CN114467045B - 用于定位保持器的可变形装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于根据给定方向(2)定位对象的装置(1)，该装置包括：框架(3)；用于保持对象的保持器(4)，该保持器(4)能够相对于框架(3)根据给定方向(2)移动；在第一点(6)和第二点(7)之间延伸的主杆(5)，所述主杆(5)在主杆(5)的第一点(6)处经由连接主杆(5)和框架(3)的第一枢转连接件(9)旋转安装到框架(3)，主杆(5)在布置在第一点(6)和第二点(7)之间的第三点(8)处连接到保持器(4)，使得主杆(5)的第二点(7)相对于框架(3)根据给定方向(2)的位移导致保持器(4)在所述给定方向(2)上的位移，保持器(4)的所述位移具有比第二点(7)的位移的幅度更小的幅度，装置(1)包括经由第三枢转连接件(12)连接到保持器的辅助杆(11)，辅助杆(11)经由第四枢转连接件(13)连接到主杆(5)，并且经由第五枢转连接件(14)旋转安装到框架，第三枢转连接件(12)布置在第四枢转连接件(13)和第五枢转连接件(14)之间。

Description

用于定位保持器的可变形装置
技术领域
本发明涉及一种用于测量一个或几个对象(诸如微珠)的位置的装置。此装置特别适用于精确致动显微镜物镜的聚焦位置。
背景技术
为了研究DNA分子和其它组分(诸如蛋白质)之间的相互作用，已知使DNA分子经受拉伸力并测量该分子的弹性性能(即，相对延伸对力特性)。
文档EP 3181703 A1公开了例如一种用于测量对象沿给定方向的位置的光学装置，该光学装置包括光学成像系统。在此装置中，透射掩模允许从由待测量的对象漫射的光辐射选择两个辐射部分，以便在由检测器记录的图像中产生两个斑点。由于沿横向于给定方向的第二方向的两个斑点之间的距离与小珠和成像系统的对象平面之间的距离成比例，因此可根据图像推断小珠根据给定方向的位置。
在此类光学装置中，光学成像系统包括显微镜物镜。显微镜物镜由保持器支撑。保持器在给定方向上的位置由压电器件致动。压电器件具有如下优点：在接收到控制电压之后以快速响应时间致动保持器。
然而，此类压电器件的价格极高。
另外，压电器件需要对施加的电压进行连续控制以保持该压电器件的位置。相关联的电压反馈可以引入机械噪声，阻碍对小珠在给定方向上的位置的测量。已知此机械噪声借助于昂贵的高质量电子反馈来降低，但此噪声无法被完全消除。
发明内容
已经开发了一种用于响应现有技术的上述问题的装置。一种适于根据给定方向定位对象的装置，该装置包括：
-框架；
-保持器，该保持器用于保持该对象，该保持器能够相对于该框架根据该给定方向移动；
-主杆，该主杆从第一点延伸延伸至第二点，所述主杆在该主杆的该第一点处经由连接该主杆和该框架的第一枢转连接件旋转安装到该框架，该主杆在第三点处经由第二枢转连接件连接到该保持器，该第三点布置在该第一点和该第二点之间，使得该主杆的该第二点相对于该框架根据该给定方向的位移导致该保持器在所述方向上的位移，该保持器的所述位移具有比该第二点的该位移的幅度更小的幅度，
-该装置包括经由第三枢转连接件连接到该保持器的辅助杆，该辅助杆经由第四枢转连接件连接到该主杆，并且经由第五枢转连接件旋转安装到该框架，该第三枢转连接件布置在该第四枢转连接件和该第五枢转连接件之间。
在本发明的另外的任选方面中：
-该装置包括另一主杆，这两个主杆布置在该保持器的两个相对侧上，使得该另一个主杆从所述另一个主杆的另一第一点延伸至所述另一个主杆的另一第二点，所述另一个主杆在该另一个第一点处经由连接该另一个主杆和该框架的另一第一枢转连接件旋转安装到该框架，该另一个主杆在所述另一个主杆的布置在该另一个第一点和该另一个第二点之间的另一第三点处连接到该保持器，使得该另一个第二点相对于该框架根据该给定方向的位移导致该保持器在所述方向上的位移，该保持器的所述位移具有比该另一个第二点的该位移的幅度更小的幅度；
-每个主杆对称地布置在该保持器的任一侧上；
-该第一枢转连接件和/或该第二枢转连接件是扭转弹簧；
-该装置由单一材料件制成，特别地在金属与聚合物之间选择该材料，并且优选地是具有超过100MPa的极限拉伸强度的材料；
-该第一枢转连接件和/或该第二枢转连接件是该材料相对于该主杆的变窄部分；
-该装置包括另一辅助杆，该辅助杆布置在该保持器的两个相对侧上，使得该另一个辅助杆经由另一第三枢转连接件连接到该保持器，该另一个辅助杆经由另一第四枢转连接件连接到该主杆，并且经由另一第五枢转连接件旋转安装到该框架，该另一个第三枢转连接件布置在该另一个第四枢转连接件和另一个该第五枢转连接件之间，这些辅助杆对称地布置在该保持器的任一侧上；
-该装置包括可移动部件，该可移动部件在该第二点处连接到该主杆，该可移动部件适于通过致动器在该给定方向上移位。
本发明的另一方面是一种组件，该组件包括该装置，并且还包括致动器，该致动器被配置用于使每个第二点至少在该给定方向上移动。
在本发明的另外的任选方面中：
-该致动器是具有尖端的机动螺杆，该尖端被布置成与该可移动部件接触，使得该螺杆的致动导致该第二点在该给定方向上的位移；
-该致动器包括固定到该框架的第一部分和第二部分，该第二部分相对于该第一部分是移动的，并且其中该装置还包括附接到该第二部分的磁体和磁场传感器，该磁场传感器适于检测由该第二部分的移动引起的磁场的变化。
本发明的另一方面是一种系统，该系统包括装置或组件以及显微镜物镜，该物镜由该装置的该保持器保持。
本发明的另一方面是装置、组件和/或系统用于聚焦光学物镜的用途。
本发明的另一方面是装置用于移动微镜的用途。
本发明的另一方面是使用装置以用于对准光纤。
附图说明
将参考附图通过举例的方式描述本发明，在附图中：
-图1概略地示出了根据本发明的可能实施方案的装置；
-图2概略地示出了装置的顶视图；
-图3概略地示出了装置的侧视图；
-图4概略地示出了根据本发明的可能实施方案的装置的扭转弹簧的扭转；
-图5概略地示出了根据本发明的可能实施方案的系统；
-图6概略地示出了根据本发明的可能实施方案的系统的侧视图；
-图7示出了根据本发明的可能实施方案的装置的编码器的输出；
-图8示出了根据本发明的可能实施方案的组件的可编程增益放大器的增益；
-图9示出了根据本发明的可能实施方案的来自装置的磁性传感器的磁体磁场的幅度；
-图10示出了根据本发明的可能实施方案的针对磁体距装置的磁性传感器的不同距离的幅度与增益的比率；
-图11示出了针对幅度与增益的比率的不同值的磁体的匝数；
-图12概略地示出了根据本发明的可能实施方案的系统的硬件配置；
-图13示出了利用现有技术的系统随时间推移对小珠根据给定方向的位置的分量的测量；
-图14示出了利用现有技术的系统随时间推移对小珠根据给定方向的位置的分量的测量的缩放视图；
-图15示出了利用现有技术的系统随时间推移对小珠根据给定方向的位置的分量的测量；
-图16示出了利用现有技术的系统随时间推移对小珠根据给定方向的位置的分量的测量；
-图17示出了利用现有技术的系统随时间推移对小珠根据给定方向的位置的分量的测量；
-图18示出了利用根据本发明的可能实施方案的系统随时间推移对小珠根据给定方向的位置的分量的测量的缩放视图。
具体实施方式
基本原理
参考图1、图2和图3，装置1适于根据给定方向2定位对象。装置1包括框架3，该框架优选地被配置用于固定到地面。装置1还包括保持器4。保持器4可以保持最终由装置1精确致动的任何对象。优选地，保持器4被配置用于保持光学设备。光学设备优选地是显微镜物镜19。框架3和保持器4被配置成使得保持器4能够在给定方向2上移动。
装置1包括主杆5。主杆5至少从主杆5的第一点6延伸至主杆5的第二点7。主杆5经由第一枢转连接件9旋转安装到框架3。第一枢转连接件9在主杆5的第一点6处连接主杆5和框架3。
主杆5在第三点8处机械地连接到保持器4。优选地，主杆5在第三点8处旋转连接到保持器4。第三点8布置在第一点6和第二点7之间。因此，主杆5的第二点7相对于框架3并且根据给定方向2的具有给定幅度的位移导致保持器4的具有较小幅度的位移。主杆5优选地在第三点8处经由所述主杆5的第二枢转连接件10连接到保持器4。因此，当致动主杆5时，可以发生保持器4的平移。
给定第一点6和第三点8之间的距离等于L1并且第一点6和第二点7之间的距离等于L2，装置1的机械减速比由比率r＝L1/L2给出。
装置1优选地包括可移动部件16。可移动部件16在第二点7处连接到主杆5。可移动部件16适于在给定方向2上移位，以便致动第二点7和主杆5。当装置1包括若干主杆5，例如两个对称主杆5时，可移动部件16可以连接到主杆5中的每个主杆，使得当可移动部件16被致动时，每个主杆16的每个第二点7被致动。可移动部件16可固定到主杆5。框架3、保持器4、主杆5和优选地可移动部件16可以形成一体式主体，如图1和图2所示。
辅助杆11
装置1优选地至少包括与主杆5相关联的辅助杆11。辅助杆11经由第三枢转连接件12连接到保持器4。辅助杆11还经由第四枢转连接件13连接到主杆5，并且经由第五枢转连接件14旋转安装到框架3。第三枢转连接件12布置在第四枢转连接件13和第五枢转连接件14之间。因此，可以避免保持器4沿着穿过第三点8和第三枢转连接件12的线的移动或使该移动最小化。实际上，施加在保持器4上的横向于给定方向2的力分量取消其自身。辅助杆11可以避免保持器4的横向运动和/或避免保持器4在保持器4相对于给定方向2移动期间的倾斜。
当投影在穿过第三点8和第三枢转连接件12的线上时，第四枢转连接件13优选地布置在保持器4的中心，优选地位于距第三点8和第三枢转连接件12的相等距离处。因此，施加到第二枢转连接件10和第五枢转连接件14的力矩可以相等。
对称性
装置1优选地包括布置在保持器4的两个相对侧上的两个主杆5。因此，当装置1被致动时，可以避免主杆5和保持器4的横向运动。当该装置被致动时，还可以避免保持器4的倾斜。
每个主杆5优选地相对于保持器4，并且特别地相对于保持器4的中心对称地布置在保持器4的任一侧上。因此，可以抵消由一个主杆5引起的潜在横向力，并且然后避免保持器4的横向运动。
装置1优选地包括两个辅助杆11，每个辅助杆11与主杆5相关联。两个辅助杆11布置在保持器4的两个相对侧上，并且在保持器4的任一侧上是对称的。因此，当主杆5被致动时，可以避免保持器4相对于给定方向2的任何横向运动。
枢转连接件
至少装置1的枢转连接件(优选地第一枢转连接件9、第二枢转连接件10、第三枢转连接件12、第四枢转连接件13、第五枢转连接件14和/或将主杆5连接到可移动部件16的枢转连接件)可以是扭转弹簧。因此，简化了装置1的制造。使用扭转弹簧的另一作用是简化装置的致动：在主杆5相对于给定方向2致动的情况下，发生保持器4相对于给定方向2的位移，并且当由于每个扭转弹簧的反动作而抑制致动器时，发生保持器4在与给定方向相反的方向上的位移。
优选地，第一枢转连接件9和第五枢转连接件14的扭转弹簧具有相等的扭转系数。优选地，第二枢转连接件10和第三枢转连接件12的扭转弹簧具有相等的扭转系数。值得注意的是，所有扭转弹簧都具有相等的扭转系数。
参考图4，扭转弹簧优选地是适于连接两个元件的材料片。扭转弹簧可以是在其末端的每个末端处连接到另一元件的矩形立方体。此类扭转弹簧的扭转系数通过对扭转弹簧的材料、其宽度a、其高度b和其长度l的选择来确定。
装置1优选是单片，即由单一材料件制成，该装置包括框架3、保持器4、主杆5和扭转弹簧，以及特别地辅助杆11和可移动部件16。因此，不同元件可以是对称的并且具有完全相同的机械特性，因此在致动时避免了这些不同元件相对于保持器4的方向2的任何倾斜和横向运动。
当由单一材料件制成时，装置1可以通过增材打印或3D打印制造。优选地，第一枢转连接件9和/或第二枢转连接件10是材料相对于主杆5的变窄部分。装置1的材料可以在金属和聚合物之间选择，并且优选地是金属。因此，金属的热传导特性有助于优化保持器的热化。材料优选地具有超过100MPa、特别是超过280MPa的拉伸强度，这允许扩大运动沿方向2的可逆弹性变形范围。材料可以是例如铝，并且优选地是铝7075。
装置1还可以通过常规机加工、显微机械加工、剥离和光刻技术制造，使得可以使制造装置1微型化，从而使该装置具有测微尺寸。例如，主杆5的厚度可以小于10μm。装置1的最大长度可以小于100μm，并且沿方向2的可调位置范围可以小于10μm。
动态范围
对于保持器4在长度dz上相对于给定方向2的平移，第二点7(以及优选地可移动部件16)必须被平移长度z＝r.dz。最大扭转发生在第四枢转连接件13处并且由以下表示：θ＝(2.z)/L2，θ是扭转弹簧的扭转，其由弹簧的一个末端相对于另一个末端的角度差、相对于当装置1未被致动时(即θ＝0)的状态限定。
无限小扭转角(每单位长度的扭转)由以下给出：
为了保持扭转弹簧的可逆变形，需要确保由扭转引起的最大局部约束不超过材料的弹性的极限。将τM称为最大局部约束，其是在扭转弹簧顶部和底部点上的剪切约束，可以写为：
其中G是在金属材料的情况下由式G＝0.4E给出的材料的横向弹性模量，E是材料的杨氏模量，并且Rel是材料弹性变形的极限。这些式导致设计将弹性变形限制到致动器的最大延伸的标准：
E和Rel的值可适于优化聚焦动态范围。由于其高热导率，铝基合金可被选择用于制造装置1。在这些合金中，铝7075是提供最佳折衷的铝，其值为E＝71GPa并且Rel＝470MPa。此合金是提供最高水平的弹性(可逆)变形的合金。
期望装置1在保持器4的给定方向2上提供足够的平移范围，从而允许适应不同的显微镜物镜(例如，具有不同的工作距离)。当考虑仅推动主杆5时，平移范围可被选择为例如超过200μm。优选地，当在第二点和/或在可移动部件16处推动和拉动主杆5时，范围可以翻倍。
表1是符合上文提及的要求的不同参数的示例。
材料 铝7075
机械减速比r 10
主杆5的长度L2 70mm
扭转弹簧的长度l 6mm
扭转弹簧的高度b 2mm
主杆的高度 2mm
表1
然后，第二点7(或可移动部件16)位移的范围由zM＝2mm给出，该位移对应于在一个方向(如果我们使用相对于给定方向2和相反方向的两个变形方向，则为400μm)上大致200μm的聚焦调节。
致动器15
一种用于测量对象根据给定方向2的位置的组件包括装置1和致动器15，该致动器被配置用于使主杆5在第二点7和/或可移动部件16处至少在所述给定方向2上移动。
致动器15的架构
参考图5和图6，致动器15优选地包括测微螺杆24。螺杆24具有尖端18，该尖端适于与装置1的主杆5和/或可移动部件16接触，使得可以根据给定方向2将力施加在装置1上，从而导致第二点在给定方向2上的位移。
螺杆24由电动机25(例如直流电动机)旋转驱动。螺杆24的旋转角度可以转换成位置。导螺杆24的间距为例如250μm。对于任何类型的螺杆，导螺杆可以呈现螺纹的一些周期性的非线性。当测量致动器15的位置时，这可以导致相对于给定方向2的1.5μm的绝对准确度。
致动器15的尖端18的位置可利用外部传感器20测量。外部传感器20可以与螺杆24的旋转角度无关。然后，外部传感器20优选地是线性磁性和/或光学编码器，该线性磁性和/或光学编码器布置在装置1和致动器15之间的接触点处，或者布置在表示装置1和致动器15之间的接触点根据给定方向2的位置的点处。
外部传感器20优选地是旋转编码器23。旋转编码器23可以测量来自由附接到测微螺杆24的合适磁体27的两个极产生的磁场的竖直分量的周期性变化的正交信号。该竖直分量通过嵌入旋转编码器23上的霍尔传感器阵列连续测量，该旋转编码器递送由编码器23的DSP(数字信号处理器)处理的两个正交信号。该输出正交信号给出与磁体在磁体的一个完整旋转(360°)内的角度位置成比例的非常准确的信号。参考图7，14位编码器23在16384值内编码磁体的一个旋转(0-360°)。随着测微螺杆转动，磁体的角度以及磁体距芯片的距离增加，这给出角度范围0-360°的周期性原始值。
然而，不可能利用正交信号区分来自原点(磁体与芯片表面的接触点)的完整旋转的数目。然后，旋转编码器23还可以测量来自磁体27的磁场的绝对幅度。当磁体远离编码器23的检测器移动时，磁场强度减小。此测量不太敏感，但提供绝对粗略信号，可以根据该绝对粗略信号确定由电动机25执行的从原点的完整旋转的数目。来自可编程增益放大器(PGA)的模拟增益信号可由旋转编码器23连续地调整，以放大对磁性信号的检测并且保持用于正交信号的计算的大致恒定的信号电平。随后，旋转编码器23不递送对磁场的绝对幅度的直接测量，而是除正交信号之外还递送两个其它信号。
参考图8，那些两个信号中的一个信号是模拟增益(PGA)，该模拟增益是8位整数。当螺杆24向上和向下转动超过3mm时，增益随着距离增大/减小以补偿磁场的减小，并且然后达到其距芯片表面大约2mm的最大值。然后增益是距距离250μm至2mm内的距离的单调函数。
参考图9，两个信号中的另一个信号是磁场在由PGA放大之后的幅度。在0至2mm之间，由于增益的补偿，量值是恒定的。在2mm之后，增益是饱和的并且不补偿磁场随着距离的减小。在该点处，量值随着距表面的距离而减小，这在距表面2mm至大约2.7mm内提供单调信号。
放大幅度和模拟增益的组合提供粗略幅度，并且将用于确定磁体27所处的旋转。
参考图10，所测量的幅度与增益的比率提供针对编码器23和磁体27之间的距离的单调信号，该单调信号包含在250μm和2.7mm之间。
参考图11，可以根据所测量幅度与增益的比率来计算磁体的匝数。
旋转编码器23使用SPI通信协议与微控制器交互。执行校准步骤。该校准包括如下步骤：在螺杆24跨3mm的完整来回运动期间记录增益和幅度。该步骤提供了增益和幅度的参考表，以寻找正确的匝数。
热化
系统温度的变化涉及各种部件的材料的膨胀度，因此改变了显微镜物镜19和待观察到的对象之间的距离。
参考图5，系统的不同部件(优选地包括装置1、致动器15和显微镜物镜19)可以布置在热化盒29中。
热化盒29包括至少用于测量热化盒中的温度的热敏电阻21以及至少热控制器(例如珀耳帖(Pelletier)元件22)。那些元件可以连接到微控制器，以用于保持热化盒29中的温度。
硬件控制
参考图12，优选地使用微控制器501、传感器20和电动机电压控制器503来实现对保持器4根据给定方向2的位置的控制。
微控制器501被配置用于控制电动机PID环路，该电动机PID环路将致动器的实际位置与预期的一个位置进行比较，并且递送控制信号(作为PWM输出)以使致动器15移动。微控制器501连接到服务器502(例如PC)。
传感器20(优选地旋转编码器23)连续地测量致动器15根据给定方向2的位置，并且将该位置发送到微控制器501。
电动机电压控制器503利用来自微控制器501的施加的控制信号致动电动机25的运动。电动机电压控制器503连接到直流功率源504。
对直流电动机强度的控制
电动机25优选地是直流电动机，以便允许连续移动。电动机25优选地通过强度(或电流)控制。因此，电动机25的功率保持恒定(并且因此扭矩)并且能量消耗被优化。
脉冲宽度调制技术(PWM)用于产生电动机25的缓慢变化的控制信号。这包括利用恒定的峰到峰电压产生连续高频方形信号，该方形信号的占空比与信号的值成比例。PWM信号可以由微控制器501直接计算。然而，微控制器的PWM输出只能递送0V和3.3V之间的电压，该电压显著低于直流电动机的标称电压(等于12V)。另外，微控制器501无法产生负电位。需要此类负电位来反转直流电动机的旋转。
该系统可以优选地包括中间电子芯片。芯片提供两个H桥，并且在微控制器501的输出处实现。每个桥接受一个PWM信号输入和两个ON/OFF信号，以控制所述芯片的输出电压的符号。然后，输出是PWM输入信号的副本，不同的是，绝对电压电平被放大到12V(由仪器的公共外部电功率提供)以及PWM输出的极性也可被反转。
两个H桥中的一个桥被配置用于产生输出PWM，该输出PWM在12V的标称电压下驱动直流电动机。
当用PWM电压信号控制直流电动机时，优选地设置高于电动机的强度响应频率的PWM频率，以便在致动器的运动期间保持恒定的扭矩。例如，强度频率是因此，将微控制器501的PWM频率设置为50khz以保持大致恒定的扭矩。
可以添加电路中的电阻器和其电压的简单电压测量以连续监测由H桥递送的平均电流。因此，如果需要，可以测量故障诊断信号。
结果
使用本发明的装置1和现有技术的压电器件来测量保持器4的机械稳定性，以用于致动保持器4。
对分子的伸长率的测量(在以下文件中所述：Ding,F.,Manosas,M.,Spiering,M.M.,Benkovic,S.J.,Bensimon,D.,Allemand,J.F.,&Croquette,V.,2012,“Single-molecule mechanical identification and sequencing”,Nature methods,9(4),367))在不同的噪声源之间进行。
考虑通过显微镜物镜19对一个微珠i在时间t处的测量，该原始信号写为：
zi(t)＝zi,bead(t)+zinst(t) (5)
其中zi,bead(t)是来自小珠的信号并且zinst(t)是对来自仪器噪声(其包括来自各种来源的机械噪声和热漂移)的信号的贡献。
在小珠i是真实发夹的情况下，原始信号写为：
zi(t)＝zi,mol(t)+zi,SDI(t)+zinst(t) (6)
其中zi,mol(t)是分子信号(其包含伸长率、布朗波动和所有分子特定噪声)，并且zi,SDI(t)是光学噪声。
对于参考固定小珠j，信号zj(t)写为：
zj(t)＝0+zi,SDI(t)+zinst(t) (7)
然后，一个参考小珠的原始信号提供了具有光学精度的仪器噪声的值。然后可以通过获取若干参考小珠的平均值来抵消光学噪声。可以通过计算来校正对来自仪器噪声的一个发夹的测量：
zi,corr(t)＝zi(t)-<zj(t)>j (8)
其中<zj(t)>j是所有参考小珠信号的平均值。然而，尽管此过程在显著的仪器噪声存在时大大提高了信号的质量，但是假定光学精度为1nm(如即σSDI＝1nm)，将需要对100个参考小珠的测量求平均以便以0.1nm的精度测量值zinst(t)，然后正确地矫正测量。
然后尽可能减少仪器噪声对于改进测量的质量的至关重要性。
参考图13、图14、图15和图16，使用包括现有技术的压电器件的系统来测量小珠的噪声特性。
十八个参考小珠在几分钟的过程中固定到在单个视野中的流动池表面，而不改变物镜位置。现有技术的压电器件用于保持保持器4的位置。图13示出了对固定小珠的位置z(在给定方向2上的位置)的波动的叠加记录。图14示出了图13所示的数据在较短的时间标度上的一部分。
可以检测两个不同的噪声标记。由于实验期间的热漂移而发生-5nm至将近10nm的位置的缓慢变化(在图13中显而易见)。然而，图14中所示的波动强调所有18个小珠常见的高频波动。此高频机械噪声是由压电器件(或来自Physiklnstrument的压电聚焦元件PIFOC)的快速伺服回路引起的。
可以通过减去所有其它不移动小珠的平均值，将对选择的小珠的光学测量的波动与其它常见来源的波动分离，即：
zi,SDI(t)＝zi(t)-<zj(t)>j≠i
图15示出了一个特定小珠的各种信号：原始信号(a)；所有小珠的平均值(不可见)；以及信号减去平均值(b)。对于此小珠，测量：
-3.3nm的原始信号的标准偏差，该原始信号涵盖所有噪声源(热漂移、机械噪声、光学测量噪声)；
-1.1nm的原始信号的高频标准偏差(从低热漂移过滤)，该原始信号包括高频机械噪声和光学噪声的贡献；
-0.3nm的校正信号(b)的标准偏差，该校正信号对应于光学噪声。
针对视野中的所有不同小珠重复测量。
包括100X物镜的系统的特征在于0.3nm的光学精度，并且在于1nm的高频机械噪声。
参考图17和图18，除了压电器件用装置1替换之外，已经重复了相同的实验(记录固定小珠的位置(利用同一相机)、设置和LED的相同平均强度)，同时保持物镜和光学掩模不变。系统还包括上文所述的热化。
图17示出对在z方向上的位置的记录(给定方向2)。由于系统的主动热化，在实验过程中可以观察到极少(低频)热漂移。
对于此小珠，测量：
-0.5nm的原始信号的标准偏差，该原始信号包括所有仪器噪声，包括低频噪声(残余热噪声)；
-0.3nm的原始信号的高频标准偏差；以及
-0.3nm的校正信号的标准偏差。
在原始高频率波动和校正信号的标准偏差之间观察不到噪声差异的事实指示与其它噪声源(热噪声和光学噪声的残差)相比，来自聚焦系统的机械噪声已被充分降低到可忽略不计的程度。针对小珠实现的相同过程给出相同的结果。

Claims (15)

1.一种用于根据给定方向(2)定位对象的装置(1)，所述装置包括：
-框架(3)；
-保持器(4)，所述保持器用于保持所述对象，所述保持器(4)能够相对于所述框架(3)根据所述给定方向(2)移动；
-主杆(5)，所述主杆从第一点(6)延伸至第二点(7)，
所述主杆(5)在所述主杆(5)的所述第一点(6)处经由连接所述主杆(5)和所述框架(3)的第一枢转连接件(9)旋转安装到所述框架(3)，
所述主杆(5)在第三点(8)处经由第二枢转连接件(10)连接到所述保持器(4)，所述第三点(8)布置在所述第一点(6)和所述第二点(7)之间，使得所述主杆(5)的所述第二点(7)相对于所述框架(3)根据所述给定方向(2)的位移导致所述保持器(4)在所述方向(2)上的位移，所述保持器(4)的所述位移具有比所述第二点(7)的所述位移的幅度更小的幅度，
所述装置(1)包括经由第三枢转连接件(12)连接到所述保持器的辅助杆(11)，所述辅助杆(11)经由第四枢转连接件(13)连接到所述主杆(5)，并且经由第五枢转连接件(14)旋转安装到所述框架，所述第三枢转连接件(12)布置在所述第四枢转连接件(13)和所述第五枢转连接件(14)之间。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述第一枢转连接件(9)和/或第二枢转连接件(10)是扭转弹簧。
3.根据权利要求1或2所述的装置，所述装置由单一材料件制成。
4.根据权利要求3所述的装置，材料具有超过100MPa的极限拉伸强度。
5.根据权利要求3所述的装置，材料在金属与聚合物之间进行选择。
6.根据权利要求3所述的装置，其中，所述第一枢转连接件(9)和/或所述第二枢转连接件(10)是所述材料相对于所述主杆(5)的变窄部分。
7.根据权利要求1、2和4-6中任一项所述的装置，所述装置还包括可移动部件(16)，所述可移动部件在所述第二点(7)处连接到所述主杆(5)，所述可移动部件(16)适于通过致动器(15)在所述给定方向(2)上移位。
8.根据权利要求1、2和4-6中任一项所述的装置，所述装置包括另一主杆(5)，所述主杆布置在所述保持器(4)的两个相对侧上。
9.根据权利要求1、2和4-6中任一项所述的装置，其中，每个主杆(5)对称地布置在所述保持器(4)的任一侧上。
10.根据权利要求1、2和4-6中任一项所述的装置，所述装置包括两个辅助杆(11)，所述两个辅助杆布置在所述保持器(4)的两个相对侧上，每个辅助杆(11)对称地布置在所述保持器(4)的任一侧上。
11.一种用于测量对象的位置的组件，所述组件包括根据权利要求7所述的装置，并且还包括致动器(15)，所述致动器被配置用于使每个第二点(7)至少在所述给定方向(2)上移动。
12.根据权利要求11所述的组件，其中，所述致动器(15)是具有尖端(18)的机动螺杆，所述尖端(18)被布置成与所述可移动部件(16)接触，使得所述螺杆的致动导致所述第二点(7)在所述给定方向(2)上的位移。
13.根据权利要求11或12所述的组件，其中，所述致动器(15)包括固定到所述框架(3)的第一部分和第二部分，所述第二部分相对于所述第一部分是移动的，并且其中所述装置还包括附接到所述第二部分的磁体和磁场传感器，所述磁场传感器适于检测由所述第二部分的移动引起的磁场的变化。
14.一种用于测量对象的位置的系统，所述系统包括根据权利要求1至8中任一项所述的装置(1)或根据权利要求11-13所述的组件，所述系统还包括显微镜物镜，所述物镜由所述保持器(4)保持。
15.根据权利要求1至10中任一项所述的装置或根据权利要求11至13中任一项所述的组件或根据权利要求14所述的系统用于聚焦光学物镜的用途。
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