專利名稱：高穩(wěn)定性光學(xué)顯微鏡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光學(xué)儀器、光學(xué)測(cè)量器、光學(xué)顯微鏡的長(zhǎng)時(shí)間圖像記錄或測(cè)量。特別在利用光學(xué)顯微鏡等進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的圖像記錄或測(cè)量的場(chǎng)合，有時(shí)光學(xué)顯微鏡微小地錯(cuò)位，而發(fā)生物點(diǎn)(對(duì)象物)偏移或者焦點(diǎn)脫離(所謂漂移現(xiàn)象)。本發(fā)明涉及不產(chǎn)生上述漂移現(xiàn)象，而使長(zhǎng)時(shí)間的圖像記錄或測(cè)量以納米單位的精度進(jìn)行穩(wěn)定的記錄或測(cè)量的高穩(wěn)定性光學(xué)顯微鏡的構(gòu)造。
背景技術(shù)：
以往的光學(xué)顯微鏡方式為類似于柳樹的構(gòu)造。即，試料定位裝置的載物臺(tái)或照明系統(tǒng)、觀察系統(tǒng)等相對(duì)于光軸在重量、形狀上都明顯不對(duì)稱、缺乏平衡地安裝在主柱(相當(dāng)于樹干)上，成為如圖1所示的不穩(wěn)定構(gòu)造。又，在圖1中，101為電視攝像機(jī)、102為中間透鏡、103為聯(lián)接筒、104為直筒、105為目鏡、106為雙眼部、107為鏡筒、108為照明光源、109為落射熒光裝置、110為鏡臂、111為轉(zhuǎn)換器、112為物鏡、113為載物臺(tái)、114為上下移動(dòng)機(jī)構(gòu)、115為聚光器、116為主柱、117為基座及照明裝置。
圖1中的以往的光學(xué)顯微鏡以在基座及照明裝置的一端上設(shè)置主柱、在該主柱的上端一側(cè)設(shè)置鏡臂的コ字形為基本構(gòu)成。而且，前述主柱支承上下移動(dòng)載置觀察的試料的載物臺(tái)的上下移動(dòng)機(jī)構(gòu)，在載物臺(tái)的下方設(shè)置有用于將從前述照明裝置發(fā)出的照明光向前述試料引導(dǎo)的聚光器。又，在鏡臂的下方設(shè)置物鏡、用于變換該物鏡倍率的轉(zhuǎn)換器，上方設(shè)置落射熒光裝置、鏡筒、直筒、中間透鏡、電視攝像機(jī)，而且，在前述落射熒光裝置的側(cè)面設(shè)置照明光源，在前述鏡筒側(cè)面設(shè)置雙眼部、目鏡，除此之外，附屬的測(cè)量裝置或照像機(jī)如枝葉般地安裝。這樣，在基座及照明裝置的一端上立設(shè)主柱，成為了多片式構(gòu)造，即，如風(fēng)吹柳樹那樣不僅枝葉搖擺，細(xì)的樹干也搖擺，所以相當(dāng)于重要的樹干部分的測(cè)光、映像光學(xué)系統(tǒng)變成了不穩(wěn)定的狀態(tài)。
另外，以往的光學(xué)顯微鏡雖然在照明光學(xué)系統(tǒng)(落射熒光、全落射熒光、透射熒光、反射偏光、透射偏光、亮視野落射、光學(xué)捏鉗等)、監(jiān)測(cè)光學(xué)系統(tǒng)的導(dǎo)入部上分別有半透射鏡(也包含濾光片)，但成像透鏡由于受成本的制約共用一個(gè)成像透鏡。這些照明系統(tǒng)的支承金屬件與映像光學(xué)系統(tǒng)及測(cè)光光學(xué)系統(tǒng)一體化，所以照明光學(xué)系統(tǒng)或監(jiān)測(cè)光學(xué)系統(tǒng)的支承金屬件的形狀重量的非對(duì)稱性導(dǎo)致的不穩(wěn)定或由于溫度依存性產(chǎn)生的伸縮對(duì)映像光學(xué)系統(tǒng)及測(cè)光光學(xué)系統(tǒng)產(chǎn)生了光軸歪斜的影響。
對(duì)蛋白質(zhì)等生物體物質(zhì)活動(dòng)的樣子以1分子單位進(jìn)行觀察操作的所謂[1分子生理學(xué)]的新研究領(lǐng)域正逐漸形成。為進(jìn)行該研究光學(xué)顯微鏡不可或缺，生物體物質(zhì)的動(dòng)作非常小，所以為進(jìn)行解析需要幾納米的精度。
然而，現(xiàn)有的光學(xué)顯微鏡存在著穩(wěn)定性的問題，所以在長(zhǎng)時(shí)間的觀察、記錄、測(cè)量中產(chǎn)生漂移現(xiàn)象，成為經(jīng)常發(fā)生的觀測(cè)結(jié)果誤差的主要原因。
因此，本發(fā)明以實(shí)現(xiàn)不使在觀測(cè)中試料產(chǎn)生焦點(diǎn)模糊區(qū)域或者物點(diǎn)(對(duì)象物)移動(dòng)(漂移)的高穩(wěn)定性的光學(xué)顯微鏡為目的，另外，不必在全部的成像透鏡和其以后的光學(xué)系統(tǒng)中使用共用的成像透鏡，個(gè)個(gè)都配置有成像透鏡。
通過使成像透鏡與例如電視攝像機(jī)一體化，參照?qǐng)D2(a)、(b)說(shuō)明對(duì)象物成像透鏡的中心與焦點(diǎn)位置錯(cuò)位的原理。
即使由于支承金屬件的形狀重量的非對(duì)稱性導(dǎo)致的不穩(wěn)定而發(fā)生從圖2a的理想位置起如圖2所示地向X、Y方向的錯(cuò)位，因?yàn)槌上裢哥R與電視攝像機(jī)一體化，盡管光束偏離若干距離，對(duì)象物也會(huì)成像透鏡的中心與焦點(diǎn)位置無(wú)錯(cuò)位地成像。
這是(天體)望遠(yuǎn)鏡的工作原理，只要對(duì)象物與望遠(yuǎn)鏡間的角度無(wú)錯(cuò)位，則只要望遠(yuǎn)鏡平行移動(dòng)，就等同于不會(huì)發(fā)生對(duì)象物的光軸移動(dòng)和焦點(diǎn)移動(dòng)(漂移)。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明采用的技術(shù)手段形成了具有如下特征的高穩(wěn)定性光學(xué)顯微鏡的結(jié)構(gòu)在光學(xué)顯微鏡中，物鏡、成像透鏡、映像光學(xué)系統(tǒng)及測(cè)光光學(xué)系統(tǒng)配置在一條直線上、無(wú)偏差地支承在被做成相對(duì)于光軸形狀、重量均為對(duì)稱型的直線前進(jìn)引導(dǎo)機(jī)構(gòu)及支承體上。
又，高穩(wěn)定性光學(xué)顯微鏡的結(jié)構(gòu)為為了不產(chǎn)生因溫度變化、振動(dòng)等引起的傾斜的錯(cuò)位，映像光學(xué)系統(tǒng)的支承體及測(cè)光光學(xué)系統(tǒng)的支承體形成為四邊錐臺(tái)或者圓錐臺(tái)。
又，高穩(wěn)定性光學(xué)顯微鏡的結(jié)構(gòu)為在無(wú)限遠(yuǎn)鏡筒長(zhǎng)光學(xué)顯微鏡中，照明光學(xué)系統(tǒng)(落射熒光、全反射落射熒光、透射熒光、反射偏光、透射偏光、亮視野落射、光學(xué)捏鉗等)及監(jiān)測(cè)光學(xué)系統(tǒng)的導(dǎo)入部上分別組裝有半透射鏡(也包含濾光片)和成像透鏡，用望遠(yuǎn)鏡的工作原理避免映像光學(xué)系統(tǒng)及測(cè)光光學(xué)系統(tǒng)上由于形狀重量的非對(duì)稱形導(dǎo)致的不穩(wěn)定或由于支承體(金屬件)的溫度依存性產(chǎn)生的不穩(wěn)定。
又，高穩(wěn)定性光學(xué)顯微鏡的結(jié)構(gòu)為形狀重量相對(duì)于光軸對(duì)稱地做成的試料臺(tái)與物鏡(試料部)一體化，用與全部的成像透鏡獨(dú)立的支承體構(gòu)成，而且低重心地配置。


圖1為以往的光學(xué)顯微鏡的說(shuō)明圖。
圖2為說(shuō)明通過成像透鏡與例如電視攝像機(jī)一體化，對(duì)象物成像透鏡的中心和焦點(diǎn)位置錯(cuò)位的原理。
(a)表示理想位置(無(wú)錯(cuò)位的情況)。
(b)表示映像光學(xué)系統(tǒng)全體沿X·Y方向錯(cuò)位的情況。
圖3為根據(jù)本發(fā)明構(gòu)成的光學(xué)顯微鏡的說(shuō)明圖。
具體實(shí)施例方式
以下，參照?qǐng)D3對(duì)本發(fā)明的高穩(wěn)定性光學(xué)顯微鏡進(jìn)行說(shuō)明。
在無(wú)限遠(yuǎn)鏡筒長(zhǎng)光學(xué)顯微鏡中包括映像光學(xué)系統(tǒng)(由測(cè)光用光圈ps17、中間透鏡支承金屬件pk18、中間透鏡pr19、電視攝像機(jī)支承金屬件20、電視攝像機(jī)21構(gòu)成)、測(cè)光光學(xué)系統(tǒng)(由直筒28、測(cè)光用光圈ms29、中間透鏡金屬件mk30、中間透鏡ml31、測(cè)光裝置支承金屬件32、測(cè)光裝置33構(gòu)成)、照明光學(xué)系統(tǒng)(落射映光照明裝置12、全反射落射熒光、透射熒光、反射偏光、透射偏光、亮視野落射、光學(xué)捏鉗10、11等)、設(shè)置于照明光學(xué)系統(tǒng)內(nèi)的無(wú)限遠(yuǎn)鏡筒長(zhǎng)物鏡2、以及成像透鏡pl16。而且，在支承在支腳38上的防振臺(tái)15上固定著中空狀且圓錐臺(tái)形的支承臺(tái)7，在該支承臺(tái)7下方的擴(kuò)大部上，朝中心方向設(shè)置著光學(xué)捏鉗導(dǎo)入光學(xué)系統(tǒng)10、落射熒光照明裝置12、監(jiān)測(cè)光學(xué)系統(tǒng)(a)13。
又，設(shè)置于防振臺(tái)15上的光學(xué)捏鉗照明系統(tǒng)11連結(jié)在前述光學(xué)捏鉗導(dǎo)入光學(xué)系統(tǒng)10上。又，中心部具有成像透鏡pl16的基臺(tái)14設(shè)置于前述支承臺(tái)7的中空部的下方，該基臺(tái)14的平坦部39載置于防振臺(tái)15的表面上，腳部40插入防振臺(tái)7的中心部。在前述基臺(tái)14上立設(shè)有支柱9，支柱9的上端的基板8上順次設(shè)置有固定臺(tái)6、Y軸粗動(dòng)移動(dòng)臺(tái)5、X軸粗動(dòng)移動(dòng)臺(tái)4、XYZ軸微動(dòng)試料臺(tái)3，將觀察的試料載置于該XYZ軸微動(dòng)試料臺(tái)3上，利用前述照明裝置照射、觀察。
又，透射照明裝置23、暗視野照明裝置26、監(jiān)測(cè)光學(xué)系統(tǒng)(b)27朝中心方向地安裝于前述支承臺(tái)7的上方的縮小部上，又，聚光透鏡22、照明系統(tǒng)成像透鏡25分別設(shè)置在固定于支承臺(tái)7上的聚光透鏡支承金屬件24的前端部和前述支承臺(tái)7的前端部的平坦中央部上。
在固定于前述支承臺(tái)7的前端部的平坦部上的中空狀且臺(tái)形狀的直筒28上，順次設(shè)置有測(cè)光用光圈ms29、中間透鏡支承金屬件mk30、中間透鏡ml31、測(cè)光裝置支承金屬件32、測(cè)光裝置33，形成測(cè)光側(cè)第一次像36、測(cè)光側(cè)第二次像37。
中空狀且倒立臺(tái)形狀的支承體41安裝在前述防振臺(tái)15的下面，在該支承體41的中空部中，順次設(shè)置有測(cè)光用光圈ps17、中間透鏡支承金屬件pk18、中間透鏡pr19、電視攝像機(jī)支承金屬件20、電視攝像機(jī)21，形成映像側(cè)第一次像34、映像側(cè)第二次像35。
如前所述，高穩(wěn)定性光學(xué)顯微鏡的結(jié)構(gòu)特征為無(wú)限遠(yuǎn)鏡筒長(zhǎng)物鏡2、成像透鏡pl16、照明系統(tǒng)成像透鏡25、映像光學(xué)系統(tǒng)(由測(cè)光用光圈ps17、中間透鏡支承金屬件pk18、中間透鏡pr19、電視攝像機(jī)支承金屬件20、電視攝像機(jī)21構(gòu)成)、測(cè)光光學(xué)系統(tǒng)(由直筒28、測(cè)光用光圈ms29、中間透鏡金屬件mk30、中間透鏡ml31、測(cè)光裝置支承金屬件32、測(cè)光裝置33構(gòu)成)排列在一條直線上、無(wú)偏差地支承在被做成相對(duì)于光軸形狀重量均為對(duì)稱型的直線引導(dǎo)機(jī)構(gòu)上。
又，使用無(wú)限遠(yuǎn)光學(xué)系統(tǒng)，由于使映像光學(xué)系統(tǒng)、測(cè)光光學(xué)系統(tǒng)與成像透鏡一體化，所以只要不發(fā)生傾斜的變動(dòng)，平行移動(dòng)決不會(huì)形成焦點(diǎn)模糊區(qū)域或者物點(diǎn)(對(duì)象物)發(fā)生移動(dòng)(漂移)的望遠(yuǎn)鏡原理就會(huì)有效。該直線前進(jìn)引導(dǎo)機(jī)構(gòu)的一例由圓筒和圓柱構(gòu)成，圓筒部可沿光軸方向移動(dòng)。
試料的聚焦機(jī)構(gòu)通過XYZ軸微動(dòng)試料臺(tái)3動(dòng)作，該XYZ軸微動(dòng)試料臺(tái)3不僅相對(duì)于光軸中心對(duì)稱，而且在內(nèi)部裝有靜電容量型傳感器，將錯(cuò)位量反饋到壓電驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，也可保持焦點(diǎn)位置。
又，在照明光學(xué)系統(tǒng)(落射熒光照明裝置12、全反射落射熒光、透射熒光、反射偏光、透射偏光、亮視野落射、光學(xué)捏鉗10、11等)的導(dǎo)入部上分別組裝有半透射鏡(也包含濾光片)和成像透鏡，前述的映像光學(xué)系統(tǒng)及測(cè)光光學(xué)系統(tǒng)由獨(dú)立的支承金屬件支承，在映像光學(xué)系統(tǒng)及測(cè)光光學(xué)系統(tǒng)中排除了形狀重量的非對(duì)稱性導(dǎo)致的不穩(wěn)定。
即使映像光學(xué)系統(tǒng)、測(cè)光光學(xué)系統(tǒng)及照明光學(xué)系統(tǒng)變動(dòng)，上述的望遠(yuǎn)鏡的工作原理仍適用，所以傾斜的變動(dòng)被安裝于堅(jiān)固的臺(tái)形型(金字塔型)支承臺(tái)7上。又，由于進(jìn)一步分離像光學(xué)捏鉗照明系統(tǒng)那樣重量大的物體，并直接安裝于防振臺(tái)15上，不會(huì)成為像不平衡的配重那樣的不穩(wěn)定因素，也不會(huì)成為傾斜的主要原因。
因此，即使由于外部振動(dòng)等照明系統(tǒng)發(fā)生錯(cuò)位，試料或物鏡也不會(huì)受其影響。
又，不穩(wěn)定的最大因素的試料與物鏡間的相對(duì)的變動(dòng)非常重要。
因此，試料1、無(wú)限遠(yuǎn)鏡筒長(zhǎng)物鏡2、XYZ軸微動(dòng)試料臺(tái)3、X軸粗動(dòng)移動(dòng)臺(tái)4、Y軸粗動(dòng)移動(dòng)臺(tái)5、固定臺(tái)6分別通過真空吸附等進(jìn)行固定一體化。
通過該一體化消除試料與物鏡間的相對(duì)變動(dòng)對(duì)確保穩(wěn)定性非常有效。進(jìn)一步地，也通過將這些部分直接安裝于防振臺(tái)15上，配置于低重心的位置來(lái)解決。
(像東京塔和正下方的建筑那樣，從像風(fēng)吹柳樹那樣細(xì)樹干搖擺的以往顯微鏡切離地構(gòu)造，一體化的試料和物鏡相當(dāng)于低重心的建筑物。)又，本發(fā)明只要不脫離其精神或主要特征，以其他任何形式都可以實(shí)施。因此，前述的實(shí)施方式只能僅僅在例示范圍內(nèi)將所有點(diǎn)都限定地解釋。
工業(yè)上的可利用性根據(jù)本發(fā)明的高穩(wěn)定性光學(xué)顯微鏡，如前所述，是具有如下特征的高穩(wěn)定性顯微鏡物鏡、成像透鏡、映像光學(xué)系統(tǒng)及測(cè)光光學(xué)系統(tǒng)排列在一條直線上、無(wú)偏差地支承在被做成相對(duì)于光軸形狀重量都對(duì)稱型的直線前進(jìn)引導(dǎo)機(jī)構(gòu)及支承體上，因此，實(shí)現(xiàn)了極高穩(wěn)定性的光學(xué)顯微鏡，可容易地以納米級(jí)進(jìn)行分子生物學(xué)、生物物理學(xué)等中的分子位置的距離測(cè)量或者分子動(dòng)量測(cè)量。又，也容易地進(jìn)行不發(fā)生漂移地長(zhǎng)時(shí)間的圖像記錄。又，在無(wú)限遠(yuǎn)鏡筒長(zhǎng)光學(xué)顯微鏡中，照明光學(xué)系統(tǒng)(落射熒光、全反射落射熒光、透射熒光、反射偏光、透射偏光、亮視野落射、光學(xué)捏鉗等)及監(jiān)測(cè)光學(xué)系統(tǒng)的導(dǎo)入部上分別組裝有半透射鏡(也包含濾光片)和成像透鏡，由此，在各自的安裝位置或互換性上產(chǎn)生了自由度，可以實(shí)現(xiàn)既有作為系統(tǒng)的發(fā)展性，又有高穩(wěn)定性的光學(xué)顯微鏡。
權(quán)利要求
1.一種高穩(wěn)定性光學(xué)顯微鏡的結(jié)構(gòu)，其特征在于在光學(xué)顯微鏡中，物鏡、成像透鏡、映像光學(xué)系統(tǒng)及測(cè)光光學(xué)系統(tǒng)排列在一條直線上、無(wú)偏差地支承在被做成相對(duì)于光軸形狀、重量均為對(duì)稱型的直線前進(jìn)引導(dǎo)機(jī)構(gòu)及支承體上。
2.如權(quán)利要求1所述的高穩(wěn)定性光學(xué)顯微鏡的結(jié)構(gòu)，其特征在于為了不產(chǎn)生因溫度變化、振動(dòng)等引起的傾斜的錯(cuò)位，映像光學(xué)系統(tǒng)及測(cè)光光學(xué)系統(tǒng)的支承體形成為四邊錐臺(tái)或者圓錐臺(tái)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的高穩(wěn)定性光學(xué)顯微鏡的結(jié)構(gòu)，其特征在于在無(wú)限遠(yuǎn)鏡筒長(zhǎng)光學(xué)顯微鏡中，照明光學(xué)系統(tǒng)(落射熒光、全反射落射熒光、透射熒光、反射偏光、透射偏光、亮視野落射、光學(xué)捏鉗等)及監(jiān)測(cè)光學(xué)系統(tǒng)的導(dǎo)入部上分別組裝有半透射鏡(也包含濾光片)和成像透鏡，用望遠(yuǎn)鏡的工作原理避免上述映像光學(xué)系統(tǒng)及測(cè)光光學(xué)系統(tǒng)上由于形狀重量的非對(duì)稱形導(dǎo)致的不穩(wěn)定或由于支承體(金屬件)的溫度依存性產(chǎn)生的不穩(wěn)定。
4.如權(quán)利要求1～3中任一項(xiàng)所述的高穩(wěn)定性光學(xué)顯微鏡的結(jié)構(gòu)，其特征在于形狀重量相對(duì)于光軸對(duì)稱地做成的試料臺(tái)與物鏡(試料部)一體化，用與全部的成像透鏡獨(dú)立的支承體構(gòu)成，而且配置在低重心位置上，與上述構(gòu)造組合。
全文摘要
提供一種高穩(wěn)定性光學(xué)顯微鏡，防止在利用光學(xué)顯微鏡等進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的圖像記錄或測(cè)量的場(chǎng)合，光學(xué)顯微鏡微小地錯(cuò)位，而發(fā)生的物點(diǎn)(對(duì)象物)偏移或焦點(diǎn)脫離的漂移現(xiàn)象，長(zhǎng)時(shí)間的圖像記錄或測(cè)量能夠以納米單位的精度進(jìn)行穩(wěn)定的記錄和測(cè)量。本發(fā)明的高穩(wěn)定性光學(xué)顯微鏡包括內(nèi)裝、支承構(gòu)成映像光學(xué)系統(tǒng)的部件的支承體(41)、內(nèi)裝、支承構(gòu)成測(cè)光光學(xué)系統(tǒng)的部件的直筒(28)、內(nèi)裝、支承構(gòu)成照明光學(xué)系統(tǒng)的部件的支承臺(tái)(7)，這些支承體的形狀為中空狀的金字塔或圓錐形的低重心。物鏡、成像透鏡、映像光學(xué)系統(tǒng)及測(cè)光光學(xué)系統(tǒng)相對(duì)于作成形狀、重量均相對(duì)光軸對(duì)稱的支承體排列在一條直線上。
文檔編號(hào)G02B21/00GK1623110SQ02828579
公開日2005年6月1日 申請(qǐng)日期2002年9月3日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月18日
發(fā)明者木下一彥, 鹽育 申請(qǐng)人:獨(dú)立行政法人科學(xué)技術(shù)振興機(jī)構(gòu)