(57)【要約】【課題】顕微鏡対物レンズをサンプルに合焦させるための装置を提供する。【解決手段】顕微鏡対物レンズ（２６）をサンプル（１８）に合焦させるための装置が開示される。この装置には、本体（２２）と、本体上で移動可能に支持され、かつ顕微鏡対物レンズ（２６）を保持するように構成された対物レンズホルダ（２４）と、顕微鏡対物レンズの光軸（Ｏ）に沿って対物レンズホルダ（２４）を移動させるためのアクチュエータ（２７）と、を有する位置決めユニット（２０）が含まれる。対物レンズホルダは、サンプル（１８）に面する、顕微鏡対物レンズ（２６）の前部を保持する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
顕微鏡対物レンズ（２６）をサンプル（１８）に合焦させるための装置であって、
本体（２２）と、前記本体（２２）上で移動可能に支持され、かつ前記顕微鏡対物レンズ（２６）を保持するように構成された対物レンズホルダ（２４）と、前記顕微鏡対物レンズ（２６）の光軸（Ｏ）に沿って前記対物レンズホルダ（２４）を移動させるためのアクチュエータ（２７）と、を有する位置決めユニット（２０）を備えて構成され、
前記対物レンズホルダ（２４）が、前記サンプル（１８）に面する、前記顕微鏡対物レンズ（２６）の前部においてのみ前記顕微鏡対物レンズ（２６）を保持し、
前記位置決めユニット（２０）が、１つ以上のレバーアーム（２８、３０）を含み、これらのレバーアームのそれぞれが、その一方の端部にて、第１のたわみ軸受け（３４）を介して前記本体（２２）に結合され、その他方の端部にて、第２のたわみ軸受け（３４）を介して前記対物レンズホルダ（２４）に結合され、
前記位置決めユニット（２０）の前記本体（２２）が、前記サンプル（１８）を担持するステージ（１４）に装着される、装置。
【請求項２】
互いに平行に配置され、かつ前記本体（２２）および前記対物レンズホルダ（２４）と共に平行四辺形構成を形成する２つのレバーアーム（２８、３０）を特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記アクチュエータが、圧電セラミック要素であり、前記位置決めユニット（２０）の前記本体（２２）に統合される、請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
前記対物レンズホルダ（２４）が、雌ねじ（４４）を有するリング（４２）を含み、前記顕微鏡対物レンズ（２６）が、前記サンプルに面するその前部に雄ねじ（４６）を有し、前記リング（４２）の前記雌ねじ（４４）が、前記雄ねじに装着される、請求項１〜３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項５】
前記光軸（Ｏ）に沿った前記顕微鏡対物レンズ（２６）の全体長さが、４５〜６５ｍｍの範囲にあり、
前記顕微鏡対物レンズ（２６）を保持し、かつ前記サンプル（１８）に面する前部が、前記光軸（Ｏ）に沿って２〜１０ｍｍの範囲の長さを有し、
前記顕微鏡対物レンズ（２６）の焦点距離が、２〜４ｍｍの範囲である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の、顕微鏡対物レンズ（２６）をサンプル（１８）に合焦させるための装置を有する、顕微鏡（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、顕微鏡対物レンズをサンプルに合焦させるための装置であって、本体と、本体上で移動可能に支持され、かつ顕微鏡対物レンズを保持するように構成された対物レンズホルダと、顕微鏡対物レンズの光軸に沿って対物レンズホルダを移動させるためのアクチュエータと、を有する位置決めユニットを含む装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
高分解能光学顕微鏡検査では、撮像ビーム経路において安定した正確な位置に顕微鏡対物レンズを保持することが特に重要である。例えば、現代の光学顕微鏡方法において達成される空間分解能は、横方向、すなわち顕微鏡対物レンズの光軸と直角の方向において、５０ｎｍ未満であるのが望ましい。したがって、例えば温度変動に起因し得る、サンプルと顕微鏡対物レンズとの間の意図せざる相対的な横移動は、可能な限り回避すべきである。これは、数分の撮像時間を用いる多くの方法に特に当てはまる。この撮像時間中には、光軸に直角な顕微鏡対物レンズの最小の変位さえ、画像オフセットおよびそれに応じた横方向分解能の低減に共に帰着する。
【０００３】
さらに、前述のタイプの光学顕微鏡方法において、顕微鏡対物レンズは、特に高精度でサンプルに合焦されなければならない。光軸に沿った顕微鏡対物レンズの移動は、典型的には約１００μｍ程度である。光軸に沿った顕微鏡対物レンズの合焦動作を生じさせるために顕微鏡で用いられる位置決めユニットのうち、高精度ＭＥＭＳ装置、すなわち、本体と、本体上で移動可能に支持された対物レンズホルダと、顕微鏡対物レンズをサンプルに合焦させるために、光軸に沿って対物レンズホルダおよびしたがって顕微鏡対物レンズを正確に移動させるための（例えば圧電セラミック）アクチュエータと、を含む高精度ＭＥＭＳ装置が、ますます用いられている。
【０００４】
従来の顕微鏡対物レンズは、通常、その後部に、すなわちサンプルと反対側の端部にねじ山が付いている。このねじ山は、例えば、顕微鏡対物レンズを市販の対物レンズタレットにねじ込むために用いられる。前述のタイプの位置決めユニットを用いる場合に、この顕微鏡のねじ山は、恐らく顕微鏡対物レンズと対物レンズホルダとの間に配置された適切なアダプタ用いて、顕微鏡対物レンズをその後部で対物レンズホルダにねじ込むために用いられる。
【０００５】
先行技術には、顕微鏡対物レンズができるだけ安定した位置に保持され、かつ高精度で合焦されるように保証することを目標とする周知の様々な他のアプローチが存在する。例えば、特許文献１は、サンプルホルダおよび合焦ユニットが、顕微鏡対物レンズに直接取り付けられる顕微鏡を説明している。しかしながら、これには、顕微鏡対物レンズがもはや容易に変更することができないという欠点がある。さらに、サンプルの操作は、合焦ユニットに対して直接的な影響を及ぼし、これは、合焦精度を損なう可能性がある。
【０００６】
特許文献２は、光軸に直角な顕微鏡対物レンズの位置の望ましくないずれが、光軸を中心とした回転対称構成によって防止される顕微鏡、および熱膨脹係数が互いに適切に一致する光学コンポーネントの使用を説明している。
【０００７】
特許文献３は、ガイドスリーブによってサンプルステージに統合される顕微鏡対物レンズを開示している。しかしながら、これにより光軸に沿った安定性が向上する一方で、光軸に直角な方向においてガイドスリーブ内に、顕微鏡対物レンズの無視できない程度の遊びが存在する。
【０００８】
特許文献４は、光軸に沿って顕微鏡対物レンズを移動させるための位置決めユニットを説明している。この位置決めユニットは、顕微鏡対物レンズを、その動作位置においてさらに安定させるクランプ装置を有する。しかしながら、クランプ装置を設けることによって、位置決めユニットは、比較的複雑な設計になる。
【０００９】
二重平行ばね要素を用いた、顕微鏡対物レンズの精密な位置決め用の装置が、特許文献５から周知である。二重平行ばね要素は、サンプルと反対側の顕微鏡対物レンズの端部で動作し、その結果、サンプルに面する顕微鏡対物レンズの反対側の自由端は、無視できない程度に傾斜し、望ましくない画像オフセットおよびそれに応じた空間分解能の低減につながる可能性がある。
【００１０】
１対の板ばねであって、それぞれが、一端で本体に結合され、他端で対物レンズホルダに結合された１対の板ばねを含む合焦装置が、特許文献６から周知である。対物レンズホルダは、鏡筒の外側表面に付けられた雄ねじおよび雄ねじと係合するナットによって形成される。
【００１１】
特許文献７には対物レンズホルダが説明されており、この対物レンズホルダを用いて、複数の対物レンズの１つを顕微鏡ビーム経路に選択的に導くことができる。様々な対物レンズ間の同焦点が提供されるように、複数の対物レンズは、それぞれ、対応する固定接触面と接触する、光軸に沿って配置された接触面を、同じ高さで有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００２／００１５２２５号明細書
【特許文献２】欧州特許出願公開第１４１８４５６ Ａ１号明細書
【特許文献３】国際公開第２００６／０５６１７８ Ａ１号パンフレット
【特許文献４】米国特許第６，７３１，３２７Ｂ１号明細書
【特許文献５】独国特許出願公開第１９９４９０４４ Ａ１号明細書
【特許文献６】米国特許出願公開第２００９／０２８４８５３ Ａ１号明細書
【特許文献７】米国特許出願公開第２０１０／００９１３６３ Ａ１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明の目的は、できるだけ高い空間分解能で顕微鏡対物レンズをサンプルに正確に合焦できるようにする装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明によれば、この目的は、請求項１の主題によって達成される。
【００１５】
したがって、顕微鏡対物レンズが、後部、すなわちサンプルと反対側の端部に（および通常は、その端部に設けられたねじ山によって）保持される従来システムとは対照的に、顕微鏡対物レンズが、サンプルに面する前部（これは、いわゆる前部レンズが位置する場所である）に保持されることが本発明の特徴である。これは、次の理由による。すなわち、本発明によって提案されるように、可能な最高レベルの横方向分解能を達成することになると、対物レンズをその前部で安定させることが、対物レンズをその後部で安定させる従来の方法に勝る利点を有することが分かったからである。
【００１６】
顕微鏡対物レンズには、光軸に直角な傾斜許容平面が常に存在し、この平面では、光軸に直角な顕微鏡対物レンズの傾斜は、少なくとも第一近似では画像オフセットに帰着しない。この平面は、対物レンズ光学系の第１の主平面と一致する。平面の正確な位置は、顕微鏡対物レンズの特定の設計に依存し、特に対物レンズにおけるレンズの特定の配置および数に依存する。しかしながら、数十ミリメートル（典型的には約４５〜６５ｍｍ）の全体長さを有すると共に、たった数ミリメートルの焦点距離を有する、高分解能顕微鏡検査で用いられる高倍率顕微鏡対物レンズに関して、傾斜許容平面は、サンプルに面した、対物レンズの前部にあると明確に言うことができる。この前部には、サンプルからみた場合に、サンプルに面する第１のレンズとして前述の前部レンズが含まれる。したがって、本発明の実用的な実装において、横方向分解能を著しく改善するためには、全ての場合において、対物レンズホルダが、所与の条件下で、できるだけ前の方で顕微鏡対物レンズと係合することで十分であろう。
【００１７】
位置決めユニットは、１つまたは複数のレバーアームを有し、これらのレバーアームのそれぞれは、その一端部において、第１のたわみ軸受けを介して本体に結合され、そのもう一方の端部において、第２のたわみ軸受けを介して対物レンズホルダに結合される。この実施形態において、位置決めユニットは、一体成形コンポーネントであり、その剛性部分は、本体および対物レンズホルダによって構成され、かつたわみ軸受けを介して互いに移動可能である。たわみ軸受けは、それぞれ、隣接部と比較して低減された剛軟度を有するコンポーネント部分によって構成される。この低減された剛軟度は、例えば、コンポーネントを構成する材料の断面を局所的に低減することによって達成してもよい。
【００１８】
有利な実施形態において、２つのレバーアームが、互いに平行に配置され、かつ本体および対物レンズホルダと共に平行四辺形構成を形成する。かかる平行四辺形構成によって、光軸に直角な望ましくない移動をほとんど伴わずに、光軸に沿った対物レンズホルダの正確な位置決め動作が可能になる。この目的のために、アクチュエータが設けられ、このアクチュエータは、レバーアームに力を及ぼして、平行四辺形構成の制御された移動をもたらす。
【００１９】
位置決めユニットの本体は、サンプルを担持するステージに装着される。この実施形態において、サンプルに面する、顕微鏡対物レンズの前部は、位置決めユニットを介して、ステージに配置されたサンプルに結合される。これは、有利なことに、顕微鏡対物レンズとサンプルとの間の短い結合距離に帰着し、それは、顕微鏡対物レンズとサンプルとの間の過度の相対的移動、特に温度変化によって引き起こされる相対的移動を回避する。
【００２０】
別の有利な実施形態において、アクチュエータは、位置決めユニットの本体に統合される圧電セラミック要素である。かかる圧電セラミック要素は、光軸に沿って対物レンズホルダを非常に正確に移動させることができる。
【００２１】
好ましくは、対物レンズホルダは、雌ねじを有するリングを含み、顕微鏡対物レンズは、サンプルに面するその前部に雄ねじを有し、リングの雌ねじは、前記雄ねじに装着される。顕微鏡対物レンズのこの保持構成は、光軸に対して回転対称であり、光軸に直角な変位をさらに低減する。
【００２２】
本発明のさらなる態様に従って、請求項６に係る、顕微鏡対物レンズを合焦させるための装置を有する顕微鏡が提供される。
【００２３】
例示的な実施形態に関連して、本発明を以下でより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の例示的な実施形態を構成する高分解能光学顕微鏡を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図において大まかに示された光学顕微鏡１０には倒立スタンド１２が含まれ、この倒立スタンド１２にステージ１４が配置され、そこを通じて開口部１６が広がっている。サンプル１８は、開口部１６を覆うような方法で、ステージ１４に配置される。位置決めユニット２０が、ステージ１４の下側に装着される。
【００２６】
位置決めユニット２０には、本体２２と、本体２２上で移動可能に支持された対物レンズホルダ２４と、が含まれる。顕微鏡対物レンズ２６が、対物レンズホルダ２４上で保持される。本体２２に統合され、かつ図において単に概略的に示された圧電セラミックアクチュエータ２７は、ひいては対物レンズ２６を光軸Ｏに沿って移動させて対物レンズをサンプル１８に合焦させるために、光軸Ｏに沿って対物レンズホルダ２４を移動させることができる。アクチュエータ２７は、制御ユニット２９に接続される。前記制御ユニットの制御信号は、アクチュエータ２７の移動を引き起こすために用いられ、今度は、アクチュエータ２７が、対物レンズホルダ２４を移動させる。例示的な本実施形態において、制御ユニット２９は、スタンド１２の外部に位置する。しかしながら、それはまた、スタンド１２に統合してもよい。
【００２７】
下記は、最初に位置決めユニット２０を詳細に説明する。
【００２８】
対物レンズホルダ２４は、レバーアーム２８および３０によって本体２２上で移動可能に支持される。例示的な本実施形態において、位置決めユニット２０は、一体成形のコンポーネントであり、その要素、すなわち本体２２、対物レンズホルダ２４に加えてレバーアーム２８および３０は、互いに対して移動可能であり、かつ材料に形成されたキャビティ３２によって互いに分離される。キャビティ３２は、次のような方法で位置決めユニット２０内に構成される。すなわち、レバーアーム２８および３０の長手方向端部の領域において、位置決めユニット２０を構成する材料が、たわみ軸受けを画定する局所的に低減された断面領域を有するような方法で構成される。明確にするために、たわみ軸受けの１つだけが、参照数字３４で図に示されている。
【００２９】
前述の局所的に低減された断面領域ゆえに、光軸Ｏと平行な方向におけるたわみ軸受け３４の剛軟度は、光軸Ｏを横切る剛軟度と比較して、著しく低下する。この剛軟度の低下ゆえに、たわみ軸受け３４は、レバーアーム２８および３０を介し光軸Ｏに沿い、本体２２に対して対物レンズホルダ２４が移動できるようにする。したがって、対物レンズホルダ２４、本体２２、ならびに２つのレバーアーム２８および３０は、共に平行四辺形タイプの構成を形成する。平行四辺形の固定ベースは、本体２２によって提供され、一方で平行四辺形の３つの残りの可動側は、対物レンズホルダ２４ならびに２つのレバーアーム２８および３０によって形成される。
【００３０】
これに関連して、光軸Ｏに沿った対物レンズホルダ２４の位置決め動作の大きさが、せいぜい約１００μｍであることに留意されたい。この非常に小さな位置決め動作において、上記の平行四辺形構成によって引き起こされる、対物レンズホルダ２４の光軸Ｏに直角な意図せざる移動は、無視できる程度の大きさである。
【００３１】
対物レンズホルダ２４は、光軸Ｏと平行に延びる細長部４０、および細長部４０から光軸Ｏに直角な方向に延びるリング４２によって形成される。リング４２は、雌ねじ４４を有するが、雌ねじ４４は、光軸Ｏに対して回転対称である。この雌ねじ４４は、顕微鏡対物レンズ２６の環状カラー４８上に形成された雄ねじ４６とねじ式に係合される。環状カラー４８は、サンプル１８に面する顕微鏡対物レンズ２６の前部に配置される。したがって、顕微鏡対物レンズ２６は、その前部で位置決めユニット２０に結合される。
【００３２】
したがって、例示的な本実施形態において、顕微鏡対物レンズ２６は、サンプル１８にすぐ面している対物レンズのすぐ近くの位置に保持される。図において、このレンズは、「前部レンズ」とも呼ばれ、参照数字５０で示される。もちろん、顕微鏡対物レンズ２６には、追加レンズが含まれ、これらのレンズは、図では参照数字５２および５４によって概略的に示されている。
【００３３】
従来の対物レンズのように、顕微鏡対物レンズ２６はまた、その後部、すなわちサンプル１８と反対側の端部に対物レンズねじ山５６を有する。対物レンズねじ山５６は、例えば、製造中の調整用に用いられる。
【００３４】
光学顕微鏡１０は、光源６０ならびにレンズ６２および６４を含む照明装置５８をさらに有する。光源６０からの蛍光励起光は、レンズ６２および６４を通過し、ダイクロイックミラー６６によって反射され、光軸Ｏに沿って対物レンズ２６に入る。サンプル１８からの蛍光は、顕微鏡対物レンズ２６の前部レンズ５０ならびにさらなるレンズ５２および５４を通過して半透明ミラー６６へ至り、半透明ミラー６６は、蛍光が、追加レンズ６８へと半透明ミラー６６を通過できるようにする。レンズ６８を通過した蛍光は、最後に、ミラー７０によって反射され、スタンド１２に装着されたカメラ７２に入る。
【００３５】
上記の実施形態が、説明だけを目的としていることが容易に理解されよう。例えば、たわみ軸受け３４を備えた一体成形ユニット２０以外の位置決めユニットを用いることもまた可能である。例えば、光軸Ｏに沿って顕微鏡対物レンズ２６を移動させ、かつそれによって顕微鏡対物レンズ２６を合焦させるために、外部アクチュエータによって駆動されるばね装置を用いることが可能である。
【００３６】
また、対物レンズホルダ２４は、図に示すような２つのかみ合いねじ４４および４６による以外の方法で、顕微鏡対物レンズ２６に結合してもよい。本発明にとって本質的なことは、顕微鏡対物レンズ２６が、サンプル１８に面するその前部において保持されるということである。
【符号の説明】
【００３７】
１０  光学顕微鏡
１２  スタンド
１４  ステージ
１６  開口部
１８  サンプル
２０  位置決めユニット
２２  本体
２４  対物レンズホルダ
２６  顕微鏡対物レンズ
２７  アクチュエータ
２８  レバーアーム
２９  制御ユニット
３０  レバーアーム
３２  キャビティ
３４  たわみ軸受け
４０  細長部
４２  リング
４４  雌ねじ
４６  雄ねじ
４８  環状カラー
５０  前部レンズ
５２  レンズ
５４  レンズ
５６  対物レンズねじ山
５８  照明装置
６０  光源
６２  レンズ
６４  レンズ
６６  ダイクロイックミラー
６８  レンズ
７０  ミラー
７２  カメラ
【図１】
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【外国語明細書】
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2012113308000002.pdf
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