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Die
Erfindung betrifft ein Objektivwechselsystem für eine optische Messeinrichtung,
insbesondere eine Mikroskopeinrichtung, sowie ein Verfahren zum
Betreiben desselben.
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Hintergrund der Erfindung
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Objektivwechselsysteme
dienen dazu, Objektive, die in der Regel über unterschiedliche
optische Eigenschaften verfügen, in einer Messeinrichtung
bereitzustellen, so dass die Messeinrichtung mittels Auswahl eines
der Objektive für einen bestimmten Anwendungszweck eingestellt
werden kann. Solche Objektivwechselsysteme sind beispielsweise als
so genannte Objektivrevolver bekannt, bei denen mehrere Objektive
in einer drehbar gelagerten Aufnahmeeinrichtung angeordnet sind,
so dass ein ausgewähltes Objektiv mittels Drehen der Aufnahmeeinrichtung
in eine Stellung gebracht werden kann, in welcher das ausgewählte
Objektiv genutzt wird, nämlich eine Nutzungsstellung. In
gleicher Weise wird das Objektiv aus der Nutzungsstellung wieder
verlagert, um es in eine Nichtnutzungsstellung zu bringen, um dann
wahlweise ein anderes der mehreren Objektive für die experimentelle
Untersuchung zu verwenden.
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Aus
dem Dokument
DE
11 2004 000 341 T5 ist ein Mikroskopsystem mit mehreren
austauschbaren Objektivlinsen bekannt. Es ist ein Objektivlinsen-Wechslersystem
zum Abstützen der mehreren Objektivlinsen vorgesehen, welches
betätigbar ist, eine ausgewählte der Objektivlinsen
in einer optischen Achse des Mikroskopsystems zu platzieren. Jede
der mehren Objektivlinsen wird von dem Wechslerelement in solcher
Weise abgestützt, dass die Objektivlinse, wenn sie ausgewählt
wurde, jeweils unabhängig von den anderen koaxial zu einer optischen
Achse und relativ zu dem Wechslersystem verstellbar ist. Die Bewegung
koaxial zur optischen Achse mit Hilfe eines Stellgliedes dient dem
Fokussieren der ausgewählten Objektivlinse relativ zu einer Probe.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein Objektivwechselsystem für eine
optische Messeinrichtung sowie ein Verfahren zum Betreiben desselben
anzugeben, die eine möglichst einfache, aber doch mit ausreichender
Genauigkeit ausführbare Verlagerung wenigstens eines Objektivs
beim Objektivwechsel ermöglichen.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Objektivwechselsystem
für eine optische Messeinrichtung nach dem unabhängigen
Anspruch 1 sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Objektivwechselsystems
nach dem unabhängigen Anspruch 11 gelöst. Darüber
hinaus ist eine optische Messeinrichtung mit wenigstens einem Objektivwechselsystem
nach dem unabhängigen Anspruch 19 vorgesehen. Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von abhängigen
Unteransprüchen.
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Die
Erfindung umfasst den Gedanken eines Objektivwechselsystems für
eine optische Messeinrichtung, insbesondere eine Mikroskopeinrichtung, mit
wenigstens einem Objektiv, das in einer gestützten Aufnahmeeinrichtung
gelagert ist und mittels einer Verlagerungseinrichtung zwischen
einer Nutzungsstellung, in welcher das wenigstens eine Objektiv
zum Einstellen einer Objektivfokussierung koaxial zu einer optischen
Messachse verlagert werden kann, und einer Nichtnutzungsstellung
verlagerbar ist, in welcher die optische Messachse außerhalb
des wenigstens einen Objektivs verläuft, wobei das wenigstens
eine Objektiv mittels einer Bewegung relativ zu der Aufnahmeeinrichtung
zwischen der Nutzungsstellung und der Nichtnutzungsstellung verlagerbar ist.
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Nach
einem weiterem Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Betreiben
eines Objektivwechselsystems vorgesehen, insbesondere zum Wechseln
eines Objektivs in einer optischen Messeinrichtung, bei dem ein
Objektiv, welches in einer gestützten Aufnahmeeinrichtung
gelagert ist, mittels einer Verlagerungseinrichtung zwischen einer
Nutzungsstellung, in welcher das Objektiv zum Einstellen einer Objektivfokussierung
koaxial zu einer optischen Messachse verlagert werden kann, und
einer Nichtnutzungsstellung verlagert wird, in welcher die optische Messachse
außerhalb des Objektivs verläuft, wobei das Objektiv
mittels einer Bewegung relativ zu der Aufnahmeeinrichtung zwischen
der Nutzungsstellung und der Nichtnutzungsstellung verlagert wird.
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Während
bei dem eingangs erläuterten Stand der Technik ein ausgewähltes
Objektiv stets zusammen mit der Aufnahmeeinrichtung, in welcher das
ausgewählte Objektiv gelagert ist, bewegt wird, sieht die
Erfindung vor, ein Objektiv beim Verlagern zwischen der Nutzungsstellung
und der Nichtnutzungsstellung relativ zu der gestützten
Aufnahmeeinrichtung zu verlagern, also das Objektiv getrennt von der
Aufnahmeeinrichtung zu bewegen. Hierdurch entsteht einerseits eine
größere Flexibilität bezüglich der
von dem Objektiv jeweils einnehmbaren Stellungen. Darüber
hinaus wird nicht der Gesamtverbund von gestützter Aufnahmeeinrichtung
und hierin gelagertem Objektiv bewegt, wodurch eine geringere Masse
zu verlagern ist, was insbesondere im Fall von mehreren Objektiven
von Bedeutung ist.
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Die
gestützte Aufnahmeeinrichtung selbst muss nicht bewegt
werden, auch wenn für diese in möglichen Ausgestaltungen
ebenfalls eine Verlagerung vorgesehen sein kann, die sich dann mit
der Verlagerung des Objektivs überlagert. Eine solche Teilbewegung
muss jedoch nicht, wie dieses im Stand der Technik der Fall ist,
die gesamte Bewegungsstrecke zwischen Nutzungsstellung und Nichtnutzungsstellung
vollziehen. Vielmehr wird der Übergang zwischen diesen
beiden Stellungen für ein ausgewähltes Objektiv
unter Einbeziehung der Relativbewegung zu der gestützten
Aufnahmeeinrichtung erreicht. In einer Ausgestaltung kann vorgesehen sein,
dass die gestützte Aufnahmeeinrichtung bei der Relativbewegung
des oder der Objektive zwischen Nutzungsstellung und Nichtnutzungsstellung
in Ruhe verbleibt. Unabhängig von den übrigen
Einzelheiten der Verlagerungsbewegung kann diese vorzugsweise im
Wesentlichen als Horizontalverlagerung ausführbar sein.
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Das
vorgeschlagene Objektivwechselsystem und das Verfahren zum Betreiben
desselben können insbesondere in beliebigen Mikroskopeinrichtungen, beispielsweise
einem Lichtmikroskop, eingesetzt werden, bei denen zur Umsetzung
verschiedener Messaufgaben mit einem oder mehreren optischen Objektiven
gearbeitet wird. Im einfachsten Fall handelt es sich bei den Objektiven
um Objektivlinsen. Ein Objektiv kann auch mit einer Einzellinse
gebildet sein.
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Eine
bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Verlagerungseinrichtung
konfiguriert ist, das wenigstens eine Objektiv bei der Bewegung
relativ zu der Aufnahmeeinrichtung zwischen der Nutzungsstellung
und der Nichtnutzungsstellung in einer Richtung quer zu der optischen
Messachse zu verlagern. Hierbei kann die Verlagerungseinrichtung konfiguriert
sein, die Bewegung in einer Ebene quer zu der optischen Messachse
als gekrümmte oder gerade Bahnbewegung auszuführen.
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Bei
einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung
kann vorgesehen sein, dass das wenigstens eine Objektiv in der Aufnahmeeinrichtung
auf einer zugeordneten Auflagefläche angeordnet sind und die
Verlagerungseinrichtung konfiguriert ist, das wenigstens eine Objektiv
bei der Bewegung relativ zu der Aufnahmeeinrichtung zwischen der
Nutzungsstellung und der Nichtnutzungsstellung auf der zugeordneten
Auflagefläche zu verlagern. Bevorzugt ist die Verlagerungseinrichtung
konfiguriert, das wenigstens eine Objektiv mittels Ziehen und/oder
Schieben auf der zugeordneten Auflagefläche zu verlagern.
In der Auflagefläche kann die Bewegungsbahn gekrümmte
oder gerade Bahnabschnitte oder eine beliebige Kombination hiervon
umfassen. Auch kann in einer Ausführungsform vorgesehen
sein, dass die Verlagerungseinrichtung einen Schwenkarm umfasst,
mit dem das wenigstens eine Objektiv auf der zugeordneten Auflagefläche
verlagert wird.
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Bei
einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein,
dass das wenigstens eine Objektiv mit einer zugeordneten Fassung
gebildet ist. Die Fassung dient üblicherweise zur Aufnahme
der optische Elemente des Objektivs, insbesondere einer oder mehrerer
Linsen. Die zugeordnete Fassung kann beim Vorsehen mehrerer Objektive
für die verschiedenen Objektive hinsichtlich wesentlicher
Merkmale wie beispielsweise der äußeren Gestaltung
gleich sein oder sogar vollkommen identisch ausgeführt
sein. Eine gleiche äußere Gestaltung ermöglicht
es beispielsweise, ein gleiches Greif- oder Aufnahmeelement zum
Aufnehmen und/oder Verlagern der Objektive zu den verschiedenen
Zwecken zu nutzen.
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An
der zugeordneten Fassung ist in einer Fortbildung der Erfindung
eine Standfläche gebildet. Die Standfläche kann
beispielsweise dazu genutzt werden, das wenigstens eine Objektiv
auf der zugeordneten Auflagefläche abzustellen.
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Eine
vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass
das wenigstens eine Objektiv über die zugeordnete Fassung
in der Aufnahmeeinrichtung an eine zugeordnete Führung
koppelt und die Verlagerungseinrichtung konfiguriert ist, das wenigstens
eine Objektiv bei der Bewegung relativ zu der Aufnahmeeinrichtung
zwischen der Nutzungsstellung und der Nichtnutzungsstellung entlang
der zugeordneten Führung zu verlagern. Die Verlagerungseinrichtung
kann bevorzugt konfiguriert sein, das wenigstens eine Objektiv bei
der Bewegung entlang der zugeordneten Führung, die auch
für mehrere Objektive gemeinsam oder getrennt gebildet
sein kann, zu ziehen oder zu schieben oder eine Kombination hiervon
auszuführen. Auch kann die Ausgestaltung mit der zugeordneten
Führung mit der Weiterbildung kombiniert werden, bei der
die zugeordnete Auflagefläche gebildet ist. In einer Ausgestaltung verläuft
die zugeordnete Führung im Wesentlichen quer zu der optischen
Messachse. Die zugeordnete Führung kann als eine Schlitzführung
gebildet sein mit einem geraden oder einem gekrümmten Verlauf oder
einer beliebigen Kombination solcher Führungsabschnitte.
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Bei
einer zweckmäßigen Fortbildung ist vorgesehen,
dass die Verlagerungseinrichtung mit einem bewegbaren Bauteil gebildet
ist, welches konfiguriert ist, die Bewegung des wenigstens einen
Objektivs relativ zu der Aufnahmeeinrichtung zwischen der Nutzungsstellung
und der Nichtnutzungsstellung mittels einer Aus-/Einfahrbewegung
zu bewirken. Das bewegbare Bauteil kann zum Beispiel konfiguriert
sein, die Aus-/Einfahrbewegung mittels Schwenken eines Schwenkarmes
auszuführen. In einer anderen Ausgestaltung führt
das bewegbare Bauteil eine geradlinige Bewegung beim Aus- und Einfahren aus.
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Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen
sein, dass die Verlagerungseinrichtung mit einem drehbaren Bauteil
gebildet ist, welches konfiguriert ist, die Bewegung des wenigstens
einen Objektivs relativ zu der Aufnahmeeinrichtung zwischen der
Nutzungsstellung und der Nichtnutzungsstellung mittels einer Drehbewegung zu
unterstützen. In einer möglichen Ausführungsform rollt
das drehbare Bauteil zur Verlagerung des wenigstens einen Objektivs
auf einer äußeren Oberfläche des Objektivs
ab, beispielsweise auf einer äußeren Gehäuseoberfläche.
Aufgrund der hierbei auftretenden Reibung wird das Objektiv verlagert.
Unterstützend oder alternativ können auf dem drehbaren Bauteil
und dem Objektiv ineinander greifende Strukturen, beispielsweise
in Form einer Zahnradkonfiguration, vorgesehen sein, die die Relativverlagerung unterstützend
wirken.
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Bei
einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung der
Erfindung kann vorgesehen sein, dass mehrere Objektive gebildet
sind und die Verlagerungseinrichtung konfiguriert ist, beim Verlagern
eines ersten der mehreren Objektive in die Nutzungsstellung ein
zweites der mehreren Objektive, welches zuvor in der Nutzungsstellung
angeordnet ist, aus der Nutzungsstellung zu verlagern. Hierbei ist
die Verlagerungseinrichtung bevorzugt konfiguriert, das erste Objektiv
lediglich aus der Nutzungsstellung herauszuführen, beispielsweise
mittels Schieben, Ziehen oder Drücken. Es kann aber auch
vorgesehen sein, dass aufgrund des Verlagerns des zweiten Objektivs in
die Nutzungsstellung das erste Objektiv aus der zuvor eingenommenen
Nutzungsstellung in seine zugeordnete Nichtnutzungsstellung gelangt.
Eine Weiterbildung der Erfindung kann vorsehen, dass die mehreren
Objektive in der gestützten Aufnahmeeinrichtung paarweise
gegenüberliegend angeordnet sind.
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Eine
vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht eine weitere
Verlagerungseinrichtung vor, die konfiguriert ist, das wenigstens
eine Objektiv in der Nutzungsstellung zum Einstellen der Objektivfokussierung
koaxial zu der optischen Messachse mit einer Fokuseinstellgenauigkeit
zu verlagern. Die weitere Verlagerungseinrichtung kann getrennt
oder wenigstens teilweise mit der Verlagerungseinrichtung kombiniert
ausgeführt sein. Zweckmäßig ist sie in
einer Weiterbildung konfiguriert, das Einstellen der Objektivfokussierung
in Bezug auf eine zu untersuchende Probe im Wesentlichen als eine
Vertikalbewegung auszuführen. Beispielsweise umfasst die
weitere Verlagerungseinrichtung ein Greifelement, welches konfiguriert
ist, das Objektiv zu greifen und zu verlagern. Bei der Aufnahme
des Objektivs mittels der weiteren Verlagerungseinrichtung kann
gegebenenfalls noch eine Korrektur relativ zur optischen Messachse
in Querrichtung erfolgen, um anschließend das Objektiv
koaxial zur optischen Messachse zu positionieren. Dieses kann beispielsweise
dann vorgesehen sein, wenn die Verlagerungseinrichtung zum Verlagern
des Objektivs zwischen Nutzungsstellung und Nichtnutzungsstellung
eher eine Grobverlagerungseinrichtung ist, wohingegen die weitere
Verlagerungseinrichtung eine Feinverlagerungseinrichtung ist, die
konfiguriert ist, das Objektiv mit der Fokuseinstellgenauigkeit
zu positionieren. Hierbei kann vorgesehen sein, dass die weitere
Verlagerungseinrichtung das Objektiv selbst in der Fokusstellung
hält. Aber auch ein Halten des Objektivs in der Fokusstellung
mit Hilfe einer zugeordneten Halteeinrichtung kann vorgesehen sein.
In diesem Fall erfolgt praktisch eine Übergabe des Objektivs
von der weiteren Verlagerungseinrichtung an die Halteeinrichtung.
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Im
Zusammenhang mit den vorteilhaften Ausgestaltungen des Verfahrens
zum Betreiben eines Objektivwechselsystems gelten die in Verbindung
mit den zugehörigen Weiterbildungen des Objektivwechselsystems
genannten Vorteile und Ausgestaltungsvarianten entsprechend.
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Das
Objektivwechselsystem und das Verfahren zum Betreiben desselben
können zum Beispiel in beliebigen Mikroskopeinrichtungen
eingesetzt werden, bei denen zu Mess- und Untersuchungszwecken von
einem oder mehreren Objektiven Gebrauch gemacht wird. Hierbei können
Objektive beliebiger Art mit dem Objektivwechselsystem und dem Verfahren
zum Betreiben desselben verwendet werden. Insbesondere entfalten
sich die Vorteile der vorgeschlagenen Technologien in Verbindung
mit einem Lichtmikroskop. Aber auch bei anderen optischen Messeinrichtungen
kann das Objektivwechselsystem eingesetzt werden, wenn ein oder
mehrere Objektive zwischen Nutzungs- und Nichtnutzungsstellung zu verlagern
sind.
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Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
der Erfindung
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
unter Bezugnahme auf Figuren einer Zeichnung näher erläutert. Hierbei
zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung eines Objektivwechselsystems für
eine Mikroskopeinrichtung in Vorderansicht und
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2 eine
schematische Darstellung des Objektivwechselsystems nach 1 in
Draufsicht.
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Gemäß 1 umfasst
ein Objektivwechselsystem zwei Objektive 1, 2,
bei denen es sich beispielsweise um Objektivlinsen oder einer jeweilige Anordnung
mehrerer Linsen handelt und die mit einer jeweiligen Fassung 1a, 2a versehen
sind, die eine Art Gehäuse bildet. Ein erstes Objektiv 1 ist
auf einer Auflagefläche 3 einer gestützten
Aufnahmeeinrichtung 4 in einer Nichtnutzungsstellung angeordnet. Ein
zweites Objektiv 2 wurde mit Hilfe einer Verlagerungseinrichtung 5,
die Greifelemente 5a, 5b aufweist, von der Auflagefläche 3 koaxial
zu einer optischen Achse 6 vertikal angehoben und befindet
sich in einem Arbeitsabstand zu einer Probe in einem Mikroskopierbereich 7.
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2 zeigt
eine schematische Darstellung des Objektivwechselsystems aus 1 in
Draufsicht. Es ergibt sich, dass das zweite Objektiv 2,
bevor es in die in 1 gezeigte Stellung gebracht
wurde, zunächst über die Auflagefläche 3 und
entlang einer mit einer Schiene 8 gebildeten Führung
in eine Nutzungsstellung verlagert wurde, in welcher die optische
Achse 6 durch das zweite Objektiv 2 verläuft. In
der zunächst eingenommenen Nutzungsstellung befindet sich
das zweite Objektiv 2 noch entfernt von dem Mikroskopierbereich 7,
aber bereits im Wesentlichen zentriert um die optische Achse 6.
Die Verlagerung auf der Auflagefläche 3 erfolgt
mit Hilfe von drehbaren Bauteilen 9a, 9b, die
auf einer äußeren Oberfläche der Objektivgehäuse 1a, 2a abrollen
und so die Verlagerung zwischen Nutzungsstellung und Nichtnutzungsstellung
bewirken. Um die drehbaren Bauteile 9a, 9b in
Kontakt mit den Objektivfassungen 1a, 2a eines
ausgewählten Objektivs zu bringen, werden Schwenkarme 10a, 10b verlagert.
Die Schwenkarme 10a, 10b werden zurück
verlagert in die in 2 dargestellte Aus gangsstellung,
wenn das ausgewählte Objektiv entlang der Auflagefläche 3 in
die gewünschte Stellung gebracht wurde.
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Die
in der vorstehenden Beschreibung, den Ansprüchen und der
Zeichnung offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl
einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung
der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen von
Bedeutung sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 112004000341
T5 [0003]