DE10250567A1

DE10250567A1 - Mikroskop mit einem Schieber

Info

Publication number: DE10250567A1
Application number: DE10250567A
Authority: DE
Inventors: Alexander Scheps
Original assignee: Carl Zeiss Jena GmbH
Current assignee: Carl Zeiss Microscopy GmbH
Priority date: 2002-10-28
Filing date: 2002-10-28
Publication date: 2004-05-06
Anticipated expiration: 2022-10-29
Also published as: DE10250567C5; DE10250567B4

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Mikroskopschieber zum Einbringen optischer Elemente in den Strahlengang. Zur Anpassung an verschiedene Abbildungszustände weist er Mittel zur Positionierung des optischen Elementes in Richtung der optischen Achse auf. Außerdem weist er eine mechanische Sicherung vor Kollision des optischen Elementes mit dem Mikroskopgehäuse beim Einschieben bzw. Herausziehen auf und kann über Mittel zur Positionserkennung verfügen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Schieber für ein Mikroskop wie er zum Platzieren optischer Elemente in den Strahlengang benutzt wird.
In der Mikroskopie ist es für bestimmte Mikroskopierverfahren notwendig, in „ausgezeichnete" Ebenen wie z.B. die Leuchtfeldblendenebene, die Aperturblendenebene usw. spezielle optische Elemente wie Filter, Pupillenmodulator-Elemente, Kontrastmodulatoren u.ä. einzubringen.
Dazu weisen die Mikroskope an den entsprechenden Stellen geeignete Ausbrüche in den Gehäusen sowie Führungen auf, mit deren Hilfe der Benutzer je nach Bedarf verschiedene optische Elemente in den Strahlengang einbringen kann. Um die einfache und sichere Platzierung sowie die Universalität zu sichern sind diese Führungen bei den einzelnen Mikroskopherstellern bzgl. der Größe und der geometrischen Abmessungen genormt.

Da diese optischen Elemente möglichst genau in die jeweiligen optischen Ebenen eingebracht werden müssen erlauben die Führungen nur eine Bewegung senkrecht zur optischen Achse. Beispiele für die Anwendung und Aufbau solcher Schieber sind beispielsweise in der Schrift US 6,437,912 zu finden. Dort sind für eine Reihe von Anwendungen verschiedene Schieber angegeben. Allen diesen Schiebern ist gemeinsam, dass durch die Führung und die Art der Montage der optischen Elemente auf dem Schieber die jeweilige Ebene justierfrei eingehalten wird. Die korrekte Positionierung der optischen Elemente im Strahlengang wird üblicherweise mittels mechanischer Rastungen realisiert. Eine anderweitige Rückmeldung über die Positionierung erfolgt nicht.

Bei der Anwendung der Methode der strukturierten Beleuchtung, wie sie in den Schriften in WO 97/6509, WO 98/45745 und WO 02/12945 beschrieben ist, ergibt sich die Notwendigkeit, in die Leuchtfeldblendenebene eingebrachte optische Elemente auch in Richtung der optischen Achse zu bewegen. Wie in WO 02/12945 ausführlich hergeleitet und beschrieben muss das zur Strukturierung der Beleuchtung dienende Gitter zur Anpassung an die Objektiveigenschaften und benutzten Wellenlängen parallel zur optischen Achse bewegt werden um stets eine optimale Abbildung zu gewährleisten. Bei der vom Benutzer gewünschten Anwendung dieser Methode in einem herkömmlichen Mikroskop kommt es zu Problemen, weil die vorhandenen und im Prinzip genormten Ausbrüche und Führungen eine Veränderung der Lage der optischen Elemente in Richtung der optischen Achse nicht gestatten. Das führt dazu, dass für die Anwendung dieser Methode erhebliche Eingriffe in vorhandene Mikroskope oder gar die Bereitstellung spezieller, mit den erforderlichen Justiermöglichkeiten ausgestatteter Mikroskope erfordert.

Die Erfindung stellt sich die Aufgabe diese Nachteile des Standes der Technik zu überwinden und die Möglichkeiten zum Einbringen optischer Elemente in den Strahlengang von Mikroskopen mittels Schiebern zu erweitern.

Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch ein Mikroskop gemäß dem Hauptanspruch, vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.

Dabei ist es vorteilhaft, wenn das oder die an dem Schieber angebrachten optischen Elemente in Richtung der optischen Achse des Strahlengangs beweg- und justierbar ausgeführt sind. Dabei kann das optische Element auch einen Weg ausführen, welcher größer als der durch den Ausbruch im Mikroskopgehäuse definierte freie Weg ist. Die Bewegung kann z.B. motorisch ausgeführt werden. Damit es beim Herausziehen des Schiebers aus dem Mikroskopgehäuse nicht zur Kollision des aus dem Grundkörper des Schiebers herausragenden optischen Elementes mit Teilen des Mikroskopgehäuses kommt, sind vorteilhafterweise Mittel vorgesehen, welche dann das optische Element zwangsweise in den Grundkörper des Schiebers zurückführen. Damit diese Rückführung auch bei ausgeschaltetem Antrieb sicher funktioniert ist es besonders günstig, wenn diese Rückführung mechanisch bewirkt wird. Eine besonders günstige Realisierung der Erfindung ergibt sich, wenn die Bewegung des optischen Elements mittels eines Hebels realisiert wird, der von einem mit einem Motor verbundenen Exzenter bewegt wird, wobei der Hebel sich unter Federwirkung gegen das Exzenter abstützt. Um die sichere Rückführung des optischen Elementes zu realisieren ist vorteilhafterweise dieser Hebel mit einer Außenkontur versehen, welche beim Einschieben bzw. Herausziehen des Schiebers derart an Teile des Mikroskopgehäuses anstößt, dass das optische Element gegen die Federwirkung innerhalb des Grundkörpers des Schiebers positioniert wird.

Eine vorteilhafte Lösung ergibt sich wenn eine Detektionsvorrichtung vorgesehen wird, welche erkennt, ob der Schieber eingeschoben ist, d.h. das optische Element korrekt im Strahlengang des Mikroskops positioniert ist. Diese ist vorteilhafterweise mit dem motorischen Antrieb verbunden und wirkt auf die Steuerung des Antriebs ein. Dazu kann der Antrieb zum Ausfahren des optischen Elements nur aktiviert werden, wenn es sich im Strahlengang des Mikroskops befindet, wird das Herausziehen des Schiebers aus dem Mikroskop detektiert, wird der Antrieb genutzt um das optische Element wieder in den freien Weg des Ausbruchs zu positionieren. Es ist von besonderem Vorteil, wenn die mechanische und elektrische Sicherung des optischen Elements gegen Kollision mit dem Mikroskopgehäuse kombiniert werden.

Alternativ können auch am Gehäuse des Mikroskops Mittel vorgesehen sein, welche eine Bewegung des Schiebers in Richtung der optischen Achse des Strahlengangs bewirken. Das hätte den Vorteil, dass das optische Element nicht über den Grundkörper des Schiebers herausragen müsste, allerdings sind zu dieser Realisierung der Erfindung Eingriffe am Mikroskopgehäuse erforderlich.

Die erfindungsgemäße Detektionsvorrichtung zur Erkennung der korrekten Position des Schiebers im Strahlengang kann vorteilhafterweise auch bei beliebigen Schiebern zur Positionierung optischer Elemente im Strahlengang eines Mikroskops eingesetzt werden. Insbesondere kann sie mit Ansteuerungen für andere elektrische steuerbare Mikroskopkomponenten wie Beleuchtung, Blenden o.ä. verbunden sein und so die für das jeweilige in den Strahlengang eingebrachte optische Element optimalen Abbildungsbedingungen bewirken. Eine weitere vorteilhafte Lösung ergibt sich, wenn die Detektionseinrichtung so ausgebildet ist, dass sie bei mehreren auf einem Schieber befindlichen, alternativ in den Strahlengang eines Mikroskops einbringbaren optischen Elementen die Information über das aktuell wirksame optische Element bereitstellen kann.

Die Erfindung wird mit einem bevorzugten Ausführungsbeispiel im Folgenden an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen
1 den erfindungsgemäßen Schieber im eingeschobenen Zustand
2 eine Darstellung der Bewegungselemente des optischen Elements
3 eine Schnittdarstellung des Schiebers
4 den erfindungsgemäßen Schieber im nicht-eingeschobenen Zustand
5 den Schieber in einer ersten eingeschobenen Position
6 den Schieber in einer zweiten einegeschobenen Position
1 zeigt den Schieber in eingeschobener Stellung, d.h. das optische Element 1 ist in den Strahlengang (dessen optische Achse mit 6 bezeichnet ist) des Mikroskops eingeschoben. Von dem Mikroskop ist nur ein Teil 2 (geschnitten) des Gehäuses mit den Ausbrüchen 3 und 4, welche den Schiebergrundkörper 5 führen, dargestellt. Das optische Element 1 ist im Grundkörper 5 so geführt, dass es in Richtung der optischen Achse 6 beweglich ist und in Arbeitsstellung auch über die Kontur der Gehäuseausbrüche 3 und 4 in den freien Raum des Strahlengangs hineinragen kann. Ein mit dem optischen Element 1 (oder dessen Träger) in Wirkverbindung stehender Hebel 7 stützt sich gegen den Ausbruch 4 ab und bewirkt durch seine Kontur in Form einer schiefen Ebene dass sich beim Herausziehen des Schiebers aus dem Mikroskopgehäuse das optische Element 1 in den Schiebergrundkörper eintaucht und so nicht mit dem Gehäuseausbruch 4 kollidiert.
In 2 ist sind die Bewegungselemente für das optische Element des erfindungsgemäßen Schiebers dargestellt. Ein am Grundkörper 5 des Schiebers angebrachter Motor 8 trägt auf seiner Antriebswelle einen Exzenter 9. Dieser wirkt auf den Hebel 7, welcher das optische Element gegen die Wirkung einer Feder 10 bewegen kann. Die Federspannung wirkt dabei in Richtung der optischen Achse, d.h. diese Feder schiebt das optische Element aus dem Grundkörper 5 heraus. Je nach Stellung des Exzenters 9 wird für diese Bewegung ein bestimmter Weg freigegeben und somit die Position des optischen Elementes in Richtung des Strahlengangs festgelegt.
3 zeigt einen Schnitt durch den erfindungsgemäßen Schieber. Das mit dem Motor 8 verbundene Exzenter 9 wirkt auf den Hebel 7 um die Bewegung des optischen Elementes 1 in Richtung der optischen Achse 6 gegen die Wirkung der hier nicht dargestellten Feder zu begrenzen. Der Hebel 7 weist eine aus zwei schiefen Ebenen 11 und 12 bestehende Kontur auf, welche im Zusammenwirken mit dem hier nicht dargestellten Ausbruch 4 des Mikroskopgehäuses beim Einschieben bzw. Herausziehen des Schiebers das Eintauchen des optischen Elementes 1 in den Grundkörper 5 bewirkt.
Diese Wirkung ist in 4 deutlicher dargestellt. Wenn der Schieber aus dem Strahlengang des Mikroskops herausgezogen wird, stößt die schiefe Ebene 12 gegen des am Rand des Ausbruchs 4 gegen das Mikroskopgehäuse und zwingt so das optische Element 1 gegen die Federkraft in den Grundkörper des Schiebers einzutauchen. Eine Kollision des optischen Elements mit dem Mikroskopgehäuse wird dadurch zuverlässig verhindert. Beim Einschieben in das Mikroskop wirkt die schiefe Ebene 11 in analoger Weise.
In 5 und 6 wird die erfindungsgemäße Detektionsvorrichtung für die Erkennung der Position des Schiebers im Strahlengang näher erläutert. Dazu weist der Schieber 5 zwei Positionssensoren 13, 14 auf, welche hier als Reflexlichtschranken ausgebildet sind. Der Schieber 5 ist hier mit zwei Öffnungen 15, 16 ausgestattet, welche optische Elemente wie z.B. ein Gitter wie in 1 oder eine Iris-Blende o.ä. aufnehmen können. Eine federbelastete Rast 17 sorgt in Zusammenwirken mit zwei Nuten 18, 19 dafür, dass der Schieber 5 jeweils einrastet, wenn sich entweder die Öffnung 15 oder die Öffnung 16 im Strahlengang 6 befindet. Die Positionssensoren 13, 14 sind so an dem Schieber angebracht, dass sich in einer ersten Stellung (5) beide innerhalb des Mikroskopgehäuses 2 befinden und damit beide ein entprechendes Signal (z.B. „verdeckt" im Fall von Reflexlichtschranken) liefern. In dieser Stellung befindet sich die Öffnung 15 im Strahlengang und das entsprechende optische Element ist wirksam. In einer zweiten Stellung (6) des Schiebers befindet sich der Positionssensor 13 außerhalb des Gehäuses 2 (Signal „frei"), Positionssensor 14 aber innerhalb (Signal „verdeckt"). Für den Fall, dass beide Positionssensoren das Signal „frei" melden, befindet sich der Schieber nicht in einer korrekten Position bzgl. des Strahlengangs 6. Damit ist von einer angeschlossenen, hier nicht dargestellten Elektronik die Stellung des Schiebers eindeutig detektierbar und eine entsprechende Ansteuerung anderer motorischer Mikroskopkomponenten in Abhängigkeit vom jeweils wirksamen optischen Element realisierbar.
Die Realisierung der Erfindung ist nicht an die dargestellten Ausführungsbeispiele gebunden. So kann statt der mechanischen Sicherung gegen Kollision des optischen Elements mit dem Mikroskopgehäuse auch eine elektrische Sicherung unter Nutzung des zur Bewegung dienenden Motors realisiert werden. Auch lassen sich bei geeigneter Konfiguration der Positionssensoren auch drei oder mehrere Stellungen des Schiebers bzgl. des Strahlengangs des Mikroskops detektieren.

Claims

Mikroskop mit mindestens einem Schieber zum definierten Einbringen optisch wirksamer Elemente in den Strahlengang des Mikroskops, wobei der Schieber einen Grundkörper aufweist, welcher in einen Ausbruch des Gehäuses des Mikroskops einbringbar ist, und einem mit dem Grundkörper verbundenen optischen Elements, gekennzeichnet dadurch, dass Mittel vorgesehen sind, welche eine Bewegung des optischen Elements in Richtung der optischen Achse des Strahlengangs des Mikroskops bewirken.
Mikroskop mit mindestens einem Schieber nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass diese Mittel eine Bewegung des optischen Elements relativ zum Grundkörper des Schiebers bewirken.
Mikroskop mit mindestens einem Schieber nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass diese Mittel eine Bewegung des Grundkörpers des Schiebers relativ zum Gehäuse des Mikroskops ermöglichen.
Mikroskop mit mindestens einem Schieber nach Anspruch 2, gekennzeichnet dadurch, dass der Verstellweg des optischen Elements entlang der optischen Achse des Mikroskops größer als der durch die Kontur des Ausbruchs im Mikroskopgehäuse vorgegebene freie Weg ist.
Mikroskop mit mindestens einem Schieber nach Anspruch 4, gekennzeichnet dadurch, dass weitere Mittel vorgesehen sind die das optische Element innerhalb des durch die Kontur des Ausbruchs bestimmten freien Weges positionieren, wenn das optische Element nicht im Strahlengang des Mikroskops eingebracht ist.
Mikroskop mit mindestens einem Schieber nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet dadurch, dass ein motorischer Antrieb zur Bewegung des optischen Elements in Richtung der optischen Achse des Strahlengangs des Mikroskops vorgesehen ist.
Mikroskop mit mindestens einem Schieber nach Anspruch 5 in Verbindung mit Anspruch 6, gekennzeichnet dadurch, dass die weiteren Mittel eine mechanische Positionierung des optischen Elements vorzugsweise unabhängig von der durch den elektrischen Antrieb vorgegebenen Position ermöglichen.
Mikroskop mit mindestens einem Schieber nach Anspruch 7, gekennzeichnet dadurch, dass als Antrieb ein Schrittmotor vorgesehen ist, welcher mit einem Exzenter in Wirkverbindung steht, wobei das optische Element über einen Hebel bewegbar ist, welcher mit dem Hebel in Eingriff steht, wobei das optische Element mit einer Federwirkung beaufschlagt ist, welche gegen die motorische Verstellung des Hebels gerichtet ist, und wobei der Hebel eine Außenkontur aufweist, welche bei Entfernen des optischen Elements aus dem Strahlengang des Mikroskops durch mechanischen Kontakt mit Teilen des Mikroskopgehäuses das optische Element in den freien Weg des Ausbruchs positionieren.
Mikroskop mit mindestens einem Schieber nach Anspruch 6, gekennzeichnet dadurch, dass eine Detektionsvorrichtung vorgesehen ist, welche die Position des Schiebers im Strahlengang des Mikroskops erkennt, wobei die Detektionsvorrichtung mit dem elektrischen Antrieb verbunden ist und bei Entfernen des optischen Elements aus dem Strahlengang den Antrieb so ansteuert, dass das optische Element in den freien Weg des Ausbruchs positioniert wird.
Mikroskop mit mindestens einem Schieber nach Anspruch 6, gekennzeichnet dadurch, dass eine Detektionsvorrichtung vorgesehen ist, welche die Position des Schiebers im Strahlengang des Mikroskops erkennt, wobei die Detektionsvorrichtung mit dem elektrischen Antrieb verbunden ist und den Antrieb nur freigibt, wenn sich das optische Element im Strahlengang befindet.
Mikroskop mit mindestens einem Schieber nach Anspruch 9 in Verbindung mit Anspruch 7 oder 8, gekennzeichnet dadurch, dass die mechanische und die elektrische Positionierung des optischen Elements in den freien Weg des Ausbruchs kombiniert werden.
Schieber zum Einbringen mindestens eines optischen Elements in den Strahlengang eines Mikroskops, gekennzeichnet dadurch, dass eine Detektionsvorrichtung für die Position des Schiebers vorgesehen ist.
Schieber zum Einbringen mindestens eines optischen Elements in den Strahlengang eines Mikroskops nach Anspruch 12, gekennzeichnet dadurch, dass der Schieber mindestens einen Positionssensor aufweist, welcher eine elektrisches Positionssignal erzeugt.
Schieber zum Einbringen mindestens eines optischen Elements in den Strahlengang eines Mikroskops nach Anspruch 13, gekennzeichnet dadurch, dass ein zweiter Positionssensor für Erkennung einer zweiten Position des Schiebers vorgesehen ist.
Schieber zum Einbringen mindestens eines optischen Elements in den Strahlengang eines Mikroskops nach Anspruch 13 oder 14, gekennzeichnet dadurch, dass als Positionssensor Reflexlichtschranken, Hall-Elemente, Transponder o.ä. vorgesehen sind.