DE112004000126B4 - Mikroskopvorrichtung - Google Patents
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Abstract
einer Objektivlinse (5);
einem Probentisch (3), auf welchem die zu untersuchende Probe (2) angeordnet wird;
einem Verschiebungserkennungssystem, welches eine relative Distanz zwischen einem Spitzenabschnitt der Objektivlinse (5) und dem Probentisch (3) erkennt;
einem Bewegungsmechanismus, der die Objektivlinse (5) entlang einer optischen Achse relativ zu dem Probentisch (3) bewegt; und
einer Steuereinheit (13), welche den Bewegungsmechanismus auf der Grundlage von Informationen steuert, welche von dem Verschiebungserkennungssystem erkannt werden, um die relative Distanz zwischen dem Spitzenabschnitt der Objektivlinse (5) und dem Probentisch (3) einzustellen,
wobei das Verschiebungserkennungssystem ein Sensorziel (4) und einen berührungsfreien Sensor (1) aufweist, wobei einer von Sensorziel (4) oder berührungsfreiem Sensor (1) an dem Probentisch (3) vorgesehen ist und der andere von Sensorziel (4) oder berührungsfreiem Sensor (1) an dem Spitzenabschnitt der Objektivlinse (5) vorgesehen ist und entlang der optischen Achse der Objektivlinse...
Description
- Technischer Gegenstand
- Die vorliegende Erfindung betrifft eine Mikroskopvorrichtung.
- Stand der Technik
- Im allgemeinen wird eine Probenbeobachtung oder -betrachtung unter Verwendung eines Mikroskops derart durchgeführt, dass eine Objektivlinse nahe an eine Probe herangebracht wird, welche auf einer Mikroskopstufe angeordnet ist, um einen Ziel-Beobachtungsteil auf der Probe zu vergrößern. In diesem Fall verringert die nahe an die Probe herangebrachte Objektivlinse die Schärfentiefe oder den Scharfeinstellbereich bei einem Anstieg der Vergrößerung, was zu einer Schwierigkeit beim Positionieren der Objektivlinse gegenüber der zu betrachtenden Probe führt. Zusätzlich verschlechtert selbst eine geringfügige Änderung im Abstand zwischen der Objektivlinse und der Probe das Betrachtungsbild erheblich.
- Obgleich die tatsächlichen Positionen von Objektivlinse und zu betrachtender Probe sehr nahe beieinander sind, ist die mechanische Verbindungslänge zwischen ihnen aufgrund der Zwischenschaltung vieler mechanischer Teile, beispielsweise Mikroskoprahmen, Objektivlinsen-Bewegungsmechanismus und Revolver sehr groß. Diese mechanischen Teile neigen dazu, aufgrund von Temperaturänderungen ihre Abmessungen zu ändern. Wenn die Anzahl von mechanischen Teilen ansteigt, nimmt daher die Größe der Abmessungsänderung zu. Zusätzlich ist, wenn die mechanische Verbindungslänge durch einen Anstieg der Anzahl von mechanischen Teilen ansteigt, dieser Aufbau empfindlich gegenüber Vibrationen, was zu hohen Vibrationsamplituden führt.
- Selbst wenn daher die Objektivlinse zum Zeitpunkt der Betrachtung auf die Probe fokussiert ist, ändert sich der Abstand zwischen der Objektivlinse und der Probe erheblich, wenn sich die Abmessungen der jeweiligen mechanischen Teile aufgrund einer Änderung der Umgebungstemperatur – herrührend vom Betrieb einer Klimatisierungsanlage – ändern. Dies verursacht leicht Defokussierungen. Zusätzlich, wenn geringe externe Vibrationen auf diese Anordnung aufgebracht werden, ändert sich der Abstand zwischen der Objektivlinse und der Probe aufgrund einer großen Vibrationsamplitude. Dies bewirkt leicht Defokussierungen in Richtung der optischen Achse oder der Horizontalrichtung.
- Aus den oben beschriebenen Gründen ändern sich, selbst wenn die Brennweite zum Zeitpunkt der Betrachtung unter Verwendung eines Mikroskops auf eine zu betrachtende Probe eingestellt ist, bei einer Änderung der Umgebungstemperatur aufgrund eines EIN/AUS-Betriebs einer Beleuchtungslampe und der Aktivierung einer internen Energieversorgung und Klimatisierung die Abmessungen von mechanischen Teilen, was den Abstand zwischen Objektivlinse und Probe ändert. Dies bewirkt eine Defokussierung.
- Um eine Defokussierung aufgrund einer thermischen Drift zu kompensieren, werden, wie es beispielsweise in der
japanischen Patentanmeldung KOKAI-Veröffentlichung Nr. 9-120030 - Darüber hinaus hat die
japanische Patentanmeldung KOKAI-Veröffentlichung Nr. 2001-83391 - Das Dokument
US 2002/0015225 A1 - Beschreibung der Erfindung
- Die Erfindung wurde unter Berücksichtigung einer derartigen Situation gemacht und hat als Aufgabe, eine Mikroskopvorrichtung bereit zu stellen, welche das Auftreten einer Defokussierung aufgrund des Einflusses einer Änderung in der Umgebungstemperatur, aufgrund von Vibrationen etc. unterdrückt.
- Eine Mikroskopvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung weist die Merkmale des Anspruchs 1 auf.
- Kurze Beschreibung der Zeichnung
-
1 zeigt eine Mikroskopvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; -
2 zeigt in vergrößerter Form eine Objektivlinse und ihre Umgebung aus1 ; -
3 zeigt, wie sich ein die Objektivlinse haltendes Bauteil aufgrund einer Änderung der Umgebungstemperatur oder dergleichen thermisch ausdehnt, um sich zu verlängern; -
4 zeigt eine Mikroskopvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; -
5 zeigt eine Mikroskopvorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; -
6 zeigt, wie sich das Halteteil der Objektivlinse aufgrund einer Änderung der Umgebungstemperatur oder dergleichen thermisch ausdehnt, um sich zu verlängern und sich hierbei schräg stellt; -
7 zeigt eine Mikroskopvorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; -
8 zeigt vergrößert eine Objektivlinse und ihre Umgebung aus7 und den schräg gestellten Zustand der Objektivlinse; und -
9 zeigt vergrößert eine Objektivlinse und ihre Umgebung in einer Mikroskopvorrichtung gemäß der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und den schräg gestellten Zustand der Objektivlinse. - Beste Art zur Durchführung der Erfindung
- Die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Darstellung der beigefügten Zeichnung beschrieben.
- <Erste Ausführungsform>
- Diese Ausführungsform ist auf eine Umkehrmikroskopvorrichtung gerichtet.
1 zeigt eine Mikroskopvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. - Wie in
1 gezeigt, weist die Mikroskopvorrichtung dieser Ausführungsform eine Objektivlinse5 , einen Probenträger oder Probentisch3 , auf welchem eine zu untersuchende oder betrachtende Probe2 angeordnet wird, ein Sensorziel4 , welches an einem Spitzenabschnitt der Objektivlinse5 angeordnet ist und einen berührungsfreien Sensor1 auf, der an dem Probentisch3 befestigt ist. - Der Probentisch
3 weist eine optische Apertur auf. Die Objektivlinse5 liegt bezüglich des Probentisches3 auf der gegenüber liegenden Seite der zu betrachtenden Probe2 , welche auf dem Probentisch3 angeordnet ist und kann Licht von der Probe2 durch die optische Apertur des Probentisches3 empfangen. - Der berührungsfreie Sensor
1 erkennt den Abstand zu dem Sensorziel4 . Der berührungsfreie Sensor1 ist beispielsweise ein kapazitiver Sensor, ist jedoch nicht hierauf beschränkt. Infolge dessen ist das Sensorziel4 aus einem leitfähigen Material. Das Sensorziel4 und der berührungsfreie Sensor1 bilden ein Verschiebungserkennungssystem, welches die relative Distanz zwischen dem Spitzenabschnitt der Objektivlinse5 und dem Probentisch3 erkennt. - In diesem Fall bedeutet ”erkennt die relative Distanz”, dass eine Änderung in der relativen Distanz oder dem Relativabstand erkannt wird. Dies ist nicht auf den Erhalt der Größe einer tatsächlichen Änderung der Relativdistanz in Form eines numerischen Wertes begrenzt und bedeutet allgemein eine Art von Information, welche eine momentane Änderung der Relativdistanz wiedergibt. Dies beinhaltet somit auch die tatsächliche Messung einer relativen Distanz.
- Das Mikroskop weist weiterhin einen Revolver
6 auf, der die Objektivlinse5 hält, sowie einen Motor10 , der die Objektivlinse5 zusammen mit dem Revolver6 entlang der optischen Achse bewegt und eine Steuerung13 , welche als Steuereinheit dient, die den Motor10 ansteuert, so dass die relative Distanz zwischen dem Spitzenabschnitt der Objektivlinse5 und dem Probentisch3 eingestellt wird. - Die Steuerung
13 kann die relative Distanz zwischen dem Spitzenabschnitt der Objektivlinse5 und dem Probentisch3 bevorzugt in Schritten einstellen, die kleiner als die Schärfentiefe des optischen Betrachtungssystems sind, welches die Objektivlinse5 aufweist. - Der Motor
10 weist einen Bewegungsmechanismus auf, der die Objektivlinse5 zusammen mit einem Trägermechanismus für den Revolver6 entlang der optischen Achse relativ zu dem Probentisch3 bewegt. - Das Mikroskop weist auch einen Sensorverstärker
11 , der einen Erkennungssignalausgang vom berührungsfreien Sensor1 verstärkt und einen Steuerschalter12 auf, der eine EIN/AUS-Steuerung anweist, um die relative Distanz zwischen dem Spitzenabschnitt der Objektivlinse5 und dem Probentisch3 konstant zu halten. In Antwort auf eine EIN-Steueranweisung vom Steuerschalter12 steuert die Steuerschaltung13 den Motor10 , um die relative Distanz zwischen dem Spitzenabschnitt der Objektivlinse5 und dem Probentisch3 auf der Grundlage einer Information von dem berührungsfreien Sensor1 konstant zu halten, welche über den Sensorverstärker11 eingegeben worden ist. - Die Mikroskopvorrichtung weist weiterhin eine Fokussierhandhabe
7 für den Fokussiervorgang, einen Rückziehschalter8 , der die Objektivlinse5 zurückzieht und einen Rückstellschalter9 auf, der die Objektivlinse5 in ihre Ausgangsposition zurückbringt. - Die Fokussierhandhabe
7 gibt ein Signal an die Steuerung13 aus, welches ihre Drehrichtung angibt. Die Steuerung13 steuert den Motor10 abhängig von diesem Signal, um die Objektivlinse5 entlang der optischen Achse zu bewegen. Die Steuerung13 steuert den Motor10 in Antwort auf eine EIN-Betätigung des Rückziehschalters8 , um die Objektivlinse5 von dem Probentisch3 zurück zu ziehen. Im Gegensatz hierzu steuert in Antwort auf eine EIN-Betätigung des Rückstellschalters9 die Steuerung13 den Motor10 so, dass die Objektivlinse5 nahe an dem Probentisch3 herangebracht wird und die Linse in die Position vor der Zurückziehung zurückgestellt wird. - Die Steuerung
13 steuert auch den Motor10 , um die Objektivlinse5 entlang der optischen Achse abhängig von einem Befehlssignal14 zu bewegen, welches von einer Bedienungsperson über eine geeignete Schnittstelle eingegeben wird. -
2 zeigt in vergrößerter Form die Objektivlinse und ihre Umgebung aus1 . Wie in2 gezeigt, ist ein Zielträgerteil15 , welches an die Form der Objektivlinse5 angepasst ist, auf den Spitzenabschnitt der Objektivlinse5 gesetzt. Das Zielträgerteil15 hat im wesentlichen Zylinderform und an seiner äußeren Oberfläche ein Gewinde. Das Sensorziel4 hat Ringform und seine innere Oberfläche weist ein Gewinde auf, welches mit dem Gewinde an dem Zielträgerteil15 in Eingriff bringbar ist. Das Sensorziel4 ist mit dem Zielträgerteil15 im Gewindeeingriff. - Das Sensorziel
4 kann entlang der optischen Achse, d. h. nach oben und unten bewegt werden, indem das Sensorteil4 um das Zielträgerteil15 gedreht wird. Der Messbereich des berührungsfreien Sensors1 nimmt mit einem Anstieg der Auflösung ab. Aus diesem Grund wird die Vertikalposition des Sensorziels4 bevorzugt so eingestellt, dass das Sensorziel4 nahe der Mitte des Messbereichs des berührungsfreien Sensors1 im fokussierten Zustand liegt. - Wenn gemäß
1 die Fokussierhandhabe7 gedreht wird, gibt sie ein Signal an die Steuerung13 aus, welches ihre Drehrichtung wiedergibt. Die Steuerung13 steuert den Motor10 abhängig von dem Eingangssignal, um die Objektivlinse5 entlang der optischen Achse zu bewegen, d. h. nach oben und unten. - Das Verschiebungserkennungssystem mit dem berührungsfreien Sensor
1 und dem Sensorziel4 erkennt stets die relative Distanz zwischen dem Spitzenabschnitt der Objektivlinse5 und dem Probentisch3 . Ein Erkennungssignalausgang von dem berührungsfreien Sensor1 wird vom Sensorverstärker11 verstärkt und von der Steuerung13 gelesen. - Wenn der Steuerschalter
12 EIN ist, führt die Steuerung13 eine Steuerung derart durch, dass die relative Distanz zwischen dem Spitzenabschnitt der Objektivlinse5 und dem Probentisch3 konstant gehalten wird. - Wenn bei dieser Steuerung beispielsweise gemäß
3 das Bauteil, welches die Objektivlinse5 hält, sich thermisch ausdehnt, um sich aufgrund einer Änderung in der Umgebungstemperatur oder dergleichen um ΔZ1 zu verlängern, nimmt die relative Distanz zwischen dem Spitzenendabschnitt der Objektivlinse5 und dem Probentisch3 entsprechend ab. Diese Änderung wird vom berührungsfreien Sensor1 erkannt und das Erkennungssignal wird von der Steuerung13 über den Sensorverstärker11 gelesen. - Die Steuerung
13 berechnet die Richtung, in der und die Distanz, um welche die Objektivlinse5 zu bewegen ist, um die Relativdistanz auf eine Relativdistanz ΔZ2 zurück zu stellen, welche vor der Änderung vorlag, was auf der Grundlage des Eingangserkennungssignals erfolgt und steuert den Motor10 abhängig von dem Berechnungsergebnis. Durch diesen Vorgang wird die Objektivlinse5 von dem Probentisch3 weg bewegt, um die relative Distanz zwischen dem Spitzenabschnitt der Objektivlinse5 und dem Probentisch3 auf die relative Distanz ΔZ2 vor der Änderung zurück zu stellen. - Diese Steuerung wird fortgeführt, wenn der Steuerschalter
12 EIN ist. Infolge dessen wird die relative Distanz zwischen dem Spitzenabschnitt der Objektivlinse5 und dem Probentisch3 stets auf einem konstanten Wert gehalten, wenn der Steuerschalter12 EIN ist. - Bei Empfang des Befehlssignals
14 oder eines Signals von der Fokussierhandhabe7 steuert die Steuerung13 den Motor10 abhängig von dem Eingangssignal, um die Objektivlinse5 entlang der optischen Achse zu bewegen ungeachtet davon, ob der Steuerschalter12 EIN oder AUS ist. Wenn der Steuerschalter12 EIN ist, bewegt die Steuerung13 die Objektivlinse5 zunächst abhängig vom Befehlssignal14 oder vom Signal von der Fokussierhandhabe7 und steuert dann den Motor10 , um die relative Distanz zwischen dem Spitzenabschnitt der Objektivlinse5 und dem Probentisch3 bei der Distanz unmittelbar nach der Bewegung zu halten. - Wenn Objektivlinsen
5 am Revolver6 angeordnet sind, kann es notwendig sein, während der Betrachtung zwischen den Objektivlinsen5 umzuschalten. Wenn die zu untersuchende Probe2 betrachtet wird, liegen die Objektivlinse5 und das Sensorziel4 nahe dem berührungsfreien Sensor1 . Wenn daher in diesem Zustand der Revolver6 gedreht wird, gelangen diese Bauteile in Kontakt miteinander. Dies kann in nachteiliger Weise die zu untersuchende Probe2 beeinflussen. - Aus diesem Grund wird, wenn die Objektivlinsen
5 umgeschaltet werden, der Rückziehschalter8 gedrückt, so dass die Objektivlinse5 zurückgezogen wird. Nachdem die Objektivlinsen5 umgeschaltet worden sind, wird der Rückstellschalter9 gedrückt, so dass die Objektivlinse5 in ihre Ausgangsposition zurückkehrt. - Wenn der Rückziehschalter
8 gedrückt wird, gibt der Rückziehschalter8 ein Rückziehsignal an die Steuerung13 aus. Die Steuerung13 steuert den Motor10 abhängig von dem Rückziehsignal, um die Objektivlinse5 abzusenken. Durch diesen Vorgang wird die Objektivlinse5 in eine Position ausreichend entfernt von dem Probentisch3 bewegt, was erlaubt, dass zwischen den Objektivlinsen5 durch Drehung des Revolvers6 umgeschaltet werden kann. Wenn die Objektivlinse5 zurückgezogen wird, speichert die Steuerung13 die relative Distanz zwischen dem Spitzenabschnitt der Objektivlinse5 und dem Probentisch3 vor dem Rückziehvorgang. - Wenn der Rückstellschalter
9 gedrückt wird, gibt der Rückstellschalter9 ein Rückstellsignal an die Steuerung13 aus. Die Steuerung13 steuert den Motor10 abhängig von dem eingegangenen Rückstellsignal, um die Objektivlinse5 anzuheben, so dass die relative Distanz zwischen dem Spitzenabschnitt der Objektivlinse5 und dem Probentisch3 auf die Distanz zurückgeführt wird, welche zum Zeitpunkt der Zurückziehung gespeichert wurde. - Wenn die Position der Objektivlinse
5 nach dem Zurückstellen nicht passend ist, wird die Fokussierhandhabe7 gedreht, um die Position der Objektivlinse5 einzustellen. - Wie sich aus der obigen Beschreibung ergibt, wird bei der Mikroskopvorrichtung gemäß dieser Ausführungsform die relative Distanz zwischen dem Spitzenabschnitt der Objektivlinse
5 und dem Probentisch3 auf einem konstanten Wert gehalten, wenn dies notwendig ist, ohne dass dies durch Änderungen in der Umgebungstemperatur, Vibrationen oder dergleichen beeinflusst wird. Somit ist es möglich, das Auftreten einer Defokussierung auch bei einer Betrachtung über eine längere Zeitdauer hinweg wirksam zu unterdrücken. - <Zweite Ausführungsform>
- Diese Ausführungsform ist auf eine Draufsichtmikroskopvorrichtung gerichtet.
4 zeigt eine Mikroskopvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Gleiche Bezugszeichen wie in1 bezeichnen in4 gleiche Teile. - Wie in
4 gezeigt, hat das Mikroskop dieser Ausführungsform eine Objektivlinse5 , einen berührungsfreien Sensor1 , der am Spitzenabschnitt der Objektivlinse5 angeordnet ist, einen Probentisch16 , auf welchem eine zu untersuchende oder zu betrachtende Probe2 angeordnet wird und eine Stufe17 , auf der der Probentisch16 angeordnet ist. - Die Objektivlinse
5 liegt bezüglich des Probentisches16 auf der gleichen Seite wie die zu betrachtende Probe2 , welche auf dem Probentisch16 angeordnet ist. - Der berührungsfreie Sensor
1 erkennt den Abstand zu dem Probentisch16 . Der berührungsfreie Sensor1 ist beispielsweise ein kapazitiver Sensor, ist jedoch nicht hierauf beschränkt. Infolge dessen weist der Probentisch16 ein leitfähiges Teil zumindest nahe einer oberen Oberfläche auf, auf der die zu betrachtende Probe2 angeordnet ist. Der Probentisch16 kann von einer Bauart sein, bei der auf der oberen Oberfläche ein Film eines leitfähigen Materials ist oder von einer Bauart sein, bei der er selbst aus leitfähigem Material ist. - Das leitfähige Teil nahe der oberen Oberfläche des Probentisches
16 dient als Sensorziel für den berührungsfreien Sensor1 . Der berührungsfreie Sensor1 und das Sensorziel bilden ein Verschiebungserkennungssystem, welches die relative Distanz zwischen dem Spitzenabschnitt der Objektivlinse5 und dem Probentisch16 erkennt. - Das Mikroskop
5 weist weiterhin einen Revolver6 auf, der die Objektivlinse5 trägt, sowie einen Motor10 , der den Probentisch16 zusammen mit der Stufe17 entlang der optischen Achse bewegt und eine Steuerung13 , welche als Steuereinheit dient, welche den Motor10 so ansteuert, dass die relative Distanz zwischen dem Spitzenabschnitt der Objektivlinse5 und dem Probentisch16 eingestellt wird. - Die Steuerung
13 kann die relative Distanz zwischen dem Spitzenabschnitt der Objektivlinse5 und dem Probentisch16 bevorzugt in Stufen einstellen, welche kleiner als die Schärfentiefe des optischen Betrachtungssystems sind, welches die Objektivlinse5 enthält. - Der Motor
10 weist einen Bewegungsmechanismus auf, der die Objektivlinse5 zusammen mit einem Trägermechanismus für die Stufe17 entlang der optischen Achse relativ zum Probentisch16 bewegt. - Das Mikroskop hat ebenfalls einen Sensorverstärker
11 , der einen Erkennungssignalausgang von dem berührungsfreien Sensor1 verstärkt und einen Steuerschalter12 , der eine EIN/AUS-Steuerung zur Aufrechterhaltung der relativen Distanz zwischen dem Spitzenabschnitt der Objektivlinse5 und dem Probentisch16 auf konstantem Wert anweist. In Antwort auf eine EIN-Steueranweisung vom Steuerschalter12 steuert die Steuerung13 den Motor10 , so dass eine relative Distanz zwischen dem Spitzenabschnitt der Objektivlinse5 und dem Probentisch16 konstant gehalten wird, was auf der Grundlage der Information erfolgt, welche von dem berührungsfreien Sensor1 erkannt und über den Sensorverstärker11 eingegeben wird. - Die Mikroskopvorrichtung hat weiterhin eine Fokussierhandhabe
7 für die Fokussierung, einen Rückziehschalter8 , der die Objektivlinse5 zurückzieht und einen Rückstellschalter9 , der die Objektivlinse5 in die Ausgangsposition zurückstellt. Die Fokussierhandhabe7 gibt an die Steuerung13 ein Signal aus, welches ihre Drehrichtung wiedergibt. Die Steuerung13 steuert den Motor10 abhängig von diesem Signal, um die Objektivlinse5 entlang der optischen Achse zu bewegen. Die Steuerung13 steuert den Motor10 in Antwort auf eine EIN-Betätigung des Rückziehschalters8 , um die Objektivlinse5 von dem Probentisch16 weg zu bewegen. Im Gegensatz hierzu steuert in Antwort auf eine EIN-Betätigung des Rückstellschalters9 die Steuerung13 den Motor10 so, dass die Objektivlinse5 nahe an den Probentisch16 herangebracht und die Linse in die Position vor der Zurückziehung zurückgestellt wird. - Die Steuerung
13 steuert weiterhin den Motor10 abhängig von einem Befehlssignal14 , welches von einer Bedienungsperson durch eine geeignete Schnittstelle eingegeben wird, um die Objektivlinse5 entlang der optischen Achse zu bewegen. - Wenn bezugnehmend auf
4 die Fokussierhandhabe7 gedreht wird, gibt sie ein Signal an die Steuerung13 aus, welches ihre Drehrichtung wiedergibt. Die Steuerung13 steuert den Motor10 abhängig von dem eingegebenen Signal, um die Stufe17 entlang der optischen Achse zu bewegen, d. h. nach oben und unten. - Das Verschiebungserkennungssystem, welches den berührungsfreien Sensor
1 und das Sensorziel (den leitfähigen Teil des Probentisches16 ) aufweist, erkennt stets die relative Distanz zwischen dem Spitzenabschnitt der Objektivlinse5 und dem Probentisch16 . Ein Erkennungssignal, welches vom berührungsfreien Sensor1 ausgegeben wird, wird vom Sensorverstärker11 verstärkt und von der Steuerung13 gelesen. - Wenn der Steuerschalter
12 EIN ist, führt die Steuerung13 eine Steuerung durch, um die relative Distanz zwischen dem Spitzenabschnitt der Objektivlinse5 und dem Probentisch16 konstant zu halten. - Wenn bei einer derartigen Steuerung beispielsweise das die Objektivlinse
5 haltende Bauteil sich aufgrund einer Änderung der Umgebungstemperatur thermisch ausdehnt, um sich zu verlängern, nimmt die relative Distanz zwischen dem Spitzenendabschnitt der Objektivlinse5 und dem Probentisch16 entsprechend ab. Diese Änderung wird vom berührungsfreien Sensor1 erkannt und das Erkennungssignal wird über den Sensorverstärker11 von der Steuerung13 gelesen. - Die Steuerung
13 berechnet die Richtung in der, und die Distanz, um welche die Stufe17 zu bewegen ist, um die relative Distanz auf die relative Distanz vor der Änderung zurück zu stellen, was auf der Grundlage des Eingangserkennungssignals erfolgt und steuert den Motor10 abhängig von dem Berechnungsergebnis. Mit diesem Vorgang wird der Probentisch16 von der Objektivlinse5 weg bewegt, um die relative Distanz zwischen dem Spitzenabschnitt der Objektivlinse5 und dem Probentisch16 auf die relative Distanz vor der Änderung zurück zu stellen. - Diese Steuerung wird fortgeführt, wenn der Steuerschalter
12 EIN ist. Infolge dessen wird die relative Distanz zwischen dem Spitzenabschnitt der Objektivlinse5 und dem Probentisch16 stets auf einem konstanten Wert gehalten, wenn der Steuerschalter12 EIN ist. - Bei Empfang des Befehlssignals
14 oder eines Signals von der Fokussierhandhabe7 steuert die Steuerung13 den Motor10 abhängig von dem eingegebenen Signal, um die Stufe17 entlang der optischen Achse zu bewegen, ungeachtet, ob der Steuerschalter12 EIN oder AUS ist. Wenn der Steuerschalter12 EIN ist, bewegt die Steuerung13 die Stufe17 zunächst abhängig von dem Befehlssignal14 oder von dem Signal von der Fokussierhandhabe7 und steuert dann den Motor10 , um die relative Distanz zwischen dem Spitzenabschnitt und der Objektivlinse5 und dem Probentisch16 auf einer Distanz unmittelbar nach der Bewegung beizubehalten. - Wenn Objektivlinsen
5 an dem Revolver6 angeordnet sind, können die Objektivlinsen5 während der Betrachtung umgeschaltet werden. Wenn die zu untersuchende Probe2 betrachtet wird, sind die Objektivlinse5 und der berührungsfreie Sensor1 nahe der zu untersuchenden Probe2 oder dem Probentisch16 angeordnet. Wenn daher in diesem Zustand der Revolver6 gedreht wird, können diese Bauteile in Kontakt miteinander gelangen. Dies kann die zu untersuchende Probe2 nachteilig beeinflussen. - Wenn daher die Objektivlinsen
5 umzuschalten sind, wird aus diesem Grund der Rückziehschalter8 gedrückt, um die Stufe17 weg von der Objektivlinse5 zu bewegen. Nachdem zwischen den Objektivlinsen5 umgeschaltet worden ist, wird der Rückstellschalter9 gedrückt, um die Stufe17 in die Ausgangsposition zurück zu stellen. - Wenn der Rückziehschalter
8 gedrückt wird, gibt der Rückziehschalter8 ein Rückziehsignal an die Steuerung13 aus. Die Steuerung13 steuert den Motor10 abhängig von diesem Rückziehsignal, um die Stufe17 abzusenken. Durch diesen Vorgang wird die zu betrachtende Probe2 ausreichend weg von der Objektivlinse5 bewegt, so dass ermöglicht wird, dass die Objektivlinsen5 durch Drehung des Revolvers6 umgeschaltet werden. Wenn die Stufe17 zurückgezogen wird, speichert die Steuerung13 die relative Distanz zwischen dem Spitzenabschnitt der Objektivlinse5 und dem Probentisch16 vor der Zurückziehung. - Wenn der Rückstellschalter
9 gedrückt wird, gibt der Rückstellschalter9 ein Rückstellsignal an die Steuerung13 aus. Die Steuerung13 steuert den Motor10 abhängig von dem eingegebenen Rückstellsignal, um die Stufe17 anzuheben, so dass die relative Distanz zwischen dem Spitzenabschnitt der Objektivlinse5 und dem Probentisch16 auf die Distanz zurückgestellt wird, welche zum Zeitpunkt der Zurückziehung gespeichert wurde. - Wenn die Position der Stufe
17 nach dem Rückstellvorgang nicht passend ist, wird die Fokussierhandhabe7 gedreht, um die Position der Stufe17 einzustellen. - Wie sich aus der obigen Beschreibung ergibt, wird bei der Mikroskopvorrichtung gemäß dieser Ausführungsform die relative Distanz zwischen dem Spitzenabschnitt der Objektivlinse
5 und dem Probentisch16 auf einen konstanten Wert haltbar, wenn dies notwendig ist, ohne dass Einflüsse durch eine Änderung in der Umgebungstemperatur, durch Vibrationen oder dergleichen erfolgen. Infolge dessen ist es möglich, das Auftreten einer Defokussierung auch bei Betrachtungen über eine lange Zeitdauer hinweg wirksam zu unterdrücken. - <Dritte Ausführungsform>
- Diese Ausführungsform ist auf eine andere Umkehrmikroskopvorrichtung gerichtet.
5 zeigt eine Mikroskopvorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Gleiche Bezugszeichen wie in1 bezeichnen in5 gleiche Teile und eine detaillierte Beschreibung hiervon erfolgt nicht. - Wie sich aus einem Vergleich von
1 und5 ohne weiteres ergibt, hat zusätzlich zur Anordnung der Mikroskopvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform die Mikroskopvorrichtung gemäß dieser Ausführungsform eine X-Y-Stufe18 , welche den Probentisch3 lagert, um zu ermöglichen, dass sich dieser in einer Ebene senkrecht zur optischen Achse bewegt, sowie eine Steuerung19 für die X-Y-Stufe, welche die X-Y-Stufe18 steuert, einen Speicherschalter20 , der anweist, eine Betrachtungsposition zu speichern und einen Speicherpositions-Wahlschalter21 , der anweist, die gespeicherte Betrachtungsposition auszuwählen und anzufahren. - Die X-Y-Stufe
18 kann den hierauf angeordneten Probentisch3 entlang zweier Achsen bewegen (der sogenannten X-Achse und der Y-Achse), welche in einer Ebene enthalten sind, welche senkrecht zu der optischen Achse ist und welche senkrecht zueinander sind. - Die Mikroskopvorrichtung gemäß dieser Ausführungsform kann auf gleiche Weise wie die Mikroskopvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform arbeiten. Das heißt, die Steuerung
13 steuert den Motor10 , um die relative Distanz zwischen dem Spitzenabschnitt der Objektivlinse5 und dem Probentisch3 konstant zu halten, wenn der Steuerschalter12 EIN ist. Bei Empfang eines Befehlssignals14 oder eines Signals von der Fokussierhandhabe7 steuert die Steuerung13 den Motor10 abhängig von dem eingegebenen Signal, um die Objektivlinse5 entlang der optischen Achse zu bewegen, ungeachtet davon, ob der Steuerschalter12 EIN oder AUS ist. Zusätzlich, wenn der Rückziehschalter8 gedrückt wird, senkt die Steuerung13 die Objektivlinse5 ab. Wenn der Rückstellschalter9 gedrückt wird, hebt die Steuerung13 die Objektivlinse5 in die Ausgangsposition an. - Zusätzlich zu diesen Bauteilen enthält bei der Mikroskopvorrichtung dieser Ausführungsform die Steuerung
13 eine Speichereinheit, welche ein X-Y-Positionssignal speichert, welches von der Steuerung19 für die X-Y-Stufe an die X-Y-Stufe18 geführt wird, wenn der Speicherschalter20 gedrückt wird, sowie ein Erkennungssignal vom Sensorverstärker11 speichert. Mit dieser Anordnung wird eine Betrachtungsposition an der zu untersuchenden Probe2 und die relative Distanz zwischen dem Spitzenabschnitt der Objektivlinse5 und dem Probentisch3 an der Betrachtungsposition gespeichert. Wenn der Speicherpositions-Wahlschalter21 gedrückt wird, steuert die Steuerung13 die Steuerung19 für die X-Y-Stufe, um die X-Y-Stufe18 zu bewegen und steuert den Motor10 , um die Objektivlinse5 zu bewegen, und zwar abhängig von einem Signal, von dem Speicherpositions-Wahlschalter21 . Durch diesen Vorgang wird die Betrachtungsposition an der zu untersuchenden Probe2 in die optische Achse gelegt und die relative Distanz zwischen dem Spitzenabschnitt der Objektivlinse5 und dem Probentisch3 wird eingestellt. - Die Mikroskopvorrichtung dieser Ausführungsform ist besonders vorteilhaft bei Langzeituntersuchungen, bei denen beispielsweise Untersuchungsbilder wiederholt über eine lange Zeitdauer hinweg in geeigneten Zeitabständen aufgenommen werden. Bei einer Langzeituntersuchung kann, da ein Abschnitt an der gleichen Position über eine lange Zeitdauer von beispielsweise 10 Stunden beobachtet wird, in dem Mikroskop eine mechanische Drift aufgrund einer Änderung der Umgebungstemperatur während der Betrachtung auftreten. Selbst wenn sich jedoch die Umgebungstemperatur ändert, verschlechtert sich das Betrachtungsbild nicht, da die relative Distanz zwischen dem Spitzenabschnitt der Objektivlinse
5 und dem Probentisch3 konstant gehalten wird und gute Betrachtungsbilder können über eine lange Zeitdauer hinweg erhalten werden. - Es sei angenommen, dass es bei einer Langzeituntersuchung Betrachtungspositionen gibt. In diesem Fall wird durch Drücken des Speicherschalters
20 an jeder gewünschten Betrachtungsposition ein X-Y-Signal von der Steuerung19 für die X-Y-Stufe und ein Erkennungssignal vom Sensorverstärker11 in der Steuerung13 gespeichert. Wenn die Langzeituntersuchung gestartet wird, nimmt die Steuerung13 Betrachtungsbilder an den jeweiligen Betrachtungspositionen auf, in dem nacheinander die X-Y-Stufe18 und die Objektivlinse5 in die gespeicherten Positionen bewegt werden. Dieser Vorgang wird zu festgesetzten Zeitintervallen wiederholt. Infolge dessen ist es möglich, eine Langzeituntersuchung an vielen Betrachtungspositionen durchzuführen und gute Betrachtungsbilder ohne Unschärfen etc. zu erhalten. - Bei der Mikroskopvorrichtung dieser Ausführungsform ist der berührungsfreie Sensor
1 auf einer Achse angeordnet, welche durch die Mitte der Objektivlinse5 verläuft, wenn sie nicht schräg gestellt ist und welche senkrecht zu der zu erwartenden Schrägstellungsrichtung der Objektivlinse5 ist. -
6 zeigt, wie sich das Bauteil, welches die Objektivlinse5 hält, thermisch ausdehnt, um sich zu verlängern und sich aufgrund einer Änderung in der Umgebungstemperatur oder dergleichen schräg stellt. Wenn die Objektivlinse5 entlang der X-Achse schräg gestellt ist, wie in6 gezeigt, wird die Distanz zwischen der unteren Oberfläche des Probentisches3 und dem Sensorziel4 auf der linken Seite der X-Achse mit D1 darstellbar, jedoch auf der rechten Seite der X-Achse mit D2 (> D1). - Das heißt, die Distanz ändert sich abhängig von der Lage der X-Achse. Wenn daher der berührungsfreie Sensor
1 auf der X-Achse liegt, kann die relative Distanz zum Sensorziel4 nicht genau erkannt werden. - Um diesen Nachteil zu beseitigen, ist bei der Mikroskopvorrichtung dieser Ausführungsform der berührungsfreie Sensor
1 auf einer Achse, d. h. der Y-Achse angeordnet, welche durch die Mitte der Objektivlinse5 läuft, wenn sie nicht schräg gestellt ist und welche senkrecht zur zu erwartenden Schrägstellungsrichtung der Objektivlinse5 ist. Wie sich ohne weiteres aus6 ergibt, ändert sich die Distanz zwischen der unteren Oberfläche des Probentisches3 und dem Sensorziel4 auf der Y-Achse kaum, wenn die Objektivlinse5 entlang der X-Achse schräg gestellt wird. - Infolge dessen ist es möglich, die relative Distanz zwischen dem Spitzenabschnitt der Objektivlinse
5 und dem Probentisch3 genau zu erkennen, selbst wenn die Objektivlinse5 entlang der X-Achse schräg gestellt ist. - <Vierte Ausführungsform>
- Diese Ausführungsform ist auf eine weitere Umkehrmikroskopvorrichtung gerichtet.
7 zeigt eine Mikroskopvorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. - Wie in
7 gezeigt, unterscheidet sich die Mikroskopvorrichtung dieser Ausführungsform von der Mikroskopvorrichtung der ersten Ausführungsform lediglich im Hinblick auf den berührungsfreien Sensor. Der verbleibende Aufbau ist der gleiche wie bei der Mikroskopvorrichtung der ersten Ausführungsform; hierzu unterschiedliche Abschnitte werden nachfolgend beschrieben. - Bei der Mikroskopvorrichtung dieser Ausführungsform hat ein berührungsfreier Sensor
22 Ringform und umgibt die optische Apertur des Probentisches3 . Wie oben beschrieben, hat das Sensorziel4 Ringform und umgibt die Objektivlinse5 . Der berührungsfreie Sensor22 ist beispielsweise ein kapazitiver Sensor, obgleich er nicht hierauf beschränkt ist, und liegt dem Sensorziel4 gegenüber. -
8 zeigt in vergrößerter Form die Objektivlinse und ihre Umgebung aus7 und den schräg gestellten Zustand der Objektivlinse. Wie in8 gezeigt, ändert sich, wenn die Objektivlinse5 schräg steht, die Distanz zwischen dem berührungsfreien Sensor22 und dem Sensorziel4 abhängig von der Position, wie mit D1 und D2 bezeichnet. - Der berührungsfreie Sensor
22 gibt ein Erkennungssignal aus, welches eine durchschnittliche Distanz D3 zwischen dem berührungsfreien Sensor22 und dem Sensorziel4 angibt. - Durch diesen Vorgang hat zusätzlich zu den gleichen Vorteilen wie bei der ersten Ausführungsform die Mikroskopvorrichtung dieser Ausführungsform den Vorteil, dass sie in der Lage ist, die relative Distanz zwischen dem Spitzenabschnitt der Objektivlinse
5 und dem Probentisch3 ungeachtet der Richtung korrekt zu erkennen, in der die Objektivlinse5 schräg gestellt ist. - Zusätzlich hat der berührungsfreie Sensor
22 eine Ringform und damit eine relativ große Sensorfläche. Der berührungsfreie Sensor22 hat damit einen relativ großen Messbereich. Die Mikroskopvorrichtung dieser Ausführungsform ist auch vorteilhaft dahingehend, dass der Steuer-/Antriebsbereich der Objektivlinse5 entsprechend groß ist. - <Fünfte Ausführungsform>
- Diese Ausführungsform ist auf eine weitere Umkehrmikroskopvorrichtung gerichtet.
9 zeigt in vergrößerter Form eine Objektivlinse und ihre Umgebung in einer Mikroskopvorrichtung gemäß der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und den schräg gestellten Zustand der Objektivlinse. - Gemäß
9 unterscheidet sich die Mikroskopvorrichtung dieser Ausführungsform von der Mikroskopvorrichtung der ersten Ausführungsform hinsichtlich des berührungsfreien Sensors. Der verbleibende Aufbau ist gleich wie bei der Mikroskopvorrichtung der ersten Ausführungsform; hierzu unterschiedliche Abschnitte werden nachfolgend beschrieben. - Gemäß
9 weist die Mikroskopvorrichtung dieser Ausführungsform vier berührungsfreie Sensoren1A ,1B ,1C und1D auf. Sie sind um die optische Apertur des Probentisches3 herum angeordnet. Beispielsweise liegen zwei der vier berührungsfreien Sensoren1A bis1D auf der X-Achse und die verbleibenden zwei liegen auf der Y-Achse. Wie oben beschrieben, hat das Sensorziel4 Ringform und umgibt die Objektivlinse5 . Alle vier berührungsfreien Sensoren1A bis1D liegen dem Sensorziel4 gegenüber. - Bei der Mikroskopvorrichtung dieser Ausführungsform gibt der berührungsfreie Sensor
1A , der auf der linken Seite der X-Achse liegt, ein Erkennungssignal aus, welches eine relative Distanz D1 wiedergibt; der berührungsfreie Sensor1B , der auf der rechten Seite der X-Achse liegt, gibt ein Erkennungssignal aus, welches eine relative Distanz D2 wiedergibt; und die beiden berührungsfreien Sensoren1C und1D , die auf der Y-Achse liegen, geben Erkennungssignale aus, welche eine relative Distanz D3 wiedergeben. - Bei dieser Ausführungsform ermittelt die Steuerung
13 den Durchschnitt der Relativdistanzen zwischen den vier berührungsfreien Sensoren1A bis1D und dem Sensorziel4 , indem der Durchschnitt der Erkennungssignale von den vier berührungsfreien Sensoren1A ,1B ,1C und1D berechnet wird. - Durch diesen Vorgang hat zusätzlich zu den gleichen Vorteilen wie bei der ersten Ausführungsform die Mikroskopvorrichtung dieser Ausführungsform den Vorteil, dass sie in der Lage ist, die relative Distanz zu dem Spitzenabschnitt der Objektivlinse
5 und dem Probentisch3 ungeachtet der Richtung korrekt zu erkennen, in welche die Objektivlinse5 schräg gestellt ist. - Diese Ausführungsform wurde anhand der Vorrichtung beschrieben, welche vier berührungsfreie Sensoren
1A bis1D hat. Die Anzahl der Sensoren ist jedoch nicht hierauf beschränkt. Beispielsweise können drei Sensoren oder fünf oder mehr Sensoren verwendet werden. - Obgleich die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die Ansichten der beigefügten Zeichnung beschrieben worden ist, ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Ausführungsformen begrenzt und verschiedene Änderungen und Abwandlungen können gemacht werden, ohne vom Wesen und Umfang der Erfindung abzuweichen.
- Industrielle Anwendbarkeit
- Mit der vorliegenden Erfindung wird eine Mikroskopvorrichtung geschaffen, welche das Auftreten einer Defokussierung aufgrund der Einflüsse einer Änderung in der Umgebungstemperatur, aufgrund von Vibrationen oder dergleichen unterdrückt.
Claims (9)
- Eine Mikroskopvorrichtung, welche eine zu untersuchende Probe optisch beobachtet, mit: einer Objektivlinse (
5 ); einem Probentisch (3 ), auf welchem die zu untersuchende Probe (2 ) angeordnet wird; einem Verschiebungserkennungssystem, welches eine relative Distanz zwischen einem Spitzenabschnitt der Objektivlinse (5 ) und dem Probentisch (3 ) erkennt; einem Bewegungsmechanismus, der die Objektivlinse (5 ) entlang einer optischen Achse relativ zu dem Probentisch (3 ) bewegt; und einer Steuereinheit (13 ), welche den Bewegungsmechanismus auf der Grundlage von Informationen steuert, welche von dem Verschiebungserkennungssystem erkannt werden, um die relative Distanz zwischen dem Spitzenabschnitt der Objektivlinse (5 ) und dem Probentisch (3 ) einzustellen, wobei das Verschiebungserkennungssystem ein Sensorziel (4 ) und einen berührungsfreien Sensor (1 ) aufweist, wobei einer von Sensorziel (4 ) oder berührungsfreiem Sensor (1 ) an dem Probentisch (3 ) vorgesehen ist und der andere von Sensorziel (4 ) oder berührungsfreiem Sensor (1 ) an dem Spitzenabschnitt der Objektivlinse (5 ) vorgesehen ist und entlang der optischen Achse der Objektivlinse (5 ) bewegbar ist, wobei ferner die Steuereinheit (13 ) eine Speichereinheit aufweist, welche eine vorbestimmte Beobachtungsposition und eine relative Distanz zwischen dem Spitzenabschnitt der Objektivlinse (5 ) und dem Probentisch (3 ) an der Beobachtungsposition speichert und die relative Distanz zwischen dem Spitzenabschnitt der Objektivlinse (5 ) und dem Probentisch (3 ) auf die relative Distanz einstellt, welche zu bestimmten Zeitintervallen in der Speichereinheit gespeichert wird, wobei die Steuereinheit (13 ) dazu ausgelegt ist, bei einem Objektivwechsel die relative Distanz zu speichern, so dass die relative Distanz vor dem Objektivwechsel wiederherstellbar ist. - Eine Mikroskopvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Verschiebungserkennungssystem das Sensorziel (
4 ) an dem Spitzenabschnitt der Objektivlinse (5 ) und den berührungsfreien Sensor (1 ) an dem Probentisch (3 ) aufweist, wobei der berührungsfreie Sensor (1 ) eine Distanz zu dem Sensorziel (4 ) erkennt. - Eine Mikroskopvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Verschiebungserkennungssystem das Sensorziel (
4 ) an dem Probentisch (3 ) und den berührungsfreien Sensor (1 ) an dem Spitzenabschnitt der Objektivlinse (5 ) aufweist, wobei der berührungsfreie Sensor (1 ) eine Distanz zu dem Sensorziel (4 ) erkennt. - Eine Mikroskopvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, wobei das Sensorziel (
4 ) aus leitfähigem Material ist und der berührungsfreie Sensor (1 ) einen kapazitiven Sensor aufweist. - Eine Mikroskopvorrichtung nach Anspruch 2, wobei der berührungsfreie Sensor (
1 ) auf einer Achse angeordnet ist, welche durch die Mitte der Objektivlinse (5 ) in einem nicht schräg gestellten Zustand hiervon verläuft und welche senkrecht zu einer zu erwartenden Schrägstellungsrichtung der Objektivlinse (5 ) ist. - Eine Mikroskopvorrichtung nach Anspruch 2, wobei der Probentisch (
3 ) eine optische Apertur hat, das Sensorziel (4 ) die Objektivlinse (5 ) umgibt und der berührungsfreie Sensor (1 ) die optische Apertur des Probentisches (3 ) umgibt. - Eine Mikroskopvorrichtung nach Anspruch 2, wobei der Probentisch (
3 ) eine optische Apertur hat, das Sensorziel (4 ) die Objektivlinse (5 ) umgibt und das Verschiebungserkennungssystem berührungsfreie Sensoren (1 ) aufweist, welche um die optische Apertur des Probentisches (3 ) herum angeordnet sind. - Eine Mikroskopvorrichtung nach Anspruch 1, mit einem optischen Beobachtungssystem, welches die Objektivlinse (
5 ) beinhaltet, wobei die Steuereinheit (13 ) die relative Distanz zwischen dem Spitzenabschnitt der Objektivlinse (5 ) und dem Probentisch (3 ) in Stufen einstellt, welche kleiner als eine Schärfentiefe des optischen Beobachtungssystems sind. - Eine Mikroskopvorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Steuereinheit (
13 ) die relative Distanz zwischen dem Spitzenabschnitt der Objektivlinse (5 ) und dem Probentisch (3 ) konstant aufrecht erhält.
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