EP2203774A1 - Arrangement for analyzing microscopic and macroscopic preparations - Google Patents

Arrangement for analyzing microscopic and macroscopic preparations

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EP2203774A1
EP2203774A1 EP08804658A EP08804658A EP2203774A1 EP 2203774 A1 EP2203774 A1 EP 2203774A1 EP 08804658 A EP08804658 A EP 08804658A EP 08804658 A EP08804658 A EP 08804658A EP 2203774 A1 EP2203774 A1 EP 2203774A1
Authority
EP
European Patent Office
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arrangement according
protective hood
optics
scanning
sample
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP08804658A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Peter Sendrowski
Claus Kress
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Leica Microsystems CMS GmbH
Original Assignee
Leica Microsystems CMS GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Leica Microsystems CMS GmbH filed Critical Leica Microsystems CMS GmbH
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B21/00—Microscopes
    • G02B21/02—Objectives
    • G02B21/025—Objectives with variable magnification
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B21/00—Microscopes
    • G02B21/0004—Microscopes specially adapted for specific applications
    • G02B21/002—Scanning microscopes
    • G02B21/0024—Confocal scanning microscopes (CSOMs) or confocal "macroscopes"; Accessories which are not restricted to use with CSOMs, e.g. sample holders
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    • G02B21/0004—Microscopes specially adapted for specific applications
    • G02B21/002—Scanning microscopes
    • G02B21/0024—Confocal scanning microscopes (CSOMs) or confocal "macroscopes"; Accessories which are not restricted to use with CSOMs, e.g. sample holders
    • G02B21/0052—Optical details of the image generation
    • G02B21/006—Optical details of the image generation focusing arrangements; selection of the plane to be imaged

Definitions

  • the invention relates to an arrangement for examining microscopic and macroscopic specimens with a scanning microscope.
  • the invention relates to an arrangement for examining microscopic and macroscopic specimens with a scanning microscope comprising a laser and optical means which image the light generated by the laser on a sample to be examined.
  • the scanning microscope can be designed as a confocal microscope.
  • the invention is therefore based on the object to provide a scanning microscope, which allows the sample examination even with macroscopic objects with high resolution.
  • the object is achieved by an arrangement which is characterized in that the scanning optics of a scanning microscope is connected to a zoom lens.
  • a zoom lens is known for example from stereomicroscopes.
  • a new type of scanning microscope is created, which is characterized by a large and variable working distance, typically up to about 80 mm, but also beyond. Due to the large working distance even larger objects can be examined.
  • a large and variable field of view with a diameter in the diagonal of up to 20 mm or beyond is achieved.
  • an overview image of large objects of a size up to several cm, in particular up to 2 cm in size can be created.
  • the zoom optics can be equipped with both micro lenses and macro lenses to ensure the highest image quality for each area to be examined.
  • overview images can be created very quickly by means of the zoom optics, in order then, by changing the magnification, to view details of the object without a further change of objective lens with the highest resolution. This leads to a very efficient work.
  • a microscope is thus created, which is characterized both in the macro and micro range by highest resolution and image quality.
  • the overall system is characterized by a very compact design. It is thus created by combining a scanning optics of a scanning microscope with a zoom optics, a novel optical system that allows new methods of investigation, especially for developmental biology.
  • a continuous base plate is provided as an object holder, so that this is easy to clean.
  • FIG. 2 is a schematic representation of the arrangement according to the invention of a confocal scanning microscope with a zoom lens
  • FIG. 3 is an illustration of the scanning microscope according to the invention from FIG. 2 seen in a perspective from above,
  • FIG. 4 is an enlarged view of FIG. 3 with a protective hood
  • FIG. 5 is a view of the protective hood of FIG. 4 viewed from above,
  • FIG. 6 is an enlarged view of FIG. 2 with a tension spring
  • Fig. 7 is an illustration of the scanning microscope according to the invention in a perspective seen from above with a tension spring and a transverse bolt.
  • 1 shows a confocal scanning microscope according to the prior art with a pulse laser 1 which generates a pulsed laser beam 2, which is passed through an optical component 3 here. From the optical component 3 exits an illumination light 4, which is imaged by a first optical system 5 on a lighting panel 6 and then strikes a beam splitter 7. From the beam splitter 7, the illumination light 4 passes to a second optical system 8, which generates a parallel light beam which strikes a scanning mirror 9.
  • the scanning mirror 9 several optics 10 and 1 1 are connected downstream, which form the light beam.
  • the light beam 4 reaches an objective 12, from which it is imaged onto a sample 13.
  • the light reflected or emitted by the sample 13 defines an observation beam path 4b.
  • the light of the observation beam path 4b again passes through the second optical system 8 and is imaged onto a detection aperture 14, which sits in front of a detector 15.
  • the detector 15 is a photomultiplier.
  • the detector can also be designed as a camera, which may be in particular a CCD or EMCCD camera.
  • the sample is scanned in XY, but also in the Z direction, and the detection light is registered in each case and from the measurement signals an observation image is created.
  • the working distance between the lens 12 and the sample 13 is very small, so that only microscopic objects can be observed.
  • the scanning optics 16 which has a scanning element such as a scanning mirror and further optical elements as described for example in FIG. 1, are connected to a zoom lens 17.
  • the zoom lens 17 is located between the scanning optics 16 and the lens 12.
  • Such zoom optics are known for stereomicroscopes and allow a large working distance.
  • a new type of scanning microscope 100 is provided, which is characterized by a large and variable working distance, typically up to about 80 mm in addition to the sample 18 distinguished. Due to the large working distance even larger objects can be examined. Furthermore, a large and variable field of view with a diameter in the diagonal of up to 20 mm or beyond is achieved. As a result, an overview image of large objects of a size up to several cm, in particular up to 2 cm in size can be created.
  • the zoom lens 17 can be equipped with both micro-lenses and macro lenses to ensure the highest image quality for each area to be examined.
  • 17 overview images can be created very quickly by the zoom optics, in order then to view details of the object without changing the objective with the highest resolution by changing the magnification. This leads to a very efficient work.
  • Base plate provided as an object holder 19, so that it is easy to clean. Furthermore, to view the sample 18, an eyepiece 20 is provided which allows direct observation of the sample 18. But it is of course also possible to use a digital camera for image recording instead of an eyepiece. By contrast, the rastered image of the object 18 is recorded in the detector, which is not shown here in detail and is preferably located in the scanning optics 16.
  • a protective hood 21 which is arranged in the region of the sample table 19 and shields occurring stray light.
  • the protective cover 21 consists of a laser material absorbing plastic material, wherein preferably a broad wavelength range is covered.
  • the protective hood 21 is designed to be hinged in order to allow good accessibility to the sample 18.
  • Such a protective hood 21 is shown schematically in FIG. 4.
  • the protective cover 21 is divided into two parts, wherein the two parts of the protective cover 21 are each fastened to pivot points 22, so that the two parts of the protective cover 21 are pivotable.
  • the guard 21 When pivoting the guard 21 to the side good accessibility of the work area is possible. Since the sample space is easily accessible by the pivoting of the protective hood 21, the sample 18 to be examined can be placed on the sample table 19 in a simple and uncomplicated manner and optionally also prepared.
  • the protective hood 21 is designed as a climate chamber in order to ensure a suitable room climate for the sample 19.
  • inlet openings 23 are provided for gas supply lines, which allow rapid ventilation of the climate chamber 21. Because the Protective hood 21 is made of an absorbent plastic for laser safety reasons, this also serves to protect the sample from extraneous light, since the ingress of scattered light is limited by the corresponding filter effect. This is of particular interest in biological long-term studies.
  • the gas flow 24 can be controlled in a defined manner in the climate chamber, so that damage to the sample due to gas flows can largely be ruled out.
  • a circular gas flow can be achieved by a curved shape of the climatic chamber 21, in which the flow velocity at the location of the sample 18 is very low and thus damage to the sample 18 can largely be ruled out.
  • less disturbing dirt particles can settle on the sample 18 due to the defined gas flow, which have been stirred up by the gas flow.
  • the climate chamber 21 can be additionally equipped with other heating and cooling elements.
  • the climate chamber 21 is not limited in this embodiment to the field of application for confocal laser scanning microscopy, but can also be used in other microscopes, in particular conventional light microscopes.
  • a tension spring 26 is provided in the interior of the drive or holding mechanism, by the use of a stronger servo motor 27 or a stronger mechanism a Nutzlaster shimmer für the invention.
  • a tension spring 26 is selected with a suitable spring constant, which allows neutralization of the load to be moved, ie the scan optical 16 with the zoom lens 17. As a result, the required torque of the servomotor 27 can be reduced because the spring 26 is a part of the weight load receives.
  • the servo motor 27 and a rack 28 are undersized, resulting in a very compact overall structure.
  • the tension spring 26 is advantageously held by bolts 29 in the supporting or holding arm 30, so that they can be replaced quickly and easily if necessary. Furthermore, a continuous adjustment of the bias of the spring 26 by means of a screw is conceivable.
  • the spring mechanism is used in the support or holding arm 30 of the housing, so that the tension spring 26 is protected from the outside from dirt and also a risk of injury is minimized.
  • this design can also be retrofitted to conventional scanning microscopes.

Abstract

The invention relates to an arrangement for analyzing microscopic and macroscopic preparations using a scanning microscope, wherein the scanning lens is connected to a zoom lens. In this manner a sample analysis is possible even of macroscopic objects at a high resolution.

Description

Anordnung zum Untersuchen von mikroskopischen und makroskopischen Präparaten Arrangement for examining microscopic and macroscopic preparations
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Untersuchen mikroskopischer und makroskopischer Präparate mit einem Scanmikroskop. Insbesonderen betrifft die Erfindung eine Anordnung zum Untersuchen mikroskopischer und makroskopischer Präparate mit einem Scanmikroskop, das einen Laser und optische Mittel umfasst, die das von dem Laser erzeugte Licht auf eine zu untersuchende Probe abbilden. Insbesondere kann das Scanmikroskop als konfokales Mikroskop ausgebildet sein.The invention relates to an arrangement for examining microscopic and macroscopic specimens with a scanning microscope. In particular, the invention relates to an arrangement for examining microscopic and macroscopic specimens with a scanning microscope comprising a laser and optical means which image the light generated by the laser on a sample to be examined. In particular, the scanning microscope can be designed as a confocal microscope.
Bisher sind im Stand der Technik Scanmikroskope bekannt, mit denen mikroskopische Präparate untersucht werden können. In der Scanmikroskopie wird eine Probe mit einem Lichtstrahl abgerastert. Hierzu werden Laser als Lichtquellen eingesetzt. Hingegen ist es bisher nicht möglich, auch große makroskopische Objekte wie beispielsweise kleine Fische mit einem herkömmlichen konfokalen Laserscanmikroskop zu untersuchen, da weder Arbeitsabstand noch das Scanfeld dafür nicht ausgelegt sind. Es besteht jedoch zusehends ein Bedarf, auch makroskopische Objekte mit einer hohen Auflösung zu untersuchen, insbesondere für pharmazeutische Fragestellungen oder auch in der Entwicklungsbiologie. So ist es beispielsweise für das Verständnis des Wirkmechanismus von Medikamenten von hohem Interesse, auch größere Objekte wie beispielsweise Zebrafische direkt unter einem Mikroskop zu untersuchen. Zebrafische eignen sich aufgrund ihrer Transparenz sehr gut für lichtmikroskopische Untersuchungen.Heretofore, scanning microscopes have been known in the prior art with which microscopic preparations can be examined. In scanning microscopy, a sample is scanned with a light beam. For this purpose, lasers are used as light sources. On the other hand, it has hitherto not been possible to examine large macroscopic objects, such as, for example, small fish with a conventional confocal laser scanning microscope, since neither the working distance nor the scanning field are not designed for this purpose. However, there is an increasing need to investigate also macroscopic objects with a high resolution, especially for pharmaceutical issues or in developmental biology. For example, in order to understand the mechanism of action of drugs, it is of great interest to examine larger objects such as zebrafish directly under a microscope. Zebrafish are very suitable for light microscopic examinations because of their transparency.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Scanmikroskop zu schaffen, das die Probenuntersuchung auch bei makroskopischen Objekten mit hoher Auflösung ermöglicht. Die Aufgabe wird gelöst durch eine Anordnung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Scanoptik eines Scanmikroskops mit einer Zoom-Optik verbunden wird. Eine derartige Zoom-Optik ist beispielsweise von Stereomikroskopen bekannt. Durch die Kombination einer Scanoptik mit einer Zoomoptik ist ein neuer Typ eines Scanmikroskops geschaffen, das sich durch einen großen und variablen Arbeitsabstand, typischerweise bis zu ca. 80 mm aber auch darüber hinaus auszeichnet. Durch den großen Arbeitsabstand können auch größere Objekte untersucht werden. Des weiteren wird ein großes und variables Sehfeld mit einem Durchmesser in der Diagonalen bis zu 20 mm oder auch darüber hinaus erreicht. Hierdurch kann von großen Objekten von einer Größe bis zu mehreren cm, insbesondere bis zu 2 cm Größe ein Übersichtsbild erstellt werden.The invention is therefore based on the object to provide a scanning microscope, which allows the sample examination even with macroscopic objects with high resolution. The object is achieved by an arrangement which is characterized in that the scanning optics of a scanning microscope is connected to a zoom lens. Such a zoom lens is known for example from stereomicroscopes. By combining a scanning optics with a zoom lens, a new type of scanning microscope is created, which is characterized by a large and variable working distance, typically up to about 80 mm, but also beyond. Due to the large working distance even larger objects can be examined. Furthermore, a large and variable field of view with a diameter in the diagonal of up to 20 mm or beyond is achieved. As a result, an overview image of large objects of a size up to several cm, in particular up to 2 cm in size can be created.
Um einen anderen Vergrößerungsbereich einzustellen, ist kein Objektivwechsel erforderlich, sondern durch die Zoomoptik kann eine veränderte Vergrößerung eingestellt werden und das Objekt vom Makro- bis in den Mikrobereich mit höchster Auflösung und guter Bildqualität untersucht werden. Dies bedeutet insbesondere, dass keine Positionsveränderung der Probe bei verschiedenen Vergrößerungsstufen erforderlich ist und somit Beschädigungen weitgehend ausgeschlossen werden können.To set a different magnification range, no lens change is required, but by the zoom lens can be set to a different magnification and the object from the macro to the micro range with the highest resolution and good image quality are examined. This means in particular that no change in position of the sample is required at different magnification levels and thus damage can be largely excluded.
Die Zoom-Optik kann sowohl mit Mikroobjektiven als auch mit Makroobjektiven ausgestattet werden, um für den jeweils zu untersuchenden Bereich die höchste Bildqualität zu gewährleisten. Insbesondere können durch die Zoom-Optik Übersichtsbilder sehr schnell erstellt werden, um dann durch eine Veränderung der Vergrößerung Details des Objekts ohne einen weiteren Objektivwechsel mit höchster Auflösung zu betrachten. Dies führt zu einem sehr effizienten Arbeiten.The zoom optics can be equipped with both micro lenses and macro lenses to ensure the highest image quality for each area to be examined. In particular, overview images can be created very quickly by means of the zoom optics, in order then, by changing the magnification, to view details of the object without a further change of objective lens with the highest resolution. This leads to a very efficient work.
Da der Arbeitsabstand des Objektivs sehr groß ist, ist ein großer und komfortabler Arbeitsbereich geschaffen, der die Probenmanipulation erleichtert. Gegenüber herkömmlichen Mikroskopen ist die Zugänglichkeit zur Probe sowie der Probenwechsel deutlich verbessert. Der Probenwechsel kann wesentlich schneller, sicherer und auch komfortabler erfolgen. Insgesamt ist somit ein Mikroskop geschaffen, das sich sowohl im Makro- als auch im Mikrobereich durch höchste Auflösung und Bildqualität auszeichnet. Darüber hinaus zeichnet sich das Gesamtsystem durch einen sehr kompakten Aufbau aus. Es ist somit durch die Kombination einer Scanoptik eines Scanmikroskops mit einer Zoom-Optik ein neuartiges optisches System geschaffen worden, das neue Untersuchungsmethoden, insbesondere für die Entwicklungsbiologie, ermöglicht.Since the working distance of the lens is very large, a large and comfortable work area is created, which facilitates the sample manipulation. Compared to conventional microscopes, the accessibility to the sample and the sample change are significantly improved. The sample change can be much faster, safer and more comfortable. Overall, a microscope is thus created, which is characterized both in the macro and micro range by highest resolution and image quality. In addition, the overall system is characterized by a very compact design. It is thus created by combining a scanning optics of a scanning microscope with a zoom optics, a novel optical system that allows new methods of investigation, especially for developmental biology.
Vorteilhafterweise ist eine durchgehende Basisplatte als Objekthalter vorgesehen, so dass dies leicht zu reinigen ist.Advantageously, a continuous base plate is provided as an object holder, so that this is easy to clean.
In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand schematisch dargestellt und wird anhand der Zeichnung nachfolgend beschrieben.In the drawing, the subject invention is shown schematically and will be described below with reference to the drawing.
Dabei zeigen:Showing:
Fig. 1 eine Anordnung eines konfokalen Scanmikroskops nach dem Stand der Technik,1 shows an arrangement of a confocal scanning microscope according to the prior art,
Fig. 2 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Anordnung eines konfokalen Scanmikroskops mit einer Zoom-Optik,2 is a schematic representation of the arrangement according to the invention of a confocal scanning microscope with a zoom lens,
Fig. 3 eine Darstellung des erfindungsgemäßen Scanmikroskops aus Fig. 2 in einer Perspektive von oben gesehen,3 is an illustration of the scanning microscope according to the invention from FIG. 2 seen in a perspective from above,
Fig. 4 eine erweiterte Darstellung der Fig. 3 mit einer Schutzhaube,4 is an enlarged view of FIG. 3 with a protective hood,
Fig. 5 eine Darstellung der Schutzhaube aus Fig. 4 von oben betrachtet,5 is a view of the protective hood of FIG. 4 viewed from above,
Fig. 6 eine erweiterte Darstellung der Fig. 2 mit einer Zugfeder,6 is an enlarged view of FIG. 2 with a tension spring,
Fig. 7 eine Darstellung des erfindungsgemäßen Scanmikroskops in einer Perspektive von oben gesehen mit einer Zugfeder und einem Querbolzen. Fig. 1 zeigt ein konfokales Scanmikroskop nach dem Stand der Technik mit einem Pulslaser 1 , der einen gepulsten Laserstrahl 2 erzeugt, der hier durch ein optisches Bauelement 3 geleitet wird. Aus dem optischen Bauelement 3 tritt ein Beleuchtungslicht 4 aus, das von einer ersten Optik 5 auf eine Beleuchtungsblende 6 abgebildet wird und dann auf einen Strahlteiler 7 trifft. Vom Strahlteiler 7 gelangt das Beleuchtungslicht 4 zu einer zweiten Optik 8, die einen parallelen Lichtstrahl erzeugt, der auf einen Scanspiegel 9 trifft. Dem Scanspiegel 9 sind mehrere Optiken 10 und 1 1 nachgeschaltet, die den Lichtstrahl formen. Der Lichtstrahl 4 gelangt zu einem Objektiv 12, von dem er auf eine Probe 13 abgebildet wird. Das von der Probe 13 reflektierte oder ausgesendete Licht definiert einen Beobachtungsstrahlengang 4b. Das Licht des Beobachtungsstrahlengangs 4b tritt abermals durch die zweite Optik 8 und wird auf eine Detektionsblende 14 abgebildet, die vor einem Detektor 15 sitzt. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Detektor 15 um einen Photomultiplier. Der Detektor kann jedoch auch als Kamera ausgeführt sein, wobei es sich insbesondere um eine CCD- oder EMCCD-Kamera handeln kann. Eine Ausführung des Detektors als Detektorarray, insbesondere in Form eines APD-Arrays, ist ebenfalls möglich. In bekannter Weise wird die Probe in X-Y-, aber auch in Z-Richtung abgerastert, und das Detektionslicht wird jeweils registriert und aus den Meßsignalen wird ein Beobachtungsbild erstellt. Bei den bekannten konfokalen Scanmikroskopen ist jedoch der Arbeitsabstand zwischen dem Objektiv 12 und der Probe 13 sehr gering, so dass nur mikroskopische Objekte beobachtet werden können.Fig. 7 is an illustration of the scanning microscope according to the invention in a perspective seen from above with a tension spring and a transverse bolt. 1 shows a confocal scanning microscope according to the prior art with a pulse laser 1 which generates a pulsed laser beam 2, which is passed through an optical component 3 here. From the optical component 3 exits an illumination light 4, which is imaged by a first optical system 5 on a lighting panel 6 and then strikes a beam splitter 7. From the beam splitter 7, the illumination light 4 passes to a second optical system 8, which generates a parallel light beam which strikes a scanning mirror 9. The scanning mirror 9 several optics 10 and 1 1 are connected downstream, which form the light beam. The light beam 4 reaches an objective 12, from which it is imaged onto a sample 13. The light reflected or emitted by the sample 13 defines an observation beam path 4b. The light of the observation beam path 4b again passes through the second optical system 8 and is imaged onto a detection aperture 14, which sits in front of a detector 15. Preferably, the detector 15 is a photomultiplier. However, the detector can also be designed as a camera, which may be in particular a CCD or EMCCD camera. An embodiment of the detector as a detector array, in particular in the form of an APD array, is also possible. In a known manner, the sample is scanned in XY, but also in the Z direction, and the detection light is registered in each case and from the measurement signals an observation image is created. In the known confocal scanning microscopes, however, the working distance between the lens 12 and the sample 13 is very small, so that only microscopic objects can be observed.
In der in Fig. 2 dargestellten erfindungsgemäßen Anordnung wurde die Scanoptik 16, die ein Scanelement wie einen Scanspiegel und weitere wie beispielsweise in Fig. 1 beschriebene optische Elemente aufweist, mit einer Zoomoptik 17 verbunden. Vorzugsweise befindet sich die Zoom-Optik 17 zwischen der Scanoptik 16 und dem Objektiv 12. Derartige Zoom-Optiken sind für Stereomikroskope bekannt und erlauben einen großen Arbeitsabstand.In the arrangement according to the invention shown in FIG. 2, the scanning optics 16, which has a scanning element such as a scanning mirror and further optical elements as described for example in FIG. 1, are connected to a zoom lens 17. Preferably, the zoom lens 17 is located between the scanning optics 16 and the lens 12. Such zoom optics are known for stereomicroscopes and allow a large working distance.
Durch die Kombination einer Zoom-Optik 17 mit einer Scanoptik 16 ist ein neuer Typ eines Scanmikroskops 100 geschaffen, das sich durch einen großen und variablen Arbeitsabstand, typischerweise bis zu ca. 80 mm aber auch darüber hinaus zur Probe 18 auszeichnet. Durch den großen Arbeitsabstand können auch größere Objekte untersucht werden. Des weiteren wird ein großes und variables Sehfeld mit einem Durchmesser in der Diagonalen bis zu 20 mm oder auch darüber hinaus erreicht. Hierdurch kann von großen Objekten von einer Größe bis zu mehreren cm, insbesondere bis zu 2 cm Größe ein Übersichtsbild erstellt werden.By combining a zoom lens 17 with a scanning optics 16, a new type of scanning microscope 100 is provided, which is characterized by a large and variable working distance, typically up to about 80 mm in addition to the sample 18 distinguished. Due to the large working distance even larger objects can be examined. Furthermore, a large and variable field of view with a diameter in the diagonal of up to 20 mm or beyond is achieved. As a result, an overview image of large objects of a size up to several cm, in particular up to 2 cm in size can be created.
Um einen anderen Vergrößerungsbereich einzustellen, ist kein Objektivwechsel erforderlich, sondern durch die Zoomoptik kann eine veränderte Vergrößerung eingestellt werden und das Objekt vom Makro- bis in den Mikrobereich mit höchster Auflösung und guter Bildqualität untersucht werden. Dies bedeutet insbesondere, dass keine Positionsveränderung der Probe bei verschiedenen Vergrößerungsstufen erforderlich ist und somit Beschädigungen weitgehend ausgeschlossen werden können. Insgesamt ist somit ein Mikroskop geschaffen, das sich sowohl im Mikro- als auch im Makrobereich durch höchste Auflösung und Bildqualität auszeichnet. Darüber hinaus zeichnet sich das Gesamtsystem durch einen sehr kompakten Aufbau aus.To set a different magnification range, no lens change is required, but by the zoom lens can be set to a different magnification and the object from the macro to the micro range with the highest resolution and good image quality are examined. This means in particular that no change in position of the sample is required at different magnification levels and thus damage can be largely excluded. Overall, a microscope is thus created, which is characterized both in the micro and in the macro range by highest resolution and image quality. In addition, the overall system is characterized by a very compact design.
Es ist somit durch die Kombination einer Scanoptik 16 eines konfokalen Scanmikroskops mit einer Zoom-Optik 17 ein neuartiges optisches System geschaffen worden, das neue Untersuchungsmethoden, insbesondere für die Entwicklungsbiologie, ermöglicht.Thus, by combining a scanning optical system 16 of a confocal scanning microscope with a zoom optical system 17, a novel optical system has been created which enables new examination methods, in particular for developmental biology.
Die Zoom-Optik 17 kann sowohl mit Mikroobjektiven als auch mit Makroobjektiven ausgestattet werden, um für den jeweils zu untersuchenden Bereich die höchste Bildqualität zu gewährleisten. Insbesondere können durch die Zoom-Optik 17 Übersichtsbilder sehr schnell erstellt werden, um dann durch eine Veränderung der Vergrößerung Details des Objekts ohne einen weiteren Objektivwechsel mit höchster Auflösung zu betrachten. Dies führt zu einem sehr effizienten Arbeiten.The zoom lens 17 can be equipped with both micro-lenses and macro lenses to ensure the highest image quality for each area to be examined. In particular, 17 overview images can be created very quickly by the zoom optics, in order then to view details of the object without changing the objective with the highest resolution by changing the magnification. This leads to a very efficient work.
Da der Arbeitsabstand des Objektivs 12 sehr groß ist, ist ein großer und komfortabler Arbeitsbereich geschaffen, der die Probenmanipulation erleichtert. Gegenüber herkömmlichen Mikroskopen ist die Zugänglichkeit zur Probe sowie der Probenwechsel deutlich verbessert. Der Probenwechsel kann wesentlich schneller, sicherer und auch komfortabler erfolgen.Since the working distance of the objective 12 is very large, a large and comfortable working area is created, which facilitates sample manipulation. Compared to conventional microscopes, accessibility to Sample and the sample change significantly improved. The sample change can be much faster, safer and more comfortable.
Für die Halterung der Probe 18 ist vorteilhafterweise eine durchgehendeFor the holder of the sample 18 is advantageously a continuous
Basisplatte als Objekthalter 19 vorgesehen, so dass diese leicht zu reinigen ist. Des weiteren ist zum Betrachten der Probe 18 ein Okular 20 vorgesehen, das eine direkte Beobachtung der Probe 18 ermöglicht. Es ist aber natürlich auch möglich, statt eines Okulars eine digitale Kamera zur Bildaufnahme einzusetzen. Das gerasterte Bild des Objektes 18 wird hingegen im Detektor, der hier nicht näher dargestellt ist und sich vorzugsweise im Scanoptik 16 befindet, aufgenommen.Base plate provided as an object holder 19, so that it is easy to clean. Furthermore, to view the sample 18, an eyepiece 20 is provided which allows direct observation of the sample 18. But it is of course also possible to use a digital camera for image recording instead of an eyepiece. By contrast, the rastered image of the object 18 is recorded in the detector, which is not shown here in detail and is preferably located in the scanning optics 16.
Aufgrund des großen Arbeitsabstandes ergibt sich jedoch das Problem der Sicherheit durch auftretende Laserstrahlung. Dies wird gelöst durch eine Schutzhaube 21 , die im Bereich des Probentisches 19 angeordnet ist und auftretendes Streulicht abschirmt. Vorzugsweise besteht die Schutzhaube 21 aus einem Laserlicht absorbierenden Kunststoffmaterial, wobei vorzugsweise ein breiter Wellenlängenbereich abgedeckt wird. Insbesondere ist die Schutzhaube 21 aufklappbar ausgeführt, um eine gute Zugänglichkeit zur Probe 18 zu ermöglichen.Due to the large working distance, however, there is the problem of safety by occurring laser radiation. This is achieved by a protective hood 21, which is arranged in the region of the sample table 19 and shields occurring stray light. Preferably, the protective cover 21 consists of a laser material absorbing plastic material, wherein preferably a broad wavelength range is covered. In particular, the protective hood 21 is designed to be hinged in order to allow good accessibility to the sample 18.
Eine solche Schutzhaube 21 ist schematisch in Fig. 4 dargestellt. Vorzugsweise ist die Schutzhaube 21 zweigeteilt, wobei die beiden Teile der Schutzhaube 21 jeweils an Drehpunkten 22 befestigt sind, so dass die beiden Teile der Schutzhaube 21 verschwenkbar sind. Beim Verschwenken der Schutzhaube 21 zur Seite ist eine gute Zugänglichkeit des Arbeitsbereiches ermöglicht. Da durch das Verschwenken der Schutzhaube 21 der Probenraum gut zugänglich ist, kann die zu untersuchende Probe 18 einfach und unkompliziert auf den Probentisch 19 gelegt und gegebenenfalls auch noch präpariert werden.Such a protective hood 21 is shown schematically in FIG. 4. Preferably, the protective cover 21 is divided into two parts, wherein the two parts of the protective cover 21 are each fastened to pivot points 22, so that the two parts of the protective cover 21 are pivotable. When pivoting the guard 21 to the side good accessibility of the work area is possible. Since the sample space is easily accessible by the pivoting of the protective hood 21, the sample 18 to be examined can be placed on the sample table 19 in a simple and uncomplicated manner and optionally also prepared.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Schutzhaube 21 als Klimakammer ausbildet, um ein geeignetes Raumklima für die Probe 19 sicherzustellen. Vorteilhafterweise sind Einlassöffnungen 23 für Gaszuführungen vorgesehen, die eine schnelle Be- und Entlüftung der Klimakammer 21 ermöglichen. Da die Schutzhaube 21 aus Lasersicherheitsgründen aus einem absorbierenden Kunststoff gefertigt ist, dient dies auch dem Schutz der Probe vor Fremdlicht, da das Eindringen von Streulicht durch die entsprechende Filterwirkung begrenzt wird. Dies ist insbesondere bei biologischen Langzeituntersuchungen von Interesse.In a further embodiment, the protective hood 21 is designed as a climate chamber in order to ensure a suitable room climate for the sample 19. Advantageously, inlet openings 23 are provided for gas supply lines, which allow rapid ventilation of the climate chamber 21. Because the Protective hood 21 is made of an absorbent plastic for laser safety reasons, this also serves to protect the sample from extraneous light, since the ingress of scattered light is limited by the corresponding filter effect. This is of particular interest in biological long-term studies.
Durch die Formgebung der Schutzhaube 21 kann der Gasstrom 24 in der Klimakammer definiert gesteuert werden, so dass Beschädigungen der Probe durch Gasströmungen weitgehend ausgeschlossen werden können. Insbesondere kann durch eine gewölbte Form der Klimakammer 21 eine zirkuläre Gasströmung erreicht werden, bei der am Ort der Probe 18 die Strömungsgeschwindigkeit sehr gering ist und somit Beschädigungen der Probe 18 weitgehend ausgeschlossen werden können. Insbesondere können sich durch den definierten Gasstrom weniger störende Schmutzpartikel auf die Probe 18 absetzen, die durch den Gasstrom aufgewirbelt worden sind.Due to the shape of the protective hood 21, the gas flow 24 can be controlled in a defined manner in the climate chamber, so that damage to the sample due to gas flows can largely be ruled out. In particular, a circular gas flow can be achieved by a curved shape of the climatic chamber 21, in which the flow velocity at the location of the sample 18 is very low and thus damage to the sample 18 can largely be ruled out. In particular, less disturbing dirt particles can settle on the sample 18 due to the defined gas flow, which have been stirred up by the gas flow.
Die Klimakammer 21 kann zusätzlich mit weiteren Heiz- und Kühlelementen ausgestattet werden.The climate chamber 21 can be additionally equipped with other heating and cooling elements.
Die Klimakammer 21 ist in dieser Ausgestaltung nicht auf den Einsatzbereich für die konfokale Laserscanmikroskopie beschränkt, sondern kann auch bei anderen Mikroskopen, insbesondere konventionellen Lichtmikroskopen eingesetzt werden.The climate chamber 21 is not limited in this embodiment to the field of application for confocal laser scanning microscopy, but can also be used in other microscopes, in particular conventional light microscopes.
Durch die Einfügung einer Zoom-Optik in ein konfokales Scanmikroskop ist eine größere Belastung des Z-Triebes 25 aufgrund des hohen Eigengewichtes der Zoomoptik 17 gegeben. Da jedoch die Kompaktheit eines konfoklaen Scanmikroskops erhalten werden soll, ist erfindungsgemäß die Anbringung einer Zugfeder 26 im Inneren der Antriebs- bzw. Haltemechanik vorgesehen, durch die ohne Verwendung eines stärkeren Stellmotors 27 oder einer stärkeren Mechanik eine Nutzlasterweiterung ermöglicht ist. Erfindungsgemäß wird eine Zugfeder 26 mit einer geeigneten Federkonstanten gewählt, die eine Neutralisation der zu bewegenden Last, d.h. des Scanoptikes 16 mit der Zoomoptik 17 ermöglicht. Hierdurch kann das erforderliche Drehmoment des Stellmotors 27 reduziert werden, da die Feder 26 einen Teil der Gewichtslast aufnimmt. Insgesamt kann somit der Stellmotor 27 als auch eine Zahnstange 28 unterdimensioniert werden, was zu einem sehr kompakten Gesamtaufbau führt. Die Zugfeder 26 wird vorteilhafterweise durch Bolzen 29 im Trag- bzw. Halterarm 30 gehalten, so dass sie gegebenenfalls schnell und einfach ausgetauscht werden kann. Des weiteren ist eine stufenlose Einstellung der Vorspannung der Feder 26 mittels einer Schraube denkbar. Insbesondere wird der Federmechanismus in dem Trag- bzw. Haltearm 30 des Gehäuses eingesetzt, so dass die Zugfeder 26 von außen vor Verschmutzungen geschützt wird und auch eine Verletzungsgefahr minimiert ist. Darüber hinaus können durch diese Konstruktion auch konventionelle Scanmikroskope nachgerüstet werden. By inserting a zoom lens into a confocal scanning microscope, a larger load of the Z-drive 25 is given due to the high weight of the zoom lens 17. However, since the compactness of a confocal scanning microscope is to be obtained, according to the invention the attachment of a tension spring 26 is provided in the interior of the drive or holding mechanism, by the use of a stronger servo motor 27 or a stronger mechanism a Nutzlasterweiterung is made possible. According to the invention a tension spring 26 is selected with a suitable spring constant, which allows neutralization of the load to be moved, ie the scan optical 16 with the zoom lens 17. As a result, the required torque of the servomotor 27 can be reduced because the spring 26 is a part of the weight load receives. Overall, thus, the servo motor 27 and a rack 28 are undersized, resulting in a very compact overall structure. The tension spring 26 is advantageously held by bolts 29 in the supporting or holding arm 30, so that they can be replaced quickly and easily if necessary. Furthermore, a continuous adjustment of the bias of the spring 26 by means of a screw is conceivable. In particular, the spring mechanism is used in the support or holding arm 30 of the housing, so that the tension spring 26 is protected from the outside from dirt and also a risk of injury is minimized. In addition, this design can also be retrofitted to conventional scanning microscopes.

Claims

Patentansprüche claims
1 . Konfokales Scanmikroskop zur Untersuchung mikroskopischer und makroskopischer Präparate mit einer Scanoptik (16), die optische Mittel (9, 10) umfasst und das von einem Laser (1 ) erzeugte Licht auf eine zu untersuchende Probe (18) abbildet, wobei eine Zoomoptik (17) vorgesehen ist, die mit der Scanoptik (16) verbunden ist, so dass das vom Laser (1 ) erzeugte Licht die Scanoptik (16) und die Zoomoptik (16) durchläuft und dann auf die Probe (18) abgebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Licht des Lasers (1 ) zunächst die Scanoptik (16), dann die Zoomoptik (17) und dann ein Objektiv (12) durchläuft und dass der Arbeitsabstand mehr als 10 mm beträgt.1 . Confocal scanning microscope for the examination of microscopic and macroscopic specimens with a scanning optics (16) comprising optical means (9, 10) and imaging the light generated by a laser (1) onto a specimen (18) to be examined, wherein a zoom optics (17) is provided, which is connected to the scanning optics (16), so that the light generated by the laser (1) passes through the scanning optics (16) and the zoom optics (16) and is then imaged onto the sample (18), characterized in that the light from the laser (1) passes through first the scanning optics (16), then the zoom optics (17) and then a lens (12) and that the working distance is more than 10 mm.
2. Anordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass ein Arbeitsabstand von mehr als 80 mm vorgesehen wird.2. Arrangement according to claim 1, characterized in that a working distance of more than 80 mm is provided.
3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sehfeld von bis zu 20 mm vorgesehen ist.3. Arrangement according to claim 2, characterized in that a field of view of up to 20 mm is provided.
4. Anordnung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schutzhaube (21 ) vorgesehen ist.4. Arrangement according to one or more of the preceding claims, characterized in that a protective hood (21) is provided.
5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzhaube (21 ) aus einem Laserlicht absorbierenden Kunststoff besteht.5. Arrangement according to claim 4, characterized in that the protective hood (21) consists of a laser light absorbing plastic.
6. Anordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzhaube (21 ) eine gewölbte Form aufweist, so dass eine zirkuläre Gasströmung erreicht werden kann. 6. Arrangement according to claim 4 or 5, characterized in that the protective hood (21) has a curved shape, so that a circular gas flow can be achieved.
7. Anordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass Einlassöffnungen (23) für Gaszuführungen vorgesehen sind, die eine schnelle Be- und Entlüftung der Schutzhaube (21 ) ermöglichen.7. Arrangement according to one of claims 4 to 6, characterized in that inlet openings (23) are provided for gas supply lines, which allow rapid ventilation of the protective hood (21).
8. Anordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzhaube (21 ) zweigeteilt, wobei die beiden Teile der Schutzhaube (21 ) jeweils an Drehpunkten (22) befestigt sind, so dass die beiden Teile der Schutzhaube (21 ) verschwenkbar sind.8. Arrangement according to one of claims 4 to 7, characterized in that the protective hood (21) is divided into two parts, wherein the two parts of the protective hood (21) are each attached to pivot points (22), so that the two parts of the protective hood (21) are pivotable.
9. Anordnung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche9. Arrangement according to one or more of the preceding claims
1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zugfeder (29) zur Nutzlasterweiterung vorgesehen ist.1 to 8, characterized in that a tension spring (29) is provided for Nutzlasterweiterung.
10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugfeder (26) eine geeignete Federkonstante aufweist, die eine Neutralisation der zu bewegenden Last der Scanoptik (16) und der10. Arrangement according to claim 9, characterized in that the tension spring (26) has a suitable spring constant, the neutralization of the load to be moved of the scanning optics (16) and the
Zoomoptik (17) ermöglicht.Zoom optics (17) possible.
1 1 . Anordnung nach Anspruch 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugfeder (26) durch Bolzen (29) im Trag- bzw. Halterarm (30) gehalten wird. 1 1. Arrangement according to claim 9 and 10, characterized in that the tension spring (26) by bolts (29) in the supporting or holding arm (30) is held.
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