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Die
Erfindung betrifft ein Immersionsobjektiv zur mikroskopischen Untersuchung
eines Objekts, mit einer Zuführeinrichtung
zum Zuführen
von Immersionsmedium, insbesondere Immersionsflüssigkeit, in den Bereich zwischen
dem Objekt bzw. einem Objektträger
und der äußeren Linse
des Objektivs, wobei die Zuführeinrichtung
eine den Objektivkörper umschließende, im
Bereich der äußeren Linse
offene Kappe umfasst, die zur äußeren Linse
hin einen Spalt bildet, wobei innerhalb der Kappe ein Raum zur Aufnahme
von Immersionsmedium gebildet ist und wobei das Immersionsmedium über den
Spalt austritt.
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Immersionsobjektive
der gattungsbildenden Art sind seit langem aus der Praxis bekannt.
Solchen Objektiven liegt die Idee zugrunde, dass sich die Bildqualität hinsichtlich
Lichtstärke
und Auflösung
durch optimale Ausnutzung des sogenannten Öffnungswinkels eines Objektivs
nutzen lässt.
Um eine optimale Ausnutzung der im zu analysierenden Licht verfügbaren Informationen
zu erreichen, verwendet man meist Immersionsflüssigkeiten, die den optischen Übergang
zwischen einem Präparat
und dem Objektiv verbessern. Durch die Immersionsflüssigkeit
wird der Gesamtbrechungsindex der Objektivlinse vergrößert und
damit deren numerische Apertur, die sich aus dem Sinus des halben Öffnungswinkels
und dem Brechungsindex der Immersionsflüssigkeit berechnen lässt.
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Als
Immersionsmedien werden vorzugsweise Flüssigkeiten verwendet, beispielsweise
Wasser, Öl
oder Glyzerin. Auch kommen Flüssigkeiten
mit stofflichen Zusätzen
in Frage, wie beispielsweise Koffein, um den Bakterienbefall in
Wasser zu vermindern. Auch werden Tenside eingesetzt. Immersionsgase
lassen sich ebenso verwenden. Im Falle der Verwendung von Immersionsgasen
lässt man
diese mit einer gewissen Temperatur und Strömungsgeschwindigkeit kontinuierlich
zwischen der Objektivlinse und dem Objektivträger bzw. dem Objekt hindurchströmen.
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Je
nach Brechungsindex des Immersionsmediums lässt sich eine mehr oder weniger
perfekte optische Anpassung an die Brechungsindexe der Objektivlinsen
und der Objektivträger,
die üblicherweise
aus Glas hergestellt sind, erreichen. Im Falle einer solchen „perfekten" Anpassung sind die
sonst üblichen
Lichtverluste, die durch Brechung und/oder Totalreflexion an dem
Objektträger
ausgelöst
werden, nahezu insgesamt eliminiert, zumindest aber ganz erheblich
vermindert. In der Praxis werden die zu verwendenden Objektive,
sogenannte Immersionsobjektive, auf die Verwendung bestimmter Immersionsflüssigkeiten
hin optimiert. So unterscheidet man zwischen Öl-Objektiven, bei denen ein Öl als Immersionsmedium
verwendet wird, zwischen Wasser-Objektiven, bei denen als Immersionsmedium Wasser
verwendet wird, nämlich
beispielsweise für die
Untersuchung von wasserhaltigen Präparaten, wie beispielsweise
lebenden Zellen, und zwischen Glyzerin-Objektiven, bei denen das Immersionsmedium
ein Glyzerin ist, welches den Einbettmedium eines entsprechenden
Präparats ähnelt.
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Immersionsflüssigkeiten
werden meist in Gruppen zusammengefasst, nämlich in Bezug auf unterschiedliche
Mischungen, die sich dadurch auszeichnen, dass sich durch Mischung
unterschiedlicher Flüssigkeiten
der optische Brechungsindex des Immersionsmediums variieren und
somit einstellen lässt.
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Bei
der Verwendung von Immersionsflüssigkeit
ist wesentlich, dass sich diese zwischen dem Objektiv bzw. der äußeren Linse
und dem Präparat
bzw. dem Objektträgerglas,
befinden muss, um die optische Anpassung beider Komponenten aufeinander zu
erreichen. Immersionsflüssigkeit
wird üblicherweise
kurz vor dem eigentlichen Experiment auf die Objektivlinse und/oder
auf den Objektträger
aufgebracht.
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In
der Praxis erfolgt das Aufbringen meist in Form eines kleinen Tropfens
mittels Pipette, Spritze oder auch mit Hilfe eines Pinsels.
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Zum
druckschriftlichen Stand der Technik sei lediglich beispielhaft
verwiesen auf die
DE
202 05 080 U1 , aus der – für sich gesehen – ein Immersionsobjektiv
mit einem Abschirmelement bekannt ist. Genauer gesagt ist dort ein
Dichtungsring in Form eines Balgs vorgesehen, der im Bereich zwischen
dem Objektiv und dem Objekt angeordnet ist. Er dient zur Aufnahme
einer kleinen Menge an Immersionsflüssigkeit und hält diese
in dem für
den Strahlengang relevanten Bereich. Durch das Abschirmelement wird die
Immersionsflüssigkeit
an der Stelle gehalten, wo sie erforderlich ist und wird die Verdunstung
und somit der „Verbrauch" an Immersionsflüssigkeit
auf ein Minimum reduziert.
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Des
Weiteren wird verwiesen auf die
WO 02/093232 A2 . Aus dieser Druckschrift
ist ebenfalls die Verwendung eines Immersionsobjektivs bekannt, wobei
dort eine Zu führeinrichtung
zum automatischen Zuführen
von Immersionsmedium in den Bereich zwischen die Außenfläche des
Probenträgers und
die Austrittslinse des Objektivs vorgesehen ist. Im Konkreten umfasst
die Zuführeinrichtung
ein mit dem Objektiv verbundenes Zuführrohr, welches das Immersionsmedium
exakt in den relevanten Bereich fördert. Die dazu erforderliche
Mimik nimmt einen ganz erheblichen Bauraum ein und macht es erforderlich,
dass sich das Zuführrohr
in den Bereich zwischen die Austrittslinse und die Probe bzw. den
Probenträger
erstreckt. Insoweit ist die bekannte Vorrichtung nicht nur konstruktiv
aufwändig,
sondern ist deren Verwendung aufgrund des erheblichen Bauraums problematisch,
insbesondere dann, wenn mehrere Objektive zur Auswahl bereitzustellen
sind, vor allem im Rahmen eines automatischen Betriebs.
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Insbesondere
für die
automatische Mikroskopie ist es von Vorteil, wenn sich die Auflösungen durch
einen schnellen Wechsel der verwendeten Objektive anpassen lassen.
Der Objektivwechsel kann dabei manuell oder automatisch erfolgen.
Bei keinem der zuvor genannten Systeme ist ein automatischer Wechsel
zwischen den Immersionsobjektiven bei gleichzeitiger automatischer
Nachführung
der Immersionsflüssigkeit
möglich.
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Außerdem ist
es in der Praxis oftmals erforderlich, zwischen unterschiedlichen
Immersionsmedien bzw. Immersionsflüssigkeiten, beispielsweise Öl und Wasser,
zu wechseln. Während
des Umschaltens von einer Immersionsflüssigkeit auf eine andere ist
es daher erforderlich, die jeweils verwendete Immersionsflüssigkeit
weitestgehend vom Objektiv und Objektivträger zu entfernen. Dies ist
bislang ausschließlich
manuell möglich
gewesen. Die Immersionsflüssigkeit
wird meist von Hand oder über
eine umständliche
Mimik aufgetragen. Dies erfordert eine erhebliche Zeit und der Vorgang
des Auftragens bzw. Einbringens von Immersionsflüssigkeit ist ungenau. Außerdem birgt
er stets die Gefahr einer Kontamination in sich, zumal einige Immersionsmedien
giftig sind. Die manuelle Handhabung der Immersionsmedien ist auch
insoweit zu vermeiden.
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Wie
zuvor ausgeführt,
eignen sich die aus der Praxis bekannten Systeme nur bedingt für den praktischen
Einsatz in der Mikroskopie. Stets ist zu beachten, dass entsprechende
Systeme keine qualitätsmindernden
Nachteile aufweisen. Während
die Vorkehrung eines Nachfüllstutzens
im Spalt zwischen dem Objektiv und dem Objektivträger hinderlich
ist, bewirkt ein an dem Objektiv angebrachtes Nachfüllsystem
regelmäßig ein
auf das Objektiv wirkendes Drehmoment. Im Falle einer Anordnung
der Immersionsobjektive in einem Objektivrevolver wird die Drehung
des Objektivrevolvers durch entsprechende Nachfüllsysteme behindert. Sämtliche
voranstehend genannten Nachteile sind insbesondere beim automatischen
Betrieb nicht hinnehmbar.
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Des
Weiteren sei darauf hingewiesen, dass bei der Verwendung von Immersionsflüssigkeit
bestimmte Objektivtypen bevorzugt werden, bei denen die objektträgerseitige
Linse, d.h. die Austrittslinse des Objektivs, dem Objektträger am nächsten liegt. In
Bezug auf die dortige Oberflächenspannung
werden Kapillarkräfte
ausgenutzt, um das Immersionsmedium in den Bereich zwischen der äußeren Linse und
dem Objekt einzuleiten. Die Nutzung von Kapillarkräften ist
von Vorteil, wenngleich diese von zahlreichen Randbedingungen abhängen, so
beispielsweise von der Oberflächenspannung
der beteiligten Komponenten und Bauteilen, insbesondere von der Oberflächenspannung
der Immersionsflüssigkeit
und der Grenzflächenspannung
der Immersionsflüssigkeit
mit der Oberfläche
des Objektträgers
und der Oberfläche
der Austrittslinse. Sind die Oberflächen, mit denen die Immersionsflüssigkeit
gut benetzen soll, stark verschmutzt, beispielsweise durch Fingerabdrücke auf
den Objektträgern
oder durch verharzte Immersionsölreste
auf den Objektträgern
und/oder auf der Austrittslinse, so ist davon auszugehen, dass die
erforderlichen Kapillarkräfte
nicht zur Wirkung kommen. Entsprechend besteht die Gefahr, dass
der Spalt zwischen der Austrittslinse und dem Objektträger nur
unvollständig
mit Immersionsöl
benetzt wird. Eine nur teilweise Benetzung der insoweit aktiven
optischen Flächen
mit Immersionsöl
wirkt sich auf die zu erzielenden Mikroskopbilder qualitätsmindernd aus.
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Ein
weiteres qualitätsminderndes
Merkmal sind Luftblasen, die in dem Spalt zwischen dem Objektträger und
dem Objektiv auftreten können.
Durch solche Luftblasen werden die Kapillarkräfte vermindert und wird eine
vollständige
Benetzung der optischen Flächen
mit Immersionsflüssigkeit
verhindert. Die Entstehung kleiner Luftblasen wird durch die Verwendung
von Füllrohren
zur Versorgung des Spalts mit Immersionsflüssigkeit begünstigt.
Die Gefahr besteht insbesondere bei größeren Durchströmgeschwindigkeiten,
die eine Art Zerstäubungseffekt durch
Mitreißen
von Luft bewirken.
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Ein
gattungsbildendes Immersionsobjektiv ist aus der
US 3,202,049 bekannt. Dort ist eine
ganz besondere Einrichtung zum Zuführen von Immersionsflüssigkeit
in den Bereich zwischen dem Objekt bzw. einem Objektträger und
der äußeren Linse
des Objektivs (Austrittslinse) vorgesehen. Diese Einrichtung umfasst
eine den Objektivkörper
umschließende,
im Bereich der äußeren Linse
offene Kappe, die mit einem Innengewinde auf ein Außengewinde
des Objektivkörpers
aufgeschraubt ist. Die Kappe bildet zur äußeren Linse hin einen Spalt,
wobei innerhalb der Kappe ein kleines Reservoir zur Aufnahme von Immersionsflüssigkeit
gebildet ist. Die Immersionsflüssigkeit
kann über
den Spalt aus dem Reservoir austreten.
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Die
Vorkehrung der Kappe hat den enormen Vorteil, dass diese im Vergleich
zu den sonst bekannten Systemen äußerst klein
baut, nämlich
rotationssymmetrisch um den Objektivkörper angeordnet ist. Sie beinhaltet
ein Depot an Immersionsflüssigkeit, welches
zum Betrieb des Immersionsobjektivs entsprechend dem darin vorgesehenen
Volumen vorgehalten wird.
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Das
bekannte System nutzt die Schwerkraft und ein manuelles Aufdrehen
der Kappe, um nämlich einen
Austritt der Immersionsflüssigkeit
aus dem zwischen Kappe und Objektiv gebildeten Ringspalt zu bewirken.
Entsprechend ist es erforderlich, dass solche Immersionsobjektive
ausschließlich
in herkömmlicher
Weise verwendet werden, nämlich
dann, wenn das Objektiv auf die zu untersuchende Probe „sieht". Für die inverse
Mikroskopie, wonach das Objektiv von „unten" in den Objektivträger oder auf das Material „sieht", lässt sich
das bekannte schwerkraftabhängige
Immersionsobjektiv nicht verwenden. Auch ist das bekannte Immersionsobjektiv
nicht für
die automatische Verwendung mehrere Immersionsobjektive geeignet,
zumal ein ständiges
manuelles Einstellen der auszubringenden Menge an Immersionsflüssigkeit
im automatischen Betrieb nicht möglich
ist. Schließlich
hat das bekannte Immersionsobjektiv den weiteren Nachteil, dass
sich aufgrund ständiger
Austritte an Immersionsflüssigkeit
größere Mengen Öl auf dem
Präparat
oder Träger
sammeln. Bei der Verwendung von Ölen
ist aufgrund der ständigen
Verdunstung eine Verharzung nicht zu vermeiden.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt daher die Auftrage zugrunde, ein Immersionsobjektiv
der gattungsbildenden Art derart auszugestalten und weiterzubilden,
dass eine hinreichend gute Versorgung mit Immersionsmedium über die
gesamte Einsatzdauer hinweg erfolgt, wobei der Einsatz im automatischen Betrieb
möglich
sein soll.
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Das
erfindungsgemäße Immersionsobjektiv löst die voranstehende
Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1. Danach ist das
gattungsbildende Immersionsobjektiv dadurch gekennzeichnet, dass
die Zuführeinrichtung
mindestens einen in der Kappe ausgebildeten Anschluss zur ständigen Versorgung
mit Immersionsmedium aufweist.
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Erfindungsgemäß ist erkannt
worden, dass sich die die Baugröße betreffenden
Probleme bekannter Immersionsobjektive dadurch beheben, zumindest
aber reduzieren lassen, dass um das Objektiv herum ein zumindest
kleines Depot mit Immersionsflüssigkeit
vorgesehen ist. Dieses Depot ist innerhalb einer Kappe gebildet,
die sich zumindest im objektseitigen Bereich des Objektivs um den
Objektivkörper
herum erstreckt. Zwischen der Kappe und dem Objektivkörper befindet
sich ein kleines Depot, welches in weiter erfindungsgemäßer Weise
ständig mit
Immersionsmedium bzw. Immersionsflüssigkeit versorgt wird. Dazu
umfasst die Zuführeinrichtung mindestens
einen in der Kappe ausgebildeten Anschluss, über den die ständige Versorgung
mit Immersionsmedium stattfindet.
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Aufgrund
der ständigen
Versorgung mit Immersionsmedium ist es möglich, den zwischen der Kappe
und den zwischen der Innenwandung der Kappe und der Außenwandung
des Objektivkörpers gebildeten
Raum so klein wie möglich
zu halten, so dass der für
das Immersionsobjektiv erforderliche Raum kleinstmöglich ist.
Das unter der Kappe gebildete Volumen lässt sich deshalb so klein wie
möglich halten,
da eine ständige
Versorgung der Kappe mit Immersionsflüssigkeit erfolgt, nämlich über den
Anschluss. Entsprechend lässt
sich unter der Kappe ein steter Überdruck
aufbauen, der zum Ausbringen des Immersionsmediums über den
Spalt führt.
Folglich eignet sich das erfindungsgemäße Immersionsobjektiv auch
zur Verwendung in einem inversen Mikroskop, nämlich zur Anordnung des Objektivs
unterhalb eines Objekts bzw. eines Objektträgers, so dass das Objektiv
von „unten" in den Objektträger bzw.
auf das Material sieht. Eine Abhängigkeit
von der Schwerkraft, wie dies gemäß
US 3,202,049 der Fall ist, ist bei
dem erfindungsgemäßen Immersionsobjektiv nicht
gegeben.
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Zur
gleichmäßigen Versorgung
des Bereichs zwischen dem Objekt bzw. dem Objektträger und
der äußeren Linse
des Objektivs mit Immersionsmedium ist es von Vorteil, wenn der
zwischen der Kappe und der Linse gebildete Spalt als rotationssymmetrischer Spalt
ausgeführt
ist. Im Konkreten kann der Spalt als Ringspalt ausgeführt sein.
Eine gleichmäßige Versorgung
mit Immersionsmedium im Bereich um die Austrittslinse ist somit
gewährleistet.
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Des
Weiteren ist es denkbar, dass in die Kappe und/oder in den Objektivkörper Kanäle zur Leitung
von Immersionsmedium eingearbeitet sind. Durch die Vorkehrung solcher
Kanäle
lässt sich
der Transport von Immersionsflüssigkeit,
insbesondere unter Nutzung von Kapillarkräften begünstigen.
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Die
Kappe ist an einem vorderen, im Querschnitt breiteren Bereich des
Objektivkörpers
zumindest weitgehend abdichtend befestigt. Dabei ist wesentlich,
dass die Befestigung im Bereich des vorderen bzw. oberen, breiteren
Objektivhalses erfolgt, so dass der untere, schmalere Objektivhals,
der bei Kontakt des Objektivs mit dem Objektivträger eingeschoben wird, weiterhin
ungehindert als eine Art Sicherheitspuffer dienen kann.
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Im
Konkreten ist die Kappe mit einem Verbindungsbereich an dem Objektivkörper befestigt.
Der Verbindungsbereich ist integraler Bestandteil der Kappe. Von
Vorteil ist es, wenn die Kappe fest und dabei rotationssymmetrisch
mit dem Objektiv verbunden ist. Dies kann durch form- und/oder kraftschlüssiges Aufstecken
der Kappe mit ihrem Verbindungsbereich auf den Objektivkörper erfolgen.
Ebenso ist es denkbar, dass die Kappe mit dem Verbindungsbereich
mit dem Objektivkörper
verklebt ist. Besonders elegant ist eine Verschraubung der Kappe über deren Verbindungsbereich
mit dem Objektivkörper.
Im Falle der Verschraubung lässt
sich über
den Gewindegang eine Justage vornehmen, bzw. ist es möglich, auch im
Nachhinein eine exakte Positionierung der Kappe gegenüber der
Austrittslinse zur Definition des Spalts vorzunehmen. Grundsätzlich wird
der Spalt durch Positionierung der Kappe eingestellt, wobei es sich dabei
regelmäßig um eine
werkseitige Einstellung handelt. Unter Verwendung einer Schraubverbindung
ist die Einstellbarkeit durch den Benutzer gewährleistet.
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Die
Einstellung des Spaltes dient zur Anpassung an die Viskosität und Oberflächenspannung
der jeweiligen Immersionsflüssigkeit.
Insoweit ist es denkbar, dass ein Objektiv von vornherein für eine bestimmte
Immersionsflüssigkeit
eingestellt und somit definiert ist. Die zuvor genannte Einstellbarkeit, die
von Seiten des Benutzers möglich
ist, ermöglicht die
Anpassung an unterschiedliche Immersionsmedien. Jedenfalls sollte
der Spalt derart eingestellt sein oder eingestellt werden, dass
das Immersionsmedium ohne Druckbeaufschlagung nicht aus dem Spalt austritt,
so dass eine unnötige
Verdunstung von Immersionsflüssigkeit,
insbesondere ein Verharzen im Randbereich, wirksam vermieden, zumindest
aber ganz erheblich reduziert ist.
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Der
zur Verbindung mit dem Objektivkörper dienende
Verbindungsbereich kann als massiver Ring ausgeführt sein, der integraler Bestandteil
der Kappe ist. Insoweit lässt
sich eine besonders stabile Verbindung mit dem Objektiv herstellen.
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In
ganz besonders vorteilhafter Weise ist es möglich, dass der Verbindungsbereich
als umlaufender Ringkanal mit einer unmittelbar den Objektivkörper kontaktierenden
Innenwandung ausgeführt
ist. Im Rahmen einer solchen Ausgestaltung könnte der Anschluss auf der
der Austrittslinse gegenüberliegenden – rückwärtigen – Seite
der Kappe erfolgen, nämlich über den
dort gebildeten Ringkanal, der mit entsprechenden Anschlussstutzen
ausgestattet sein kann. Ein kleinstmöglicher Bauraum ließe sich
dadurch realisieren.
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Der
insgesamt erforderliche Bauraum lässt sich insbesondere dadurch
so klein wie möglich
halten, dass die Kappe in etwa der Kontur des Objektivs bzw. des
Objektivkörpers
angepasst ist. Da die Kappe ständig
mit Immersionsflüssigkeit
versorgt wird, lässt
sich der innerhalb der Kappe gebildete Raum für das Immersionsmedium so klein
wie möglich
halten. Letztendlich reicht ein umlaufender Ringkanal aus, sofern
eine ständige
Versorgung mit Immersionsmedium von außerhalb der Kappe erfolgt.
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Bereits
zuvor ist erwähnt
worden, dass an der Kappe zumindest ein Anschluss zum Ein- und/oder
Ausleiten von Immersionsmedium vorgesehen ist. In besonders vorteilhafter
Weise sind an einer Kappe zwei Anschlüsse zum Ein- und/oder Ausleiten
desselben Immersionsmediums oder unterschiedlicher Immersionsmedien
vorge sehen, so dass beispielsweise eine wechselweise Versorgung
mit unterschiedlichen Immersionsflüssigkeiten erfolgen kann. Auch
ist es denkbar, dass über
den einen Anschluss das Immersionsmedium eingeleitet und über den
anderen Anschluss nicht mehr erforderliches Immersionsmedium abgesaugt
wird. Auch ist es denkbar, dass über
den einen oder anderen Anschluss – je nach Wahl – Druckluft
eingeblasen wird, um nämlich
den Kanal innerhalb der Kappe und den vorzugsweise ringförmigen Austritt
von überschüssigem Immersionsmedium
zu befreien.
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Wie
ebenfalls bereits zuvor erwähnt,
kann der Anschluss bzw. können
die Anschlüsse
auf der der äußeren Linse
abgewandten Seite der Kappe ausgebildet sein. Ebenso ist es möglich, dass
der Anschluss bzw. die Anschlüsse
seitlich in der Kappe ausgebildet ist bzw. sind. Hier ist auf die
insgesamt zu realisierende Anordnung und den vorhandenen Bauraum
zu achten.
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In
besonders vorteilhafter Weise sind die Anschlüssen in Form von Anschlussstutzen
ausgeführt. Diese
sind über
eine Leitung, insbesondere über
einen Schlauch, mit einem Immersionsflüssigkeit enthaltenden Reservoir
verbunden. Des Weiteren kann einer der Anschlüsse ebenfalls über eine
Leitung, insbesondere über
einen Schlauch, mit einem eine Spül-/Reinigungsflüssigkeit
enthaltenden Reservoir verbunden sein. Weiter ist es von Vorteil,
wenn die Kappe entsprechend den Erfordernissen einerseits mit Immersionsflüssigkeit
und andererseits mit einer Spül-/Reinigungsflüssigkeit
versorgbar ist, um nämlich
nicht nur einen automatischen Betrieb der Mikroskopie, sondern auch
ein anschließendes
automatisches Reinigen zu bewerkstelligen. Ein Umschalten auf ein
anderes Immersionsmedium ist nach der Reinigung möglich.
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Die
zur Aufnahme von Immersionsflüssigkeit und
gegebenenfalls einer Spül-/Reinigungsflüssigkeit
dienenden Reservoirs sind nachfüllbar
und/oder insgesamt austauschbar, beispielsweise im Sinne einer nachfüllbaren
oder austauschbaren Kartusche. Ein unmittelbares Aufstecken des
Reservoirs auf bzw. an das Objektiv ist denkbar. Eine Anbringung des
Reservoirs abseits vom Objektiv ist unter Zugrundelegung einer Schlauchverbindung
zwischen dem Reservoir und dem jeweiligen Anschlussstutzen ebenfalls
möglich.
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Zum
Fördern
der Immersionsflüssigkeit und/oder
der Spül-/Reinigungsflüssigkeit
ist mindestens eine Pumpe vorgesehen, wobei es sich dabei in ganz
besonders vorteilhafter Weise um eine Dosierpumpe handelt. Die Pumpe
ermöglicht
das Aufbringen eines zumindest geringen Überdrucks innerhalb des Reservoirs
und/oder innerhalb der Schlauchleitung und/oder innerhalb der Kappe,
so dass die Immersionsflüssigkeit
bei Aktivierung der Pumpe aus dem Ringspalt austritt.
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In
weiter vorteilhafter Weise ist eine Heizeinrichtung zum Erwärmen der
Immersionsflüssigkeit und/oder
der Spül-/Reinigungsflüssigkeit
vorgesehen. In Bezug auf die Immersionsflüssigkeit ist es möglich, deren
Viskosität
und Oberflächenspannung durch
Temperatur zu verändern,
so dass auch insoweit eine optimale Anpassung möglich ist. Ein Temperieren
der Spül-/Reinigungsflüssigkeit
begünstigt den
Reinigungsprozess.
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In
weiter vorteilhafter Weise ist der Anschluss bzw. sind die Anschlüsse über eine
Leitung, insbesondere über
einen Schlauch, mit einem Immersionsflüssigkeit und/oder Spül-/Reinigungsflüssigkeit
aufnehmenden Sammelbehälter
verbunden. In diesen Sammelbehälter
hinein Isst sich nicht mehr benötigte
Immersionsflüssigkeit
einerseits und Spül-/Reinigungsflüssigkeit
andererseits hineinsaugen. Auch durch diese Maßnahme wird der automatische
Betrieb der Mikroskopie begünstigt.
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In
ganz besonders vorteilhafter Weise sind mehrere mit Kappen ausgestattete
Objektive in einer Baugruppe zusammengefasst. Dabei kann es sich um
einen vorzugsweise rotationssymmetrisch ausgebildeten Objektivrevolver
handeln. Die Objektive sollten dabei derart in den Objektivrevolver
eingeschraubt sein, dass die Anschlüsse entsprechend ihrer Anordnung
und Ausrichtung nach innen gerichtet sind. Eine Behinderung der
Drehbewegung des Objektivrevolvers ist dadurch vermieden.
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Im
Rahmen einer Anordnung der Objektive in einem Objektivrevolver ist
es denkbar, dass jedem der Objektive mindestens ein Reservoir für Immersionsflüssigkeit
und/oder für
Spül-/Reinigungsflüssigkeit
zugeordnet ist. Ebenso ist ein zentrales Reservoir denkbar, wonach
der Objektivrevolver mindestens ein Reservoir zum Bereitstellen
von Immersionsflüssigkeit
und/oder von Spül-/Reinigungsflüssigkeit und/oder
einen Sammelbehälter
zur Aufnahme von Immersionsflüssigkeit
und/oder Spül-Reinigungsflüssigkeit
trägt.
Ein solches Reservoir bzw. solche Reservoirs könnten im bzw. am oder auf dem
Objektivrevolver angeordnet sein oder könnten in den Objektivrevolver
integriert sein.
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Entsprechend
befindet sich auf oder in dem Objektivrevolver mindestens eine Pumpe,
vorzugsweise in Form einer Mikropumpe, zum Fördern von Fluidum, so dass
der Objektivrevolver in soweit autark arbeitet.
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Gleiches
gilt für
die Vorkehrung einer Steuerung zur Dosierung der Immersionsflüssigkeit und/oder
der Spül-/Reinigungsflüssigkeit.
Die Steuerung könnte
in etwa mittig auf, an oder in dem Objektivrevolver angeordnet sein.
Ebenso ist es denkbar, dass die Steuerung einen Mikrokontroller
zur Steuerung des gesamten Ablaufs der Versorgung des Objektivs
mit unterschiedlichen Medien und/oder der Reihenfolge gewünschter
Objektivwechsel umfasst.
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Des
Weiteren ist es denkbar, dass der Mikrokontroller externe Steuersignale
empfängt
und in Bezug auf vollzogene Verfahrensschritte entsprechende Signale
an eine externe Einheit aussendet. Ebenfalls könnte ein externes elektronisches
Steuerinterface zur Steuerung des gesamten Ablaufs vorgesehen sein.
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In
weiter vorteilhafter Weise ist dem Objektivrevolver eine Elektronik
zum Senden und Empfangen von Steuersignalen zugeordnet, die zum
Abfragen von Sensoren und zum Ansteuern der Pumpe bzw. Pumpen dient.
Mittels der Sensoren lässt
sich des Weiteren der Füllstand
in den Reservoirs detektieren. Ebenso ist es denkbar und von besonderem
Vorteil, dass mittels einer Sensorik die jeweils aktuelle Menge
an Immersionsflüssigkeit
unmittelbar am Objektiv detektiert wird. Die Detektion könnte im
Konkreten mittels kapazitiver Sensoren erfolgen, wobei eine Änderung
im Dielektrikum (in Form des Immersionsmediums) als Messgröße dient.
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Zur
individuellen Versorgung eines jeweiligen Objektivs sind des Weiteren
Ventile, vorzugsweise in Form von Mikroventilen, vorgesehen. Diese Ventile
können
der jeweiligen Leitung oder unmittelbar der jeweiligen Kappe zugeordnet
sein.
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In
weiter vorteilhafter Weise umfasst der Objektivrevolver eine eigene
Energieversorgung, wobei es sich dabei um einen Akkumulator oder
um eine Batterie handeln kann. Auch ist es denkbar, dass die Energieversorgung
ein Stromversorgungskabel zum Mikroskop umfasst, wobei vorzugsweise über einen Schleifkontakt
eine elektrische Verbindung hergestellt ist.
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Die
zuvor genannten Bausteine bzw. funktionalen Einheiten, die dem Objektivrevolver
zugeordnet sind bzw. zugeordnet sein können, können zu einer Art monolithischen
Funktionsgruppe zusammengefasst sein, nämlich zu einer in einem Gehäuse angeordneten
Funktionsgruppe, die wiederum auf dem Objektivrevolver, dort vorzugsweise
mittig zwischen den Objektiven, befestigt bzw. angeordnet ist.
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Insbesondere
zur Verwendung im Rahmen der 4Pi-Mikroskopie ist es von Vorteil,
wenn gleichzeitig zwei Objektive zum Betrieb auswählbar und
mit Immersionsflüssigkeit
versorgbar sind. Auch insoweit lässt
sich das Anwendungsspektrum des erfindungsgemäßen Objektivs im Rahmen einer
besonderen Anordnung ganz erheblich erweitern.
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Je
nach Situation im Bereich zwischen der äußeren Linse des Objektivs und
dem Objektivträger bzw.
dem Objekt kann es erforderlich sein, weiterführende Maßnahmen zum Einbringen der
Immersionsflüssigkeit
zu ergreifen. Im Handbetrieb bewegt man dazu das Objektiv gegenüber dem
Objektivträger,
um nämlich
die Immersionsflüssigkeit
regelrecht in den Zwischenbereich einzuschlämmen. Im Rahmen eines automatischen
Betriebes ist es von Vorteil, wenn das im Einsatz befindliche Objektiv
beim Zuführen oder
Vorhandensein von Immersionsflüssigkeit
gegenüber
dem Objekt oder dem Objektträger,
wahlweise langsam oder schnell, bewegt werden kann. Eine solche
Bewegung begünstigt
die Benetzung mit der Immersionsflüssigkeit. Auch ist es denkbar,
dass die Immersionsflüssigkeit
mit Schallwellen beaufschlagt wird, nämlich ebenfalls zur Begünstigung
der Benetzung zwischen den jeweiligen Komponenten.
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Zum
Zwecke der Reinigung lässt
sich eine weitere Maßnahme
unter Begünstigung
eines automatischen Betriebs realisieren, nämlich eine Maßnahme,
wonach der Kanal und/oder der Bereich zwischen dem Objektiv und
dem Objektträger
oder dem Objekt mittels Druckluft ausblasbar ist. Gleiches gilt für den Anschlussstutzen
bzw. für
die Leitung, die nämlich
ebenfalls mittels Druckluft ausblasbar und insoweit reinigbar sind.
Der wechselweise Einsatz unterschiedlicher Immersionsmedien ist
danach möglich.
Die zum Ausblasen erforderliche Druckluft kann über ein Druckbe hältnis, vorzugsweise über eine Druckluftpatrone,
oder über
einen Druckluftgenerator bereitgestellt werden. Dazu sei angemerkt,
dass es sich bei dem zur Reinigung dienenden Medium nicht unbedingt
um komprimierte Luft, sondern vielmehr um jedwedes Gas, beispielsweise
um ein Inertgas, handeln kann. Ebenso ist der Einsatz eines Gases denkbar,
der bestimmte Substanzen bindet bzw. neutralisiert.
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Es
gibt nun verschiedene Möglichkeiten,
die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten
und weiterzubilden. Dazu ist einerseits auf die dem Patentanspruch
1 nachgeordneten Patentansprüche
und andererseits auf die nachfolgende Erläuterung bevorzugter Ausführungsbeispiele
der Erfindung anhand der Zeichnung zu verweisen. In Verbindung mit
der Erläuterung
der bevorzugten Ausführungsbeispiele
der Erfindung anhand der Zeichnung werden auch im Allgemeinen bevorzugte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert. In
der Zeichnung zeigen
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1 in
einer schematischen Ansicht, geschnitten, ein erstes Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Immersionsobjektivs
in inverser Anordnung,
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2 in
einer vergrößerten Ansicht,
teilweise, den Gegenstand aus 1,
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3 in
einer schematischen Draufsicht einen Objektivrevolver mit zwei eingesetzten
erfindungsgemäßen Immersionsobjektiven,
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4 in
einer schematischen Draufsicht den Gegenstand aus 3,
ergänzt
um ein dort mittig angeordnetes Steuerungs- und Vorratssystem,
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5a in
einer schematischen Ansicht, geschnitten, ein weiteres Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Immersionsobjektivs,
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5b in
einer schematischen Draufsicht den Gegenstand aus 5a,
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6a in
einer schematischen Ansicht, geschnitten, ein weiteres Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Immersionsobjektivs,
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6b in
einer schematischen Draufsicht den Gegenstand aus 6a,
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7a in
einer schematischen Ansicht, geschnitten, ein weiteres Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Immersionsobjektivs,
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7b in
einer schematischen Draufsicht den Gegenstand aus 7a,
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8a in
einer schematischen Ansicht, geschnitten, ein weiteres Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Immersionsobjektivs,
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8b in
einer schematischen Draufsicht den Gegenstand aus 8a,
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9a in
einer schematischen Ansicht, teilweise, einen Objektivrevolver mit
erfindungsgemäßen Immersionsobjektiven
nebst Elektronik, Pumpen und Reservoir als integrierte Funktionsgruppe.
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9b in
einer schematischen Draufsicht den Gegenstand aus 9a,
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10a in einer schematischen Ansicht, teilweise,
ein weiteres Ausführungsbeispiel
eines Objektivrevolvers mit erfindungsgemäßen Immersionsobjektiven nebst
Elektronik, Pumpen und Reservoir als integrierte Funktionsgruppe,
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10b in einer schematischen Ansicht den Gegenstand
aus 10a im Detail, wobei dort lediglich
ein Immersionsobjektiv mit der zur Versorgung und Steuerung dienenden
Funktionsgruppe gezeigt ist,
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10c in einer schematischen Draufsicht den Gegenstand
aus 10a
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11a in einer schematischen Ansicht ein Ausführungsbeispiel
eines Immersionsobjektivs mit dazugehörender Funktionsgruppe,
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11b in einer schematischen Ansicht ein weiteres
Ausführungsbeispiel
eines Immersionsobjektivs mit dazugehörender Funktionsgruppe,
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11c in einer schematischen Ansicht ein weiteres
Ausführungsbeispiel
eines Immersionsobjektivs mit dazugehörender Funktionsgruppe,
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12 in
einer schematischen Ansicht ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Immersionsobjektivs
mit zusätzlicher
externer Steuereinheit,
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13 in
einer schematischen Ansicht ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Immersionsobjektivs
mit zusätzlicher
externer Steuereinheit, wobei ein PC zur Steuerung der externen
Steuereinheit vorgesehen ist, und
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14a bis 14c in
einer schematischen Ansicht den Ablauf eines Verfahrens zur Reduktion der
Blasenbildung und zur gleichzeitigen Benetzung des Spalts zwischen
dem Objektiv und dem Objekt mit Immersionsflüssigkeit bei erfindungsgemäßen Immersionsobjektiven.
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1 zeigt
ein erstes Ausführungsbeispiel eines
erfindungsgemäßen Immersionsobjektivs
zur mikroskopischen Untersuchung eines Objekts, wobei in Bezug auf
das Objekt der Einfachheit halber lediglich der Objektträger 1 gezeigt
ist. Entsprechende Objektive lassen sich beispielsweise in der Fluoreszenzmikroskopie,
Hellfeldmikroskopie, Dunkelfeldmikroskopie, Phasenkontrastmikroskopie,
etc. einsetzen. Ein Immersionsmedium wird verwendet, um den optischen Übergang zwischen
dem Objektiv und einem Präparat
bzw. dem Objektträger 1,
zu verbessern.
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1 zeigt
das Objektiv in schematischer Darstellung, wobei dort die inneren
Linsen 2 lediglich angedeutet sind. Die äußere Linse 3 ist
gegenüber dem
Objektträger 1 positioniert.
Die äußere Linse 3 wird
auch Austrittslinse genannt. Die Linsen 2, 3 sind innerhalb
eines Objektivkörpers 4 angeordnet.
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Des
Weiteren ist in 1 erkennbar, dass das Objektiv
einen unteren, schmaleren Objektivhals 5 umfasst, der als
Sicherheitspuffer beim Kontakt mit dem Objektträger 1 dient. Ein zumindest
geringfügiges
Ineinanderschieben der beiden Bereiche des Objektivs ist möglich.
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Eine
Zuführeinrichtung 6 dient
zum Zuführen von
Immersionsflüssigkeit 7 in
den Bereich zwischen dem Objektträger 1 und der äußeren Linse 3,
wobei die Zuführeinrichtung 7 eine
den Objektivkörper 4 umschließende, im
Bereich der äußeren Linse 3 offene
Kappe 8 umfasst. Die Kappe 8 bildet zur äußeren Linse 3 hin
einen Spalt 9, der bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel
als Ringspalt ausgeführt
ist. Die Immersionsflüssigkeit 7 tritt über den
Spalt 9 aus der Kappe 8 aus.
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Erfindungsgemäß umfasst
die Zuführeinrichtung 6 mindestens
einen in der Kappe 8 ausgebildeten Anschluss 10,
der im Konkreten als Anschlussstutzen zum Anschließen eines
Schlauchs ausgebildet ist. Er dient zur Zu- und Abfuhr von Immersionsflüssigkeit 7.
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1 zeigt
des Weiteren, dass die Kappe 8 einen Verbindungsbereich 11 aufweist,
der in sich einen Ringkanal 12 bildet, der zum Zuführen und
als Reservoir für
die Immersionsflüssigkeit 7 dient.
Eine Innenwandung 13 der Kappe 8 dient zur unmittelbaren
Anlage an dem Objektivkörper 4.
Bei dem hier gewählten
Ausführungsbeispiel
ist die Kappe 8 mit dem Verbindungsbereich 11 auf
den Objektivkörper 4 aufgepresst,
wobei ein thermisches Aufschrumpfen von Vorteil ist. Hinsichtlich
weiterer Befestigungsmöglichkeiten
wird zur Vermeidung von Wiederholungen auf den allgemeinen Teil
der Beschreibung verwiesen.
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2 zeigt
den Gegenstand aus 1 in einer vergrößerten Teilansicht.
Dort ist angedeutet, dass sich aufgrund des Einflusses von Oberflächen- und
Grenzflächenspannung
im Bereich des Ringspalts 9 eine Art Innenkehle zwischen
der Immersionsflüssigkeit 7 und
dem Objektträger 1 ausbildet.
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2 lässt des
Weiteren erkennen, dass der Ringspalt 9 bzw. die dortige
Spaltbreite durch Positionierung der Kappe 8 derart einstellbar
ist, dass sich zwischen der Oberflächenspannung der Immersionsflüssigkeit 7 und
der Grenzflächenspannung
der Umgebung (Glas der äußeren Linse 3 und
Metall der Kappe 8) ein Gleichgewicht derart einstellt,
dass ein Austreten des Immersionsmediums ohne Pumpendruck zumindest
weitgehend vermieden ist.
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3 zeigt
ein besonderes Ausführungsbeispiel
für die
Verwendung erfindungsgemäßer Immersionsobjektive,
nämlich
in der Anordnung in einem Objektivrevolver 14. Eine solche
Anordnung trägt
der Situation Rechnung, wonach in der Mikroskopie oft mehrere Objektive
zum Einsatz kommen. Der Einsatz mehrerer unterschiedlicher Objektive
dient beispielsweise zur Erreichung verschiedener Auflösungen.
Um zwischen den Objektiven wechseln zu können, befinden sich mehrere
Objektive, in diesem Falle Immersionsobjektive, in dem Objektivrevolver 14. Dieser
ist rotationssymmetrisch ausgebildet.
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In 3 ist
des Weiteren angedeutet, dass der Objektivrevolver 14 ein
zentrales Mittelloch aufweist, welches als Drehpunkt für den Objektivrevolver 14 dient.
Die Drehrichtung des Objektivrevolvers 14 ist durch den
Pfeil 16 angedeutet. Der Objektivrevolver 14 wird
dann gedreht, wenn eine Objektivumschaltung gewünscht wird.
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3 zeigt
weiter, dass im Objektivrevolver 14 insgesamt 6 Aufnahmen 17 zum
Einsetzen von Objektiven vorgesehen sind. Zwei Immersionsobjektive 18 sind
eingesetzt, wobei die Immersionsobjektive 18 mit einer
entsprechenden Kappe 8 als Bestandteil einer Zuführeinrichtung 6 ausgestattet
sind. 3 lässt
des Weiteren erkennen, dass die Kappe 8 einen Anschlussstutzen 10 zur
Zuleitung der Immersionsflüssigkeit 7 aufweist.
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Die
in 3 gewählte
Draufsicht zeigt die äußere Linse 3 des
Objektivs, wobei diese Linse 3 von Immersionsflüssigkeit 7 umgeben
ist. Die Immersionsobjektive 18 sind jeweils mit der Kappe 8 ausgestattet
und lassen sich über
ein an der Kappe 8 vorgesehenes, in 3 nicht
gezeigtes Außengewinde in
ein entsprechendes Innengewinde der Aufnahme 17 einschrauben.
Die Anschlussstutzen 10 für die Zufuhr und für das Zurücksaugen
von Immersionsflüssigkeit 7 sind
dabei so angeordnet, dass sie in den inneren Bereich des Objektivrevolvers 14 ragen.
Ein nach innen gerichteter Anschluss ist daher möglich.
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4 zeigt
in einer schematischen Draufsicht den Objektivrevolver aus 3,
wobei dort innerhalb des Objektivrevolvers 14 eine Funktionseinheit 19 angeordnet
ist. Die Immersionsobjektive 18 sind über die Anschlussstutzen 10 mit
der Funktionseinheit 19 verbunden, wobei diese Funktionseinheit 19 u.
a. ein Steuersystem 20 und ein Reservoir 21 für Immersionsflüssigkeit 7 umfasst.
Der Anschluss erfolgt über
Schlauchverbindungen 22.
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Wie
bereits im allgemeinen Teil der Beschreibung ausgeführt, kann
die Funktionseinheit 19 eine eigene Energieversorgung,
beispielsweise in Form eines Akkus, einer Batterie oder aber auch
ein Anschlusskabel zum Mikroskop mit entsprechenden Schleifkontakten
umfassen. Ebenso kann die Funktionseinheit 19 eine Elektronik
zur Ansteuerung von kleinen Pumpen umfassen, die zum Fördern der
Immersionsflüssigkeit
dient.
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Eine
integrierte Elektronik dient zum Senden und Empfangen von Steuersignalen,
die auf Abfragen hin von Sensoren geliefert werden und zum Fördern der
Immersionsflüssigkeit
dienen.
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Mindestens
eine Mikropumpe dient zum Fördern
mindestens einer Art von Immersionsflüssigkeit. Mikroventile dienen
zur individuellen Selektion eines Objektivs, welches mit Immersionsflüssigkeit
zu versorgen ist. Eine möglichst
klein ausgeführte
Vorratskammer für
Immersionsflüssigkeit
kann austauschbar und/oder befüllbar
sein. Die Kappe ist mit einem Anschlussstutzen ausgeführt, worüber sie
und somit das Immersionsobjektiv mit einer hinreichenden Menge an
Immersionsflüssigkeit
versorgt wird.
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Die
zuvor bereits erwähnte
Funktionseinheit 19 umfasst u. a. ein Steuerungssystem 20,
dem wiederum ein Mikrokontroller zur Steuerung des gesamten Ablaufs
zugeordnet sein kann. Ebenso ist eine externe Steuerung denkbar,
nämlich
eine Steuerung über
ein externes elektronisches Steuerinterface. Auch ist es denkbar,
dass ein teilweiser autonomer Mikrokontroller an Bord der Funktionseinheit 19 durch
externe Steuerkommandos ergänzt
wird.
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Bei
dem externen Steuerungssystem lässt sich
die Zufuhr und das Absaugen einer beliebigen Immersionsflüssigkeit
zu- bzw. von einem Objektiv steuern. Auch ist es denkbar, dass Immersionsflüssigkeiten
synchron zugeführt
und abgepumpt werden, nämlich
an zwei frei wählbaren
Objektiven. Dies ist insbesondere für eine 4Pi-Anordnung von Bedeutung.
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Regelmäßig erfolgt
ein Abfragen des aktuellen Status, zum Beispiel ein Abfragen des
Füllstandes
im Reservoir 21. Die aktuelle Menge des eingefüllten Immersionsmediums
am Objektiv lässt
sich ebenfalls über
Sensoren abfragen.
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Die
Steuerung enthält
darüber
hinaus ein Kommunikationsinterface, welches vorzugsweise drahtlos
mit der Funktionseinheit 19 kommuniziert, so beispielsweise über Bluetooth,
WLAN oder aber auch über
Kabel.
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Ebenso
ist ein manuelles Zuführen
und Absaugen von Immersionsflüssigkeit
denkbar. Das externe Steuersystem kann des Weiteren eine API (allgemeines
Programmier Interface) zum Anschließen an ein Software-Interface
und somit an einen PC nach Wahl umfassen. Auch enthält das Steuersystem
eine API (allgemeines Programmier Interface) zum Anschließen an ein
Hardware-Interface, zum Beispiel an ein Touch-Screen, damit beliebige
Benutzereingaben möglich
sind.
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Das
gesamte System kann per Software oder manuell gesteuert werden.
Im Falle einer Softwaresteuerung ist ein besonderes Kontrollinterface für Benutzereingaben,
für die
Auswahl eines Objektivs, für
das Zugeben einer vordefinierten Menge an Immersionsflüssigkeit,
für das
Abpumpen einer vordefinierten Menge an Immersionsflüssigkeit
und für ein
Timer-Setting zum Nachführen
einer gewissen Menge an verdunsteter Immersionsflüssigkeit
vorgesehen. Im Rahmen der Prozessauswahl erfolgt eine automatische
Justage mittels Immersionsflüssigkeit, und
zwar regelmäßig beim
Objektivwechsel. Außerdem
sind spezielle Bewegungen, insbesondere Kreisbewegungen, zwischen
Mikroskoptisch und Objektiv zur Reduktion von Blasenbildung in der
Immersionsflüssigkeit
und zur Begünstigung
der Benetzung vorgesehen.
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Die 5a und 5b zeigen
ein weiteres Ausführungsbeispiel
eines Immersionsobjektivs, bei dem die Kappe 8 einen Verbindungsbereich 11 aus Vollmaterial
umfasst. Die Kappe 8 ist insgesamt aus Metall gefertigt,
was in Bezug auf die Kombination mit einer temperierten Klimakammer
von Vorteil ist. So nimmt nämlich
die Kappe 8 sehr schnell die Temperatur der Klimakammer
an und die Temperatur wird durch Wärmeleitung an die im Inneren
der Kappe 8 befindliche Immersionsflüssigkeit 7 geleitet.
So lässt sich
die Temperatur der Immersionsflüssigkeit 7 konstant
halten.
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Gemäß 5a ist
die entsprechend gefräste bzw.
sonst wie geformte Kappe 8 auf den Objektivkörper 4 aufgesteckt.
Der Objektivkörper 4 dient
als Halterung bzw. zur Aufnahme der Kappe 8. Entsprechend
der in 5a gezeigten Ausgestaltung wird durch
die Anwesenheit der Kappe 8 der optische Aufbau der Linsen 2, 3 nicht
gestört
und auch nicht verändert,
so dass sich eine entsprechende Kappe 8 auch nachträglich an
ein bereits vorhandenes Objektiv bzw. an einen entsprechenden Objektivkörper 4 anbringen
lässt.
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Die
Kappe 8 schließt
sich abdichtend an die Außenfläche des
Objektivkörpers 4 an,
so dass es zu einer mechanisch und optisch festen Verbindung zwischen
der Kappe 8 und dem Objektivkörper 4 kommt. Zwischen
dem Objektivkörper 4 und
der Kappe 8 ist ein kleiner ringförmiger Hohlraum bzw. ein Ringkanal 12 gebildet,
der Immersionsflüssigkeit 7 enthält.
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Über den
Anschluss 10 wird ein weiteres Volumen an Immersionsflüssigkeit 7 in
den Ringkanal 12 gefördert,
wodurch die Immersionsflüssigkeit 7 in Richtung
des Ringspalts 9 gefördert
wird. Der Ringspalt 9 erstreckt sich konzentrisch um die äußere Linse 3. Über den
Ringspalt 9 tritt die Immersionsflüssigkeit 7 aus, um
den Bereich zwischen der äußeren Linse 3 und
dem in 5a nicht gezeigten Objektträger auszufüllen.
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Wird über den
Anschlussstutzen 10 gesaugt bzw. ein Unterdruck ausgeübt, zieht
sich die Immersionsflüssigkeit
in Richtung des in 5a nicht gezeigten Reservoirs
zurück.
So lässt
sich Immersionsflüssigkeit
gezielt und definiert in den Bereich der äußeren Linse 3 mittels
Druck fördern
oder aber mittels Unterdruck aus diesem Bereich entfernen bzw. zurücksaugen.
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Die
Größe des Ringspalts 9 ist
dabei so zu bemessen, dass die Grenzflächenspannung am Objektiv und
die Oberflächenspannung
der Immersionsflüssigkeit
nutzbar sind, um ein unbeabsichtigtes Nachlaufen von Immersionsflüssigkeit
zu verhindern. Entsprechend kann die Immersionsflüssigkeit
nur kontrolliert durch Druck oder Sog nachgefüllt oder zurückgezogen
werden.
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5b zeigt
den Gegenstand aus 5a in einer Draufsicht.
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Bei
dem in den 6a und 6b gezeigten
Ausführungsbeispiel
ist auf der Kappe 8 ein Reservoir 21 vorgesehen, wobei
dieses Reservoir 21 als aufsteckbarer Tank ausgeführt ist.
Das Reservoir 21 sitzt unmittelbar auf dem Anschlussstutzen 10,
so dass eine Schlauchverbindung nicht erforderlich ist. Das Reservoir 21 ist
vorzugsweise mit einer flexiblen Außenhülle versehen. Durch Eindrücken der
Außenhülle wird
Immersionsflüssigkeit 7 durch
den Ringspalt 9 nach außen gedrückt. Wenn der Druck auf die flexible
Außenhülle des
Reservoirs 21 nachlässt,
bewirkt die Elastizität
der Außenhülle ein
Zurücksaugen der
Immersionsflüssigkeit.
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Bei
dem in den 7a und 7b gezeigten
Ausführungsbeispiel
wird in etwa die Funktion der Schweißdrüsen der menschlichen Haut nachgeahmt. So
wird nämlich
die Immersionsflüssigkeit 7 aus
dem Reservoir 21 durch dünne Bohrlöcher 23 hindurch in die
Nähe der äußeren Linse 3 gefördert, wo
es in kleinen „Perlen" austritt. Der sonst
als Ringspalt 9 ausgebildete Austritt setzt sich somit
zusammen aus der Gesamtheit der Bohrlöscher 23, die Immersionsflüssigkeit 7 in
den Bereich um die äußere Linse 3 führen. Über Druck
und Sog lässt
sich die Größe der „Perlen" variieren, so dass
mehr oder weniger Immersionsflüssigkeit 7 zugeführt oder
abgepumpt werden kann.
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Eine
Vorrichtung entsprechend den 7a und 7b hat
den Vorteil, dass eine nur sehr geringe Menge an zugeführter/abgeführter Immersionsflüssigkeit 7 zu
hand haben ist, wodurch sich eine präzise Kontrollierbarkeit des
Systems ergibt. Außerdem ist
aufgrund der perlenförmigen
Ausbringung der Immersionsflüssigkeit 7 die
Verdunstungsfläche
kleiner als bei dem herkömmlichen
Ringspalt 9. Folglich kann das innerhalb der Kappe 8 vorgesehene
Reservoir bzw. der dortige Ringkanal 12 nicht so ohne weiteres
austrocknen, was abermals von Vorteil ist. Dies gilt insbesondere
dann, wenn es sich bei der Immersionsflüssigkeit um Wasser handelt
und wenn bei erhöhten
Umgebungstemperaturen gearbeitet wird.
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Die 8a und 8b zeigen
ein weiteres Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Immersionsobjektivs,
wobei dort ein Sensor 24 vorgesehen ist, der möglichst
nahe der äußeren Linse 3 angeordnet
sein sollte. Der Sensor 24 ist mittels einer Kabelverbindung 25 mit
einer Anschlusseinrichtung 26 verbunden. Von dort aus lässt sich über eine äußere, in den 8a und 8b nicht
gezeigte Messelektronik der Sensorzustand abfragen.
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Der
Sensor 24 ist vorzugsweise als Fotozelle ausgeführt, die
ein Phänomen
ausnutzt, wonach der Reflex des Lichts an einer Glasoberfläche verringert wird,
wenn es zu einer einwandfreien Benetzung der Glasoberfläche (d.h.
des Objektträgers 1)
mit Immersionsflüssigkeit 7 kommt.
Ohne Immersionsflüssigkeit 7 ist
mit einem größeren Streulichtanteil
zu rechnen als bei Anwesenheit von Immersionsflüssigkeit 7, so dass
das gemessene Signal spontan abnimmt, sobald die Immersionsflüssigkeit 7 in
den Bereich zwischen dem Sensor 24 und dem Objektträger 1 gelangt.
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Als
weiterer Sensortyp könnte
ein die elektrische Leitfähigkeit
messender Sensor in Frage kommen, insbesondere dann, wenn als Immersionsflüssigkeit
Wasser verwendet wird. Bei Ölen
ist mit einer nur geringen Leitfähigkeit
und entsprechend auch mit einer geringen Leitfähigkeitsänderung zu rechnen. Hier könnte ein
kapazitiver Sensor zum Einsatz kommen, der die Dielektrizitätskonstante
des Immersionsöls
nutzt, um über
eine Kapazitätsänderung
den Benetzungsgrad mit Immersionsflüssigkeit zu messen.
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Die 9a und 9b zeigen
die Anordnung erfindungsgemäßer Immersionsobjektive 18 in bzw.
an einem Objektivrevolver 14. Mittig auf dem Objektivrevolver 14 ist
eine Funktionseinheit 19 vorgesehen. Diese Funktionseinheit 19 umfasst
ein Steuerungssystem 20 sowie ein Reservoirs 21 für Immersionsflüssigkeit 7.
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Im
Konkreten dient der Objektivrevolver 14 zur Aufnahme mehrerer
Immersionsobjektive 18, die sich – im eingesetzten Zustand – an der äußeren Peripherie
des rotationssymmetrischen Objektivrevolvers 14 befinden.
Die Rotationssymmetrie ermöglicht ein
Umschalten zwischen den Immersionsobjektiven 18. Dies wird
in erfindungsgemäßer Weise
genutzt, um bei automatisch betriebenen Immersionsobjektiven 18 ein
Umschalten zu ermöglichen.
Dies gilt auch in Bezug auf die Anbringung der Funktionseinheit 19 im
Zentrum des Objektivrevolvers 14, wobei die Funktionseinheit 19 entsprechend
in einem im Querschnitt runden und insoweit rotationssymmetrischen Gehäuse untergebracht
ist.
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Die
spezielle Beschaffenheit des in der Funktionseinheit 19 enthaltenen
Steuersystems 20 ermöglicht
beispielsweise eine Fernsteuerung des Systems, insbesondere zum
gezielten Zu- und Abführen der
Immersionsflüssigkeit.
Ein weiterer Vorteil unter Verwendung eines Objektivrevolvers ist
darin zu sehen, dass bestehende Mikroskope mit dieser Technik nachrüstbar sind,
wobei sich das Nachrüsten
sowohl auf die einzelnen Objektive in Bezug auf die Anbringung einer
Kappe zur Versorgung mit Immersionsmedium als auch auf die Ausstattung
des Objektivrevolvers mit entsprechenden Immersionsobjektiven 18 bezieht.
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Die 10a bis 10c zeigen
abermals die Anordnung erfindungsgemäßer Immersionsobjektive 18,
wobei 10b den prinzipiellen Aufbau der
Funktionseinheit 19 und dabei des darin enthaltenen Steuerungssystems 20 zeigt.
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Die
Immersionsobjektive 18, die sich auf dem Objektivrevolver 14 befinden,
sind über
entweder starre oder flexible Rohrleitungen 27 mit dem zentralen
Steuerungssystem 20 verbunden und können auf diese Weise mit Immersionsflüssigkeit 7 versorgt
werden. Damit das Ziel einer gezielten Zu- und Abführung von
Immersionsflüssigkeit
realisierbar ist, sind in der Funktionseinheit 19 weitere
erforderliche Baugruppen vorgesehen. Diese Baugruppen sind in 10b schematisch dargestellt.
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Die
Baugruppen 28 und 29 sind als Fördersysteme
zu verstehen, die Pumpen, Ventile, etc. enthalten können. Mittels
dieser Baugruppen 28, 29 wird die erforderliche
Menge an Immersionsflüssigkeit aus
dem Reservoir zu den jeweiligen Immersionsobjektiven 18 gefördert. Zum
Einsatz einer externen Steuereinheit zur Kontrolle über die
Fördermenge
an Immersionsflüssigkeit
und ebenso zur Kontrolle der Förderrichtung
ist ein besonderes Modul 30 vorgesehen, welches eine Kommunikationsschnittstelle
darstellt. Diese Kommunikationsschnittstelle arbeitet vorzugsweise
drahtlos. Ein weiteres Modul 31 übernimmt die eigentliche Steuerung
der Pumpen und Ventile des zentralen Steuerungssystems 20.
Entsprechende Befehle nimmt das Steuerungssystem 20 über das
die Kommunikation bewerkstelligende Modul 30 entgegen und
sendet entsprechende Befehle über
das Modul 30 in Form von Ergebnisprotokollen oder dergleichen
an eine externe Steuereinheit sofern diese vorgesehen ist. Ebenso
ist eine rein interne Steuerung möglich. Jedenfalls lässt sich
auf diese Weise zwischen dem die Steuerung bewerkstelligenden Modul 31 und
dem für
die Kommunikation verantwortlichen Modul 30 und einem externen Steuerungssystem
ein Regelkreis realisieren.
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Die
Immersionsobjektive 18 werden über entsprechende Anschlussleitungen,
vorzugsweise über
flexible und reversibel verbundene Anschlussleitungen, mit einem
Förderungssystem 32 zusammengebracht,
in dem die die Immersionsflüssigkeit fördernden
Leitungen mit entsprechenden Kontaktstutzen bzw. Anschlussstutzen 10 verbunden
sind. Der Kontaktstutzen 33 ist ein Anschlussstutzen in bzw.
auf der Funktionseinheit 19 bzw. in dem Steuerungssystem 20.
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Die 11a, 11b und 11c zeigen weitere Ausführungsbeispiele mit unterschiedlichen Funktionseinheiten 19.
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Bei
dem in 11a gezeigten Ausführungsbeispiel
sind die die Objektive umgebenden Kappen 8 auf ihrer Außenhülle mit
einem Reservoir 21 ausgestattet, welches als Tank aufgesteckt
ist. Die im dem Reservoir 21 enthaltene Immersionsflüssigkeit
lässt sich
durch Druck auf die flexible Außenhülle komprimieren
bzw. über
den so aufgebrachten Druck in die Kappe hineinpumpen. Zum automatischen
Aufbringen des Drucks ist eines Presseinrichtung 35 vorgesehen,
die von außen
auf die flexible Außenhülle des Reservoirs 21 wirkt.
Sobald der Druck auf die flexible Außenhülle nachlässt, sorgt die Elastizität der flexiblen
Außenhülle des
Reservoirs 21 für
einen Sog, so dass das Immersionsmedium wieder abgepumpt wird. Entsprechend
wird die Presseinrichtung 35 angesteuert.
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Im
Konkreten lässt
sich dies dadurch realisieren, dass in der Funktionseinheit 19 bzw.
im Steuerungssystem 20 das dort enthaltene Förderungssystem 32 einen
ausfahrbaren Druckstempel der Presseinrichtung 35 beaufschlagt,
der so angeordnet ist, dass er auf die flexible Außenhülle des
Reservoirs 21 drückt.
Dadurch wird Immersionsflüssigkeit
in der Kappe befördert
bzw. zum Auslass hin gedrückt. Durch
Heraus- und Hereinfahren des Druckstempels, d.h. durch betätigen der
Presseinrichtung 35, lässt sich
auf die Immersionsflüssigkeit
Druck und Zug ausüben,
der unter Ausnutzung der Elastizität der flexiblen Außenhülle des
Reservoirs 21 entsteht. Im Rahmen einer solchen Ausgestaltung
liegt eine komplette Trennung zwischen der Immersionsflüssigkeit und
dem eigentlichen Beförderungssystem 32 vor,
so dass keine Verunreinigungen von außerhalb, beispielsweise von
Seiten des Beförderungssystems 32 her,
in die Immersionsflüssigkeit
gelangen können.
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Ein
Sensor 36 dient zur regelmäßigen Ermittlung des Füllstands
an Immersionsflüssigkeit 7.
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Bei
dem in 11b gezeigten Ausführungsbeispiel
ist ebenfalls ein Sensor 24 vorgesehen, der als Fotodetektor,
als kapazitiver Sensor oder als Leitfähigkeitssensor ausgeführt sein
kann. Der Sensor 24 dient zur Detektion des Benetzungsgrades
des Objektivs bzw. der äußeren Linse
mit Immersionsmedium. Im Falle der Verwendung eines Fotosensors nutzt
man die Tatsache, dass bei Verwendung eines geeigneten Immersionsmediums
die Menge des an dem Objektträger
reflektierten Lichts abnimmt. Da der Fotosensor die Menge des reflektierten
Lichts misst, bedeutet ein Abfall der gemessenen Lichtintensität entweder,
dass gegenüber
dem Objektiv keine Reflexionsfläche
vorliegt, beispielsweise weil das Objektiv zu weit vom Objektträger entfernt
ist, oder aber, dass kein Immersionsmedium zwischen dem Objektiv
und dem Objektträger
eingebracht ist. Im ersten zuvor genannten Fall lassen sich auch
andere Prinzipien zur Messung realisieren. So ist es möglich, zu
messen, wie weit das Objektiv von dem Objektträger in etwa entfernt ist. Dies
kann über
einen kontaktlosen Abstandssensor erfolgen. Im zweiten Falle nutzt
man die Tatsache, dass ein Abfall der Intensität bedeutet, dass eingedrungenes
Immersionsmedium die reflektierte Lichtmenge an der Glasoberfläche des
Objektträgers
reduziert hat.
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Die
Steuerleitungen 34 des Sensors 24 sind vorzugsweise
im Inneren der Kappe nach außen
geführt,
um nämlich
das gesamte System gut reinigen zu können. Sie enden in einem möglichst
klein ausgeführten
Steckkontakt, der im Sinne einer Anschlusseinrichtung 26 dient. Über die
Anschlusseinrichtung 26 wird der Sensor 24, beispielsweise über eine
Kabelverbindung 25 mit der elektronischen Steuereinheit 30 verbunden.
Hier findet die Auswertung der Sensordaten statt. Entsprechend der
Auswertung wird die Presseinrichtung 35 betätigt oder
entlastet, so dass entweder Immersionsflüssigkeit gefördert oder
zurückgezogen
wird.
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Bei
dem in 11c gezeigten Ausführungsbeispiel
ist die Funktionseinheit 19 zusätzlich mit Aufstecktanks 39 ausgestattet,
die jeweils in eine interne Aufnahmeeinheit 40 eingesetzt
sind.
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Bei
dem in 12 gezeigten Ausführungsbeispiel
ist ein externes Steuerungssystem 41 vorgesehen. Dieses
Steuerungssystem 41 dient zur Kontrolle der zentralen Steuereinheit,
die der Funktionseinheit 19 zugeordnet ist. Die Verbindung
des externen Steuerungssystems 41 mit der Funktionseinheit 19 bzw.
dem dort vorgesehenen Steuerungssystem 20 erfolgt über geeignet
ausgeführte
Kommunikationslager 42, 43, die über die
Datenleitung 44 oder entsprechend über Funk miteinander verbunden sind.
Dabei können
alle standardisierten Verfahren zur Datenübertragung zum Einsatz kommen,
so beispielsweise WLAN, Bluetooth, Funkprotokolle, etc. Eine Steuerung über Funk
ermöglicht
ein freies Drehen des Objektivrevolvers 14, da keinerlei
Anschlusskabel behindern und somit ein Verwickeln von Kabeln ausgeschlossen
ist. Das Kommunikations-Interface enthält insbesondere ein WEB-Interface,
mit dem eine Steuerung über
Webseiten, insbesondere über
ein Intranet mittels eines Browsers, möglich ist. Auch lassen sich
externe Benutzer über
den Systemstatus entsprechend informieren.
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Die
gesamte Steuerung und Regelung kann im externen Steuerungssystem 41 eine
besondere Steuerungsebene 45 übernehmen, während die
Energieversorgung über
eine dazu dienende Schicht zur Verfügung gestellt wird. Der so
realisierte modulare Aufbau ermöglicht
den Einsatz von Firmware-Ebenen sowohl in der Funktionseinheit 19 bzw. im
dortigen zentralen Steuerungssystem 20 als auch in dem
externen Steuerungssystem 41. Die Firmware sitzt jeweils
individuell auf den korrespondierenden Kommunikationslayern 42, 43 und/oder
auf den beiden Steuerungs ebenen 47 und 45. Durch
die Trennung können
Firmware-Updates gezielt in den Kommunikationslager eingespielt
werden, wobei sichergestellt wird, dass das Zusammenspiel der Einheiten gewährleistet
ist. So ist ein simultanes Update der korrespondierenden Kommunikationslager 42, 43 möglich.
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Neben
einem Software-Steuerinterface, welches an die Kommunikationslager 32, 43 angeschlossen
ist und eine Steuerung der unterschiedlichen Funktionen über einen
PC ermöglicht,
ist zusätzlich
eine manuelle Steuerung möglich.
Hierzu ist ein externes User-Terminal 48 in Form eines
Eingabegeräts,
umfassend einen Bildschirm, eine Tastatur und/oder einen Touchscreen,
vorgesehen. Das User-Terminal 48 ist an ein Steuerinterface
innerhalb des externen Steuerungssystems 41 angeschlossen. Das
externe User-Terminal kann im einfachsten Fall als eine Serie von
Tasten ausgeführt
sein, die eine Steuerung der Immersionsflüssigkeit ermöglicht und ein
entsprechendes Feedback über
zum Beispiel eine LED gibt. Vorzugsweise ist ein Touchscreen angeschlossen,
der Anwendereingaben entgegennimmt und die Statusdaten des Systems – in aufbereiteter
Form – ausgibt.
Das Steuerinterface innerhalb des externen Steuerungssystems 41 ist
universell ausgeführt,
so dass es grundsätzlich
möglich
ist, bestehende Hardware, wie beispielsweise ein PDA, an das System
anzuschließen.
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13 ist
gegenüber 12 um
den Anschluss eines PC 49 ergänzt. Der PC 49 ist über eine Datenleitung 50 oder über eine
drahtlose Schnittstelle oder über
ein Webinterface mit dem externen Steuerungssystem 41 verbunden.
Ansonsten sei zur Vermeidung von Wiederholungen auf die Ausführungen zu 12 verwiesen.
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14 verdeutlicht den Ablauf eines speziellen,
softwaregestützten
Verfahrens, mit dem zuverlässig
verhindert werden kann, dass sich innerhalb der Immersionsflüssigkeit 7 Luftblasen
bilden, die die Abbildungsqualität
entsprechend den Ausführungen aus
dem allgemeinen Teil der Beschreibung verschlechtern. Außerdem wird
entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren
für eine
gleichmäßige Immersions-Benetzung
des Spalts gesorgt, der sich zwischen dem Objektiv und dem Objekt,
vorzugsweise dem Objektträger,
ausbildet.
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Gemäß der Darstellung
in 14a befindet sich zwischen dem Objektträger 1 und
dem Objektivkörper 4 bzw.
der in 14a nicht gezeigten äußeren Linse Immersionsflüssigkeit.
Da sich beim Ausströmen
der Immersionsflüssigkeit 7 gerne
Luftblasen in der Immersionsflüssigkeit
bilden, lässt
sich das Objektiv bzw. der Objektivkörper 4 in besonders
vorteilhafter Weise in X-, Y- und Z-Richtung bewegen, und zwar derart,
dass eine pumpartige Bewegung auf die Immersionsflüssigkeit
ausgeübt
wird. Diese Bewegung hat zum Ziel, auf die in der Immersionsflüssigkeit
enthaltenen Luftblasen Druck auszuüben, so dass diese ausgasen
können.
Dazu wird der Objektivkörper 4 in
Z-Richtung aufwärts
und abwärts
bewegt. Diese Bewegung lässt
sich der in 14b gezeigten Bewegungsfolge
entnehmen und ist dort durch die Pfeile 51, 52 angedeutet.
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Die
Adhäsionskräfte bewirken,
dass der Immersionsfilm nicht abreißt, solange eine relativ kleine Z-Bewegung
ausgeführt
wird. Vielmehr wird der Immersionsfilm gedehnt und gestaucht, wodurch
sich die pumpende Bewegung ergibt, die das Gas in der Immersionsflüssigkeit
zum Rand bewegt, so dass ein Ausgasen erfolgen kann.
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Zusätzlich ist
es möglich,
dass der Objektivkörper 4 beispielsweise
mittels eines Objektträgertisches
in X- und Y-Richtung bewegt wird. Dadurch wird der Immersionsfilm
regelrecht verschmiert. Bezugszeichen 54 kennzeichnet in 14c eine mäanderförmige Tischbewegung,
in der sich der Tisch bewegt. Die Adhäsionskräfte der Immersionsflüssigkeit bewirken
eine gleichmäßige Verteilung
des Immersionsmediums im Bereich zwischen der äußeren Linse am Objektträger.
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Hinsichtlich
weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung
wird zur Vermeidung von Wiederholungen auf den allgemeinen Teil
der Beschreibung sowie auf die beigefügten Patentansprüche verwiesen.
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Schließlich sei
ausdrücklich
darauf hingewiesen, dass die voranstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele
der erfindungsgemäßen Vorrichtung lediglich
zur Erörterung
der beanspruchten Lehre dienen, diese jedoch nicht auf die Ausführungsbeispiele
einschränken.