DE102009020259A1

DE102009020259A1 - To-be-examined sample and objective positioning device for photonic force microscope, has sample and objective holders mounted on guiding unit, so that relative positions for receiver and objectives are maintained with respect each other

Info

Publication number: DE102009020259A1
Application number: DE102009020259A
Authority: DE
Inventors: Reinhard Schneider; Torsten JÄHNKE; Helge Dr. Eggert
Original assignee: LPI Light Power Instruments GmbH
Current assignee: Bruker Nano GmbH
Priority date: 2008-05-14
Filing date: 2009-05-07
Publication date: 2009-11-19

Abstract

The device has a sample holder (13) including a sample receiver (3), and an objective (1) configured and accommodated by an objective holder (11) and for guiding light to an examination region. An additional objective (2) is configured and accommodated by an additional objective holder (12), and provided for monitoring the region. The holders are mounted on a guiding unit (14), so that lateral relative positions for the receiver and the objectives are maintained with respect each other, during displacement of the holders axially along a longitudinal axis of the guiding unit.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für ein Lichtmikroskop, insbesondere ein Lichtkraftmikroskop.The The invention relates to a device for a light microscope, in particular a light force microscope.

Hintergrund der ErfindungBackground of the invention

Zu den Verfahren der Lichtmikroskopie, bei denen eine hohe räumliche und zeitliche Auflösung gewünscht wird, gehört insbesondere die Lichtkraftmikroskopie. Es geht hierbei zum Beispiel um eine genaue Positionierung der im Mikroskop verwendeten Optiken.To the method of light microscopy, where a high spatial and temporal resolution is desired belongs in particular the light force microscopy. It goes here for example Precise positioning of the optics used in the microscope.

Die Lichtkraftmikroskopie („Photonic Force Microscopy” – PFM) ist ein Rastersondenverfahren, bei dem eine Sonde mittels eines oder mehrerer Partikel gebildet ist, die in einer optischen Falle gefangen sind. Die optische Falle erfüllt hierbei eine Funktion vergleichbar dem so genannten Cantilever, wie er aus der Rasterkraftmikroskopie bekannt ist. Die Position der optischen Falle kann mittels beweglicher oder veränderlicher optischer Elemente im Strahlengang (Akustooptische Deflektoren – AOD), galvanisch aufgehängte Spiegel, „Spatial Light Modulators” (SLM) oder piezoelektrisch aufgehängter Spiegel geändert werden. Weiterhin kann die Position eines oder mehrerer gefangener Partikel mittels eines Detektionssystems bestimmt werden. Hierbei werden grundsätzlich zwei Methoden unterschieden. Bei der so genannten „Back Focal Plane Interferometry” wird die Interferenz des vom Partikel gestreuten Lichtes mit dem transmittierten Licht genutzt, um die genaue dreidimensionale Position des Partikels innerhalb des Fokusvolumens der optischen Falle zu erhalten. Messsignal sind die Intensität des transmittierten Lichts sowie Differenzsignale einer Quadrantenphotodiode (QPD). Weiterhin existiert noch das Verfahren der Videomikroskopie, bei der die Erkennung der Bewegung der Partikel mittels computergestützter Bilderkennung eines beispielsweise mit Hilfe einer CCD-Kamera aufgezeichneten Videos geschieht. Aus der Patentschrift US 6,833,923 ist ein Lichtkraftmikroskop bekannt, bei dem das Detektionssystem auf der vorgenannten interferometrischen Messmethode beruht. Verfahren, die insbesondere auch in Verbindung mit der Lichtkraftmikroskopie nutzbar sind, ergeben sich zum Beispiel auch aus den Dokumenten DE 10 2007 063 066 A1 sowie DE 10 2007 063 065 A1 .Photonic Force Microscopy (PFM) is a scanning probe method in which a probe is formed by means of one or more particles trapped in an optical trap. The optical trap fulfills a function comparable to the so-called cantilever, as it is known from atomic force microscopy. The position of the optical trap can be changed by means of movable or variable optical elements in the beam path (Acousto-Optic Deflectors - AOD), galvanically suspended mirrors, "Spatial Light Modulators" (SLM) or piezoelectrically suspended mirrors. Furthermore, the position of one or more trapped particles can be determined by means of a detection system. Here are basically two methods. In the so-called "back focal plane interferometry", the interference of the light scattered by the particle with the transmitted light is used to obtain the exact three-dimensional position of the particle within the focus volume of the optical trap. The measuring signal is the intensity of the transmitted light as well as the difference signals of a quadrant photodiode (QPD). Furthermore, there is still the method of video microscopy, in which the detection of the movement of the particles by means of computer-aided image recognition of a recorded example using a CCD camera video. From the patent US 6,833,923 a light force microscope is known in which the detection system based on the aforementioned interferometric measurement method. Processes that can also be used in particular in conjunction with light-force microscopy are also apparent, for example, from the documents DE 10 2007 063 066 A1 such as DE 10 2007 063 065 A1 ,

In der Lichtkraftmikroskopie wird in einer bekannten Ausführung ein Objektiv eines Lichtmikroskops zur Erzeugung der optischen Falle verwendet, um einen oder mehrere Partikel innerhalb der Probenumgebung zu halten oder zu bewegen. Das vom Partikel gestreute Licht wird mittels eines zweiten Objektivs, das den Platz des Kondensors einnimmt, gesammelt und auf eine Detektionseinheit abgebildet. Dieses Objektiv wird im Folgenden ohne Beschränkung der Allgemeinheit als Kondensorobjektiv bezeichnet. So kann die Position des Partikels relativ zur Position der optischen Falle mit hoher Genauigkeit bestimmt werden. Für die Wiederholbarkeit von Experimenten ist eine mit hoher Genauigkeit reproduzierbare Positionierung von Objektiv und Kondensorobjektiv zueinander und zur Probe, sowohl lateral wie auch axial, entscheidend. Die axiale Position von Objektiv und Kondensorobjektiv relativ zur Probe ist bevorzugt variabel, um eine scharfe Abbildung verschiedener axialer Positionen innerhalb der Probe zu ermöglichen. Die ebenfalls gewünschte laterale Bewegung wird, wie in bestimmten Ausführungen der Lichtmikroskopie üblich, durch eine Bewegung der Probe ohne Mitbewegung von Objektiv oder Kondensorobjektiv realisiert.In the Lichtkraftmikroskopie is in a known design a lens of a light microscope for generating the optical trap used to contain one or more particles within the sample environment to hold or move. The light scattered by the particle becomes by means of a second objective, which takes the place of the condenser, collected and mapped to a detection unit. This lens is hereafter without limitation of generality as Condenser lens called. So can the position of the particle determined with high accuracy relative to the position of the optical trap become. For the repeatability of experiments is a high-precision reproducible positioning of the lens and condenser lens to each other and to the sample, both laterally and also axial, decisive. The axial position of lens and condenser lens relative to the sample is preferably variable to give a sharp picture allow different axial positions within the sample. The likewise desired lateral movement becomes, as in certain designs of light microscopy usual, by moving the sample without moving the lens or Condenser lens realized.

Eine genaue Positionierung wird bisher zum Beispiel mittels eines Dreibeins erreicht, mit dem das Kondensorobjektiv auf einer Grundplatte positioniert wird, auf der sich die zu untersuchende Probe befindet. Soll die Höhe des Kondensorobjektivs geändert werden, müssen drei unabhängige Motoren die Länge der drei Beine im immer gleichen Maß verändern. Dies ist jedoch technisch schwer umzusetzen, da schon wenige ungleiche Schritte der Motoren zu einem messbaren Winkel in der Kondensorobjektivposition führen, der sich dann negativ auf das Experiment auswirkt. In den bisher bekannten Lichtkraftmikroskopen ist weiterhin die Position des Objektivs entweder konstant relativ zur Probenebene oder wird in einem Objektivrevolver bewegt, wie er von kommerziellen Mikroskopen verwendet wird. Dieser Revolver erschwert jedoch eine reproduzierbare laterale Position relativ zur Probe und zum Kondensorobjektiv sowie eine genügende Stabilität in vertikaler Richtung.A exact positioning is so far for example by means of a tripod reached, with which the condenser lens is positioned on a base plate, on which the sample to be examined is located. Should the height of the condenser lens must be changed three independent motors the length of the three legs to change in the same degree. This is however Technically difficult to implement, since a few uneven steps the motors to a measurable angle in the condenser lens position lead, which then has a negative effect on the experiment. In the previously known light microscopes is still the Position of the lens either constant relative to the sample plane or is moved in a nosepiece, as it is by commercial Microscopes is used. However, this revolver complicates one reproducible lateral position relative to the sample and to the condenser objective as well as a sufficient stability in vertical Direction.

Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung für ein Lichtmikroskop, insbesondere ein Lichtkraftmikroskop, anzugeben, die eine hochgenaue Positionierung einer zu untersuchenden Probe und für die Untersuchung genutzter Objektive beim Messen ermöglicht.task the invention is a device for a light microscope, in particular, a light force microscope, indicate that a highly accurate positioning a sample to be examined and for examination used lenses while measuring allows.

Diese Aufgabe wird erfinderisch gemäß durch eine Vorrichtung für ein Lichtmikroskop nach dem unabhängigen Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von abhängigen Unteransprüchen.These Task is inventively according to a device for a light microscope according to the independent claim 1 solved. Advantageous embodiments of the invention are Subject of dependent claims.

Die Erfindung umfasst den Gedanken einer Vorrichtung für ein Lichtmikroskop, insbesondere ein Lichtkraftmikroskop, mit einer Probenhalterung, die eine Probenaufnahme zum Aufnehmen einer zu untersuchenden Probe aufweist, einem Objektiv, das von einer Objektivhalterung aufgenommen und konfiguriert ist, Licht in einen Untersuchungsbereich einzuleiten, einem weiteren Objektiv, das von einer weiteren Objektivhalterung aufgenommen und konfiguriert ist, den Untersuchungsbereich zu beobachten, wobei die Probenhalterung, die Objektivhalterung und die weitere Objektivlagerung an einer Führungseinrichtung aufgenommen sind, derart, dass bei einer Verlagerung der Probenhalterung, der Objektivhalterung und/oder der weiteren Objektivhalterung axial zur Längsachse der Führungseinrichtung laterale Relativstellungen zueinander für die Probenaufnahme, das Objektiv und das weitere Objektiv erhalten bleiben.The invention includes the idea of a device for a light microscope, in particular a light force microscope, with a sample holder having a sample receptacle for receiving a sample to be examined, a lens which is received by a lens mount and con is configured to introduce light into an examination area, another objective received by a further objective mount and configured to observe the examination area, wherein the sample holder, the objective mount and the further objective mount are accommodated on a guide device such that upon displacement the sample holder, the lens holder and / or the other lens holder axially relative to the longitudinal axis of the guide device lateral relative positions are maintained for each other for the sample holder, the lens and the other objective.

Die Aufnahme der Halterungen für die Probenaufnahme, das Objektiv und das weitere Objektiv an der Führungseinrichtung ermöglicht eine präzise Verlagerung relativ zueinander, um verschiedene Messsituationen gerecht zu werden. Die Führungseinrichtung stellt sicher, dass bei einer Verlagerung einer oder mehrerer Halterungen axial zur Längsrichtung der Führungseinrichtung laterale Relativpositionen der Probenaufnahme des Objektivs und/oder des weiteren Objektivs zueinander im Wesentlichen erhalten bleiben, zweckmäßigerweise im Rahmen einer gegebenen Messgenauigkeit. Üblicherweise verläuft entlang der Längsachse der Führungseinrichtung die optische Achse des Lichtmikroskops. Die Verlagerung in Verlagerungsstellungen entlang der Langsachse der Führungseinrichtung entspricht dann bei dieser Ausführungsform verschiedenen Positionen entlang der optischen Achse. Da hierbei laterale Relativstellungen zueinander für die Probenaufnahme, das Objektiv und das weitere Objektiv erhalten bleiben, wird die Aufrechterhaltung einer Justage hinsichtlich der optischen Achse erreicht. Auch relative Winkelstellungen zueinander für die Probenaufnahme, das Objektiv und das weitere Objektiv bleiben erhalten.The Recording the holders for the sample holder, the lens and the further lens on the guide device allows a precise displacement relative to each other to different measurement situations to meet. The leadership facility ensures that at a displacement of one or more brackets axially lateral to the longitudinal direction of the guide device Relative positions of the sample holder of the lens and / or the another lens substantially to each other, expediently within the scope of a given measurement accuracy. Usually runs along the longitudinal axis of the guide device the optical axis of the light microscope. The shift in relocation positions along the longitudinal axis of the guide device then corresponds in this embodiment along different positions the optical axis. Since lateral relative positions to each other for the sample holder, the objective and the further objective Preserving an adjustment will be maintained reached the optical axis. Also relative angular positions to each other remain for the sample holder, the lens and the further lens receive.

Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Führungseinrichtung mit wenigstens einer der folgenden Halterungen fest verbunden ist: die Probenhalterung, die Objektivhalterung und die weitere Objektivhalterung. Bevorzugt ist die Führungseinrichtung fest mit der Probenhalterung verbunden. Hierzu verlagerbar können dann die beiden Objektivhalterungen an der Führungseinrichtung aufgenommen sein. Allgemein kann die Führungseinrichtung mit ein oder zwei der Halterungen fest verbunden sein. Eine feste Verbindung ist insbesondere dann hergestellt, wenn ein der Führungseinrichtung zugeordnetes Haltebauteil an der jeweiligen Halterung an der Führungseinrichtung selbst fest montiert und somit nicht verstellbar ist.A preferred development of the invention provides that the guide device is firmly connected to at least one of the following brackets: the sample holder, the lens mount and the other lens mount. Preferably, the guide means is fixed to the sample holder connected. For this purpose, the two lens holders can then be displaced be included in the guide device. Generally may be the guide device with one or two of the brackets be firmly connected. A firm connection is especially then manufactured, if one of the guide device associated Holding member to the respective holder on the guide device itself firmly mounted and thus not adjustable.

Bei einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass wenigstens eine der folgenden Halterungen an der Führungseinrichtung manuell verlagerbar aufgenommen ist: die Probenhalterung, die Objektivhalterung und die weitere Objektivhalterung. Das manuelle Verlagern kann zum Beispiel mit Hilfe eines manuellen Verstell- oder Einstellmechanismus implementiert sein, wobei ein Fixieren in unterschiedlichen Verlagerungsstellungen vorgesehen sein kann, zum Beispiel mit Hilfe einer Feststellschraube.at an expedient embodiment of the invention it can be provided that at least one of the following mounts added to the guide device manually displaced is: the sample holder, the lens holder and the others Lens mount. Manual relocation can be done with, for example Implemented help of a manual adjustment or adjustment mechanism be provided with a fixing in different displacement positions can be, for example, with the help of a locking screw.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass wenigstens eine der folgenden Halterungen an der Führungseinrichtung mittels einer zugeordneten Antriebseinrichtung verlagerbar aufgenommen ist: die Probenhalterung, die Objektivhalterung und die weitere Objektivhalterung. Als Antriebseinrichtung kann zum Beispiel ein Motor, beispielsweise ein Schrittmotor, oder ein Piezoelement verwendet werden. In einer Ausgestaltung, bei der die Führungseinrichtung mit der Probenhalterung fest verbunden ist, kann vorgesehen sein, eine Antriebseinrichtung an der feststehenden Probenhalterung zu lagern, um beim Betrieb der Antriebseinrichtung die Objektivlagerung zu verstellen. In ähnlicherweise kann eine Verlagerbarkeit für die weitere Objektivhalterung vorgesehen sein. Sowohl bei der manuellen Verlagerbarkeit als auch bei Nutzung einer oder mehrerer Antriebseinrichtungen kann vorgesehen sein, die Verlagerungsbewegung von zwei der Halterungen miteinander zu koppeln, so dass eine Verlagerung einer Halterung auch zur Verlagerung der anderen Halterung führt. Die Kopplung zwischen gemeinsam zu verlagernden Halterungen erfolgt zum Beispiel mit Hilfe einer schaltbaren mechanischen Verbindung. Alternativ kann eine solche gekoppelte Bewegung auch mittels einer Kopplung der zur Verlagerung genutzten Antriebseinrichtungen, zum Beispiel Motoren, in elektronischer Form oder mittels Softwaresteuerung erfolgen.A advantageous embodiment of the invention provides that at least one of the following brackets on the guide device received displaceable by means of an associated drive means is: the sample holder, the lens holder and the others Lens mount. As drive means, for example, a Motor, for example, a stepper motor, or a piezoelectric element used become. In an embodiment in which the guide device is firmly connected to the sample holder can be provided a drive device to the stationary sample holder to store in order to operate the drive device, the lens mount to adjust. In a similar way, a shiftability be provided for the further lens mount. Either in manual relocation as well as when using one or a plurality of drive means may be provided, the displacement movement by coupling two of the brackets together, allowing a displacement a holder also leads to the displacement of the other holder. The coupling between mutually displaceable brackets is done for example with the help of a switchable mechanical connection. Alternatively, such a coupled movement by means of a Coupling of used for relocation drive equipment, for Example motors, in electronic form or by software control respectively.

Bevorzugt sieht eine Fortbildung der Erfindung vor, dass die Führungseinrichtung mit einer Mehrsäulenführungen gebildet ist, die wenigstens zwei Säulen aufweist. Bevorzugte Ausführungsformen sehen drei oder vier Säulenelemente vor, die zum Beispiel mit Stabelementen gebildet sind. Die Halterungen sind in einer Ausgestaltung in übereinander angeordneten Ebenen zwischen den Säulen angeordnet, wobei die Ebenen im Wesentlichen orthogonal zu den aufrechtstehenden Säulenelementen angeordnet sind. Bevorzugt sind die mehreren Säulenelemente in Längsrichtung parallel zueinander ausgerichtet.Prefers provides a development of the invention that the guide device is formed with a multi-column guides, the has at least two columns. Preferred embodiments For example, consider three or four column elements are formed with rod elements. The brackets are in one embodiment arranged in superimposed planes between the columns, the planes being substantially orthogonal to the upright ones Column elements are arranged. Preferably, the plurality of pillar elements aligned in the longitudinal direction parallel to each other.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die axiale Verlagerung von wenigstens zwei der drei Halterungen, nämlich der Probenhalterung, der Objektivhalterung und der weiteren Objektivhalterung, als eine gekoppelte Bewegung ausführbar ist, indem die wenigstens zwei Halterungen über einen Kopplungsmechanismus miteinander gekoppelt sind. Auf diese Weise erfolgt in einer Ausführungsform eine gekoppelte Verlagerung von wenigstens zwei Halterungen in laterale Richtung, insbesondere entlang der optischen Achse des Lichtmikroskops. Die zum Verstellen oder Verlagern genutzte Einrichtung kann Bestandteil einer der beiden gekoppelten Halterungen sein.In an advantageous embodiment of the invention can be provided that the axial displacement of at least two of the three holders, namely the sample holder, the lens holder and the other lens holder, as a coupled movement is executable by the at least two brackets are coupled together via a coupling mechanism , In this way In one embodiment, there is a coupled displacement of at least two holders in the lateral direction, in particular along the optical axis of the light microscope. The device used for adjusting or displacing may be part of one of the two coupled holders.

Eine Weiterbildung der Erfindung kann vorsehen, dass die Probenaufnahme und/oder das Objektiv und/oder das weitere Objektiv lateral zur Längsrichtung der Führungseinrichtung verlagerbar sind. In einer Ausführungsform bedeutet dies eine laterale Verlagerbarkeit zur optischen Achse der Anordnung mit den beiden Objektiven. Auch bei dieser Art Verlagerungs- oder Verstellbarkeit kann es sich um eine manuelle Ausführung oder eines mittels Antriebseinrichtung ausgeführte Verlagerungseinrichtung handeln. Zum Beispiel kann ein Motor oder ein Piezoelement eingesetzt werden. Aber auch ein manuell ausführbares Verschieben innerhalb der zugeordneten Halterung kann vorgesehen sein. Auch ist es möglich, eine Kombination manueller und mittels Antrieb umgesetzter Verlagerbarkeit vorzusehen.A Development of the invention may provide that the sample holder and / or the objective and / or the further objective lateral to the longitudinal direction the guide device are displaced. In one embodiment this means a lateral displaceability to the optical axis the arrangement with the two lenses. Even with this type of relocation or adjustability may be a manual execution or a displacement device designed by means of a drive device act. For example, a motor or a piezo element can be used become. But also a manually executable move can be provided within the associated holder. Also It is possible to combine a manual and a drive to be implemented.

Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Probenaufnahme und/oder das Objektiv und/oder das weitere Objektiv hinsichtlich einer jeweiligen Winkelstellung zur Längsrichtung der Führungseinrichtung einstellbar sind. In einer Ausgestaltung bedeutet dies eine Einstellbarkeit der jeweiligen Winkelstellung zur optischen Achse.A preferred development of the invention provides that the sample holder and / or the objective and / or the further objective with regard to a respective angular position to the longitudinal direction of the guide device are adjustable. In one embodiment, this means adjustability the respective angular position to the optical axis.

Bei einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Objektiv konfiguriert ist, das Licht in dem Untersuchungsbereich eine optische Falle bildend. Auf diese Weise ist die vorgeschlagene Vorrichtung in einem Lichtkraftmikroskop nutzbar. Das hierbei genutzte Messprinzip ist als solches bekannt. Verfahren, die insbesondere auch in Verbindung mit der Lichtkraftmikroskopie nutzbar sind, ergeben sich zum Beispiel auch aus den Dokumenten DE 10 2007 063 066 A1 sowie DE 10 2007 063 065 A1 . Bei einer solchen Ausführungsform wird das weitere Objektiv auch als so genanntes Kondensorobjektiv bezeichnet. Die Vorrichtung in ihren verschiedenen Ausführungsformen ermöglicht in diesem Zusammenhang eine sehr präzise Positionierbarkeit der beiden Objektive relativ zu einer Probe auf der Probenaufnahme. Auf diese Weise wird den besonderen Anforderungen bei der Lichtkraftmikroskopie in herausragender Weise Rechnung getragen.In an expedient embodiment of the invention, it may be provided that the objective is configured to form the light in the examination region forming an optical trap. In this way, the proposed device can be used in a light force microscope. The measuring principle used here is known as such. Processes that can also be used in particular in conjunction with light-force microscopy are also apparent, for example, from the documents DE 10 2007 063 066 A1 such as DE 10 2007 063 065 A1 , In such an embodiment, the further lens is also referred to as a so-called condenser lens. The device in its various embodiments allows in this context a very precise positioning of the two lenses relative to a sample on the sample holder. In this way, the special requirements in light microscopy are taken into account in an outstanding manner.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass eine Detektionseinrichtung und das weitere Objektiv eine relative Positionierung zueinander beim Verlagern des weiteren Objektivs aufrechterhaltend miteinander verbunden sind. Die Detektionseinrichtung dient zum Erfassen von optischen Messsignalen, die unter Einbeziehung des weiteren Objektivs erfasst werden. Bei dieser Ausführungsform folgt die Detektionseinrichtung im Wesentlichen einer Verlagerung des weiteren Objektivs. Im Fall der Verwendung der Vorrichtung in einem Lichtkraftmikroskop wird so eine Abbildung der bei der Lichtkraftmikroskopie genutzten Sondenpartikel auf die Detektionseinheit gewährleistet, die eine höchstmögliche Auflösung hinsichtlich der Positionsbestimmung ermöglicht. In einer Ausgestaltung sind die Detektionseinrichtung und das weitere Objektiv beziehungsweise die weitere Objektivhalterung direkt oder vermittelt starr verbunden.A advantageous embodiment of the invention provides that a detection device and the other lens a relative Positioning each other when moving the other lens sustainably connected. The detection device is used to capture optical measurement signals, including the further lens are detected. In this embodiment the detection device essentially follows a displacement the other lens. In the case of using the device in a light force microscope becomes an image of the light force microscopy ensures that used probe particles on the detection unit, the highest possible resolution in terms of the position determination allows. In one embodiment are the detection device and the other lens or the other lens mount directly or imparted rigidly connected.

Bevorzugt sieht eine Fortbildung der Erfindung vor, dass das über das Objektiv in den Untersuchungsbereich einzuleitende Licht über einer Einkopplungseinrichtung zugeführt wird, die relativ zu dem Objektiv ortsfest angeordnet ist. Bei dieser Ausführungsform ändert sich die Relativposition des Objektivs zu der Einkopplungseinrichtung beim Verlagern des Objektivs nicht. Mit Hilfe der Einkopplungseinrichtung, die zum Beispiel einen Einkoppelspiegel umfasst, erfolgt im Fall der Verwendung der Vorrichtung in einem Lichtkraftmikroskop die Einkopplung des für die optische Falle verwendeten Laserstrahls. Die Einkopplungseinrichtung kann dann in einer Ausgestaltung bezüglich der Führungseinrichtung ortsfest positioniert sein und zum Beispiel direkt unterhalb des Objektivs angeordnet werden. Der Einkoppelspiegel ist bevorzugt wellenlängensensitiv, zum Beispiel dichroitisch, um andere Verfahren der optischen Mikroskopie wie zum Beispiel die Fluoreszenzmikroskopie oder die Durchlichtmikroskopie nicht einzuschränken. Gegenüber anderen Verfahren zur Einkopplung des Laserstrahls für die optische Falle, zum Beispiel an einem vom Mikroskophersteller zur Verfügung gestellten Kopplungsort, bleibt so die Möglichkeit erhalten, mit der vom Hersteller vorgesehenen Halterung für Fluoreszenzfilterwürfel zu arbeiten und so gleichzeitig eine optische Falle und eine Fluoreszenzanregung zu nutzen. Würde die optische Falle beispielsweise unterhalb des Fluoreszenzfilters eingekoppelt, würden unterschiedliche Filter zum Versetzen der Laserfalle führen mit der Folge, dass beispielsweise ein in der optischen Falle gefangenes Partikel verloren geht. Auch andere bei Mikroskopen vorgesehene Einkopplungsorte bleiben so erhalten und nutzbar, zum Beispiel bei Vorrichtungen zum Laserscannen. In einer Ausführungsform wird der durch den Einkoppelspiegel entstehende Strahlversatz berücksichtigt, zum Beispiel indem das Objektiv und das weitere Objektiv auf die neue optische Achse ausgerichtet sind. In analoger Weise kann mit anderen optischen Elementen oberhalb des Einkoppelspiegels verfahren werden.Prefers provides a development of the invention that the over the lens about to be introduced into the examination area light over a coupling device is supplied, the relative is arranged stationary to the lens. In this embodiment changes the relative position of the lens to the coupling device when moving the lens is not. With the help of the coupling device, which, for example, comprises a coupling-in mirror, takes place in the case the use of the device in a light force microscope the Coupling of the laser beam used for the optical trap. The Einkopplungseinrichtung can then in one embodiment with respect the guide device to be stationarily positioned and For example, be placed directly below the lens. Of the Einkoppelspiegel is preferably wavelength sensitive, for example dichroic to other methods of optical microscopy like for example, fluorescence microscopy or transmitted light microscopy not restrict. Compared to other procedures for coupling the laser beam for the optical trap, for Example at one of the microscope manufacturer available the place of coupling so that the possibility remains with the holder for fluorescent filter cube provided by the manufacturer to work and so at the same time an optical trap and a fluorescence excitation to use. Would the optical trap, for example, below coupled to the fluorescent filter, would be different Filters to displace the laser trap result in for example, a particle trapped in the optical trap get lost. Also, other microscopes provided for Einkopplungsorte remain so preserved and usable, for example, in devices for laser scanning. In one embodiment, the through the Taking into account coupling angle resulting beam offset, for example, by the lens and the other lens on the aligned new optical axis. In an analogous manner can with Move other optical elements above the coupling mirror become.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass eine eine Köhler-Beleuchtung bereitstellende Auflichteinrichtung gebildet ist. Zum Beispiel kann mit Hilfe einer oder mehrerer zusätzlicher Linsen im Strahlengang zwischen einer Lampe für die Beleuchtung und dem weiteren Objektiv auch bei veränderter Position des Weiteren Objektivs sichergestellt werden, dass immer die für die Köhler-Beleuchtung charakteristische Lichtverteilung im Bereich der Probe erreicht werden kann. Hierbei können eine oder mehrere dieser Linsen entlang ihrer optischen Achse verlagerbar ausgeführt sein, um die Abbildung der Beleuchtungslampe auf das entlang der selben optischen Achse bewegte, weitere Objektiv (Kondensorobjektiv) anzupassen. Wird eine kommerzielle Lichtquelle benutzt, wird ihre optische Achse auf die durch den Einkoppelspiegel hervorgerufene Änderung ausgerichtet. Zum Beispiel kann dies mittels eines weiteren dichroitischen Spiegels oder einer Glasplatte mit gleicher Dicke und aus gleichem Material wie der Einkoppelspiegel bewirkt werden, der oberhalb des weiteren Objektivs angebracht ist und den Strahlversatz des Beleuchtungsstrahls kompensiert.In an advantageous embodiment of the invention can be provided that a Köhler illumination providing Auflichteinrichtung is formed. For example, with the help of one or a plurality of additional lenses in the beam path between a lamp for the illumination and the further lens, even when the position of the additional objective is changed, ensure that the light distribution characteristic of the Köhler illumination can always be achieved in the region of the sample. In this case, one or more of these lenses can be designed to be displaceable along their optical axis in order to adapt the image of the illumination lamp to the further objective (condenser objective) moved along the same optical axis. When a commercial light source is used, its optical axis is aligned with the change caused by the coupling mirror. For example, this can be effected by means of another dichroic mirror or a glass plate of the same thickness and of the same material as the coupling-in mirror, which is mounted above the further objective and compensates for the beam offset of the illumination beam.

Bei einer Ausführungsform ist eine entlang der optischen Achse der Vorrichtung verlagerbare Linse in einer zur Probe und zum Objektiv fixierten Detektionseinheit vorgesehen, mit der eine axial veränderte Position des weiteren Objektivs, welches auch als Kondensorobjektiv bezeichnet werden kann, durch eine ebenfalls veränderte Abbildung ausgeglichen wird. Diese Linse muss hierbei nicht notwendigerweise direkt über dem weiteren Objektiv angebracht sein, sondern in einem von einer Mikroskopbeleuchtung unabhängigen Strahlengang, um den zugeordneten Beleuchtungsstrahlengang nicht durch eine Linsenbewegung zu beeinflussen. Ein solcher Strahlengang kann zum Beispiel mittels Einbringen eines dicroitischen Spiegels in den Strahlengang der Mikroskopbeleuchtung oberhalb des weiteren Objektivs erzeugt werden.at one embodiment is one along the optical axis the device movable lens in a sample and the lens provided fixed detection unit, with an axially changed Position of the other lens, which also as a condenser lens can be designated by a likewise changed Figure is balanced. This lens does not necessarily have to be be mounted directly over the other lens, but in a beam path independent of a microscope illumination, to the associated illumination beam path not by a lens movement to influence. Such a beam path can, for example by means of Introducing a dichroic mirror into the beam path of the Microscope illumination above the other lens are generated.

Auch kann vorgesehen sein, dass die Vorrichtung mit der Führungseinrichtung und den Halterungen anstelle des üblichen Probentisches auf ein handelsübliches Invertmikroskop ohne Objektivrevolver aufgesetzt ist.Also it can be provided that the device with the guide device and the brackets instead of the usual sample table on a commercially available inverted microscope without nosepiece is attached.

In Verbindung mit der in der Probenhalterung aufgenommenen Probenaufnahme kann vorgesehen sein, dass die Probenaufnahme das Anordnen der Probe in einer vordefinierten Stellung zwischen dem Objektiv und dem weiteren Objektiv ermöglicht, beispielsweise mit Hilfe einer Schublade, auf die die Probe aufgelegt ist. Mit Hilfe der in einer Ausführung vorgesehen, unabhängigen Positionierbarkeit von Objektiv und weiterem Objektiv können so auch Proben mit unterschiedlicher Dicke untersucht werden. Insbesondere können auf diese Weise bei der Lichtmikroskopie verschiedene axiale Positionen in einem zu untersuchenden Flüssigkeitsvolumen ausgewählt werden, ohne die Probe selbst bewegen zu müssen.In Connection with the sample holder received in the sample holder it can be provided that the sample holder arranging the sample in a predefined position between the lens and the other Lens allows, for example, with the help of a drawer, on which the sample is launched. With the help of the provided in one execution, independent positioning of lens and others Lens can also sample with different thicknesses to be examined. In particular, in this way in light microscopy different axial positions in one too be selected for the examination of the liquid volume without having to move the sample itself.

Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der ErfindungDescription of preferred embodiments the invention

Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf Figuren einer Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigen:The Invention will be described below with reference to exemplary embodiments explained in more detail with reference to figures of a drawing. Hereby show:

1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung für ein Lichtmikroskop, insbesondere ein Lichtkraftmikroskop, mit einem Objektiv, einem weiteren Objektiv sowie einer Probenaufnahme, und 1 a schematic representation of an apparatus for a light microscope, in particular a light force microscope, with a lens, a further lens and a sample holder, and

2 eine schematische Darstellung einer Objektivhalterung, die an vier Säulenelementen aufgenommen ist. 2 a schematic representation of a lens mount, which is accommodated on four pillar elements.

1 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung für ein Lichtmikroskop, insbesondere ein Lichtkraftmikroskop, mit einem Objektiv 1, einem weiteren Objektiv 2, was bei der dargestellten Ausführung auch als Kondensorobjektiv bezeichnet werden kann, sowie einer Probenaufnahme 3 innerhalb einer Führungseinrichtung mit Führungen 14. Die Probenaufnahme 3 ist in einer Probenhalterung 13 angebracht, mit der die Führungen 14 starr verbunden sind. Die Probenhalterung 13 ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel mit dem Stativ eines inversen Mikroskops verbunden und ist somit gestellfest. 1 shows a schematic representation of an apparatus for a light microscope, in particular a light force microscope, with a lens 1, another lens 2 , which can also be referred to as condenser lens in the illustrated embodiment, as well as a sample holder 3 within a guide device with guides 14 , The sample holder 3 is in a sample holder 13 attached, with which the guides 14 are rigidly connected. The sample holder 13 is connected in the illustrated embodiment with the tripod of an inverted microscope and is thus fixed to the frame.

Das Objektiv 1 ist mit einer Objektivhalterung 11 starr verbunden, die mittels Lager 15 verlagerbar an den Führungen 14 aufgenommen ist. Ebenso ist das Kondensorobjektiv 2 mit einer weiteren Objektivhalterung 12 verbunden, die mittels der Lager 15 verlagerbar an den Führungen 14 aufgenommen ist. Mittels der hochpräzisen Führungen 14 und der Lager 15 ist gewährleistet, dass sich das Objektiv 1 und das weitere Objektiv 2 ohne Abweichung in der lateralen Ebene oder im Winkel entlang der optischen Achse 20 bewegen. Die Bewegung entlang der optischen Achse 20 erfolgt bei der dargestellten Ausführungsform mittels Motoren 30 und 31, die mit der Probenhalterung 13 starr verbunden sind, über Getriebestangen 32 und 33, wobei der Motor 31 die axiale Position des Objektivs 1 und der Motor 32 die axiale Position des weiteren Objektivs 2 bestimmt. An der weiteren Objektivhalterung 12 ist eine Linse 40 starr befestigt, die das Positionssignal einer bei der Lichtkraftmikroskopie erzeugten optischen Falle auf eine Detektionseinheit 41 abbildet, die ebenfalls starr mit der weiteren Objektivhalterung 12 verbunden ist.The objective 1 is with a lens mount 11 rigidly connected by means of bearings 15 relocatable to the guides 14 is included. Likewise, the condenser lens 2 with another lens mount 12 connected by means of bearings 15 relocatable to the guides 14 is included. By means of high-precision guides 14 and the camp 15 is guaranteed that the lens 1 and the other lens 2 without deviation in the lateral plane or at an angle along the optical axis 20 move. The movement along the optical axis 20 takes place in the illustrated embodiment by means of motors 30 and 31 with the sample holder 13 are rigidly connected via transmission rods 32 and 33 , where the engine 31 the axial position of the lens 1 and the engine 32 the axial position of the other lens 2 certainly. At the other lens mount 12 is a lens 40 rigidly attached, the position signal of an optical trap generated in the light force microscopy on a detection unit 41 which also rigid with the other lens mount 12 connected is.

2 zeigt eine Aufsicht auf die Anordnung der Führungen 14 und des weiteren Objektivs 2 in Bezug auf die optische Achse 20. Die mit dem Kondensorobejektiv 2 starr verbundene weitere Objektivhalterung 12, die an vier Säulenelementen aufgenommen ist, kann durch die Lager 15 an den Führungen 14 entlang der optischen Achse 20 bewegt werden. Unterhalb der weiteren Objektivhalterung 12 und des Kondensorobjektivs 2 befinden sich die Probe und das Objektiv 1, wobei mit dem Objektiv 1 und der Objektivhalterung 11 in gleicher Weise verfahren werden kann. 2 shows a plan view of the arrangement of the guides 14 and the other lens 2 in terms of the optical axis 20 , The with the condenser lens 2 rigidly connected another lens mount 12 , which is accommodated on four pillar elements, can through the bearings 15 at the guides 14 along the optical axis 20 who moves the. Below the other lens mount 12 and the condenser lens 2 are the sample and the lens 1 , taking with the lens 1 and the lens mount 11 can be proceeded in the same way.

Durch einen dichroitischen Spiegel im Strahlengang des Mikroskops wird ein Strahlversatz verursacht. Der dichroitische Spiegel wird zur Einkopplung eines Laserstrahls in dem Mikroskopstrahlengang verwendet. Die Position von Objektiv 1, Kondensorobjektiv 2 und Probenaufnahme 3 (vgl. 1) orthogonal zur optischen Achse muss daher an eine verschobene optische Achse angepasst sein, um eine optimal Beobachtung der Probe auf der Probenaufnahme 3 zu ermöglichen. Mittels eines zweiten dichroitischen Spiegels, der oberhalb des Kondensorobjektivs angebracht ist, wird der Laserstrahl vom Mikroskopstrahlengang getrennt und durch eine Linse 40 auf eine Detektionseinheit gelenkt. Damit die optische Achse der Mikroskopbeleuchtung nicht auf die durch den dichroitischen Spiegel erzeugte, neue optische Achse angepasst werden muss, wird ein Spiegel so in den Strahlengang eingebaut, dass er den Strahlversatz des dichroitischen Spiegels kompensiert.A dichroic mirror in the beam path of the microscope causes a beam offset. The dichroic mirror is used for coupling a laser beam in the microscope beam path. The position of lens 1 , Condenser lens 2 and sample taking 3 (see. 1 ) orthogonal to the optical axis must therefore be adapted to a shifted optical axis in order to optimally observe the sample on the sample receiver 3 to enable. By means of a second dichroic mirror, which is mounted above the condenser lens, the laser beam is separated from the microscope beam path and through a lens 40 directed to a detection unit. So that the optical axis of the microscope illumination does not have to be adapted to the new optical axis generated by the dichroic mirror, a mirror is installed in the beam path in such a way that it compensates for the beam offset of the dichroic mirror.

Die in der vorstehenden Beschreibung, den Ansprüchen und der Zeichnung offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungen von Bedeutung sein.The in the above description, the claims and the Drawing disclosed features of the invention can both individually or in any combination for the realization the invention in its various embodiments of importance be.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

US 6833923 [0003]
- DE 102007063066 A1 [0003, 0017]
- DE 102007063065 A1 [0003, 0017]

Claims

Apparatus for a light microscope, in particular a light force microscope, comprising: - a sample holder ( 13 ), which is a sample receiver ( 3 ) for receiving a sample to be examined, - a lens ( 1 ), which comes from a lens mount ( 11 ) and is configured to introduce light into an examination area, - another objective ( 2 ) from another lens mount ( 12 ) and is configured to observe the examination area, the sample holder ( 13 ), the lens mount ( 11 ) and the further lens storage ( 12 ) at a guide device ( 14 ) in such a way that upon displacement of the sample holder ( 13 ), the lens mount ( 11 ) and / or the other lens mount ( 12 ) axially to the longitudinal axis of the guide device ( 14 ) lateral relative positions to each other for the sample receiving ( 3 ), the objective ( 1 ) and the other lens ( 2 ) remain.

Apparatus according to claim 1, characterized in that the guide device ( 14 ) is firmly connected to at least one of the following holders: the sample holder ( 13 ), the lens mount ( 11 ) and the other lens mount ( 12 ).

Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that at least one of the following mounts on the guide means ( 14 ) is manually displaceable: the sample holder ( 13 ), the lens mount ( 11 ) and the other lens mount ( 13 ).

Device according to at least one of the preceding claims, characterized in that at least one of the following supports on the guide device ( 14 ) by means of an associated drive device ( 30 ; 31 ) is displaceable: the sample holder ( 13 ), the lens mount ( 11 ) and the other lens mount ( 12 ).

Device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the guide device ( 14 ) is formed with a multi-column guides having at least two columns.

Device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the axial displacement of at least two of the three holders, namely the sample holder ( 13 ), the lens mount ( 11 ) and the other lens mount ( 12 ), as a coupled movement is executable by the at least two brackets are coupled together via a coupling mechanism.

Device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the sample holder ( 3 ) and / or the lens ( 1 ) and / or the further lens ( 2 ) laterally to the longitudinal direction of the guide device ( 14 ) are relocatable.

Device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the sample holder ( 3 ) and / or the lens ( 1 ) and / or the further lens ( 2 ) with respect to a respective angular position to the longitudinal direction of the guide device ( 14 ) are adjustable.

Device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the objective ( 1 ) is configured to form the light in the examination area forming an optical trap.

Device according to at least one of the preceding claims, characterized in that a detection device ( 41 ) and the other lens ( 2 ) relative positioning to each other when moving the other lens ( 2 ) are sustainably connected.

Device according to at least one of the preceding claims, characterized in that via the lens ( 1 ) to be introduced into the examination area light via a coupling device, relative to the lens ( 1 ) is arranged stationary.

Device according to at least one of the preceding Claims, characterized in that a Köhler lighting providing Auflichteinrichtung is formed.