专利名称：高稳定性光学显微镜的制作方法
技术领域：
本发明涉及光学仪器、光学测量器、光学显微镜的长时间图像记录或测量。特别在利用光学显微镜等进行长时间的图像记录或测量的场合，有时光学显微镜微小地错位，而发生物点(对象物)偏移或者焦点脱离(所谓漂移现象)。本发明涉及不产生上述漂移现象，而使长时间的图像记录或测量以纳米单位的精度进行稳定的记录或测量的高稳定性光学显微镜的构造。
背景技术：
以往的光学显微镜方式为类似于柳树的构造。即，试料定位装置的载物台或照明系统、观察系统等相对于光轴在重量、形状上都明显不对称、缺乏平衡地安装在主柱(相当于树干)上，成为如图1所示的不稳定构造。又，在图1中，101为电视摄像机、102为中间透镜、103为联接筒、104为直筒、105为目镜、106为双眼部、107为镜筒、108为照明光源、109为落射荧光装置、110为镜臂、111为转换器、112为物镜、113为载物台、114为上下移动机构、115为聚光器、116为主柱、117为基座及照明装置。
图1中的以往的光学显微镜以在基座及照明装置的一端上设置主柱、在该主柱的上端一侧设置镜臂的コ字形为基本构成。而且，前述主柱支承上下移动载置观察的试料的载物台的上下移动机构，在载物台的下方设置有用于将从前述照明装置发出的照明光向前述试料引导的聚光器。又，在镜臂的下方设置物镜、用于变换该物镜倍率的转换器，上方设置落射荧光装置、镜筒、直筒、中间透镜、电视摄像机，而且，在前述落射荧光装置的侧面设置照明光源，在前述镜筒侧面设置双眼部、目镜，除此之外，附属的测量装置或照像机如枝叶般地安装。这样，在基座及照明装置的一端上立设主柱，成为了多片式构造，即，如风吹柳树那样不仅枝叶摇摆，细的树干也摇摆，所以相当于重要的树干部分的测光、映像光学系统变成了不稳定的状态。
另外，以往的光学显微镜虽然在照明光学系统(落射荧光、全落射荧光、透射荧光、反射偏光、透射偏光、亮视野落射、光学捏钳等)、监测光学系统的导入部上分别有半透射镜(也包含滤光片)，但成像透镜由于受成本的制约共用一个成像透镜。这些照明系统的支承金属件与映像光学系统及测光光学系统一体化，所以照明光学系统或监测光学系统的支承金属件的形状重量的非对称性导致的不稳定或由于温度依存性产生的伸缩对映像光学系统及测光光学系统产生了光轴歪斜的影响。
对蛋白质等生物体物质活动的样子以1分子单位进行观察操作的所谓[1分子生理学]的新研究领域正逐渐形成。为进行该研究光学显微镜不可或缺，生物体物质的动作非常小，所以为进行解析需要几纳米的精度。
然而，现有的光学显微镜存在着稳定性的问题，所以在长时间的观察、记录、测量中产生漂移现象，成为经常发生的观测结果误差的主要原因。
因此，本发明以实现不使在观测中试料产生焦点模糊区域或者物点(对象物)移动(漂移)的高稳定性的光学显微镜为目的，另外，不必在全部的成像透镜和其以后的光学系统中使用共用的成像透镜，个个都配置有成像透镜。
通过使成像透镜与例如电视摄像机一体化，参照图2(a)、(b)说明对象物成像透镜的中心与焦点位置错位的原理。
即使由于支承金属件的形状重量的非对称性导致的不稳定而发生从图2a的理想位置起如图2所示地向X、Y方向的错位，因为成像透镜与电视摄像机一体化，尽管光束偏离若干距离，对象物也会成像透镜的中心与焦点位置无错位地成像。
这是(天体)望远镜的工作原理，只要对象物与望远镜间的角度无错位，则只要望远镜平行移动，就等同于不会发生对象物的光轴移动和焦点移动(漂移)。
发明内容
因此，本发明采用的技术手段形成了具有如下特征的高稳定性光学显微镜的结构在光学显微镜中，物镜、成像透镜、映像光学系统及测光光学系统配置在一条直线上、无偏差地支承在被做成相对于光轴形状、重量均为对称型的直线前进引导机构及支承体上。
又，高稳定性光学显微镜的结构为为了不产生因温度变化、振动等引起的倾斜的错位，映像光学系统的支承体及测光光学系统的支承体形成为四边锥台或者圆锥台。
又，高稳定性光学显微镜的结构为在无限远镜筒长光学显微镜中，照明光学系统(落射荧光、全反射落射荧光、透射荧光、反射偏光、透射偏光、亮视野落射、光学捏钳等)及监测光学系统的导入部上分别组装有半透射镜(也包含滤光片)和成像透镜，用望远镜的工作原理避免映像光学系统及测光光学系统上由于形状重量的非对称形导致的不稳定或由于支承体(金属件)的温度依存性产生的不稳定。
又，高稳定性光学显微镜的结构为形状重量相对于光轴对称地做成的试料台与物镜(试料部)一体化，用与全部的成像透镜独立的支承体构成，而且低重心地配置。
图1为以往的光学显微镜的说明图。
图2为说明通过成像透镜与例如电视摄像机一体化，对象物成像透镜的中心和焦点位置错位的原理。
(a)表示理想位置(无错位的情况)。
(b)表示映像光学系统全体沿X·Y方向错位的情况。
图3为根据本发明构成的光学显微镜的说明图。
具体实施例方式
以下，参照图3对本发明的高稳定性光学显微镜进行说明。
在无限远镜筒长光学显微镜中包括映像光学系统(由测光用光圈ps17、中间透镜支承金属件pk18、中间透镜pr19、电视摄像机支承金属件20、电视摄像机21构成)、测光光学系统(由直筒28、测光用光圈ms29、中间透镜金属件mk30、中间透镜ml31、测光装置支承金属件32、测光装置33构成)、照明光学系统(落射映光照明装置12、全反射落射荧光、透射荧光、反射偏光、透射偏光、亮视野落射、光学捏钳10、11等)、设置于照明光学系统内的无限远镜筒长物镜2、以及成像透镜pl16。而且，在支承在支脚38上的防振台15上固定着中空状且圆锥台形的支承台7，在该支承台7下方的扩大部上，朝中心方向设置着光学捏钳导入光学系统10、落射荧光照明装置12、监测光学系统(a)13。
又，设置于防振台15上的光学捏钳照明系统11连结在前述光学捏钳导入光学系统10上。又，中心部具有成像透镜pl16的基台14设置于前述支承台7的中空部的下方，该基台14的平坦部39载置于防振台15的表面上，脚部40插入防振台7的中心部。在前述基台14上立设有支柱9，支柱9的上端的基板8上顺次设置有固定台6、Y轴粗动移动台5、X轴粗动移动台4、XYZ轴微动试料台3，将观察的试料载置于该XYZ轴微动试料台3上，利用前述照明装置照射、观察。
又，透射照明装置23、暗视野照明装置26、监测光学系统(b)27朝中心方向地安装于前述支承台7的上方的缩小部上，又，聚光透镜22、照明系统成像透镜25分别设置在固定于支承台7上的聚光透镜支承金属件24的前端部和前述支承台7的前端部的平坦中央部上。
在固定于前述支承台7的前端部的平坦部上的中空状且台形状的直筒28上，顺次设置有测光用光圈ms29、中间透镜支承金属件mk30、中间透镜ml31、测光装置支承金属件32、测光装置33，形成测光侧第一次像36、测光侧第二次像37。
中空状且倒立台形状的支承体41安装在前述防振台15的下面，在该支承体41的中空部中，顺次设置有测光用光圈ps17、中间透镜支承金属件pk18、中间透镜pr19、电视摄像机支承金属件20、电视摄像机21，形成映像侧第一次像34、映像侧第二次像35。
如前所述，高稳定性光学显微镜的结构特征为无限远镜筒长物镜2、成像透镜pl16、照明系统成像透镜25、映像光学系统(由测光用光圈ps17、中间透镜支承金属件pk18、中间透镜pr19、电视摄像机支承金属件20、电视摄像机21构成)、测光光学系统(由直筒28、测光用光圈ms29、中间透镜金属件mk30、中间透镜ml31、测光装置支承金属件32、测光装置33构成)排列在一条直线上、无偏差地支承在被做成相对于光轴形状重量均为对称型的直线引导机构上。
又，使用无限远光学系统，由于使映像光学系统、测光光学系统与成像透镜一体化，所以只要不发生倾斜的变动，平行移动决不会形成焦点模糊区域或者物点(对象物)发生移动(漂移)的望远镜原理就会有效。该直线前进引导机构的一例由圆筒和圆柱构成，圆筒部可沿光轴方向移动。
试料的聚焦机构通过XYZ轴微动试料台3动作，该XYZ轴微动试料台3不仅相对于光轴中心对称，而且在内部装有静电容量型传感器，将错位量反馈到压电驱动机构，也可保持焦点位置。
又，在照明光学系统(落射荧光照明装置12、全反射落射荧光、透射荧光、反射偏光、透射偏光、亮视野落射、光学捏钳10、11等)的导入部上分别组装有半透射镜(也包含滤光片)和成像透镜，前述的映像光学系统及测光光学系统由独立的支承金属件支承，在映像光学系统及测光光学系统中排除了形状重量的非对称性导致的不稳定。
即使映像光学系统、测光光学系统及照明光学系统变动，上述的望远镜的工作原理仍适用，所以倾斜的变动被安装于坚固的台形型(金字塔型)支承台7上。又，由于进一步分离像光学捏钳照明系统那样重量大的物体，并直接安装于防振台15上，不会成为像不平衡的配重那样的不稳定因素，也不会成为倾斜的主要原因。
因此，即使由于外部振动等照明系统发生错位，试料或物镜也不会受其影响。
又，不稳定的最大因素的试料与物镜间的相对的变动非常重要。
因此，试料1、无限远镜筒长物镜2、XYZ轴微动试料台3、X轴粗动移动台4、Y轴粗动移动台5、固定台6分别通过真空吸附等进行固定一体化。
通过该一体化消除试料与物镜间的相对变动对确保稳定性非常有效。进一步地，也通过将这些部分直接安装于防振台15上，配置于低重心的位置来解决。
(像东京塔和正下方的建筑那样，从像风吹柳树那样细树干摇摆的以往显微镜切离地构造，一体化的试料和物镜相当于低重心的建筑物。)又，本发明只要不脱离其精神或主要特征，以其他任何形式都可以实施。因此，前述的实施方式只能仅仅在例示范围内将所有点都限定地解释。
工业上的可利用性根据本发明的高稳定性光学显微镜，如前所述，是具有如下特征的高稳定性显微镜物镜、成像透镜、映像光学系统及测光光学系统排列在一条直线上、无偏差地支承在被做成相对于光轴形状重量都对称型的直线前进引导机构及支承体上，因此，实现了极高稳定性的光学显微镜，可容易地以纳米级进行分子生物学、生物物理学等中的分子位置的距离测量或者分子动量测量。又，也容易地进行不发生漂移地长时间的图像记录。又，在无限远镜筒长光学显微镜中，照明光学系统(落射荧光、全反射落射荧光、透射荧光、反射偏光、透射偏光、亮视野落射、光学捏钳等)及监测光学系统的导入部上分别组装有半透射镜(也包含滤光片)和成像透镜，由此，在各自的安装位置或互换性上产生了自由度，可以实现既有作为系统的发展性，又有高稳定性的光学显微镜。
权利要求
1.一种高稳定性光学显微镜的结构，其特征在于在光学显微镜中，物镜、成像透镜、映像光学系统及测光光学系统排列在一条直线上、无偏差地支承在被做成相对于光轴形状、重量均为对称型的直线前进引导机构及支承体上。
2.如权利要求1所述的高稳定性光学显微镜的结构，其特征在于为了不产生因温度变化、振动等引起的倾斜的错位，映像光学系统及测光光学系统的支承体形成为四边锥台或者圆锥台。
3.如权利要求1或2所述的高稳定性光学显微镜的结构，其特征在于在无限远镜筒长光学显微镜中，照明光学系统(落射荧光、全反射落射荧光、透射荧光、反射偏光、透射偏光、亮视野落射、光学捏钳等)及监测光学系统的导入部上分别组装有半透射镜(也包含滤光片)和成像透镜，用望远镜的工作原理避免上述映像光学系统及测光光学系统上由于形状重量的非对称形导致的不稳定或由于支承体(金属件)的温度依存性产生的不稳定。
4.如权利要求1～3中任一项所述的高稳定性光学显微镜的结构，其特征在于形状重量相对于光轴对称地做成的试料台与物镜(试料部)一体化，用与全部的成像透镜独立的支承体构成，而且配置在低重心位置上，与上述构造组合。
全文摘要
提供一种高稳定性光学显微镜，防止在利用光学显微镜等进行长时间的图像记录或测量的场合，光学显微镜微小地错位，而发生的物点(对象物)偏移或焦点脱离的漂移现象，长时间的图像记录或测量能够以纳米单位的精度进行稳定的记录和测量。本发明的高稳定性光学显微镜包括内装、支承构成映像光学系统的部件的支承体(41)、内装、支承构成测光光学系统的部件的直筒(28)、内装、支承构成照明光学系统的部件的支承台(7)，这些支承体的形状为中空状的金字塔或圆锥形的低重心。物镜、成像透镜、映像光学系统及测光光学系统相对于作成形状、重量均相对光轴对称的支承体排列在一条直线上。
文档编号G02B21/00GK1623110SQ02828579
公开日2005年6月1日 申请日期2002年9月3日 优先权日2002年3月18日
发明者木下一彦, 盐育 申请人:独立行政法人科学技术振兴机构