滑座可垂直平移的XYZ显微镜制造技术

本发明专利技术公开了一种滑座可垂直平移的XYZ显微镜，并且涉及一种用于对多个空间分布的样本进行显微检查的自动对焦装置和一种通过根据前述权利要求中任一项或多项所述的显微镜对多个空间分布的生物样本进行自动对焦和显微检查的方法。该装置包括显微镜以及能沿z方向相对于所述显微镜移位的载物台，其中，所述装置配置为通过计算机辅助评估载物台在多个垂直位置上的数字显微图像的清晰度而进行自动对焦，其特征在于，所述载物台包括滑座以及支承在所述滑座上的样本台，其中，所述样本台能沿z方向相对于所述滑座平移，且其中，所述滑座能沿x方向和y方向相对于所述显微镜平移。

【技术实现步骤摘要】
滑座可垂直平移的XYZ显微镜
本专利技术的一方面涉及一种用于对多个空间分布的(生物)样本进行显微检查的自动对焦装置，其中，能相对于显微镜垂直移位的载物台包括能沿x方向和y方向平移的滑座以及能沿z方向支承在滑座上的样本台。本专利技术的第二方面涉及一种通过显微镜对多个空间分布的生物样本进行自动对焦和显微检查的方法，该显微镜包括能相对于显微镜垂直移位的载物台。
技术介绍
通过显微镜检查生物样本是一种现有技术中常见的分析方法，可广泛了解样本。在此过程中可以利用多种多样的方法，例如利用透反射光显微法以及各种形式的光学显微法，诸如荧光显微法。现代实验室采用了自动化程度极高的技术，其中可以通过显微镜自动扫描样本，以便实现高生产率，即尽量减少每单位时间分析样本的工作量。为了使用显微镜至少部分地自动检查大量生物样本，样本和显微镜应能以自动化、可复现且高精度的方式彼此相对运动。在此情形下，在水平面(x-y平面)中的运动适合单独接近各种空间分布(尤其是水平分布)的样本来进行光学检查。样本可以例如位于微量滴定板或多孔板中，该微量滴定板或多孔板可以包括大量并置的阱或孔，其中装有样本。此外，显微镜与样本之间的垂直运动(沿z方向的运动)有益于聚焦样本。在显微镜中，通常将样本布置于物镜下方的载物台上。该载物台通常能沿x方向和y方向相对于物镜运动，即可水平运动，以实现物镜与样本彼此相对的水平对准。然后，物镜本身可在z方向上相对于载物台垂直移动，以便进行对焦。但这样的缺陷在于，例如，相对较重的物镜必须克服部分重力才能移动。>然而，参阅CN203479812U可知，载物台既能水平运动又能垂直运动，从而可以防止物镜移动。但这些现有技术装置无法实现良好地解耦载物台的各种运动自由度。结果，当载物台与物镜之间在一个空间方向上存在相对运动，经常不理想地同时改变相对于另一空间方向的位置。JPH03100446A揭示了一种用于检查划线板的装置，其具有XYZ载物台。但并未公开描述计算机辅助评估数字显微图像的清晰度的自动对焦机制。此外，也未公开关于载物台的驱动概念，该驱动概念能够在长行程上实现高精度的运动并且有效地解耦不同方向上的运动。现有技术装置的另一问题在于，所使用的宏观机械驱动器的精度不足，因此尤其是针对聚焦功能，常用两级驱动器。此外，通常结合使用长行程的大型机械驱动器与高分辨率短行程的精密驱动器(例如，压电式驱动器)。纯机械驱动器通常稳健耐用、成本低廉且具有更大的行程，但在调整位置时通常无法提供充分的精密度和重复精度。此外，通常无法将宏观机械驱动器制造得足够精细，因此难以自由解耦。在现有技术的机械驱动器中，机械驱动器的精密度和重复精度在运行过程中时常受损。因此，需要一种用于自动检查样本的装置，其中使用最简单的手段就能以机械方式精确地移动样本的载物台，并能尽量成功地解耦各种运动的自由度，以提高这些运动的精密度和重复精度。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供通过自动对焦对多个空间分布的样本进行显微检查的装置和方法，能够克服现有技术中的缺陷。特定而言，本专利技术的目的是提供一种通过自动对焦对多个空间分布的样本进行显微检查的装置及其相应的方法，其中显微镜的载物台与物镜之间的彼此相对运动能够有效地解耦相互垂直方向上的运动，实现简单、便宜、稳健、耐用、精密和/或高重复精度以及长行程等特点。本专利技术用以达成上述目的的解决方案为独立权利要求的特征。本专利技术的有利技术方案参阅从属权利要求。一方面，本专利技术涉及一种用于对多个空间分布的样本进行显微检查的自动对焦装置，其包括显微镜以及能沿z方向相对于该显微镜移位的载物台，其中，载物台包括滑座以及支承在滑座上的样本台，其中，该样本台能沿z方向相对于滑座平移，且其中，该载物台能沿x方向和y方向相对于显微镜平移。在一种优选实施方式中，所述装置包括能在所有三个空间方向上运动的载物台。与此同时，水平面中的运动与z方向上的运动却是解耦的。这些运动应优选彼此无关地发生，其中x-y平面中的运动(例如，水平运动)与样本的定位有关，而z方向上的运动(例如，垂直运动)与对焦有关。这主要是因为载物台包括至少两个元素，即滑座和样本台。滑座在x-y平面(例如，水平面)中执行运动，而以能平移的方式支承在滑座上的样本台包含待检查样本并且还能沿z方向(例如，垂直方向)相对于滑座移位以进行对焦。例如，通过计算机辅助评估样本在不同垂直位置上的显微图像，从而可以测定各个z位置上的图像清晰度，这样就能实现自动化对焦。一种用于对多个空间分布的(生物)样本进行显微检查的自动对焦装置优选包括显微镜以及能相对于显微镜垂直移位的载物台。该载物台优选与显微镜的物镜相对布置，以便根据载物台的相对定位可以将物镜对焦到载物台的不同水平和垂直区域上。所述装置优选包括载物台，该载物台又包括滑座以及支承在该滑座上的样本台。该滑座优选为例如框架形式的承载结构，其能够通过适当的机制沿x方向和y方向相对于显微镜平移。相对于显微镜平移优选特别是涉及显微镜的物镜。x方向和y方向优选是指两个相互正交的空间方向，特别是水平空间方向。即使这些方向在此主要是指水平空间方向，但对于本领域技术人员而言显而易见的是，它们原则上可以表示相互垂直且同在一个平面内的任意方向，只要不影响装置的基本功能即可。滑座的驱动机制可以优选任意选取，它可以例如包括现有技术中成熟的“绘图仪驱动器”和/或“齿带差速驱动器”，其例如可借助电机驱动的齿带驱动器来实现。适用的滑座驱动器例如参阅DE4338155A1和DE10017041B4。滑座优选包括沿z方向支承并能相应平移的样本台。在该文献中，术语“z方向”和“垂直”优选用作同义词，因为通常通过样本与物镜之间在垂直方向上的相对运动进行对焦。但对于本领域技术人员而言显而易见的是，取决于x方向和y方向的定向以及所述装置在空间中的总体布置，z方向也可以表示与限定平面的x方向和y方向之一正交的任意其他方向。这样就能在空间上对准优选包含在样本台上的待分析样本，特别是通过沿x方向和y方向平移滑座并与之垂直地平移样本台，该样本台优选紧固至滑座上但能沿z方向平移或以能平移的方式支承。优选通过机械驱动器完成样本台的平移。通过沿z方向驱动载物台而非驱动物镜，能够有利地减小驱动单元应移动的质量。驱动器不必位于显微镜本身，因此不会增加其重量。特别是如果z方向与垂直方向相符，则待移动的物镜质量可能在克服重力方面存在问题，并影响调节精度。通过同时解耦x-y方向(优选水平方向)和z方向(优选垂直方向)上的运动，可以提高一个方向上运动的相应精度，并能减少不同空间方向上运动的相互影响。所述装置优选包括传感器和/或调控器，其可以用来检查和/或调控滑座的水平平移和/或样本台的垂直平移。特别优选地，可以通过这种方式确定样本台的优选三维位置，并且必要时可以通过适当地平移样本台来校正该位置。调控器尤其是集成电路，例如微处理器和/或计算单元，例如PC。在本专利技术的一种优选实施方式中，所述装置配置为通过计算机辅助评估本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于对多个空间分布的样本进行显微检查的自动对焦装置(1)，其包括显微镜以及能沿z方向相对于所述显微镜移位的载物台，/n其中，所述装置配置为通过计算机辅助评估载物台在多个垂直位置上的数字显微图像的清晰度而进行自动对焦，/n其特征在于，/n所述载物台包括滑座(3)以及支承在所述滑座(3)上的样本台(5)，/n其中，所述样本台(5)能沿z方向相对于所述滑座(3)平移，且/n其中，所述滑座(3)能沿x方向和y方向相对于所述显微镜平移。/n

【技术特征摘要】
20190627 EP 19182835.91.一种用于对多个空间分布的样本进行显微检查的自动对焦装置(1)，其包括显微镜以及能沿z方向相对于所述显微镜移位的载物台，
其中，所述装置配置为通过计算机辅助评估载物台在多个垂直位置上的数字显微图像的清晰度而进行自动对焦，
其特征在于，
所述载物台包括滑座(3)以及支承在所述滑座(3)上的样本台(5)，
其中，所述样本台(5)能沿z方向相对于所述滑座(3)平移，且
其中，所述滑座(3)能沿x方向和y方向相对于所述显微镜平移。


2.根据前述权利要求所述的装置(1)，
其特征在于，
通过机械驱动器完成所述样本台(5)沿z方向的平移，
其中，所述机械驱动器包括电机和驱动机构，
其中，所述电机和驱动机构配置为沿z方向平移所述样本台。


3.根据前述权利要求所述的装置(1)，
其特征在于，
所述驱动机构包括至少一个沿z方向布置的丝杠(23)，所述丝杠以能平移的方式支承在位置固定地连接到所述样本台(5)的丝杠螺母(21)中，
其中，所述电机配置成控制所述丝杠(23)的旋转运动，
其中，所述丝杠(23)以能转动且至少轴向上位置固定的方式定位于所述滑座(3)上。


4.根据前述权利要求所述的装置(1)，
其特征在于，
所述旋转运动从设置有驱动齿轮(29)的电机轴经由齿带(15)传递到所述丝杠(23)上以抗相对转动的方式连接的齿轮(13)，其中
所述丝杠螺母(21)优选布置于所述齿轮(13)与所述丝杠在所述滑座(25)上的轴承之间。


5.根据前述权利要求2至4中任一项或多项所述的装置(1)，
其特征在于，
所述电机连接到所述样本台(5)。


6.根据前述权利要求3至5中任一项或多项所述的装置(1)，
其特征在于，
包括3到5个沿z方向布置的丝杠(23)，特别是4个沿z方向布置的丝杠(23)。


7.根据前述权利要求4至6中任一项或多项所述的装置(1)，
其特征在于，
所述样本台(5)具有基本上矩形的外型并且在所述样本台(5)的每个角区域中均包括支承在丝杠螺母(21)中的丝杠，或者所述样本台(5)具有基本上圆形的外型并且包括至少3个沿所述样本台(5)的外围区域布置并支承在丝杠螺母(21)中的丝杠(23)，其中，通过所述齿带(15)传递旋转运动。


8.根据前述权利要求4至7中任一项或多项所述的装置(1)，
其特征在于，
所述齿轮(13)的宽度大于所述样本台(5)在z方向上的行程与所述齿带(15)的宽度之和，其中，所述齿轮(13)和所述齿带(15)布置成使得所述齿带在所述样本台的整个行程上基本上以其全宽位于所述齿轮上。


9.根据前述权利要求中任一项或多项所述的装置(1)，
其特征在于，
通过支...

【专利技术属性】
技术研发人员：迪尔克·罗根布克，马蒂亚斯·阿恩特，
申请(专利权)人：MEDIPAN有限公司，赛伯特有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE