CN1808205A - 升降台 - Google Patents

Abstract

一种尤其可用作显微镜的聚焦台的升降台，包括支承框架(1)和铰接在支承框架(1)上并可支承物体的载玻片(2)，其中载玻片(2)通过平行铰接装置(3)而铰接在支承框架(1)上，并可相对于支承框架(1)无倾斜地升高或降低，其特征在于，平行铰接装置(3)包括平行铰接件(4，5)，该平行铰接件(4，5)将横梁(6)与支承框架(1)相连，并且将横梁(6)与载玻片(2)相连。

Description

升降台

技术领域

本发明涉及一种尤其是用作显微镜的聚焦台的升降台，其包括支承框架和铰接在支承框架上并支承物体的载玻片，其中载玻片通过平行铰接装置而铰接在支承框架上，并可相对于支承框架无倾斜地升高或降低。

本发明总体上涉及一种能够用于不同用途的升降台。此外，它尤其涉及可无倾斜地升高或降低各种物体。它的一种应用范围是用作显微镜的聚焦台。为简便起见，下面将针对这一具体的应用来进行介绍。

背景技术

在常规的显微镜中，物体的聚焦位置通过显微镜的聚焦传动机构来调节。借助于嵌在其中的电动机、通常是直流电动机所实现的定位精度在±50纳米左右。然而，该值比所要求的值大两倍以上，使得这种聚焦派不上用场。通常还在显微镜的精确聚焦传动机构上以法兰连接了外部的步进电动机。虽然通过相应的减速传动可实现精确的步进式分度，然而外部或内部的传动机构的可自由定位的能力却受到了显著的限制。

从实践中还已知了无传动机构的直接驱动装置。通过这种直接驱动装置可以实现纳米级的定位精度。然而，可用的运动距离被限制在不到100微米内。为此带来了另一问题，即这种直接驱动装置每次只能移动比其它物镜高出很多的那个物镜。

同样，从实践中还已知了压电式促动的Z台。该Z台的运动范围受到压电器件的限制。此外，压电系统因所必需的外部测量系统和同样必需的高压控制装置而比较昂贵。通过压电控制装置已经实现了几乎任意的Z向扫描速率。即同样快的Z向扫描速率以及非常缓慢的Z向扫描速率，例如每秒1000微米到每秒0.01微米。无论如何，通过电机传动的方式很难实现小于±0.5％的速度误差。

另外，多年来从实践中还已知了包括有电流式驱动的倾斜板的Z台。然而这种装置的缺点在于，在较大的升降运动中，伴随着升降必然会产生物体的横向运动。如果将待观测物体放在倾斜板的旋转中心平面内，那么由该横向运动所带来的误差便小得可以忽略。然而，在物体或物体区域进一步远离旋转中心平面时，该误差会随着该距离而非常快地变得过大。

从专利DE-AS 2053020中已知了一种用于光学显微镜的精密物镜台。可支承物体的载玻片设置在框架内，并能被移动而相对于框架在垂直方向上精密调节。为了实现所必需的载玻片的升降运动，它通过总共四个扁铰链支撑在框架上。通过驱动机构可使载玻片相对于框架垂直地移动，其中载玻片的偏移或运动的范围由扁铰链的长度和弹性而预先确定。为了能保证载玻片的升降运动均匀而无倾斜，设计了一种成本较高的伺服机构，它通过设置在载玻片下方的杠杆和压力部分而在两侧同步地抬起载玻片，更确切地说是处于扁铰链所可能实现的升降运动的范围内。这种为了实现平行升降所必需的驱动机构成本较高，并且需要有很大的空间。

从专利US 4893914中已知了一种用于半导体芯片或类似物的测试站，其中该测试站包括显微镜以及带有可支承物体的载玻片的精密聚焦台。载玻片构造成盘形，并能够通过圆柱形导向件而垂直移动。由于导向件中必然存在的间隙，因此载玻片不可避免会存在有倾斜误差。

专利DD 0224415A1提出了一种用于将物体抬起到基准面上的装置，其中该装置可用于光学仪器中。物体放在被旋转式支承的杠杆上，并且通过彼此独立工作的升降系统的机械耦合节而被抬起到该基准面上。两个相互间独立的升降系统通过设于它们中间的轴承来抬起支承板。设置在两侧的杠杆通过设于角部区域中的托架而直接作用于物体或载玻片上，而物体或载玻片又向挡块运动。在此处物体或载玻片必然会产生倾斜，直到物体到达挡块处为止。如果希望在垂直升降期间避免物体或载玻片的倾斜，那么这两个彼此独立工作的驱动机构必须同步，并且物体或载玻片或者支承板必须被无倾斜地引导。这在结构上实现起来成本较高。

从专利DE 19650392C2中已知了一种结构类型的升降台，其中设置了平行铰接装置。该平行铰接装置同时构成了框架，从而得到了一种稳定性不足的结构。此外，只有一个最小区域用作载玻片的支撑，因此，基座尤其是显微镜上的铰接缺乏足够大的支承面，这会带来问题。此外，在该公知的升降台中，平行铰接装置延伸超过载玻片的全部区域，因此升降台的升高和降低需要有几乎各方面的自由空间。最后，这种结构类型的升降台还存在如下十分特殊的问题，即由于这样实现的平行铰接装置的原因而存在Y方向上的方向分量，因此在载玻片的升高和降低中，相应于在铰链中产生的旋转的Y方向上存在至少是微小的偏移。这尤其会在显微镜中带来问题。

发明内容

根据上述实施方式，本发明基于这样的一种任务，即对这种结构类型的升降台进行设置和改进，使得可通过简单但足够稳定的结构而使载玻片既不产生X方向上的偏移，又不产生Y方向上的偏移。

本发明的升降台通过如本文开篇所述的特征而解决了上述任务。由此，上述升降台的特征在于，平行铰接装置包括平行铰接件，该平行铰接件将横梁与支承框架相连，并且将该横梁与载玻片相连。

根据本发明可以知道，可通过简单的结构手段对尤其适用于显微镜精密聚焦台的这种结构类型的升降台进行设置，使得可支承物体的载玻片不会产生Y方向上的偏移，或者可对其进行补偿。为此设计了非常特殊的平行铰接件，其中该平行铰接件将横梁与支承框架相连，并将该横梁与载玻片相连。换句话说，平行铰接件与独立于平行铰接件的刚性支承框架相接合，使得横梁通过平行铰接件而与支承框架相连。在横梁上同样通过平行铰接件又铰接了载玻片，使得平行铰接装置包括两组平行铰接件。一组平行铰接件的Y向偏移由另一组平行铰接件的Y向偏移来补偿，因此载玻片在升高和降低时不会产生相对于支承框架的Y向偏移。

在一种有利的方式中，平行铰接装置包括两对平行铰接件，其中一对平行铰接件将横梁与支承框架相连，另一对平行铰接件将横梁与载玻片相连。因此便可靠地构成了独立于平行铰接装置的支承框架，平行铰接装置从支承框架出发通过横梁而在支承框架和载玻片之间延伸，由此得到了一种非常稳定的构造。因此，平行铰接装置和横梁一起产生升降运动，其中横梁用于Y方向上的变向，因此，两对铰接件的Y方向分量可通过理想的方式得到补偿。在两对铰接件产生相同的偏转时，弯曲部分处的回转运动相同，因此便可通过简单的手段来实现Y方向上的补偿。

在另一种有利的方式中，平行铰接件设置和构造成使得其中的一对形成了外部的平行铰接件，而另一对形成了内部的平行铰接件。这在平行铰接件成对即并排地设置时还具有另外的优点，其中支承框架的刚性框架部分可在平行铰接件之间延伸。因此，这同样促进了装置的稳定性。

具体地说，外部平行铰接件将横梁与支承框架相连，而内部平行铰接件将横梁与载玻片相连。同样可构思出一种相反的装置，其中内部平行铰接件将横梁与支承框架相连，而外部平行铰接件将横梁与载玻片相连。

在带有两对平行铰接件的构造的范围内，当将这些成对的平行铰接件设置在支承框架的一侧使得带有其刚性构件的支承框架作为一个结构整体而从至少三侧包围了载玻片时还具有另外的优点。然而同样可以构思出，成对的平行铰接件设置在支承框架的相对侧，或者从支承框架的一侧到另一侧优选在侧面延伸。

平行铰接件可以构成为使得它们至少成对地相互平行地延伸，其中如同已经提到的那样，可以在它们之间设置固定的框架部分。根据该平行式设置，平行铰接件的旋转轴线全都彼此平行，这样就可通过非常简单的手段来产生Y向偏移的补偿。

通过以下述方式设置平行铰接件也可促进Y向偏移的补偿，即平行铰接件在载玻片升高或降低时成对地向相反方向弯曲，即其中一个在支承框架的方向上朝着支承框架弯曲，另一个在与第一转动方向相反的方向上朝着横梁即离开支承框架弯曲。朝向支承框架产生的Y向偏移可通过相对于横梁的旋转而由相反方向上的相应Y向偏移来补偿。

在另一有利的方式中，平行铰接件设计成所谓的刚性体铰接件，也就是说，它是带有确定的弯曲部分且绝对没有铰链或类似物的平行铰接件。一种这样的构造具有下述优点，即铰接件可无间隙地工作，其中载玻片平行于支承框架且无Y向偏移地运动。通过采用刚性体铰接件，基本上不会产生X方向上的方向分量。

在一种特别优选的结构的范围内，各平行铰接件设有两个彼此平行地延伸的杆件，它们在两侧通过弯曲部分而与支承框架、横梁和载玻片直接或间接地相连。在载玻片相对于支承框架升高或降低时，在弯曲部分中产生了曲率逐渐减小的区域，其中各平行铰接件的杆件彼此平行地移动。由此，更确切地说是在平行式设置中，可以使载玻片相对于支承框架的位置保持稳定。这样就可能实现载玻片的无倾斜的升高和降低，此时载玻片不会产生Y向偏移，即不会产生载玻片相对于支承框架的Y向偏移。

此外可以设想，平行铰接件的杆件各自通过弯曲部分而通到支承块中，该支承块可附设在各个构件即支承框架、载玻片或横梁上，或者与它们相互连接。因此，支承块可用于通过弯曲部分将平行铰接件与各个构件相连。

在另一有利的方式中，两对平行铰接件中的至少一对以相同方式设计。为了真正产生对Y方向偏移的补偿，两对平行铰接件以相同方式设计时是有优势的。此时不需要用于变速/减速的机构。

在上面讨论的特征的范围内，提出了可将载玻片几乎整体地集成到支承框架中。这是指支承框架基本上从三个侧面包围了载玻片，使得可通过支承框架实现整个装置在支座上的可靠安装和固定。此时，载玻片可或多或少地理解为从支承框架中截出的一个部分，其中该截出部分可相对于支承框架升高和/或降低，更确切地说所述运动仅是Z向上的运动。在根据平行铰接件的特殊设置而对Y方向上的方向分量进行补偿的期间，不会产生X方向上的方向分量。

在另一有利的方式中，载玻片包括试样容纳装置或试样支架。同样可以构思出，载玻片包括试样容纳装置或试样支架作为其整体部分。

如果升降台用作显微镜的聚焦台，那么它可以反射光或透射光的方式工作。为了实现透光应用，优选在载玻片的中心形成有通路，其中该通路可设置在试样容纳装置的区域中或者试样支架的区域中。

在另一有利的方式中，为了升高和降低载玻片而设置了驱动机构，其中它基本上是带有手动操纵件的机械驱动机构。驱动机构可以单级或多级的方式来执行。在一种有利的方式中，该驱动机构是电流式驱动机构，它尤其适用于精密调节。

当驱动机构优选通过其刚性部分支撑在一个支座或支承框架上并且通过其被驱动的部分而对横梁或载玻片起作用时，这在结构方面是非常有优势的。驱动机构可设计成使得它或者沿运动方向推压载玻片，或者沿运动方向拉动载玻片。关于可能的驱动机构可参阅前文广泛列举的现有技术，从中可以得知可用于本发明升降台中的各种驱动方式和机构。

还存在着以优选方式对本发明的原理进行设置和改进的多种可能性。为此，一方面可参阅权利要求1之后的权利要求，另一方面可参阅基于附图的本发明优选实施例的下述描述。结合基于附图的本发明优选实施例的描述，整体上说明了该原理的优选构造和改进。

附图说明

在图中，

图1是根据本发明的升降台的第一实施例的示意性视图，和

图2是图1所示升降台的示意性侧视图。

具体实施方式

图1和2总体上显示了根据本发明的升降台的一个实施例，其适合用作图中未示出的显微镜的聚焦台。升降台包括支承框架1以及铰接在支承框架1上的可支承物体的载玻片2。载玻片2通过平行铰接装置3铰接在支承框架1上，并且可相对于支承框架1无倾斜地升高或降低。

在根据本发明的一种方式中，平行铰接装置3包括单独的平行铰接件4，5，其中平行铰接件4将横梁6与支承框架1相连，而平行铰接件5将横梁6与载玻片2相连。根据一种这样的设置，在横梁6的中间连接作用下可以补偿Y方向上的方向分量，使得载玻片2可相对于支承框架1仅在Z方向上升高和降低。

图1和2还显示了另一种情况，即平行铰接装置3包括两对平行铰接件4和5，其中一对平行铰接件4将横梁6与支承框架1相连，而另一对平行铰接件5将横梁6与载玻片2相连。

图1尤其清楚地显示了构造成一对外部的平行铰接件4和另一对内部的平行铰接件5的情况。

这两对平行铰接件4，5设置在支承框架1的一侧，其中平行铰接件4，5成对地彼此平行地延伸，并且平行铰接件4，5所构成的对同样彼此平行地延伸。

在图2中，通过在此处标出的箭头7显示了平行铰接件4，5的这种成对地朝向相反方向弯曲的构造和设置，其中箭头7显示了检测平面上和各平行铰接件的中间平面上的某点的回转运动。

各平行铰接件4，5均包括两个彼此平行地延伸的杆件8，它们通过弯曲部分9而在两侧与支承框架1、横梁6和载玻片2相连。在弯曲部分9弯曲时，杆件8彼此平行地移动。此外，平行铰接件4，5的杆件8通过弯曲部分9与支承块10相连，该支承块10可附设在各个构件上或者与它们相互连接。

附图还显示出平行铰接件4，5可以相同地设计，因此可通过简单的手段来实现Y方向上的运动分量的补偿。

附图还显示出支承框架1基本上从三个侧面包围了载玻片2，其中载玻片2设计成支承框架1的一部分。

此外，载玻片2还包括试样容纳装置11或试样支架。此外，载玻片2还具有用于透光应用的中心通路12。

对于从图中无法看到的驱动机构而言，为了避免重复可以参阅本说明书的通用部分。

最后尤其要指出，上面讨论的实施例仅仅是用来说明所要求保护的原理，但它并不局限于这些实施例。

Claims (22)

1.一种尤其可用作显微镜的聚焦台的升降台，包括支承框架(1)和铰接在支承框架(1)上并可支承物体的载玻片(2)，其中所述载玻片(2)通过平行铰接装置(3)而铰接在所述支承框架(1)上，并可相对于所述支承框架(1)无倾斜地升高或降低，其特征在于，所述平行铰接装置(3)包括平行铰接件(4，5)，所述平行铰接件(4，5)将横梁(6)与支承框架(1)相连，并且将所述横梁(6)与载玻片(2)相连。

2.根据权利要求1所述的升降台，其特征在于，所述平行铰接装置(3)包括两对平行铰接件(4，5)，其中一对平行铰接件(4)将横梁(6)与支承框架(1)相连，而另一对平行铰接件(5)将横梁(6)与载玻片(2)相连。

3.根据权利要求2所述的升降台，其特征在于，其中的一对形成了外部的平行铰接件(4)，另一对形成了内部的平行铰接件(5)。

4.根据权利要求3所述的升降台，其特征在于，所述外部的平行铰接件(4)将横梁(6)与支承框架(1)相连，而所述内部的平行铰接件(5)将横梁(6)与载玻片(2)相连。

5.根据权利要求3所述的升降台，其特征在于，所述内部的平行铰接件将横梁与支承框架相连，而所述外部的平行铰接件将横梁与载玻片相连。

6.根据权利要求2到5中任一项所述的升降台，其特征在于，所述成对的平行铰接件(4，5)设置在所述支承框架(1)的一侧上。

7.根据权利要求2到5中任一项所述的升降台，其特征在于，所述成对的平行铰接件设置在所述支承框架的相对侧上。

8.根据权利要求1到7中任一项所述的升降台，其特征在于，所述平行铰接件(4，5)至少成对地彼此平行地延伸。

9.根据权利要求1到8中任一项所述的升降台，其特征在于，所述平行铰接件(4，5)设置成使得它们在相反的方向上成对地弯曲。

10.根据权利要求1到9中任一项所述的升降台，其特征在于，所述平行铰接件(4，5)设计成刚性体铰接件。

11.根据权利要求1到10中任一项所述的升降台，其特征在于，各所述平行铰接件(4，5)设有两个彼此平行地延伸的杆件(8)，它们在两侧通过弯曲部分(9)而与所述支承框架(1)、横梁(6)和载玻片(2)相连。

12.根据权利要求11所述的升降台，其特征在于，所述杆件(8)在所述弯曲部分(9)弯曲时彼此平行地移动。

13.根据权利要求11或12所述的升降台，其特征在于，所述平行铰接件(4，5)的杆件(8)通过所述弯曲部分(9)而通到支承块(10)中，所述支承块可附设在各个所述构件上，或者与它们相互连接。

14.根据权利要求2到13中任一项所述的升降台，其特征在于，所述两对平行铰接件(4，5)中的一对以相同方式设计。

15.根据权利要求2到14中任一项所述的升降台，其特征在于，所述两对平行铰接件(4，5)以相同方式设计。

16.根据权利要求1到15中任一项所述的升降台，其特征在于，所述支承框架(1)基本上从三个侧面包围了所述载玻片(2)。

17.根据权利要求1到16中任一项所述的升降台，其特征在于，所述载玻片(2)设计为所述支承框架(1)中的一部分。

18.根据权利要求1到17中任一项所述的升降台，其特征在于，所述载玻片(2)包括试样容纳装置(11)或试样支架。

19.根据权利要求1到18中任一项所述的升降台，其特征在于，所述载玻片(2)设有优选处于中心的通路(12)。

20.根据权利要求1到19中任一项所述的升降台，其特征在于，还设有驱动机构，其支撑在一个支座或所述支承框架(1)上，并对所述横梁(6)或载玻片(2)施加作用。

21.根据权利要求20所述的升降台，其特征在于，所述驱动机构可设计成单级式的或多级式的。

22.根据权利要求20或21所述的升降台，其特征在于，所述驱动机构设计成电流式驱动机构。

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