DE10147481A1

DE10147481A1 - Pinhole shutter for laser scanning microscopy has a simple cost-effective cam arrangement that provides accurate adjustment of size and position of the pinhole

Info

Publication number: DE10147481A1
Application number: DE2001147481
Authority: DE
Inventors: Guenter Schoeppe
Original assignee: Carl Zeiss Jena GmbH
Current assignee: Jenoptik AG
Priority date: 2001-09-26
Filing date: 2001-09-26
Publication date: 2003-04-17

Abstract

Pinhole shutter for laser scanning microscopy has a shutter hole (14) with a defined size and position within the shutter plane and an adjustment mechanism for adjusting its size and position. The adjustment mechanism has at least two cams (2-5), the rotational position of which defines the size and position of the hole.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Pinhole-Blende für die Laserscanningmikroskopie, mit einem Blendenloch, das eine bestimmte Größe und Lage in einer Blendenebene hat, und einem Verstellmechanismus zur Verstellung von Größe und Lage des Blendenlochs. The invention relates to a pinhole diaphragm for laser scanning microscopy an aperture hole, which has a certain size and position in an aperture plane, and one Adjustment mechanism for adjusting the size and position of the aperture hole.

Derartige Pinhole-Blenden werden in der Laserscanningmikroskopie in einer Bildebene eines Detektionszweiges im allgemeinen hinter einem sogenannten Pinhole-Objektiv eingesetzt und dienen zur Streulichtelimination bei einem konfokal arbeitenden Mikroskop, wie es beispielsweise aus der US 5.760.951 bekannt ist. Such pinhole diaphragms are used in laser scanning microscopy in an image plane Detection branch generally used behind a so-called pinhole lens and are used to remove stray light from a confocal microscope like the one below is known for example from US 5,760,951.

Der Durchmesser des Blendenlochs einer solchen Pinhole-Blende wirkt sich direkt auf die erreichbare Auflösung, sowohl in lateraler als auch in Tiefenrichtung, aus. Je kleiner das Blendenloch ist, desto höher ist die Auflösung. Gleichzeitig bestimmt die Blendenlochgröße aber auch die Lichtmenge, die einen Detektor im Mikroskop erreicht. Bei sehr kleinen Blendenlochgrößen muß an jedem Bildpunkt eine entsprechend lang andauernde Aufnahme erfolgen, wodurch sich die Zeitdauer, die für das Aufzeichnen eines gesamten Bildes benötigt wird, entsprechend verlängert. Zum Erzielen eines brauchbaren Signal-Rausch-Verhältnisses bei der Umwandlung der Lichtinformation in ein elektrisches Signal muß deshalb mit sinkender Blendenlochgröße die Aufnahmedauer jedes Bildpunktes verlängert werden. Es ist in der Laserscanningmikroskopie daher wünschenswert, den günstigsten Kompromiß zwischen Auflösung und Bildaufnahmezeit zu erreichen. Das erfolgt durch Anpassung der Blendenlochgröße an die vorliegenden Bedingungen. Man muß aus diesem Grund die Größe des Blendenlochs verändern können, um für verschiedene Anwendungsmöglichkeiten eine Anpassung vornehmen zu können. Der erforderliche Größenverstellbereich liegt üblicherweise zwischen 1.000 und 10 µm im Quadrat. The diameter of the aperture hole of such a pinhole aperture has a direct effect on the achievable resolution, both in the lateral and in the depth direction. The smaller that Aperture hole, the higher the resolution. At the same time, the aperture size also determines the amount of light that reaches a detector in the microscope. With very small aperture sizes a correspondingly long-lasting recording must take place at each pixel, whereby the amount of time it takes to record an entire image accordingly extended. To achieve a useful signal-to-noise ratio when converting the Light information in an electrical signal must therefore decrease with decreasing aperture size Recording time of each pixel can be extended. It is in laser scanning microscopy therefore desirable the best compromise between resolution and image acquisition time to reach. This is done by adapting the aperture size to the existing one Conditions. For this reason you have to be able to change the size of the aperture in order for different application options to be able to make an adjustment. Of the The required size adjustment range is usually between 1,000 and 10 µm square.

Da die Pinhole-Blende in der Bildebene des Pinhole-Objektivs im Strahlengang eines Laserscanningmikroskopes genau im descannten Bildpunkt der aus der Bildebene zurückkehrenden Strahlung des Detektionszweiges des Laserscanning-Mikroskopes liegen muß, muß die Lage des Blendenlochs in der Blendenebene genau justiert werden können. Dies ist auch während des normalen Betriebs eines Laserscanningmikroskops erforderlich, da mitunter andere, verfahrensbedingt toleranzbehaftete Bauteile, beispielsweise ein überlicherweise verwendeter Hauptteiler, ein Wandern der erforderlichen Fokuslage zu Folge haben, wodurch leicht veränderte laterale Lagen des Bildpunktes zustandekommen. Since the pinhole aperture in the image plane of the pinhole lens in the beam path of a Laser scanning microscope exactly in the descanned image point of the one returning from the image plane Radiation from the detection branch of the laser scanning microscope must lie, the position of the aperture hole in the aperture plane can be adjusted precisely. This is also during normal operation of a laser scanning microscope is necessary, as sometimes other Process-related components subject to tolerance, for example a component that is commonly used Main divider, a hike to the required focus position, causing slightly changed lateral positions of the pixel come about.

Es sind deshalb Pinhole-Blenden bekannt, die in der Art eines Vier-Backenfutters konstruiert sind. Die vier Backen begrenzen jeweils einen Randabschnitt eines quadratischen Blendenlochs. Durch gegenläufige Verstellung jeweils gegenüberliegender Backenpaare kann der Abstand dieser Backen zueinander und damit die entsprechende Abmessung des Blendenlochs verändert werden. Das Vier-Backenfutter ist üblicherweise auf einem zweiachsigen Stelltisch befestigt, der ein Verschieben des gesamten Futters und somit eine Verstellung der lateralen Lage des Blendenloches in der Blendenebene ermöglicht. There are therefore known pinhole screens, which are constructed in the manner of a four-jaw chuck are. The four jaws each delimit an edge section of a square one Aperture hole. By opposing adjustment of opposing pairs of jaws, the Distance between these jaws and thus the corresponding dimension of the aperture hole to be changed. The four-jaw chuck is usually on a two-axis table attached, which moves the entire lining and thus adjusts the lateral Position of the aperture hole in the aperture plane allows.

Die bekannten Pinhole-Blenden haben den Nachteil, daß sie aufgrund der sechs erforderlichen Verstellmechanismen (Vier-Backenverstellung und zwei Verstellrichtungen in der Blendenebene) relativ groß und teuer sind. The known pinhole diaphragms have the disadvantage that they are required because of the six Adjustment mechanisms (four-jaw adjustment and two adjustment directions in the Aperture level) are relatively large and expensive.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Pinhole-Blende der eingangs genannten Art so fortzubilden, daß ihr Aufbau bei hinsichtlich Größe und Lage des Blendenlochs gleichbleibender Verstellmöglichkeit einfacher, insbesondere kleiner und preisgünstiger, wird. The invention is therefore based on the object of a pinhole diaphragm at the beginning mentioned type so that their structure in terms of size and location of the aperture constant adjustment is easier, in particular smaller and cheaper.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Verstellmechanismus mindestens zwei Nocken aufweist, deren Drehstellung Größe und Lage des Blendenlochs bestimmen. This object is achieved in that the adjustment mechanism has at least two cams, the rotational position of which determine the size and position of the aperture hole.

Die Nocken weisen eine Mantelfläche auf, deren Abstand zur Drehachse in verschiedenen Richtungen unterschiedlich groß ist, wobei die gegenseitigen Abstände der Mantelflächen der Nocken die Abmessung des Blendenlochs festlegen. Jeder Nocken wirkt somit als Exzenter, dessen wirksamer Radius als Abstand zwischen Drehachse und Blendenloch die Lage des von diesem Nocken festgelegten Abschnitt des Blendenlochrandes definiert. The cams have a lateral surface, the distance to the axis of rotation in different Directions is different in size, the mutual distances between the lateral surfaces of the Cam determine the size of the aperture hole. Each cam thus acts as an eccentric, whose effective radius as the distance between the axis of rotation and the aperture hole the position of the this cam defined section of the aperture hole edge defined.

Eine Drehung eines Nockens bewirkt aufgrund exzentrischer Gestalt des Nockens eine Verschiebung des diesem Nocken zugeordneten Randabschnittes des Blendenlochs. Eine Nockendrehung verändert folglich die Größe des Blendenlochs, indem der von diesem entsprechenden Nocken beeinflußte Blendenrand verschoben wird. Rotation of a cam causes one due to the eccentric shape of the cam Displacement of the edge section of the aperture hole assigned to this cam. A Cam rotation consequently changes the size of the aperture by that of it corresponding cam-influenced aperture edge is moved.

Jeder Nocken beeinflußt die Lage eines bestimmten Randabschnittes des Blendenlochs. Besonders zweckmäßig erfolgt diese Beeinflussung dadurch, daß jeder Nocken mit seiner Mantelfläche eine Abdeckung an einem Randabschnitt des Blendenlochs bewirkt, wobei die Lage der Grad der Abdeckung von der Drehstellung des jeweiligen Nocken abhängt. Each cam influences the position of a certain edge section of the aperture hole. This influence is particularly useful in that each cam with its Shell surface causes a cover on an edge portion of the aperture, the location of the Degree of coverage depends on the rotary position of the respective cam.

Da die Nocken die Lage eines jeweiligen Randabschnittes des Blendenlochs steuern, muß der Verstellmechanismus mindestens zwei Nocken aufweisen, um eine Verstellung des Blendenloches an zwei Randabschnitten zu erreichen. Drei Nocken erlauben eine universelle Verstellung. Durch geeignete Drehung aller Nocken ist dann sowohl eine gezielte Größenänderung ohne Verschiebung der Blendenmitte als auch eine Mittenverstellung ohne Größenveränderung sowie jede Kombination daraus im konstruktiv vorgesehenen Verstellbereich möglich. Since the cams control the position of a respective edge section of the aperture hole, the Adjustment mechanism have at least two cams to adjust the To reach aperture hole on two edge sections. Three cams allow universal adjustment. By suitable rotation of all cams, a targeted change in size is then without Shifting the center of the panel as well as a center adjustment without changing the size as well as any combination of them in the constructionally provided adjustment range.

Besonders zweckmäßig sind jedoch vier Nocken, da dann jeweils zwei Nocken paarweise gegenüberliegen. Darüber hinaus ist damit ein Blendenloch erreichbar, das keine oder nur gering spitzwinklige Abschnitte aufweist. Die Ecken weichen dann nur wenig vom rechten Winkel ab. Deutlich spitze Winkel sind vermieden, die Nachteile aus optischen Gründen verursachen würden. However, four cams are particularly useful, since then two cams each in pairs are opposite. In addition, an aperture hole can be reached with little or no opening has acute-angled sections. The corners then deviate only slightly from the right angle. Clearly acute angles are avoided, which cause disadvantages for optical reasons would.

Bei der Ausführungsform mit vier Nocken erhält man ein quadratisches Blendenloch, wenn vier Nocken an Eckpunkten eines Quadrates liegen. Eine solche Blendenlochform ist aus optischen und ansteuerungstechnischen Gründen zu bevorzugen. In the embodiment with four cams, a square aperture hole is obtained when four Cams lie at the corner points of a square. Such an aperture shape is from optical and preferred for control reasons.

Wesentlich für die Erfindung ist es, daß jeder Nocken die Lage eines Randabschnittes des Blendenloches bestimmt. Dabei sollten alle Randabschnitte des Blendenloches möglichst gute mechanische Qualität haben, z. B. eine möglichst geringe Rauhigkeit aufweisen, um eine exakte Definition des Blendenloches zu gewährleisten und unnötiges Streulicht zu verhindern. Dies kann besonders einfach dadurch erreicht werden, daß jeder Nocken einen Hebel betätigt, der eine Schneide aufweist, die den Randabschnitt des Blendenloches begrenzt. Diese Schneide kann, insbesondere wegen ihrer geringen erforderlichen Größe mit geringem Aufwand mechanisch auf einfache Weise so bearbeitet werden, daß eine exakte Blendenlochdefinition erreicht ist. It is essential for the invention that each cam the location of an edge portion of the Aperture determined. All edge sections of the aperture hole should be as good as possible have mechanical quality, e.g. B. have the lowest possible roughness to a to ensure exact definition of the aperture hole and to prevent unnecessary stray light. This can be achieved particularly simply in that each cam actuates a lever that has a cutting edge that delimits the edge portion of the aperture hole. This cutting edge can, especially because of their small size required with little effort mechanically processed in a simple manner so that an exact aperture definition is achieved is.

In einer mechanisch besonders einfachen Ausgestaltung sind die Hebel einseitig und dazu einerseits an einem Gelenk befestigt und andererseits von einem Nocken betätigt. Die Ausbildung des Gelenks ist dabei vielfältig denkbar; so ist u. a. ein Scharnier, eine Feder oder ein Festkörpergelenk möglich. Besonders zweckmäßig ist die Ausgestaltung des Gelenks derart, daß es zugleich eine Beaufschlagung des Hebels auf den Nocken und dadurch einen Kraftschluß zwischen Hebel und Nocken bewirkt, da dann dafür keine separaten Bauteile vonnöten sind. In a mechanically particularly simple embodiment, the levers are on one side and in addition on the one hand attached to a joint and on the other hand actuated by a cam. The Formation of the joint is conceivable in many ways; so u. a. a hinge, a spring or a Solid body joint possible. The design of the joint is particularly expedient such that there is also an action on the lever on the cam and thereby one The frictional connection between the lever and the cam causes no separate components are.

Bei dieser Bauweise kann durch das Untersetzungsverhältnis der die Randabschnitte des Blendenloches begrenzenden Hebel auch mit gröberer Toleranz der Nocken eine sehr exakte Blendenlochdefinition sowie ein hochpräziser Verstellmechanismus mit feinfühliger Verstellung des Blendenloches und seiner Lage erreicht werden. Darüber hinaus ergibt sich bei der Verwendung von vier Hebeln ein quadratisches Blendenloch, das in seiner Form genau dem bisher bekannten Blendenloch eines Vier-Backenpinholes entspricht. Es kann somit in bestehende Aufbauten übernommen werden. In this construction, the reduction ratio of the edge sections of the Lever limiting lever also a very exact with coarser tolerance of the cams Aperture hole definition as well as a highly precise adjustment mechanism with sensitive adjustment of the Aperture hole and its location can be achieved. In addition, the Using four levers a square aperture hole, the shape of which is exactly the previous one corresponds to the known aperture of a four-jaw pinhole. It can thus be used in existing Superstructures are taken over.

Bei der Ausführungsform mit vier Nocken kann man eine schmal bauende Pinhole-Blende mit geringer Tiefenausdehnung erreichen, wenn je zwei Hebel, die gegenüberliegende Randabschnitte des Blendenlochs begrenzen, in einer Ebene liegen. Bei dieser Bauform wird das Blendenloch dann durch die Schneiden von vier Hebeln begrenzt, wobei nur zwei Montageebenen in der Pinhole-Blende auftreten, in denen jeweils die gegenüberliegenden Hebelpaare angeordnet sind. In the embodiment with four cams, a narrow pinhole cover can be used shallow depth if two levers each reach the opposite one Limit edge sections of the aperture hole, lie in one plane. With this design, it will Aperture hole then limited by the cutting of four levers, with only two mounting levels occur in the pinhole aperture, in which the opposite pairs of levers are arranged.

Die Betätigung der Hebel durch die Nocken ermöglicht eine besonders feinfühlige Verstellung. Bei einseitiger Anlenkung bewirkt jedoch eine Hebelverstellung durch Drehung des betätigenden Nockens eine Schwenkbewegung des Hebels, durch die der Abschnitt der Schneide, die das Blendenloch am Rand begrenzt, sich entlang des Hebels verschiebt. Die Schneide muß deshalb entsprechend lang sein. Möchte man dies vermeiden, ist es zweckmäßig, daß jeder Nocken einen Hebel über einen Anlenkmechanismus betätigt, der die Nockendrehungen in eine schwenkfreie, rein transversale Verschiebung des Hebels umsetzt. Für dieses Konzept sind prinzipiell verschiedene Anlenkmechanismen tauglich. Beispielsweise kann ein Hebel beidseitig in einem Längslager geführt werden. Eine besonders exakt arbeitende und dennoch konstruktiv einfache Lösung stellt die Verwendung eines Parallelogramms im Anlenkmechanismus dar, das einen über das Parallelogramm auskragenden Hebel trägt. Das Parallelogramm wird dann abhängig von der Nockenstellung verformt, wodurch eine verschwenkfreie Verschiebung des Hebels erreicht ist. Die Ausgestaltung des Parallelogramms kann prinzipiell durch einfache Gestängekonstruktionen realisiert werden. Besonders vorteilhaft ist jedoch eine möglichst verschleißarme Bauweise, insbesondere eine Bauweise, bei der keine bewegten Gelenke oder Lager eingesetzt werden müssen. Dies kann durch ein aus vier Festkörpergelenken aufgebautes Parallelogramm erreicht werden, das dann besonders spiel- und verschleißfrei arbeitet. The actuation of the levers by the cams enables a particularly sensitive adjustment. With one-sided articulation, however, a lever adjustment by rotating the actuating cam a pivoting movement of the lever through which the section of the cutting edge limited the aperture hole at the edge, moves along the lever. The cutting edge must therefore be long enough. If you want to avoid this, it is appropriate that everyone Cam actuates a lever via a linkage mechanism that converts the cam rotations into one implements pivot-free, purely transverse displacement of the lever. Are for this concept in principle, different link mechanisms are suitable. For example, a lever on both sides be guided in a longitudinal warehouse. A particularly precise, yet constructive simple solution is the use of a parallelogram in the articulation mechanism, the carries a lever protruding from the parallelogram. The parallelogram is then deformed depending on the cam position, whereby a pivot-free displacement of the Lever is reached. The design of the parallelogram can in principle be done by simple Linkage constructions can be realized. However, one is particularly advantageous if possible low-wear construction, in particular a construction in which no moving joints or Bearings must be used. This can be done by one of four solid joints parallelogram can be achieved, which then works particularly free of play and wear.

Alternativ zu der Lösung mit Hebeln können die Nocken aber auch direkt mit ihrem Umfangsrand bzw. ihrer Mantelfläche die Randabschnitte des Blendenloches begrenzen. Diese Bauweise kommt mit weniger Bauteilen aus, erfordert allerdings eine exakte Bearbeitung eines relativ großen Bereiches der Mantelflächen der Nocken. As an alternative to the solution with levers, the cams can also be used directly with your Circumferential edge or its outer surface limit the edge portions of the aperture hole. This Construction needs fewer components, but requires exact machining of a relative one large area of the lateral surfaces of the cams.

Bei der Verwendung von vier Nocken erhält man analog zu der Ausführungsform mit vier Hebeln eine sehr schmal bauende Einheit mit geringer Tiefenausdehnung, wenn je zwei Nocken, die gegenüberliegende Randabschnitte des Blendenlochs begrenzen, in einer Ebene liegen. If four cams are used, four are obtained analogously to the embodiment Lever a very narrow unit with little depth, if two cams each, limit the opposite edge sections of the aperture hole, lie in one plane.

Die Drehstellung der Nocken ist ausschlaggebend für Lage und Größe des Blendenlochs. Die Form der Nocken wirkt sich dabei auf die Feinheit der Verstellung aus. Der Verstellmechanismus ist besonders feinfühlig einstellbar, wenn die Mantelflächen der Nocken über einen Winkelbereich von mindestens 90° die Form einer archimedischen Spirale haben. The rotary position of the cams is decisive for the position and size of the aperture hole. The The shape of the cams affects the fineness of the adjustment. Of the Adjustment mechanism can be adjusted particularly sensitively if the lateral surfaces of the cams have a Angular range of at least 90 ° have the shape of an Archimedean spiral.

Der Antrieb der Nocken kann prinzipiell auf beliebige Weise erfolgen, beispielsweise über einen mit einer entsprechenden Mikrometerschraube versehenen Schneckenantrieb. Häufig wird man jedoch eine elektrische Verstellmöglichkeit vorziehen, um bei rechnergesteuerten Laserscanningmikroskopen eine automatische Verstellung erreichen zu können. Für solche Fälle ist es günstig, wenn die Nocken von mit Lagerückmeldung versehenen Motoren angetrieben sind. Hierzu kommen Schrittmotoren oder mit Inkrementalgebern versehene DC-Motoren in Frage. Alternativ können die Nocken selbst mit einer Lagerückmeldung versehen sein. In principle, the cams can be driven in any manner, for example via a worm drive provided with a corresponding micrometer screw. Often one gets however, prefer an electrical adjustment option to computer controlled Laser scanning microscopes to achieve automatic adjustment. In such cases it is favorable if the cams are driven by motors provided with position feedback. Stepper motors or incremental DC motors are suitable for this. Alternatively, the cams themselves can be provided with a position feedback.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beispielhalber noch näher erläutert. In der Zeichnung zeigt: The invention is described below by way of example with reference to the drawing explained in more detail. The drawing shows:

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine Pinhole-Blende in einer ersten Ausführungsform, Fig. 1 is a plan view of a pinhole aperture in a first embodiment;

Fig. 2 eine Draufsicht ähnlich der Fig. 1 einer zweiten Ausführungsform einer Pinhole-Blende, Fig. 2 is a plan view similar to Fig. 1 of a second embodiment of a pinhole aperture,

Fig. 3 eine Schnittdarstellung der Pinhole-Blende der Fig. 2 entlang der Linie A-A, Fig. 3 is a sectional view of the pinhole aperture of FIG. 2 taken along line AA,

Fig. 4 eine Schnittdarstellung eines Lagers einer Pinhole-Blende und Fig. 4 is a sectional view of a bearing of a pinhole diaphragm and

Fig. 5 eine Schnittdarstellung einer Hebelbefestigung einer Pinhole-Blende mit schwenkfreier Hebelbewegung. Fig. 5 is a sectional view of a lever attachment of a pinhole diaphragm with pivot-free lever movement.

In Fig. 1 ist in Draufsicht eine Pinhole-Blende gezeigt, die eine Grundplatte 1 aufweist. Auf dieser Grundplatte 1 sind vier Nocken 2-5 angeordnet, die auf Achsen 6-9 sitzen, welche an den Eckpunkten eines gedachten Quadrates liegen. Die Achsen 6-9 sind mit vier auf der Rückseite der Grundplatte 1 befestigten Motoren drehfest verbunden. Die Nocken 2-5 betätigen einseitige Hebel 10-13. Jeder Hebel weist eine Schneide 17 auf, wobei die vier Hebel 10-13 mit ihren Schneiden 17 ein Blendenloch 14 begrenzen, das als Pinhole-Blende in einem Laserscanningmikroskop dient. In Fig. 1, a pinhole diaphragm is shown in plan view, which has a base plate 1 . On this base plate 1 , four cams 2-5 are arranged, which sit on axes 6-9, which lie at the corner points of an imaginary square. The axes 6-9 are rotatably connected to four motors attached to the rear of the base plate 1 . The cams 2-5 actuate levers 10-13 on one side. Each lever has a cutting edge 17 , the four levers 10-13 with their cutting edges 17 delimiting an aperture hole 14 which serves as a pinhole aperture in a laser scanning microscope.

Jeder Hebel 10-13 ist mittels eines Federgelenkes 15 auf einem auf der Grundplatte 1 montierten zylinderförmigen Rahmen 16 befestigt und wird vom jeweiligen Nocken 2-5 betätigt. Die Federgelenke sind so ausgebildet, daß die Hebel 10-13 am gegenüberliegenden Ende kraftschlüssig an den Nocken 2-5 anliegen. Der wirksame Radius oder Hebelarm des betätigenden Nockens 2-5 am Kontaktpunkt zwischen Nocken 2-5 und jeweiligem Hebel 10-13 bestimmt dabei die Lage des Hebels 10-13 und mithin die Lage der Schneide 17. Bei Drehung der Nocken 2-5 werden die Hebel 10-13 dem wirksamen Radius der Nocken entsprechend ausgelenkt, so daß die Lage der Schneiden 17 und damit die Geometrie des Blendenloches 14 beeinflußt wird. Each lever 10-13 is fastened by means of a spring joint 15 to a cylindrical frame 16 mounted on the base plate 1 and is actuated by the respective cam 2-5 . The spring joints are designed so that the levers 10-13 are non-positively on the cams 2-5 at the opposite end. The effective radius or lever arm of the actuating cam 2-5 at the contact point between cam 2-5 and the respective lever 10-13 determines the position of the lever 10-13 and thus the position of the cutting edge 17 . When the cams 2-5 rotate, the levers 10-13 are deflected in accordance with the effective radius of the cams, so that the position of the cutting edges 17 and thus the geometry of the aperture hole 14 is influenced.

Durch das untersetzend wirkende Hebelverhältnis wird eine durch die Drehung eines Nockens 2-5 bewirkte Änderung des wirksamen Radius des Nockens 2-5 verursachte Lageänderung am Angriffspunkt Hebel-Nocken in eine entsprechend geringere Lageänderung der jeweiligen Schneide 17 umgesetzt. Eine Drehung eines Nockens 2-5 erlaubt somit eine entsprechend präzis einstellbare Verschiebung der Schneide 17. Unvollkommenheiten der Nocken und der Lagerung der Nocken wirken sich um den Faktor des Untersetzungsverhältnisses vermindert aus. Die Mantelflächen der Nocken 2-5 sind über einen großen Winkelbereich (bis ca. 300°) als archimedische Spirale ausgebildet, so daß eine Drehung eines Nockens eine der Winkeländerung proportionale Lageänderung der entsprechenden Schneide 17 verursacht. Due to the reducing lever ratio, a change in the effective radius of the cam 2-5 caused by the rotation of a cam 2-5 is converted into a correspondingly smaller change in position of the respective cutting edge 17 at the point of application of the lever-cam. Rotation of a cam 2-5 thus permits a correspondingly precisely adjustable displacement of the cutting edge 17 . Imperfections of the cams and the bearing of the cams have a reduced factor of the reduction ratio. The outer surfaces of the cams 2-5 are formed over a large angular range (up to about 300 °) as an Archimedean spiral, so that rotation of a cam causes a change in position of the corresponding cutting edge 17 which is proportional to the change in angle.

Unterhalb des Blendenloches 14 befindet sich eine Bohrung in der Grundplatte 1, deren Größe der maximalen Blendenöffnung plus dem maximalen Verschiebebereich der Mitte des Blendenloches entspricht. In dem zylinderförmigen Rahmen 16 sind im nicht schraffiert gekennzeichneten Bereich Ausfräsungen vorgesehen, deren Tiefe so abgestimmt ist, daß auf Ihnen die freien Enden der Hebel ruhen können. Damit ist die Lage der Hebel in der Tiefe definiert. Below the aperture hole 14 there is a bore in the base plate 1 , the size of which corresponds to the maximum aperture opening plus the maximum displacement range of the center of the aperture hole. In the cylindrical frame 16 in the area not marked with hatches, milled portions are provided, the depth of which is so matched that the free ends of the levers can rest on them. This defines the position of the levers in depth.

Die Hebel 10 und 11 sowie 12 und 13 begrenzen mit ihren Schneiden 17 jeweils gegenüberliegende Ränder des im wesentlichen quadratischen Blendenlochs 14. Dabei liegen die paarweise gegenüberliegenden Hebel 10 und 11 bzw. 12 und 13 jeweils in einer Ebene, wobei die Hebel 12 und 13 in der Darstellung der Fig. 1 oberhalb der Hebel 10 und 11 liegen. Die Hebel liegen im Bereich des Blendenloches direkt aufeinander. The levers 10 and 11 as well as 12 and 13 delimit opposite edges of the essentially square aperture hole 14 with their cutting edges 17 . The levers 10 and 11 or 12 and 13 lying opposite each other in each case lie in one plane, the levers 12 and 13 lying above the levers 10 and 11 in the illustration in FIG. 1. The levers lie directly on top of each other in the area of the aperture hole.

Jeder Nocken 2-5 wird von einem entsprechenden unterhalb der Grundplatte 1 befestigten, in Fig. 1 gestrichelt, in Fig. 3 in der Seitenansicht dargestellten Motor 18-21 angetrieben. Dabei handelt es sich um Schrittmotoren, die jeweils mit einem Sensor zur Erkennung der Ausgangslage versehen sind. Diese Schrittmotoren werden von einer (nicht dargestellten) Steuereinrichtung angesteuert, die auch die erwähnten Sensoren ausliest. Dadurch ist in Betrieb eines Laserscanningmikroskops eine automatische Verstellung der Nocken möglich. Each cam 2-5 is driven by a corresponding motor 18-21, which is attached underneath the base plate 1 and is dashed in FIG. 1 and is shown in side view in FIG . These are stepper motors, each of which is provided with a sensor for detecting the starting position. These stepper motors are controlled by a control device (not shown) which also reads the sensors mentioned. This enables automatic adjustment of the cams when a laser scanning microscope is in operation.

Die Verstellung der Größe des Blendenlochs 14 erfolgt mit der Pinhole-Blende der Fig. 1 folgendermaßen:
Eine Drehung eines Nockens, beispielsweise des Nockens 3, bei der der wirksame Radius bzw. Hebelarm des Nockens abnimmt, bewegt den von diesem Nocken angetriebenen Hebel 10 vom Blendenloch 14 weg. Dadurch wächst das Blendenloch 14 durch Verschiebung des entsprechenden Randabschnittes, der von der Schneide 17 des Hebels 10 gebildet wird. Dies gilt natürlich für alle Nocken 2-5 sowie Hebel 10-13. The size of the aperture hole 14 is adjusted as follows with the pinhole aperture of FIG. 1:
A rotation of a cam, for example the cam 3 , in which the effective radius or lever arm of the cam decreases, moves the lever 10 driven by this cam away from the aperture hole 14 . As a result, the aperture hole 14 grows by shifting the corresponding edge section which is formed by the cutting edge 17 of the lever 10 . Of course, this applies to all cams 2-5 and levers 10-13 .

Durch eine gleichsinnige Verstellung gegenüberliegender Nocken, beispielsweise der Nocken 3 und 5 oder der Nocken 2 und 4, in dem Sinne, daß beide Nocken zu einem kleineren wirksamen Radius bzw. Hebelarm hin verstellt werden, nimmt die Größe des Blendenloches 14 zu, wobei die Größenzunahme symmetrisch an gegenüberliegenden Randabschnitten des quadratischen Blendenlochs 14 erfolgt. By adjusting opposing cams in the same direction, for example cams 3 and 5 or cams 2 and 4 , in the sense that both cams are adjusted to a smaller effective radius or lever arm, the size of the aperture hole 14 increases, with the increase in size takes place symmetrically on opposite edge sections of the square aperture hole 14 .

Werden alle vier Nocken gleichsinnig derart bewegt, daß sie in Richtung geringerer wirksamer Radien bzw. Hebelarme verstellt werden, wächst das Blendenloch 14 an allen vier Kanten. If all four cams are moved in the same direction in such a way that they are adjusted in the direction of smaller effective radii or lever arms, the aperture hole 14 grows on all four edges.

Analog bewirkt eine Verdrehung eines Nockens in Richtung eines größeren wirksamen Radius bzw. Hebelarms eine Verkleinerung des Blendenlochs 14 an dem Randbereich der von der Schneide 17 des vom jeweiligen Nocken betätigten Hebel gebildet wird. Eine gleichsinnige Betätigung gegenüberliegender Nocken bewirkt demzufolge eine symmetrische Einengung des Blendenlochs 14. Ist die Ausgangsstellung und Ausführung der Nocken so, daß die größte Blendenöffnung eingestellt ist und bei Drehung im Uhrzeigersinn der am Nocken wirksame Radius sich vergrößert, so nähern sich bei identischer Drehung aller Nocken 2-5 im Uhrzeigersinn die Schneiden der Hebel 10-13 um zueinander gleiche Wegstrecken an. Die Größe der Blendenöffnung verringert sich. Analogously, a rotation of a cam in the direction of a larger effective radius or lever arm causes a reduction in the aperture hole 14 at the edge region which is formed by the cutting edge 17 of the lever actuated by the respective cam. Accordingly, actuating opposing cams in the same direction results in a symmetrical narrowing of the aperture hole 14 . If the starting position and design of the cams are such that the largest aperture is set and the effective radius on the cam increases when rotating clockwise, the cutting edges of levers 10-13 approach each other with identical rotation of all cams 2-5 clockwise same distances. The size of the aperture is reduced.

Eine Veränderung der Lage des Blendenlochs 14 kann erreicht werden, indem zwei gegenüberliegende Nocken so gegensinnig verstellt werden, daß ein Nocken in Richtung kleinerem wirksamen Radius bzw. Hebelarm und ein Nocken in Richtung größerem Radius bzw. Hebelarm verstellt wird. Dann wandert das Blendenloch 14 in Richtung des Hebels, der von dem Nocken betätigt wird, der in Richtung kleinerem Radius bzw. Hebelarm verstellt wird. Soll die Mitte der Blendenöffnung bei gleichbleibender Größe z. B. in vertikaler Richtung verschoben werden, so muß man unter den oben definierten Voraussetzungen die Nocken 7 und 9 um gleiche Winkel in entgegengesetzte Richtung drehen. Dabei vergrößert sich der wirksame Radius des einen Nockens, während der des anderen sich um den gleichen Betrag verringert. Damit wandert die Schneide des einen Hebels in eine Richtung aus, während die gegenüberliegende um den gleichen Betrag in die selbe Richtung folgt, d. h. der Spalt zwischen den Schneiden bleibt konstant, sein Ort verlagert sich aber. Bei Verschiebung in horizontaler Richtung ist eine entsprechende Drehung der Nocken 6 und 8 erforderlich. A change in the position of the aperture hole 14 can be achieved by adjusting two opposing cams so that a cam is adjusted in the direction of a smaller effective radius or lever arm and a cam in the direction of a larger radius or lever arm. Then the aperture hole 14 moves in the direction of the lever, which is actuated by the cam, which is adjusted in the direction of a smaller radius or lever arm. If the center of the aperture is the same size z. B. be moved in the vertical direction, so you have to rotate the cams 7 and 9 by the same angle in the opposite direction under the conditions defined above. The effective radius of one cam increases, while that of the other decreases by the same amount. The cutting edge of one lever moves in one direction, while the opposite one follows in the same direction by the same amount, ie the gap between the cutting edges remains constant, but its location is shifted. When moving in the horizontal direction, a corresponding rotation of the cams 6 and 8 is required.

So kann durch einfache Drehbetätigung der Nocken 2-5 das Blendenloch 14 sowohl hinsichtlich Größe als auch hinsichtlich seiner Lage verstellt werden. Thus, the aperture hole 14 can be adjusted both in terms of size and in terms of its position by simply rotating the cams 2-5 .

Bei Verschiebung der Mitte des Blendenloches nimmt mitunter die Öffnung eine geringfügig in Richtung eines Parallelogramm bzw. Rhombus vom Quadrat abweichende Form an. Durch geeignete Wahl der Abmessungen der Hebel kann diese Formabweichung so gering gehalten werden, daß sie sich nicht störend auf die Ergebnisse in einem Laserscanningmikroskop auswirkt. When the center of the aperture hole is shifted, the opening sometimes takes up a little Direction of a parallelogram or rhombus shape that deviates from the square. By suitable choice of the dimensions of the levers can keep this shape deviation as small as possible be that they do not interfere with the results in a laser scanning microscope effect.

Diese Formabweichung kann darüber hinaus unter Anwendung von Federparallelogrammen vermieden werden. Diese Ausführungsform ist in Fig. 5 dargestellt und wird später noch beschrieben. This shape deviation can also be avoided by using spring parallelograms. This embodiment is shown in Fig. 5 and will be described later.

Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Pinhole-Blende, wobei Elemente, die denen der Fig. 1 entsprechen, mit den jeweils gleichen Bezugszeichen versehen sind. FIG. 2 shows a further embodiment of a pinhole diaphragm, elements which correspond to those of FIG. 1 being provided with the same reference numerals in each case.

Die Ausführungsform der Fig. 2 folgt dem gleichen Grundprinzip wie die Ausführungsform der Fig. 1, wonach die Drehstellungen der Nocken 2-5 Lage und Größe des Blendenlochs 14 beeinflussen. Allerdings betätigen die Nocken 2-5 in der Ausführungsform der Fig. 2 keine Blenden, sondern begrenzen direkt mit ihren Mantelflächen das Blendenloch 14. Dazu sind die Nocken in Form von exzentrischan Scheiben ausgebildet, deren Mantel- bzw. Randflächen sorgfältig bearbeitet sind. Diese Nocken liegen viel näher als in Fig. 1 zusammen, so daß ihre Ränder den Abstand der gewünschten Blendenöffnung haben, ansonsten entsprechen sie im wesentlichen den Nocken der Fig. 1. Da allerdings keine Hebeluntersetzung, wie durch das Hebelverhältnis in der Ausführungsform der Fig. 1, gegeben ist, wirkt sich eine Drehung der Nocken 2-5 direkter auf die Veränderung des Blendenlochs 14 aus. Auch bei dieser Ausführungsform befindet sich am Ort des vorgesehenen Blendenloches 14 in der Grundplatte 1 eine Bohrung mit der Größe der maximalen Blendenöffnung plus dem maximalen Mittenversatz. The embodiment of FIG. 2 follows the same basic principle as the embodiment of FIG. 1, according to which the rotational positions of the cams 2-5 influence the position and size of the aperture hole 14 . However, in the embodiment of FIG. 2, cams 2-5 do not actuate diaphragms, but directly delimit diaphragm hole 14 with their lateral surfaces. For this purpose, the cams are designed in the form of eccentric disks, the outer surfaces of which are carefully machined. These cams are much closer than in Fig. 1 together so that their edges have the distance of the desired aperture opening, otherwise substantially correspond to the cam of Fig. 1. However, since no lever regulator, such as by the lever ratio in the embodiment of Fig. 1, rotation of the cams 2-5 has a more direct effect on the change in the aperture hole 14 . In this embodiment, too, there is a hole in the base plate 1 at the location of the provided aperture hole 14 with the size of the maximum aperture opening plus the maximum center offset.

Die Mantelflächen der Nocken 2-5 folgen wiederum einer achimedischen Spirale. The outer surfaces of cams 2-5 follow an Achimedean spiral.

Fig. 3 zeigt eine Schnittdarstellung der Pinhole-Blende der Fig. 2 entlang der Linie A-A. Dort sind die Motoren 18 und 21 gut zu erkennen, die unter der Grundplatte 1 sitzen und die Nocken antreiben; aufgrund der Schnittdarstellung sind in Fig. 3 nur die Nocken 2 und 5 zu sehen. Bei den Motoren 18 bis 21 kann es sich um Gleichspannungsmotoren handeln, deren Lage jeweils von einem Inkrementalgeber 18 abgefühlt wird, der zugleich auch eine Startpositionerkennung ermöglicht. Dann sind die Motoren sowie der Inkrementalgeber mit einem (nicht dargestellten) Steuergerät verbunden. FIG. 3 shows a sectional illustration of the pinhole diaphragm of FIG. 2 along the line AA. There, the motors 18 and 21 are clearly visible, which sit under the base plate 1 and drive the cams; due to the sectional view, only the cams 2 and 5 can be seen in FIG. 3. The motors 18 to 21 can be DC motors, the position of each of which is sensed by an incremental encoder 18 , which at the same time also enables a start position detection. Then the motors and the incremental encoder are connected to a control unit (not shown).

Dargestellt sind in Fig. 2 Schrittmotoren mit Getriebe. Zur Erkennung der Grundstellung sind hierbei Buchsen 22, die zur Befestigung der scheibenförmigen Nocken auf den Achsen 6-9 dienen, mit je einem Fähnchen 23 versehen, das in der Grundstellung der Nocken in je einen Optokoppler 24 eintaucht. Genau in der Grundstellung der Nocken gibt dieser ein entsprechendes elektrisches Signal an die Steuereinrichtung ab, so daß die Startposition erkannt wird. Fig. 2 shows stepper motors with gears. To detect the basic position, bushes 22 , which are used to fasten the disk-shaped cams on axes 6-9, are each provided with a flag 23 , which is immersed in an optocoupler 24 in the basic position of the cams. Exactly in the basic position of the cams this emits a corresponding electrical signal to the control device so that the starting position is recognized.

Die mechanische Güte der Nocken 2-5 sowie der Lagerung der Achsen, auf denen diese Nocken sitzen, wirken sich direkt in der Genauigkeit, mit der Größe und Ort des Blendenloches 14 definiert wird, aus. Um einfache handelsübliche Schrittmotoren verwenden zu können, sind spezielle zusätzliche Lager für die Motoren 18-21 vorgesehen, die in Fig. 4 dargestellt sind. The mechanical quality of the cams 2-5 and the mounting of the axes on which these cams are seated have a direct effect on the accuracy with which the size and location of the aperture hole 14 is defined. In order to be able to use simple commercially available stepper motors, special additional bearings for the motors 18-21 are provided, which are shown in FIG. 4.

Sie bestehen aus einer V-förmigen Anlage 25 mit einem Winkel zwischen 60-90°. Die Spitze dieser Anlage zeigt in Richtung des Blendenloches. An diese Anlage 25 wird die einen Nocken tragende jeweilige Achse 26 mit einer Feder 27 angedrückt. Die Anlage 25 kann für alle vier Achsen direkt in die Grundplatte 1 eingearbeitet sein. They consist of a V-shaped system 25 with an angle between 60-90 °. The top of this system points towards the aperture hole. The respective axis 26 carrying a cam is pressed onto this system 25 with a spring 27 . The system 25 can be incorporated directly into the base plate 1 for all four axes.

Schließlich ist in Fig. 5 eine besondere Ausführungsform der in Fig. 1 gezeigten Hebel dargestellt, bei denen sich die Schneide 17 bei Ortsveränderung nicht längs des Blendenloches verschiebt. Finally, FIG. 5 shows a special embodiment of the lever shown in FIG. 1, in which the cutting edge 17 does not move along the aperture hole when the position changes.

Dazu ist ein Parallelogramm 28 vorgesehen, das in seinen Eckpunkten Festkörpergelenken 29-32 aufweist. Eine Seite 33 des Parallelogramms 28 ist mit der Grundplatte 1 verbunden, die gegenüberliegende Seite 34 wird durch die Vorspannung der Festkörpergelenke an den Nocken 35 gedrückt. Je nach gewünschter Hebeluntersetzung ist zwischen den Seiten 33 und 34 ein zu diesen paralleler Steg 36 ebenfalls mit Festkörpergelenken an den anderen beiden Seiten des Parallelogramms angebracht, der einen auskragenden Finger 37 trägt, an dessen Ende eine Schneide 17 angearbeitet ist. A parallelogram 28 is provided for this purpose, which has solid-state joints 29-32 in its corner points. One side 33 of the parallelogram 28 is connected to the base plate 1 , the opposite side 34 is pressed against the cams 35 by the prestressing of the solid joints. Depending on the desired lever reduction, a web 36 parallel to these is also attached to the other two sides of the parallelogram between the sides 33 and 34, which has a cantilever finger 37 , on the end of which a cutting edge 17 is worked on.

Eine Drehung des Nockens 35 bewirkt dabei eine Verformung des Parallelogramms aus der, in Fig. 5 eingezeichneten, quadratischen Grundstellung heraus. Durch diese Verformung wird der auskragend befestigte Finger 37 parallelverschoben, so daß der das Blendenloch 14 begrenzende Bereich der Schneide 17 nur radial zum Blendenloch 14 bewegt wird, eine Tangentialbewegung findet nicht statt. Das Verhältnis, mit dem eine Drehbewegung des Nockens 35 in eine Verschiebung des Fingers 37 und damit der Schneide 17 umgesetzt wird, hängt zum einen vom wirksamen Radius des Nockens 35 und zum anderen von der Geometrie des Parallelogramms 28, insbesondere von der Lage des parallelen Steges 36 zwischen den Seiten 33 und 34 ab. Je näher der Steg 36 an der an der Grundplatte 1 befestigten Seite 33 des Parallelogramms 28 liegt, desto größer ist das Untersetzungsverhältnis. Ist nur ein geringes Untersetzungsverhältnis erforderlich, kann der Steg 36 auch entfallen. Der Finger 37 kann dann direkt an der Seite 34 des Parallelogramms angebracht werden. Rotation of the cam 35 causes the parallelogram to be deformed out of the square basic position shown in FIG. 5. This deformation of the cantilever mounted fingers 37 is translated so that the the diaphragm hole 14 limiting the range of the cutting edge 17 is moved only radially of the aperture hole 14, a tangential movement does not occur. The ratio with which a rotary movement of the cam 35 is converted into a displacement of the finger 37 and thus the cutting edge 17 depends on the one hand on the effective radius of the cam 35 and on the other hand on the geometry of the parallelogram 28 , in particular on the position of the parallel web 36 between pages 33 and 34. The closer the web 36 is to the side 33 of the parallelogram 28 fastened to the base plate 1 , the greater the reduction ratio. If only a low reduction ratio is required, the web 36 can also be omitted. The finger 37 can then be attached directly to the side 34 of the parallelogram.

Diese rein radiale Verschiebung des Fingers 37 wird dadurch erreicht, daß derjenige Abschnitt des Parallelogramms 28, an dem der Finger 37 befestigt ist, bei der Drehung des Nockens lediglich eine tangentiale Bewegung bezogen auf das Blendenloch 14 ausführt. This purely radial displacement of the finger 37 is achieved in that the portion of the parallelogram 28 to which the finger 37 is attached only executes a tangential movement with respect to the aperture hole 14 when the cam rotates.

Claims

1. Pinhole aperture for laser scanning microscopy, with
an aperture hole ( 14 ), which has a certain size and position in an aperture plane, and
an adjustment mechanism ( 2-5 ) for adjusting the size and position of the aperture hole ( 14 ),
characterized in that
the adjustment mechanism has at least two cams ( 2-5 ), the rotational position of which determine the size and position of the aperture hole ( 14 ).

2. Pinhole diaphragm according to claim 1, characterized in that each cam ( 2-5 ) with its outer surface causes a cover on an edge portion of the aperture hole ( 14 ).

3. Pinhole diaphragm according to one of the above claims, characterized by four cams (2-5), which are particularly attached to corner points of a square.

4. Pinhole diaphragm according to one of the above claims, characterized in that each cam ( 2-5 ) actuates a lever ( 10-13 ) which has a cutting edge ( 17 ) which delimits an edge section of the diaphragm hole ( 14 ).

5. Pinhole diaphragm according to one of the above claims, characterized in that each lever ( 10-13 ) on the one hand is attached to a joint ( 15 ) and on the other hand is actuated by one of the cams ( 2-5 ).

6. Pinhole diaphragm according to one of claims 4 or 5 in conjunction with claim 3, characterized in that two levers ( 10-13 ), which delimit opposite edge portions of the diaphragm hole ( 14 ), lie in one plane.

7. Pinhole diaphragm according to one of claims 4 to 6, characterized in that at least one cam ( 2-5 ) actuates a lever ( 10-13 ) via an articulation mechanism which rotates a cam into a pivot-free displacement of the lever ( 10-13 ) implements.

8. Pinhole diaphragm according to claim 7, characterized in that the articulation mechanism has a deformable parallelogram ( 28 ), on one edge of which the cams ( 2-5 ) engage.

9. pinhole diaphragm according to one of claims 1 to 3, characterized in that a peripheral edge of each cam ( 2-5 ) delimits an edge portion of the aperture hole ( 14 ).

10. Pinhole diaphragm according to claim 7 in conjunction with claim 3, characterized in that two cams ( 2-5 ), which delimit opposite edge portions of the diaphragm hole ( 14 ), lie in one plane.

11. Pinhole diaphragm according to one of the above claims, characterized in that the cams ( 2-5 ) have the shape of an Archimedean spiral on the peripheral edge over an angular range of at least 90 °.

12. Pinhole diaphragm according to one of the above claims, characterized in that the cams ( 2-5 ) are driven by motors provided with position feedback.