NL8700148A - Inrichting voor het focusseren van electro-magnetische golven of geluid. - Google Patents

Description

NO 34220 1 ___"

Korte aanduiding: Inrichting voor het focussëren van electro- magnetische golven of geluid.

De uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor het focusseren van electro-magnetische golven of geluid, welke inrichting een in een houder aangebracht focusseerelement omvat.

Zo een inrichting wordt onder andere toegepast in een 5 microscoop en wel in het bijzonder met als focusseerelement een objectief, meestal gevormd door een lenzenstelsel. De uitvinding is echter niet tot toepassing bij een microscoop en eveneens niet tot een focusseerbaar lenzenstelsel beperkt.

In sommige vormen van licht- en acoustische 10 microscopie, in het bijzonder confocale microscopie, wordt van het te onderzoeken object een beeld gevormd door het in drie loodrecht op elkaar staande richtingen te verplaatsen ten opzichte van een lens of lenzenstelsel c.c. objectief. De microscoop is hiertoe voorzien van een scantafel waarop het object is aangebracht. Deze benadering heeft 15 evenwel een aantal nadelen zoals een begrenzing aan de massa en afmetingen van het te onderzoeken object.

Met de uitvinding wordt beoogd deze bezwaren te vermijden en hiertoe is volgens de uitvinding de genoemde houder voor het focusseerelement zodanig ondersteund dat verplaatsing in drie 20 loodrecht op elkaar staande richtingen (X-, Y- en Z-richting) mogelijk is, terwijl aandrijfeenheden aanwezig zijn om de houder in genoemde drie richtingen onafhankelijk te verplaatsen.

De uitvinding berust op het inzicht dat het voordelen biedt het focusseerelement Cgewoonlijk een objectief) in plaats van de 25 objecttafel bij het scannen te verplaatsen. Vooral doch niet uitsluitend is de constructie effectief bij confocaal microscopie.

Voor de verplaatsing in Z-richting (bij een microscoop: loodrecht op de objecttafel) verschaft de uitvinding een relatief eenvoudige voorkeursconstructie die tot zeer nauwkeurig 30 beheersbare kleine verplaatsingen kan leiden. Bij deze constructie rust de houder via scharnieren op ten minste drie poten die aan hun ondereinde door scharnieren zijn verbonden met een in Z-richting verplaatsbare constructie.

Door de poten schuin op te stellen en op een gemeen-35 schappelijk punt te richten kan de optische as van het focusseerelement bij verplaatsing in de X-richting en/of Y-richting op nagenoeg 6: · . ·.: » * 2 hetzelfde punt gericht blijven.

De scharnieren aan boven- en ondereinde van genoemde poten kunnen uit zeer eenvoudige korte draadstukken bestaan. Deze kunnen in lengterichting flinke belastingen opnemen en niettemin in 5 dwarsrichting een beheersbare buigbeweging maken.

De in Z-richting verplaatsbare constructie waarop de poten rusten, kan zijn samengesteld uit een onderplaat en een bovenplaat waarbij de onderplaat bestaat uit drie delen waarvan het middelste scharnierbaar is verbonden met de buitenste, en bij één of 10 meer punten die midden tussen de scharnieren liggen is verbonden met de bovenplaat die bij één rand door een aandrijfeenheid voor de Z-richting omhoog en omlaag verplaatsbaar is en bij de tegenover gelegen rand scharnierbaar is bevestigd. Hierdoor wordt een scharnierbeweging omgezet in een translatieverplaatsing in Z-richting.

15 De drie delen kunnen simpel worden gemaakt uit één enkele plaat doordat elk van de scharnieren tussen het middelste en de buitenste delen bestaan uit twee op enige afstand van elkaar aangebrachte groeven die vanaf verschillende oppervlakken van de plaat zijn ingesneden.

20 Een andere mogelijkheid voor de in Z-richting verplaatsbare constructie is dat deze is samengesteld uit twee in elkaar grijpende scharnierbare delen waarvan de scharnieren recht tegenover elkaar liggen, en een met één van die delen verbonden strip die via draadscharnieren is verbonden met het andere deel.

25 Voor de verplaatsing in X- en Y-richting kan de houder met twee loodrecht op elkaar staande randen scharnierbaar zijn verbonden met een door een aandrijfelement heen en weer te verplaatsen strip.

De randscharnieren kunnen eenvoudigweg uit een stuk 30 draad bestaan. Zo een stuk kan in alle richtingen buigen. Gebleken is dat zonder een bijzondere voorziening de ophanging van de houder van het focusseerelement te onbepaald is, hetgeen tot onbeheersbare bewegingen kan leiden. Daarom is de scharnierbeweging van één van de draadstukken beperkt door een buigplaat die wel scharniering in de 35 Z-richting toelaat.

Voor de aandrijfeenheden bestaan verschillende mogelijkheden bijvoorbeeld hydraulische, pneumatische of mechanische, echter een electro-magnetische aandrijving verdient verre de voorkeur. Omdat een vaste spoel gemakkelijk kan worden gekoeld omvatten de ‘ i 3 aandrijfeenheden liefst een vaste electro-magneet en een verplaatsbaar stuk magnetisch of magnetiseerbaar materiaal.

De uitvinding betreft tevens een scanmicroscoop voorzien van een objecthouder en een objectief waarbij de objecthouder 5 een vaste stand inneemt en het objectief is uitgevoerd als een bovenbeschreven focusseerelement.

De uitvinding zal nu aan de hand van de figuren, waarin twee uitvoeringsvoorbeelden zijn getoond, nader worden toegelicht.

10 Figuur 1 toont een zij-aanzicht van een eerste uitvoering van de inrichting volgens de uitvinding.

Figuur la toont een variant van figuur 1.

Figuur 2 toont een bovenaanzicht van de inrichting volgens figuur 1.

15 Figuur 3 toont een zij-aanzicht van de onder- steuningsconstructie voor de poten van de objectiefhouder van de eerste uitvoering.

Figuur 4 toont een zij-aanzicht loodrecht op het aanzicht van figuur 3.

20 Figuur 5 toont een bovenaanzicht van de bovenste plaat van de constructie volgens de figuren 3 en 4.

Figuur 6 toont een bovenaanzicht van de onderste plaat van de constructie volgens de figuren 3 en 4.

Figuur 7 toont een zij-aanzicht van een tweede 25 uitvoering van de inrichting volgens de uitvinding.

Figuur 8 toont een zij-aanzicht van de ondersteuning van de poten van de objectiefhouder van de tweede uitvoering.

Figuur 9 toont een doorsnede volgens de lijn IX-IX in figuur 10.

30 Figuur 10 toont een bovenaanzicht op de ondersteuning volgens de figuren 8 en 9.

De weergegeven inrichtingen zijn bedoeld om een schematisch weergegeven objectief 1 of ander focusseerelement in drie loodrecht op elkaar staande richtingen (X-, Y- en Z-richtingen) 35 onafhankelijk en beheersbaar te kunnen verplaatsen. Toepassing van de inrichtingen in een scanmiscroscoop leidt ertoe dat de tafel waarop zich het af te beelden object bevindt, stationair kan zijn. Het objectief 1 is bevestigd in een opening van een houder 2 die is uitgevoerd als plaat met oren 3.

£· .- v i<' *i 4 8 t ’ 4

Deze houderplaat 2 rust op drie poten 4, welke op hun beurt rusten op een constructie 5 die in verticale richting (Z-richting) nauwkeurig kan worden verplaatst door een electro-magnetische aandrijfeenheid 6.

5 De boven- en ondereinden van de poten 4 zijn van korte draadstukken 7 voorzien die in alle richtingen buigbaar zijn doch in langsrichting voldoende belasting kunnen opnemen. De plaatsen waar de bovenste draadstukken 7 van de poten 4 in aanraking komen met de houderplaat 2 zijn in figuur 2 met 7a aangeduid.

10 De constructie 5 omvat een bovenplaat 8 die door buigstrippen 9 scharnierbaar is verbonden met vast opgestelde blokken 10. Tegenover de blokken 10 is aan de plaat 8 een strook 11 uit magnetisch of magnetiseerbaar materiaal bevestigd (zie figuur 5). De te bekrachtigen spoel 6a van de aandrijfeenheid 6 bevindt zich recht boven 15 deze strook 11. Door meer of minder bekrachtiging van de spoel zal de { plaat 8 omhoog en omlaag scharnieren om een vrij gedeelte van de buis- stukken 9.

Tot de constructie 5 behoort een onderplaat 13 die uit drie delen 13a, 13b en 13c is samengesteld. Het middelste deel 13c 20 is scharnierbaar verbonden met de zijdelen 13a en 13b. De hiervoor bestemde scharnieren 14 bestaan elk uit twee groeven die met onderling kleine afstand vanaf verschillende oppervlakken van de plaat 13 zijn ingesneden. De scharnieren 15 tussen de zijdelen 13a en 13b en de vaste blokken 16 bestaan uit één insnijding (zie ook figuur 6). Het middelste 25 deel 13c is door middel van twee draden 17 aan de plaat 8 opgehangen.

In figuur 5 zijn de bevestigingspunten van deze draden 17 met de plaat 8 aangegeven. Deze plaat heeft voorts openingen 18, 19 en 20 voor het doorlaten van de poten 4. Een centrale opening 21 is bestemd voor het doorlaten van de gefocusseerde lichtbundel.

30 Het zal duidelijk zijn dat door het omhoog schar nieren van de bovenplaat 8 het middelste deel 13c van de onderplaat 13 omhoog wordt meegenomen over een afstand die de helft bedraagt van de scharnierbeweging van de plaat 8 bij de rand die nabij de aandrijfeenheid 6 ligt. Het omhoog trekken van het middelste deel 13c leidt tot 35 een symmetrische scharnierbeweging van de zijdelen 13a en 13b en bijgevolg tot een gelijke opwaartse verplaatsing van de poten 4 (in Z-richting). De poten 4 staan onder een zodanige hoek als vereist om te bereiken dat de optische as van het objectief bij verplaatsing in X~ en/of Y-richting op nagenoeg een vast punt gericht blijft. Bij toepas- 8700148 5 * sing als focusseerelement van een op 160 mm gecorrigeerd objectief zal dit vaste punt liggen op de optische as van het objectief op een niveau van circa 160 mm onder de hier beschreven scaninrichting. In de confocale lichtmicroscopie zullen bij toepassing van een dergelijk 5 objectief op dit punt, respectievelijk optisch equivalent de belichtings- respectievelijk detectie-openingen geplaatst zijn als vereist in de confocale microscopie. Bij gebruik van op oneindig gecorrigeerde objectieven dienen de poten evenwijdig aan elkaar geplaatst te zijn omdat in dat geval het optische equivalente vaste 10 punt naar oneindig verschoven is.

Voor de verplaatsing van de houderplaat 2 in de X-richting is deze plaat via een draad 23 verbonden met een strip 24 die aan zijn onderrand via een buigplaat 25 scharnierbaar is ondersteund. De scharnierbeweging van deze strip wordt teweeggebracht door 15 bekrachtiging van een electro-magnetische aandrijfeenheid 26 met een stilstaande spoel 26a en een stuk magnetisch of magnetiseerbaar materiaal in of aan de strip 24.

De eenheid 26 is door een beugel 27 bevestigd aan een vaste stijl 28.

20 Voor de verplaatsing van de houderplaat 2 in de Y-richting is deze plaat via een buigplaat 30 verbonden met een blok 31 dat op zijn beurt via een korte draad 32 is verbonden met een strip 33 welke op dezelfde wijze als de strip 24 via een buigplaat scharnierbaar is ondersteund. De scharnierbeweging van deze strip 33 wordt teweeg-25 gebracht door bekrachtiging van een electro-magnetische aandrijfeenheid 34 met een stilstaande spoel 34a en een stuk magnetisch of magnetiseerbaar materiaal in of aan de strip 33.

De eenheid 34 is door een beugel 35 bevestigd aan een vaste stijl 36.

30 Het zal duidelijk zijn dat door bekrachtiging van de spoel 26a het objectief in X-richting beweegt waarbij de poten 4 die verplaatsing door middel van de draadscharnieren 7 kunnen meemaken en het korte draadstuk 32 van de aandrijfeenheid voor de Y-richting de scharniering niet in de weg zit. Ook in Y-richting kan het objectief 35 bewegen. Ten opzichte van de scharnierverbinding tussen de houderplaat 2 en de strip 24 (X-richting) verschilt de scharnierverbinding tussen deze plaat 2 en de strip 33 daardoor dat een buigplaat 30 is toegevoegd die slechts scharniering in Z-richting toelaat en daarom een onbepaaldheid in de ondersteuning van de plaat 2 teniet doet.

f 0 6 t ·

Het objectief in X-richting wordt in trilling gebracht met een hogere frequentie (typisch 50 Hz) dan in de Y- en Z-richting. Een hinderlijke trilling van de inrichting, opgewekt door de 50 Hz verplaatsing in X-richting, kan worden teniet gedaan door een 5 op een gewicht werkende contra-aandrijving waarbij de massa van het gewicht overeen komt met die van het objectief.

Zowel buigplaat 25, de corresponderende buigplaat in de Y-aandrijving als buigplaat 9 kunnen zijn uitgerust met buigings-sensors zodat uit de mate van de diverse buigingen de X-, Y- en 10 Z-positie van het focusseerelement kan worden afgeleid.

De focusseerinrichting is opgesteld op een plaat 38 welke aan de onderzijde een montage-inrichting bezit om montage op een standaard microscoop-objectiefhouder mogelijk te maken.

De inrichting volgens de figuren 7-10 verschilt 15 slechts van die volgens de figuren 1 tot 6 doordat de in Z-richting verplaatsbare constructie 5 bestaat uit twee in elkaar grijpende delen 42, 43 die bij 44 respectievelijk 45 scharnierbaar zijn aangebracht ten opzichte van een vast blok 16, en een met deel 43 vast verbonden strip 46 die door middel van twee draden 47 met het deel 42 is verbonden.

20 Uiteraard zijn de plaat 43 en de strip 46 van een opening 48 voor het doorlaten van een door het objectief te focusseren bundel voorzien. Wanneer het aandrijfelement 6 het deel 43 omhoog doet scharnieren om de scharnieren 45, zal de strip 46 het scharnierdeel 42 meenemen. De poten 4 zijn met hun boven- en ondereinde van korte draadstukken 7 voorzien. 25 De plaatsen waar de onderste draadstukken in aanraking komen met de scharnierdelen 42, 43 zijn met 7b aangeduid in figuur 10. Het zal duidelijk zijn dat de symmetrische scharnierbeweging van de delen 42 en 43 tot een gelijke verplaatsing in Z-richting van de poten 4 leidt.

Indien als focusseerelement een zogenaamd 30 immersie-objectief wordt toegepast, kan de behuizing van de scan-inrichting worden uitgevoerd als aangeduid in figuur la. Dan kan de bovenzijde van de scaninrichting worden afgesloten met zodanig dunne glasplaat 51 dat het focusseerpunt van het focusseerelement ligt buiten de scaninrichting als met stippellijntjes aangeduid in figuur la.

35 Tussen het als immersie-objectief uitgevoerd focusseerelement 1 en de glasplaat 51 bevindt zich immersie-olie 52, als vereist voor de optische werking van dit immersie-objectief, terwijl deze olie tevens de beschreven bewegingen van het focusseerelement toelaat. Het voordeel van de in figuur la aangeduide behuizing is dat de scaninrichting een ύ - a r a / λ

V t V ,· i *·: U

* * 7 gesloten geheel vormt waardoor stof en andere invloeden van buiten op de scaninrichting worden buitengesloten.

Wezenlijk voor de uitvinding is dat het objectief 1 in X-j Y- en Z-richting beheerst en nauwkeurig kan worden verplaatst, 5 zodat bij het scannen van een object, de objecttafel stil kan blijven staan. De ondersteuning en de aandrijving zijn gescheiden.

In plaats van het objectief 1 kan elk willekeurig focusseerelement voor het focusseren van electro-magnetische golven of geluid worden toegepast. Toepassing bij een scanmicroscoop in het 10 bijzonder een confocaal microscoop, levert belangrijke voordelen opt toepassing bij andere apparaten in een analoge vorm zoals catheters, behoort tot de mogelijkheden. Ook toepassing in de flowcytometrie behoort tot de mogelijkheden waarbij de verstelmogelijkheden van de hier beschreven inrichting worden gebruikt om het door de optiek 15 bepaalde meetgebied te doen samenvallen met de vloeistofstroom die de te analyseren deeltjes draagt. De bewegingen in X- en Y-richting leiden tot een verplaatsing van het objectief langs een licht gekromd oppervlak. De mogelijkheid bestaat via een compenserende beweging in Z-richting de beweging in een vlak oppervlak plaats te doen vinden.

20 Binnen het kader van de conclusies zijn verschillende wijzigingen van de beschreven constructies mogelijk.

670 01 4 8

Claims (13)

1. Inrichting voor het focusseren van electro-magnetische golven of geluid, welke inrichting een in een houder aangebracht focusseerelement omvat, met het kenmerk, dat de houder (2) zodanig is ondersteund dat verplaatsing in drie loodrecht op 5 elkaar staande richtingen (X-, Y- en Z-richting) mogelijk is, en dat aandrijfeenheden (6, 26, 34) aanwezig zijn om de houder in genoemde drie richtingen onafhankelijk te verplaatsen.

2. Inrichting volgens conclusie 1, m e t het kenmerk, dat de houder (2) via scharnieren (7) rust op ten minste 10 drie poten (4) die aan hun ondereinde door scharnieren (7) zijn verbonden met een in Z-richting verplaatsbare constructie (5).

3. Inrichting volgens conclusie 2, m e t het kenmerk, dat de scharnieren (7) aan boven- en ondereinde van genoemde poten (4) bestaan uit korte draadstukken.

4. Inrichting volgens conclusie 2 of 3,met het kenmerk, dat de poten (4) schuin zijn opgesteld zodanig dat tijdens de X-, Y-beweging de optische as van het verplaatste focusseer-element nagenoeg op een vastgekozen punt gericht blijft .

5. Inrichting volgens conclusie 2, 3 of 4, m e t 20 het kenmerk, dat de in Z-richting verplaatsbare constructie (5) een onderplaat (13) heeft bestaande uit drie delen (13a, b, c) waarvan het middelste deel (13c) scharnierbaar is verbonden met de buitenste delen (13a, b), en bij één of meer punten die midden tussen de scharnieren liggen, is verbonden met een er boven aangebrachte plaat 25 (8), die bij één rand door een aandrijfeenheid (6) voor de Z-richting omhoog en omlaag verplaatsbaar is en bij de tegenover gelegen rand scharnierbaar is bevestigd.

6. Inrichting volgens conclusie 5, m e t het kenmerk, dat de drie delen (13a, b, c) één enkele plaat vormen en 30 elk van de scharnieren (14) tussen het middelste en de buitenste delen bestaan uit twee op kleine afstand van elkaar aangebrachte groeven die vanaf verschillende oppervlakken van de plaat zijn ingesneden.

7. Inrichting volgens één van de conclusies 2, 3, 4 of 5,met het kenmerk, dat de in Z-richting verplaatsbare 35 constructie (5) is samengesteld uit twee in elkaar grijpende scharnier-bare delen (42, 43) waarvan de scharnieren (44, 45) recht tegenover elkaar liggen, en een met één van die delen (43) verbonden strip (46) i' ' f‘ f' ' t, Ö - ··· w' ï ‘i Q * die via draadscharnieren (47) is verbonden met het andere deel (42) (figuren 7 -10).

8. Inrichting volgens één van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de houder (2) voor de 5 verplaatsing in de X- en Y-richting bij twee loodrecht op elkaar staande randen scharnierbaar is verbonden met een door een aandrijf-element (26, 34) heen en weer te verplaatsen strip.

9. Inrichting volgens conclusie 8, met het kenmerk, dat een buigplaat (25) in de X-richting, een correspon- 10 derende buigplaat in de Y-richting en buigstrippen (9) voor de Z-richting uitgerust zijn met buigingssensors om een bepaling van de X-, Y- en Z-positie van het focusseerelement mogelijk te maken.

10. Inrichting volgens één of meer van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat bij gebruik van een 15 focusseersysteem van het type immersie-objectief de inrichting kan zijn afgesloten met een dunne glasplaat (51), zodanig dat het focusseerpunt van het focusseersysteem buiten de scaninrichting ligt.

11. Inrichting volgens conclusie 8, m e t het kenmerk, dat beide randscharnieren van de houder (2) bestaan uit 20 een stuk draad (23, 32) en de scharnierbeweging van één van die draad-stukken is beperkt door een buigplaat (30) die wel scharniering in de Z-richting toelaat.

12. Inrichting volgens één van de voorgaande conclusies, met het kenmer k, dat de aandrijfeenheden (6, 25 26, 34) een vaste electro-magneet en een verplaatsbaar stuk magnetisch of magnetiseerbaar materiaal omvatten.

13. Scanmicroscoop voorzien van een objecthouder en een objectief, met het kenmerk, dat de objecthouder een vaste stand inneemt en het objectief is uitgevoerd als focusseerelement 30 volgens één van de voorgaande conclusies. ε: .1/8