(57)【要約】  本発明は、ｘ方向および／またはｙ方向に移動可能な試料ステージ（１２）と、対物レンズターレット（１６）とを備えた顕微鏡（１０，５０）に関しており、この場合この顕微鏡（１０，５０）は、試料ステージ（１２）をｘ方向に移動させることができる第１の駆動ユニット（１４ａ）、試料ステージ（１２）をｙ方向に移動させることができる第２の駆動ユニット（１４ｂ）、かつ／または対物レンズターレット（１６）を回転させることができる第３の駆動ユニット（１４ｃ）を含んでいる。これらの駆動ユニット（１４ａ，１４ｂ，１４ｃ）と、試料ステージもしくは対物レンズターレット（１６）との間の接続部は、それぞれ摩擦接続部として形成される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
顕微鏡（１０，５０）であって、
ｘ方向（Ｐ１）および／またはｙ方向（Ｐ２）に移動可能な試料ステージ（１２）と、
対物レンズターレット（１６）と、を備え、
前記顕微鏡（１０，５０）は、
第１の駆動ユニット（１４ａ）であって、前記第１の駆動ユニット（１４ａ）を介して前記試料ステージ（１２）が前記ｘ方向（Ｐ１）に移動することができる、第１の駆動ユニット（１４ａ）、
第２の駆動ユニット（１４ｂ）であって、前記第２の駆動ユニット（１４ｂ）を介して前記試料ステージ（１２）が前記ｙ方向（Ｐ２）に移動することができる、第２の駆動ユニット（１４ｂ）、かつ／または
第３の駆動ユニット（１４ｃ）であって、前記第３の駆動ユニット（１４ｃ）を介して前記対物レンズターレット（１６）が回転することができる、第３の駆動ユニット（１４ｃ）を含んでいる顕微鏡（１０，５０）において、
前記第１の駆動ユニット（１４）と前記試料ステージ（１２）との間、
前記第２の駆動ユニットと前記試料ステージ（１２）との間、かつ／または
前記第３の駆動ユニットと対物レンズターレット（１６）との間にそれぞれトルクおよび／または力を伝達する摩擦接続部が形成されることを特徴とする顕微鏡（１０，５０）。
【請求項２】
前記トルクの伝達および／または力の伝達は、前記各駆動ユニット（１４ａ，１４ｂ，１４ｃ）と、前記試料ステージ（１２）もしくは前記対物レンズターレット（１６）との間に作用する摩擦のみを介して行われる、請求項１記載の顕微鏡（１０，５０）。
【請求項３】
前記各駆動ユニット（１４ａ，１４ｂ，１４ｃ）と、前記試料ステージ（１２）もしくは前記対物レンズターレット（１６）との間の前記接続部は、歯を持たずに形成される、請求項１または２記載の顕微鏡（１０，５０）。
【請求項４】
前記第１の駆動ユニット（１４ａ）と前記試料ステージ（１２）との間、前記第２の駆動ユニット（１４ｂ）と前記試料ステージ（１２）との間、かつ／または前記第３の駆動ユニット（１４ｃ）と前記対物レンズターレット（１６）との間にそれぞれ可撓性の摩擦駆動部が形成される、請求項１から３までのいずれか１項記載の顕微鏡（１０，５０）。
【請求項５】
前記第１、第２、および／または第３の駆動ユニット（１４ａ，１４ｂ，１４ｃ）は、それぞれ第１の結合要素（３０）を含み、前記試料ステージ（１２）および／または前記対物レンズターレット（１６）は、それぞれ第２の結合要素（３４）を含み、前記２つの結合要素（３０，３４）は、相互に摩擦結合によって連結される、請求項１から４までのいずれか１項記載の顕微鏡（１０，５０）。
【請求項６】
前記２つの結合要素（３０，３４）の間に、少なくとも１つの弾性要素（３６）が力結合によって配置され、これによって予荷重をかけられる、請求項５記載の顕微鏡（１０，５０）。
【請求項７】
前記弾性要素（３６）は、ゴムからなる、請求項６記載の顕微鏡（１０，５０）。
【請求項８】
前記弾性要素（３６）は、エチレンプロピレンジエンゴム（ＥＰＤＭ）からなる、請求項６記載の顕微鏡（１０，５０）。
【請求項９】
前記弾性要素（３６）は、前記第１および／または前記第２の結合要素（３０，３４）に回転固定的にかつ位置固定的に固定される、請求項５から８までのいずれか１項記載の顕微鏡（１０，５０）。
【請求項１０】
前記弾性要素（３６）が固定される前記結合要素（３０，３４）は、前記弾性要素（３６）が少なくとも部分的に配置される溝（３２）を有している、請求項９記載の顕微鏡（１０，５０）。
【請求項１１】
前記２つの結合要素（３０，３４）の間に、少なくとも２つの弾性要素（３６）が力結合によって配置され、これによって予荷重をかけられる、請求項５記載の顕微鏡（１０，５０）。
【請求項１２】
前記２つの弾性要素（３６）は、それらが接触しないように相互にずらされて配置される、請求項１１記載の顕微鏡（１０，５０）。
【請求項１３】
前記第１の結合要素（３０）は、ホイールまたはシャフトとして形成される、請求項５から１２までのいずれか１項記載の顕微鏡（１０，５０）。
【請求項１４】
前記弾性要素（３６）は、前記第１の結合要素（３０）の全周に亘って延在する、請求項１３記載の顕微鏡（１０，５０）。
【請求項１５】
前記第２の結合要素（３４）は、ホイールまたはロッドとして形成される、請求項５から１４までのいずれか１項記載の顕微鏡（１０，５０）。
【請求項１６】
前記第１、第２、および／または第３の駆動ユニット（１４ａ，１４ｂ，１４ｃ）は、それぞれ電気モータを含み、該電気モータの駆動軸に前記第１の結合要素（３０）が支持される、または該電気モータの駆動軸が前記第１の結合要素である、請求項５から１５までのいずれか１項記載の顕微鏡（１０，５０）。
【請求項１７】
前記顕微鏡（１０，５０）は、当該顕微鏡のビームパスに選択的に導入することができる蛍光キューブ（２４）および／または他の光学素子が配置された回転ディスク（２２）を含み、前記顕微鏡（１０，５０）は、第４の駆動ユニット（２６）を含み、前記第４の駆動ユニット（２６）を介して前記回転ディスク（２２）が回転することができ、前記第４の駆動ユニット（２６）と前記回転ディスク（２２）との間に、当該回転ディスク（２２）を回転させるトルクおよび／または力を、前記第４の駆動ユニット（２６）から前記回転ディスク（２２）に伝達する摩擦接続部が形成される、請求項１から１６までのいずれか１項記載の顕微鏡（１０，５０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ｘ方向およびｙ方向に移動可能な試料ステージと対物レンズターレットとを備えた顕微鏡に関する。さらにこの顕微鏡は、第１の駆動ユニットであって、該第１の駆動ユニットを介して試料ステージがｘ方向に移動することができる、第１の駆動ユニット、および第２の駆動ユニットであって、該第２の駆動ユニットを介して試料ステージがｙ方向に移動することができる、第２の駆動ユニットと、を含む。さらに、第３の駆動ユニットであって、該第３の駆動ユニットを介して対物レンズターレットが回転することができる、第３の駆動ユニットが設けられている。
【０００２】
公知の顕微鏡では、駆動ユニットから調整すべき各要素、すなわち例えば試料ステージまたは対物レンズターレットへの力およびトルク伝達は、形状結合による接続部を介して行われている。この目的のために、特に歯車、歯付きラック、スピンドル、または歯付きベルトが設けられており、それらを介して駆動ユニットは、動かすべき要素に接続される。
【０００３】
そのような形状結合による力伝達における欠点は、第１にこれらが静かに動作するために非常に高い精度を要する点にある。そのため製造および組み立ての際には非常に小さな許容誤差が必要とされ、それらは顕微鏡の製造を非常に高価なものにする。
【０００４】
その上さらに、形状結合による力伝達を伴う顕微鏡は、移動方向の変更の際にはそのつどヒステリシス特性を有し、このことは、所望の位置への正確な復帰をより困難にさせる。
【０００５】
その上さらに、形状結合による駆動部は、比較的うるさく、滑らかな動作を有してはいない。またそのような形状結合による駆動部は、定期的に潤滑油の注油が必要であり、これによってメンテナンスコストも繰り返し生じる。
【０００６】
本発明の課題は、安価に製造することができ、かつ可動要素の正確な位置決めと同時に滑らかでノイズの少ない動作を提供する顕微鏡を実現することにある。
【０００７】
前記課題は、請求項１の特徴を有する顕微鏡によって解決される。本発明の好ましい発展形態は、従属請求項に記載される。
【０００８】
本発明によれば、この顕微鏡は、試料ステージをｘ方向に移動させることができる第１の駆動ユニットを備える。この第１の駆動ユニットと試料ステージとの間には、トルクおよび／または力を伝達する摩擦接続部が形成される。付加的または代替的に、この顕微鏡は、試料ステージをｙ方向に移動させることができる第２の駆動ユニットを含むことができる。この第２の駆動ユニットと試料ステージとの間の接続部も同様に、トルクおよび／または力を伝達する摩擦接続部として形成される。付加的または代替的に、対物レンズターレットを回転させることができる第３の駆動ユニットを設けることも可能である。この第３の駆動ユニットと対物レンズターレットとの間の接続部も、第３の駆動ユニットから対物レンズターレットにトルクおよび／または力を伝達する摩擦接続部として形成される。
【０００９】
摩擦接続とは、特にトルクおよび／または力の伝達が、摩擦結合のみによって行われること、すなわちトルクおよび／または力伝達が各駆動ユニットと試料ステージもしくは対物レンズターレットとの間に作用する摩擦のみを介して行われることを意味するものと理解されたい。この摩擦結合による接続部は、力結合による接続部とも称されることが多い。
【００１０】
特に摩擦接続とは、トルクもしくは力伝達が摩擦結合のみによって行われ、駆動ユニットと各可動要素との間に形状結合は存在しないことを意味するものと理解されたい。特に各駆動ユニットと試料ステージもしくは対物レンズターレットとの間の接続部は、歯を持たずに形成される。
【００１１】
そのような摩擦結合による接続部は、顕微鏡で通常使用される形状結合による接続部に比べ多くの利点を提供する。
【００１２】
一方では、摩擦結合による接続部は、システムの振動が回避されることによって、形状結合による接続部よりも実質的に滑らかな動作を提供し、これによって顕微鏡に対する操作快適性が高まる。他方では、摩擦結合による接続部は、形状結合による接続部と比較して格段にノイズが少なく、このことは顕微鏡の操作快適性をさらに高める。
【００１３】
さらに、形状結合による接続部では、特に歯車または歯付きラックにおいて次のような問題がある。すなわち、移動方向の逆転時に、被駆動結合要素の歯が最初にそれらが係合する歯の領域の一方の側から、それらが自身の係合後に当該要素を実際に動かすことができるようになる前に、歯の領域の他方の側に移らなければならないことである。これにより、操作中に不都合なヒステリシス特性が発生する。このことを回避するためには、許容誤差に対する非常に厳しい要求が課せられなければならず、これによって非常に正確でかつそのことによる高価な製造が不可避となる。それに対して摩擦結合による接続部には、そのようなヒステリシス特性は存在せず、その結果、簡単でかつ迅速な製造および組み立てがもたらされる。
【００１４】
したがって、摩擦結合による接続部を顕微鏡内部に用いることによって、簡単でかつ安価な製造および組み立てのみならず、さらに滑らかでノイズの少ない正確な動作が可能となる。
【００１５】
本発明の特に好ましい実施形態では、第１の駆動ユニットと試料ステージとの間、第２の駆動ユニットと試料ステージとの間、かつ／または第３の駆動ユニットと対物レンズターレットとの間にそれぞれ可撓性の摩擦駆動部が形成される。可撓性の摩擦駆動部とは、駆動ユニットと、試料ステージもしくは対物レンズターレットとの間の接続部が弾性的に形成され、それによって許容誤差が自動的に補償されることを意味するものと理解されたい。
【００１６】
本発明の特に好ましい実施形態では、第１、第２および／または第３の駆動ユニットがそれぞれ第１の結合要素を含み、試料ステージおよび／または対物レンズターレットはそれぞれ第２の結合要素を含み、この場合それぞれ第１の結合要素がそれぞれ第２の結合要素と摩擦結合により結合される。このようにして、簡単な方法で前述の摩擦結合による力およびトルク伝達が達成される。
【００１７】
２つの結合要素の間には、特にそれぞれ少なくとも１つの弾性要素が配置され、この場合この弾性要素は、２つの各結合要素の間で予荷重をかけられる。これにより、一方では作用する摩擦力が増加し、他方では許容誤差が補償される。その上さらに特に簡単な製造が達成される。この予荷重は、特に、２つの結合要素の間の間隔が弾性要素の厚さよりも小さいことによって得られる。
【００１８】
この弾性要素は、特にゴムから形成される。
【００１９】
本発明の特に好ましい実施形態では、弾性要素はエチレンプロピレンジエンゴム（ＥＰＤＭ）から形成される。このＥＰＤＭは、一方では高い摩擦係数を有し、そのため大きな摩擦力を発生させるという利点を有し、他方では「通常の」ゴムにおいて起こるようなひどい経年劣化は起きず、そのため弾性要素を定期的に交換する必要がないという利点を有している。
【００２０】
弾性要素は特に、それぞれの第２の結合要素に回転固定的にかつ位置固定的に固定される。すなわち、弾性要素は自身が固定される結合要素に対して動作中にその位置を変えない。
【００２１】
特に好ましくは、各弾性要素が固定される結合要素は、当該弾性要素が少なくとも部分的に配置されるそれぞれ１つの溝を有する。この溝により、特に弾性要素の滑りが回避される。さらに弾性要素自身は、特に予荷重をかけられてこの溝の内部に配置されるので、それによって当該溝内での弾性要素の回転も回避される。
【００２２】
本発明の代替的な実施形態では、それぞれ相互に結合された２つの結合要素の間に少なくとも２つの弾性要素が配置され、この場合これらの２つの結合要素の間の弾性要素は予荷重をかけられており、当該２つの弾性要素のうちの一方は第１の結合要素に、そして他方の弾性要素は、関連する第２の結合要素に、回転固定的にかつ位置固定的に固定されている。
【００２３】
それぞれの２つの結合要素の間に２つの弾性要素を使用することにより、大きな摩擦力、ひいてはより確実な力およびトルク伝達が達成される。
【００２４】
２つの弾性要素は、特に互いに接触しないように相互にずらされて配置される。これにより、２つの弾性要素自体の間で、不安定な伝達を引き起こしかねない力もしくはトルク伝達が行われることが回避される。
【００２５】
本発明の好ましい実施形態では、第１の結合要素はホイールまたはシャフトとして形成される。このケースでは、弾性要素は、特にホイールもしくはシャフトの全周に亘って延在する。
【００２６】
可動部品、つまり試料ステージもしくは対物レンズターレットに配置される第２の結合要素は、特にホイールまたはロッドとして形成される。
【００２７】
さらに好ましくは、第１、第２、および／または第３の駆動ユニットは、それぞれ電気モータを包み、該電気モータの各駆動軸に第１の結合要素が支持される。このようにして、試料ステージおよび対物レンズターレットの移動の正確な制御が達成される。
【００２８】
本発明の特に好ましい実施形態では、顕微鏡は、少なくとも１つの蛍光キューブおよび／または少なくとも１つの他の光学素子が配置された回転ディスクを含む。この顕微鏡は、回転ディスクを回転させることができる第４の駆動ユニットを備える。第４の駆動ユニットと回転ディスクとの間には、回転ディスクを回転させるトルクおよび／または力を、
第４の駆動ユニットから回転ディスクに伝達する摩擦接続部が形成される。
【００２９】
この摩擦接続部は、特に、第１の駆動ユニットと試料ステージとの間、第２の駆動ユニットと試料ステージとの間、かつ／または第３の駆動ユニットと対物レンズターレットとの間の摩擦接続部に関して先に説明した特徴と同じ特徴によって発展構成させることができる。
【００３０】
このようにして、簡単に形成されて滑らかに動作しかつノイズの少ない結合を介した回転ディスクの調整も得ることができる。
【００３１】
本発明のさらなる特徴および利点は、本発明を添付図面に関連する実施例に基づいてより詳細に説明する以下の記載から明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】正立顕微鏡の大幅に簡素化された概略図
【図２】図１による顕微鏡の概略的斜視図
【図３】図１および図２による顕微鏡の試料ステージと駆動ユニットとの間の接続部の概略的部分断面図
【図４ａ】図１および図２による顕微鏡の第１の実施形態による回転ディスクと当該回転ディスクを回転させる駆動ユニットとの間の接続部の概略的断面図
【図４ｂ】図１および図２による顕微鏡の第２の実施形態による回転ディスクと当該回転ディスクを回転させる駆動ユニットとの間の接続部の概略的断面図
【図５】倒立顕微鏡の大幅に簡素化された概略的斜視図
【００３３】
図１には、正立顕微鏡１０の大幅に簡素化された概略図が示されている。図２は、図１による顕微鏡１０の概略的斜視図を示す。ここではそれぞれ当該顕微鏡１０の関連する機能部分のみが示されている。
【００３４】
顕微鏡１０は、試料ステージ１２を備えており、該試料ステージ１２上には顕微鏡検査されるべき試料が載置される。この試料ステージ１２は、駆動ユニット１４を用いて、双方向矢印Ｐ１で示すｘ方向に移動させることができる。この目的のために駆動ユニット１４と試料ステージ１２との間には摩擦接続部が形成されており、その様子は以下でさらに図３に関連してより詳細に説明する。
【００３５】
さらに顕微鏡１０は、複数の対物レンズを有する対物レンズターレット１６を備えており、これらの対物レンズのうちの１つには例示的に参照符号１８が付されている。対物レンズターレット１６の回転位置に応じて、他の対物レンズ１８が顕微鏡１０のビームパス２０内に旋回する。
【００３６】
その上さらに顕微鏡１０は回転ディスク２２を含み、該回転ディスク２２には蛍光キューブおよび／または他の光学対物レンズが固定され得る。図１および図２に示されている例では、回転ディスク２２には唯１つの蛍光キューブ２４が収容されている。
【００３７】
回転ディスク２２は、駆動ユニット２６を介して回転可能である。この場合はここでも回転ディスク２２と駆動ユニット２６との間の結合は、摩擦結合によって行われており、その様子は図４に関連してさらに詳細に説明する。
【００３８】
その上さらに顕微鏡１０は、顕微鏡検査すべき対象を照明する照明ユニット２８を含んでいる。
【００３９】
図３には、試料ステージ１２および駆動ユニット１４の部分断面図が示されている。駆動ユニット１４は第１の結合要素３０を有しており、該第１の結合要素３０は、試料ステージ１２の第２の結合要素３４に結合されている。第１の結合要素３０は、特に駆動ユニット１４を介して回転可能なシャフトの形態で形成され、第２の結合要素３４は特にロッドとして形成される。
【００４０】
第１の結合要素３０は周方向の溝３２を有しており、該溝３２内には、弾性リングの形態の弾性要素３６が収容されている。第１の結合要素３０と第２の結合要素３４との間の間隔は次のように選択される。すなわち、弾性要素３６が弾性的に変形されかつそれによって当該２つの結合要素３０および３４の間で予荷重がかけられるように選択される。第１の結合要素３０が回転すると、弾性要素３６と第２の結合要素３４との間に作用する摩擦を介して相応の力が第２の結合要素３４に伝達され、それによって当該第２の結合要素３４は所望の方向に移動する。
【００４１】
これにより簡単な方法で、摩擦結合による力伝達が、駆動ユニット１４と試料ステージ１２との間で達成される。
【００４２】
図４ａには、回転ディスク２２および駆動ユニット２６の一部の断面図が示されている。回転ディスク２２は、周方向の溝３８を有しており、該溝３８内には、同様にリングとして形成された弾性要素４０が配置されている。回転ディスク２２と駆動ユニット２６との間の間隔は、ここでも次のように選択されている。すなわち、弾性要素４０が弾性的に変形され、かつそれによって予荷重がかけられるように選択されている。このようにして特に簡単な方法で同様に摩擦結合による力伝達が駆動ユニット２６と回転ディスク２２との間で達成される。駆動ユニット２６のホイール４２が回転すると、ホイール４２と弾性要素４０との間に作用する摩擦力を介して力が駆動ユニット２６から回転ディスク２２に伝達され、それによって回転ディスク２２が所望の方向に回転する。
【００４３】
弾性要素３６も弾性要素４０も、特にＥＰＤＭから製造され、このことは、一方では高い摩擦係数が存在し、それによって大きな摩擦力が伝達されるという利点につながり、他方では弾性要素が経年劣化過程を全く持たないかもしくは非常に僅かしか持たないという利点につながる。
【００４４】
図４ｂには、代替的な実施形態による回転ディスク２２および駆動ユニット２６の一部の断面図が示されている。この実施形態では、回転ディスク２２と駆動ユニット２６との間に２つの弾性要素４０が配置されている。
【００４５】
図５には、倒立顕微鏡５０の同様に大幅に簡素化された概略図が示されている。同じ構造または同じ機能を有する要素には同じ参照符号が付されている。
【００４６】
この倒立顕微鏡では、対物レンズターレット１６が試料ステージ１２の下方に配置されており、それによって、試料ステージ１２上に配置される顕微鏡検査すべき対象は、下方から観察することができる。
【００４７】
この倒立顕微鏡５０においても、駆動ユニット１４と試料ステージ１２との間の結合、ならびに回転ディスク２２と駆動ユニット２６との間の結合は、摩擦結合による接続部として形成されており、特に図３および図４の実施例に類似して形成される。
【００４８】
本発明の代替的な実施形態では、試料ステージ１２をｘ方向に直交的に配置されたｙ方向に移動させることができるさらなる駆動ユニットが設けられていてもよい。特にこのさらなる駆動ユニットと試料ステージ１２との間の接続部も摩擦結合によって形成される。
【００４９】
代替的なさらなる実施形態では、付加的にまたは代替的に、対物レンズターレットを回転させることができるさらなる駆動ユニットを設けていてもよい。特に対物レンズターレットとこのさらなる駆動ユニットとの間の接続部も摩擦結合によって形成される。
【００５０】
その上さらに、顕微鏡内でさらなる可動要素を移動させるさらなる駆動ユニットが設けられていてもよい。これらのさらなる駆動ユニットも同様に特に摩擦結合による接続部を介して各要素と結合される。
【００５１】
摩擦結合による接続部の使用は、例えば歯車、歯付きラック、スピンドルまたは歯付きベルトのような形状結合による接続部と比較して、製造コストが大幅により低減されるという利点を有する。なぜならそのような形状結合による接続部は、対応する可動要素の滑らかな動作のためにより高い精度で製造され、組み立てられなければならないからである。摩擦結合による接続部では、許容誤差は弾性要素３６，４０の弾性によって自動的に補償され、それによって、より大きな許容誤差のもとでも非常に滑らかでかつ正確な動作が達成される。
【００５２】
その上さらに、従来の形状結合による駆動部では、反転時バックラッシュが存在し、そのため回転もしくは移動方向の反転時にヒステリシスが生じる。摩擦結合による接続部を介した伝達は、ヒステリシスフリーであるという利点を有し、そのため操作快適性が格段に向上する。
【００５３】
その上さらに摩擦結合による接続部は、形状結合による接続部と比較して実質的にノイズが少ない。また形状結合による接続部は、定期的なメンテナンスを必要とする。なぜなら特にそこで使用される部品が定期的な潤滑油による注油を必要とするからである。このことは、弾性要素３６，４０を介した摩擦結合による接続部の場合には当てはまらない。そのためメンテナンス費用が低減される。
【符号の説明】
【００５４】
１０，５０  顕微鏡
１２      試料ステージ
１４ａ，ｂ，ｃ  駆動ユニット
１６      対物レンズターレット
１８      対物レンズ
２０      ビームパス
２２      回転ディスク
２４      蛍光キューブ
２６      駆動ユニット
２８      照明ユニット
３０      結合要素
３２      溝
３４      結合要素
３６      弾性要素
３８      溝
４０      弾性要素
４２      ホイール
Ｐ１，Ｐ２  方向
【図１】
2018517182.tif 000003
【図２】
2018517182.tif 000004
【図３】
2018517182.tif 000005
【図４ａ】
2018517182.tif 000006
【図４ｂ】
2018517182.tif 000007
【図５】
2018517182.tif 000008
【国際調査報告】
2018517182.tif 000009
2018517182.tif 000010
2018517182.tif 000011
2018517182.tif 000012