Feinfokussiertisch

Die Erfindung betrifft einen Feinfokussiertisch für Mikroskope, mit einer Objektplatte, einer Halterung für die Objektplatte und einer die Objektplatte in ihrer horizontalen Lage verändernden VerStelleinrichtung.

In der regulären Mikroskopie wird die Fokuslage des Objekts über den

Fokustπeb des Mikroskops eingestellt. Die mit den dort eingebauten Motoren - in der Regel DC-Motoren - erreichbaren Positioniergenauigkeiten egen bei plus/minus 50 nm. Solche Werte sind jedoch um mehr als den Faktor zwei zu schlecht, so daß eine derartige Fokussierung nicht zu gebrauchen ist. Häufig werden auch externe Schrittmotoren an den Feinfokustrieb des Mikroskops angeflanscht. Durch entsprechende Untersetzungen lassen sich dann zwar feine Schritteinteilungen erreichen, jedoch ist die freie Positionierbarkeit dabei erforderlicher externer oder interner Getriebe ganz erheblich eingeschränkt

Aus der Praxis sind auch bereits getriebefreie Direktantriebe bekannt. Mit solchen Direktantrieben werden Positioniergenauigkeiten im Nanometerbereich erreicht. Der verfügbare Verfahrweg ist jedoch auf wenige 100 m begrenzt. Hinzu kommt die weitere Problematik, daß ein solcher Direktantrieb beispielsweise nur jeweils ein Objektiv bewegt, welches dann weit über die anderen Objektive herausragt.

Ebenfalls aus der Praxis sind piezoaktiv bewegbare Z-Tische bekannt. Die Verfahrbereiche solcher Z-Tische sind jedoch durch die Piezos eingeschränkt Piezosysteme sind darüber hinaus durch die erforderlichen externen Meßsysteme und die ebenfalls erforderlichen Hochspannungsansteuerungen teuer.

Mit der Piezoansteueruπg sind auch bereits nahezu beliebige Z-Scanraten erreicht worden Gleichförmig schnelle und auch sehr langsame Z-Scanraten, so z B 1000 μm pro Sekunde bis 0,01 μm pro Sekunde Geschwmdigkeitstoleranzen von weniger als plus/minus 0,5 % sind jedenfalls mit getriebemotorischen Mitteln nur äußerst schwierig zu erreichen

Soll nun ein Femverstelltisch in konventionellen Mikroskopen eingesetzt werden, so ist an dessen Bauform die Forderung nach einer extrem flachen Ausfuhrung zu stellen, wobei Hohen von ca 5 mm erstrebenswert sind Außerdem ist in dem Tischzentrum ein Durchgang für den Strahldurchtritt vorzusehen

Weiter aus der Praxis sind auch bereits seit Jahren Z-Tische mit einer galvanometnsch angetriebenen Kipp-Platte bekannt Der Nachteil einer solchen Anordnung liegt jedoch dann, daß bei größeren Hubbewegungen zwangsweise mit dem Hub eine Lateralbewegung des Objekts stattfindet Liegt das zu beobachtende Objekt in der Ebene des Drehpunktes der Kipp-Platte, so ist der Fehler, der durch die Lateralbewegung entsteht vernachlassigbar klein Bei von der Drehpunktebene weiter entfernten Objekten oder Objektbereichen wird dieser Fehler jedoch sehr schnell mit der Entfernung unerträglich groß

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen Feinfokussiertisch für Mikroskope der hier in Rede stehenden Art derart auszugestalten und weiterzubilden, daß auch bei größerer Hubbewegung der Objektplatte kein

Fehler entsteht Des weiteren soll der Feinfokussiertisch einfach aufgebaut und möglichst dünn realisierbar sein

Der erfindungsgemaße Feinfokussiertisch lost die voranstehende Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruches 1 Danach ist der eingangs genannte Feinfokussiertisch für Mikroskope derart ausgestaltet, daß die Halterung einen Montagebereich, vorzugsweise befestigt auf einem Objekttisch oder am

Mikroskop, und einen Verbindungsbereich zur Objektplatte hin umfaßt und daß sich zwischen dem Montagebereich und dem Verbindungsbereich über Biegestellen angelenkte Parallelarme erstrecken

Erfindungsgemaß ist erkannt worden, daß sich der bei herkömmlichen Z- Tischen einstellende Fehler dann jedenfalls vermeiden läßt, wenn die Objektplatte eine parallele Hubcharakteristik aufweist Dazu umfaßt die Halterung einen Montagebereich, mit dem die Halterung starr festlegbar ist Im konkreten dient der Montagebereich zum Befestigen entweder auf einem Objekttisch oder am Mikroskop selbst Des weiteren umfaßt die Halterung einen Verbindungsbereich zur Objektplatte hin, wodurch die Objektplatte letztendlich mit dem Montagebereich wirkverbunden ist Zwischen dem Montagebereich und dem Verbindungsbereich erstrecken sich jeweils über Biegestellen angelenkte Parallelarme, wobei die Biegestellen einerseits zwischen dem Montagebereich und den Parallelarmen und andererseits zwischen den Parallelarmen bzw dem Verbindungsbereich und dem Objekttisch ausgebildet sind

Durch die hier beanspruchten Merkmale ist jedenfalls sichergestellt, daß sich der Objekttisch bei einer Auslenkung nach unten oder nach oben in seiner horizontalen Ausrichtung nicht verändert, daß nämlich die Objektplatte eine parallele Hubcharakteristik aufweist Dazu ist von ganz besonderer Bedeutung, daß der Montagebereich der Halterung ortsfest angeordnet wird und daß die Parallelarme eine Verbindung zwischen der horizontal ausgerichteten Objektplatte und dem Montagebereich darstellen, wobei es die Biegestellen ermöglichen, daß sich die Parallelarme in einem der Auslenkung entsprechenden Winkel einerseits zum Montagebereich und andererseits zur Objektplatte biegen lassen Letztendlich wird der bei herkömmlichen Z-Tischen auftretende Kippfehler der Objektplatte durch die Anlenkung der Objektplatte mittels Parallelarmen und über definierte Biegestellen kompensiert

Hinsichtlich einer konkreten Ausgestaltung der Objektplatte ist es von Vorteil, wenn diese rechteckig ausgeführt ist und wenn die Objektplatte im Bereich einer ihrer Kanten - nämlich im Bereich der Verbindungskante - über eine Biegestelle und den Verbindungsbereich mit den Parallelarmen verbunden ist Eine rechteckige Ausgestaltung der Objektplatte bietet sowohl in fertigungstechnischer Hinsicht als auch unter dem Gesichtspunkt eines maanderformigen Abscannens von Objekten einen ganz erheblichen Vorteil

Die der Objektplatte zugeordnete Biegestelle kann sich dabei parallel zu der Verbindungskante der Objektplatte erstrecken Letztendlich verlauft diese Biegestelle parallel zu der gegenüberliegenden freien Kante der Objektplatte, wobei diese Biegestelle zur Anlenkung der Objektplatte dient

Ebenfalls unter fertigungstechnischen Gesichtspunkten ist es von weiterem Vorteil, wenn die Halterung in Form eines die Objektplatte umgebenden Rahmens ausgebildet ist Entsprechend der Ausgestaltung der Objektplatte kann auch der Rahmen rechteckig ausgeführt sein Dabei konnte die

Objektplatte zum umlaufenden Rahmen hin zumindest geringfügig beabstandet sein, wobei die Verbindungskante bzw der Verbindungsbereich der Objektplatte auf der dem Montagebereich der Halterung gegenüberliegenden Seite der Objektplatte liegt Jedenfalls ist im Rahmen der hier in Rede stehenden Ausgestaltung die Objektplatte in den Rahmen quasi integriert und laßt sich aus der Ebene des Rahmens herausdrucken, wobei sich dabei die Parallelarme an den Biegestellen abwinkein lassen

Die Biegestelle zwischen dem Montagebereich und den Parallelarmen konnte parallel zu der dem Montagebereich zugewandten Kante des Rahmens verlaufen Dadurch wäre gewährleistet, daß samtliche Kanten der Objektplatte parallel zu den Kanten der Halterung bzw des Rahmens verlaufen Die

Biegestellen waren dabei ebenfalls parallel zu Kanten des Rahmens und der Objektplatte ausgerichtet

In weiter vorteilhafter Weise sind zwei gegenüberliegende Rahmenschenkel über die Biegestellen dem Montagebereich und dem Verbindungsbereich zugeordnet, wobei die beiden anderen einander gegenüberliegenden

Rahmenschenkel jeweils zwei Parallelarme umfassen Letztendlich besteht der Rahmen aus insgesamt vier Rahmenschenkeln, wobei zwei einander gegenüberliegende Rahmenschenkel einerseits dem Montagebereich und andererseits dem Verbindungsbereich zugeordnet sind Die jeweils anderen ebenfalls einander gegenüberliegenden Rahmenschenkel bilden die

Parallelarme, wobei jeder Parallelarm - auf jeder Seite - doppelt ausgebildet ist und wobei die parallel zueinander mit Abstand angeordneten Parallelarme wahrend der Hubbewegung der Objektplatte sich entsprechend der Auslenkung bzw entsprechend dem Hub der Objektplatte relativ zueinander verschieben, was wiederum auf die Dicke des Rahmens und die Ausgestaltung der Biegestellen zurückzuführen ist

Im konkreten konnte die Objektplatte und die Halterung aus zwei aneinander egenden, fest miteinander verbundenen identischen Platten hergestellt sein, wobei die Platten durchgehende, drei aneinander angrenzende Kanten der Objektplatte bildende Ausnehmungen bzw Durchgange, im Bereich des Rahmens auf der jeweils aufeinander zu gerichteten Seite der Platte eine zur Beabstandung dienende geringere Dicke und im Bereich der Biegestellen ebenfalls auf den jeweils aufeinander zu gerichteten Seiten der Platten Aussparungen bzw Ausfrasungen aufweisen

Die geringere Dicke im Rahmenbereich fuhrt zu einer Beabstandung der den jeweiligen Platten zugeordneten Rahmenschenkel zueinander, so daß eine Relativbewegung bzw Verschiebung zwischen den Teilen der Rahmenschenkel bei einer Hubbewegung der Objektplatte möglich ist Die Aussparungen bzw

Ausfrasungen im Bereich der Biegestellen definieren die Biegestellen und sind in weiter vorteilhafter Weise derart ausgelegt, daß die verbleibende Materialstarke - jeweils zur Oberflache der jeweiligen Platte hin - eine Dauerbiegefestigkeit der Platten gewährleisten

Die voranstehend beschriebene Konstruktion fuhrt jedenfalls dazu, daß die Platten lediglich im Bereich der Objektplatte und im Montagebereich fest miteinander verbunden sind und daß einerseits die reduzierte Dicke im Rahmenbereich und andererseits die Aussparungen bzw Ausfrasungen im Bereich der Biegestellen zu einer Beabstandung der Platten zueinander fuhren Bei Auslenkung der Objektplatte oder des dem Montagebereich abgewandten bzw gegenüberliegenden Rahmenbereichs oder Verbindungsbereichs ist somit ein Parallelhub der Objektplatte möglich

Gemäß der voranstehenden konkreten Ausgestaltung ist es möglich, daß die Halterung und die Objektplatte die gleiche Dicke aufweisen, wodurch sich eine flache Ausgestaltung des Feinfokussiertischs realisieren laßt Die Dicke von

Halterung und Objektplatte kann ohne weiteres im Bereich unter 5 mm bis etwa 10 mm liegen

Des weiteren ist es möglich, bspw für den Einsatz an einem Objekttisch bei der Durchlichtmikroskopie oder für den Einsatz unmittelbar am Objektiv, die Objektplatte mit einem in etwa mittigen Durchgang für den Strahldurchtritt auszustatten Die Dimensionierung dieses Durchgangs orientiert sich an den jeweiligen Erfordernissen

Die Objektplatte und die Halterung laßt sich bspw aus Edelstahl oder Aluminium fertigen In beiden Fallen ist eine einfache spanende Bearbeitung möglich Ebenso wäre es denkbar, die einzelnen Teile des Feinfokussiertischs - die beiden den Feinfokussiertisch bildenden Platten - spritzgußtechnisch herzustellen, wobei dort die Ausnehmungen und Aussparungen bereits

vorgesehen sein könnten. Ansonsten ist eine spanende Bearbeitung sowie das anschließende Zusammenbringen der einzelnen Platten erforderlich

Hinsichtlich der eingangs bereits genannten VerStelleinrichtung wäre es im Lichte einer besonders einfachen Ausgestaltung von Vorteil, wenn die VerStelleinrichtung unmittelbar an der Objektplatte, vorzugsweise auf der dem Verbindungsbereich gegenüberliegenden freien Seite, angreift. Letztendlich könnte man hier die Objektplatte nach oben oder nach unten ziehen oder drücken, wodurch sich ein Parallelhub der Objektplatte realisieren läßt. Ebenso wäre es denkbar, die VerStelleinrichtung an dem dem Verbindungsbereich zugeordneten Rahmenschenkel angreifen zu lassen, wodurch sich bei einer entsprechenden Beaufschlagung nach oben oder nach unten ebenfalls ein Parallelhub der Objektplatte ergibt.

Als Antrieb für die Versteileinrichtung lassen sich herkömmliche Mittel verwenden, wobei in vorteilhafter Weise ein zwei- oder mehrstufiger Antrieb für die Grob- und Feinbewegung der Objektplatte vorgesehen sein kann. Zur ganz besonders genauen und reproduzierbaren Einstellung der Fokuslage eines Objekts könnte ein Galvanometerantrieb und ein zwischen der Objektplatte bzw dem Rahmen und dem Galvanometerantrieb wirkendes Seil vorgesehen sein Die Objektplatte und/oder der Rahmen lassen sich entsprechend der Anordnung des Galvanometerantriebs ohne weiteres nach oben oder nach unten ziehen bzw. verlagern, um den Parallelhub der Objektplatte realisieren zu können

Im Hinblick auf mögliche Verwendungen des Feinfokussiertischs sei an dieser Stelle ganz besonders darauf hingewiesen, daß der Feinfokussiertisch als Zwischenstück zwischen Mikroskop und Objektiv bzw. Objektivrevolver eingebaut werden kann. Ebenso ist es möglich, den zuvor erörterten

Feinfokussiertisch mit seiner Halterung auf dem Objekttisch eines Mikroskops zu befestigen, wodurch sich die Fokuslage des Objekts feinst einstellen läßt Jedenfalls kann der erfindungsgemäße Feinfokussiertisch zur schnellen und

präzisen Einstellung der Fokuslage in der Konfokalmikroskopie dienen, was letztendlich dem konkreten Bedarf in der Konfokalmikroskopie entspricht

Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden Dazu ist einerseits auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Ansprüche, andererseits auf die nachfolgende Erläuterung eines Ausfuhrungsbeispiels der Erfindung anhand der Zeichnung zu verweisen In Verbindung mit der Erläuterung des bevorzugten Ausfuhrungsbeispiels der Erfindung werden auch im allgemeinen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert In der Zeichnung zeigt

Fig 1 in einer schematischen Seitenansicht, geschnitten entlang der

Linie l-l aus Fig 2, ein Ausfuhrungsbeispiel eines erfindungsgemaßen Feinfokussiertischs und

Fig 2 den Gegenstand aus Fig 1 in einer Draufsicht, wobei zwei alternative VerStelleinrichtungen angedeutet sind

Die Fig 1 und 2 zeigen gemeinsam ein Ausfuhrungsbeispiel eines Feinfokussiertischs für Mikroskope, wobei der Einfachheit halber hier lediglich der Feinfokussiertisch dargestellt ist Der Feinfokussiertisch umfaßt eine Objektplatte 1 , eine Halterung 2 für die Objektplatte 1 und eine die Objektplatte 1 in ihrer horizontalen Lage verändernde VerStelleinrichtung 3

Erfindungsgemaß umfaßt die Halterung 2 einen Montagebereich 4 der vorzugsweise zum Befestigen auf einem hier nicht gezeigten Objekttisch oder am Mikroskop - zwischen Objektiv und Mikroskop - dient Des weiteren umfaßt die Halterung 2 einen Verbindungsbereich 5 zur Objektplatte 1 hin wobei sich

zwischen dem Montagebereich 4 und dem Verbindungsbereich 5 über Biegestellen 6, 7 angelenkte Parallelarme 8, 9 erstrecken

Fig 2 zeigt besonders deutlich, daß die Objektplatte 1 rechteckig ausgeführt ist und im Bereich ihrer Verbindungskante 10 über die Biegestelle 7 und den Verbindungsbereich 5 mit den Parallelarmen 8, 9 verbunden ist Die Biegestelle 7 erstreckt sich dabei parallel zu der Verbindungskante 10 der Objektplatte 1

Fig 2 laßt des weiteren erkennen, daß die Halterung 2 in Form eines die Objektplatte 1 umgebenden Rahmens 11 ausgebildet ist Auch der Rahmen 11 ist dabei rechteckig ausgeführt Die Objektplatte 1 ist zum umlaufenden Rahmen 11 hin geringfügig beabstandet, wobei die Verbindungskante 10 bzw der Verbindungsbereich 5 auf der dem Montagebereich 4 gegenüberliegenden Seite der Objektplatte 1 liegt Des weiteren verlauft die Biegestelle 6 zwischen dem Montagebereich 4 und den Parallelarmen 8, 9 parallel zu der dem Montagebereich 4 zugewandten Kante 12 des Rahmens 11 , wobei die Kante 12 letztendlich der Verbindungskante 10 entspricht

Der in den Fig 1 und 2 gezeigte Feinfokussiertisch ist des weiteren derart ausgestaltet, daß zwei gegenüberliegende Rahmenschenkel 13, 14 über die Biegestellen 6, 7 dem Montagebereich 4 und dem Verbindungsbereich 5 zugeordnet sind und daß die beiden anderen einander gegenüberliegenden Rahmenschenkel 15, 16 jeweils einen Parallelarm 8, 9 umfassen

Im konkreten besteht die Objektplatte 1 und die Halterung 2 aus zwei aneinanderliegenden, partiell fest miteinander verbundenen identischen Platten 17, 18, was sich ganz besonders gut der Fig 1 entnehmen laßt Diese Platten 17, 18 weisen durchgehende, drei Kanten der Objektplatte 1 bildende Ausnehmungen 19 auf Des weiteren ist in den Platten 17 18 im Bereich des Rahmens 11 auf der jeweils aufeinander zu gerichteten Seite der Platten 17, 18 eine zur Beabstandung dienende geringere Dicke vorgesehen, so daß dort

zwischen den Rahmenschenkeln 13, 14, 15 und 16 ein Abstand 20 besteht Im Bereich der Biegestellen 6, 7 sind ebenfalls auf den jeweils aufeinander zu gerichteten Seiten Platten der 17, 18 Aussparungen 21 vorgesehen, die letztendlich die Biegestellen 6, 7 bei einer geringst möglich verbleibenden Wandstarke zur Realisierung der Biegung definieren

Fig 1 laßt des weiteren erkennen, daß die Halterung 2 und die Objektplatte 1 die gleiche Dicke aufweisen, wobei hier insgesamt eine Dicke von etwa 6 mm vorgesehen ist

Gemäß der Darstellung in Fig 2 weist die Objektplatte 1 einen etwa mittigen Durchgang 22 für den Strahldurchtritt auf

Bei dem hier gewählten Ausfuhrungsbeispiel sind in Fig 2 zwei alternative Anordnungen der Verstelleinnchtung 3 dargestellt wobei gemäß der Darstellung in Fig 1 die Verstelleinnchtung 3 unmittelbar an der Objektplatte 1 angreift, nämlich auf der dem Verbindungsbereich 5 gegenüberliegenden Seite Gemäß der Darstellung in Fig 2 greift die Verstelleinnchtung 3 entweder unmittelbar an der Objektplatte 1 oder an dem dem Verbindungsbereich 5 zugeordneten Rahmenschenkel 14 an Ungeachtet der konkreten Anordnung handelt es sich bei der Verstelleinnchtung 3 um einen Galvanometerantrieb 23 und ein zwischen der Objektplatte 1 bzw dem Rahmen 11 und dem Galvanometerantrieb 23 wirkendes Seil 24

Hinsichtlich der konkreten Verwendungsmöglichkeiten des erfindungsgemaßen Feinfokussiertischs wird zur Vermeidung von Wiederholungen auf den allgemeinen Teil der Beschreibung verwiesen

Bezugszeichenliste

1 Objektplatte

2 Halterung für die Objektplatte

3 Verstelleinnchtung

4 Montagebereich

5 Verbindungsbereich

6 Biegestelle

7 Biegestelle

8 Parallelarm

10 9 Parallelarm

10 Verbindungskante

11 Rahmen

12 Kante des Rahmens

13 Rahmenschenkel

15 14 Rahmenschenkel

15 Rahmenschenkel

16 Rahmenschenkel

17 Platte

18 Platte

20 19 Ausnehmung

20 Abstand

21 Aussparung

22 Durchgang

23 Galvanometerantrieb

25 24 Seil