WO2004099843A1 - Feinverstellvorrichtung - Google Patents

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WO2004099843A1
WO2004099843A1 PCT/EP2004/005028 EP2004005028W WO2004099843A1 WO 2004099843 A1 WO2004099843 A1 WO 2004099843A1 EP 2004005028 W EP2004005028 W EP 2004005028W WO 2004099843 A1 WO2004099843 A1 WO 2004099843A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
guide element
adjustment device
fine adjustment
axis
rotation
Prior art date
Application number
PCT/EP2004/005028
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Roland Seifert
Reiner Rygiel
Original Assignee
Leica Microsystems Heidelberg Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Leica Microsystems Heidelberg Gmbh filed Critical Leica Microsystems Heidelberg Gmbh
Priority to JP2006505413A priority Critical patent/JP2006526166A/ja
Priority to US10/556,457 priority patent/US20080130104A1/en
Priority to EP04739171A priority patent/EP1634109A1/de
Publication of WO2004099843A1 publication Critical patent/WO2004099843A1/de

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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B21/00—Microscopes
    • G02B21/24—Base structure
    • G02B21/26—Stages; Adjusting means therefor
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B21/00—Microscopes
    • G02B21/24—Base structure
    • G02B21/248—Base structure objective (or ocular) turrets

Definitions

  • the invention relates to fine adjustment device for moving and / or tilting an object.
  • Positioning elements are often used, in which the displacement or tilting of the object is achieved by bending the positioning element even in the elastic range. Such devices are generally less sensitive to unwanted adjustments, but usually only allow positioning in one degree of freedom.
  • the exact positioning of the optical components is of crucial importance for the quality of a microscope.
  • the optimal adjustment of the optical components in high-resolution microscopes, such as scanning microscopes and confocal ones, is very important Scanning microscopes.
  • a sample is illuminated with a light beam in order to observe the reflection or fluorescent light emitted by the sample.
  • the focus of an illuminating light beam is moved with the aid of a controllable beam deflection device, generally by tilting two mirrors, in an object plane, the deflection axes usually being perpendicular to one another, so that one mirror deflects in the x direction and the other in the y direction.
  • the mirrors are tilted, for example, with the help of galvanometer control elements.
  • the power of the light coming from the object is measured depending on the position of the scanning beam.
  • the control elements are usually equipped with sensors for determining the current mirror position.
  • a confocal scanning microscope generally comprises a light source, focusing optics with which the light from the source is focused on a pinhole - the so-called excitation diaphragm - a beam splitter, a beam deflection device for beam control, microscope optics, a detection diaphragm and the detectors for detecting the detection - or fluorescent light.
  • the illuminating light is coupled in via a beam splitter.
  • the fluorescent or reflection light coming from the object reaches the beam splitter via the beam deflection device, passes it, and is then focused on the detection diaphragm behind which the detectors are located.
  • Detection light that does not originate directly from the focus region takes a different light path and does not pass through the detection aperture, so that point information is obtained which leads to a three-dimensional image by sequential scanning of the object.
  • a three-dimensional image is usually achieved by taking image data in layers, the path of the scanning light beam ideally describing a meander on or in the object. (Scan a line in the x direction at a constant y position, then stop the x scan and press y- Swivel the adjustment to the next line to be scanned and then, with a constant y position, scan this line in the negative x direction, etc.).
  • the sample table or the objective is moved after scanning a layer and thus the next layer to be scanned is brought into the focal plane of the objective.
  • An increase in resolution in the direction of the optical axis can be achieved, as described in European patent EP 0 491 289 with the title: "Double confocal scanning microscope", by means of a double objective arrangement (4Pi arrangement).
  • the light coming from the illumination system is split into two partial beams, which simultaneously illuminate the sample in opposite directions through two mirror-symmetrically arranged lenses.
  • the two lenses are arranged on different sides of the common object plane.
  • this interferometric illumination forms an interference pattern that has one main maximum and several secondary maxima when there is constructive interference
  • a double confocal scanning microscope can achieve an increased axial resolution compared to the conventional scanning microscope due to the interferometric illumination.
  • the exact alignment of the mirror-symmetrically arranged lenses in a double confocal scanning microscope is of crucial importance for the optimal functionality of the microscope. At least one of the lenses must be displaceable and tiltable in all three spatial directions.
  • the invention has for its object to provide a fine adjustment device that allows a stable, reliable and reproducible displacement and tilting of an object in a small space.
  • a fine adjustment device which is characterized in that a support element is provided which, guided by a guide element, can be rotated about an axis of rotation, in order to achieve a tilt between the support element and the Guide element a guide plane is defined, which passes through the axis of rotation at an angle other than 90 degrees and / or
  • the object is attached to the carrier element with a lateral offset to the axis of rotation.
  • the invention has the advantage that, depending on the inclination of the guide level or the size of the lateral offset, a very fine adjustability can be achieved; since a long adjustment path can be compared to a small adjustment without affecting the functionality.
  • the fine adjustment device according to the invention requires a small installation space and, due to the symmetry, is largely insensitive to unwanted adjustments due to temperature-related linear expansion.
  • the angle at which the axis of rotation passes through the guide plane is 1-2 degrees, because at this angle there is a good relationship between the setting accuracy and the travel.
  • larger and smaller angles are also easily possible.
  • the guide element is guided by a further guide element so as to be rotatable about the axis of rotation or a further axis of rotation.
  • the fine adjustment device can be introduced as an object into a further fine adjustment device, the further fine adjustment device preferably being one of the type according to the invention.
  • the further fine adjustment device preferably being one of the type according to the invention.
  • Guide elements are preferably provided, which only effect displacement, and guide elements, which are provided exclusively for tilting the object. This decoupling makes adjustment easier.
  • An object attached to the carrier element with an offset to the axis of rotation - that is to say eccentrically - describes a circular path with a radius corresponding to the offset when the carrier element rotates in the guide element.
  • the carrier element can be rotated eccentrically together with the guide element in a further guide element, the carrier element and the guide element jointly describe a different circular path, the radius of this other circular path preferably being larger than that of the circular path of the carrier element.
  • the object can be moved to any desired location within the circular area of the other circular path.
  • the carrier element and / or the guide element and / or the further guide element are preferably round in cross section, for example annular, which allows a simple and space-saving construction.
  • the guide element has a, preferably round, recess in which the, preferably likewise round, carrier element can be rotated.
  • the further guide element preferably has a, preferably round, recess in which the, preferably round, guide element can be rotated. In principle, this box-like arrangement can be continued as desired. To achieve an object displacement, the recess is made eccentrically.
  • a positioning lever can preferably be inserted into the carrier element and / or the guide element and / or the further guide element.
  • holes are provided, for example, along the edge of the elements, into which the adjusting lever can be inserted.
  • the guide element and / or the further guide element can be displaced in the direction of the axis of rotation and / or the further axis of rotation.
  • the whole guide element and / or the further guide element can be displaced in the direction of the axis of rotation and / or the further axis of rotation.
  • Fine adjustment device can be moved in this direction.
  • a provisional thread is provided.
  • the distance from an objective to the sample can be set.
  • directly touching elements for example the carrier element and the guide element, are made of different materials. This has the advantage that the risk of seizing is minimized.
  • the elements are alternately made of steel and brass.
  • all elements are made of glass ceramic, such as Cerodur.
  • the object is preferably an optical component, in particular an objective or a condenser. It could also be, for example, a coupling optic for a glass fiber or another component to be fine-tuned.
  • the microscope can be designed, for example, as a classic light microscope, as a scanning microscope, as a confocal scanning microscope, as a 4PI microscope, as a double-confocal scanning microscope or as a theta microscope.
  • the subject matter of the invention is shown schematically in the drawing and is described below with reference to the figures, elements having the same effect being provided with the same reference symbols. Show:
  • Fig. 1 shows a fine adjustment device according to the invention in a
  • Fig. 4 shows the principle of tilting the support element
  • Fig. 5 shows the principle of displacement
  • Fig. 6 shows the principle of adjusting the inclination and the direction of the inclination of the lens.
  • FIG. 1 shows a fine adjustment device 1 according to the invention in a sectional view with a carrier element 3 which carries an object 5, namely an objective 7 and which can be rotated about an axis of rotation by a guide element 9.
  • the carrier element 3 is designed as an inclined cylinder section and rotatably embedded in a round recess (fit) of the guide element 9.
  • the guide element 9 has a shoulder 11 on which the carrier element 3 is seated and which defines a guide plane which passes through the axis of rotation at an angle other than 90 degrees.
  • the inclination of the lens 7 can be adjusted by a relative rotation between the carrier element 3 and the guide element 9, which is described in detail below with reference to FIG. 4.
  • the guide element 9 is guided in the round recess of a further guide element 13 so as to be rotatable about a further axis of rotation.
  • the recess of the further guide element 13 is arranged eccentrically with respect to the further axis of rotation (with an offset to the axis of rotation), so that the guide element 9 together with the carrier element 3 and the lens 7 can be pivoted on a circular path determined by the eccentricity.
  • the further guide element 13 is guided in the round, eccentrically arranged recess of another guide element 15 so as to be rotatable about another axis of rotation which is parallel to the further axis of rotation.
  • the eccentricity of the recess of the other guide element 15 is greater than that of the further guide element 13.
  • the other guide element 15 is rotatably supported in an outer guide element 17. This has a thread 19 on the outside a displacement of the lens - including the carrier element 3 and the guide elements 9 -17 in the direction of the further axis of rotation.
  • the outer guide element 17 is arranged with the thread 19 in the holding element 21.
  • a cage 25 attached to the outer guide element 17 surrounds the carrier element 3 and the guide elements 9 -17 and with the ball-shaped hold-down device 23 for holding the elements together.
  • the further guide element 13, the other guide element 15 and the outer guide element 17 each have a rounded shoulder within the recesses, whereby self-centering is achieved, the risk of “seizing” is minimized.
  • the fine adjustment device 1 is preferably attached to a microscope with two stops and can easily be exchanged for another objective module without the need for readjustment.
  • the carrier element 3 and the guide elements 9 - 17 have bores 27 into which an adjusting lever can be inserted.
  • FIG. 3 shows the assembled fine adjustment device 1 according to the invention in a view.
  • FIG. 4 illustrates the principle of the tilting of the carrier element 3 by means of a relative rotation between the carrier element 3 and the guide element 9.
  • the axis of rotation 31 passes through the guide plane 29 at an angle other than 90 degrees.
  • the basic position is shown in FIG. 4a, while FIG. 4b shows a tilting position by the angle ⁇ .
  • the lens is preferably positioned at the point of passage of the axis of rotation 31 through the guide plane 29.
  • FIG. 5 illustrates the principle of displacement with the carrier element 3 and the guide element 9.
  • Rotation of the carrier element in the guide element is a circular path 35 with a radius that corresponds to the offset.
  • the carrier element 3 can be rotated eccentrically together with the guide element 9, therefore the objective 7 describes another circular path 37, 38, the radius of this other circular path 37, 38 depending on the rotational setting of the carrier element 3.
  • the objective can be brought to any location within the circular area of the other circular path 37, 38 with high precision.
  • only the entrance pupil 33 is shown for different settings.
  • the distance r between the entrance pupil 33 and the basic position 39 - the theoretical optical axis of the microscope - is designated by r.
  • the position of the direction of the distance vector is denoted by ß.
  • Fig. 6 shows the principle of adjusting the inclination - by rotating the further guide element 13 - and the direction of the inclination of the lens

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Abstract

Eine Feinverstellvorrichtung zum Verschieben und/oder Kippen eines Objekts ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Trägerelement vorgesehen ist, das von einem Führungselement geführt um eine Drehachse drehbar ist, wobei zur Erzielung einer Kippung zwischen dem Trägerelement und dem Führungselement eine Führungsebene definiert ist, die die Drehachse mit einem von 90 Grad verschiedenen Winkel durchsetzt und/oder zur Erzielung einer Verschiebung das Objekt mit einem seitlichen Versatz zur Drehachse an dem Trägerelement befestigt ist.

Description

Feinverstellvorrichtung
Die Erfindung betrifft Feinverstellvorrichtung zum Verschieben und/oder Kippen eines Objekts.
Vorrichtungen zur Feinpositionierung von Objekten, wie Neigungssteller oder Verschiebtische werden insbesondere im Bereich der Optik häufig eingesetzt. Durch die Kombination von gleit oder Kugelgelagerten Linearpositionierern mit Neigungsverstellern kann eine Positionierung eines Objektes in allen denkbaren Freiheitsgraden erreicht werden. Allerdings sinkt mit der Anzahl der Einzelversteller die Stabilität und die Positioniergenauigkeit. Außerdem haben Kombination aus mehreren Positionierern und Neigungsverstellern den Nachteil eines großen Bedarfs an Bauraum.
Oft werden Positionierelemente verwendet, die bei denen die Verschiebung oder Kippung des Objekts durch Verbiegen des Positionierelements selbst im elastischen Bereich erzielt wird. Solche Vorrichtungen sind in der Regel unempfindlicher gegen ungewollte Verstellungen, erlauben jedoch meist nur eine Positionierung in einem Freiheitsgrad.
In der Mikroskopie ist die exakte Positionierung der optischen Bauteile von entscheidender Wichtigkeit für die Güte eines Mikroskops. Ganz besonders wichtig ist die optimale Justierung der optischen Bauteile in hochauflösenden Mikroskopen, wie beispielsweise Scanmikroskopen und konfokalen Scanmikroskopen.
In der Scanmikroskopie wird eine Probe mit einem Lichtstrahl beleuchtet, um das von der Probe emittierte Reflexions- oder Fluoreszenzlicht zu beobachten. Der Fokus eines Beleuchtungslichtstrahles wird mit Hilfe einer steuerbaren Strahlablenkeinrichtung, im Allgemeinen durch Verkippen zweier Spiegel, in einer Objektebene bewegt, wobei die Ablenkachsen meist senkrecht aufeinander stehen, so dass ein Spiegel in x-, der andere in yRichtung ablenkt. Die Verkippung der Spiegel wird beispielsweise mit Hilfe von Galvanometer-Stellelementen bewerkstelligt. Die Leistung des vom Objekt kommenden Lichtes wird in Abhängigkeit von der Position des Abtaststrahles gemessen. Üblicherweise werden die Stellelemente mit Sensoren zur Ermittlung der aktuellen Spiegelstellung ausgerüstet.
Speziell in der konfokalen Scanmikroskopie wird ein Objekt mit dem Fokus eines Lichtstrahles in drei Dimensionen abgetastet. Ein konfokales Rastermikroskop umfasst im Allgemeinen eine Lichtquelle, eine Fokussieroptik, mit der das Licht der Quelle auf eine Lochblende - die sog. Anregungsblende - fokussiert wird, einen Strahlteiler, eine Strahlablenkeinrichtung zur Strahlsteuerung, eine Mikroskopoptik, eine Detektionsblende und die Detektoren zum Nachweis des Detektions- bzw. Fluoreszenzlichtes. Das Beleuchtungslicht wird über einen Strahlteiler eingekoppelt. Das vom Objekt kommende Fluoreszenz- oder Reflexionslicht gelangt über die Strahlablenkeinrichtung zurück zum Strahlteiler, passiert diesen, um anschließend auf die Detektionsblende fokussiert zu werden, hinter der sich die Detektoren befinden. Detektionslicht, das nicht direkt aus der Fokusregion stammt, nimmt einen anderen Lichtweg und passiert die Detektionsblende nicht, so dass man eine Punktinformation erhält, die durch sequentielles Abtasten des Objekts zu einem dreidimensionalen Bild führt. Meist wird ein dreidimensionales Bild durch schichtweise Bilddatennahme erzielt, wobei die Bahn des Abtastlichtstrahles auf bzw. in dem Objekt idealer Weise einen Mäander beschreibt. (Abtasten einer Zeile in x-Richtung bei konstanter y-Position, anschließend x-Abtastung anhalten und per y- Verstellung auf die nächste abzutastende Zeile schwenken und dann, bei konstanter y-Position, diese Zeile in negative x-Richtung abtasten u.s.w.). Um eine schichtweise Bilddatennahme zu ermöglichen, wird der Probentisch oder das Objektiv nach dem Abtasten einer Schicht verschoben und so die nächste abzutastende Schicht in die Fokusebene des Objektivs gebracht.
Eine Auflösungssteigerung in Richtung der optischen Achse lässt sich, wie in Europäischen Patentschrift EP 0 491 289 mit dem Titel: „Doppelkonfokales Rastermikroskop" beschrieben ist, durch eine Doppelobjektivanordnung (4Pi- Anordnung) erreichen. Das vom Beleuchtungssystem kommende Licht wird in zwei Teilstrahlen aufgespalten, die die Probe einander entgegenlaufend durch zwei spiegelsymmetrisch angeordnete Objektive gleichzeitig beleuchten. Die beiden Objektive sind auf verschiedenen Seiten der ihnen gemeinsamen Objektebene angeordnet. Im Objektpunkt bildet sich durch diese interferometrische Beleuchtung ein Interferenzmuster aus, dass bei konstruktiver Interferenz ein Hauptmaximum und mehrere Nebenmaxima aufweist. Mit einem doppelkonfokalen Rastermikroskop kann im Vergleich zum konventionellen Rastermikroskop durch die interferometrische Beleuchtung eine erhöhte axiale Auflösung erzielt werden.
Die genaue Ausrichtung der spiegelsymmetrisch angeordneten Objektive in einem doppelkonfokalen Rastermikroskop ist von entscheidender Wichtigkeit für die optimale Funktionsfähigkeit des Mikroskops. Dabei muß zumindest eines der Objektive in alle drei Raumrichtungen verschiebbar und kippbar sein.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Feinverstellvorrichtung anzugeben, die bei kleinem Bauraum eine stabile, zuverlässige und reproduzierbare Verschiebung und Kippung eines Objektes erlaubt.
Die Aufgäbe wird durch eine Feinverstellvorrichtung gelöst, die dadurch gekennzeichnet ist, dass ein Trägerelement vorgesehen ist das von einem Führungselement geführt um eine Drehachse drehbar ist, wobei • zur Erzielung einer Kippung zwischen dem Trägerelement und dem Führungselement eine Führungsebene definiert ist, die die Drehachse mit einem von 90 Grad verschiedenen Winkel durchsetzt und/oder
• zur Erzielung einer Verschiebung das Objekt mit einem seitlichen Versatz zur Drehachse an dem Trägerelement befestigt ist. Die Erfindung hat den Vorteil, dass je nach Neigung der Führungsebene bzw. je nach Größe des seitlichen Versatzes eine sehr feine Einstellbarkeit erzielbar ist; da einem langen Verstellweg eine kleine Verstellung gegenüber gestellt werden kann ohne die Funktionsfähigkeit zu beeinflussen.
Die erfindungsgemäße Feinverstellvorrichtung benötigt einen geringen Bauraum und ist auf Grund der Symmetrie weitgehend unempfindlich gegen ungewollte Verstellungen durch temperaturbedingte Längenausdehnungen.
In einer bevorzugen Ausgestaltung beträgt der Winkel mit dem die Drehachse die Führungsebene durchsetzt 1-2 Grad, weil bei diesem Winkel ein gutes Verhältnis zwischen Einstellgenauigkeit und Stellweg vorliegt. Es sind jedoch auch größere und kleinere Winkel ohne weiteres möglich.
In einer besonders bevorzugen Ausführungsform ist das Führungselement von einem weitere Führungselement geführt um die Drehachse oder eine weitere Drehachse drehbar gelagert.
In einer besonders bevorzugen Variante ist die Feinverstellvorrichtung als Objekt in eine weitere Feinverstellvorrichtung einbringbar, wobei es sich bei der weitere Feinverstellvorrichtung vorzugsweise um eine des erfindungsgemäßen Typs handelt. Durch diese Verschachtelbarkeit bzw. Kaskadierbarkeit kann - ohne wesentliche Vergrößerung des beanspruchten Bauraumes - die Anzahl der Verschiebe- bzw. Kippfreiheitsgrade beliebig erhöht werden, wobei die Reproduzierbarkeit, die Einstellgenauigkeit und insbesondere die Stabilität weitgehend erhalten bleiben. Vorzugsweise sind Führungselemente vorgesehen, die ausschließlich eine Verschiebung bewirken und Führungselemente, die ausschließlich zur Kippung des Objektes vorgesehen sind. Durch diese Entkopplung wird die Einstellbarkeit erleichtert. Ein mit einem Versatz zur Drehachse - also exzentrisch - an dem Trägerelement befestigtes Objekt beschreibt bei Drehung des Trägerelementes in dem Führungselement eine Kreisbahn mit einem Radius die dem Versatz entspricht. Ist das Trägerelement gemeinsam mit dem Führungselement in einem weiteren Führungselement exzentrisch drehbar, so beschreiben das Trägerelement und das Führungselement gemeinsam eine andere Kreisbahn, wobei der Radius dieser anderen Kreisbahn vorzugsweise größer als der der Kreisbahn der Trägerelements ist. In Kombination der beiden Einstellmöglichkeiten, nämlich der des Trägerelements alleine und der des Trägerelement gemeinsam mit dem Führungselement, kann das Objekt an jeden beliebigen Ort innerhalb der Kreisfläche der anderen Kreisbahn verbracht werden.
Vorzugsweise sind das Trägerelement und/oder das Führungselement und/oder das weitere Führungselement im Querschnitt rund, beispielsweise ringförmig, ausgebildet, was eine einfache und platzsparende Konstruktion erlaubt.
In einer bevorzugen Ausgestaltung weist das Führungselement eine, vorzugsweise runde, Ausnehmung auf, in der das, vorzugsweise ebenfalls runde- Trägerelement drehbar ist. Ebenso weist vorzugsweise das weitere Führungselement eine, vorzugsweise runde, Ausnehmung auf, in der das, vorzugsweise runde, Führungselement drehbar. Diese schachtelartige Anordnung lässt sich im Prinzip beliebig fortsetzen. Zur Erzielung einer Objektverschiebung ist die Ausnehmung exzentrisch angebracht.
Vorzugsweise ist in das Trägerelement und/oder das Führungselement und/oder das weitere Führungselement ein Stelihebel einsetzbar. Hierzu sind beispielsweise entlang des Randes der Elemente Bohrungen vorgesehen in die der Stellhebel eingesteckt werden kann.
In einer bevorzugen Ausgestaltung ist das Führungselement und/oder das weitere Führungselement in Richtung der Drehachse und/oder der weiteren Drehachse verschiebbar. Vorzugsweise ist die gesamte
Feineinstellvorrichtung in diese Richtung verschiebbar. Hierfür ist beispielsweise ein Steligewinde vorgesehen. In einem Mikroskop kann damit beispielsweise der Abstand eines Objektivs zur Probe eingestellt werden.
Vorzugsweise sind sich direkt berührende Elemente, beispielsweise das Trägerelement und das Führungselement, aus unterschiedlichem Material gefertigt. Dies hat den Vorteil, dass die Gefahr des Festfressens minimiert ist. Beispielsweise sind die Elemente abwechselnd aus Stahl und Messing gefertigt.
In einer anderen Variante sind alle Elemente aus Glaskeramik, wie beispielsweise Cerodur, hergestellt. Vorzugsweise ist das Objekt ein optisches Bauteil, insbesondere ein Objektiv oder ein Kondensor. Es könnte sich beispielsweise auch um eine Einkoppeloptik für eine Glasfaser oder um ein anderes fein auszurichtendes Bauteil handeln.
Ganz besonders vorteilhaft ist ein mit einer erfindungsgemäßen Feinverstellvorrichtung insbesondere zur exakten Positionierung zumindest eines Objektivs. Das Mikroskop kann beispielsweise als klassisches Lichtmikroskop, als Scanmikroskop, als konfokales Scanmikroskop, als 4PI- Mikroskop, als doppelkonfokales Scanmikroskop oder als Theta-Mikroskop ausgebildet sein. In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand schematisch dargestellt und wird anhand der Figuren nachfolgend beschrieben, wobei gleich wirkende Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen sind. Dabei zeigen:
Fig. 1 eine erfindungsgemäße Feinverstellvorrichtung in einer
Schnittdarstellung, Fig. 2 die erfindungsgemäße Feinverstellvorrichtung 1 in einer
Explosionsdarstellung,
Fig. 3 die erfindungsgemäße Feinverstellvorrichtung 1 in einer
Ansichtsdarstellung,
Fig. 4 das Prinzip der Kippung des Trägerelements, Fig. 5 das Prinzip der Verschiebung und Fig. 6 das Prinzip der Einstellung der Neigung und der Richtung der Neigung des Objektivs.
Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Feinverstellvorrichtung 1 in einer Schnittdarstellung mit einem Trägerelement 3, das ein Objekt 5, nämlich ein Objektiv 7, trägt und das von einem Führungselement 9 geführt um eine Drehachse drehbar ist. Das Trägerelement 3 ist als schräger Zylinderabschnitt ausgebildet und in eine runde Ausnehmung (Passung) des Führungselements 9 drehbar eingelassen. Im Längsschnitt weist das Führungselement 9 einen Absatz 11 auf, auf dem das Trägerelement 3 aufsitzt und der eine Führungsebene definiert, die die Drehachse mit einem von 90 Grad verschiedenen Winkel durchsetzt.
Durch eine Relativdrehung zwischen dem Trägerelement 3 und dem Führungselement 9 ist die Neigung des Objektiv 7 einstellbar, was weiter unten an Hand der Fig. 4 ausführlich beschrieben wird.
Das Führungselement 9 ist in der runden Ausnehmung eines weiteren Führungselements 13 geführt um eine weitere Drehachse drehbar. Die Ausnehmung des weiteren Führungselements 13 ist in bezug auf die weitere Drehachse exzentrisch (mit Versatz zur Drehachse) angeordnet, so dass das Führungselement 9 zusammen mit dem Trägerelement 3 und dem Objektiv 7 auf einer durch die Exzentrizität bestimmten Kreisbahn schwenkbar ist.
Das weitere Führungselements 13 ist in der runden, exzentrisch angeordneten Ausnehmung eines anderen Führungselements 15 geführt um eine andere Drehachse, die parallel zur weiteren Drehachse ist, drehbar. Die Exzentrizität der Ausnehmung des anderen Führungselements 15 ist größer als die des weiteren Führungselements 13. Durch geeignete kombinierte Drehungen des weiteren Führungselements 13 und des anderen Führungselements 15 kann innerhalb einer Ebene, die senkrecht zur anderen Drehachse ist punktgenau verschoben werden. Das andere Führungselement 15 ist in einem äußeren Führungselement 17 drehbar gelagert. Dieses weist an der Außenseite ein Gewinde 19 auf, das eine Verschiebung des Objektivs - samt des Trägerelements 3 und der Führungselemente 9 -17 in Richtung der weiteren Drehachse ermöglicht. Das äußere Führungselement 17 ist mit dem Gewinde 19 in dem Halteelement 21 angeordnet. Ein an dem äußeren Führungselement 17 angebrachter Käfig 25 umschließt das Trägerelements 3 und der Führungselemente 9 -17 und mit dem kugelkopfförmigen Niederhalter 23 für den Zusammenhalt der Elemente.
Das weitere Führungselement 13, das andere Führungselement 15 und das äußere Führungselement 17 weisen innerhalb der Ausnehmungen jeweils einen abgerundeten Absatz auf, womit eine Selbstzentrierung erreicht wird die Gefahr des „Festfressens" minimiert ist.
Kräfte, die durch manuelle Bedienung des Objektivs 7 auftreten, werden von der Feinverstellvorrichtung 1 aufgefangen. Die Feinverstellvorrichtung 1 wird vorzugsweise mit zwei Anschlägen an einem Mikroskop befestigt und ist leicht gegen ein anderes Objektivmodul austauschbar ohne dass eine erneute Justierung nötig wird.
Fig. 2 zeigt die erfindungsgemäße Feinverstellvorrichtung 1 in einer Explosionsdarstellung. Das Trägerelements 3 und der Führungselemente 9 - 17 weisen Bohrungen 27 auf, in die ein Stellhebel einsteckbar ist.
Fig. 3 zeigt die zusammengesetzte erfindungsgemäße Feinverstellvorrichtung 1 in einer Ansichtsdarstellung.
Fig. 4 illustriert das Prinzip der Kippung des Trägerelements 3 durch eine Relativdrehung zwischen dem Trägerelement 3 und dem Führungselement 9. Die Drehachse 31 durchsetzt die Führungsebene 29 mit einem von 90 Grad verschiedenen Winkel. In Fig. 4a ist die Grundstellung gezeigt, während Fig. 4b eine Kippstellung um den Winkel α darstellt. Die Eintrittspupille 33 des
Objektiv ist vorzugsweise am Ort des Durchtrittspunktes der Drehachse 31 durch die Führungsebene 29 positioniert.
Fig. 5 illustriert das Prinzip der Verschiebung mit dem Trägerelement 3 und dem Führungselement 9. Das mit einem Versatz zur Drehachse - also exzentrisch - an dem Trägerelement 3 befestigte Objektiv 7 beschreibt bei
Drehung des Trägerelementes in dem Führungselement eine Kreisbahn 35 mit einem Radius die dem Versatz entspricht. Das Trägerelement 3 ist gemeinsam mit dem Führungselement 9 exzentrisch drehbar, daher beschreibt das Objektiv 7 eine andere Kreisbahn 37, 38, wobei der Radius dieser anderen Kreisbahn 37, 38 von der Dreheinstellung des Trägerelements 3 abhängt. Das Objektiv kann mit hoher Präzision an jeden beliebigen Ort innerhalb der Kreisfläche der anderen Kreisbahn 37, 38 verbracht werden. Der Übersichtlichkeit halber ist nur die Eintrittspupille 33 für verschiedene Einstellungen eingezeichnet. Mit r ist der Abstand der Eintrittspupille 33 von der Grundstellung 39 - der theoretischen optischen Achse des Mikroskops - bezeichnet. Die Stellung der Richtung des Abstandvektors ist mit ß bezeichnet.
Fig. 6 zeigt das Prinzip der Einstellung der Neigung - Durch Drehen des weiteren Führungselements 13 - und der Richtung der Neigung des Objektivs
7 - durch Drehen des anderen Führungselements 15. Die Neigung ist durch den Winkel α und die Richtung durch den Winkel γ angegeben. Durch Drehen des äußeren Führungselements 17 ist eine z-Einstellung vernehmbar. Zur besseren Anschaulichkeit ist die Objektivachse 41 und die Achse der Grundstellung 39, die optische Achse des Mikroskops, eingezeichnet.
Die Erfindung wurde in Bezug auf eine besondere Ausführungsform beschrieben. Es ist jedoch selbstverständlich, dass Änderungen und Abwandlungen durchgeführt werden können, ohne dabei den Schutzbereich der nachstehenden Ansprüche zu verlassen.
Bezugszeichenliste:
1 Feinverstellvorrichtung
3 Trägerelement
5 Objekt
7 Objektiv
9 Führungselement
11 Absatz
13 weiteres Führungselement
15 anderes Führungselement
17 äußeres Führungselement
19 Gewinde
21 Halteelement
23 Niederhalter
25 Käfig
27 Bohrungen
29 Führungsebene
31 Drehachse
33 Eintrittspupille
35 Kreisbahn
37 Kreisbahn
39 Grundstellung
41 Objektivachse

Claims

Patentansprüche
1. Feinverstellvorrichtung zum Verschieben und/oder Kippen eines
Objekts dadurch gekennzeichnet, dass ein Trägerelement vorgesehen ist, das von einem Führungselement geführt um eine Drehachse drehbar ist, wobei • zur Erzielung einer Kippung zwischen dem Trägerelement und dem
Führungselement eine Führungsebene definiert ist, die die Drehachse mit einem von 90 Grad verschiedenen Winkel durchsetzt und/oder
• zur Erzielung einer Verschiebung das Objekt mit einem seitlichen Versatz zur Drehachse an dem Trägerelement befestigt ist.
2. Feinverstellvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungselement von einem weitere Führungselement geführt um die Drehachse oder eine weitere Drehachse drehbar ist.
3. Feinverstellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Feinverstellvorrichtung als Objekt in eine weitere Feinverstellvorrichtung einbringbar ist.
4. Feinverstellvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Feinverstellvorrichtung eine Feinverstellvorrichtung nach einem der Ansprüche der Ansprüche 1 oder 2 beinhaltet.
5. Feinverstellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement und/oder das
Führungselement und/oder das weitere Führungselement im Querschnitt rund sind.
6. Feinverstellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungselement eine Ausnehmung aufweist, in der das Trägerelement drehbar ist.
7. Feinverstellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das weitere Führungselement eine Ausnehmung aufweist, in der das Führungselement drehbar ist.
8. Feinverstellvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung exzentrisch ist.
9. Feinverstellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in das Trägerelement und/oder das Führungselement und/oder das weitere Führungselement ein Stellhebel einsetzbar ist.
10. Feinverstellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungselement und/oder das weitere Führungselement in Richtung der Drehachse und/oder der weiteren Drehachse verschiebbar sind.
11. Feinverstellvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungselement und/oder das weitere Führungselement einen Stellgewinde aufweisen.
12. Feinverstellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass das sich direkt berührende Elemente aus unterschiedlichem Material gefertigt sind.
13. , Feinverstellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Objekt ein optisches Bauteil, insbesondere ein Objektiv, ist.
14. Mikroskop mit einer Feinverstellvorrichtung nach einem der
Ansprüche 1 bis 13.
15. Mikroskop nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das
Mikroskop ein Scanmikroskop, ein konfokales Scanmikroskop, ein 4PI- Mikroskop oder ein Theta-Mikroskop ist.
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