに影響を与えるロープの張力を容易に最適化できる。

【0025】

別の実施形態において、２つの駆動装置は各々、手動式の駆動輪と、駆動輪とロープに連結され、それぞれの駆動輪の回転運動を、それぞれに関連付けられたロープの循環駆動運動に変換する減速歯車装置を備える。この実施形態により、使用者は試料ホルダをプラットフォーム上で容易に位置付けることができる。減速歯車装置によって、この位置決めの精度が向上する。

【0026】

有利な発展型において、２つの直動ガイドは各々、それぞれに関連付けられた軸に沿って配置されたガイドレールと、それぞれに関連付けられたスライダに連結され、それぞれのガイドレール上で移動可能な少なくとも１つの直動軸受を備える。たとえば、特に円滑に設計できる直動玉軸受または直動滑り軸受を直動軸受として使用できる。

【0027】

好ましくは、試料ホルダがプラットフォーム上に載置されるときの十分に高い接着力は、試料ホルダの重量を相応に重くすることによって実現される。たとえば、試料ホルダは真鍮で作製でき、２つのスライダはアルミニウムで作製できる。このような材料の選択によって、試料ホルダの重量は確実に２つのスライダと比較して重くなり、それゆえ、プラットフォーム上での接着力が比較的大きくなる。

【0028】

特に好ましい実施形態においては、対物レンズがプラットフォームに取り付けられる。対物レンズがプラットフォームから分離されている従来の実施形態と比較して、この発展型は、試料ホルダだけでなく、対物レンズもプラットフォームに関して固定された配置となり、その結果、試料ホルダと対物レンズの間の機械的ドリフトが最小限に抑えられるという点で有利である。

【0029】

機械的ドリフトは、対物レンズを、合焦駆動装置を介してプラットフォームに取り付けると、さらに低減できる。合焦駆動装置をプラットフォームに、プラットフォーム上に載置される試料ホルダに関して固定された空間配置で取り付けることによってもまた、いずれの場合にも必要な対物レンズの焦点合わせがドリフトの影響を受けなくなる。

【0030】

本発明の別の態様によれば、上記の種類の顕微鏡ステージを有する顕微鏡が提供される。

【0031】

好ましくは、このような顕微鏡は対物レンズレボルバを備え、これは対物レンズレボルバに保持されるいくつかの顕微鏡対物レンズのうちの１つを選択的に回転させて、光路の中へと移動させるためのものである。この対物レンズレボルバに加え、プラットフォームにも対物レンズが設けられている場合、このような顕微鏡は特に柔軟に使用できる。たとえば、まず概観を把握するために、対物レンズレボルバに保持される顕微鏡対物レンズのうちの１つによって比較的大きな画像部分を観察し、この画像部分の中で適当な標的領域を選択して、この領域を、ほとんどドリフトのない状態でプラットフォームに保持された対物レンズによって、特に高い分解能で結像することが可能である。この場合、プラットフォームに保持された対物レンズは、それを適当な旋回装置を介して結像光路から外すことができ、必要に応じて、再び旋回によって光路内へと移動させ、その後、安定に位置決めされた状態でプラットフォームに固定することができるように取り付けられる。

【0032】

以下に、図面を参照しながら実施形態に基づいて本発明をより詳しく説明する。

【図面の簡単な説明】

【0033】

【図1】ある実施形態としての高分解能光学顕微鏡の斜視図である。

【図2】図１による光学顕微鏡の顕微鏡ステージの底面斜視図である。

【図3】顕微鏡ステージの上面斜視図である。

【図4】顕微鏡ステージの、一部断面図を含む上面斜視図であり、Ｘ駆動装置とＹ駆動装置が強調されている。

【図5】顕微鏡ステージの上面図であり、Ｘ駆動装置とＹ駆動装置を強調するために、顕微鏡ステージの一部が省略されている。

【図6】顕微鏡ステージの上面図であり、ＸスライダとＹスライダだけが概略的に描かれている。

【発明を実施するための形態】

【0034】

以下に、まず、高分解能光学顕微鏡１０の全体的構造を、図１と図２を参照しながら説明する。ここでは、光学顕微鏡１０の中の、本発明を理解するために必要な構成部品だけを説明する。

【0035】

光学顕微鏡１０は顕微鏡スタンド１２を有し、その上に顕微鏡１４が螺合される。顕微鏡ステージ１４はプラットフォーム１６を有し、その上に試料ホルダ１８が載置される。プラットフォーム１６上にはさらに、位置決め装置２０があり、これは後でより詳しく説明され、プラットフォーム１６の上に試料ホルダ１８を位置決めする役割を果たす。

【0036】

図２の底面図に示されるように、プラットフォーム１６の下面には旋回可能な合焦駆動装置２２が取り付けられ、そこに対物レンズ２４が螺合される。旋回式レバー２６によって、合焦駆動装置２２は、そこに保持されている対物レンズ２４とともに旋回させて、光学顕微鏡１０の結像光路から外し、および光路の中に移動させることができる。結像光路は、プラットフォーム１６に形成され、その上方に試料ホルダ１８が配置される貫通穴２８を通過する。

【0037】

光学顕微鏡１０は、顕微鏡スタンド１２に取り付けられた１対の接眼レンズ２９のほか、いくつかの顕微鏡対物レンズ３２を保持する対物レンズレボルバ３０をさらに有する。図１には、顕微鏡ステージ１４が上昇された状態で顕微鏡スタンド１２が描かれ、そうでなければ顕微鏡ステージ１４で覆われている対物レンズレボルバ３０が見える。

【0038】

それゆえ、対物レンズレボルバ３０に保持される顕微鏡対物レンズ３２とは別に、光学顕微鏡１０はそれに加えて、プラットフォーム１６に取り付けられた対物レンズ２４を備える。対物レンズレボルバ３０は、まず概観を把握するために、顕微鏡対物レンズ３２のうちの１つを選択的に回転させて、結像光路内に移動させることで、比較的大きな画像視野を観察するために使用できる。このために、プラットフォーム１６に取り付けられた対物レンズ２４は、旋回式レバー２６によって旋回されて結像光路から外される。観察された画像視野の中の特定の標的領域を後に、特に高い分解能で結像させる場合、その時点で結像光路内に配置されている顕微鏡対物レンズ３２を結像光路から外し、プラットフォーム１６に取り付けられた対物レンズ２４を旋回させて、結像光路内に移動させる。対物レンズ２４はプラットフォーム１６に直接配置されているため、図示されていない試料が保持される試料ホルダ１８と対物レンズ２４の間の機械的ドリフトは比較的低い（少なくとも、対物レンズレボルバ３０上に保持される対物レンズ３２のうちの１つを使用する場合より低い）ため、この構成では、冒頭に記した位置推定顕微鏡法の方式の１つによる試料の高分解能画像形成が可能である。

【0039】

以下に、位置決め装置２０について、図３から図６を参照しながらより詳しく説明する。

【0040】

位置決め装置２０は、相互から機械的に分離されている２つの変位装置３４と３６を備える。変位装置３４は、プラットフォーム１６上で試料ホルダ１８を第一の方向に変位させる役割を果たし、それに対して、第二の変位装置は、プラットフォーム１６の上で試料ホルダ１８を第二の方向に変位させるために使用され、この第二の方向は第一の方向に直交する。上記の２つの方向は、図３から図６において、それぞれ両矢印ＸとＹによって示される。したがって、第一の変位装置３４は以下の説明においてＸ変位装置と呼び、第二の変位装置はＹ変位装置と呼ぶ。２つの方向ＸとＹによって画定される変位面を以下の説明において、Ｘ−Ｙ面と呼ぶ。

【0041】

図３からわかるように、Ｘ変位装置３４は、Ｘ方向に前後移動可能なＸスライダ３８を備える。Ｘスライダ３８は、ベース部４０と２つの平行な脚部４２と４４を有する、実質的にＵ字型のプレートとして形成される。ベース部４０はＸ方向に延び、それに対して、２つの脚部４２、４４はＹ方向に延びる。したがって、Ｙ変位装置３６は、Ｙ方向に前後移動可能なＹスライダ４６を有する。Ｙスライダ４６も同様に、ベース部４８と２つの平行な脚部５０と５２を有する。ベース部４８はＹ方向に延び、それに対して、２つの脚部５０、５２はＸ方向に延びる。

【0042】

Ｘスライダ３８とＹスライダ４６は相互に対して、それぞれその脚部４２、４４と５０、５２がそれらの変位範囲内で相互に接触することなく、いわば互い違いになるように配置される。このために、Ｙスライダ４６の脚部５０は長形凹部５４を有し、これはＸ方向に延び、その中をＸスライダ３８の脚部４４がＹ方向に通過する。それゆえ、凹部５４により、２つのスライダ３８と４６が相互に関して互い違いに、接触することなく配置されることが保証される。

【0043】

Ｘ変位装置３４はさらに、Ｘ駆動装置５６とＸ直動ガイド５８を備える。Ｘ駆動装置５６とＸ直動ガイド５８は、Ｘスライダ３８をＸ方向にまっすぐに案内し、移動させる機能を果たす。したがって、Ｙ変位装置３６は、Ｙ駆動装置６０とＹ直動ガイド６２を備え、これらはＹスライダ４６をＹ軸方向にまっすぐに案内し、移動させる役割を果たす。駆動装置５６、６０および直動ガイド５８、６２について、図４から図６を参照しながら以下により詳しく説明する。これに関連して、図６は、本発明の装置の機能を説明するために、２つのスライダ３８と４６を、その形状に関して抽象的に示している。

【0044】

Ｘ駆動装置５６は、軸受６６を介してプラットフォーム１６に回転可能に取り付けられているＸ回転つまみ６４を有する。Ｘ回転つまみ６４には歯車６８が連結され、これは回転つまみ６４とともに回転する。歯車６８は、軸受７２を介してプラットフォーム１６に回転可能に取り付けられている歯車７０と噛み合う。歯車６８と７０は、これらが一緒に減速歯車装置を形成するような寸法である

【0045】

歯車７０の回転運動は、Ｘ駆動ロープ７４に伝えられる。Ｘ駆動ロープ７４は、歯車７０に連結された駆動ローラ７６のほか、プラットフォーム１６に取り付けられた偏向ローラ７８の上で案内される。Ｘ駆動ロープ７４の２つの端は、固定ねじ８２と８４によってロープ張力調整装置８０の中に固定される。ロープ張力調装置８０によって、Ｘ駆動ロープ７４のロープ張力を所望通りに調整できる。

【0046】

ロープ張力調整装置８０は、Ｘスライダ３８にしっかりと取り付けられる。ロープ張力調整装置８０はそれゆえ、駆動要素を形成し、これはＸ回転つまみ８４の操作によって起こされるＸ駆動ロープ７４の循環運動をＸスライダ３８の運動に変換する。

【0047】

Ｘ直動ガイド５８は、Ｘ方向に延び、プラットフォーム１６にしっかりと取り付けられるＸガイドレール８６を有する。Ｘガイドレール８６は軸を形成し、それに沿ってＸスライダ３８が案内される。このために、Ｘガイドレール８６には２つの直動軸受８８と９０が移動可能に配置される。２つの直動軸受８８と９０は、Ｘスライダ３８にしっかりと連結される。これらは、Ｘスライダ３８がＸ駆動装置５６によってＸ方向に移動されると、Ｘガイドレール８６の上で移動する。

【0048】

Ｙ駆動装置６０とＹ直動ガイド６２は、それぞれＸ駆動装置５６とＸ直動ガイド５８と同様に形成される。したがって、Ｙ駆動装置６０はＹ回転つまみ９２、軸受９４、歯車９６と９８、軸受１００、Ｙ駆動ロープ１０２、駆動ローラ１０４、偏向ローラ１０６、ロープ張力調整装置１０８のほか、固定ねじ１１０、１１２を備え、これに対して、Ｙ直動ガイド６２は、Ｙガイドレール１１４のほか、２つの直動軸受１１６、１１８を有する。Ｙ変位装置３６の構成部品９２から１１８は、Ｘ変位装置３４の構成部品６４から９０と同様に動作する（構成部品９２から１１８は、試料ホルダをＹ方向に変位させる役割を果たす点が異なる）。

【0049】

図３から図６において最もよくわかるように、試料ホルダ１８は実質的に長方形のプレートとして形成され、その中央に円形の開口部１２０があり、これはプラットフォーム１６の貫通孔２８と整合している。試料ホルダ１８は留め具１２２をさらに備え、これは、観察対象の、図示されていない試料を試料ホルダ１８の雌型凹部１２６の中に固定する役割を果たす。

【0050】

前述のように、Ｘ変位装置３４とＹ変位装置３６は、プラットフォーム１６上の試料ホルダ１８を、Ｘ方向とＹ方向に独立して移動させる役割を果たす。２つの変位装置３４と３６の機能を、図６を参照しながら以下に詳しく説明する。

【0051】

図６に示されているように、Ｘスライダ３８の２つの脚部４２と４４は、試料ホルダ１８の２つの対向する辺の脇に、間隙を設けて設置されるように配置される。これは、２つの脚部４２と４４の間のＸ方向に測定された距離が、試料ホルダ１８のＸ方向への寸法より大きいことを意味する。それゆえ、試料ホルダ１８が両方の脚部４２と４４に同時に接触することはなく、それゆえ、その間に挟み込まれないことが保証される。図６において、脚部４２、４４が試料ホルダ１８に関して有する間隙は、わかりやすくするために誇張されて大きく描かれている。実際には、これは２つの脚部４２、４４の間に試料ホルダが挟み込まれることが防止できる大きさでよい。

【0052】

試料ホルダ１８をＸ方向に移動させる場合、Ｘ回転つまみ６４を回転させ、するとその回転運動が歯車６８と７０によって形成される減速歯車装置を介して、Ｘ駆動ロープ７４の循環運動に変換される。このＸ駆動ロープ７４の循環運動は、次いで、Ｘロープ張力調整装置８０を介してＸスライダ３８に伝えられる。ここで、２つの脚部４２と４４の一方は、試料ホルダ１８のうち、それぞれの脚部に面する辺と接触する。これによって、試料ホルダ１８はプラットフォーム１６上でＸ方向に変位する。

【0053】

したがって、試料ホルダは（Ｘ方向への移動とは独立して）、Ｙ駆動装置６０とＹ直動ガイド６２を介してＹ方向に移動される。

【0054】

試料ホルダ１８は、接着力によってプラットフォーム１６上に載置され、この接着力は、位置決め装置２０が、その非動作状態において、機械的ドリフトの結果として試料ホルダ１８にかけるすべての力の合計より大きい。特に、上記の接着力は、脚部４２、４４、５０、５２のうちの１つが、試料ホルダ１８の、それぞれの脚部に面する面に対して直接当たっているときに、試料ホルダ１８にかける力より大きい。

【0055】

これは、一方で、駆動装置５６、６０と直動ガイド５８、６２を特に円滑にし、他方で、スライダ３８と４６がプラットフォーム１６上に、試料ホルダ１８よりはるかに小さい接着力で載置されるようにすることで実現される。たとえば、後者は、試料ホルダ１８を比較的重い材料、たとえば真鍮で作製し、それに対して、スライダ３８と４６をはるかに軽い材料、たとえばアルミニウムで作製することで実現される。

【0056】

以上のような手段によって、駆動装置５６、６０と直動ガイド５８、６２の可動部を、機械的ドリフトの発生時に、脚部４２、４４、５０、５２のうちの１つが試料ホルダ１８に押し当てられる方向と反対に移動させる、すなわち降伏させるようにすることができる。脚部はそれゆえ、いわば試料ホルダ１８から押し離され、それに対して、駆動装置５６、６０と直動ガイド５８、６２は、脚部がこのように押し離されることに対して感知されうる抵抗を発生させず、その動きに降伏する。

【符号の説明】

【0057】

１０ 光学顕微鏡
１２ 顕微鏡スタンド
１４ 顕微鏡ステージ
１６ プラットフォーム
１８ 試料ホルダ
２０ 位置決め装置
２４ 対物レンズ
２６ 旋回式レバー
２８ 貫通穴
２９ 接眼レンズ
３０ 対物レンズレボルバ
３２ 顕微鏡対物レンズ
３４ Ｘ変位装置
３６ Ｙ変位装置
３８ Ｘスライダ
４０ ベース部
４２、４４ 脚部
４６ Ｙスライダ
４８ ベース部
５０、５２ 脚部
５４ 凹部
５６ Ｘ駆動装置
５８ Ｚ直動ガイド
６０ Ｙ駆動装置
６２ Ｙ直動ガイド
６４ Ｘ回転つまみ
６６ 軸受
６８、７０ 歯車
７２ 軸受
７４ Ｘ駆動ロープ
７６ 駆動ローラ
７８ 偏向ローラ
８０ ロープ張力調整装置
８２、８４ 固定ねじ
８６ Ｘガイドレール
８８、９０ 直動軸受
９２ Ｙ回転つまみ
９４ 軸受
９６、９８ 歯車
１００ 軸受
１０２ Ｙ駆動ロープ
１０４ 駆動ローラ
１０６ 偏向ローラ
１０８ ロープ張力調整装置
１１０、１１２ 固定ねじ
１１４ Ｙガイドレール
１１６、１１８ 直動軸受
１２０ 開口部
１２２、１２４ 留め具
１２６ 雌型凹部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】