CN115951488A - 用于显微镜的碰撞保护 - Google Patents

Abstract

提供了一种用于将物镜安装到显微镜结构元件的设备，以及用于操作显微镜的方法。用于将物镜安装到显微镜结构元件的设备包括：接收部，其被安装或可安装到显微镜结构元件上；滑入部件，其被安装或可安装到物镜，并且该滑入部件可插入到接收部中，其中滑入部件可以进入锁定位置，在该锁定位置中，在滑入部件与接收部之间存在游隙；以及张紧单元，在锁定位置中，该张紧单元使滑入部件和接收部彼此抵靠以消除游隙，其中，该设备还包括第一碰撞检测装置，其包括至少一个第一位移传感器，第一位移传感器用于检测滑入部件相对于接收部的位移和/或物镜相对于接收部的位移。

Description

用于显微镜的碰撞保护

技术领域

本发明涉及一种用于安装物镜的设备，该设备被配置成用于碰撞保护，装配有所述设备的显微镜以及用于操作所述显微镜的方法。

背景技术

对于显微镜物镜，DD 00 0000 274 687 A1描述了通过弹性安装的且轴向可移位的物镜保持管的样本保护装置。DE 10 2017 120 651 B3描述了一种具有支架的显微镜，在所述支架上布置有用于承载样本的显微镜台和物镜，并且所述支架具有用于调节显微镜台与物镜之间的距离和/或用于调节显微镜台的xy位置的定位系统。显微镜具有力传感器或压力传感器，并且因此识别从显微镜台到物镜(即，在z方向上)的力的传递或反之亦然。

DE 10 2016 125 691 B4提供了一种用于样本载体的具有推力元件的保持件，以及一种用于控制显微镜的方法。容纳在推力元件中的压力传感器可以用于评估是否产生了除了正常物体载体夹紧力之外的力。DE 10 2013 006 997 A1描述了一种具有样本和挤压保护装置的物镜保持件，所述挤压保护装置同时具有碰撞保护的功能。在碰撞的情况下，光学系统对抗正在作用的弹力相对于物镜壳体移位，直到集成的微电子开关被关闭。DE 102018 205 894 A1公开了一种物镜变换器，其中物镜被从盒中抽出到光束路径中并在该过程中被固定地保持。DE 10 2010 001 604 A1描述了优选地将光学显微镜部件安装到显微镜支架上。安装的接口(卡口)用固定螺钉固定。

发明内容

本发明的目的是改善对于物镜的碰撞保护，这同时也是样本的通用目的，即不限于样本的特定目的。

本发明在独立权利要求中限定；从属权利要求包括优选的改进。

实施例涉及一种用于将物镜安装到显微镜结构元件的设备，优选地将物镜安装到显微镜支架或者其他显微镜部件的设备，所述设备可选地传递数据信号和/或供电电力，其中所述设备包括接收部，所述接收部被安装到所述物镜或者可安装到所述物镜。接收部可选地具有基座环和保持套环，所述保持套环设置在基座环上并具有横向开口。

滑入部件滑入接收部中，并且滑入部件和接收部可以进入锁定位置，在所述锁定位置中，在滑入部件与接收部之间存在游隙。在锁定位置中，张紧单元相对于接收部抵住滑入部件，并且因此消除了在锁定位置中的游隙。

张紧单元使滑入部件和接收部彼此抵靠放置而没有游隙，然而滑入部件可以在游隙的范围内朝向接收部移动。第一碰撞检测装置包括至少一个第一位移传感器，所述至少一个第一位移传感器用于检测滑入部件相对于接收部的的位移和/或物镜相对于接收部的位移。该位移传感器优选地感测相对移动，但是也可以从绝对测量值导出位移。借助于该原理，基于接收部与滑入部件之间的位移来检测碰撞。因此，实现了精确且同时广泛的碰撞检测。

特别有利地，第一位移传感器基于张紧单元的张紧状态的变化来检测位移，由于滑入部件在游隙范围内的位移随着张紧单元的张紧状态的规则变化而大体增加。为此目的，张紧单元特别优选地包括压力弹簧和推力元件，所述推力元件通过压力弹簧而张紧地抵靠在滑入部件上，并且第一位移传感器感测推力元件的运动和/或由推力元件施加的压力。

物镜的安装可以被配置为卡口接口，其中接收部形成卡口环或集成在卡口环中，并且滑入部件形成卡口凸缘或集成在卡口凸缘中。接收部可以被预组装在第二部件(例如显微镜的支架)上，或者可以作为一个单元可滑动到显微镜的第二部件(例如显微镜的物镜旋转器)中。

在锁定位置中，在滑入部件与接收部之间可以至少在x和/或y方向上(即，相对于物镜的光轴的横向方向)的区域中设置间隙。在锁定位置中，滑入部件和接收部可以至少在x和/或y方向上的区域中彼此抵靠。在物镜发生横向接触或碰撞的情况下(即在x和/或y方向上)，滑入部件在接收部中至少侧向移动(例如以倾斜的形式)。在该过程中，滑入部件压靠在接收部(例如保持套环)上。物镜被移位到侧部和/或相对于其光轴倾斜。然而，物镜会例如经由螺纹而保持固定地连接到滑入部件。经由所述至少一个第一位移传感器来检测由接触或碰撞而引起的滑入部件在接收部中的位移。因此，可以识别横向地作用在物镜上的力，即在x和/或y方向上的力。如果接收部和滑入部件经由倾斜表面彼此抵靠，则同样也适用于z方向的力，并且在游隙范围内的轴向力同样会导致滑入部件相对于接收部的横向移动。

第一位移传感器优选地检测横向位移(即相对于光轴横向地位移)，和/或轴向位移。

对于张紧单元，可以设置至少一个第一弹性元件，在锁定位置中，所述至少一个第一弹性元件在接收部与滑入部件之间被张紧。因此，在锁定位置中，如已经解释的，弹性行程在游隙的范围内。一旦滑入部件已在碰撞的情况下在接收部中移动，并且一旦碰撞的原因被消除，则张紧单元就将滑入部件再次推回到其标准位置。

在碰撞的情况下，游隙和张紧单元因此提供反作用距离，所述反作用距离允许停止、制动或关闭使碰撞行程实施的驱动器，而不会立即发生损坏或永久变形。这些措施使得可以避免物镜的硬撞击，由于张紧单元和游隙允许一定程度的偏转。这在轴向(物镜的纯轴向触碰)以及横向(倾斜)都是如此。

第一位移传感器可以包括选自下列项中的至少一个元件：设置在接收部和/或滑入部件中的位置传感器或设置在接收部和/或滑入部件上的位置传感器、具有磁换能器的位置传感器、压力传感器、以及设置在接收部、滑入部件和/或物镜中的倾斜传感器或设置在接收部、滑入部件和/或物镜上的倾斜传感器、或者这些元件的组合。倾斜传感器可以从陀螺仪、基于磁场感测的角度感测传感器、应变传感器、压力传感器和压电薄膜传感器中选取。此外，压力传感器可以从测力电阻器和压电薄膜传感器中选取。因此，第一位移传感器实现了主动碰撞检测。可选地，第一位移传感器还检测具有碰撞保护的滑入部件和/或第一部件是否设置在接收部上，例如位移传感器是否感测张紧单元的状态。

在一个实施例中，位置传感器的至少一个传感器可以设置在接收部中(例如在保持套环处)，用于该传感器的感测元件设置在滑入部件上，并且在锁定位置中，用于该传感器的感测元件被布置成与该传感器并列。替代地，位置传感器的传感器可以布置在滑入部件上，并且感测元件可以布置在接收部中。利用第一位移传感器，不仅可以检测滑入部件在接收部中的位置变化，并且因此检测碰撞。可选地，还可以选择性地检测提供有特定物镜的滑入部件是否就位，即例如特定物镜是否在使用中。此外，可以可选地识别滑入部件是否布置在锁定位置中。

张紧单元可以包括压力弹簧和接合压力弹簧的推力元件作为弹性元件，其中推力元件包括从推力件、球、滚珠轴承、弹性片、杠杆、杠杆的延伸臂、以及第一位移传感器的压力传感器中选择的至少一个元件。第一弹性元件还可以包括第一位移传感器，或者可以被配置为第一位移传感器(例如压电薄膜传感器)。

张紧单元可以被配置为在滑入部件和压力传感器两者上施加弹力，所述压力传感器布置在接收部中或接收部处并且被设置成第一位移传感器，其中作用在压力传感器上的弹力取决于滑入部件在游隙范围内的移位。因此，压力的增加指示位移。因此，张紧单元在下文中也简称为弹性元件。

弹性元件可以设置在例如保持套环的定位滑入部件的装置上。保持套环的定位滑入部件的装置可以包括保持套环的突起，在锁定位置，滑入部件的定位止动件(例如销)抵靠所述突起。在一个示例中，滑入部件通过在接收部中的旋转进入锁定位置，该旋转由滑入部件的横向布置的销停止，其中所述销接合保持套环的横向突起，该横向突起限定横向开口。由于弹性元件由保持套环的突起支撑，因此碰撞不仅将滑入部件压靠在保持套环上，而且还将定位止动件压靠在突起上，并且弹性元件和弹性元件的位移传感器(在设置在弹性元件的情况下)变得有效。

在实施例中，滑入部件的外侧可以包括锥形保持突起，并且接收部的保持套环可以在其内侧上包括远离基座环逐渐变细的锥体。滑入部件可以通过保持套环中的横向开口插入到预锁定位置中，在所述预锁定位置中，(多个)环开口重叠，并且滑入部件和接收部可以通过相互旋转从预锁定位置进入锁定位置，在锁定位置中，滑入部件的锥形保持突起被保持抵靠在保持套环的锥体上，并且使滑入部件偏置抵靠基座环。为此可以设置至少三个保持突起。

滑入部件的面向基座环的下侧或基座环的面向滑入部件的上侧可以包括平面支承元件。可以设置至少两个平面元件。滑入部件可以包括磁体，并且接收部可以包括对应磁体，在锁定位置中，该对应磁体被布置成与所述磁体互补。因此，可以对滑入部件施加磁吸引力，并且将滑入部件拉入锁定位置中。

保持突起和/或平面元件和/或磁体/对应磁体可以形成所限定的接触点，在锁定位置中，所述接触点明确且可再现地限定滑入部件在接收部中的位置。

根据一个实施例，物镜被安装到滑入部件，并且第二碰撞检测装置设置在物镜的套筒中。第二碰撞检测装置可以包括安全元件和第二位移传感器，所述安全元件容纳物镜。安全元件可以借助于在物镜的前透镜的方向上作用的至少一个第二弹性元件而弹性地且轴向可移动地布置在物镜套筒中，并且第二位移传感器可以布置在物镜的前透镜与安全元件之间。对于由第二位移传感器产生的信号，可以布置推力元件，该推力元件在物镜的前透镜的方向上可调节并且在接触的点(触发点)处与碰撞传感器以机械的方式链接。例如，物镜套筒可以是透镜支架的一部分。利用该实施例，可以沿着z方向检测碰撞并且将所述碰撞与横向位移区分开。因此，可以区分来自不同方向的碰撞。第一位移传感器和第二位移传感器允许主动识别碰撞类型。

因为张紧单元的存在，因此一旦消除碰撞，滑入部件就会自动地重新定位在光轴处。物镜还在z方向上回弹到其所需的位置。第一弹性元件的弹力和/或第二弹性元件的弹力在所有实施例中可以是可调节的，例如在不同情况下通过调节螺钉调节。

在实施例中，第二部件可以是显微镜的显微镜支架、物镜旋转器、物镜改变装置或物镜传送装置。此外，第一部件可以是显微镜的物镜或物镜装置。接收部或其位移传感器和/或弹性元件和/或磁体可以集成在物镜旋转器中。

用于安装物镜的设备可以被配置成传递数据信号和/或供电电力。滑入部件的面向基座环的下侧可以包括至少一个电接触元件，并且基座环的朝向滑入部件的下侧定向的上侧可以包括对配的电配合接触元件，以便在滑入部件与接收部之间产生电力连接和/或数据连接。

此外，可以设置第一驱动器以用于在x方向和/或y方向上移动物镜(特别是物镜或物镜装置)，和/或可以设置第二驱动器以用于在z方向上移动物镜和/或调节物镜和/或物镜装置。例如，第一驱动器可以设置在第二部件(例如显微镜支架)处，并且第二驱动器可以布置在物镜(例如物镜保持器)处或第二部件处。此外，可以设置控制装置，所述控制装置例如经由控制总线、经由控制线和/或无线地连接到接收部、滑入部件、第一位移传感器、第二位移传感器、第一驱动器和/或第二驱动器以用于数据连接。此外，可以设置存储装置和处理器。

在实施例中，显微镜包括用于对根据前述实施例中的一个实施例的物镜进行碰撞保护安装的设备、用于接收样本的样本接收空间(volume)、用于相对于样本接收空间移动被安装到接收部的物镜的驱动器、以及控制装置，所述控制装置连接到驱动器和位移传感器以进行数据通信，并且所述控制装置被配置成当位移传感器指示碰撞时停止驱动器。

控制设备在此处可以被配置成记录驱动器的移动方向，并且在停止之后，以与先前的移动方向相反地逆向运行驱动器，以便消除碰撞状态。

物镜可以附加地包括所述物镜套筒，第二碰撞检测装置布置在所述物镜套筒中，并且第二碰撞检测装置可以包括安全元件和第二位移传感器，所述安全元件包围物镜的光学元件，其中安全元件借助于在物镜的前透镜的方向上作用的至少一个第二弹性元件而弹性地且轴向可移动地布置在物镜套筒中，并且第二位移传感器布置在物镜的前透镜与安全元件之间。

在实施例中，用于操作这种显微镜的方法包括下列步骤：相对于样本容纳空间移动物镜；监测至少第一位移传感器的信号，并且当所述至少第一位移传感器的信号指示位移时，停止物镜的移动。确定碰撞方向和/或在碰撞期间行进的距离的绝对值和/或已发生碰撞的位置，以及在停止之后，在取决于确定的结果的方向上进一步移动物镜，都是选项。另外，可以进行下列操作：在移动步骤期间记录物镜的移动方向，以及在停止之后，以与移动方向相反的方向进一步移动物镜。此处的可能性包括：在碰撞的情况下，通过控制装置的逆流制动或斜降或关闭驱动器来停止物镜的移动，和/或存储物镜的被检测到位移的位置并且随后在将该位置排除的情况下来移动物镜，和/或对物镜的位置限定空间区域并且将(多个)区域分配给碰撞可能性，并且根据物镜在空间区域中的位置并且因此根据碰撞可能性以增加或降低的速度来移动物镜。

另一实施例涉及一种用于操作具有所述安装设备的显微镜的方法，其中接收部被安装到所述第二部件并且滑入部件被安装到物镜。第一碰撞检测装置的第一位移传感器检测滑入部件相对于接收部的的位移，和/或物镜相对于接收部的位移(特别是倾斜)。

在该方法的变型中，物镜被安装到滑入部件，并且具有安全元件的第二碰撞检测装置设置在物镜的套筒中；该方法能够包括下列步骤：借助于第二碰撞检测装置的第二位移传感器来检测安全元件在物镜套筒中的位移。

该方法可以包括选自下列步骤中的至少一个步骤：

-在碰撞的情况下，触发第一位移传感器和/或第二位移传感器的信号；

-在碰撞的情况下，将第一位移传感器和/或第二位移传感器的信号传送至控制装置；

-在碰撞的情况下，由控制装置制动第一驱动器和/或第二驱动器，优选地通过逆流制动来制动第一驱动器和/或第二驱动器；

-在碰撞的情况下，由控制装置停止第一驱动器和/或第二驱动器，优选地通过斜降(ramping down)来停止第一驱动器和/或第二驱动器；

-在碰撞的情况下，由控制装置关闭第一驱动器和/或第二驱动器；

-将碰撞方向、在碰撞期间行进的距离的绝对值、和/或已发生碰撞的位置存储在控制装置中；

-将由第一驱动器和/或第二驱动器执行的物镜的在时间上受限制的移动和/或调节和/或在时间上最后的移动和/或调节存储在控制装置中，并且在碰撞的情况下进行考虑；

-借助于第一驱动器在反碰撞方向上移动物镜，特别是移动物镜透镜和/或物镜装置；

-借助于第二驱动器在反碰撞方向上移动物镜，和/或调节物镜透镜和/或物镜装置；

-利用被排除的已经发生碰撞的碰撞坐标和/或所存储的位置来移动物镜，和/或调节物镜透镜和/或物镜装置；

-当启用第一驱动器和/或第二驱动器时，开启第一位移传感器和/或第二位移传感器装置；

-在第一驱动器和/或第二驱动器的操作期间，在控制装置中识别用作第一部件和/或第二部件的显微镜部件和/或对其进行考虑；以及-在x、y和/或z方向上限定空间区域，在该空间区域中根据碰撞可能性以增加或降低的速度来操作第一驱动器和/或第二驱动器。

该方法还可以包括下列步骤中的至少一个：确定物镜是否通过用于碰撞保护的安装设备安装到第二部件；确定第一驱动器和/或第二驱动器是否正在操作；启动第一位移传感器和/或第二位移传感器；确定碰撞坐标；将物镜(特别是物镜透镜和/或物镜装置)移动到碰撞坐标之外的位置；停用第一位移传感器和/或第二位移传感器。

为了能够消除碰撞的原因，记录驱动器的最后行进运动是有利的。这些记录可以在检测到碰撞之后使用，并且可以启动用于消除碰撞的返回行程。此外，可以记录各个驱动器的在时间上受限制(temporally limited)的行程轨迹，以便启动碰撞后的返回行程。在x、y和/或z方向上限定空间区域是有利的，在该空间区域中，驱动器可以以快速进给运动行进，并且在x、y和/或z方向上限定边界区域是有利的，在该边界区域中，驱动器可以仅以降低的速度进行。例如，在显微镜的台的开口附近，或者在物镜的可能聚焦的行程跨度中。为此，可以为控制装置提供工作流程。所述工作流程可以取决于显微镜上所使用的部件并且因此是可变的。此外，所使用的部件可以在控制装置中自动地注册，因此可以自动编译和生成所述工作流程。可以有利地仅在驱动器在z、x、y方向上行进时启用碰撞保护，即第一位移传感器和/或第二位移传感器可以仅在启用第一驱动器和/或第二驱动器时被启用。因此，光学装置的操作者可以更换物镜，而不会因此关闭驱动器或触发碰撞后的返回行程。

一个实施例涉及具有程序单元的计算机程序产品，所述程序单元促使根据前述实施例中的一个实施例的设备执行用于操作根据前述实施例中的一个实施例的设备的方法的步骤，特别是当程序单元被加载到设备的存储装置中时。另一实施例涉及一种计算机可读介质，根据前述实施例的计算机程序产品存储在所述计算机可读介质上。

根据示例性实施例、附图和从属权利要求的下列描述，进一步的特征和便利将变得显而易见。应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下，上述特征和下面仍然要解释的特征不仅可以以特定的组合使用，而且可以以其他组合或以它们自己单独使用。用于将物镜安装到显微镜结构元件的设备在下文中也将被称为碰撞保护设备。

附图说明

下面将参考附图基于示例性实施例更详细地解释本发明，附图同样公开了本发明所必需的特征。这些示例性实施例仅是说明性的，而不应被解释为限制性的。例如，对具有多个元件或部件的示例性实施例的描述不应被解释为意味着所有这些元件或部件都是为了实现所必需的。相反，其他示例性实施例还可以包含替代元件和部件、更少的元件或部件、或附加的元件或部件。除非另有说明，否则不同示例性实施例的元件或部件可以彼此组合。针对一个示例性实施例描述的修改和变型也可以适用于其他示例性实施例。为了避免重复，不同附图中的相同元件或相应元件由相同的附图标记表示并且不进行多次解释。在附图中：

图1示意性地示出了作为示例的用于光学器件的部件的碰撞保护设备10；

图2a至图2c示意性地示出了碰撞保护设备10的接收部和滑入部件；

图3a和图3b示出了作为另一示例的碰撞保护设备100的示意性横截面图；

图4示出了作为另一示例的碰撞保护设备200的示意性横截面图；

图5a和图5b示意性地示出了碰撞保护设备200的放大横截面图；

图6a至图6d示意性地示出了作为另一示例的碰撞保护设备300；

图7a和图7b示意性地示出了作为另一示例的碰撞保护设备400；

图8示意性地示出了显微镜的物镜旋转器150；

图9示意性地示出了用于操作碰撞保护设备的方法的示例的序列图；以及

图10a至图10c示意性地示出了实施碰撞保护设备的示例性显微镜系统。

具体实施方式

作为示例，图1示意性地示出了用于光学器件的部件的碰撞保护设备10。碰撞保护设备包括用于将物镜12安装到第二部件13(优选地安装到显微镜支架或显微镜部件)的装置11。装置11可以可选地配置有传递数据信号和/或供电电力。设置了安装到第二部件13或可安装到第二部件13的接收部14，以及安装到物镜12或可安装到物镜12的环形滑入部件18。接收部14具有基座环15和保持套环16，该保持套环16设置在该基座环上。保持套环16具有横向开口17，滑入部件18通过该横向开口17滑入接收部14中。此外，设置了第一碰撞检测装置20，该第一碰撞检测装置具有至少一个第一位移传感器22，该第一位移传感器22用于检测从滑入部件18在接收部14中的移动以及物镜12相对于接收部14的移动(特别是倾斜)中选取的至少一个位移。

图2a至图2c示出了在将接收部和滑入部件彼此连接的不同阶段中的接收部14和滑入部件18。在图2a中，滑入部件18通过横向开口17大约一半插入接收部14内。图2b示出了完全滑入接收部14内的滑入部件18。图2c描绘了处于锁定位置中的接收部14和滑入部件18。在锁定位置中，在滑入部件18与接收部14之间存在游隙。用于将物镜12安装到第二部件13的装置11可以被配置为卡口接口，其中接收部14用作卡口环，并且滑入部件18用作卡口凸缘。

在该示例中，位移传感器22由位置传感器24组成，该位置传感器24的换能器(transducer)设置在保持套环16的内侧。位置传感器24具有磁性感测元件，该磁性感测元件又设置在滑入部件上，并且在锁定位置中相对于换能器并列布置。在物镜12(其设置在滑入部件18上)与物体横向碰撞的情况下，滑入部件18在接收部14中发生移位。结果，位置传感器24的设置在滑入部件18上的换能器会相对于位置传感器24的设置在保持套环16上的传感器移动。以这种方式，检测到碰撞。然后，位置传感器可以将信号输出到例如光学器件的控制装置。如果滑入部件18选择性地设置有特定物镜(诸如特定类型的物镜)，则在将接收部连接到滑入部件期间，还可以识别所期望的物镜是否正在被使用。此外，可以通过位置传感器来识别滑入部件18是否布置在锁定位置中。

图3a示出了作为另一示例的碰撞保护设备100的示意性横截面图，碰撞保护设备100的滑入部件18设置在接收部14中且处于锁定位置中。物镜120在此被安装到滑入部件18，并且第二部件13(例如显微镜支架)被安装到接收部14。在锁定位置中，在滑入部件18与接收部14之间存在游隙。碰撞保护设备100具有至少一个第一弹性元件30。第一弹性元件30设置在接收部14上，并且第一弹性元件30具有压力弹簧32，在锁定位置中，该压力弹簧被弹性张紧。压力弹簧32的弹力可以用调节螺钉36调节。压力弹簧32作用在杠杆39上，该杠杆设置在接收部14的外侧。杠杆39被配置成使得压力弹簧32的弹力经由杠杆臂而增加，并且因此产生较高的推力。杠杆39还作用在滚珠轴承37上。图3b示出了所安装的滚珠轴承37的放大视图。滚珠轴承37用于在几乎没有磨损并且没有损失的情况下将杠杆力传递到接触点。在本示例中，滚珠轴承37被集成在推力件38中。代替滚珠轴承37，可以使用具有可选的弹性片的球。在另外的变型中，可以省去杠杆臂，并且压力弹簧32直接作用在滚珠轴承37上或类似的推力件上。图3a中所示的杠杆机构的优点在于，具有压力弹簧32的压力台可以布置在第二部件13内(例如在物镜旋转器中)，并且第二部件13上方的空间保持没有附加的结构元件。

当接收部14和滑入部件18在锁定位置中彼此连接时，可以实现第一弹性元件30(即，本示例中的压力弹簧32)的弹性行程。在碰撞的情况下滑入部件18已经在接收部14中移动之后并且当碰撞的原因被消除时，由于第一弹性元件30，滑入部件18被再次按压回到其所需的位置。在碰撞的情况下，还提供了反应距离，这使得可以停止、制动或关闭已经执行碰撞行程的驱动器。这些措施使得可以避免物镜和与物镜碰撞的元件之间的硬撞击。有利地，可以在存储装置中记录各个驱动器的在时间上受限制的行程轨迹，以便在碰撞行程之后启动返回行程。碰撞保护设备100还包括碰撞保护设备10的位移传感器22(图3a中未示出)。

图4、图5a和图5b示意性地示出作为另一示例的碰撞保护设备200。在图4中，未描绘在该示例中存在的滚珠轴承37，以便更好地示出处于锁定位置中的滑入部件18与接收部14之间的游隙。从图4可以看出，滑入部件18包括多个磁体60，并且接收部14包括多个对应磁体62，磁体和对应磁体在锁定位置中相对于彼此以互补的方式布置。图4还示出了间隙63，该间隙63提供了处于锁定位置中的滑入部件18与接收部14之间的游隙。间隙63允许在碰撞之后移动，以便防止硬撞击并且提供位移距离(例如，物镜的倾斜)来停止驱动器。

如图5a所示，碰撞保护设备200与碰撞保护设备100的不同之处在于：位移传感器的压力传感器26(例如压力膜)位于压力弹簧32上，并且在碰撞的情况下，压力弹簧32作用在压力传感器26上。由于滑入部件18在接收部14中的每个最小位移都会被检测到，所以来自x或y方向的碰撞或同时来自x和y方向的碰撞会促使压力传感器26立即响应。由于压力传感器26，可以省去先前示出的位置传感器24。

图5b描绘了碰撞保护设备200的变型。压电薄膜传感器28在此处被布置为压力弹簧32上的位移传感器22。压电薄膜传感器28使得可以经由对薄膜传感器本身的偏转的变化的灵敏检测，来检测滑入部件18在接收部14中的位移。

图6a至图6d示意性地示出作为另一示例的碰撞保护设备300，其中图6c和图6d是横截面图。如可以在图6a中看到的，第一弹性元件30设置在保持套环16的用于定位滑入部件18的装置40上。在本示例中，装置40包括保持套环16的突起42，在锁定位置中，滑入部件18的止动件42(在本示例中为销)抵靠在保持套环16的突起42上。止动件42限定保持套环16的横向开口17。在该示例中，滑入部件18在被完全插入到接收部14之后，通过旋转进入锁定位置。一旦销44接合止动件42，滑入部件18的旋转就停止。在本示例中，装置40具有杠杆45并且被配置为将滑入部件18定位在接收部14中的杠杆机构。在锁定位置中，在滑入部件18与接收部14之间存在游隙。

如图6b至图6d所示，弹性元件30被配置为杠杆45的延伸臂46，延伸臂46包括作为盲孔的孔47。具有推力件49的压力弹簧48插入孔47中。推力件49以这样的方式放置以使得推力件49按压在测力电阻器50(其用作位移传感器22)的传感器区域上。所使用的压力弹簧48有利地以这样的方式配置以使得所述压力弹簧48的回弹率增加推力，由此，确定碰撞的反应时间被最小化。还检测具有物镜12的滑入部件18是否被插入接收部14中。如果物镜12未被连接到接收部14，则测力电阻器50测量到小的力。如果物镜12设置在接收部中，则会测量到在限定范围内的限定测量力。当物镜12与物体发生横向碰撞时，会测量到增加的力。由于第一弹性元件30设置在保持套环16的止动件42上，因此碰撞会使滑入部件18的定位界限44压靠在突起42上，并且弹性元件30和测力电阻器50可以执行它们的动作。一旦碰撞消除，回弹的杠杆45将物镜12再次移回到所需的光学工作位置。该解决方案的优点在于：可以在预组装在滑入部件16上的物镜被最终组装在物镜旋转器或光学器件的其他部件中之前，在制造地点就其功能方面进行检查。因此，物镜旋转器或其他部件不需要能够检测碰撞的任何附加元件。这大大简化了物镜旋转器或其他部件的设计。由测力传感器50输出的信号可以经由插头连接器(其安装在接收部14上)和插入所述插头连接器中的电缆束而传输到光学器件(诸如显微镜)或者光学器件的控制装置。

在示例的变型中，滑入部件18的外侧包括锥形保持突起181，如图2a所示。此外，接收部14的保持套环16在其内侧具有远离基座环逐渐变细的锥体。在滑入部件18通过横向开口17完全插入保持套环16之后，存在(多个)环开口重叠的预锁定位置，并且滑入部件18和接收部14可以通过相互旋转从预锁定位置进入锁定位置，在该锁定位置中，滑入部件18的锥形保持突起保持抵靠在保持套环16的锥体上并且将滑入部件压靠在基座环15上。在这里可以设置至少三个保持突起。在实施例的进一步修改中，滑入部件18的面向基座环15的下侧，或者基座环15的面向滑入部件18的上侧具有平面支承元件182，如图5a和图5b所示。可以设置至少两个平面元件182。根据另一变型，滑入部件18包括磁体60，并且接收部14包括对应磁体62，当处于锁定位置中时，该对应磁体62相对于磁体60以互补方式布置。这可以例如在图4和图2a中看到的那样。当连接到接收部14时，滑入部件18因此可以利用磁吸引力执行动作并且被拉入锁定位置中。保持突起181、和/或平面元件182、和/或磁体60/对应磁体62形成所限定的接触点，该接触点明确地且可再现地限定了在锁定位置中滑入部件18在接收部14中的位置。磁体60、62辅助滑入部件18的精确定位，并且特别有利于直立式显微镜。在碰撞(在该碰撞中，滑入部件18在接收部14中移动)之后，磁体60、62具有使滑入部件18再次返回到其标称位置的效果，或要求滑入部件18再次返回到其标称位置。

图7a和图7b示出了作为另一示例的具有物镜12的碰撞保护设备400，该物镜12呈包括第二碰撞检测装置75、76的物镜装置123的形式。物镜装置123的物镜70的物镜套筒71被安装到滑入部件18，并且第二碰撞检测装置设置在物镜套筒71中。第二碰撞检测装置包括安全元件75和第二位移传感器76，该安全元件75容纳物镜70。安全元件75借助于在物镜的前透镜71的方向上作用的至少一个第二弹性元件77而弹性地且可轴向移动地布置在物镜套筒71中。第二位移传感器76布置在物镜70的前透镜71与安全元件75之间。未示出可选地设置的用于物镜70的聚焦光学器件的驱动器122。为了使第二位移传感器76产生信号的目的，布置推力元件79，该推力元件79在物镜的前透镜71的方向上可调节并且在接触点(触发点)78处连接到位移传感器。物镜套筒71可以是例如透镜支架的一部分。由于第一位移传感器30和第二位移传感器76都允许主动地检测碰撞，所以当在锁定位置中，安装有滑入部件18的物镜套筒71连接到接收部14时，不仅可以检测物镜装置123的横向碰撞，即来自x和/或y方向的碰撞，而且可以检测到来自z方向的碰撞。利用该示例，因此可以检测来自所有方向的碰撞。在消除来自z方向的碰撞之后，因为第二弹性元件77，物镜70沿着弹簧行程S回弹到其先前位置。在消除来自x和/或y方向的碰撞之后，滑入部件18再次被定向在光轴处，特别是如果设置有第一弹性元件30和/或磁体60、62的情况下。

在另外的示例中，第一部件12(例如上述示例的物镜装置123)可以容纳倾斜传感器作为第一位移传感器22，例如陀螺仪、评估磁场的角度感测传感器、应变传感器、压力传感器或压电薄膜传感器。在物镜12发生横向碰撞的情况下，物镜12相对于接收部14倾斜，从而检测到碰撞。

在图8中所示的示例中，第二部件13是显微镜的物镜旋转器150。接收部14设置在物镜旋转器150中。还可以设置多个接收部14。滑入部件18可以插入接收部14中并且进入锁定位置中。

在另外的示例中，碰撞保护设备被配置成传递数据信号和/或供电电力。如图2a所示，在一个示例中，滑入部件18的面向基座环15的下侧包括至少一个电接触元件，并且基座环15的朝向滑入部件18的下侧的上侧包括对配的电配合接触元件25，以便在滑入部件18与接收部14之间产生电线连接和/或数据连接。

在另外的示例中，第一驱动器121被设置用于在x和/或y方向上移动物镜12，和/或第二驱动器122被设置用于在z方向上(即沿着物镜的光轴的方向)移动物镜，如图3a中所示。此外，可以设置控制装置131，该控制装置131经由控制总线、经由控制线、和/或无线地以数据传导方式连接到从接收部、滑入部件、第一位移传感器、第二位移传感器、第一驱动器和第二驱动器中选择的至少一个元件。此外，可以例如在控制装置131中设置存储装置。

在用于光学器件的部件的前述示例的碰撞保护设备10、100、200、300的操作期间，将接收部14安装到第二部件13，并且将环形滑入部件18安装到物镜12；第一碰撞检测装置20的第一位移传感器22检测从滑入部件在接收部中的移动以及物镜13相对于接收部14的移动(特别是倾斜)中选取的至少一个位移。在图7a和图7b的碰撞保护设备400的示例中，其中物镜70的物镜套筒71被安装到滑入部件18，并且具有安全元件75的第二碰撞检测装置设置在物镜套筒71中，在物镜装置123在z方向上碰撞的情况下，安全元件75在物镜套筒71中的位移另外由第二位移传感器76检测。

图9以序列图的形式示出了用于操作碰撞保护设备的方法的示例。碰撞保护设备在此用于显微镜，例如接收部14被安装到显微镜支架，并且滑入部件18被安装到物镜装置123，并且它们形成了物镜接口作为用于将物镜安装到第二部件的装置11。首先，经由例如位置传感器24来确定安装在物镜接口11上的物镜120是否设置有根据碰撞保护设备的碰撞保护。如果是这种情况，则确定驱动器122是否在z方向上移动物镜和/或调节物镜(例如在z方向上(即在待用显微镜研究的样本的方向上)聚焦物镜的光学器件)，和/或用于显微镜台的驱动器121是否沿着x和/或y方向操作。如果确认如此，则启用在物镜接口11中的第一位移传感器22和/或物镜装置123的第二位移传感器76。如果检测到碰撞，则首先停止驱动器121、122，然后使用驱动器来将物镜装置123移回在碰撞坐标外侧的物镜特定停靠位置。随后，停用第一位移传感器和/或第二位移传感器。这些步骤由控制装置131启动。

在机动或自动显微镜系统中的以硬件实现的碰撞保护设备的控制器是显微镜的控制装置131中的程序(例如计算机程序产品)。图9所示的循序方案示出了用于控制碰撞保护设备的程序步骤。当开启显微镜，并且在选择具有碰撞保护功能的物镜之后，碰撞保护程序被启用，并且仅当选择了没有碰撞保护功能的物镜(例如，具有相对大的工作空间的物镜)时才再次停用。为了避免在用户在样本附近的区域中进行处理期间(例如当插入样本时)发生故障或错误警报，所以当开启具有碰撞保护的物镜时，仅当物镜和/或物镜的聚焦光学器件在样本的方向上(即在z方向上)移动时，和/或当显微镜台在x和/或y方向上移动时，才启用位移传感器。当检测到碰撞时，可想到关闭驱动器的程序的各种方式。另外，在碰撞的情况下，可以输出声音信号，或者可以在操作软件中执行可视化方式(例如，指示所涉及的特定部件，或者针对用户的其他处理指令)。

为了将根据示例性实施例的碰撞保护设备电连接到控制装置131，存在例如在图10a至图10c中所示的选项。

图10a示出了根据实施碰撞保护设备400(未示出)的示例的显微镜系统140。显微镜系统140包括显微镜台143和物镜旋转器150。具有物镜旋转器150上的接收部14和物镜装置123上的滑入部件18的物镜接口11(未示出)用于将物镜装置123连接到物镜旋转器150。物镜接口11具有倾斜传感器作为位移传感器22(未示出)，并且经由控制总线145而连接到控制装置131的部件，例如连接到台控制器131a和聚焦控制器131b。然而，还可以设想倾斜传感器也可以容纳在物镜装置123本身中。

图10b示出了根据另一示例的具有碰撞保护设备400的示例性显微镜系统240。物镜接口11或物镜装置123具有倾斜传感器作为位移传感器22，该位移传感器22借助于控制总线145和/或借助于直接控制线146经由直接控制信号而连接到控制装置131的部件，例如连接到台控制器131a和聚焦控制器131b。

图10c示出了根据一个示例的具有碰撞保护设备400的示例性显微镜系统340。设置有物镜保持设备144，在该物镜保持设备144中设置有连接到其自身的评估电子器件131c的位移传感器22。评估电子器件131c经由直接控制线146和/或经由控制总线145而连接到控制装置131的部件，例如连接到台控制器131a和聚焦控制器131b。

只要位移传感器22通知物镜装置123的倾斜，就将关于碰撞的消息经由控制总线145和/或经由显微镜系统140的控制线146发送到控制装置131的相关部件(诸如台控制器131a和聚焦控制器131b)。在碰撞的情况下，控制装置131可以通过关闭程序来作出反应：利用反流制动来制动驱动器121、122、利用斜面来限定驱动器121、122的止动；简单地关闭驱动器。在所有的驱动器(即显微镜台的驱动器121和驱动器122)在z方向上停止之后，可选地在相反方向上产生行程以解除碰撞。对此存在下列选项：通过精确地获得在碰撞期间已经覆盖的距离的绝对值，借助于驱动器121、122在与先前发生的碰撞的相反方向上使物镜装置123行进；将碰撞方向存储在控制装置131中；将已发生碰撞的位置存储在控制装置131中。随后，控制装置131通过避免超出碰撞位置的行程而独立地避免碰撞。

Claims (18)

1.一种用于将物镜(12)安装到显微镜结构元件(13)的设备，优选地用于将物镜(12)安装到显微镜支架或其他显微镜部件(150)的设备，所述设备具有传递数据信号和/或供电电力的选项，其中，所述设备包括：

接收部(14)，所述接收部被安装到所述显微镜结构元件(13)或能够安装到所述显微镜结构元件(13)；

滑入部件(18)，所述滑入部件被安装到所述物镜(12)或能够安装到所述物镜(12)，并且所述滑入部件能够插入到所述接收部(14)中，在所述接收部处，所述滑入部件(18)能够进入锁定位置，在所述锁定位置中，在所述滑入部件(18)与所述接收部(14)之间存在游隙；

张紧单元(30)，在所述锁定位置中，所述张紧单元(30)使所述滑入部件(18)和所述接收部(14)彼此抵靠，以消除所述游隙，

其特征在于，

所述设备还包括第一碰撞检测装置(20)，所述第一碰撞检测装置(20)包括至少一个第一位移传感器(22)，所述第一位移传感器(22)用于检测所述滑入部件(18)相对于所述接收部(14)的位移和/或所述物镜(12)相对于所述接收部(14)的位移。

2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第一位移传感器(22)感测所述张紧单元(30)的张紧状态，并且基于所述张紧状态的变化来检测所述位移。

3.根据权利要求2所述的设备，其中，所述张紧单元(30)包括压力弹簧(32；48)和推力元件(49；37；38；39；46)，所述推力元件由所述压力弹簧(32；48)偏置以接合所述滑入部件(18)，并且所述第一位移传感器(22)感测所述推力元件的位移和/或由所述推力元件施加的压力。

4.根据权利要求3所述的设备，其中，

所述推力元件包括推力件(49；38)、球、滚珠轴承(37)、弹性片、杠杆(39；46)、和/或所述第一位移传感器的压力传感器(26；28；50)，和/或

所述张紧单元(30)设置在保持套环的用于定位所述滑入部件的装置(40)上，和/或

所述张紧单元(30)包括所述第一位移传感器或被配置成所述第一位移传感器，和/或

所述张紧单元(30)被配置成以弹簧力作用在所述滑入部件(18)和所述压力传感器(26、28；50)两者上，所述压力传感器布置在所述接收部(14)中或布置在所述接收部(14)上，并且所述压力传感器被设置成第一位移传感器。

5.根据前述权利要求中的任一项所述的设备，其中，

所述滑入部件(18)的外侧包括锥形保持突起(181)，

所述接收部(14)包括基座环(15)和保持套环(16)，所述保持套环设置在所述基座环上，并且用于插入所述滑入部件的横向开口(17)设置在所述保持套环中，其中，所述保持套环(16)在内侧包括远离所述基座环(15)逐渐变细的锥体，

所述滑入部件(18)能够通过所述保持套环中的所述横向开口(17)插入预锁定位置中，并且

所述滑入部件(18)和所述接收部(14)能够通过相互旋转从所述预锁定位置进入所述锁定位置，在所述锁定位置中，所述滑入部件的所述锥形保持突起与所述保持套环(16)的所述锥体接合并且将所述滑入部件(18)压靠在所述基座环(15)上。

6.根据前述权利要求中的任一项所述的设备，其中，所述位移传感器(22)包括下列元件中的至少一个：位置传感器(24)、具有磁信号发射器的位置传感器、压力传感器(26；28；50)、压电薄膜传感器(28)和测力电阻器(50)、陀螺仪、角度感测磁场检测传感器以及应变传感器。

7.根据前述权利要求中的任一项所述的设备，其中，所述位移传感器(22)检测所述物镜(12)相对于所述接收部(14)的倾斜作为所述位移。

8.根据前述权利要求中的任一项所述的设备，其中，所述滑入部件(18)的下侧或上侧包括平面支承元件(182)；和/或所述滑入部件(18)包括磁体(60)，并且所述接收部(14)包括对应磁体(62)，在所述锁定位置中，所述对应磁体与所述磁体(60)并列布置。

9.根据前述权利要求中的任一项所述的设备，其中，所述张紧单元(30，77)的张紧力是能够调节的。

10.一种具有根据前述权利要求中的任一项所述的设备的显微镜，所述显微镜包括用于接收样本的样本接收空间；用于相对于所述样本接收空间移动所述物镜的驱动器(121)，所述物镜被安装到所述接收部；以及控制装置(131)，所述控制装置(131)尤其包括处理器，所述控制装置(131)连接到所述驱动器(121)和所述位移传感器以用于数据通信，并且如果所述位移传感器指示碰撞，则所述控制装置停止所述驱动器(121)。

11.根据权利要求10所述的显微镜，其中，所述控制装置(131)记录所述驱动器(121)的移动方向，并且在所述停止之后，以与先前的移动方向相反地逆向运行所述驱动器(121)，以便消除碰撞状态。

12.根据权利要求10或11所述的显微镜，其中，所述物镜(70)包括物镜套筒(71)，第二碰撞检测装置(75、76)布置在所述物镜套筒中，并且所述第二碰撞检测装置包括安全元件(76)和第二位移传感器(75)，所述安全元件(76)容纳物镜光学元件，所述安全元件(76)借助于在所述物镜的前透镜的方向上作用的至少一个第二弹性元件(77)而弹性地且能够轴向移动地布置在所述物镜套筒(71)中，并且第二位移传感器(75)布置在所述物镜(70)的所述前透镜(71)与所述安全元件(76)之间。

13.一种用于操作显微镜的方法，包括下列步骤：

使用根据权利要求10至12中的任一项所述的显微镜，

相对于所述样本接收空间移动所述物镜，

监视至少第一位移传感器的信号，

一旦所述至少第一位移传感器的所述信号指示位移，则停止所述物镜的移动。

14.根据权利要求13所述的方法，还包括下列步骤：

确定碰撞方向和/或在碰撞期间行进的距离的绝对值和/或已发生碰撞的位置，以及

在所述停止之后，在取决于所述确定的结果的方向上进一步移动所述物镜。

15.根据权利要求13或14所述的方法，还包括下列步骤：

在所述移动步骤期间记录所述物镜的移动方向，以及

在所述停止之后，以与所述移动方向相反的方向进一步移动所述物镜。

16.根据权利要求13-15中的任一项所述的方法，还包括：

在碰撞的情况下，通过所述控制装置斜降地逆流制动、关闭所述驱动器(121、122)来停止所述物镜的移动，和/或

存储所述物镜的被检测到位移的位置，并且随后在所述位置被排除的情况下来移动所述物镜，和/或

对所述物镜的位置限定空间区域并且将所述空间区域分配给碰撞可能性，并且根据所述物镜在所述空间区域中的位置并且因此根据所述碰撞可能性以增加或降低的速度来移动所述物镜。

17.一种具有程序单元的计算机程序产品，所述程序单元促使根据前述权利要求中的任一项所述的显微镜执行根据前述权利要求中的任一项所述的方法的步骤，特别是在所述程序单元被加载到所述显微镜的存储装置中的情况下。

18.一种计算机可读介质，根据权利要求17所述的计算机程序产品存储在所述计算机可读介质上。

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