WO2004055571A1 - Microscope slider - Google Patents

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WO2004055571A1
WO2004055571A1 PCT/EP2003/013270 EP0313270W WO2004055571A1 WO 2004055571 A1 WO2004055571 A1 WO 2004055571A1 EP 0313270 W EP0313270 W EP 0313270W WO 2004055571 A1 WO2004055571 A1 WO 2004055571A1
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Axel Freerk
Jörg SCHAFFER
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Carl Zeiss Jena Gmbh
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Abstract

The invention relates to a microscope slider for introducing optical elements into an optical path. In order to adapt said slider to various requirements, the slider is provided with means for positioning the optical element in all three spatial directions. It is particularly suitable for holding a toroidal filter in order to carry out a TIRF method.

Description

Mikroskopschiebermicroscope slide
Die Erfindung betrifft einen Schieber für ein Mikroskop wie er zum Platzieren optischer Elemente in den Strahlengang benutzt wird.The invention relates to a slide for a microscope as it is used for placing optical elements in the beam path.
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, Blenden, Kontrastmodulatoren o.a. eirizubringen.In microscopy it is necessary for certain microscopy methods to introduce special optical elements such as filters, pupil modulator elements, diaphragms, contrast modulators or the like in "excellent" planes such as the light field diaphragm plane, the aperture diaphragm plane etc.
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.For this purpose, the microscopes have suitable cutouts in the housings and guides at the corresponding points, with the aid of which the user can introduce various optical elements into the beam path as required. In order to ensure simple and safe placement as well as universality, these guides are standardized by the individual microscope manufacturers with regard to their size and geometric dimensions. Since these optical elements have to be introduced as precisely as possible into the respective optical planes, the guides only allow movement perpendicular to the optical axis. Examples of the use and construction of such slides can be found, for example, in US Pat. No. 6,437,912. Various sliders are specified there for a number of applications. All these slides have in common that the respective level is maintained without adjustment due to the guidance and the type of mounting of the optical elements on the slider. The correct positioning of the optical elements in the beam path is usually realized by means of mechanical detents.
Ein modernes Mikroskopierverfahren ist die Total Internal Reflection Microscopy (TIRF), bei der die Tatsache ausgenutzt wird, dass Licht welches unter einem Winkel, der größer ist als der Grenzwinkel der Totalreflexion, in die Probe eingestrahlt wird, nur eine sehr geringe Eindringtiefe in die Probe hat (evaneszente Welle) und daher auch nur Farbstoffe in einem eng begrenzten Gebiet zum Fluoreszieren und damit zur Beobachtung bringen kann. Eine Reihe von Möglichkeiten zur technischen Realisierung von TIRF ist in Daniel Axelrod, Journal of Biomedical Optics 6(1), p. 6-13, 2001 angegeben. In der Patentanmeldung US 2002/0097489 ist ein Mikroskop beschrieben, bei dem der erforderliche grosse Einfallwinkel durch eine auf einem Schieber in den Strahlengang eines herkömmlichen Mikroskops einbringbare spezielle Ringblende realisiert wird. Auf den kompletten Inhalt dieser Dokumente wird im Folgenden Bezug genommen.A modern microscopy method is the Total Internal Reflection Microscopy (TIRF), which takes advantage of the fact that light that is irradiated into the sample at an angle that is greater than the critical angle of total reflection only has a very small depth of penetration into the sample has (evanescent wave) and therefore can only cause dyes to fluoresce in a narrowly defined area and thus to be observed. A number of possibilities for the technical implementation of TIRF is described in Daniel Axelrod, Journal of Biomedical Optics 6 (1), p. 6-13, 2001. Patent application US 2002/0097489 describes a microscope in which the required large angle of incidence is achieved by a special ring diaphragm that can be inserted into the beam path of a conventional microscope on a slide. The entire content of these documents is referred to below.
Für eine optimale Funktion muss diese Ringblende zur optischen Achse des Mikroskopes zentriert werden, entsprechende Mittel sind in US 2002/0097489 Fig. 6 angedeutet. Versuche haben ergeben, dass mit dieser Anordnung nicht in jedem Fall ein optimalesFor optimum function, this ring diaphragm must be centered on the optical axis of the microscope, corresponding means are indicated in US 2002/0097489 Fig. 6. Experiments have shown that with this arrangement not an optimal one in every case
Ergebnis erzielbar ist und unerwünschtes Beleuchtungslicht auf die Probe fällt.The result can be achieved and undesired illuminating light falls on the sample.
Die Erfindung stellt sich die Aufgabe diese Nachteile des Standes der Technik zu überwinden und die Möglichkeiten zum Einbringen optischer Elemente in den Strahlengang vonThe object of the invention is to overcome these disadvantages of the prior art and to introduce optical elements into the beam path of
Mikroskopen mittels Schiebern zu erweitern.Extend microscopes using sliders.
Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch ein Mikroskopschieber gemäß demThe object of the invention is achieved by a microscope slide according to the
Hauptanspruch, vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.Main claim, advantageous embodiments are described in the dependent claims.
Dabei ist es vorteilhaft, wenn das oder die an dem Schieber angebrachten optischen Elemente sowohl in einer Ebene senkrecht zur als auch in Richtung der optischen Achse desIt is advantageous if the optical element or elements attached to the slider are both in a plane perpendicular to and in the direction of the optical axis of the
Strahlengangs beweg- und justierbar ausgeführt sind.Beam path are designed to be movable and adjustable.
Alternativ können auch am Gehäuse des Mikroskops Mittel vorgesehen sein, welche eineAlternatively, means can also be provided on the housing of the microscope, which means
Bewegung des gesamten Schiebers in allen drei Raumrichtungen bewirken. Das hätte denCause movement of the entire slide in all three spatial directions. That would have been
Vorteil, dass nur eine Justiereinrichtung für verschiedene Schieber notwendig wäre, allerdings sind zu dieser Realisierung der Erfindung Eingriffe am Mikroskopgehäuse erforderlich.Advantage that only one adjustment device for different slides would be necessary, however, interventions on the microscope housing are required for this realization of the invention.
Die Erfindung wird mit einem bevorzugten Ausführungsbeispiel im Folgenden an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigenThe invention is explained in more detail with a preferred embodiment in the following with reference to the drawings. Show it
Fig.l den erfindungsgemäßen Schieber in DraufsichtFig.l the slider according to the invention in plan view
Fig.2 die Einzelheiten des erfindungsgemäßen Schiebers in einer Explosiv-Darstellung In Fig. 1 weist ein Schiebergrundlcörper 1 einen ersten Durchgang 2 auf, in welchem mit Hilfe einer Blendenaufnahme 3 eine Ringblende 4 gehaltert wird. Zwei Justierschrauben 5, 6 sind von der Aussenseite 7 des Schiebers zugänglich und wirken auf den Aussenrand des ringförmigen Teils der Blendenaufnahme 3. Der ringförmige Teil der Blendenaufnahme 3 verfügt über ein Innengewinde mit relativ grosser Steigung (z.B. M28x6), welches mit einem entsprechenden Gewindering 8 zusammenwirkt. Ein Verbindungshebel 9, welcher durch einen Drehhebel 10 bewegt werden kann, ist mittels eines Stifts 11 an den Gewindering 8 angelenkt. Durch Bewegen des Drehhebels 10 wird der Gewindering 8 gegen die Blendenaufnahme 3 verdreht und damit vermittels der Gewindesteigung eine Bewegung senkrecht zur Zeichenebene (d.h. in Richtung der optischen Achse des Mikroskops) realisiert. Bei der angegebenen Gewindesteigung ergibt sich ein Verstellweg von 1 mm bei einer Verdrehung um 30°.2 shows the details of the slide valve according to the invention in an exploded view. Two adjusting screws 5, 6 are accessible from the outside 7 of the slide and act on the outer edge of the annular part of the aperture holder 3. The annular part of the aperture holder 3 has an internal thread with a relatively large pitch (for example M28x6), which has a corresponding threaded ring 8 interacts. A connecting lever 9, which can be moved by a rotary lever 10, is articulated on the threaded ring 8 by means of a pin 11. By moving the rotary lever 10, the threaded ring 8 is rotated against the aperture holder 3 and thus a movement perpendicular to the drawing plane (i.e. in the direction of the optical axis of the microscope) is realized by means of the thread pitch. With the thread pitch specified, there is an adjustment path of 1 mm with a rotation of 30 °.
Eine Nut 12 dient in Verbindung mit einer hier nicht dargestellten Rast zur Positionierung des Schiebers im Mikroskop. Eine zweite Nut 13 dient zur Positionierung des Schiebers in einer zweiten Position, in der z.B. ein freier Durchgang in die optische Achse eingeschoben werden kann.A groove 12 is used in connection with a not shown here for positioning the slide in the microscope. A second groove 13 is used to position the slide in one second position, in which, for example, a free passage can be inserted into the optical axis.
Zur besseren Verdeutlichung des Ausfuhrungsbeispiels wird in Fig. 2 eine Explosiv- Darstellung angegeben. Der Schiebergrundkörper weist an seiner Aussenseite 7, welche im eingeschobenen Zustand dem Benutzer zugänglich ist zwei Bohrungen 15, 16 auf, durch welche die Justierschrauben 5, 6 mittels eines Werkzeugs (z. B. eines Imbus-Schlüssels) verdrehbar sind. Die beiden Nuten 12, 13 sind den beiden Durchgängen 2, 14 zugeordnet. Das ringförmige Teil der Blendenaufnahme 3 weist ein Innengewinde (hier nicht dargestellt) und einen Schlitz 17 auf. Durch diesen Schlitz 17 wird der Verbindungshebel 9 durchgeführt und mittels des Stifts 11 an den Gewindering 8 angelenkt. Der Drehhebel 10 ist um eine mit der Blendenaufnahme 3 verbundene Achse drehbar und greift mittels eines Stifts 19 in die Bohrung 20 des Verbindungshebels ein. In den Gewindering 8 taucht eine Blendenfassung 21 eine, welche mittels einer Nut 22 und einer an der Blendenaufnahme 3 angebrachten Rast 23 gegen Verdrehung gesichert ist, d.h. die mittels des Drehhebels 10 über den Verbindungshebel 9 realisierte Drehbewegung des Gewinderings 8 wird nicht auf die Blendenfassung 21 übertragen. In der Blendenfassung 21 ist ein Vorschraubring 24 befestigt, welcher die eigentliche Ringblende 25 (entspricht Bezugszeichen 4 in Fig. 1) hält. Die Ringblende besteht vorzugsweise aus einem Glaskörper, welcher mit Ausnahme eines schmalen Rings voll verspiegelt ist. Damit diese Verspiegelung nicht zu unerwünschten Reflexen im Mikroskopstrahlengang führt ist die Blendenfassung 21 und damit auch die Ringblende 25 um einen gewissen Winkel, z. B. 6° gegen die Schieberebene geneigt. Zwei Abstimmringe 26, 27 und eine Druckfeder 28 sichern die exakte Positionierung der Ringblende im Mikroskopstrahlengang im Bezug auf die Lage entlang der optischen Achse. Ein Deckel 29 verschließt den Schieber.For a better illustration of the exemplary embodiment, an explosive representation is given in FIG. 2. The slide body has on its outside 7, which is accessible to the user in the inserted state, two bores 15, 16 through which the adjusting screws 5, 6 can be rotated by means of a tool (e.g. an Allen key). The two grooves 12, 13 are assigned to the two passages 2, 14. The annular part of the aperture holder 3 has an internal thread (not shown here) and a slot 17. The connecting lever 9 is passed through this slot 17 and articulated to the threaded ring 8 by means of the pin 11. The rotary lever 10 is rotatable about an axis connected to the aperture holder 3 and engages by means of a pin 19 in the bore 20 of the connecting lever. Immersed in the threaded ring 8 is an aperture holder 21, which is secured against rotation by means of a groove 22 and a catch 23 attached to the aperture holder 3, i.e. the rotary movement of the threaded ring 8 realized by means of the rotary lever 10 via the connecting lever 9 is not transmitted to the aperture holder 21. A screw ring 24 is fastened in the aperture holder 21 and holds the actual annular aperture 25 (corresponds to reference number 4 in FIG. 1). The ring diaphragm preferably consists of a glass body which, with the exception of a narrow ring, is fully mirrored. So that this mirroring does not lead to undesirable reflections in the microscope beam path, the aperture holder 21 and thus the ring aperture 25 is at a certain angle, for. B. inclined 6 ° against the slide plane. Two tuning rings 26, 27 and a compression spring 28 ensure the exact positioning of the ring diaphragm in the microscope beam path with respect to the position along the optical axis. A cover 29 closes the slide.
Die Bewegung der Ringblende 25 in Richtung der optischen Achse, wie sie zum Ausgleich von unterschiedlichen Lagen der Mikroskopbeleuchtung und der 'Tubuslinse zur Lage des Schiebers sowie zur Anpassung an beim Objektivwechsel möglicherweise auftretende Abweichungen der Lage der Aperturblendenebene notwendig ist wurde bereits bei der Erklärung von Fig. 1 erläutert.The movement of the ring diaphragm 25 in the direction of the optical axis, as is necessary to compensate for different positions of the microscope illumination and the tube lens to the position of the slide and to adapt to deviations in the position of the aperture diaphragm plane that may occur when changing the objective, was already explained in the explanation of FIG 1 explained.
Die Justierung der Ringblende bzgl. der optischen Achse funktioniert wie folgt: die Blendenaufnahme 3 ist bzgl. des ScWebergrundkö ers 2 durch 2 Stifte 30, 31, die in zwei Langlöcher 32, 33 eingreifen, beweglich gelagert. Eine Druckfeder 35 stützt sich im Langloch 32 so gegen den Stift 30, dass die Blendenaufnahme 3 gegen die Aussenseite 7 des Schiebergrundkörpers 2 gedrückt wird. Dadurch wird der ringförmige Teil der Blendenaufhahnle 3 gegen die Enden der Justierschrauben 5, 6 gedrückt. Je nachdem, wie weit die Justierschrauben 5, 6 in der Schiebergrungkörper eingeschraubt sind wird die Position des ringförmigen Teils der Blendenaufnahme 3 und damit auch der Ringblende 25 entlang der Längsachse des Schiebers definiert; durch unterschiedlich weites Hineinschrauben der beiden Justierschrauben 5, 6 ist eine Position quer zur Längsachse des Schiebers einstellbar. Damit ist eine sehr exakte Positionierung der Ringblende zur Austrittspupille des verwendeten Objektivs möglich, wie sie zur Realisierung des TIRF- Verfahrens notwendig ist.The adjustment of the ring diaphragm with respect to the optical axis works as follows: the diaphragm holder 3 is movably supported with respect to the ScWebergrundkö ers 2 by 2 pins 30, 31 which engage in two elongated holes 32, 33. A compression spring 35 is supported in the slot 32 against the pin 30 such that the aperture holder 3 is pressed against the outside 7 of the slide body 2. This will make the annular part of the Aperture cock 3 pressed against the ends of the adjusting screws 5, 6. Depending on how far the adjusting screws 5, 6 are screwed into the slider base body, the position of the annular part of the diaphragm holder 3 and thus also the ring diaphragm 25 is defined along the longitudinal axis of the slider; By screwing the two adjusting screws 5, 6 in to different positions, a position transverse to the longitudinal axis of the slide can be adjusted. This enables the ring diaphragm to be positioned very precisely in relation to the exit pupil of the objective used, as is necessary to implement the TIRF method.
Die Realisierung der Erfindung ist nicht an das dargestellte Ausfuhrungsbeispiel gebunden, so können die Bewegungen des optischen Elements in den drei Raumrichtungen auch auf anderen, dem Fachmann geläufigen Konstruktionsprinzipien beruhen. Weiterhin kann auch der gesamte Schieber bzgl. des Mikroskopgrundkörpers in den drei Raumrichtungen beweglich sein. The implementation of the invention is not tied to the exemplary embodiment shown, so the movements of the optical element in the three spatial directions can also be based on other construction principles familiar to the person skilled in the art. Furthermore, the entire slide with respect to the microscope base body can also be movable in the three spatial directions.

Claims

Patentansprüche claims
1. 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 Grandkörper verbundenen optischen Element, gekennzeichnet dadurch, dass Mittel vorgesehen sind, welche eine Bewegung des optischen Elements in Richtung der optischen Achse des Strahlengangs des Mikroskops und in einer im wesentlichen senkrecht zur optischen Achse verlaufenden Achse bewirken.1. microscope with at least one slide for the defined introduction of optically active elements into the beam path of the microscope, the slide having a base body which can be inserted into an opening in the microscope housing, and an optical element connected to the grand body, characterized in that Means are provided which cause the optical element to move in the direction of the optical axis of the beam path of the microscope and in an axis running essentially perpendicular to the optical axis.
2. Mikroskop mit mindestens einem Schieber nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass diese Mittel eine Bewegung des optischen Elements relativ zum Grundkörper des Schiebers bewirken.2. Microscope with at least one slide according to claim 1, characterized in that these means cause a movement of the optical element relative to the base body of the slide.
3. 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.3. Microscope with at least one slide according to claim 1, characterized in that these means enable movement of the base body of the slide relative to the housing of the microscope.
4. Mikroskop mit mindestens einem Schieber nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, dass das optische Element eine zur Durchführung des TIRF- Verfahrens geeignete Ringblende ist.4. microscope with at least one slide according to one of claims 1 to 3, characterized in that the optical element is a ring diaphragm suitable for performing the TIRF method.
5. Mikroskop mit mindestens einem Schieber nach Anspruch 4, gekennzeichnet dadurch, dass sich die Ringblende auf einem Träger befindet, welcher bzgl. optischen Achse geneigt ist.5. Microscope with at least one slide according to claim 4, characterized in that the ring diaphragm is located on a support which is inclined with respect to the optical axis.
6. Mikroskop mit mindestens einem Schieber nach Anspruch 5, gekennzeichnet dadurch, dass der Träger um 6° bzgl. optischen Achse geneigt ist. 6. Microscope with at least one slide according to claim 5, characterized in that the carrier is inclined by 6 ° with respect to the optical axis.
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