Die Erfindung betrifft eine Positioniereinrichtung mit einem unteren Schlitten, der auf einem feststehenden Grundkörper angeordnet und entlang einer ersten Achse verschiebbar gelagert ist und einem oberen Schlitten, der auf dem unteren Schlitten angeordnet und entlang einer zweiten Achse orthogonal zu der ersten Achse verschiebbar gelagert ist.

Positioniereinrichtungen der eingangs genannten Art kommen in automatisierten Prozessen, in Meßsystemen, bei Präzisionsanwendungen, und im Zusammenhang mit anderen modernen Technologien zum Einsatz. Außerdem werden derartige Positioniereinrichtungen zur hochpräzisen Positionierung von Mikroskopen eingesetzt. Hierbei wird das gesamte Mikroskop auf der Positioniereinrichtung relativ zu einem zu untersuchenden Präparat bewegt. Dies ist insbesondere dann erforderlich, wenn ein Verschieben des Präparates unter dem Mikroskopobjektiv nicht möglich ist, beispielsweise wenn das Präparat mit Elektroden, die in einem Bezugssystem des Grundkörpers fixiert sind, verbunden ist. Ein Verschieben des Präparates mit dem fahrbaren Mikroskop würde die Elektroden von dem Präparat trennen.

Aus der DE 100 40 277 A1 ist bereits eine Positioniereinrichtung der eingangs genannten Art bekannt. Hierin wird eine als Kreuztisch ausgebildete Positioniereinrichtung zur Bereitstellung von Bewegungen in einem zweidimensionalen Koordinatensystem beschrieben. Die Positioniereinrichtung umfasst einen feststehenden Grundkörper, einen unteren Schlitten, der auf dem Grundkörper in einer ersten Richtung (x-Richtung) verschiebbar gelagert ist und einem oberen Schlitten, der auf dem unteren Schlitten in einer zweiten Richtung (y-Richtung) verschiebbar gelagert ist.

Weiterhin sind Fluoreszenzmikroskope bekannt, bei welchen ein oder mehrere Objekte, z.B. ein fluoreszierende Stoffe enthaltendes Präparat, mittels einer Lichtquelle zum Fluoreszieren

angeregt und betrachtet werden. Die Fluoreszenzmikroskopie ist insbesondere für die medizinische Forschung und Diagnostik, aber auch für die Lebensmittelanalyse von wesentlicher Bedeutung. In der modernen Fluoreszenzmikroskopie werden insbesondere Laserstrahlen zur Fluoreszenzanregung eingesetzt.

Die DE 196 22 359 A1 beschreibt eine Vorrichtung, bei welcher ein gepulster Laserstrahl durch eine Lichtleitfaser in ein Mikroskop einkoppelbar ist. Die durch ein optisches Element zeitlich veränderten Laserpulse werden zunächst mittels eines Einkoppelelementes in die Lichtleitfaser eingekoppelt, durch ein Auskoppelelement wieder aus der Lichtleitfaser ausgekoppelt, um dann durch weitere optische Bauelemente in das Mikroskop eingekoppelt zu werden. Hierbei erweist es sich als nachteilig, dass zur Einkopplung des Laserstrahls in das Mikroskop ein aufwändiger Aufbau mit einer Vielzahl von optischen Bauelementen benötigt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zu schaffen, die Einkopplung eines Laserstrahls in eine in zwei Dimensionen verfahrbare Positioniereinrichtung bzw. in eine mittels der Positioniereinrichtung verfahrbare Vorrichtung zu vereinfachen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Vorrichtung gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung.

Erfindungsgemäß ist also eine Positioniereinrichtung vorgesehen, bei welcher der untere Schlitten ein erstes Umlenkelement aufweist, welches einen parallel zu der ersten Achse auf das erste Umlenkelement gerichteten Laserstrahl parallel zu der zweiten Achse umlenkt und auf ein dem oberen Schlitten zugeordnetes zweites Umlenkelement richtet, welches den parallel zur zweiten Achse ausgerichteten Laserstrahl parallel zur ersten Achse umlenkt und in eine auf dem oberen Schlitten angeordnete Vorrichtung einkoppelt. Hierdurch kann auf die aufwändigen optischen Bauelemente, welche bei der Einkopplung mittels einer Lichtleitfaser erforderlich sind, verzichtet werden. Ein auf das erste Umlenkelement gerichteter Laserstrahl wird in jedem Fall, auch wenn der untere Schlitten entlang der ersten Achse verschoben wird, um 90° parallel zur zweiten Achse umgelenkt. Durch die Verschiebung des unteren Schlittens wird lediglich ein parallel zur ersten Achse gerichteter Strahlabschnitt des Laserstrahls verlängert oder verkürzt. Die Richtung dieses Strahlabschnittes wird jedoch nicht verändert. Ein auf das zweite Umlenkelement gerichteter Laserstrahl wird ebenfalls, auch bei einer Verschiebung des oberen Schlittens entlang der zweiten Achse, um 90° umgelenkt, da durch die Verschiebung lediglich der Strahlabschnitt zwischen den beiden

Umlenkelementen verkürzt oder verlängert, nicht aber die Richtung des Laserstrahls verändert wird. Durch diese zweifach orthogonale Umlenkung des Laserstrahls ist der Laserstrahl nach den beiden Umlenkungen fest im Bezugsystem der Positioniereinrichtung bzw. der auf der Positioniereinrichtung angeordneten Vorrichtung verankert.

Eine andere zweckmäßige Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird dadurch erreicht, dass zumindest eines der Umlenkelemente derart ausgebildet ist, dass der Laserstrahl zusätzlich parallel zu einer dritten Achse umlenkbar ist, wobei die dritte Achse senkrecht zu der ersten Achse und zu der zweiten Achse angeordnet ist. Durch diese Ausgestaltung der Umlenkelemente kann der Laserstrahl beispielsweise bevor er um 90° von der ersten Achse (x-Achse) in die zweite Achse (y-Achse) umgelenkt wird, zunächst um 90° in eine dritte Achse (z-Achse) umgelenkt werden. Hierdurch kann beispielsweise der Laserstrahl von einer Ebene, in welcher der untere Schlitten verfahrbar ist, in die Ebene umgelenkt werden, in welcher der obere Schlitten verfahrbar ist, oder aber der Laserstrahl kann von der Ebene, in der der obere Schlitten verfahrbar ist, in die Ebene umgelenkt werden, in welcher der Laserstrahl in die auf dem oberen Schlitten angeordnete Vorrichtung eingekoppelt werden soll.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird auch dadurch geschaffen, dass die auf dem oberen Schlitten angeordnete Vorrichtung ein Mikroskop ist, wobei mittels des in das Mikroskop einkoppelbaren Laserstrahls ein relativ zu dem Grundkörper unbewegbares Präparat zum Fluoreszieren anregbar ist. Hierdurch wird eine Möglichkeit geschaffen, ein in zwei Achsen verfahrbares Mikroskop zur Verfügung zu stellen, welches relativ zu dem zu betrachtenden Präparat bewegbar ist. Je nach Positionierung der Schlitten können so verschiedene Orte bzw. Bereiche des Präparates zum Fluoreszieren angeregt werden. Dies ist insbesondere bei Anwendungen in der medizinischen Forschung und Diagnostik und der Biomedizin besonders vorteilhaft, wo das Präparat mit zum Grundkörper in fester Beziehung stehenden Elektroden verbunden sein kann, und ein Verschieben des Präparates relativ zum Mikroskopobjektiv ohne verschiebbare Optik nicht möglich ist.

Dies erweist sich als besonders zweckmäßig, wenn der Laserstrahl ein Ultrakurzpulslaserstrahl, insbesondere ein Femtosekunden-Puls-Laserstrahl, ist. Durch den Ultrakurzpulslaserstrahl, typischerweise ein Titan-Saphir-Laser mit ca. 70 fs Pulslänge und ca. 80 MHZ Repititionsrate, wird ein Laserstrahl zur Verfügung gestellt, welcher aufgrund seiner Pulsspitzenleistung zur Fluoreszenzanregung durch Absorption von jeweils zwei Photonen besonders geeignet ist. Durch die zweifach orthogonale Umlenkung des Kurzpulslaserstrahls mittels der an den Schlitten angeordneten Umlenkelemente, können die

Nachteile einer Einkopplung eines Laserstrahls nach dem Stand der Technik mit einem Lichtleiter, nämlich eine unter Umständen erhebliche Pulsverbreiterung und damit geringere Pulsspitzenleistung, vermieden und die zur Fluoreszenzanregung vorteilhafte Pulsspitzenleistung zur Verfügung gestellt werden. Durch die Verschiebung der Umlenkelemente erfährt der Laserstrahl zwar eine Phasenverschiebung, welche auf die Fluoreszenz mikroskopischer Präparate allerdings keine Wirkung hat.

Eine weitere besonders vorteilhafte Ausführungsform wird dadurch erreicht, dass der Grundkörper, eine das Präparat tragende Aufnahmevorrichtung und eine den Laserstrahl erzeugende Lasereinrichtung auf einem Optiktisch angeordnet sind. Durch die Anordnung auf einem Optiktisch wird ein schwingungsfreies, stabiles Gestell zur Verfügung gestellt, welches sich durch eine hohe Steifigkeit und Dämpfung auszeichnet, was insbesondere bei der hochpräzisen Positionierung von Mikroskopen enorm wichtig ist.

In einer zweckmäßigen Weiterbildung ist der Grundkörper Bestandteil des Optiktisches. Hierdurch ist eine separate Fixierung des Grundkörpers auf dem Optiktisch nicht erforderlich. Der Optiktisch und der Grundkörper können als einstückige Einheit ausgeführt sein oder aber der Optiktisch bildet den Grundkörper, wodurch die Schlitten direkt auf den als Grundkörper ausgebildeten Optiktisch angeordnet werden können.

Eine wiederum abgewandelte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass zumindest eines der Umlenkelemente mindestens einen Spiegel aufweist. Hierdurch erfolgt eine Umlenkung des Laserstrahls ohne Dispersion, so dass insbesondere bei Ultrakurzpulslasern, die zur Fluoreszenzanregung erforderliche Pulsspitzenleistung zur Verfügung gestellt werden kann. Eine Veränderung der Pulsbreite und damit der Pulsspitzenleistung durch Dispersion kann also durch den Einsatz eines Spiegels ausgeschlossen werden.

In einer anderen zweckmäßigen Abwandlung weist zumindest eines der Umlenkelemente mindestens ein Prisma auf. Durch die Ausbildung des Umlenkelementes als Umlenk-Prisma wird ein besonders verschleißarmes und alterungsbeständiges Element zur prozesssicheren Umlenkung des Laserstrahls zur Verfügung gestellt.

Eine andere besonders zweckmäßige Weiterbildung der vorliegenden Positioniereinrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass den Schlitten jeweils eine Antriebseinheit zugeordnet ist. Hierdurch kann eine hochpräzise Positionierung der Schlitten unabhängig voneinander

realisiert werden. Dabei ist eine manuelle aber auch eine automatisierte Ansteuerung der Antriebseinheiten denkbar.

Ein weiteres erfindungsgemäßes Merkmal besteht darin, dass zumindest eine der Antriebseinheiten ein Digitalmikrometer aufweist. Das Digitalmikrometer weist vorzugsweise eine 5-stellige LCD-Anzeige mit einer einfachen und fehlerfreien Ablesemöglichkeit auf, wodurch eine präzise Positionierung des jeweiligen Schlittens ermöglicht wird.

Eine wiederum abgewandelte Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass zumindest eine der Antriebeinheiten ein Piezo-Element aufweist. Dabei erfolgt eine Grobeinstellung mittels einer Messschraube und eine Feineinstellung per Piezo- Feinverstellung. Hierdurch kann eine noch präzisere Positionierung der einzelnen Schlitten gewährleistet werden.

Die Erfindung lässt verschiedene Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese zeigt in der einzigen Figur eine Draufsicht einer erfindungsgemäßen Positioniereinrichtung 1 in einer Prinzipdarstellung. Die Positioniereinrichtung 1 weist einen Grundkörper 2 auf, welcher fest auf einem Optiktisch 3 fixiert ist. Ein unterer Schlitten 4 ist auf dem feststehenden Grundkörper 2 entlang einer ersten Achse 5, parallel zur x-Achse, verschiebbar gelagert. Ein oberer Schlitten 6 ist auf dem unteren Schlitten 4 angeordnet und entlang einer zweiten Achse 7, parallel zur y-Achse, verschiebbar gelagert. Die Verschiebbarkeit der beiden Schlitten 4, 6 ist durch die beiden Richtungspfeile 8, 9 angedeutet. Hierdurch kann der obere Schlitten 6 bzw. eine auf dem oberen Schlitten 6 angeordnete Vorrichtung 10, beispielsweise ein Mikroskop, in einem zweidimensionalen Koordinatensystem (x-y) bewegt werden. Für eine hochpräzise Positionierung ist den Schlitten 4, 6 jeweils eine Antriebseinheit 11 , 12 zugeordnet.

Eine einen Laserstrahl 13 erzeugende Lasereinrichtung 14, welche aus einer geeigneten Pumpeinrichtung 15 und einem Laser 16 besteht, ist wie der Grundkörper 2 der Positioniereinrichtung 1 fest auf dem Optiktisch 3 fixiert. Durch zwei Umlenkspiegel 17, 18 wird der Laserstrahl zweimal um 90° umgelenkt, so dass ein Strahlabschnitt 19 parallel zur ersten Achse 5 (x-Achse) ausgerichtet wird. Der derart gerichtete Laserstrahl 13 trifft dann auf ein fest mit dem unteren Schlitten 4 verbundenes erstes Umlenkelement 20, welches den Laserstrahl 13 um 90° parallel zur zweiten Achse 7 (y-Achse) umlenkt. Eine Bewegung des unteren Schlittens 4 bzw. der als Mikroskop ausgebildeten Vorrichtung 10 in Richtung der ersten Achse 5 (x-Achse) verkürzt oder verlängert den zwischen dem ersten Umlenkelement

20 und dem Umlenkspiegel 18 angeordneten Strahlabschnitt 19. Die Richtung des Strahlabschnitts 19 wird durch diese Verschiebung des unteren Schlittens 4 bzw. der Vorrichtung 10 nicht verändert. Nach der 90° Umlenkung durch das erste Umlenkelement 20 trifft der parallel zur zweiten Achse 7 (y-Achse) ausgerichtete Laserstrahl 13 auf ein zweites Umlenkelement 21, welches fest an dem oberen Schlitten 6 oder fest an der auf dem oberen Schlitten 6 angeordneten Vorrichtung 10 fixiert ist. Durch dieses zweite Umlenkelement 21 wird der Laserstrahl 13 ein weiteres Mal um 90° umgelenkt und parallel zur ersten Achse 5 (x-Achse) ausgerichtet. Eine Bewegung des oberen Schlittens 6 bzw. der auf dem oberen Schlitten 6 angeordneten Vorrichtung 10 in Richtung der zweiten Achse 7 (y-Achse) verändert die Länge des zwischen dem ersten Umlenkelement 20 und dem zweiten Umlenkelement 21 angeordneten Strahlabschnittes 22, nicht aber die Richtung dieses Strahlabschnitts 22. Nach der 90°-Umlenkung am zweiten Umlenkelement 21 ist der Laserstrahl 13 fest im Bezugssystem des oberen Schlittens 6 bzw. der Vorrichtung 10 verankert und kann durch einen weiteren Umlenkspiegel 23 in die Vorrichtung 10 eingekoppelt werden.

Durch die feste Verbindung des ersten Umlenkelementes 20 mit dem unteren Schlitten 4 und die ebenfalls feste Verbindung des zweiten Umlenkelementes 21 mit dem oberen Schlitten 6 bzw. der Vorrichtung 10 wird der Laserstrahl 13 zweifach orthogonal umgelenkt und hierdurch fest im Bezugssystem einer in zwei Dimensionen verfahrbaren Vorrichtung 10 verankert.

Die an den Schlitten 4, 6 fixierten Umlenkelemente 20, 21 sind justierbar ausgebildet. Hilfreich sind hierbei auch als Irisblenden ausgebildete Lochblenden, welche fest an den jeweiligen Umlenkelementen 20, 21 fixiert sind. Die Lochblenden sind zentrisch zu einer optischen Achse des jeweiligen Umlenkelementes 20, 21 angeordnet.

Mittels der erfindungsgemäßen Positioniervorrichtung 1 können Mikroskope unterschiedlicher Bauform, Größe und Funktionsprinzipien in zwei Dimensionen relativ zu einem feststehenden Präparat bewegt werden. Hierzu zählen sowohl inverse Mikroskope als auch aufrechte Mikroskope. Das zu untersuchende Präparat wird dann auf einer Aufnahmevorrichtung, einer so genannten Bühne, angeordnet, welche fest mit dem Optiktisch 3 verbunden ist. Mittels der Positioniervorrichtung 1 kann nun ein Laserstrahl 13 in das auf dem oberen Schlitten 6 angeordnete Mikroskop eingekoppelt, auf das zu untersuchende Präparat gerichtet und relativ zu diesem verfahren werden.