[发明专利]用于使显微镜物镜对焦于样品的装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于使显微镜物镜对焦于样品的装置，该装置包括定位单元，其具有主体、可移动地支撑于该主体并适于保持该显微镜物镜的物镜保持器、以及用于使该物镜保持器沿着该显微镜物镜的光轴移动的执行机构。

背景技术

在高分辨率光学显微技术中，使显微镜物镜在成像光路中保持在一个稳定而且精确的位置是特别重要的。例如，现代光学显微方法中要达到的空间分辨率希望在侧向、也即垂直于显微镜物镜的光轴方向低于50nm。因此，对于样品和显微镜物镜之间的非人为故意的相对侧向位移——其可能例如因温度波动而引起——要尽可能地避免。这对于许多其中使用几分钟的成像时间的方法尤其如此，在该时间内，甚至显微镜物镜沿垂直于光轴的最轻微的位移都将会产生图像偏差，从而导致侧向分辨率相应的降低。

此外，在前述类型的光学显微方法中，显微镜物镜必须以特别高的精度对焦于样品。显微镜物镜沿光轴的行程典型地处于大约100μm这个数量级之下。在显微镜中使用的用以产生显微镜物镜的对焦运动的定位单元中，越来越多地使用高精度MEMS装置，其包括主体，可移动地支撑于该主体的物镜保持器，和用于使得该物镜保持器、以及显微镜物镜沿着光轴精确地移动、以使显微镜物镜对焦于样品的执行机构(例如压电陶瓷)。

常规的显微镜物镜通常在其尾端也即远离样品的那端形成螺纹。该螺纹用来例如将显微镜物镜拧进一个市场上可购得的物镜的镜头转盘中。当使用前述类型的定位单元时，利用该显微镜螺纹将显微镜物镜从其尾端拧进物镜保持器，很可能还要在这两者之间使用一个合适的适配器。

现有技术中有多种已知的其它的方法来达到确保显微镜物镜尽可能地保持在一个稳定的位置并且高精度地对焦的目的。例如，美国专利US2002/0015225描述了一种显微镜，其中样品保持器和对焦单元直接安装在显微镜物镜上。然而，这有一个缺点，就是不再可能轻易地改变显微镜物镜。此外，对样品的操作对对焦单元具有直接的影响，这可能损害对焦精度。

欧洲专利申请EP1418456A1描述了一种显微镜，其通过采用绕着光轴的旋转对称设置以及使用热膨胀系数互相适配的光学元件来防止显微镜物镜在垂直于光轴方向上出现不想要的位置偏离。

世界专利申请WO2006/056178A1公开了一种显微镜物镜，该物镜通过导向套管(guide sleeve)而与载物台成为一体。然而，这在增加了沿光轴方向的稳定性的同时，位于导向套管内的显微镜物镜在垂直于光轴方向上却存在不可忽略的移动(play)。

美国专利US6,731,327B1描述了一种用于使显微镜物镜沿着光轴移动的定位单元。该定位单元具有一个用于额外地将显微镜物镜稳定在其操作位置的夹持装置。然而，该夹持装置的提供使得设计相对复杂。

从德国专利申请DE19949044A1可知一种使用双平行弹簧部件获得显微镜物镜的精细定位的装置。该双平行弹簧元件在显微镜物镜的远离样品的那一端起作用，结果，显微镜物镜另外那个正对着样品的自由端可能发生一个不能忽视的倾斜，这导致不希望出现的图像偏移以及空间分辨率的相应的降低。

从US2009/0284853A1可知一种对焦装置，其包括一对叶簧(leaf spring)，每一个叶簧有一端与主体耦合，另一端与物镜保持器耦合。该物镜保持器通过设置在透镜镜筒(lens barrel)的外表面的外螺纹和与该外螺纹啮合的螺母而形成。

在US2010/0091363A1中描述了一种物镜保持器，通过采用该保持器能够选择性地使得多个物镜中的每一个都进入显微镜光路中。这些个物镜分别都具有一个在同样的高度沿着光轴布置的接触面，该接触面与一个对应的固定接触面相接触，因此这些物镜之间获得了齐焦性。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种能以尽可能高的空间分辨率使显微镜物镜精确对焦于样品的装置。

根据本发明，该目的通过权利要求1的请求保护的主题来实现。

因而，与将显微镜物镜保持在尾端也即远离样品的那端(并且通常是通过该端部所提供的螺纹)的常规系统相比，本发明的一个特点是显微镜物镜保持在面对着样品的前部，该前部是指所谓的前透镜所处的地方。这是因为已经发现，将物镜稳定在其前端——如本发明所提出的，在其达到最高可能等级的横向分辨率时，具有优于将其稳定在其尾端的常规方法的优点。