CN102608746B - 将显微镜载物台经调节安装于显微镜座上的装置和方法 - Google Patents

Abstract

将显微镜载物台(14)经调节安装于显微镜座(12)的装置和方法，其中该显微镜载物台(14)安装有物镜(38)。该装置设置有：至少一个设置在所述显微镜座(12)上的第一连接件(56)；至少一个第二连接件(62)；至少一个设置在所述显微镜座(12)上的第一配合部分(76)；至少一个定位基板(66)，其设置在面向所述显微镜座(12)的台面板(16)下侧，并支撑可与所述第一配合部分(76)接合的第二配合部分(74)；其中，用于调节所述显微镜座(12)上的台面板(16)的所述定位基板(66)，借助于接合的所述众配合部分(74、76)，在与所述台面板(16)平行的调节平面内可移动地安装；以及至少一个锁定装置(80)，用于将所述定位基板(66)锁定于经调节的所述台面板(16)。

Description

将显微镜载物台经调节安装于显微镜座上的装置和方法

技术领域

本发明涉及将显微镜载物台经调节安装于显微镜座上的装置和方法。

背景技术

近期，光学显微技术不断得到发展，基于对单个点状体特别是荧光分子的连续、随机的定位，可以对比传统光学显微镜的与衍射相关的分辨率极限要小的图像结构进行成像。这些技术描述在例如下述文件中：WO2006/127692A2；DE102006021317B3；WO2007/128434A1；US2009/0134342A1；DE102008024568A1；M.J.Rust，M.Bates，X.Zhuang在2006年第3期《自然方法》的793-796页中公开的“Sub-diffraction-limitimagingbystochasticopticalreconstructionmicroscopy(STORM)”(《由随机光学重建显微术(STORM)进行亚衍射极限成像》)；GeislerC.等人在《应用物理A刊》88卷的223-226页(2007年)中公开的“ResolutionofLambda/10influorescencemicroscopyusingfastsinglemoleculephoto-switching”(《使用快速单分子影像转换在荧光显微术中λ/10的分辨率》)。这一显微术的新分支也被称为定位显微术。人们在有关文献中已能知道上述应用技术，例如，学名为(F)PALM[(荧光)光敏定位显微术]，PALMRA(自动探测型光敏定位显微术)，GSD(IM)[基态损耗(单分子折返)显微术]或者(F)STROM[(荧光)随机光学重建显微术]的技术。

这些新方法的共同特征在于待成像的结构事先经过标记物的处理，这些标记物具有可以区分的两种状态，即“亮”态和“暗”态。例如，当用荧光染料作标记物时，亮态就是这些染料发出荧光的状态，暗态就是这些染料不发出荧光的状态。为了以超出光学成像系统的传统分辨率极限的分辨率成像图像结构，标记物的一个小的子集被反复转变成亮态，也就是所谓的受激发状态。在这种情况下，受激发的子集的选择要能够使处于亮态的相邻标记物的平均距离比光学成像系统的分辨率极限大。受激发子集的亮度信号被成像到空间分辨光探测器上，例如一种电荷耦合器件(CCD)摄像机。因此，探测每个标记物的光点，该光点的大小由光学成像系统的分辨率极限决定。

通过这种方式，可以俘获若干个原始数据的单帧，在每个单帧中对不同的受激发子集进行成像。然后，使用图像分析方法，在每个原始数据的单帧中，确定光点的矩心，其中矩心代表处于亮态的那些标记物。在此之后，将由原始数据的单帧确定的光点矩心结合成为总代表图。由该总代表图产生出的高分辨率图像反映标记物的分布情况。为了代表性地再现待成像结构，必需探测足够的信号。然而，由于受激发子集中的标记物数目受限于两个处于亮态的标记物的最小平均距离，为了完全地对该结构进行成像，必需俘获相当数量的原始数据的单帧。一般，原始数据的单帧的数目在10000至100000内。

俘获一个原始数据的单帧所需要的时间有一个下限，该下限由成像探测器的最大图像俘获速率预先决定。这使得俘获总代表图所需的系列原始数据的单帧的总的时间相对较长。由此，总俘获时间可以长达几个小时。

在这较长的总俘获时间内，待成像的样本可能会相对于光学成像系统发生移动。为了形成高分辨率的总图像，在确定矩心之后，将所有原始数据的单帧结合，而在对原始数据的单帧两次连续俘获期间，样本与光学成像系统之间的每次相对运动都会有害于总图像的空间分辨率。在很多情况下，这种相对运动是由该系统的系统性机械运动造成的，也被称为机械漂移。例如，热膨胀或者收缩、机械应变或者用在机械组件上的润滑剂均匀度的变化等都可以成为该运动产生的原因。

在前述的高分辨率技术中，如何保证构成成像系统的物镜相对于置于台面板上的样本不发生定位漂移是至关重要的问题。为了实现这一要求，可以将物镜直接安装到台面板，而不是像通常那样安装于物镜旋转器。通过这种设计，物镜被设置在背离样本的台面板下侧、处于在台面板中形成的通孔区域中，对放置在台面板上侧的样本架中的样本通过该通孔成像。由于物镜直接安装于台面板，使得物镜与样本架的机械耦合路径变得相对较短。因此，很大程度上防止在物镜与样本架之间产生机械漂移。

然而，当物镜被直接安装到显微镜载物台的时候，此时物镜与显微镜座的光轴的对齐变得相对复杂。例如，每次将显微镜载物台从显微镜座卸下，例如为了维修目的，都必需将显微镜载物台相对于显微镜座再次调节。这不仅费力而且容易出错。

美国专利US3572889A披露了一种机构，该机构以调节的方式将不同的显微镜载物台快速安装在显微镜座上。这种机构包括调节单元，该调节单元由安装架和设置在该安装架后侧的安装板形成。该安装板固接于竖向可移动地设置在显微镜座上的滑动部件。该显微镜载物台联结于该安装架。该安装板与该安装架有接触面，该接触面使得该安装板相对该安装架可以发生一定位移。

美国专利申请文件US2005/0083569A1披露一种显微镜，该显微镜具有聚焦柱、载物台和可以将聚焦柱从载物台移除的机构。这种机构包括滚花轮和安装于聚焦柱的螺杆，该滚花轮设置有配合螺纹并且可以在载物台内转动从而可以将聚焦柱联结于载物台或与其脱开。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于高分辨率光学显微术的装置和方法，可以用容易且再现的方式将安装有物镜的显微镜载物台安装于显微镜座。

本发明借助于如下装置实现上述的目的，该装置包括至少一个设置在显微镜座上的第一连接件；至少一个第二连接件，其设置在显微镜载物台上且可与第一连接件连接从而将显微镜载物台安装于显微镜座；至少一个设置在显微镜座上的第一配合部分；至少一个定位基板，其设置在面向显微镜座的显微镜载物台的台面板下侧且支撑可与第一配合部分接合的第二配合部分，其中，用于调节显微镜座上台面板的定位基板，通过接合的众配合部分，可移动地安装于与台面板平行的调节平面；以及至少一个用于将定位基板锁定在经调节的台面板上的锁定装置。

由此，本发明提供在显微镜座上于调节平面内位移的台面板，同时设置在台面板下侧的定位基板借助于接合的众配合部分，跟显微镜座精确安装连接。为此，定位基板于调节平面可移动地安装。这种安装类型也可被称作“浮动”型。

当台面板在显微镜座上获得所希望的定位之后，其中安装于台面板的物镜与显微镜座的光轴精密地对齐，定位基板借助于锁定装置固定于台面板，从而夹持于该定位基板的配合部分也借助于锁定装置固定于台面板。因此，在显微镜座上台面板经调节过的定位以可再现的方式来进行。当把显微镜载物台从显微镜座上卸下时，例如为了修理，然后接下来仅仅需要将其放回显微镜座使得配合部分互相接合即可。不需要重复调节。

在一个具有有益的改进中，基板容座形成于台面板下侧，其中定位基板在调节平面内设置有间隙。在台面板背对显微镜座的上侧，形成有至少一个通向基板容座的插孔。在定位基板中形成至少一个凹槽，该至少一个凹槽在定位基板因其间隙而可以在调节平面内活动的区域与所述插孔连通。锁定装置包括夹具，该夹具包括安放于基板容座内的第一夹紧件和安放于插孔的第二夹紧件，该第二夹紧件可以紧固在第一夹紧件上以将设置于所述基板容座的定位基板锁定在所述两夹紧件之间。

设置于插孔内或者设置于定位基板凹槽内的夹具部分，在调节平面内有间隙。在本实施例中，定位基板以浮动的方式安装在形成于台面板的凹槽内。其结果是，能将台面板在显微镜座上移动而定位基板牢固地安放于显微镜座。一旦台面板调节完毕，可以通过夹具将定位基板锁定在凹槽内。为此，该定位基板在所述两夹紧件之间被夹紧。由于第一夹紧件安放于在台面板上侧形成的插孔内，也就可以从上方接近该第一夹紧件。其结果是，在实现所期望的调节之后，可以从上方容易地锁定定位基板。

在优选的改进中，至少一个定位条安装在显微镜座上，在所述定位条上还设有第一连接件和第一配合部分。定位条例如可以借助于标准安装孔来安装，该标准安装孔设于显微镜座上用以安装显微镜载物台。由此，定位条确定了众配合部分接合的界面。不言而喻的是，本发明的调节装置并不是必须具有这种界面。在这种情形下，第一配合部分直接设置于显微镜座上。

其它有益的实施例可以从从属权利要求和下文的描述中得出。

根据本发明的另一方面，提供一种将显微镜载物台经调节安装于显微镜座的方法。

附图说明

以下，基于实施例并结合附图来详细说明本发明。

图1为高分辨率光学显微镜的一个实施例的立体图，

图2为显微镜载物台被抬起时光学显微镜的立体图；

图3为显微镜载物台的仰视立体图；

图4为显微镜载物台的示图，其中为了显示组成本发明调节装置的组件，省略了显微镜载物台的一部分；

图5为显微镜载物台的进一步示图，其中以剖面示出调节装置的一部分；

图6为以局部放大图示出图5的一部分；

图7为对应于图6的进一步示图，其中示出不同的调节状态；以及

图8为显微镜载物台的示图，其中以仰视图示出定位基板和锁定夹具。

附图标记列表

10光学显微镜

12显微镜座

14显微镜载物台

16台面板

18样本架

20定位装置

22第一滑动件

24第二滑动件

26、28手轮

30目镜

32物镜旋转器

34显微镜物镜

36通孔

38物镜

40聚焦传动机构

42支座

48枢转杆

52、54定位条

56螺杆/螺母元件

58螺纹轴

60螺母

62固定螺杆

64通孔

66、68定位基板

70、72基板容座

74配合销

76配合孔

80锁定夹具

82夹紧螺杆

84夹紧螺母

86插孔

90凹槽

92连接部分

94接触部分

96联结部

98接触部

具体实施方式

以下，首先将结合图1-3说明高分辨率光学显微镜10的总体结构，这里只描述那些为理解本发明所必须的光学显微镜10的组件。

光学显微镜10具有显微镜座12，在该显微镜座12上螺纹连接有显微镜载物台14。该显微镜载物台14具有台面板16，样本架18置于该台面板16上。在该台面板16上有一般用标号20表示的定位装置，该定位装置包括第一滑动件22和第二滑动件24。该两个滑动件22、24彼此可以机械地脱开联结，而且该两个滑动件22、24起到使台面板16上的样本架18沿两个相互垂直的方向位移的作用。为此，台面板16下方安装有两个手轮26和28，如图3所示。

光学显微镜10还具有安装在显微镜座12上的一对目镜30以及装有若干显微镜物镜34的物镜旋转器32。在图2所示的光学显微镜10中，显微镜载物台14被从显微镜座12升起，可以看到物镜旋转器32，若不然，该物镜旋转器32是被显微镜载物台14遮盖的。

如图3的仰视图所示，物镜38设置于台面板16的下方，并位于形成在台面板16的通孔36之下。物镜38通过物镜螺纹旋入聚焦传动机构40中。例如，该聚焦传动机构40为压电陶瓷致动器，该聚焦传动机构40使物镜38沿着其光轴移动以聚焦待成像的样本。聚焦传动机构40安装于可在台面板16下方枢转的支座42。借助枢转杆48，可以把支座42连同物镜38一起旋转进或旋转出光学显微镜10的成像光束路径。

由于物镜38直接安装于台面板16，使得物镜38与样本架18的机械耦合的路径相对较短。这样可以最大程度地防止物镜38与样本架18之间产生机械漂移。

为了保证物镜38对样本进行高分辨率的成像，必须确保支撑物镜38的显微镜载物台14在显微镜座12上精确地定位。尤其是，物镜38必须与显微镜座12的光轴精密对齐。

下文将要描述的调节装置能够以精密调节的方式将显微镜载物台14安装于显微镜座12。特别地，借助该调节装置，使得显微镜载物台14从显微镜座上移开之后，例如为了修理(见图2)，再次安装在显微镜座12上时就不再需要再次调节。

如图4所示，其中省略了台面板16的一部分，该调节装置包括两个安装于显微镜座12的定位条52和54。在图2中，安装在显微镜座12上的定位条54只是部分可见。定位条52和54固定在标准螺纹孔处，该标准螺纹孔可设在显微镜座12上用以将显微镜载物台14(不通过本发明的调节装置)安装于显微镜座12。

借助于拧进前述的标准螺纹孔的两个螺杆/螺母元件56，将定位条52和54分别安装于显微镜座12。如图6的放大图所示出的，每个螺杆/螺母元件56都有一个螺母60和一个旋进显微镜座12的相应的标准螺纹孔的螺纹轴58。该螺母60具有内螺纹，固定螺杆62可以旋进该内螺纹中，以将显微镜载物台12的台面板16分别安装于相应的定位条52和54上。为此，在台面板16中形成有供固定螺杆62插入的通孔64。

本发明的调节装置另外包括两个分别分配给两个定位条52和54的定位基板66和68。如图8的仰视图所示，定位基板66和68分别设置在台面板16下方形成的基板容座70和72内。鉴于两定位基板66和68具有同样的结构和功能，下文将只对定位基板66以及与其相互作用的组件进行详细描述。

从图6的放大图中可以看出，定位基板66支撑配合销74，该配合销74可与在定位条54中形成的配合孔76接合。配合销74与配合孔76之间以精确配合的方式接合，也就是说，基本没有任何间隙。

定位基板66以浮动方式安装在基板容座70内。这意味着定位基板66(在未锁定状态下)在与台面板16平行的调节平面上可在基板容座内移动。当配合销74与配合孔76接合时，台面板16即可在调节平面上相对于定位基板66移动，从而相对于显微镜座12也移动。台面板16的移动自由度，可以用来将显微镜载物台14以及其上夹持的物镜38一起精密地与显微镜座12的光轴对齐。

一旦显微镜载物台14相对于显微镜座12调节完毕，可以借助于两个具有相同结构的锁定夹具80，将先前可以移动的定位基板66锁定在基板容座70内，于是将台面板16相对于定位条54固定。如图6所示，该两锁定夹具80具有相同的结构。因此，下文仅针对图6中左边的锁定夹具80作详细描述。

锁定夹具80包括夹紧螺杆82和旋进该夹紧螺杆82的夹紧螺母84。夹紧螺杆82安放于插孔86内，该插孔86形成在台面板16中且从上方通向基板容座70。夹紧螺母84设置在基板容座70中。

在配合销74的两侧，定位基板66具有两个凹槽90。在图6的截面图中，每个凹槽90都以阶梯的形式形成。每个凹槽90都包括与相应的插孔86连接的连接部分92以及面向定位条54的接触部分94。夹紧螺母84设置在凹槽90的这两个部分92和94之中。因此，夹紧螺母84具有柱形联结部96以及接触部98，其中该柱形联结部96设置在凹槽90的连接部分92中，而该接触部98具有近似于长方体的形状且安放在凹槽90的接触部分94中。该夹紧螺母84的接触部98相对于该联结部96是扩大的。

夹紧螺母84的联结部96具有夹紧螺杆82可以旋进的内螺纹。当夹紧螺杆82旋进该内螺纹时，使夹紧螺母84的接触部98拧紧于凹槽90的接触部分94。为此，定位基板66被锁定在台面板16上。

在图6所示的实施例中，夹紧螺母84在未锁定状态下在调节平面内具有一定的间隙，而夹紧螺杆82在插孔86内基本没有间隙。然而，本实施例只是示例性的。人们同样也可以通过设定插孔86的适合尺寸来给夹紧螺杆82提供间隙，同时将夹紧螺母84固定安装在定位基板66中。为了调节的目的，只需要保证定位基板66在基板容座70内的调节平面内具有一定的间隙，从而使得台面板16可以相对于定位基板66位移，该定位基板66通过配合销74与配合孔76精确配合的接合方式而固定于定位条54上。

如图6进一步所示，固定螺杆62也设置于通孔64中，使得在调节平面内有一定的间隙。必须使该间隙的尺寸设计成为，即为了调节目的在调节台面板16而相对于显微镜座12移动的整个区域内，固定螺杆62都能旋进螺母60中。

图7再次示出前述的相互关系，其中示出不同的调节状态。在此，每个箭头表示定位条54上台面板16的位移，因而也就是在显微镜座12上的位移。这些位移也反映在基板容座70内的锁定夹具80相对于定位基板66的相应运动方面。

为了以调节的方式将显微镜载物台14安装在显微镜座12上，首先，把台面板16放置在固定地安装于显微镜座12的定位条52、54上，从而使定位基板66上的配合销74与形成于定位条52、54的相应配合孔76接合。由于配合销74与配合孔76彼此基本无间隙地接合，定位基板66与定位条52、54(从而与显微镜座12)彼此为空间固定地布置。然后，台面板16于调节平面内在定位条52、54上位移，直到安装在台面板16的物镜38与显微镜座的光轴精密对齐。在此之后，拧紧锁定夹具80以将定位基板66固定于台面板16。由此，配合销74相对于台面板固定。最后，把固定螺杆62旋进螺杆/螺母元件56。

随后，例如为了修理目的，通过旋松固定螺杆62，再次移除以调节方式安装于显微镜座12的显微镜载物台14时，下次安装的时候就不需要经过再次调节，因为配合销74已经以正确定位的方式被固定于台面板16。

Claims (8)

1.一种将显微镜载物台（14）经调节安装于显微镜座（12）的装置，其中该显微镜载物台（14）安装有物镜（38），该装置包括：

至少一个设置在所述显微镜座（12）上的第一连接件（56），

至少一个第二连接件（62），其设置在所述显微镜载物台（14）上并可与所述第一连接件（56）连接从而将所述显微镜载物台（14）安装在所述显微镜座（12）上，

至少一个设置在所述显微镜座（12）上的第一配合部分（76），

至少一个定位基板（66），其设置在面向所述显微镜座（12）的所述显微镜载物台（14）的台面板（16）下侧，并支撑可与所述第一配合部分（76）接合的第二配合部分（74），

其中，用于调节所述显微镜座（12）上的台面板（16）的所述定位基板（66），通过接合的众配合部分（74、76）在与所述台面板（16）平行的调节平面内可移动地安装于所述台面板（16）；以及

至少一个锁定装置（80），用于将所述定位基板（66）锁定于经调节的所述台面板（16）

其中，至少一个定位条（52、54）安装于所述显微镜座（12）上，在所述至少一个定位条（52、54）上设有所述第一连接件（56）和所述第一配合部分（76）。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征是，在所述台面板（16）下侧形成基板容座（70），其中所述定位基板（66）于该基板容座（70）中在调节平面内设置有间隙，

在所述台面板（16）背离所述显微镜座（12）的上侧，形成至少一个通向所述基板容座（70）的插孔（86），

在所述定位基板（66）中形成至少一个凹槽（90），在所述定位基板（66）由于间隙而可以在所述调节平面内移动的整个区域，所述至少一个凹槽（90）与所述插孔（86）连接，

所述锁定装置包括夹具，该夹具包括安放在所述基板容座（70）内的第一夹紧件（84）以及安放在所述插孔（86）内的第二夹紧件（82），该第二夹紧件（82）可以紧固在所述第一夹紧件（84）上，从而将设置于所述基板容座（70）的定位基板（66）锁定于所述两个夹紧件（82、84）之间，以及

设置于所述插孔（86）内或者所述定位基板（66）的凹槽（90）内的所述夹具的部分在调节平面内具有间隙。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征是，所述定位基板（66）的凹槽（90）包括连接部分（92）和接触部分（94），其中该连接部分（92）与所述插孔（86）连接，该接触部分（94）面向所述显微镜座（12）且相对所述连接部分（92）扩展，以及

所述第一夹紧件（84）包括联结部（96）和接触部（98），该联结部（96）设于所述定位基板（66）的凹槽（90）的连接部分（92）中且与所述第二夹紧件（82）联结，该接触部（98）从所述联结部（96）伸出且相对其扩展，其中当所述两夹紧件（82、84）拧紧时，所述接触部与所述定位基板（66）的凹槽（90）的接触部分（94）接触。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征是，所述联结部（96）为柱形，所述接触部（98）具有长方体形状。

5.根据权利要求2至4中任意一项所述的装置，其特征是，所述第一夹紧件（84）为螺母，所述第二夹紧件（82）为螺杆。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征是，所述第一连接件包括至少一个螺杆/螺母元件（56），借助于该至少一个螺杆/螺母元件（56）所述定位条（52、54）被安装于所述显微镜座（12），以及

所述第二连接件包括固定螺杆（62），该固定螺杆（62）可以在调节平面内有一定间隙地插入在所述台面板（16）中形成的通孔（64），然后能被旋进所述螺杆/螺母元件（56）。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征是，众可接合的配合部分包括配合孔和配合销。

8.一种将显微镜载物台（14）经调节安装于显微镜座（12）的方法，其中该显微镜载物台（14）安装有物镜（38），该方法包括以下步骤：

提供设有第一配合部分（76）的所述显微镜座（12），

将支撑第二配合部分（74）的至少一个定位基板（66），在平行于台面板（16）的调节平面内可移动地安装于所述显微镜载物台（14）的台面板（16）面向所述显微镜座（12）的下侧，

使所述第一配合部分（76）与所述第二配合部分（74）接合，

在所述显微镜座（12）上调节所述台面板（16），

将所述定位基板（66）锁定在所述已调节好的台面板（16）上，以及

连接所述台面板（16）与所述显微镜座（12）。