DE202015105900U1 - Lens holder for a microscope and microscope with such a lens holder - Google Patents
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Abstract
Objektivhalter für ein Mikroskop (1), mit einem im Objektivhalter (9) angeordneten ersten Objektiv (10, 11) und einem im Objektivhalter (9) angeordneten ersten Piezo-Linearantrieb (13, 14), der das erste Objektiv (10, 11) entlang seiner optischen Achse relativ zum Objektivhalter (9) bewegen kann.Lens holder for a microscope (1), with a first lens (10, 11) arranged in the lens holder (9) and a first piezo linear drive (13, 14) arranged in the lens holder (9), which holds the first lens (10, 11) along its optical axis relative to the lens holder (9) can move.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Objektivhalter für ein Mikroskop und ein Mikroskop mit einem solchen Objektivhalter. The present invention relates to a lens holder for a microscope and a microscope with such a lens holder.
Bei Mikroskopen besteht häufig die Anforderung, dass möglichst viel Platz zwischen dem Objektiv und der Probe, die auf einem Probentisch positioniert ist, vorhanden sein soll. Dies ist beispielsweise bei elektrophysiologischen Anwendungen der Fall. Der vorhandene Raum kann dann z.B. zur Positionierung von Mikropipetten genutzt werden. Erst für die applikative Untersuchung der Probe soll dann das Objektiv in die erforderliche Arbeitsposition fahren. In the case of microscopes, there is often a requirement that as much space as possible should be present between the objective and the sample, which is positioned on a sample stage. This is the case, for example, in electrophysiological applications. The existing space may then be e.g. used for positioning of micropipettes. Only for the applicative examination of the sample should the lens then move to the required working position.
Andererseits soll der Abstand zwischen einem Objektiv und der Probe möglichst gering sein, um gute Aufnahmen mit hoher Vergrößerung machen zu können. Weiterhin bestehen die Anforderungen, diesen Abstand für diverse mikroskopische Anwendungen schnell (innerhalb von ms) zu verändern. On the other hand, the distance between a lens and the sample should be as small as possible in order to take good pictures with high magnification. Furthermore, there are the requirements to change this distance for various microscopic applications quickly (within ms).
Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der Erfindung, einen Objektivhalter bereitzustellen, der diese Anforderungen möglichst erfüllen kann. Ferner soll ein Mikroskop mit einem solchen Objektivhalter bereitgestellt werden. Proceeding from this, it is an object of the invention to provide a lens holder that can meet these requirements as possible. Furthermore, a microscope is to be provided with such a lens holder.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch einen Objektivhalter für ein Mikroskop gelöst, wobei der Objektivhalter ein erstes Objektiv sowie einen ersten Piezo-Linearantrieb aufweist, die beide im Objektivhalter angeordnet sind, wobei der erste Piezo-Linearantrieb das erste Objektiv entlang seiner optischen Achse relativ zum Objektivhalter bewegen kann. According to the invention the object is achieved by a lens holder for a microscope, wherein the lens holder has a first lens and a first piezo linear actuator, both of which are arranged in the lens holder, wherein the first piezo linear actuator move the first lens along its optical axis relative to the lens holder can.
Mit einem solchen Piezo-Linearantrieb ist es möglich, größere Verfahrwege (z.B. mindestens 15 mm, 20 mm oder 25 mm) bereitzustellen, so dass einerseits der gewünschte große Abstand zwischen Objektivhalter und Probentisch bei der bestimmungsgemäßen Benutzung des Objektivhalters in einem Mikroskop z.B. zur Positionierung von Mikropipetten bereitgestellt werden kann. Andererseits ist auch eine gute Abbildung möglich, da der Piezo-Linearantrieb das erste Objektiv zur Aufnahme mit hoher Genauigkeit und großer Geschwindigkeit nahe an der Probe positionieren kann. With such a piezo linear drive, it is possible to provide longer travel paths (for example at least 15 mm, 20 mm or 25 mm) so that, on the one hand, the desired large distance between the objective holder and the sample stage in the intended use of the objective holder in a microscope e.g. can be provided for positioning of micropipettes. On the other hand, a good imaging is possible because the piezo linear actuator can position the first lens for recording with high accuracy and high speed close to the sample.
Der Objektivhalter kann ein zweites Objektiv und einen zweiten Piezo-Linearantrieb aufweisen, die beide im Objektivhalter vorgesehen sind, wobei der zweite Piezo-Linearantrieb das zweite Objektiv entlang seiner optischen Achse relativ zum Objektivhalter bewegen kann. Der zweite The lens holder may include a second lens and a second piezo linear actuator, both of which are provided in the lens holder, wherein the second piezo linear actuator can move the second lens along its optical axis relative to the lens holder. The second
Piezo-Linearantrieb kann ebenfalls einen Verfahrweg von mindestens 15 mm, 20 mm oder 25 mm bereitstellen. Piezo linear drive can also provide a travel of at least 15 mm, 20 mm or 25 mm.
Der Objektivhalter kann insbesondere als Objektivwechsler oder Objektivrevolver ausgebildet sein. Ferner kann der Objektivhalter auswechselbar ausgebildet sein, so dass er an verschiedenen Mikroskopen angeordnet werden kann. The lens holder can be designed, in particular, as an objective changer or objective revolver. Furthermore, the lens holder can be made exchangeable, so that it can be arranged on different microscopes.
Der Objektivhalter kann ferner so ausgebildet sein, dass das erste Objektiv eine Parkposition und eine Arbeitsposition aufweist, wobei in der Parkposition das Objektivs vollständig oder zumindest teilweise innerhalb des Objektivhalters angeordnet ist und in der Arbeitsposition das vom Objektivhalter abgewandte Ende des Objektives vom Objektivhalter einen größeren Abstand aufweist als in der Parkposition. Insbesondere kann der Unterschied zwischen Parkposition und Arbeitsposition 10 mm, 15 mm oder 20 mm betragen. Das gleiche gilt für das zweite Objektiv und den zweiten Piezo-Linearantrieb. The lens holder may further be formed so that the first lens has a parking position and a working position, wherein in the parking position, the lens is completely or at least partially disposed within the lens holder and in the working position facing away from the lens holder end of the lens from the lens holder a greater distance as in the parking position. In particular, the difference between parking position and working position may be 10 mm, 15 mm or 20 mm. The same applies to the second lens and the second piezo linear drive.
Der Objektivhalter kann auch mehr als zwei Objektive enthalten. Es ist auch möglich, dass der Objektivhalter genau zwei Objektive mit genau zwei Piezo-Linearantrieben enthält. Ferner kann der Objektivhalter genau ein Objektiv mit genau einem Piezo-Linearantrieb enthalten. Je nach Platzangebot im Objektivhalter kann das System um beliebig viele Kombinationen von Objektiven und Piezo-Linearantrieben ausgelegt werden. The lens holder may also contain more than two lenses. It is also possible that the lens holder contains exactly two lenses with exactly two piezo linear drives. Furthermore, the lens holder can contain exactly one lens with exactly one piezo linear drive. Depending on the space available in the lens holder, the system can be designed with any number of combinations of lenses and piezo linear actuators.
Jeder der Piezo-Linearantriebe kann zumindest zwei voneinander beabstandete Beine aufweisen, die elektrisch durch eine Ansteuereinrichtung angesteuert werden können. Die Beine sind dabei so ausgebildet, dass durch geeignete Ansteuerung einerseits die Länge der Beine (also die Ausdehnung in Längsrichtung) änderbar ist und andererseits ein Krümmen bzw. Verbiegen der Beine in einer Richtung quer zur Längsrichtung der Beine möglich ist. Each of the piezo linear actuators can have at least two spaced-apart legs, which can be controlled electrically by a drive device. The legs are designed so that by suitable control on the one hand, the length of the legs (ie, the extension in the longitudinal direction) is changeable and on the other hand, a bending or bending of the legs in a direction transverse to the longitudinal direction of the legs is possible.
Der Piezo-Linearantrieb umfasst mindestens zwei Beine. Zur Bewegung des Objektivs wird ein Bein, das in mechanischem Kontakt mit einem Teil des Objektivs und einer entsprechenden Führungsplatte oder -schiene steht, so gekrümmt, dass eine Vorschubbewegung erfolgt. Das andere Bein steht dabei nicht in mechanischem Kontakt mit dem Objektiv, sondern kann bevorzugt entgegen der Vorschubrichtung verbogen werden. Sobald die Vorschubbewegung mittels des ersten Beines abgeschlossen ist, kann das zweite Bein in Kontakt mit dem Objektiv gebracht werden und dann die gewünschte Vorschubbewegung ausführen, während das erste Bein außer Kontakt gebracht ist und wiederum bevorzugt entgegen der Vorschubbewegung bewegt wird. Durch wiederholte Durchführung dieser Schritte kann ein hochgenaues Verschieben bzw. Positionieren des Objektives durchgeführt werden. Bevorzugt weist der Piezo-Linearantrieb mehr als zwei Beine auf. Beispielsweise kann der Piezo-Linearantrieb ein Antriebselement mit vier Beinen aufweisen. Insbesondere kann der Piezo-Linearantrieb mehrere Antriebselemente umfassen. The piezo linear drive comprises at least two legs. To move the lens, a leg that is in mechanical contact with a part of the lens and a corresponding guide plate or rail is curved so that an advancing movement takes place. The other leg is not in mechanical contact with the lens, but can preferably be bent against the feed direction. Once the advancing movement is completed by means of the first leg, the second leg can be brought into contact with the lens and then perform the desired advancing movement, while the first leg is disengaged and again preferably moved counter to the advancing movement. By repeatedly performing these steps, a high-precision moving or positioning of the lens can be performed. The piezo linear drive preferably has more than two legs. For example, the piezo linear drive can have a drive element with four legs. In particular, can the piezo linear drive comprise a plurality of drive elements.
Der Piezo-Linearantrieb kann insbesondere so ausgebildet sein, wie er in der
Der Piezo-Linearantrieb kann auch als Piezo-Schreitantrieb bezeichnet werden. The piezo linear drive can also be referred to as a piezo stepping drive.
Es wird ferner ein Mikroskop mit einem Stativ und einem am Stativ befestigten erfindungsgemäßen Objektivhalter (einschließlich seiner erfindungsgemäßen Weiterbildung) bereitgestellt. There is also provided a microscope with a tripod and a tripod-mounted lens holder according to the invention (including its development according to the invention).
Das Mikroskop kann einen Probentisch und eine mechanische Führung, über die der Objektivhalter am Stativ befestigt ist, aufweisen, wobei die mechanische Führung eine Bewegung des Objektivhalters entlang einer ersten Richtung, die parallel zu der optischen Achse des Objektivs ist oder mit diesem zusammenfällt, wenn dieses in dem Abbildungsstrahlengang des Mikroskops positioniert ist, ermöglicht, um den Abstand zwischen dem Probentisch und dem Objektivhalter zu ändern. The microscope may include a sample table and a mechanical guide over which the lens holder is mounted on the tripod, the mechanical guide moving the objective holder along a first direction that is parallel to or coincident with the optical axis of the objective, if this is positioned in the imaging beam path of the microscope, allows to change the distance between the sample table and the lens holder.
Die Bewegung mittels der mechanischen Führung und des Piezo-Linearantriebs können gleichzeitig durchgeführt werden. Diese können entweder in gleicher Richtung oder gegenläufig sein. The movement by means of the mechanical guide and the piezo linear drive can be carried out simultaneously. These can be either in the same direction or in opposite directions.
Die mechanische Führung kann motorgetrieben sein. Sie kann z.B. elektromotorisch getrieben sein oder einen Schrittmotor aufweisen. The mechanical guide can be motor-driven. It can e.g. be driven by an electric motor or have a stepper motor.
Bei dem erfindungsgemäßen Mikroskop kann nach einem Objektivwechsel mittels des Objektivhalters eine Fokusablagenkorrektur (bzw. ein Parfokalitätsabgleich) durchgeführt werden. Damit wird vorteilhaft erreicht, dass nach einem Objektivwechsel die gleiche Stelle in der Probe scharf abgebildet wird. In the microscope according to the invention, after a lens change by means of the objective holder, a focus offset correction (or a parfocality adjustment) can be carried out. This advantageously achieves that after a lens change, the same point in the sample is displayed sharply.
Das erfindungsgemäße Mikroskop kann automatisch mehrere Aufnahmen in verschiedenen Fokusebenen durchführen, wobei mittels des Piezo-Linearantriebs die Fokusebenen eingestellt werden. Der Vorteil beruht darin, dass die Positionen schnell und präzise in weiten Verfahrbereichen angefahren werden können. The microscope according to the invention can automatically perform several recordings in different focal planes, the focal planes being set by means of the piezo linear drive. The advantage lies in the fact that the positions can be approached quickly and precisely in wide travel ranges.
Des Weiteren ist es möglich, dass die Fokussierung mittels des Piezo-Linearantriebs durchgeführt wird. Auch hier sind Präzision und Geschwindigkeit als herausragende Merkmale zu sehen. Furthermore, it is possible that the focusing is performed by means of the piezo linear drive. Again, precision and speed are seen as outstanding features.
Das erfindungsgemäße Mikroskop kann insbesondere als Mikroskop mit einem Probentisch ausgebildet sein, der in der ersten Richtung nicht bewegbar ist. Dies ist insbesondere für elektrophysiologische Anwendungen von Vorteil, da in diesem Fall beispielsweise Mikropipetten in der Probe positioniert sind. The microscope according to the invention can be designed in particular as a microscope with a sample table which is not movable in the first direction. This is particularly advantageous for electrophysiological applications, since in this case, for example, micropipettes are positioned in the sample.
Das Mikroskop kann insbesondere als aufrechtes Mikroskop ausgebildet sein. Ferner kann das erfindungsgemäße Mikroskop als Durchlicht- und/oder Auflichtmikroskop ausgebildet sein. Des Weiteren ist es möglich, dass das erfindungsgemäße Mikroskop als Laser-Scanning-Mikroskop ausgebildet ist. The microscope can be designed in particular as an upright microscope. Furthermore, the microscope according to the invention may be formed as a transmitted light and / or incident light microscope. Furthermore, it is possible that the microscope according to the invention is designed as a laser scanning microscope.
Der Objektivhalter kann bei dem erfindungsgemäßen Mikroskop auswechselbar angeordnet sein. The objective holder can be interchangeably arranged in the microscope according to the invention.
Des Weiteren ist es möglich, dass das Mikroskop ein Wechselmodul aufweist, das einen Objektivwechsel mittels des Objektivhalters nur dann zulässt, wenn alle im Objektivhalter enthaltenen Objektive in ihrer Parkposition sind. Das Wechselmodul kann mechanisch und/oder mittels einer Softwaresteuerung elektromechanisch den Objektivwechsel blockieren. Furthermore, it is possible for the microscope to have an exchangeable module which only permits a change of objective by means of the objective holder if all the objectives contained in the objective holder are in their parking position. The change module can mechanically and / or block the lens change electromechanically by means of a software control.
Insbesondere kann in dem Objektivhalter ein weiteres Objektiv angeordnet sein, das mittels einer mechanischen Betätigungseinrichtung (wie z. B. ein mechanischer Hebel, eine Hub- oder Senkvorrichtung) von seiner Parkposition in seine Arbeitsposition (und umgekehrt) gebracht werden kann. Unter der Parkposition wird insbesondere auch eine solche Position verstanden, bei der ein Objektivwechsel durchführbar ist. In particular, a further objective can be arranged in the objective holder, which can be brought from its parked position into its working position (and vice versa) by means of a mechanical actuating device (such as eg a mechanical lever, a lifting or lowering device). Under the parking position, in particular, such a position is understood in which a lens change is feasible.
Insbesondere kann die mechanische Betätigungseinrichtung so ausgebildet sein, dass eine Betätigung nur dann zu einer Bewegung des weiteren Objektivs aus seiner Parkposition in seine Arbeitsposition führt, wenn sich alle anderen Objektive des Objektivhalters in ihrer Parkposition befinden und das Objektiv in der Mikroskopachse positioniert ist. Dies kann so realisiert sein, dass die Bedienung der Betätigungseinrichtung blockiert und somit nicht möglich ist. Alternativ ist es möglich, dass zwar die Betätigungseinrichtung mechanisch betätigt werden kann (also dass z. B. der Hebel bewegt werden kann), dies aber zu keiner Änderung der Position des weiteren Objektivs führt, da beispielsweise ein mechanischer Eingriff mit weiteren mechanischen Elementen für eine solche Bewegung nicht vorliegt. In particular, the mechanical actuating device can be designed such that an actuation only leads to a movement of the further objective from its parking position into its working position, when all the other objectives of the objective holder are in their parking position and the objective is positioned in the microscope axis. This can be realized so that the operation of the actuator blocked and thus is not possible. Alternatively, it is possible that, although the actuating device can be actuated mechanically (ie that the lever can be moved, for example), this does not lead to a change in the position of the further objective since, for example, a mechanical engagement with other mechanical elements for a such movement is not present.
Das erfindungsgemäße Mikroskop kann weitere, dem Fachmann bekannte Elemente aufweisen, die zum Betrieb des Mikroskops notwendig sind. The microscope according to the invention can have further elements known to the person skilled in the art, which are necessary for the operation of the microscope.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in den angegebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung einsetzbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained not only in the specified combinations, but also in other combinations or in Stand alone, without departing from the scope of the present invention.
Nachfolgend wird die Erfindung beispielsweise anhand der beigefügten Zeichnungen, die auch erfindungswesentliche Merkmale offenbaren, noch näher erläutert. Es zeigen: The invention will be explained in more detail for example with reference to the accompanying drawings, which also disclose characteristics essential to the invention. Show it:
Bei der in
Das erfindungsgemäße Mikroskop
Die Abbildungseinrichtung
Der Objektivhalter
Für das erste und zweite Objektiv
Ferner können die Piezo-Linearantriebe
Durch die Piezo-Linearantriebe
In
In
Auf der Läuferplatte
Ferner ist auf der Läuferplatte
Ferner umfasst der Glasmaßstab
In
Der erste Piezo-Linearantrieb
In
Natürlich ist es auch möglich, dass der erste Stapelteil
Bei der hier beschriebenen Ausführungsform sind die beiden Objektive
Insbesondere ist der Objektivhalter
Im Betrieb kann der Piezo-Linearantrieb
Erfindungsgemäß wird mittels des ersten Piezo-Linearantriebs
Ferner kann bei dem erfindungsgemäßen Mikroskop eine Referenzierung durchgeführt werden, wenn in dem Mikroskop
In einem solchen Fall sollte zuerst eine Referenzierungsfahrt erfolgen. In
Wenn das erste Objektiv
Wenn das erste Objektiv
Wenn das erste Objektiv
Nach der durchgeführten Referenzierung kann dann, wenn das Objektiv
Natürlich kann zusätzlich zu der Verfahrung mittels des Piezo-Linearantriebs
Des Weiteren kann bei dem erfindungsgemäßen Mikroskop
Des Weiteren ist es möglich, dass nach einem Wechsel des Objektives (also z.B. bei einem Wechsel vom ersten Objektiv
Bei dem erfindungsgemäßen Mikroskop kann der Objektivhalter
Die mechanische Betätigungseinrichtung ist dabei so ausgebildet, dass ein Bewegen des Objektivs aus der Parkposition in die Arbeitsposition nur dann erfolgen kann, wenn die beiden anderen Objektive
Natürlich dürfen sich jeweils das erste oder zweite Objektiv
Natürlich kann auch eines der beiden Objektive
Grundsätzlich ist es so, dass ein Objektivwechsel (Positionierung des gewünschten Objektives in die Mikroskopachse) mechanisch nur dann möglich ist, wenn sich alle im Objektivrevolver befindlichen Objektive in Parkposition befinden. Außerdem ist die Überführung der Objektivposition von Parkposition zur Arbeitsposition nur in der Mikroskopachse möglich. Basically, it is the case that a lens change (positioning of the desired objective in the microscope axis) is mechanically possible only when all the lenses located in the objective turret are in parking position. In addition, the transfer of the lens position from parking position to the working position is possible only in the microscope axis.
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DE102018126526A1 (en) * | 2018-10-24 | 2020-04-30 | Carl Zeiss Microscopy Gmbh | Immersion agent application by means of a jet nozzle |
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DE10148267A1 (en) | 2001-06-12 | 2003-01-30 | Physik Instr Pi Gmbh & Co Kg | Piezo linear driving mechanism for converting electrical energy into motion, has a group of stacking actuators for driving a rotor in a guiding mechanism. |
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