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Die
Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Wechseln von Objektiven
an optischen Geräten,
insbesondere an Mikroskopen, bei denen der Raum zwischen dem Objektiv
und dem Objekt, bedingt durch den Aufbau des Mikroskops und die
Verwendung von Objektiven unterschiedlicher Vergrößerung und
Manipulatoren beschränkt
ist.
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Mikroskope
mit Manipulatoren werden in der Praxis häufig zur Mikromanipulation
am Objekt oder Präparat
eingesetzt. Durch ihren Raumbedarf schränken die dabei benutzten, hochempfindlichen Manipulatoren
die Bewegungsmöglichkeiten
der Einrichtungen zum Objektivwechsel erheblich ein.
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So
wird in der US-PS 6,359,731 B1 eine Wechselanordnung für optische
Elemente, insbesondere Objektive, beschrieben, bei welcher der Wechsel
der in einem geführten
Halter angeordneten Elemente durch lineare Bewegungen des Halters
parallel, senkrecht und/oder geneigt zur optischen Achse der Strahlenganges
ausgeführt
werden kann.
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In
der US-PS 6,437,911 B1 ist eine Wechselanordnung für Objektive
beschrieben, bei welcher die zu wechselnden Objektive in einem mit
Haltern versehenen Schwenkmechanismus angeordnet sind. Bei dem Wechsel
der Objektive werden die Halter um eine Achse um einen bestimmten
Winkel geschwenkt, so dass einmal das eine und dann das andere Objektiv
im Strahlengang positioniert ist. Dabei kann der Antrieb sowohl
manuell als auch motorisch erfolgen.
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Es
sind weitere Einrichtungen zum Objektivwechsel an Mikroskopen bekannt,
wobei, am bekanntesten und am häufigsten
angewendet, eine Revolveranordnung vorgesehen ist, welche mit unterschiedlichen
Objektiven bestückt
ist.
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So
ist in der
EP 1 093
002 A2 eine Vorrichtung zum Wechseln von Objektiven an
Mikroskopen beschrieben, bei welcher die Drehachse eines die Objektive
tragenden Revolvers zur optischen Achse des Mikroskopstrahlenganges
geneigt vorgesehen ist. Durch diese Anordnung ist zwar versucht
worden, den Objektraum weitestgehend für die Manipulatoren bei einem
Objektivwechsel freizuhalten, was jedoch insbesondere nicht gelingt,
wenn zwischen hochvergrößernden
Objektiven ein Objektivwechsel auszuführen ist, da bei solchen Objektiven
der Abstand zwischen Objektivstirnfläche und dem Objekt sehr gering
ist.
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In
der vorgeschlagenen Anmeldung
DE
10 2004 032 556 1 ist ebenfalls eine Wechselvorrichtung für optische
Komponenten und Bauelemente, insbesondere für Mikroskope mit Manipulatoren,
vorgeschlagen worden, bei welcher der Objektivrevolver so angeordnet
ist, dass das Bauelement, welches dem im Strahlengang befindlichen
Bauelement in Bezug auf die Drehachse des Revolvers diametral gegenüberliegt,
dem Mikroskopstativ benachbart ist. Auch hier können die Bauelemente auch Objektive sein
und somit der Raum zwischen Objektiv und Objekt bei der Verwendung
hochvergrößernder
Objektive für
Manipulatoren eingeschränkt
sein.
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Um
diese Mängel
wenigstens teilweise zu beseitigen, sind unterschiedliche Prinzipien
eines Objektivwechsels mit Objektivrevolvern an Mikroskopen geschaffen
worden.
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So
wird bei einem Wechsel zunächst
der Objektivrevolver vom Objekt wegbewegt, was durch eine Hebe-
oder Kippbewegung erreicht werden kann. Danach wird das Objektiv
durch eine Drehbewegung gewechselt und der Objektivrevolver wieder in
der Arbeitsposition in den Hauptstrahlengang des Mikroskops gebracht.
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Bei
einer weiteren Anordnung wird zunächst ein zu wechselndes Objektiv
in seiner Halterung angehoben und so weit verschoben, bis ein anderes Objektiv
seine Position im Strahlengang eingenommen hat. Danach wird dieses
andere Objektiv in seine Arbeitsposition abgesenkt.
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Ein
weiteres Prinzip des Objektivwechsels sieht vor, das zu wechselnde
Objektiv in seinem Halter zu kippen und längs einer Achse so weit zu
verschieben, bis ein zweites Objektiv in einer Position angekommen
ist, dass es nur noch in die Arbeitsstellung gekippt zu werden braucht.
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So
besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine Einrichtung zum Wechseln
von Objektiven an Mikroskopen zu schaffen, welche auch bei erheblichen
Beschränkungen
im Raum zwischen Objektiv und Objekt in einfacher und funktionssicherer
Weise einen Objektivwechsel ermöglicht,
ohne in diesem Raum vorhandene Werkzeuge und Manipulatoren zu behindern.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe der Erfindung bei einer nach dem Oberbegriff des Hauptanspruches
gestalteten Einrichtung mit den kennzeichnenden Mitteln dieses Anspruches
gelöst. In
den Unteransprüchen
sind Einzelheiten und weitere Ausgestaltungen der Erfindung offenbart.
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Eine
vorteilhafte Ausführung
der Erfindung ergibt sich, wenn die ersten Mittel zur linearen Verschiebung
der Aufnahme entlang mindestens einer Koordinate und/oder zur Dreh-
oder Schwenkbewegung der Aufnahme um mindestens eine Koordinate eines
Koordinatensystems vorgesehen sind.
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Es
ist ferner vorteilhaft, wenn die ersten Mittel mit dem Gehäuse verbundene
Führungen
umfassen, welche in einer Ebene oder in unterschiedlichen Ebenen
in Bezug auf die Vorderfläche
des Gehäuses angeordnet
sind und geeignete Raumwinkel bezüglich der optischen Achse des
Strahlenganges des Gerätes
einschließen,
wenn je eine Aufnahme tragende Schlitten in den Führungen
gelagert sind und wenn zweite Mittel zum manuellen oder motorischen Antrieb
der Schlitten vorgesehen sind. Damit kann ein Objektivwechsel durch
eine einfache lineare Bewegung der Aufnahme in einer Längsführung realisiert
werden. Da hierbei die Bewegung der Aufnahme mit dem daran angeordneten
Objektiv auf diese Weise in einem definierten Winkel und damit parallel
zur Begrenzung des Arbeitsraumes verläuft, werden Konflikte mit beispielsweise
Manipulatoren weitestgehend vermieden.
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Weiterhin
ergibt sich eine Ausführungsform einer
vorteilhaf ten Wechseleinrichtung, wenn die ersten Mittel mit dem
Gehäuse
verbundene Führungen umfassen,
in denen die Aufnahme in einer Koordinate verschoben und/oder um
diese Koordinate gedreht werden kann, wobei die Drehung der Aufnahme
mit dem in den Strahlengang zu positionierenden Objektiv um die
betreffende Koordinate erfolgt, wenn diese in einer Ebene liegt,
in welcher sich auch die optische Achse des betreffenden Strahlenganges
befindet. Hierbei wird der Objektivwechsel mittels eine kombinierten
Dreh-Schiebe-Bewegung der Aufnahme um eine oder mehrere Koordinaten
erreicht.
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Von
Vorteil kann es ferner sein. wenn die ersten Mittel zur Realisierung
einer Dreh- und Hub-Bewegung der Aufnahme vorgesehen sind.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausführung
der Erfindung ergibt sich, wenn am Gehäuse des Gerätes mindestens eine, mit einer
eine Steigung aufweisenden Leitkurve versehene Führungsbuchse fest angeordnet
ist, in welcher eine mit der Aufnahme fest verbundene Gewindehülse mit
einem in der Leitkurve geführten
Stift verschiebbar gelagert ist und wenn die Gewindehülse ein
Innengewinde besitzt, welches mit einer manuell oder motorisch drehbaren,
im Gehäuse
gelagerten Gewindespindel in Wirkverbindung steht. Eine derartige
Ausführungsform
der Erfindung ergibt sich vorteilhaft, wenn am Gehäuse oder
Stativ des Gerätes
mindestens eine, mit einer eine Steigung aufweisenden Leitkurve
versehene Führungsbuchse
fest angeordnet ist, in welcher eine mit der Aufnahme fest verbundene
Spindelmutter mit einem in der Leitkurve geführten Führungsstift verschiebbar gelagert
ist und wenn die Gewindehülse
mit ihrem Innengewinde mit einer manuell oder motorisch drehbaren,
im Gehäuse
oder Stativ gelagerten Gewindespindel in Wirkverbindung steht.
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Mit
der Erfindung werden Objektivwechselmechanismen realisiert, die
auch bei Bauraumbeschränkungen
durch eine einfache Kinematik und auch einen kostengünstigen
Aufbau einfache und funktionstüchtige
Wechseleinrichtungen ergeben, welche sowohl manuell als auch motorisch
betätigt werden
können.
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Die
Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.
In der zugehörigen
Zeichnung zeigen
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1 eine
Einrichtung mit linearer Verschiebung der zu wechselnden Objektive,
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2 eine
Einrichtung mit kombinierter Schiebe-Dreh-Bewegung der Objektive und
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3 eine
Einrichtung mit einer überlagerten
Dreh-Hub-Bewegung
der Objektive.
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Die
in 1 dargestellte Einrichtung 1 zum Wechseln
von Objektiven ist an einem Stativ oder an einer Z-Führung 2.1 eines
Gehäuse 2 eines
Mikroskops oder eines optischen Gerätes angeordnet, wobei die Z-Führung 2.1 im
Allgemeinen an der Vorderfläche 3 des
Gehäuses 2 angeordnet
ist. Die Einrichtung 1 umfasst Führungen 4 und 5,
welche mit der optischen Achse 6, beispielsweise des Beobachtungsstrahlenganges
des Mikroskops oder des optischen Gerätes, ebene oder Raumwinkel α gleicher oder
unterschiedlicher Größe einschließen. In
den Führungen 4; 5 ist
jeweils ein Schlitten 7; 8 linear ver schiebbar
gelagert, wobei jeder Schlitten 7 und 8 eine Aufnahme 9; 10 trägt, an welchen
die in den Strahlengang einzubringenden Objektive 11 und 12 angeordnet
sind. Unterhalb des in der optischen Achse 6 im Strahlengang
angeordneten Objektivs 12 befindet sich auf einem Objektträger 13 das
zu beobachtende Objekt 14.
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Zum
Objektivwechsel wird z.B. der Schlitten 8 zusammen mit
der Aufnahme 10 und dem daran befindlichen Objektiv 12 entlang
der Führung 5 verschoben
und somit das Objektiv aus der optischen Achse 6 und damit
aus dem Strahlengang entfernt. Durch Verschieben des anderen Schlittens 9 entlang der
Führung 4 kann
dann das Objektiv 11 in der optischen Achse 6 und
damit im Strahlengang positioniert werden.
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Die
in 1 dargestellte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Objektivwechseleinrichtung ist
gegenüber
bekannten Wechseleinrichtungen durch eine einfache Kinematik gekennzeichnet,
welche lediglich lineare Bewegungen der am Objektivwechsel beteiligten
Elemente beinhaltet. Somit ergibt sich ein einfacher und kostengünstiger
Aufbau und der Raumbedarf liegt in für die Anwendung unkritischen
Bereichen. Der Objektivwechsel kann hoch präzise und weitestgehend erschütterungsarm
sowohl manuell als auch motorisch erfolgen. Durch eine Anordnung
von mehr als zwei Führungen
in unterschiedlichen Ebenen und unter unterschiedlichen Raumwinkeln
(in 1 nicht dargestellt) in Bezug zur optischen Achse 6 kann
auch der Wechsel von mehr als zwei Objektiven ermöglich werden.
Die Schlitten 7 und 8 können auch miteinander durch
Koppelelemente verbunden sein, wodurch eine gleichzeitige Bewegung
der zu wechselnden Objektive 11 und 12 in eine
neue Position realisiert werden kann.
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In 2 ist
eine weitere Ausführung
der erfindungsgemäßen Wechseleinrichtung
vereinfacht dargestellt, mit welcher durch eine kombinierte Dreh- und
Längsbewegung
ein Objektivwechsel realisiert werden kann. Diese Einrichtung umfasst
eine mit dem Gehäuse 2 des
Gerätes
oder Mikroskops verbundene Halterung 15, welche Lager 16 und 17 besitzt,
in denen Lagerzapfen 18 und 19 einer Aufnahme 20 dreh-
und verschiebbar gelagert sind. An der Aufnahme 20 sind
die zu wechselnden Objektive 11 und 12 angeordnet.
Die Halterung 15 selbst kann am Stativ oder Gehäuse 2 des
Gerätes
oder Mikroskops in der Höhe
verstellbar angeordnet sein (in 2 nicht
dargestellt).
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Ein
Wechsel der Objektivs 11 und 12 kann bei der Ausführung nach 2 in
drei Schritten erfolgen. In einem ersten Schritt wird die Aufnahme 20 mit den
daran befindlichen Objektiven 11 und 12 soweit um
die senkrecht zur optischen Achse 6 verlaufende Drehachse 21 der
Lagerzapfen 18; 19 gekippt, bis das in der optischen
Achse 6 angeordnete Objektiv 12 einen ausreichenden
Abstand von zu beobachtenden Objekt 14 besitzt. In einem
zweiten Schritt wird die Aufnahme 20 entlang der Drehachse 21 soweit
verschoben, bis die Mittelachse des anderen Objektivs 11 sich
in einer Ebene befindet, in welcher auch die optische Achse 6 liegt.
In einem dritten Schritt wird die Aufnahme 20 um die Drehachse 21 weiter
geschwenkt, bis das Objektiv 11 in seiner Arbeitsstellung
in der optischen Achse 6 positioniert ist.
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Auch
bei dieser Wechseleinrichtung ist ein einfacher und kostengünstiger
Aufbau gegeben, welcher durch seine einfache Kinematik einen sehr
einfach manuell zu realisierenden, präzisen und erschütterungsarmen
Wechsel der Objektive 11; 12 ermöglicht.
Da die auszuwechselnden Objektive 11; 12 über die
Aufnahme 20 starr miteinander gekoppelt sind, kann ein
Objektivwechsel mit nur einem Bedienelement (nicht dargestellt)
werden.
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3 zeigt
eine weitere technische Ausführung
einer Einrichtung zum Wechseln eines Objektivs, wobei das Objektiv
aus einer Position, beispielsweise aus einer Warteposition, in eine
Arbeitposition gebracht werden kann. Diese Einrichtung ist fest
mit einer Halterung 22 verbunden, welche am Stativ oder Gehäuse des
optischen Gerätes
oder Mikroskops angeordnet ist. Die Einrichtung besitzt eine Führungsbuchse 23 mit
einer Leitkurve 24, wobei die Führungsbuchse 23 fest
an der Halterung 22 angeordnet ist. In der Führungsbuchse 23 ist
eine ein Innengewinde aufweisende Gewindehülse 25 dreh- und längs verschiebbar
gelagert, an welcher ein Objektivträger 26 fest angeordnet
ist. Die Gewindehülse 25 besitzt
einen in der Leitkurve 24 geführten Führungsstift 25.1.
In der Halterung 22 ist ferner eine Gewindespindel 27 drehbar
gelagert.
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Sollen
mehrere Objektive aus einer Warteposition in eine Arbeitsposition
verstellt werden, so ist für
jedes zu verstellende Objektiv eine solche Einrichtung (nach 3)
am optischen Gerät
oder Mikroskop vorzusehen.
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Diese
Wechseleinrichtung gestattet einen Objektivwechsel mit einer einfachen
Kinematik in zwei Schritten, indem eine Dreh-Hub-Bewegung des Objektivträgers 26 ausgeführt wird.
Durch Drehung der Gewindespindel 27 wird eine Bewegung
der Gewindehülse 25 und
damit auch des Objektivträgers 26 in
senkrechter Richtung erzeugt. Dabei bewegt sich der Führungsstift 25.1 entlang
der Leitkurve 24. Dadurch dass die Führungsbuchse 23 fest
mit der Halterung 22 verbunden ist, wird der durch die
Drehung der Gewindespindel 27 bewirkten Hubbewegung der
Gewindehülse 25 und
damit des Objektivträgers 26 mittels
des in der Leitkurve 24 geführten Führungsstiftes 25.1 eine
Drehbewegung der Gewindehülse 25 überlagert
und somit der Objektivträger 26 mit
dem daran befindlichen Objektiv 28 aus seiner bis dahin
eingenommenen Position bewegt.
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Diese
Einrichtung ist ebenfalls gekennzeichnet durch eine einfach zu realisierende
Kinematik, welche einen Objektivwechsel in nur zwei Schritten erlaubt.
Es kann sowohl ein manuelle als auch ein motorischer Antrieb der
Gewindespindel 27 vorgesehen werden. Die Einzelbewegungen
der einzelnen Gewindespindeln können
in einfacher Weise durch geeignete Getriebeglieder gekoppelt werden
so dass auch ein Objektivwechsel mit nur einem Bedienelement realisiert
werden kann.
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- 1
- Einrichtung
- 2
- Gehäuse
- 2.1
- Z-Führung
- 3
- Vorderfläche
- 4;
5
- Führung
- 6
- optische
Achse
- 7;
8
- Schlitten
- 9;
10
- Aufnahme
- 11;
12
- Objektiv
- 13
- Objektträger
- 14
- Objekt
- 15
- Halterung
- 16;
17
- Lager
- 18;
19
- Lagerzapfen
- 20
- Aufnahme
- 21
- Drehachse
- 22
- Halterung
- 23
- Führungsbuchse
- 24
- Leitkurve
- 25
- Gewindehülse
- 25.1
- Führungsstift
- 26
- Objektivträger
- 27
- Gewindespindel
- 28
- Objektiv