DE4029821A1

DE4029821A1 - Numerically controlled microscope - has relatively pivotable slide carrier on which specimen is placed in field of selected objective lens for scanning by TV camera

Info

Publication number: DE4029821A1
Application number: DE19904029821
Authority: DE
Inventors: Guenter Neumann
Original assignee: Luigs & Neumann Feinmechanik U
Current assignee: Luigs & Neumann Feinmechanik U
Priority date: 1990-09-20
Filing date: 1990-09-20
Publication date: 1992-03-26

Abstract

The slide carrier (14) is pivotable about the axis of the column (12) w.r.t. the cubical housing (18) of a rotary cylinder sector (22) on which lenses (e.g.24a) are mounted in radial holes. The selected lens is positioned (26) by numerical control of stepping motors while two filter changers (40,44) are activated for measurement of fluorescence. The entire operation is controlled numerically by a programmed computer. ADVANTAGE - Computer-aided biological and medical examinations of different kinds can be performed quickly and effectively in various conditions.

Description

Die vorliegende Erfindung geht aus von einem numerisch gesteuerten Mikroskop mit einem Objekttisch, einer Objektivanordnung, einer Beleuchtungseinrichtung, einer Fernsehkamera, numerisch gesteuerten Stellvorrichtungen für die Objektivanordnung sowie zum Positionieren der Objektivanordnung bezüglich des Objekttisches, und einem Gehäuse.The present invention is based on a numerical controlled microscope with a stage, one Lens arrangement, a lighting device, one TV camera, numerically controlled actuators for the lens arrangement and for positioning the Lens arrangement with respect to the stage, and one Casing.

Aus der US-Z "SCIENTIFIC AMERICAN" Juli 1990, S. 62, 63 ist ein sogenanntes Telepathologiesystem bekannt, welches ein Mikroskop der oben angegebenen Art enthält. Numerisch steuerbare Mikroskope werden jedoch auch in biologischen und medizinischen Laboratorien benötigt, z. B. um mit Rechner unterstützung komplizierte und/oder wiederkehrende Unter suchungen schnell, effizient und fehlerfrei durchführen zu können. Für solche Zwecke ist das oben erwähnte spezielle numerisch gesteuerte Mikroskop weniger geeignet.From US-Z "SCIENTIFIC AMERICAN" July 1990, pp. 62, 63 a so-called telepathology system known, which a Contains microscope of the type specified above. Numeric Controllable microscopes are also used in biological and medical laboratories, e.g. B. order with calculator support complicated and / or recurring sub to carry out searches quickly, efficiently and without errors can. For such purposes, the above-mentioned is special numerically controlled microscope less suitable.

Die in den Ansprüche gekennzeichnete und im folgenden näher erläuterte Erfindung löst die Aufgabe, ein numerisch gesteuertes Mikroskop der oben angegebenen Art derart weiterzubilden, daß mikroskopische Untersuchungen der verschiedensten Art und unter den verschiedensten Bedingungen, insbesondere mit Rechnerunterstützung, schnell und effektiv durchgeführt werden können.The characterized in the claims and in more detail below The invention described solves the problem, one numerically controlled microscope of the type specified above to further that microscopic examination of the of various kinds and among the most varied Conditions, especially with computer support, quickly and can be carried out effectively.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: The following are exemplary embodiments of the invention Reference to the drawings explained in more detail. Show it:

Fig. 1 eine Schnittansicht eines numerisch steuerbaren Mikroskops gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, wobei die Schnittebene einen Abbildungs- und einen Beleuchtungsstrahlengang des Mikroskops enthält; Fig. 1 is a sectional view of a numerically controlled microscope according to a preferred embodiment of the invention, the section plane includes an imaging and an illumination beam path of the microscope;

Fig. 2 eine Schnittansicht des Mikroskops gemäß Fig. 1 in einer zur Schnittebene der Fig. 1 senkrechten Ebene, und FIG. 2 shows a sectional view of the microscope according to FIG. 1 in a plane perpendicular to the sectional plane of FIG. 1, and

Fig. 3 eine schematische Ansicht einer alternativen Anordnung von Objekttisch und Gehäuse eines erfindungsgemäßen Mikroskops. Fig. 3 is a schematic view of an alternative arrangement of the stage and housing of a microscope according to the invention.

Das in den Fig. 1 und 2 vereinfacht dargestellte Ausführungsbeispiel des vorliegenden Mikroskops enthält eine Basisplatte 10, an der eine aufrecht stehende Säule 12 befestigt ist. An der Säule 12 ist ein Objekttisch 14 mittels eines Ringes 16 um die Achse der Säule 12 schwenkbar gelagert. Der Ring 16 ist gewünschtenfalls auch längs der Säule 12 verschiebbar und er ist bezüglich der Säule durch eine nicht dargestellte Vorrichtung, wie eine Stellschraube, feststellbar.The exemplary embodiment of the present microscope shown in simplified form in FIGS. 1 and 2 contains a base plate 10 to which an upright column 12 is fastened. To the column 12, an object table 14 is supported by a ring 16 around the axis of the column 12 to pivot. If desired, the ring 16 can also be moved along the column 12 and it can be fixed with respect to the column by a device, not shown, such as an adjusting screw.

Auf der Basisplatte 10 ist ein im wesentlichen quader- oder kubusförmiges Gehäuse 18 einer Mikroskopeinheit 20 lösbar befestigt, z. B. durch nicht dargestellte Positionierstifte oder dergleichen. Im Gehäuse 18 ist ein zylindersektor förmiger Objektivrevolver 22 angeordnet, der einen zylinder sektorförmigen Körper mit radialen Durchbrechungen und Halterungen für mehrere, insbesondere sechs, Mikroskop objektive 24a, 24b enthält, deren optische Achsen radial verlaufen. Der Objektivrevolver 22 ist an einer Stell vorrichtung 26 angebracht, die Schrittmotoren zum Drehen des Objektivrevolvers um seine Achse 28 sowie zum linearen Verstellen des Objektivrevolvers 22 senkrecht zu seiner Achse in Richtung eines Doppelpfeiles 30 (Z-Richtung) enthält. Durch die Drehung des Objektivrevolvers läßt sich ein gewünschtes Objektiv, z. B., wie dargestellt, das Objektiv 24a, in einen auf den Objekttisch gerichteten Teil eines Abbildungsstrahlenganges einschalten. Die lineare Verstellung, die bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel in Schritten von 1 µm erfolgt, dient zur Scharfeinstellung eines auf dem Objekttisch 14 angeordneten, zu mikrosko pierenden Objekts. Der Abbildungsstrahlengang geht durch das eingeschaltete Objektiv 24a eine erste Linse 31, durch einen teildurchlässigen Spiegel 32, der gehäusefest im Inneren des Objektivrevolvers angeordnet ist und mit der Objektivachse einen Winkel von 45° bildet, und eine zweite Linse 33. Anschließend wird der Abbildungsstrahlengang durch ein Prisma 34 um 90° in eine Fernsehkamera 36 umgelenkt, die mittels einer nicht näher dargestellten Halterungsvor richtung lösbar mit dem Gehäuse 18 verbunden ist.On the base plate 10 , a substantially cuboid or cube-shaped housing 18 of a microscope unit 20 is releasably attached, for. B. by positioning pins, not shown, or the like. In the housing 18 , a cylindrical sector-shaped nosepiece 22 is arranged, which contains a cylindrical sector-shaped body with radial openings and holders for several, in particular six, microscope objective 24 a, 24 b, the optical axes of which extend radially. The nosepiece 22 is attached to an actuating device 26 which contains stepper motors for rotating the nosepiece about its axis 28 and for linearly adjusting the nosepiece 22 perpendicular to its axis in the direction of a double arrow 30 (Z direction). By turning the nosepiece, a desired lens, e.g. B., as shown, turn on the lens 24 a, in a part of an imaging beam path directed onto the object table. The linear adjustment, which takes place in steps of 1 μm in the present exemplary embodiment, is used to focus an object arranged on the object table 14 and to be microscopically object. The imaging beam path passes through the switched-on lens 24 a, a first lens 31 , through a partially transparent mirror 32 , which is arranged fixed to the housing in the interior of the nosepiece and forms an angle of 45 ° with the lens axis, and a second lens 33 . Subsequently, the imaging beam path is deflected by a prism 34 through 90 ° into a television camera 36 , which is detachably connected to the housing 18 by means of a not shown Halterungsvor direction.

Mit dem Gehäuse ist ferner lösbar eine Standard-Auflicht- Beleuchtungseinheit 38 verbunden. Der von der Beleuchtungs einheit ausgehende Beleuchtungsstrahlengang verläuft anfangs im wesentlichen parallel zum Strahlengang der Fernsehkamera 36 und wird dann durch den teildurchlässigen Umlenkspiegel 32 in den Strahlengang des eingeschalteten Mikroskop objektivs 24a umgelenkt wird.A standard incident light illumination unit 38 is also detachably connected to the housing. The outgoing from the lighting unit illuminating beam path initially runs essentially parallel to the beam path of the television camera 36 and is then deflected by the partially transparent deflecting mirror 32 into the beam path of the switched-on microscope objective 24 a.

Im Objektivrevolver 22 ist koaxial ein Filterwechsler 40 angeordnet, der einen zylindersektorförmigen Körper mit Durchbrechungen 42 aufweist, von denen eine frei ist und die anderen verschiedene Filter enthalten. Der Filterwechsler 40 kann durch einen in der Stelleinheit 26 enthaltenen, nicht dargestellten Schrittmotor um die Achse 28 gedreht werden, um die freie Durchbrechung oder ein gewünschtes Filter in den gemeinsamen Teil des Abbildungs- und des Beleuchtungs strahlenganges einzuschalten.In the nosepiece 22 , a filter changer 40 is arranged coaxially, which has a cylindrical sector-shaped body with openings 42 , one of which is free and the other contains different filters. The filter changer 40 can be rotated by a stepper motor, not shown, contained in the control unit 26 about the axis 28 in order to switch on the free opening or a desired filter in the common part of the imaging and illumination beam path.

Die Stellvorrichtung 26 weist eine Hohlwelle, auf der der Objektivrevolver 22 sitzt, und eine hierzu konzentrische Welle für den Filterwechsler 40 auf. Die nicht dargestellten Wellen werden jeweils von einem Schnittmotor über einen Riemen angetrieben, durch eine Winkelgeber- oder Inkremen talscheibe positioniert und mit einer Arretierung gehalten. Die Verstellung in Z-Richtung erfolgt durch einen weiteren Motor über einen Feinzahntrieb.The adjusting device 26 has a hollow shaft on which the nosepiece 22 is seated and a shaft which is concentric therewith for the filter changer 40 . The shafts, not shown, are each driven by a cutting motor via a belt, positioned by an angle encoder or incremental disc and held with a lock. The adjustment in the Z direction is carried out by another motor via a fine tooth drive.

In dem Teil des Beleuchtungsstrahlenganges, der zwischen der Beleuchtungseinheit 38 und dem teildurchlässigen Spiegel 32 verläuft, ist ein kreisscheibenförmiger zweiter Filter wechsler 44 angeordnet, der durch einen Schrittmotor 46 drehbar ist und eine Anzahl von Durchbrechungen 48 aufweist, von denen eine frei ist und die anderen Filter enthalten, einschließlich Filter für Fluoreszenzmessungen.In the part of the illumination beam path that runs between the illumination unit 38 and the partially transparent mirror 32 , a circular disk-shaped second filter changer 44 is arranged, which is rotatable by a stepper motor 46 and has a number of openings 48 , one of which is free and the other Filters included, including filters for fluorescence measurements.

Das Gehäuse 18 ist mit einem als Spritzwasserschutz dienenden Außengehäuse 50 umgeben, das nach den Seiten hin offen ist und sich wenigstens zum Teil über die Fernseh kamera 36 und die Beleuchtungseinrichtung 38 erstreckt.The housing 18 is surrounded by an outer housing 50 serving as splash protection, which is open to the sides and extends at least in part over the television camera 36 and the lighting device 38 .

Bei dem vorliegenden Mikroskop werden alle Funktionen, wie die Fokussierung durch Verstellung des Objektivrevolvers (mit dem Filterwechsler 40) in Richtung des Doppelpfeiles 30, der Objektivwechsel durch Absenken der Achse 28 und Drehung des Objektivrevolvers 22 um die Achse 28, und die Filterwechsel durch Drehen der Filterwechsler 40 bzw. 44 von einem entsprechend programmierten, nicht dargestellten PC oder anderen Rechner numerisch gesteuert. Durch die Pro grammierung ist gewährleistet, daß ein programmierter Arbeitsablauf beliebig oft fehlerfrei wiederholt werden kann, was sowohl für seltene und komplizierte als auch für häufig zu wiederholende Arbeitsabläufe von großem Vorteil ist.In the present microscope, all functions, such as focusing by adjusting the nosepiece (with the filter changer 40 ) in the direction of the double arrow 30 , changing the objective by lowering the axis 28 and rotating the nosepiece 22 about the axis 28 , and changing the filter by rotating the Filter changer 40 or 44 numerically controlled by a suitably programmed PC, not shown, or another computer. The programming ensures that a programmed workflow can be repeated any number of times without errors, which is of great advantage for rare and complicated as well as for frequently repeated workflows.

Das auf dem Objekttisch 14 gelagerte Objekt (nicht darge stellt) ist bezüglich des eingeschalteten Mikroskopobjektivs 24a in einer x- und in einer y-Richtung, die senkrecht zur optischen Achse des eingeschalteten Objektivs verlaufen, positionierbar. Hierzu kann entweder der Objekttisch 14 mit einer nicht dargestellten, bekannten xy-Stellvorrichtung versehen sein oder das Gehäuse 18 kann über eine solche Stellvorrichtung auf der Basisplatte 10 gelagert sein.The object stored on the stage 14 (not shown) can be positioned with respect to the switched-on microscope objective 24 a in an x- and in a y-direction, which run perpendicular to the optical axis of the activated objective. For this purpose, either the object table 14 can be provided with a known xy adjusting device (not shown) or the housing 18 can be mounted on the base plate 10 via such an adjusting device.

Die Lagerung des Objekttisches 14 an der Säule 12 ermöglicht es, den Objekttisch auszuwechseln und Tische verschiedener Größe zu verwenden. An der Säule 12 können auch mehrere Objekttische schwenkbar gelagert sein, die dann wahlweise in den Objektivstrahlengang eingeschwenkt werden können. Man kann dann z. B. mehrere Objekte in Klimaboxen lagern und nacheinander mikroskopieren bzw. manipulieren.The storage of the object table 14 on the column 12 makes it possible to replace the object table and to use tables of different sizes. A plurality of object tables can also be pivotably mounted on the column 12 , which can then optionally be pivoted into the objective beam path. You can then z. B. store several objects in climate boxes and microscope or manipulate them one after the other.

Die Mikroskopeinheit 20 kann auch als inverses oder als normales Auflichtmikroskop benutzt werden. In Fig. 3 ist eine solche Verwendung dargestellt. Hier ist ein Objekttisch 14a über eine Thermostatisiereinrichtung 52, die Peltier elemente enthalten kann, auf einer Basisplatte 10a gelagert und die Mikroskopeinheit 20, die ebenso ausgebildet ist, wie es in Verbindung mit Fig. 1 und 2 beschrieben wurde, ist bezüglich des Objekttisches 14a schwenkbar gelagert, wobei die Schwenkachse 54 in oder in der Nähe des Objekts ver läuft. Der nicht dargestellte Antrieb zur Schwenkung um die Achse 54 kann über einen Zahnriemen mittels eines Schritt oder Gleichstrommotors erfolgen. Positioniert wird über eine Impulsscheibe oder einen Winkelcodierer. Eine Bremseinheit gewährleistet die erforderliche Stabilität.The microscope unit 20 can also be used as an inverse or as a normal reflected light microscope. Such use is shown in FIG . Here is a stage 14 a via a thermostat 52 , which may contain Peltier elements, stored on a base plate 10 a and the microscope unit 20 , which is designed as it was described in connection with FIGS. 1 and 2, is with respect to the stage 14 a pivotally mounted, the pivot axis 54 running in or near the object ver. The drive, not shown, for pivoting about the axis 54 can take place via a toothed belt by means of a step or a DC motor. It is positioned using a pulse disc or an angle encoder. A braking unit ensures the required stability.

Für Untersuchungen mit Durchlicht kann eine Standard-Durch licht-Beleuchtungseinheit an der Säule 12 (Fig. 1) angebracht werden.For examinations with transmitted light, a standard transmitted light illumination unit can be attached to the column 12 ( FIG. 1).

Die Mikroskopeinheit 20 kann auch anderweitig gehaltert und eingesetzt werden, da sie alle zum Mikroskopieren erforder lichen Einrichtungen enthält.The microscope unit 20 can also be held and used in another way, since it contains all the equipment required for microscopy.

Claims

1. Numerically controlled microscope with

- an object table ( 14 , 14 a),
- a lens arrangement ( 22 , 24 a, 24 b),
- a lighting device ( 38 ),
- a television camera ( 36 ),
- Numerically controlled adjusting devices ( 26 , 46 ) for the lens arrangement and for positioning the lens arrangement with respect to the object table, and
- A housing, characterized by a device ( 12 , 16 ) through which the object table ( 14 , 14 a) and the housing ( 18 ) containing the lens arrangement can be pivoted with respect to one another.

2. Microscope according to claim 1, characterized in that the device for the pivotable mounting of the stage ( 14 ) with respect to the housing ( 18 ) contains a column ( 12 ) on which the stage ( 14 ) is pivotally mounted about an axis perpendicular to its plane is.

3. Microscope according to claim 2, characterized in that the column ( 12 ) is attached to a base plate ( 10 ) which serves to mount the housing ( 18 ).

4. Microscope according to claim 3, characterized in that the housing ( 18 ) is detachably attached to the base plate ( 10 ).

5. Microscope according to one of the preceding claims, characterized in that the lens arrangement ( 22 , 24 a, 24 b) and the associated adjusting devices are arranged within the housing ( 18 ).

6. Microscope according to one of the preceding claims, characterized in that the objective arrangement contains a revolving nosepiece ( 22 ) which is rotatably mounted about an axis ( 28 ) and which has a cylinder sector-shaped body on which a plurality of microscope objectives ( 24 a, 24 b) with radially extending optical axes are attached.

7. Microscope according to claim 6, characterized by a filter changer ( 40 ) with a cylindrical sector-shaped body of the filter containing openings and is rotatably mounted about the axis ( 28 a) of the nosepiece ( 22 ).

8. Microscope according to claim 6 or 7, characterized by a partially transparent mirror ( 32 ) which is arranged within the nosepiece ( 22 ) and a radiation beam emanating from the illumination device ( 38 ) deflects into a part of an imaging beam path, which by a on Objective ( 14 ) directed microscope objective ( 24 a) goes.

9. Microscope according to one of the preceding claims, characterized by a in the illumination beam path arranged second filter changer ( 44 ).

10. Microscope according to claim 9, characterized in that the second filter changer is disc-shaped.

11. Microscope according to one of the preceding claims, characterized by a beam deflection device ( 34 ) which deflects an imaging beam path that passes through the microscope objective ( 24 a) directed onto the object table ( 14 ) towards the television camera ( 36 ).

12. Microscope according to one of the preceding claims, characterized in that the adjusting devices by a programmed computer can be controlled.

13. Microscope according to one of the preceding claims, characterized in that the housing ( 18 ) has the shape of a cuboid.

14. Microscope according to one of the preceding claims, characterized in that the housing ( 18 ) is provided with a splash guard ( 50 ).