CN110389434A - 物镜转换器设备、物镜的适配器及将物镜移动到位的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及显微镜系统的物镜转换器设备，其包括具有保持已经配备有适配器的物镜的至少一个物镜保持件的物镜转移元件，其中该物镜转移元件实施为将选择的活动物镜以控制的方式移动到位于转移位置，并且活动物镜的物镜轴线在转移位置不与显微镜系统的光轴重合。接收设备在显微镜系统的光轴的方向上是可调整的并且能够与适配器接触。接收设备实施为在转移位置和与显微镜系统的光轴一致的工作位置之间、在正交于显微镜系统的光轴的传输方向上沿着传输路径来传输活动物镜。在此，传输路径比物镜保持件在传输方向上的范围更短。此外，本发明涉及适配器、适配器的用途以及将适配器移动到与显微镜系统的光轴一致的位置的方法。

Description

物镜转换器设备、物镜的适配器及将物镜移动到位的方法

技术领域

本发明涉及显微镜系统的物镜转换器设备以及物镜的适配器的配置。此外，本发明涉及将具有适配器的物镜移动到与显微镜系统的光轴一致的位置的方法。

背景技术

许多现代显微术方法需要对各用于图像捕获的显微镜物镜的高度精确定位。因此，当记录在显微镜系统的光轴的方向上连续的单独图像的堆栈(图像堆栈、z堆栈)时，例如用于记录图像的活动物镜必须能够以非常动态且非常准确的方式来移动。此外，需要在不同物镜之间变化，以便于能够以不同放大率和分辨率在物体上实现显微术过程。

显微镜中保持可用的物镜通常布置并且保持在物镜旋转器中。在此，目前用于或配备为记录图像的物镜位于工作位置，而将物镜旋转器中保持的其他物镜枢转离开工作位置。

当这种情况下聚焦相应地位于工作位置的物镜时，物镜旋转器在聚焦方向——一般还称为Z方向——上与当前未使用的物镜一起移动。因此，在每次聚焦过程期间移位当前未使用的所有物镜的整个质量和物镜旋转器的质量，引起了高保持力和加速度力，并且需要驱动器路径和引导件的可靠设计。待移动的大质量导致动力传动系中的高机械负载和预张力，并且促进了不利的漂移效应。此外，促进了所谓的粘滑效应，并且提高了对振动和磨损的敏感性。

物镜旋转器的偏离中心的(即远离显微镜系统的光轴)重心对物镜旋转器的引导件施加了不利的杠杆作用。如果物镜旋转器中包含不同的物镜，则改变物镜还会导致重心的位移，并且因此导致修改的负载情况。这同样对定位准确度、图像部分的获得和物镜移动的准确度具有负面效果。

现有技术已经公开了在聚焦移动中不包含整个物镜旋转器的解决方案。

因此，WO2004/077123 A2已经描述了具有含有多个可互换的物镜的物镜转移元件的显微镜系统。选择的物镜可以通过物镜转移元件与显微镜系统的光轴一致。独立于其他物镜，物镜中的每一个可关于光轴同轴移动。可以通过致动器元件、独立于其他物镜且在不移动物镜转移元件的情况下，聚焦位于与光轴一致的物镜。其缺点为，选择的物镜到与光轴一致的位置中的不足够精确的移动不能被补偿，或仅能通过被动作用的对准构件来补偿。

DE 10 2007 058 341 A1涉及包括至少一个物镜的光学测量装置(特别是显微镜装置)的物镜转换器系统，至少一个物镜安装在支撑的保持装置中并且可以通过位移装置在使用或工作位置和未使用位置之间移动，出于聚焦目的，至少一个物镜可以关于光学测量轴线以同轴方式来移位到该使用或工作位置中。

例如，从DE 10 2015 221 040 A1中已知其他技术方案。在该情况下，所描述的发明涉及具有物镜转换器设备和物镜接收器，该物镜转换器设备包括在相应的匣位置接收多个物镜的匣，并且该物镜接收器实施为接收物镜并且布置在显微镜的光束路径中。显微镜的特征在于具有物镜保持件的相应选择的物镜的传输，其中通过物镜定位装置在移动到位在转移位置处的匣位置和物镜接收器之间实现传输。物镜接收器保留在光束路径中，而物镜被传输。

或者，关于相对较低的精度和重复准确度的如上所述的缺点发生在从现有技术已知的物镜转换器设备中，或者物镜需要长定位路径。

发明内容

本发明基于以下目的：提出以高重复准确度将至少一个选择的活动物镜精确地移动到位于期望位置的可选项，并且在过程中减少现有技术的缺点。

该目的由以下来实现：下文所述的显微镜系统的物镜转换器设备，物镜的适配器以及将配备有适配器并在物镜保持件中保持的物镜移动到位的方法。下文还描述了有利的发展例。

一种显微镜系统的物镜转换器设备，包括：

物镜转移元件，其具有保持已经配备有适配器的物镜的至少一个物镜保持件，其中，

所述物镜转移元件实施为将选择的活动物镜以控制的方式移动到位于转移位置，其中，

所述活动物镜的物镜轴线在所述转移位置不与所述显微镜系统的光轴重合，

接收设备，其在所述显微镜系统的光轴的方向上是可调整的并能够与所述活动物镜的适配器接触，并且所述接收设备实施为在所述转移位置和与所述显微镜系统的光轴一致的工作位置之间、在正交于所述显微镜系统的光轴的传输方向上沿着传输路径来传输所述活动物镜；

其中所述传输路径比所述物镜保持件在所述传输方向上的范围更短，所以至少位于所述工作位置的活动物镜的适配器的区域仍然在所述物镜保持件的范围内。

优选地，所述接收设备与所述显微镜系统的光轴可同轴地移位，并且实施为在所述转移位置处抬起所述活动物镜。

优选地，物镜接收器具有对准面，在所述对准面处所述活动物镜能够接触所述适配器的实施为与所述对准面接触的接触面，其中将所述对准面与所述接触面接触的相应的活动物镜与所述显微镜系统的光轴平行对齐。

优选地，每个物镜保持件具有锁定装置，其效果引起至少在平行于所述光轴的方向上将所述适配器阻挡在所述物镜保持件中。

优选地，所述接收设备具有实施为接合所述活动物镜的夹持器，其中所述夹持器在所述传输方向上是可移位的并且存在物镜接收器，所述物镜接收器实施为通过所述夹持器移位的活动物镜的传送导轨。

优选地，所述物镜转移元件具有实施为叉状物的至少一个物镜保持件。

优选地，存在耦接到光学元件的滑架，所述光学元件可移动到所述显微镜系统的光轴中且离开所述显微镜系统的光轴。

优选地，所述滑架配备有至少一个磁体或机械式耦接机构，通过至少一个磁体或机械式耦接机构，可拆卸的保持力可产生在所述滑架和所述光学元件之间。

一种与物镜一起用在前述物镜转换器设备中适配器，其特征在于要放置到所述物镜保持件上的凸缘，通过所述凸缘，在所述物镜保持件中保持或能够保持所述适配器，并且形成引导面，所述引导面对应于所述接收设备的对应地形成的引导面，因此在沿着所述传输路径的传输期间维持所述适配器的对准。

优选地，至少一个引导面具有所述接触面中的一个。

优选地，槽实施为接收可移动到所述物镜轴线中的光学元件。

优选地，所述光学元件固定地连接到所述适配器，并且独立于其当前使用状态保留在所述适配器上。

优选地，所述光学元件能够插入到相应的活动物镜的槽中并且能够从所述槽移除。

一种适配器与物镜一起在显微镜系统中的用途。

一种移动物镜的方法，所述物镜配备有适配器并且在物镜保持件中保持在与显微镜系统的光轴一致的位置，所述方法包括以下步骤：

将选择的活动物镜移动到位于转移位置，其中所述活动物镜的物镜轴线在所述转移位置不与所述显微镜系统的光轴重合，

通过接收设备、在正交于所述显微镜系统的光轴的传输方向上并沿着传输路径将所述活动物镜从所述转移位置传输到工作位置，其中所述活动物镜的物镜轴线在所述工作位置与所述显微镜系统的光轴重合，并且所述传输路径的长度选择为比所述物镜保持件在所述传输方向上的范围更短，使得至少位于所述工作位置的活动物镜的适配器的区域仍然在所述物镜保持件的范围内，以及

出于聚焦所述活动物镜的目的，沿着所述光轴以控制的方式来移位位于所述工作位置的活动物镜。

优选地，在所述转移位置的活动物镜平行于所述显微镜系统的光轴移位了一距离，然后传输到所述工作位置，其中由于移位，从所述物镜保持件释放所述活动物镜。

显微镜系统的物镜转换器设备具有物镜转移元件(下文还简称为转移元件)，其具有保持已经配备有适配器的物镜的至少一个物镜保持件。在此，物镜转移元件实施为将选择的活动物镜以控制的方式移动到位于转移位置。物镜具有光轴，其在下文还被称为物镜轴线。活动物镜的物镜轴线在转移位置不与显微镜系统的光轴重合。此外，物镜转换器设备具有接收设备，其在显微镜系统的光轴的方向上是可调整的并且能够与活动物镜的适配器接触。接收设备实施为，在实质上正交于显微镜系统的光轴的传输方向上沿着传输路径、在转移位置和与显微镜系统的光轴一致的工作位置之间来传输活动物镜。

根据本发明，传输路径比物镜保持件在传输方向上的范围更短，所以至少位于工作位置的活动物镜的适配器的区域仍然在物镜保持件的范围内。在此，传输路径的长度测量为从转移位置到工作位置的最短路程(例如正交偏移)。如果在从显微镜系统的光轴的方向的俯视图中至少位于工作位置的活动物镜的适配器的区域仍然位于物镜保持件的范围内，则适配器还算作仍然位于物镜保持件中。因此可以将具有适配器的物镜抬离物镜保持件。

位于转移位置的物镜的物镜轴线和显微镜系统的光轴之间的距离优选地是若干毫米，例如1、2、3、5、10、20或30毫米，这取决于物镜的直径。有利地，例如，该距离是物镜的直径的十分之一、五分之一、四分之一、三分之一、一半或至多四分之三。

在物镜转换器设备的有利实施例中，接收设备可与显微镜系统的光轴同轴地移位。接收设备实施为抬起活动物镜，以便于从物镜保持件移除物镜。为此，接收设备例如以马达控制的方式在光轴方向上是可移位的。

下面，做出的假设是，物镜总是已经配备有适配器。从纯机械上需求的观点看，移动到位于转移位置和位于工作位置的过程还可以由适配器自身来执行。

物镜转换器设备的重要方面在于，将准确重复的活动物镜精确定位为与显微镜系统的光轴一致。为此，物镜接收器已经配备有对准面，在该对准面处，活动物镜可以接触适配器的接触面，该适配器的接触面实施为与对准面接触。关于它们的形式、尺寸和准确度，接触面和对准面设计并制造为，使得将对准面与接触面接触的相应的活动物镜平行于显微镜系统的光轴对齐。活动物镜的物镜轴线则与显微镜系统的光轴重合。

通过接触面和对准面来实现位置的再现性。作为示例，这些形成了三点式承载或三点式接触。作为示例，可以通过相对于光束路径对齐的燕尾元件并且通过用夹持器将接触面和对准面相互夹紧，来实现这样的定位。

为了实现理想的三点式夹紧，适配器的锥形基底(例如燕尾环)可以具有中断以形成部分区段的对应的实施例，使得仅仅两个部分区段(接触面)与相应的对准面接合并且限定接触点。第三接触点可以通过夹持器中的弹簧元件来实现，该夹持器中的弹簧元件用作对准面并且被引导抵靠适配器的其他接触面。

还可以在适配器的基底出现三个球以代替燕尾环，所述球在侧向向下方向上略微从适配器突出来。因此，可以在物镜接收器的面上实现三点式承载，并且同时可以在侧向方向上在物镜接收器上实现三点式接触。

在根据本发明的物镜转换器设备的其它实施例可选项中，对准面实施为成角度的面，例如形式为V形凹槽。对准面可以彼此之间且关于夹持器的接触点以120°角分布。

作为示例，物镜转移元件可以实现为旋转器、条形匣、链条匣、传送带或滑块。通过机械臂从齿条匣的转移也是可能的。装备物镜转移元件的过程可以手动实现，还可以由提供附加的物镜匣的拾取和放置的机器来实现。

在物镜转换器设备的一个实施例中，物镜转移元件具有实施为叉状物的至少一个物镜保持件。作为示例，叉形状的物镜保持件允许物镜在传输方向上移动，而不是必须在过程中例如平行于光轴地将物镜完全抬离物镜保持件。

叉形状的物镜保持件可以具有含有实质上彼此平行的分支的U形状的设计。作为示例，该实施例可选项用在包括其他保持元件的正置布置中，通过该其他保持元件，即使在转移元件的旋转移动的情况下，也能牢固地保持适配器。在其他实施例可选项中，叉形状的物镜保持件可以略微闭合，即分支的端部彼此略微靠近。

在这种情况下，如果至少分支的端部具有弹性设计，使得在其端部略微弯曲的情况下适配器可以插入到物镜保持件中并从那里移除，则是有利的。如果具有适配器的物镜位于物镜保持件中，则分支的端部支撑抵靠在适配器上，并且因此将适配器牢固地保持在物镜保持件中。为此，如果适配器的外部尺寸与相应的物镜保持件的内部尺寸对应，使得适配器——和采用适配器的物镜——以仅仅很小的游隙保持在物镜保持件中，则是有利的。作为示例，该实施例适合于倒置的布置。在此，可以省略其他保持元件。

物镜转换器设备可以设计为用于活动物镜的倒置布置和正置布置两者。在此，在倒置布置中，活动物镜和接收设备位于物平面下方，该物平面中可以布置要观察的样品(样品平面)。从下方将活动物镜指引到物平面上，并且使其坐落在物镜保持件上。在正置布置中，活动物镜和接收设备位于物平面上方。物镜保持件中悬挂活动物镜。为此，物镜保持件可以具有保持元件，相应的物镜适配器的凸缘位于该保持元件上。总体上表述为，每个物镜保持件具有锁定装置，其效果引起至少在平行于光轴的方向上将适配器阻挡在物镜保持件中。该锁定装置可以是正置布置下的前述保持元件或倒置布置下的物镜保持件的边缘，具有凸缘的适配器位于该锁定装置上。

如果物镜转换器设备实施为正置布置，则物镜可以从横向方向上插入到相应物镜保持件(例如再次具有叉形状的实施例)和锁定装置(例如在装配用作匣的转移元件的可能的实施例中的附加的保持元件)之间的间隙中。

如上所述，物镜保持件可以实施为弹性叉状物。在本发明的其它实施例中，物镜保持件可以具有近似U形状的实施例，并且其他保持元件可以设计为弹性铰链接合件的形式。

当用与倒置布置中相同的适配器插入物镜时，叉状物的分支的端部由于被适配器凸缘施加的侧向压力、并且因为叉状物的弹性实施例而打开，在物镜的最终位置已经达到其凸缘之后再次关闭所述端部。因此，在转移元件的移动的情况下，牢固地保持物镜。

替代地，叉状物可以具有这样的实施例：物镜适配器不是穿过叉状物的开口来插入，而是横向于其中叉状物以其分支延伸的平面来插入。为此，通过其他弹性保持元件(例如通过弹性闩锁)来移动相应的适配器。作为示例，该其他保持元件最初在横向方向上被推开，并且在适配器的对应形成的结构中接合。有利地，其他保持元件的弹簧弹力的大小定为，使得相应物镜的质量(或产生的重量)和可选地所有其他可用的物镜的相应质量被保持，以抵抗重力和可能的加速度力。将接收设备在Z轴的方向上移动的所采用的驱动器(Z驱动器)必须能够克服该保持力。

作为示例，粗驱动器和/或精细驱动器、步进马达驱动器和/或压电驱动器可以用作Z驱动器。接收设备可以紧固到支架。作为示例，Z方向上移动的接收设备的精确且低的摩擦力的引导可以通过滑动引导件、球引导件和/或滚轮引导件来实现。

还可以使用一个或多个可切换的电磁体，以便于在物镜保持件中、在转移元件中或在接收设备中保持相应的物镜和/或适配器。只要已经夹紧适配器，这些电磁体就被去激活。

替代地，永磁体还可以出现在适配器和转移元件上，并且配置为使得其相对的极彼此极性相反并彼此吸引。可以由垂直于显微镜系统的光轴的平移移动或由例如绕物镜的光轴的旋转移动，来取消该磁力。其他磁体可以布置在本发明的其他实施例中，在平移移动或旋转移动之后所述磁体以相同极性与适配器的磁体相对。彼此相对的相同磁极抵消了保持力，或附加地相互排斥。

为了能够用活动物镜捕获图像数据，必须将活动物镜带入到显微镜系统的束路径中。在此，活动物镜的物镜轴线与显微镜系统的光轴必须重合。为此，在物镜转换器设备的有利实施例中，接收设备具有夹持器，所述夹持器实施为与活动物镜接合。夹持器在传输方向上是可控制移位的。此外，存在物镜接收器或物体接收器面，其实现为通过夹持器移位的活动物镜的传送导轨，并且该传送导轨接收与显微镜系统的光轴一致的活动物镜。利用其接触面，适配器通过接收设备(特别地通过夹持器)可相对于对准面移动。

以下的驱动器尤其可以用于夹持器的侧向移动：具有主轴驱动器的马达、盘形凸轮、皮带驱动器、缆线牵引、带齿的齿条/小齿轮驱动器、SMA(智能金属合金)线驱动器、压电驱动器、可调整的楔形物、螺母主轴对、或者将旋转移动变换为线性移动的其他致动器。

为了促进活动物镜沿着显微镜系统的光轴在Z方向上的移动，机械元件(例如马达驱动杠杆)可以抵抗保持元件的弹簧弹力而作用，并且把叉状物按压开直到物镜在Z方向可自由地移动。可以在凹槽中引导叉状物分支的端部，以便于抵抗重力将物镜保持在转移元件中。

物镜转换器设备与光学元件是可组合的，该光学元件必要时可以移动到显微镜系统的束路径中。在本发明的一个可能的实施例中，光学元件是马达驱动的DIC(微分干涉对比)滑块。为了能够将光学元件移动到束路径中、或者移出束路径，在适配器中提供光学元件(特别是DIC滑块)的槽。每个物镜可以具有分配到其的专用的光学元件，即使当活动物镜返回到转移元件时，该光学元件还能保留在相应的物镜或适配器上。有利地，在这样的实施例中，针对所有光学元件仅出现单一驱动器。该驱动器总是仅与相应活动物镜的光学元件接合，对于相应的应用(例如DIC应用)以好的灵敏度定位该活动物镜，或者当未使用时拉动光学元件离开束路径。下文使用DIC滑块的示例更详细地解释光学元件。

DIC滑块可以牢固地连接到适配器，并且可以独立于其当前使用状态保留在适配器上。DIC滑块还可以插入到相应活动物镜的槽中并且能够从槽中移除。在该描述的含义内，可移除的DIC滑块不会牢固地连接到适配器。

在本发明的其他实施例中，存在可移动到显微镜系统的光轴中并且可移动离开显微镜系统的光轴的滑架。通过滑架，DIC滑块可移动到显微镜系统的光轴中，或者可移动离开显微镜系统的光轴。为此，滑架可以是可控制的，并且由马达来驱动。在其它实施例可选项中，滑架还可以实施为用手可移动到显微镜系统的束路径中或从显微镜系统的束路径中移出，并且例如附接到接收设备。

滑架可以配备有至少一个磁体，通过该至少一个磁体，在滑架和DIC滑块之间可产生可拆卸的保持力。作为示例，可以通过可控制的电磁体和/或通过永磁体，可拆卸的保持力是可产生的。如果使用永磁体，则需要在必要时克服保持力且将滑架和DIC滑块彼此分离的剥离器。

作为示例，出于将DIC滑块定位到活动物镜的束路径中或者从活动物镜的束路径中移除所述DIC滑块的目的，具有磁体的滑架被驱动到DIC滑块的耦接部位并且对接后者。替代地，还可以在滑架和DIC滑块之间使用另一个耦接机构，例如弹性元件、可电切换的磁体或机械式作用的耦接机构。在DIC滑块已经返回到适配器的槽后，必须再次释放耦接。在永磁体的情况下需要剥离器，以便于抵抗在DIC滑块和滑架上的磁体之间的磁性耦接的保持力，借助于剥离器在滑架再次缩回时将DIC滑块保持在槽中其位置中。该剥离器可以组装在夹持器上，其可以同时地具有以下功能：当打开夹持器时，再次推动适配器或具有物镜的适配器回到转移元件的方向上。

根据本发明的物镜转换器设备的优点在于，仅单一物镜位于接收设备上并且必须移动到位，即在Z方向上移动。因此，动力传动系仍然只需要移动活动物镜的质量。降低了惯性效应和粘滑效应。因此，可以制动并快速加速移动的物镜，并且因此可以促进快速聚焦过程。因此，根据本发明的物镜转换器设备相对于根据现有技术的解决方案已经显著地改进了动态性质。

例如，其他优点在于较低质量提高物镜转换器设备的固有频率，以相同激励能量降低振动振幅并且显著降低了对建筑物振动的敏感性。由此得到的动态引起的较低偏离导致了在图像捕获时间内捕获的图像的改进分辨率。与此相反，如例如从已知的物镜转换器设备的安装空间布置导致的高质量和低刚性的组合导致了低固有频率。

根据本发明的物镜转换器设备可以用在具有非常不同的物镜的显微术的整个领域(从宽场显微术，经由共聚焦显微镜，到光片显微术)中，并且还用在白光干涉仪中。

本发明还包括在根据本发明的物镜转换器设备中与物镜一起使用的适配器。

适配器具有要在物镜保持件上放置的凸缘，通过该凸缘将适配器保持或可以保持在物镜保持件中。此外，适配器具有突出件和/或凹口，其与接收设备的对应形成的引导件对应。适配器的凹口还应该被认为是在适配器的外圆周上压扁的实例。作为示例，压扁的一个或多个侧向实例可以出现在适配器上，并且侧向引导面可以出现在接收设备上。在沿着传输路径传输期间，突出件和/或凹口以及与其对应的引导面导致维持适配器的对准。适配器的突出件和/或凹口中的至少一个可以具有接触面。

作为示例，确保适配器的相对对准对于DIC滑块的使用是重要的，此外这允许适配器的电接触，和/或允许从适配器转移介质或将介质转移到媒体。作为示例，维持适配器在转移元件中的取向可以通过转移元件中的引导销钉和适配器的凸缘中的凹槽来实现。

在根据本发明的物镜转换器设备的其他可能的实施例中，可以存在到物镜和/或适配器的液体或气体形式下的介质的转移点以及混合物(气溶胶、凝胶)的转移点。作为示例，该转移点可以用于在物镜之上的浸没(优选地自动浸没)或者用于吸走浸没液，并且用于物镜的温度控制。

介质的转移和/或接收可以通过适当的实施的馈送和排出线并且配合的耦接元件来实现。附加地，可以存在泵、传感器和介质容器，以便于促进介质交换。控制单元可以连接到泵和/或传感器，以便于调节或控制介质交换。

有利的是，馈送和/或排出介质的转移点不必附接到诸如可旋转的旋转器的转移元件，例如，该转移元件因此具有受限制的旋转移动并且其中将不得不提供可能复杂且昂贵的旋转通道。

根据本发明的适配器可以配备有物镜，并且可以用在显微镜系统中。

根据本发明的物镜转换器设备和根据本发明的适配器与来自现有技术的已知解决方案相比具有若干优点。

因此，活动物镜被移动到与显微镜系统的光轴平行的位置，但是保留有与光学系统的束路径的略微偏移。需要从转移位置定位到工作位置的小行程允许短的定位时间，并且引起小的机械磨损。

此外，在物镜适配器和接收设备之间的接口可以用电接触体来实现，例如用于标识物镜、具有集成照明的物镜、具有集成照相机的物镜(概览物镜)或马达驱动的物镜。作为示例，接触销钉和/或接触面可以出现在接收设备中，当适配器被带入到工作位置中或被接收在接收设备中时，该接收设备建立了与适配器的接触销钉或接触面的导电连接。

物镜的不同补偿长度可以由适当保存(即以可恢复的方式储存)的、Z方向上的定位行程来补偿，当由不同适配器长度所需要或补偿时可以设定该定位行程。此外，适配器可以针对不同物镜接口，例如不同螺纹尺寸和卡口变型来设计。

特别地，活动物镜的高度动态定位可以以接收设备有相对低的质量和相对高的刚性来实现。由于有利的力关系，驱动器部件可以具有紧凑、轻便和成本效益好的实施例。对于转移元件中的单独物镜的接收器位置没有提出对准确度的高要求，与该情况相反的是在常规物镜旋转器中。因此，在物镜改变期间，根据现有技术的组装的旋转器组合中的每个单独物镜保持件必须以很高费用来处理，以便于满足对公差的高要求。在根据本发明的物镜转换器设备的情况下，关于显微镜系统的光轴必须一次对准接收设备的仅一个的物镜接收器。每个活动物镜通过其适配器总是获得显微镜束路径中恰好相同的位置。

作为示例，在诸如3D切片方法的三维成像的方法中，常规物镜和物镜旋转器布置具有缺点，因为在要观察的样品和物镜之间维持恒定距离几乎难以实现。变化的距离对图像记录的质量具有负面影响。本发明促使更好地遵守这样的恒定距离。

根据本发明的物镜转换器设备有利地促进以可重复的准确度将不同物镜迅速、精确地移动到位，从转移位置移动到工作位置。

此外，目的由移动物镜的方法来实现，该物镜配备有适配器并且在物镜保持件中保持在与显微镜系统的光轴一致的位置。根据本发明的方法包括以下步骤：将选择的活动物镜移动到转移位置，其中活动物镜的物镜轴线在转移位置不与显微镜系统的光轴重合，以及沿着传输路径和在实质上与显微镜系统的光轴正交的传输方向上，通过接收设备将活动物镜从转移位置传输到工作位置。在此，活动物镜的物镜轴线在工作位置与显微镜系统的光轴重合。传输路径的长度选择为比物镜保持件在传输方向上的范围更短，使得至少位于工作位置的活动物镜的适配器的区域仍然在物镜保持件的范围内。在其他步骤中，出于聚焦活动物镜的目的，沿着光轴以控制的方式来移动位于工作位置的活动物镜。

从多个物镜选择活动物镜可以优先于根据本发明的方法。

在方法的配置中，转移位置中的活动物镜平行于显微镜系统的光轴移位了一距离，并且然后传输到工作位置。由于平行移位而从物镜保持件释放活动物镜。因此，释放的活动物镜被解锁并且在特别地正交于显微镜系统的光轴的传输方向上是可移动的。

附图说明

下面基于示例性实施例和附图更详细地解释本发明。附图中：

图1示出了具有根据本发明的适配器的物镜的示意图；

图2示出了转移位置处的具有带适配器的物镜的物镜转移元件的示意图；

图3示出了接收设备的示意图；

图4示出了在接收设备、滑架和DIC滑块中使用适配器的物镜和接收设备的示意图；

图5示出了接收设备中使用剥离器的物镜和接收设备的示意图；

图6a和6b示出了正置布置的根据本发明的物镜转换器设备的实施例的示意图，而图6a中为侧视图并且图6b中为从下方看的视图；

图7a和7b在从下方看的视图中示出了正置布置的根据本发明的物镜转换器设备的实施例的示意图，其中图7a中适配器在完全插入的状态下，并且图7b中适配器在工作位置中；

图8a至8d示出了根据本发明物镜转换器设备在四种操作状态下的示意图：图8a中当装备物镜转移元件时，图8b中将活动物镜移动到位于转移位置中，图8c中将活动物镜移动到位于工作位置中，以及图8d中聚焦活动物镜；以及

图9a至9d示出了将物镜从转移位置移动到位至工作位置中的步骤的示意图：图9a中物镜在转移位置中，图9b中物镜在抬起的状态下，图9c中物镜在工作位置中，以及图9d中物镜在Z方向上执行聚焦移动。

具体实施方式

示例性实施例的图示是示例性且示意性的。除非明确说明其他内容，否则相同的附图标记表示相同的技术元件。

图1以示例性方式示出了根据本发明的具有适配器7的物镜6。适配器7具有凸缘73，该凸缘73在顶部和底部处具有平面接触面。适配器7的基底75中存在槽74(还参见图5)，光学元件8——在这种情况下DIC滑块8——能够被横向插入到物镜轴线61并且能够保持在所述槽中。DIC滑块8可以从槽74移除。在适配器7的基底上存在接触面71和引导面72。接触面71用于在其与对应的对准面51接触时确保期望的预期定位(参见图3、4和9a至9d)。

图2中示出了物镜转移元件或简称为转移元件3，作为物镜转换器设备2(参见图6至9d)和显微镜1(未更加详细地示出)的组成部分。

转移元件3实施为具有形式为叉状物41的四个物镜保持件4的旋转器。具有物镜6的适配器7保持在叉状物41中的一个中。在此，适配器7用其凸缘73的平面下部接触面来坐落在相关叉状物41的分支42上。叉状物41的端部以短距离朝向彼此指引，所以叉状物41略微闭合。因此，将适配器7保持在物镜保持件4中，即使在离心力发生时。通过驱动器32和控制单元116，转移元件3以控制的方式绕旋转的中心轴线31是可旋转的，所以单独物镜保持件4可以移动到其轨道上的任何位置处。形式为隆起物的引导件44出现在分支42的指向到相应叉状物41中的内侧上，所述隆起物具有与适配器7的对应的引导面72对应的实施例(参见图3)。

至少分支42的端部可以具有弹性实施例，以便于促进适配器7的侧向插入或移除，其中在各个情况下必须克服弹性端部的弹簧弹力。

图3示出了接收设备5的示例性实施例，其上出现了夹持器110、夹持器110的驱动器113、和接收已经配备有适配器7的物镜6的物镜接收器53。通过驱动器113可控制地驱动的夹持器110可以沿着传输方向TR和在传输路径TS之上来回移动(由双向箭头标记)。当安装到就绪的物镜转换器设备2中时，传输方向TR正交地指引到显微镜1的光轴11(参见图5和8c)。

驱动器113连接到控制单元116，并且是可通过后者致动的。此外，所示的接收设备5装备有在夹持器110上组装的剥离器112。下文关于图5、6a和6b来解释剥离器112的操作模式。

至少一个对准面51出现在物镜接收器53的区域中。这可以由具有至少一个接触面71的适配器7接触，该至少一个接触面71适当地形成并且布置在适配器7上。当接触面71和对准面53接触时，获得适配器7的在物镜接收器53内的预期位置。为了确保将物镜接收器53中的适配器7定位在正确位置中，引导件52存在于物镜接收器53上并且引导面72存在于适配器7上，所述引导件和引导面相互对应。

可选地，物镜接收器53已经配备有接触元件118，其可以各实施为接触面或接触销钉。物镜接收器53中接收的适配器7同样地可以具有接触元件118，其在位置、形式和设计方面与物镜接收器53的接触元件118中的全部或者一些对应。电控制命令是可从控制单元116转移的，和/或关于物镜6和/或适配器7的当前控制状态的信息可通过接触元件118转移到控制单元116。此外，可以通过接触元件118来实现物镜6的部件(例如马达驱动的驱动器和/或传感器)的电力供应。

在适配器7和物镜6的视图中，插进槽74中的光学元件8在其实施例中可以被认为是DIC滑块8。

夹持器110的移动受驱动器113和由其驱动的盘形凸轮117的相互作用来控制(图4)。通过驱动器，盘形凸轮117接合在夹持器110的对应的凹陷中，从而将推动或拉动转移在夹持器110上，该夹持器110因此沿着传输路径TS相应地移动。

图5示出的接收设备5的示例性实施例装备有滑架9，其沿着滑架导轨10被引导并且通过驱动器120以控制的方式来驱动。滑架9配备有形式为永磁体的磁体111。可以驱动滑架9以非常接近光学元件8(在该情况下是DIC滑块8)，使得磁体111与DIC滑块8的磁性区域相互作用，并且可释放的保持力出现在DIC滑块8和磁体111之间。DIC滑块8的磁性区域可以是其他磁体和/或适合于磁性相互作用的区域。作为示例，该区域可以由铁构成或者包含铁。

图5示出了已经通过夹持器110而被拉到物镜接收器53(例如参见图4)中的适配器7，并且该适配器7的覆盖且不可见的接触面71支撑抵靠在同样覆盖且不可见的对准面51。为了提供更好的概览图，还未示出连接到物镜7的物镜6。在预期位置中保持的物镜6的物镜轴线61与显微镜1的光轴11重合。在示例中，滑架9的驱动器120实施为马达驱动的齿形带。

夹持器110的驱动器113、滑架9的驱动器120以及在Z方向上且关于物镜转换器设备2的支架115移动接收设备5的驱动器119(下文还称为Z驱动器119)连接到控制单元116并且可由后者致动。

为了促进在Z方向上精确且低摩擦力的移动，形式为滑动的、球和/或滚轮引导件的引导元件114位于接收设备5和支架115之间。

图5中，将DIC滑块8从显微镜1的束路径中拉出来，并且不再与光轴11、61相交。一部分DIC滑块8仍然位于槽74中。为了将DIC滑块8用于对应的图像记录或者为了将DIC滑块8推回到适配器7中(例如使得可以改变适配器7)，驱动器120可以由控制单元116致动，并且朝适配器7移动滑架9。如果DIC滑块8插入到适配器7中，则可以实现DIC方法中的图像记录。相比之下，如果适配器7改变，则致动驱动器113并且在传输方向TR上移动夹持器110。在该移动期间，抵靠适配器7和光学元件8的从槽74突出的部分来引导夹持器110上组装的剥离器112，并且所述剥离器将适配器7和光学元件8推离接收设备5。在过程中，克服在磁体111和光学元件8之间的保持力，并且从磁体111释放光学元件8。如果光学元件8保留在适配器7上并且该光学元件8与适配器7一起改变，则设想该实施例可选项。

在其他实施例可选项中，将光学元件8从槽74移除，然后改变适配器7并且所述光学元件保留在滑架9上。

随后，可以再次驱动滑架9到远离物镜接收器53的位置中，以便于避免将要靠近物镜接收器53引入的适配器7无意地耦接到DIC滑块8。如果磁体111是电磁体，则使该电磁体失活就足够了。

在图6a和6b二者所示的是根据本发明的物镜转换器设备2的其他示例性实施例。物镜转换器设备2构造为转移元件3和接收设备5的正置布置。

物镜保持件4再次实施为叉状物41(参见图2)；然而它们具有其他保持元件43。图6a和6b中，在各种情况下的打开状态下示出了所示的其他保持元件43中的一个，其因此还被称为其他保持元件43o。

在正置布置的情况下，将相应的一个适配器7侧向插入到在该情况下实施为叉状物41的物镜保持件4和相应的其他保持元件43之间的间隙45中。其他保持元件43可以设计为弹性接合件的形式。当插入适配器7时，其他保持元件43由于由适配器凸缘73(参见图1和2)所施加的侧向压力而打开。一旦适配器7已经被推进到物镜保持件4的最终位置，其他保持元件43上的侧向压力减弱并且在凸缘73周围再次关闭。因此，在转移元件3的移动的情况下，牢固地保持适配器7和(可适用的话)物镜6。

物镜6中的一个(在此还被称为活动物镜6a)通过夹持器110被拉入到接收设备5的物镜接收器53中。在活动物镜6a现在可以在Z方向上移动之前，例如为了将该活动物镜6a聚焦到物平面上，例如马达驱动杠杆的其他元件必须抵抗其他保持元件43的弹簧弹力来作用。在过程中，不得不按压打开该其他保持元件43，直到活动物镜6a(特别是其适配器7)不再被其他保持元件43o阻挡并且可以在Z方向上自由地移动。

可以在凹槽中引导叉状物分支42的端部，以便于抵抗重力将物镜6保持在匣中。

为了固定适配器7以免于在物镜保持件4的旋转期间被逐出，适配器7和物镜保持件4可以各具有至少一个磁体111。在物体保持件4的磁体111和适配器7的磁体111之间产生的磁力保持适配器7抵抗在操作物镜保持件4时设想的径向力。替代地，仅适配器7或物镜保持件4具有至少一个磁体111，如果其相应的对应件由磁性(铁磁性)材料构成的话。

替代地，其他保持元件43可以配置为弹性闩锁。适配器7从下方插入到相应的物镜保持件4中，并且必须通过弹性闩锁来移动。弹性闩锁的弹簧弹力的大小定为，使得抵抗重力保持具有适配器7的相应的物镜6的质量。

图7a和图7b示出了其他保持元件43的替代实施例。其他保持元件43实施为与叉状物41的区域中的物镜保持件4隔开的保持片，所以在保持片和物镜保持件4之间形成间隙45。适配器7通过其凸缘73而插入到间隙45中，并且所述适配器用凸缘73(至少沿着凸缘73的部分)而支托在其他保持元件43上(图7a)。

其他保持元件43实施为具有伸到叉状物41的开口中的突出件431和/或节距圆形切断件432的保持片。这些与凸缘73的尺寸对应，使得已经移动到工作位置WP(用箭头标记)中的适配器7可以在沿着物镜轴线61的至少一个方向上越过其他保持元件43来引导(图7b)。

替代地，还可以使用一个或多个电磁体，以便于在物镜保持件4中保持物镜6和/或适配器7。只要已经夹紧适配器7，这些电磁体就被去激活。

替代地，适配器7和转移元件3上的永磁体还可以配置为，使得其中相对的极彼此极性相反并且彼此吸引。产生的保持力因此可以通过例如垂直于物镜轴线61的移动或者由绕物镜轴线61的旋转移动来抬起。例如可以由转移元件3上的其他磁体来增强分离，该其他磁体在移动后是适配器7上的相同极性的相对磁体。发生的排斥力有助于适配器7和转移元件3的分离。

图8a至8d和9a至9d用于描述移动物镜6的方法，该物镜6配备有适配器7，并且在物镜保持件4中保持在与使用倒置布置的示例的显微镜系统1的光轴11一致的位置。

从具有转移元件3中保持的适配器7的多个物镜6之中，选择一个作为活动物镜6a(图8a)。通过驱动器32绕旋转轴线31以控制方式来旋转转移元件3，直到活动物镜6a已经移动到位于转移位置CP。在此，物镜轴线61和显微镜1的光轴11不重合但是彼此平行地对齐。转移元件3中储存的所有物镜6和6a通过它们相应的适配器7被保持在物镜保持件4中，并且固定为抵抗侧向指引的移动。出于阐明本发明的目的，传输路径TS图示为具有物镜6的直径的一半以上。

通过Z驱动器119，在Z方向上提升接收设备5直到活动物镜6a的适配器7与接收设备5进行接触，并且活动物镜6a用其适配器7而被抬离物镜保持件4至以下程度：所述物镜可以在实质上正交于显微镜1的光轴11的传输方向TR上来移动(图8b)。在过程中行进的传输路径TS提供了在光轴11和物镜轴线61之间的距离。促进该侧向移动，是因为调高的物镜6的适配器7已经通过接收设备5而被略微抬离物镜保持件4，和/或是因为已经打开了阻挡侧向移动的元件。

在此，打开的夹持器110用以下方式延伸：夹持器110可以夹持在适配器7后面，并且可以将适配器7和活动物镜6一起拉出转移位置CP并在转移方向TR上和沿着转移路径TS进入工作位置WP中(图8c)。在此，活动物镜6a移动了相对短的传输路径TS，所以至少适配器7的区域仍然保留在物镜保持件4的范围内。接触面71被引导抵靠物镜接收器53的对准面51，并且它们通过其中夹持器110和其驱动器113的效应来保持彼此接触(图3、4和5)。在工作位置WP中，物镜轴线61与显微镜系统1的光轴11重合。

为了关于物平面设定位于工作位置WP中的活动物镜6a，特别是为了聚焦所述活动物镜，通过Z驱动器119在Z轴的方向上沿着显微镜系统1的光轴11来移位接收设备5直到已经达到期望的设定(图8d)。

图8a至8d示出了在将具有适配器7的物镜6移动到位(从转移位置CP到工作位置WP中)时的过程细节。图9a示出了在转移位置CP中的转移元件3的物镜保持件4中的活动物镜6a(未示出)的适配器7。位于转移位置CP中的物镜6的物镜轴线61不与光轴11重合。

图9b中，接收设备5在Z轴方向上移位如此之远，使得适配器7坐落在物镜接收器53中并且从物镜保持件4抬离了短距离。物镜轴线61和光轴11彼此平行地对齐但不会重合。适配器7的接触面71和接收设备5的对准面51不会彼此接触。打开的夹持器110在适配器7后面夹持接触面71。

图9c示出了在夹持器110以控制的方式来驱动并且已经沿着传输路径TS拉动活动物镜6a(在此未示出)和适配器7进入到工作位置WP中之后的适配器。在工作位置WP中，物镜轴线61与光轴11重合。

图9d现在示意性示出了已经沿着光轴11在Z方向上移动的适配器7。通过夹持器110的作用以及接触面71和对准面51的作用，关于工作位置WP对准并且夹紧适配器7。可选地紧固到夹持器110的弹簧将适配器7按压抵靠至少一个对准面51。

附图标记

1 显微镜系统

11 显微镜系统的光轴

2 物镜转换器设备

3 (物镜)转移元件

31 旋转轴线

32 转移元件3的驱动器

4 物镜保持件

41 叉状物

42 分支/弹性端部

43 其他保持元件

431 突出件

432 切断件

43o 其他保持元件，打开的

44 引导件

45 间隙

5 接收设备

51 对准面

52 引导面

53 物镜接收器

6 物镜

6a 活动物镜

61 物镜轴线

7 适配器

71 接触面

72 引导面

73 (适配器7的)凸缘

74 槽

75 基底

8 光学元件/DIC滑块

9 滑架

10 滑架导轨

110 夹持器

111 磁体

112 剥离器

113 驱动器(夹持器110)

114 引导元件

115 支架

116 控制单元

117 盘形凸轮

118 接触元件

119 Z方向上驱动器

120 滑架9的驱动器

121 弹簧

CP 转移位置

WP 工作位置

TS 传输路径

TR 传输方向

Claims (16)

1.一种显微镜系统(1)的物镜转换器设备(2)，包括：

物镜转移元件(3)，其具有保持已经配备有适配器(7)的物镜(6)的至少一个物镜保持件(4)，其中，

所述物镜转移元件(3)实施为将选择的活动物镜(6)以控制的方式移动到位于转移位置(CP)，其中，

所述活动物镜(6)的物镜轴线(61)在所述转移位置(CP)不与所述显微镜系统(1)的光轴(11)重合，

接收设备(5)，其在所述显微镜系统(1)的光轴(11)的方向上是可调整的并能够与所述活动物镜(6)的适配器(7)接触，并且所述接收设备(5)实施为在所述转移位置(CP)和与所述显微镜系统(1)的光轴(11)一致的工作位置(WP)之间、在正交于所述显微镜系统(1)的光轴(11)的传输方向(TR)上沿着传输路径(TS)来传输所述活动物镜(6)；

其中所述传输路径(TS)比所述物镜保持件(4)在所述传输方向(TR)上的范围更短，所以至少位于所述工作位置(WP)的活动物镜(6)的适配器(7)的区域仍然在所述物镜保持件(4)的范围内。

2.根据权利要求1所述的物镜转换器设备(2)，其特征在于，所述接收设备(5)与所述显微镜系统(1)的光轴(11)可同轴地移位，并且实施为在所述转移位置(CP)处抬起所述活动物镜(6)。

3.根据权利要求1或2所述的物镜转换器设备(2)，其特征在于，物镜接收器(53)具有对准面(51)，在所述对准面(51)处所述活动物镜(6)能够接触所述适配器(7)的实施为与所述对准面(51)接触的接触面(71)，其中将所述对准面(51)与所述接触面(71)接触的相应的活动物镜(6)与所述显微镜系统(1)的光轴(11)平行对齐。

4.根据前述权利要求中任一项所述的物镜转换器设备(2)，其特征在于，每个物镜保持件(4)具有锁定装置(43、73)，其效果引起至少在平行于所述光轴(11)的方向上将所述适配器(7)阻挡在所述物镜保持件(4)中。

5.根据前述权利要求中任一项所述的物镜转换器设备(2)，其特征在于，所述接收设备(5)具有实施为接合所述活动物镜(6)的夹持器(110)，其中所述夹持器(110)在所述传输方向(TR)上是可移位的并且存在物镜接收器(53)，所述物镜接收器(53)实施为通过所述夹持器(110)移位的活动物镜(6)的传送导轨。

6.根据前述权利要求中任一项所述的物镜转换器设备(2)，其特征在于，所述物镜转移元件(3)具有实施为叉状物(41)的至少一个物镜保持件(4)。

7.根据前述权利要求中任一项所述的物镜转换器设备(2)，其特征在于，存在耦接到光学元件(8)的滑架(9)，所述光学元件可移动到所述显微镜系统(1)的光轴(11)中且离开所述显微镜系统(1)的光轴(11)。

8.根据权利要求7所述的物镜转换器设备(2)，其特征在于，所述滑架(9)配备有至少一个磁体(111)或机械式耦接机构，通过至少一个磁体或机械式耦接机构，可拆卸的保持力可产生在所述滑架(9)和所述光学元件(8)之间。

9.一种与物镜(6)一起用在根据前述权利要求中任一项所述的物镜转换器设备(2)中适配器(7)，其特征在于要放置到所述物镜保持件(4)上的凸缘(73)，通过所述凸缘(73)，在所述物镜保持件(4)中保持或能够保持所述适配器(7)，并且形成引导面(72)，所述引导面对应于所述接收设备(5)的对应地形成的引导面(52)，因此在沿着所述传输路径(TS)的传输期间维持所述适配器(7)的对准。

10.根据权利要求9所述的适配器(7)，其特征在于，至少一个引导面(72)具有所述接触面(71)中的一个。

11.根据权利要求9或10所述的适配器(7)，其特征在于槽(74)，所述槽(74)实施为接收可移动到所述物镜轴线(61)中的光学元件(8)。

12.根据权利要求11所述的适配器(7)，其特征在于，所述光学元件(8)固定地连接到所述适配器(7)，并且独立于其当前使用状态保留在所述适配器(7)上。

13.根据权利要求11所述的适配器(7)，其特征在于，所述光学元件(8)能够插入到相应的活动物镜(6)的槽(74)中并且能够从所述槽(74)移除。

14.一种适配器(7)与物镜(6)一起在显微镜系统(1)中的用途。

15.一种移动物镜(6)的方法，所述物镜(6)配备有适配器(7)并且在物镜保持件(4)中保持在与显微镜系统(1)的光轴(11)一致的位置，所述方法包括以下步骤：

将选择的活动物镜(6)移动到位于转移位置(CP)，其中所述活动物镜(6)的物镜轴线(61)在所述转移位置(CP)不与所述显微镜系统(1)的光轴(11)重合，

通过接收设备(5)、在正交于所述显微镜系统(1)的光轴(11)的传输方向(TR)上并沿着传输路径(TS)将所述活动物镜(6)从所述转移位置(CP)传输到工作位置(WP)，其中所述活动物镜(6)的物镜轴线(61)在所述工作位置(WP)与所述显微镜系统(1)的光轴(11)重合，并且所述传输路径(TS)的长度选择为比所述物镜保持件(4)在所述传输方向(TR)上的范围更短，使得至少位于所述工作位置(WP)的活动物镜(6)的适配器(7)的区域仍然在所述物镜保持件(4)的范围内，以及

出于聚焦所述活动物镜(6)的目的，沿着所述光轴(11)以控制的方式来移位位于所述工作位置(WP)的活动物镜(6)。

16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，在所述转移位置(CP)的活动物镜(6)平行于所述显微镜系统(1)的光轴(11)移位了一距离，然后传输到所述工作位置(WP)，其中由于移位，从所述物镜保持件(4)释放所述活动物镜(6)。