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Die Erfindung betrifft eine Objektivfassung mit einem Präparate- sowie Einklemmschutz für Objektive, insbesondere Mikroobjektive an einem Mikroskop, bestehend aus einer äußeren, starren Objektivhülse mit einer Einheit zur Aufnahme an eine Schnittstelle des Mikroskops, vorzugsweise an ein Mikroskopstativ sowie einem in der Objektivhülse federnd und axial beweglich angeordneten Sicherheitselement, welches das Objektiv enthält.
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Bei Mikroobjektiven besteht mit zunehmender Automatisierung der Vorgänge bei offen zugänglichen Mikroskopen die Gefahr, dass sich ein Bediener, beispielsweise beim Fokussieren zwischen Objektiv und einem Präparat die Finger einklemmt.
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Um derartige Unfälle zu vermeiden sind aus dem Stand der Technik, z.B. aus
US 6507433 B2 oder
AT 197096 B verschiedene Lösungen für Objektivfassungen mit Präparate-, beziehungsweise Objektivschutz bekannt, bei denen ein inneres, meist federnd bewegliches Fassungsrohr, welches das Objektiv enthält und gegenüber einem starren Objektivtrichter bei Berührung des Objektivs zurückweicht, wodurch eine Beschädigung des Präparates, beziehungsweise des Objektivs vermieden wird.
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In
DD 274687 A1 wird beispielsweise eine Objektivfassung mit einem federnden, abhebbaren Präparateschutz beschrieben, welcher sowohl für Trockenobjektive, als auch für Immersionsobjektive geeignet ist. Dabei weist ein äußerer starrer Objektivtrichter mittige Öffnungen auf, durch die ein federnd gelagertes, axial verschiebbares Fassungsrohr direkt zum Anheben handhabbar ist. Damit ist eine Vergrößerung des Arbeitsabstandes zwischen dem Objektiv und dem Präparat fehlerfrei möglich.
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Die bekannten Ausführungen zum Schutz eines Präparates, beziehungsweise des Objektivs sind nur dann geeignet, wenn die Antriebe zum Fokussieren manuell bedient werden. Wird der Fokus jedoch automatisch, beispielsweise mit Hilfe eines motorisch fahrbaren Tisches eingestellt, besteht die Gefahr, dass ein Bediener sich trotz Präparateschutz die Finger oder die Hand einklemmt, wenn der Federweg vom Präparateschutz aufgebraucht ist.
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Ausgehend davon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde eine Objektivfassung mit Präparate- und Einklemmschutz dahingehend weiter zu bilden, dass neben der Vermeidung einer Kontaktierung zwischen Präparat und Objektiv bei einer automatisiert ablaufenden Mikroskopie eine Verletzung des Bedieners ausgeschlossen ist.
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Diese Aufgabe wird mit einer Objektivfassung mit Sicherheitselement der eingangs beschriebenen Art mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen 2 bis 12 angegeben.
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Erfindungsgemäß ist zum Zwecke der Einhaltung des Einklemm- und Präparateschutz ein mit einer Steuereinheit gekoppelter Sensor vorhanden, wobei vorteilhafterweise zur Signalgebung durch den Sensor im Sicherheitselement ein in Richtung der Präparatehalterung (entlang der optischen Achse) ein einstellbares, mit dem Sensor über einen Andruckpunkt (Auslösepunkt) in Verbindung stehendes, Druckelement angeordnet ist.
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Um dieses zu ereichen ist ein Federweg vorgehalten. Dieser Federweg teilt sich auf in einen Schaltweg, der vom Startpunkt (untere Position des Sicherheitselementes, nicht ausgelöst) bis hin zum Schaltpunkt (Auslösepunkt am Sensor) und dem nachfolgenden Sicherheitsweg vom Schaltpunkt des Sensors aus bis hin zum Ende des Federweges (obere Position des Sicherheitselementes, mechanisch fester Anschlag) besteht. Vorteilhaft ist dabei der Abstand zwischen der Frontlinse des Objektivs und des Sicherheitselementes größer als der Federweg. Somit ist ein einklemmen, ein beschädigen des Präparates und Objektivs ausgeschlossen. Der Sensor ist vorteilhaft als Öffner ausgelegt, somit ist bei einem defekten Sensor immer die Sicherheit gegeben, die entsprechenden Stelleinheiten (Motoren) am Mikroskop fahren nur wenn ein Signal anliegt. Ist der Sensor einmal defekt, muss dieser dann werksseitig ausgetauscht werden.
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Das vom Sensor kommende Signal wird über das Steuerelement im Objektiv zur Einheit zur Aufnahme an eine Schnittstelle des Mikroskops mit den Kontaktflächen geleitet. Von dort aus gelangt das Signal über einen Kabelbaum an die Steuereinheit im Mikroskop. In dieser Steuereinheit wird das Signal vom Sensor verarbeitet, fällt das Signal weg werden die Antriebssysteme gestoppt.
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Je nach der Arbeitsaufgabe des Bedieners kann das Signal auch zu anderen Steuerungen am Mikroskop genutzt werden.
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Würde beispielsweise bei einem Federweg von 1,5 mm für den Präparateschutz nach etwa 0,3 mm das Signal unterbrochen, können damit alle Antriebssysteme gestoppt werden. Zusätzlich bleiben hier noch 1,2 mm Federweg als Sicherheit übrig, so dass ein Bediener des Mikroskops seine Finger zwischen dem Präparat und dem Objektiv unbeschadet herausziehen kann (Einklemmschutz).
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Zur Einstellung des Druckelementes wird zweckmäßigerweise eine Stellschraube verwendet, auf die hier aus Platzmangel verzichtet wurde, wobei auch andere Verstellelemente denkbar sind. In dieser Lösung wird das Druckelement über ein Hilfselement werksseitig in Position gestellt. Nachdem Die Position erreicht ist wird das Druckelement mit einem Befestigungszapfen gesichert.
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Um das Fassungsrohr ist ein vorteilhaft ausgestaltetes Sicherheitselement angebracht, das über einen Vorschraubring in axialer Richtung ist. Somit ist es möglich axiale Schwankungen durch die Justage des optischen Systems abzufangen und einen gleichbleibenden Sicherheitsabstand zwischen Frontlinse und Sicherheitselement bereit zu stellen. Dieser gleichbleibende Sicherheitsabstand begünstigt auch die Integration eines Beleuchtungsringes für eine Ringbeleuchtung in das Sicherheitselement.
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Ferner ist es von Vorteil, wenn mindestens ein, in Richtung des Präparates wirkendes sowie in seiner Federkraft einstellbares, Federelement vorhanden ist, wobei die Einstellung der Federkraft über in die Federaufnahme einbringbare Abstandsringe realisierbar ist.
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Vorteilhafterweise ist das Federelement, beziehungsweise sind die Federelemente als Spiral-Druckfedern ausgebildet, wobei auch andere Druckelemente in Verbindung mit der Realisierung eines Federweges ausgebildet sein können.
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Es wären auch Druckelemente ohne Federkraft denkbar. Nachteilig hierbei wäre jedoch, dass die Verletzungsgefahr (Einklemmen) des Bedieners sehr hoch ist.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann zum Zwecke der Signalgebung bei Berührung des Objektivs mit einem Präparateträger als Sensor eine am Objektiv in Richtung des Präparates orientierte druckempfindliche Folie angeordnet werden.
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Vorteilhafterweise ist in einem Beleuchtungsring des Objektivs ein Näherungssensor zur Signalgebung bei Erfassung von Präparaten, die kleiner sind, als der innere Bereich des Beleuchtungsringes selbst, angeordnet. Somit kann eine derartige Probe beim Eindringen in diesen Bereich erkannt werden, wobei und es zur Signalgebung durch den Sensor kommt.
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Es ist auch denkbar, dass die Frontlinse ebenfalls federnd gelagert ist und wie das Sicherheitselement in axialer Richtung bei Berührung zurückweichen kann.
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Ferner ist es von Vorteil, dass die Einheit zur Aufnahme an eine Schnittstelle des Mikroskops mit der starren Objektivhülse über eine gegen einen Anschlag wirkende Bajonettverbindung realisiert ist, diese Schnittstelle besteht vorzugsweise aus einem Bajonettflansch und einem Bajonettring. Über eine fest definierte Anschlagsposition im Bajonettring ist immer gewährleistet, dass der Bajonettflansch in der Schnittstelle Objektiv/Mikroskop lagegenau zum stehen kommt. Der Bajonettflansch ist dabei derart ausgeformt, dass dieser über die Gegenkontur des Bajonettringes derart eingreift, dass in der Anschlagposition die Einheit fest mit der Objektivhülse verbunden ist, wobei der Bajonettring Formen aufweist, die eine axiale Bewegung zwischen der Objektivhülse und der Einheit in der Anschlagstellung ausschließt. Durch diese Maßnahme kann eine sichere elektronische Kontaktierung in der Schnittstelle gewährleistet werden.
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Es ist auch vorstellbar die Schnittstelle zwischen Objektiv und Mikroskop mit einem Gewinde auszulegen, hierbei muss jedoch mit einem einsteckbaren Kabel für die elektronische Verbindung gearbeitet werden. Ebenso ist es vorstellbar, dass die Schnittstelle nur als Steckverbindung ausgelegt und der feste Sitz des Objektives in der Schnittstelle über Schrauben oder einen Vorschraubring realisiert ist. Auch hierbei muss ein einsteckbares Kabel für die elektronische Verbindung verwendet werden.
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Die Objektivhülse ist mit der Einheit zur Aufnahme an eine Schnittstelle des Mikroskops über das Trägerelement [26] und dem Fassungsrohr fest verbunden. Die Einheit zur Aufnahme an eine Schnittstelle beinhaltet einen vorteilhaft in der Nähe des Anschlages entsprechend angeordneten Haltezapfen.
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In Verbindung mit der ausgebildeten Nut im Bajonettring kann es daher nicht passieren, dass das Objektiv aus der Schnittstelle herausfällt, wenn das Objektiv noch nicht in der Arbeitsposition ist und der Bediener dieses möglicherweise loslässt.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind in der Einheit zur Aufnahme an eine Schnittstelle des Mikroskops Kontaktflächen zum Erfassen und Weiterleiten der Signale vom Sensor vorhanden.
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Denkbar wäre auch, dass durch eine Spannungsänderung am Objektivgehäuse ein Signal an die Steuereinheit übertragen wird, von der aus ein Abschalten der Antriebe bewirkt werden könnte. Da hätte jedoch den Nachteil, dass das System nach der Berührung des Gehäuses neu gestartet werden muss.
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Die erfindungsgemäße Objektivfassung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Dazu zeigen:
- 1: eine Schnittdarstellung durch das komplette Objektiv,
- 2: eine Darstellung der Anordnung des Sensors und des Druckelementes im Objektiv,
- 3: eine Darstellung des Verdrehschutzes zwischen der Objektivhülse und dem Sicherheitselement,
- 4: eine Darstellung des Federelementes,
- 5: eine Darstellung der Objektivhülse und der Einheit zur Aufnahme an eine Schnittstelle des Mikroskops mit der Schraube zum Verdrehschutz zwischen der Objektivhülse und dem Sicherheitselement, dem Langloch, in dem das Druckelement geführt ist,
- 6: eine Darstellung der Sensoreinheit mit Druckelement,
- 7: eine weitere Darstellung der der Objektivhülse und der Einheit zur Aufnahme an eine Schnittstelle des Mikroskops,
- 8: eine Darstellung der Einheit zur Aufnahme an eine Schnittstelle des Mikroskops mit den elektronischen Kontaktflächen,
- 9: eine Darstellung des mikroskopseitigen Teil 2 der Schnittstelle Objektiv/Mikroskop und
- 10:eine Darstellung einer Fahne, mit welcher eine Irisblende referenziert werden kann.
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1 zeigt das erfindungsgemäße federnd und axial um einen Federweg s beweglich angeordnete Sicherheitselement 22 mit einer äußeren, starren Objektivhülse 1, die mit einer Einheit 15 zur Aufnahme an eine nicht näher dargestellte Schnittstelle eines Mikroskops über ein Trägerelement 26 und einem Fassungsrohr 3 verbunden ist. Das Sicherheitselement 22 beinhaltet ein Trägerrohr 28, ein Druckelement 9 (aus 2), einen Beleuchtungsring 25 und ein Abschlusselement 29. Im Inneren der Objektivhülse 1, des Sicherheitselementes 22 und des Trägerelementes 26 befindet sich das Fassungsrohr 3, in welchem ein Objektiv 4 aufgenommen ist.
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Ferner ist aus 1 die Anordnung eines zum Zwecke der Vermeidung des Einklemmens und zum Schutz des Präparates und des Objektivs 4 die Anordnung des Druckelementes 9 und dem Sensor 6 zu entnehmen. Der Sensor 6 ist fest auf das Fassungsrohr 3 angebracht. Der Sensor (Mikroschalter) 6 mit seiner Auslösemechanik zur Signalgebung ist in 2 näher dargestellt. Die federnde Anordnung des Sicherungselementes 22 erfolgt dabei über in Richtung des Präparates wirkende Druckfedern 7, die in 4 näher zu sehen sind.
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In 2 ist der Sensor 6 sowie die zur Signalgebung erforderliche Auslösemechanik zu sehen. Sie besteht aus einem in Richtung der Präparatehalterung einstellbaren, mit dem Sensor 6 über einen Andruckpunkt (Auslösepunkt) 8 in Verbindung stehenden Druckelement 9. Das Druckelement 9 wird über einen Befestigungszapfen 10 fest in Position im Sicherheitselement 22 gehalten.
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Der Weg des Druckelementes 9 bis zum Auslösepunkt 8 am Sensor 6 wird nun vorteilhaft wie folgt eingestellt. Vorab ist das Sicherheitselement 22 auf den richtigen Abstand zur Frontlinse 5 einzustellen. Das ist wie schon erwähnt erforderlich, weil durch die Justage des optischen Systems des Objektivs 4 die Lage der Frontlinse 5 in Bezug auf die Einheit 15 schwankt. Der freie Arbeitsabstand zwischen der Frontlinse 5 und dem Präparat bleibt jedoch gleich. Aus diesem Grund muss nur der vorgegebene Abstand zwischen Frontlinse 5 und dem Abschlusselement 29 über den Vorschraubring 14 eingestellt werden, dazu drücken die Feder/n 7 das Trägerrohr 28 (aus 22) gegen den Vorschraubring 14. Somit ist das Sicherheitselement 22 ebenfalls auf die korrekte Höhe eingestellt. Das im Sicherheitselement 22 gehaltene Druckelement 9 ist nun so positioniert (mit Hilfe eine Hilfswerkzeuges), dass der Auslösepunkt 8 am Sensor 6 vorteilhaft nach 0,3 bis 0,5 mm Wegstrecke in axialer Richtung erreicht ist. Die verbleibende Wegstrecke des Federweges s von 1 bis 1,2 mm dient dann dem Einklemmschutz.
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Der Sensor 6 löst dabei über den Andruckpunkt 8 ein Signal aus, welches über Kabel (Leitungen) bis hin zu den Kontaktflächen 21 geleitet wird und von dort aus zu einer nicht dargestellten Steuereinheit weitergeleitet und entsprechend verarbeitet wird. Beispielsweise könnten bestimmte Antriebseinheiten, wie die zur Einleitung der Fokussierbewegung abgeschalten werden, so dass ein Verletzen des Präparates, der Objektives 4 oder des Bedieners ausgeschlossen werden.
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3 zeigt die Darstellung eines Verdrehschutzes zwischen der Objektivhülse 1 und dem Sicherheitselement 22. Dies erfolgt im vorliegenden Ausführungsbeispiel über eine in die Objektivhülse senkrecht zur optischen Achse 11 des Objektivs 4 eingebrachte Schraube 12, die so in das Sicherheitselement 22 eingreift, dass eine gegenseitige Verdrehung nicht möglich ist.
In Abhängigkeit von der Art der Sensorik ist es auch denkbar, auf den Verdrehschutz zu verzichten.
Ferner ist in 3 die Einheit 15 zur Aufnahme an eine Schnittstelle des Mikroskops über einen Bajonettflansch 2 (objektivseitig) zu sehen, wobei der Haltezapfen 19 in einen konzentrischen Kreisbogen mit Einführöffnung, als Nut 32 vom Bajonettring (in 9) (mikroskopseitig) eingreift.
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In 4 ist das Federelement 7 näher dargestellt. Es ist als Spiral-Druckfeder ausgebildet, deren Federkraft über in einen Federkäfig 30 einbringbare Abstandsringe 13 veränderbar ist. Ferner zeigt 4 die Höhenverstellung (axiale Bewegung) des Sicherheitselementes 22 innerhalb der Objektivhülse 1 über einen Vorschraubring 14.
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5 zeigt eine Darstellung des Objektives 4 komplett im geschlossenen Zustand mit der teilweise geschnittenen Objektivhülse 1 für die Sichtbarmachung des Druckelementes 9 mit dem Befestigungszapfen 10, der Einheit 15 zur Aufnahme an eine Schnittstelle des Mikroskops, den Verdrehschutz zwischen Objektivhülse 1 und dem Sicherheitselement 22 über die Schraube 12.
In 6 ist der als Mikroschalter ausgebildete Sensor 6 in Analogie zu 2 aus einer anderen Ansicht dargestellt. Er zeigt das einstellbare Druckelement 9, das über den Befestigungszapfen 10 in dem Sicherheitselement 22 fixiert ist, sowie den Andruckpunkt (Auslösepunkt) 8.
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Die 7 zeigt das Objektiv 4 komplett im geschlossenen Zustand mit der Objektivhülse 1 sowie der Einheit 15 zur Aufnahme an eine Schnittstelle des Mikroskops, die über den Vorschraubring 17 (3) am Fassungsrohr 3 und dem Trägerelement 26 (1) mit der Objektivhülse 1 verbunden ist. Ferner ist ein Haltezapfen 19 zu sehen, der dazu dient, dass in der Stellung Objektiv 4 in die Schnittstelle eingeschoben, das Objektiv nicht herausfallen kann.
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8 zeigt diese Einheit 15 aus der Draufsicht mit einer als Anschlag dienenden Anschlagsplatte 20 der Einheit 15 sowie den Haltezapfen 19. Ferner sind in 8 Kontaktflächen 21 zu sehen, von denen mindestens eine Kontaktfläche 21 zum Erfassen und Weiterleiten der Signale vom Sensor 6 dient. Von diesen Kontaktflächen 21 nehmen Kontaktstifte 34 (9] die Signalübertragung auf und von dort gelangt das Signal zur Steuereinheit.
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9 zeigt den mikroskopseitigen Teil 2 der Schnittstelle Objektiv/Mikroskop. Diese Schnittstelle besteht vorteilhaft aus einen Bajonettring 31, eine Einführöffnung 35 und die Nut 32 für den Haltezapfen 19 von der Einheit 15. Weiter sind die Kontaktstifte 34 zu sehen, die den Kontaktflächen 21 bei eingedrehtem Objektiv 4 gegenüber stehen. Gehalten und fixiert wird das Objektiv 4 in der Schnittstelle über ein Federelement 38, welches auf die Schrägen am Bajonettflansch 2 vom Objektiv 4 einwirkt. Zusätzlich kann über einen Zapfen 33 zum Kontern bei Vibrationen am Mikroskop verhindert werden, dass das Objektiv 4 sich in der Schnittstelle bewegt. Ebenfalls kann dieser Bajonettring 31 eine Irisblende 36 aufnehmen, die vorteilhaft als Aperturblende genutzt werden kann.
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10 zeigt noch eine Fahne 37 mit welche die Irisblende 36 referenziert werden kann. Somit kann diese Irisblende 36 auch motorisch angesteuert werden. Diese Ansteuerung kann zum Beispiel über eine Seilzugtechnik erfolgen, ist hier aber nicht dargestellt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Objektivhülse
- 2
- Bajonettflansch (Teil 1 der Schnittstelle, objektivseitig)
- 3
- Fassungsrohr
- 4
- Objektiv
- 5
- Frontlinse
- 6
- Sensor (Mikroschalter)
- 7
- Druckfeder
- 8
- Andruckpunkt (Auslösepunkt)
- 9
- Druckelement
- 10
- Befestigungszapfen -Schraube
- 11
- Optische Achse
- 12
- Schraube, Zapfen (dient zur Verdrehsicherung)
- 13
- Abstandsring
- 14
- Vorschraubring
- 15
- Einheit zur Aufnahme an eine Schnittstelle des Mikroskops (beinhaltet die 2; 19; 20 und 21)
- 16
- Nut im Fassungsrohr 3 hat nur den Zweck, das Gewinde vom Vorschraubring 17 lang genug halten zu können Zentrierstifte zur Justage des Bildstandes vom Objektiv 4
- 17
- Vorschraubring zur Befestigung der Einheit [15] auf das Fassungsrohr 3
- 18
- Abschlussblende
- 19
- Haltezapfen
- 20
- Anschlagplatte
- 21
- Kontaktfläche
- 22
- Sicherheitselement
- 23
- Langloch
- 24
- Steuereinheit im Objektiv
- 25
- Beleuchtungsring (Bestandteil des Sicherheitselementes 22)
- 26
- Trägerelement
- 27
- Anschlagfläche der Anschlagplatte
- 28
- Trägerrohr des Sicherheitselementes 22
- 29
- Abschlusselement des Sicherheitselementes 22
- 30
- Federkäfig
- 31
- Bajonettring im Mikroskop (Teil 2 der Schnittstelle, mikroskopseitig)
- 32
- Nut(darin läuft der Haltezapfen 19
- 33
- Zapfen zum Kontern (dient dazu das bei Vibrationen das gesamte Objektiv in der Schnittstelle feststeht)
- 34
- Federnde Kontaktstifte
- 35
- Einführöffnung für Haltezapfen 19
- 36
- Irisblende (nur zur Erklärung aufgenommen)
- 37
- Fahne zur Referenzierung der Irisblende (nur zur Erklärung aufgenommen)
- 38
- Federelement
- 39
- Objektivfassung
- S
- Federweg
