DE102004057451A1

DE102004057451A1 - Lens-table system for microscopes

Info

Publication number: DE102004057451A1
Application number: DE200410057451
Authority: DE
Inventors: Andreas Dr. Nolte; Lutz HÖRING
Original assignee: VEB Carl Zeiss Jena GmbH; Carl Zeiss Jena GmbH
Current assignee: Jenoptik AG; Carl Zeiss Jena GmbH
Priority date: 2004-11-24
Filing date: 2004-11-24
Publication date: 2006-06-01
Also published as: WO2006056178A1

Abstract

Bei einem Objektiv-Tisch-System für Mikroskope besteht die Aufgabe, die mechanische Stabilität mit einem kompakten kostengünstigen Aufbau zu erhöhen, um Fokusschwankungen, bedingt durch eine thermische Drift, aber auch durch eine Schwingungsanfälligkeit der optischen und/oder mechanischen Mikroskop-Komponenten entgegenzuwirken. DOLLAR A Das Objektiv ist von einer in den Tisch eingearbeiteten Führung aufgenommen und in der Führung entlang der senkrecht zur Oberfläche des Tisches gerichteten optischen Achse verschiebbar. DOLLAR A Das Objektiv-Tisch-System ist insbesondere für Mikroskope von Bedeutung, die für automatische Messaufgaben vorgesehen sind.In a lens-table system for microscopes, the object is to increase the mechanical stability with a compact low-cost construction, to counteract focus fluctuations caused by thermal drift, but also by susceptibility to vibration of the optical and / or mechanical microscope components. DOLLAR A The lens is taken up by a guide incorporated in the table and slidable in the guide along the optical axis directed perpendicular to the surface of the table. DOLLAR A The lens-table system is particularly important for microscopes, which are intended for automatic measurement tasks.

Description

Stabilität und Resistenz gegen thermische Einflüsse ist besonders für Mikroskope von Bedeutung, die für automatische Messaufgaben vorgesehen sind.Stability and resistance against thermal influences is especially for Microscopes of importance for automatic measuring tasks are provided.

Schwierigkeiten bestehen hinsichtlich der erforderlichen Kalibrierung insbesondere bei konventionellen Aufbauten, da sich der Abstand zwischen Stativarm und optischer Achse aufgrund des vorhandenen Objektivrevolvers und anderer optischer Elemente im Laufe der technischen Weiterentwicklung zunehmend vergrößert hat.difficulties exist in particular with regard to the required calibration in conventional constructions, as the distance between stand arm and optical axis due to the existing nosepiece and other optical elements in the course of technical development increasingly has increased.

So haben Wärmeverteilungsmessungen gezeigt, dass trotz eines massiven Grundkörpers und Maßnahmen für eine hohe Biege- und Torsionssteifheit der Stative sich ein stationärer Stabilitätszustand nicht einstellt und eine Langzeitstabilität des Fokus nicht gegeben ist, da bereits geringe thermische Änderungen, hervorgerufen durch Wärme, die von außen oder durch die elektrischen und elektronischen Komponenten des Mikroskops zugeführt wird, zu einer sich negativ auswirkenden Verformung des Stativs führen.So have heat distribution measurements shown that despite a massive body and measures for one high bending and torsional rigidity of the tripods does not undergo a stationary stability state and long-term stability of the focus is not given, since already low thermal changes, caused by heat, the outside or through the electrical and electronic components of the microscope supplied is, to a negative impact deformation of the tripod to lead.

Besonders bei u-förmigen Stativen von aufrechten Mikroskopen liegt das an dem langen Hebel zwischen dem, auf einem über stabile Linearführungen außerhalb der optischen Achse vertikal verstellbaren x-y-Tisch befindlichen Objekt und dem Objektiv, das in einer von bis zu acht Aufnahmen eines Objektivrevolvers untergebracht ist.Especially at u-shaped Stands of upright microscopes lies at the long lever between on one over stable linear guides outside the optical axis vertically adjustable x-y table located Object and the lens in one of up to eight shots a nosepiece is housed.

Ein ähnliches Problem besteht auch bei Stativen von bekannten inversen Mikroskopen, bei denen die Objektivrevolver über stabile Linearführungen außerhalb der optischen Achse vertikal verstellbar sind, jedoch mit dem Unterschied, dass thermisch bedingte Schwankungen aufgrund bestehender kürzerer Hebel nicht so stark ausgeprägt sind.A similar There is also a problem with tripods of known inverted microscopes, where the nosepiece over stable linear guides outside the optical axis are vertically adjustable, but with the difference that thermally induced fluctuations due to existing shorter lever not so strong are.

Es ist eine Vielzahl von Maßnahmen bekannt, um den thermisch bedingten Ausdehnungsschwankungen mit geeigneten Mitteln entgegenzuwirken.It is a variety of measures known to the thermally induced expansion variations with counteract appropriate means.

So sind gemäß der DE 195 30 136 C1 zur Kompensation einer thermisch bedingten Defokussierung zwischen dem Objekttisch und einer Zahnstange, die zusammen mit einem Antriebszahnrad zur Verstellung des Objekttisches entlang der optischen Achse des Objektivs dient, zwei Stäbe mit unterschiedlicher Wärmeausdehnung zwischengeschaltet, von denen der eine Stab mit seinem einen Ende fest mit der Zahnstange und mit seinem anderen Ende fest mit dem anderen Stab verbunden ist, welcher mit seinem freien Ende den Objekttisch trägt. Infolge der unterschiedlichen Wärmeausdehnungen der beiden Stäbe wird der Objekttisch in seiner Höhe temperaturabhängig nachgeführt.So are in accordance with the DE 195 30 136 C1 to compensate for a thermally induced defocusing between the stage and a rack, which serves together with a drive gear for adjusting the stage along the optical axis of the lens, two bars interspersed with different thermal expansion, of which a rod with its one end fixed to the rack and with its other end firmly connected to the other rod, which carries the object table with its free end. Due to the different thermal expansions of the two rods of the stage is tracked in height depending on temperature.

Außer thermisch bedingten Schwankungen können während des Betriebes aber auch defokussierende Vibrationen oder Stöße z. B. durch automatische bzw. teilautomatische Bewegungsabläufe als innere Erregungen aber auch durch äußere Erregungen auftreten.Except thermal conditional fluctuations can while the operation but also defocusing vibrations or shocks z. B. by automatic or semi-automatic movements as internal Excitement, but also by external excitement occur.

Die US 5 764 409 beschreibt einen Vibrationsstabilisator für ein Emissionsmikroskop, der aus einem starren Hohlzylinder mit verstellbarer Länge besteht, in den die Mikroskopoptik eingesetzt ist. Der Hohlzylinder wird auf die Oberfläche, die das zu untersuchende Objekt umgibt, aufgesetzt. Der Hohlzylinder wird in seiner Länge so eingestellt, dass sich die Mikroskopoptik in geeignetem Abstand zum Chip befindet.The US 5,764,409 describes a vibration stabilizer for an emission microscope, which consists of a rigid hollow cylinder with adjustable length, in which the microscope optics is inserted. The hollow cylinder is placed on the surface surrounding the object to be examined. The length of the hollow cylinder is adjusted so that the microscope optics is at a suitable distance from the chip.

Die US 4 168 881 vermeidet eine Übertragung von Schwingungen vom Okular auf das Objektiv, indem Objektiv und Okular in hebelartigen Halterungen schwingungsgehemmt mit einem gegenseitigen Abstand voneinander angeordnet sind.The US 4,168,881 avoids transmission of vibrations from the eyepiece on the lens by the lens and eyepiece in lever-like brackets are vibration-locked with a mutual distance from each other.

Bekannt ist es auch, die zwischen den Hauptteilen des Stativs vorhandenen Koppelstellen mit unterschiedlichen Steifigkeiten auszubilden ( DE 35 23 902 A1 ).It is also known to form the coupling points between the main parts of the stand with different rigidity ( DE 35 23 902 A1 ).

Zur Minimierung des Einflusses mechanischer und thermischer Faktoren auf die Güte der Abbildung und der Bildübertragungseigenschaften wird in der DE 102 61 663 A1 schließlich eine tragende Zelle beschrieben, die mit dem Stativ starr aber austauschbar verbunden ist und die eine erste Baugruppe zur Aufnahme, Halterung und Einstellung des Objektivs und eine zweite Baugruppe zur Positionierung des Objektes oder der Probe relativ zum Objektiv enthält. Toleranzkritische Grundbaugruppen des Mikroskops werden auf diese Weise zu einer stabilen Einheit zusammengefasst, während andere Baugruppen von einem gesonderten Stativ gehalten werden.In order to minimize the influence of mechanical and thermal factors on the quality of the image and the image transfer properties, DE 102 61 663 A1 Finally, a supporting cell is described which is rigidly but interchangeably connected to the stand and which includes a first assembly for receiving, holding and adjusting the lens and a second assembly for positioning the object or the sample relative to the lens. Tolerance-critical basic components of the microscope are combined in this way to form a stable unit, while other assemblies are held by a separate stand.

Aufgabe der Erfindung ist es, die mechanische Stabilität mit einem kompakteren kostengünstigen Aufbau zu erhöhen, um Fokusschwankungen, bedingt durch eine thermische Drift aber auch durch eine Schwingungsanfälligkeit der optischen und/oder mechanischen Mikroskop-Komponenten entgegen zu wirken.task The invention is the mechanical stability with a more compact cost-effective Increase construction, around focus fluctuations caused by a thermal drift but also by a susceptibility to vibration the optical and / or mechanical microscope components against Act.

Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe bei einem Objektiv-Tisch-System für Mikroskope dadurch gelöst, dass das Objektiv von einer in den Tisch eingearbeiteten Führung aufgenommen und in der Führung entlang der senkrecht zur Oberfläche des Tisches gerichteten optischen Achse verschiebbar ist.According to the invention, the object is achieved in a lens-table system for microscopes in that the lens of a in the Table incorporated incorporated guide and in the guide along the perpendicular to the surface of the table directed optical axis is displaceable.

Besonders zweckmäßige und vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.Especially appropriate and yield advantageous embodiments and refinements of the invention from the dependent ones Claims.

Im Unterschied zu bekannten Aufbauten sind das Objektiv und das Tischsystem nunmehr durch die Einbindung des Objektivs in das Tischsystem über die Führung mechanisch miteinander direkt gekoppelt und bilden eine kompakte Einheit. Das hat den Vorteil, dass zwischen Objektiv und einer auf den Tisch aufgelegten Probe immer ein fester Abstand gegeben ist, unabhängig von thermisch bedingten Ausdehnungsschwankungen im Mikroskopstativ. Abstandsänderungen zwischen Tubuslinse und Objektiv aufgrund der Ausdehnungsschwankungen im Stativ wirken sich ebenfalls nicht störend aus, da sich zwischen der Tubuslinse und dem Objektiv ein Unendlich-Raum befindet.in the Difference to known constructions are the lens and the table system now by the integration of the lens in the table system on the guide mechanically coupled with each other directly and form a compact Unit. That has the advantage that between lens and one on the table placed sample is always given a fixed distance, independently thermally induced expansion variations in the microscope stand. changes in distance between the tube lens and the lens due to the expansion fluctuations in the tripod are also not disturbing, as between the tube lens and the lens is an infinite space.

Ein Mikroskop mit dem erfindungsgemäßen Objektiv-Tisch-System ist aber nicht nur weniger anfällig gegen thermische Drift, sondern auch weitgehend unempfindlich gegenüber Schwingungen und/oder Stößen, da das Objektiv, anstatt an einem Hebelarm befestigt zu sein, in einer bevorzugt verwendeten Gleitführung im Tisch sitzt.One Microscope with the objective-table system according to the invention but not only is less vulnerable against thermal drift, but also largely insensitive to vibrations and / or Bumps, there the lens, instead of being attached to a lever arm, in one preferably used sliding guide sitting in the table.

Im Vergleich zu konventionellen Mikroskopen beträgt die bei einer Z-Positionierung zu bewegende Masse nur einen Bruchteil, wodurch die Positionierung mit kleinerer Motorleistung trotzdem schneller ausgeführt werden kann.in the Compared to conventional microscopes is the Z-positioning to moving mass only a fraction, reducing the positioning still be run faster with smaller engine power can.

Eine besondere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Tisch als Kreuztisch ausgebildet ist, der eine feststehende untere Tischplatte zur Stativmontage sowie eine mittlere und eine obere Tischplatte, für Verstellungen in x- und y-Richtung enthält, wobei in die untere Tischplatte die Führung für das Objektiv eingelassen ist und die mittlere und die obere Tischplatte Lichtdurchtrittsöffnungen für einen entlang der optischen Achse des Objektivs verlaufenden Abbildungsstrahlengang aufweisen.A particular embodiment of the invention provides that the table is designed as a cross table, which has a fixed lower table top for tripod mounting and a middle and an upper table top, for adjustments in the x and y directions, where in the lower table top the guide for the lens is recessed and the middle and the upper table top light passage openings for one along the optical axis of the lens extending imaging beam path exhibit.

Vorteilhaft ist bei der als Gleitführung ausgebildeten Führung eine innere Gleithülse zur Verstellung des eingesetzten Objektivs in Richtung seiner optischen Achse gegenüber einer äußeren, mit der unteren Tischplatte fest verbundenen Gleithülse verschiebbar.Advantageous is when the sliding guide trained leadership an inner sliding sleeve for adjusting the lens used in the direction of its optical Axis opposite an outer, with slidably connected to the lower table top firmly connected sliding sleeve.

Da die obere Tischplatte stark beansprucht wird, sollte ein zur Ablage von Objektträgern dienender Teil der Tischplatte auswechselbar gestaltet werden, indem z. B. eine herausnehmbare Einlegeplatte vorgesehen wird.There the upper table top is under heavy stress, should one for storage from slides Serving part of the tabletop be made interchangeable by z. B. a removable insert plate is provided.

Bei einer weiteren, besonders vorteilhaften Ausgestaltung handelt es sich um ein Mikroskop, bei dem als Träger für das erfindungsgemäße Objektiv-Tisch-System ein Mikroskopstativ dient, das einen symmetrischen Aufbau aufweist, durch den die optische Achse des Objektivs im Wesentlichen zentrisch gelegt ist.at Another, particularly advantageous embodiment is it It is a microscope in which as a carrier for the lens-table system according to the invention a microscope stand is used, which has a symmetrical structure, through which the optical axis of the lens is placed substantially centrally is.

Die Erfindung soll nachstehend anhand der schematischen Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen:The Invention will be explained below with reference to the schematic drawing. It demonstrate:

1 eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Objektiv-Tisch-Systems 1 a perspective view of an objective-table system according to the invention

2 einen Ausschnitt aus dem Objektiv-Tisch-System gemäß 1, bei der sich das Objektiv im Arbeitsabstand zum Objekt befindet 2 a section of the lens-table system according to 1 , where the lens is at working distance to the object

3 das Objektiv-Tisch-System gemäß 1 in einer Draufsicht mit schematisch eingezeichneten Stativelementen 3 the lens-table system according to 1 in a plan view with schematically drawn tripod elements

Das in den 1 bis 3 dargestellte Objektiv-Tisch-System enthält einen Kreuztisch 1 mit einer unteren Tischplatte 2 für eine feste Stativmontage, eine mittlere Tischplatte 3 zur Verstellung in x-Richtung und eine obere Tischplatte 4 zur Verstellung in y-Richtung, auf der eine Haltevorrichtung 5 für einen Objektträger 6 vorgesehen ist. Schrittmotoren 7, 8 mit Mutter/Spindel-Antrieben 9, 10 dienen der Verstellung des Kreuztisches 1.That in the 1 to 3 Lens-table system shown contains a cross table 1 with a lower table top 2 for a fixed tripod mounting, a middle table top 3 for adjustment in x-direction and an upper table top 4 for adjustment in the y-direction, on which a holding device 5 for a slide 6 is provided. stepper motors 7 . 8th with nut / spindle drives 9 . 10 serve the adjustment of the cross table 1 ,

In die untere erste Tischplatte 2 , insbesondere in einen in die Tischplatte eingeschraubten Tischeinsatz 11 ist eine, aus einer äußeren und einer inneren Gleithülse 12, 13 bestehende Gleitführung 14 zur Aufnahme eines Objektives 15 eingelassen, wobei die innere Gleithülse 13 zur Verstellung des eingesetzten Objektivs 15 in Richtung seiner optischen Achse O-O gegenüber der äußeren, mit der ersten Tischplatte 2 fest verbundenen Gleithülse 12 verschiebbar ist. Eine aus Silikon bestehende Manschette 16 dient als Tropfschutz. Ein Zeilensensor 17 ist für einen Vorschauscan vorgesehen.In the lower first table top 2 , Especially in a screwed into the table top table insert 11 is one of an outer and an inner sliding sleeve 12 . 13 existing sliding guide 14 for taking a lens 15 let in, with the inner sliding sleeve 13 for adjusting the lens used 15 in the direction of its optical axis OO opposite the outer, with the first table top 2 firmly connected sliding sleeve 12 is displaceable. A silicone cuff 16 serves as drip protection. A line sensor 17 is intended for a preview scan.

Außerdem sind in die mittlere und in die obere Tischplatte 3, 4 Öffnungen 18, 19 eingearbeitet, so dass über das Objektiv 15 ein Objekt, das auf dem Objektträger b auf der oberen Tischplatte 4 positioniert ist, infolge einer senkrecht zur optischen Achse O-O gerichteten Verstellung des Kreuztisches 1 gescant werden kann. Die Verstellung des Objektivs 15 erfolgt über einen an der inneren Gleithülse 13 angreifenden, nicht dargestellten Hebel.In addition, in the middle and in the upper table top 3 . 4 openings 18 . 19 incorporated so that over the lens 15 an object lying on the slide b on the upper table top 4 is positioned, as a result of a perpendicular to the optical axis OO directed adjustment of the cross table 1 can be scanned. The adjustment of the lens 15 via one on the inner sliding sleeve 13 attacking, not shown lever.

Eine in die obere Tischplatte 4 eingeschraubte Einlegeplatte 20 dient für die Ablage von Objektträgern 6 und ist bei Verschleiß aufgrund des Be- und Entladens von Objektträgern 6 auswechselbar.One in the upper table top 4 screwed insert plate 20 serves for the storage of slides 6 and is at wear due to loading and unloading slides 6 replaceable.

Ein Mikroskopstativ 21, das vorzugsweise aus paarweise zueinander parallelen Platten aus Aluminium kubisch aufgebaut ist, nimmt das Objektiv-Tisch-System derart auf, dass der entlang der optischen Achse des Objektivs 15 verlaufende Abbildungsstrahlengang annähernd zentrisch zwischen den Platten, deren Stirnseiten in 3 gestrichelt dargestellt sind, hindurchgeführt ist.A microscope stand 21 , which is preferably cubic constructed of pairs of mutually parallel plates of aluminum, takes the lens-table system such that along the optical axis of the lens 15 extending imaging beam path approximately centrally between the plates whose end faces in 3 are shown by dashed lines, is passed.

Durch die Annäherung an einen symmetrischen Aufbau ist die resultierende thermische Drift bei einer thermischen Verformung des Stativmaterials im Vergleich zu konventionellen Stativen mit seitlich zum Stativ verlaufendem Abbildungsstrahlengang zusätzlich minimiert. Ferner ist die Möglichkeit gegeben, unvermeidbare Wärmequellen wie Beleuchtung o.ä. weit entfernt von der Optik anzuordnen.By the approach to a symmetrical structure, the resulting thermal drift is at a thermal deformation of the tripod material compared to conventional tripods with lateral to the tripod imaging beam path additionally minimized. Furthermore, there is the possibility unavoidable heat sources like lighting or similar far from the optics.

Das erfindungsgemäße Objektiv-Tisch-System besitzt keinen sonst üblichen Objektivrevolver, sondern der Vergrößerungswechsel erfolgt beispielsweise über den Wechsel der Tubuslinse. Alternativ kann auch ein Objektivwechsel, wie in DE 100 31 720 A1 beschrieben, realisiert werden. Da kein Objektivrevolver zum Einsatz kommt, entfällt bei inversem Stativ das komplexe Ausfräsen der unteren Tischplatte 2 für den Betrieb des Objektivrevolvers.The lens-table system according to the invention has no otherwise conventional nosepiece, but the magnification change takes place for example via the change of the tube lens. Alternatively, a lens change, as in DE 100 31 720 A1 described, be realized. Since no objective nosepiece is used, the inverse tripod eliminates the need for complex milling of the lower tabletop 2 for the operation of the nosepiece.

Claims

Lens-table system for microscopes, characterized in that the lens ( 15 ) of a guide incorporated into the table ( 14 ) and in the leadership ( 14 ) along the perpendicular to the surface of the table directed optical axis (OO) is displaceable.

Lens-table system according to claim 1, characterized in that the table as a cross table ( 1 ) is formed, which a fixed lower table top ( 2 ) for tripod mounting and a middle and an upper table top ( 3 . 4 ) for adjustments in the x- and y-direction contains that in the lower table top ( 2 ) the leadership ( 14 ) for the lens ( 15 ) and that the middle and the upper table top ( 3 . 4 ) Light passage openings ( 18 . 19 ) for one along the optical axis (OO) of the objective ( 15 ) have running imaging beam path.

Lens-table system according to claim 2, characterized in that the guide ( 14 ) is designed as a sliding guide, wherein an inner sliding sleeve ( 13 ) for adjusting the lens used ( 15 ) in the direction of its optical axis (OO) with respect to an outer, with the lower table top ( 2 ) firmly connected sliding sleeve ( 12 ) is displaceable.

Lens-table system according to claim 2 or 3, characterized in that the upper table top ( 4 ) an exchangeable insert plate ( 20 ) for the storage of slides ( 6 ) contains.

Microscope comprising a lens-table system according to one of claims 1 to 4 and a microscope stand on which the lens-table system is supported, characterized in that the microscope stand ( 21 ) has a symmetrical structure, through which the optical axis (OO) of the objective ( 15 ) is placed substantially centrally.

Microscope according to claim 5, characterized in that the microscope stand ( 21 ) is constructed cubic from pairs parallel plates.