CZ2006352A3 - Zarízení pro pripojení zdroje zárení k objektivu mikroskopu - Google Patents

Abstract

Zarízení pro zavedení ultrafialového, viditelnéhoa infracerveného zárení do objektivu mikroskopu, sestává z hlavní císti (1) tela adaptéru vloženéhomezi mikroskopový objektiv a telo mikroskopu, ze zdroje zárení, složeného z vlastního zdroje (3), zárení cocky (4), odrazného zrcadla (11) pro zmenu smeru šírení paprsku, invarového telesa (2), dichroidního zrcadla (5) se sklonem 45.degree. vuci smeru šírení zárení zdroje se strukturou tenkých vrstev s maximální odrazivostí pro použitý zdroj zárení a maximální propustností pro užitecné zárení z místa vzorku, skleneného okénka (6) pro sesouhlasení optické osy obrazotvorného svazku s optickou osou mikroskopu, optického filtru (7), mosazné objímky se závitem (8) pro pripevnení mikroskopového objektivu, upevnovacího šroubu pro pripojení adaptéruk mikroskopu. Adaptér je s výhodou teplotne stabilizován Peltiérovým clánkem (14). Adaptér lze pripevnit k telu mikroskopu upevnovacím šroubem (9) s osazením a ložiskem umožnujícím rotacní pohyb nezávisle na rotaci tela adaptéru a tím jeho zašroubování do tela mikroskopu. Zarízení je s výhodou opatreno anamorfickými hranoly (10) pro korekci elipticity zdroje zárení.

Description

Vynález se týká adaptéru, který umožňuje snadné zavedení ultrafialového, viditelného a infračerveného záření do optické cesty mikroskopu.

Dosavadní stav techniky

V posledních několika desetiletích došlo k velkému rozvoji využívání rozmanitých zdrojů záření v technikách mikroskopie. Často je tohoto záření použito k excitaci fluorescence (Florin, E.-L., Horber, J. K. H., Stelzer, Η. K., High-resolution axial and lateral position sensing using two-photon excitation fluorophores by a continuous-wave Nd:YAG laser, Appl. Phys. Lett. 1996, vol. 69, p. 446-448.), k fotopolymeracim (Belfield, K.D., Schafer, K.J., Liu, Y., Liu, J., Ren, X., Van Stryland, E.W., Multiphotonabsorbing organic materials for microfabrication, emerging optical applications and nondestructive three-dimensional imaging, J. Phys. Org. Chem. 2000, vol. 13, p. 837-849), k laserovému řezání biologických preparátů (Schůtze, K., Clement-Sengewald, A., Catch and move- cut or fuse, Nature 1994, vol. 368, p. 667-669.) (Schůtze, K., Lahr, G., Identification of expressed genes by laser-mediated manipulation of single cells, Nature Biotechnology 1998, vol. 16, p. 737-742.) (Bems, M.W., Laser microsurgery in cell and developmental biology, Science 1981, vol. 213, p. 505-513.) a v neposlední řadě také k vytváření fokusovaných zářivých polí pro manipulaci s částicemi (Ashkin, A., Dziedzic, L, Optical trapping and manipulation of viruses and bacteria, Science 1987, vol. 235, p. 1517-1520) (Ashkin, A., Dziedzic, J., Bjorkholm, J., Chu, S Observation of a single beam gradient force optical trap for dielectric particles, Optics Letters 1986, vol. 11, p. 288-290).

V současné době se k zavedení dodatečného záření do mikroskopů využívá některého z jeho portů, nejčastěji epi-fluorescenčního (Ericsson M., Sorting out bacterial viability with optical tweezers, J. Bacterial. 2000, vol. 182, p. 5551-5555.). Tento port je však většinou uzpůsoben pro jinou vlnovou délku použitého záření, a proto je nutný zásah do optické části mikroskopu.

Podstata vynálezu

Zařízení podle vynálezu řeší snadné zavedení dodatečného svazku záření u optického mikroskopu, který nebyl při výrobě pro tyto účely upraven. Popsaný adaptér lze snadno připojit a odpojit na velkou většinu dostupných optických mikroskopů a lze použít v těchto mikroskopech k vytváření fokusovaných zářivých polí, excitaci fluorescence, zavedení dodatečného záření do roviny vzorku, vybuzení spektrálních Čar, laserovou ablaci a laserové mikromanipulace za co nejnižších pořizovacích nákladů. Řešení vychází ze skutečnosti, že současné modely mikroskopů jsou z důvodu rychlé vyměnitelnosti objektivů vybaveny standardizovanými typy závitů a prezentovaný adaptér lze snadno do těchto závitů připojit. Zařízení podle vynálezu má na jedné straně člen připojitelný k objektivu optického mikroskopu a na druhé straně člen připojitelný k tělu optického mikroskopu. Pro snazší instalaci zařízení je člen připojitelný do optického mikroskopu konstruován tak, aby při instalaci adaptéru jím nebylo nutno otáčet jako celkem, ale zašroubování do těla mikroskopu se provede rotací tohoto členu kolem axiální osy adaptéru. Tělo adaptéru má dva otvory, první axiální, koncentrický s osou mikroskopového objektivu a druhý kolmý na osu mikroskopového objektivu. Tento druhý otvor slouží k zavedení svazku záření do mikroskopového objektivu. Dichroidní zrcadlo umístěné v axiálním otvoru je nakloněno vůči ose mikroskopového objektivu pod úhlem 45° pro zavedení svazku záření do místa zkoumaného vzorku a zároveň slouží k potlačení odraženého neužitečného záření z roviny pozorování do mikroskopu. Optický filtr je umístěn v axiálním otvoru adaptéru a slouží k filtraci zbytkového odraženého záření neodfíltrovaného dichroidním zrcadlem a tím slouží zejména k ochraně a odstranění nežádoucích odrazů ze zorného pole optického mikroskopu. Invarové těleso adaptéru slouží k úpravě svazku záření v požadovaném směru. Tato část je složena ze zdroje záření, čočky, případně anamorfických hranolů pro korekci elipticity zdroje záření a odrazného zrcadla sloužící k odrazu svazku záření v požadovaném směru pokud je toto vyžadováno. Takto upravený svazek záření prochází do hlavní části adaptéru, kde je odražen dichroidním zrcadlem umístěném v axiální ose hlavní části adaptéru. Invarové těleso adaptéru je pomocí šroubů připevněno na hlavní část adaptéru.

Předkládaný vynález se týká adaptéru, který může být lehce připojen, případně odpojen, mezi mikroskopový objektiv a tělo mikroskopu a umožní využít všech výhod zavedeného ultrafialového, viditelného a infračerveného záření v nej různějších mikroskopových technikách a současně zachovává většinu původních funkcí optického mikroskopu. Výhodou tohoto zařízení jsou velmi malé rozměry, nízká cena, jednoduchá obsluha. Odpadá potřeba jakéhokoliv nastavování uživatelem.

Přehled obrázků na výkresech

Výkresová dokumentace znázorňuje základní princip funkce vynálezu. Na obr. 1 je znázorněn řez adaptérem dle příkladu provedení vynálezu 1. Na obr. 2 je znázorněn izometrický pohled na adaptér dle příkladu provedení vynálezu 1 s připevněným mikroskopovým objektivem. Na obr. 3 je znázorněn řez adaptérem dle příkladu provedení vynálezu 2. Na obr. 4 je znázorněn izometrický pohled na adaptér dle příkladu provedení vynálezu 2 s připevněným mikroskopovým objektivem.

Příklad provedení vynálezu

Příklad 1

Záření šířící se ze zdroje záření 3, v tomto případě laserové diody, je kolimováno čočkou 4. Zkolimovaný eliptický svazek prochází soustavou anamorfických hranolů 10 za účelem korekce elipticity laserového svazku. Následně je svazek odražen soustavou odrazného zrcadla 11 a dichroidního zrcadla 5 do zadní apertury mikroskopového objektivu. Laserová dioda je upevněna společně s kolimační čočkou v mosazné objímce f2, aby bylo dosaženo co nejvyššího tepelného spádu a tím co nejlepšího odvodu tepla z laserové diody. Jelikož je laserová dioda elektrostaticky citlivá součástka je elektricky odizolována plastovou objímkou 13. Dostatečný odvod tepla zajišťuje tepelný most realizovaný Peltiérovým článkem 14. Tato soustava je vložena do invarového tělesa 2 z důvodu zamezení vlivu teploty okolí na kvalitu generovaného svazku záření. V hlavní části adaptéru 1, která slouží jako nosný prvek mikroskopového objektivu a zdroje záření, je vlepeno odrazné zrcadlo 11 odrážející laserové záření v požadovaném směru. Po justáži odrazného zrcadla 11 je invarové těleso 2 sešroubováno s hlavní částí adaptéru 1. Konečné sesouhlasení optické osy mikroskopového objektivu a laserového svazku je provedeno naklápěním dichroidního zrcadla 5. Toto zrcadlo má vakuově napařenu soustavu dielektrických vrstev tak, aby ve směru šíření laserového svazku docházelo k co nejvyššímu odrazu. Naopak při průchodu obrazotvomého signálu docházelo ke ztrátám co nejnižším. Jelikož průchodem obrazotvomého svazku přes dichroidní zrcadlo 5 nenulové tloušťky dojde k posunutí obrazu v obrazové rovině mikroskopu, je do optické cesty přidáno antireflexně vrstvené skleněné okénko 6 o optické tloušťce shodné s dichroidním zrcadlem 5, které tento posun kompenzuje. Pro zvýšení bezpečnosti obsluhy zařízení a odstranění stopy záření v místě pozorováni je do optické cesty zařazen optický filtr 7. Vlastní mikroskopový objektiv se zašroubuje do mosazné objímky se závitem 8 zalisované v hlavní části adaptéru. Pro zvýšení pohodlí při montáži na tělo mikroskopu je upevňovací šroub 9 upraven rýhováním. Dále je vybaven osazením a ložiskem pro upevnění adaptéru na tělo mikroskopu bez nutnosti adaptérem otáčet jako celkem. Při nižším tepelném namáhání laserové diody lze Peltiérův článek 14 nahradit přechodovým tepelně vodivým elementem odizolovaným elektricky nevodivou avšak tepelně vodivou podložkou.

Příklad 2

Záření šířící se ze zdroje záření 3, v tomto případě optického vlákna je kolimováno čočkou 4. Následně je svazek odražen dichroidním zrcadlem 5 do zadní apertury mikroskopového objektivu. Zdroj záření je upevněn společně s čočkou 4 v invarovém tělese 2 z důvodu zamezení vlivu teploty okolí na kvalitu generovaného svazku záření. V hlavní části adaptéru 1, která slouží jako nosný prvek mikroskopového objektivu a zdroje záření, je pak vlepeno dichroidní zrcadlo 5 sloužící k odrazu laserového záření v požadovaném směru. Po sesouhlasení optické osy zdroje záření 3 s optickou osou čočky 4 je hlavní část 1 sešroubována s invarovou částí 2. Ke konečnému sesouhlasení optické osy mikroskopového objektivu a transformovaného svazku dojde za pomocí rotace připadne axiálnímu posunu dichroidního zrcadla 5. Toto zrcadlo má vakuově napařenu soustavu dielektrických vrstev tak, aby ve směru šíření laserového svazku docházelo k co nej vyššímu odrazu. Naopak při průchodu obrazotvomého svazku docházelo ke ztrátám conejnižším. Jelikož průchodem obrazotvomého svazku přes dichroidní zrcadlo 5 nenulové tloušťky dojde k posunutí obrazu v obrazové rovině mikroskopu, je do optické cesty přidáno antireflexně vrstvené skleněné okénko 6 o optické tloušťce shodné s dichroidním zrcadlem 5, které tento posun kompenzuje. Pro zvýšeni bezpečnosti obsluhy zařízení a odstranění stopy záření v místě pozorování je do optické cesty zařazen optický filtr 7. Vlastní mikroskopový objektiv se zašroubuje do mosazné objímky se závitem 8 zalisované v hlavní části adaptéru. Pro zvýšení pohodlí při montáži na tělo mikroskopuje upevňovací šroub 9 upraven rýhováním. Dále je vybaven osazením a ložiskem pro upevnění adaptéru na tělo mikroskopu bez nutnosti adaptérem otáčet jako celkem.

Přehled vztahových značek:

hlavní část adaptéru 1 invarové těleso 2 zdroj záření 3 čočka 4 dichroidní zrcadlo 5 skleněné okénko 6 optický filtr 7 mosazná objímka se závitem 8 upevňovací šroub 9 anamorfický hranol 10 odrazné zrcadlo 11 mosazná objímka 12 plastová objímka 13

Peltiérův článek 14

Průmyslová využitelnost

Řešení podle vynálezu je využitelné všude tam, kde modulární rozšíření optického mikroskopu o možnost zavedení jednoho a více zdrojů ultrafialového, viditelného a infračerveného záření zvýší jeho aplikační možnosti. Jedná se zejména o optiku, mikroskopii, biologii, chemii a lékařství.

Claims (4)

1. Zařízení pro zavedení ultrafialového, viditelného a infračerveného záření do objektivu mikroskopu, vyznačující se tím, že sestává z hlavní části těla adaptéru (1) vloženého mezi mikroskopový objektiv a tělo mikroskopu, ze zdroje záření, složeného z vlastního zdroje záření (3), čočky (4), invarového tělesa (2) a s výhodou odrazného zrcadla (11) pro změnu směru šíření paprsků, dichroidního zrcadla (5) nakloněného v úhlu 45° vůči směru šíření záření zdroje se strukturou tenkých vrstev s maximální odrazivostí pro použitý zdroj záření a maximální propustností pro užitečné záření z místa vzorku, skleněného okénka (6) pro sesouhlasení optické osy obrazotvomého svazku s optickou osou mikroskopu, optického filtru (7), mosazné objímky se závitem (8) pro připevnění mikroskopového objektivu, upevňovacího šroubu (9) pro připojení adaptéru k mikroskopu.

2. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím že adaptér je teplotně stabilizován Peltiérovým článkem (14).

3. Zařízení podle nároků 1 a 2, vyznačující se tím, že adaptér je opatřen upevňovacím šroubem (9) pro připevnění ktělu mikroskopu, sesazením a ložiskem umožňujícím rotační pohyb nezávisle na rotaci těla adaptéru a tím jeho zašroubování do těla mikroskopu.

4. Zařízení podle nároků 1, 2, 3, vyznačující se tím, zeje opatřeno anamorfickými hranoly (10) pro korekci elipticity zdroje záření.