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Die Erfindung betrifft eine Halterung für einen Objektträger, ein Mikroskop und ein Verfahren zum Steuern eines Mikroskops. In nahezu allen derzeit bekannten Systemen, in denen ein Objektträger verwendet wird, um die zu untersuchende Probe in ein Mikroskop einzuführen, geschieht dies auf ähnliche Art und Weise. Üblicherweise wird ein Objektträger, also meistens eine einfache, rechteckige Glasplatte, mit zwei metallischen Klammern in eine ausgefräste Mulde gepresst. Dabei sind die Metallklammern so beschaffen, dass sie einen geeigneten Druck auf den Objektträger ausüben, so dass der Objektträger soweit angedrückt wird, dass er sich nur noch wenig bewegen kann. Um einen Objektträger einlegen zu können sind die Metallklammern drehbar gelagert, so dass sie zum Wechseln des Objektträgers verschwenkt werden können, so dass sie keinen Druck mehr auf den Objektträger ausüben. Der freiliegende Objektträger kann dann aus der Mulde gehebelt und entnommen werden. Das Einsetzen eines neuen Objektträgers erfolgt in umgekehrter Reihenfolge.
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Das Einlegen eines Objektträgers ist somit aufgrund der Vielzahl von nötigen Arbeitsschritten recht aufwendig und nur eingeschränkt automatisierbar. Der Benutzer muss mit beiden Händen arbeiten und kann sich an den Metallklammern verletzen oder seine Handschuhe beschädigen. Beide Halteklammern müssen verdreht werden. Die Halteklammern können auch die Probe beschädigen und sind schwer zu reinigen, so dass Kontaminationen der Proben nicht ausgeschlossen sind.
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Es ist darüber hinaus wünschenswert, die Präzision der Positionierung des Objektträgers zu verbessern. Dies gilt sowohl für die Reproduzierbarkeit der Positionierung beim mehrfachen Einlegen desselben Objektträgers als auch hinsichtlich einer konstanten Aufrechterhaltung der gleichen Position während eines längeren Experiments, beispielsweise beim Abrastern einer Probe mit einem konfokalen Mikroskop. Insbesondere kann sich hierbei der Objektträger horizontal verschieben, da die während einer horizontalen Bewegung zu überwindende Reibungskraft zwischen den Halteklammern und dem Glas des Objektträgers sehr gering ist. Bei Timelapse-Experimenten sinkt dadurch die Relokalisierbarkeit einer Objektposition.
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Die vorliegende Erfindung löst die angesprochenen Probleme durch eine Halterung für einen Objektträger mit einem Aufnahmebereich, der eine erste Auflagefläche und eine der ersten Auflagefläche gegenüber angeordnete zweite Auflagefläche, eine erste Gegenfläche, die die erste Auflagefläche zumindest teilweise überspannt und eine zweite Gegenfläche, die die zweite Auflagefläche zumindest teilweise überspannt, aufweist, wobei der Aufnahmebereich an drei Seiten von Seitenelementen begrenzt wird und an einer Seite eine Öffnung zum Einführen eines Objektträgers aufweist, und wobei innerhalb des Aufnahmebereichs zumindest ein Andruckelement angeordnet ist, das eine zum Inneren des Aufnahmebereichs hin gerichtete Rückstellkraft ausüben kann. Eine solche Rückstellkraft kann beispielsweise nach oben, nach unten oder in Richtung des gegenüberliegenden Seitenelements weisen.
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Mit anderen Worten weist die Halterung zwei einander gegenüber angeordnete Schlitze auf, in die der Objektträger seitlich eingeschoben werden kann. Mittels eines Andruckelements wird der eingelegte Objektträger in der Halterung fixiert. Das Andruckelement kann beispielsweise eine Feder, ein Elastomer oder ein ähnlicher elastischer Gegenstand sein. Das Andruckelement übt eine Klemmwirkung auf den Objektträger aus. Die durch das Andruckelement ausgeübte Kraft sollte groß genug sein, um den Objektträger in seiner Position zu halten und gegen unbeabsichtigte Bewegungen zu sichern, gleichzeitig aber ein einfaches, manuelles oder automatisches Entfernen des Objektträgers ermöglichen. Natürlich darf die Kraft auch nicht so groß sein, dass es zu Beschädigungen oder sogar einem Bruch des Objektträgers kommen kann. Die Oberfläche des Andruckelements kann relativ weich ausgestaltet sein, um eine Beschädigung oder ein Zerkratzen des Objektträgers zu vermeiden. Vorzugsweise wird ein flächiger Kontakt zwischen dem Andruckelement und dem Objektträger hergestellt. Das Andruckelement soll eine ausreichende Reibungskraft erzeugen, dass der Objektträger bei unbeabsichtigter Krafteinwirkung fest in seiner Position bleibt.
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Unter einem Objektträger wird insbesondere eine Vorrichtung verstanden, die ein Ensemble von metallischen oder biologischen oder sonstigen dreidimensionalen Proben, Zellen oder Gewebeschnitten zum Zwecke einer weiteren Bearbeitung oder Beobachtung, insbesondere zum Mikroskopieren, aufnehmen kann. Dies können insbesondere Glasträger, beispielsweise Wellplates oder Kammerslides, oder auch andere Spezialslides sein Die Rückstellkraft kann zumindest im Wesentlichen oder vollständig parallel zur Oberfläche des Objektträgers wirken. Hierdurch wird erreicht, dass die Rückstellkraft tatsächlich nur zur Fixierung des Objektträgers beiträgt und keine unerwünschten Spannungen verursacht. Es ist aber ebenfalls möglich, dass die Rückstellkraft im Wesentlichen senkrecht oder exakt senkrecht zur Oberfläche des Objektträgers wirkt. In diesem Fall wird der Objektträger zwischen den Auflageflächen und den Gegenflächen eingeklemmt, wohingegen er bei einer Rückstellkraft parallel zur Oberfläche des Objektträgers zwischen den Seitenelementen eingeklemmt wird.
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Die Auflagefläche kann eine Form ähnlich der aus dem Stand der Technik bekannten Halterungen für Objektträger aufweisen und beispielsweise eine ausgefräste Mulde darstellen. Die gesamte Halterung weist dabei eine großflächige Öffnung auf, so dass Licht die Öffnung durchdringen kann, so dass gehaltene Objekte mit einem Mikroskop untersucht werden können. Dabei definieren die beiden einander gegenüber liegenden Auflageflächen die Fläche, die für den Objektträger zur Verfügung steht. Es ist von Vorteil, wenn die beiden Auflageflächen einen Abstand voneinander aufweisen, der etwas kleiner als der einzulegende Objektträger ist. Der Abstand der einander gegenüber liegenden Seitenelemente sollte etwas größer als die Breite des einzulegenden Objektträgers sein. Quer zu diesem Abstand können die Auflageflächen eine Ausdehnung aufweisen, die deutlich größer als eine Seite eines Objektträgers ist. Beispielsweise können die Auflageflächen zumindest 1,5 mal, zumindest 2,0 mal oder zumindest 2,5 mal so lang sein wie eine Seite eines Objektträgers. Eine sinnvolle Konstruktion ergibt sich, wenn hier jeweils die kurze Seite des üblicherweise rechteckigen Objektträgers als Maß herangezogen wird. Der Objektträger kann dann zunächst auf die Auflageflächen gelegt und danach auf den Auflageflächen unter die Gegenflächen geschoben werden. Hierbei gelangt der Objektträger in den Wirkungsbereich des Andruckelements oder der Andruckelemente und wird festgeklemmt.
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Die Gegenflächen begrenzen den dem Objektträger zur Verfügung stehenden Raum nach oben hin, also in vertikaler Richtung, wohingegen die drei Seitenelemente die Bewegung des Objektträgers in horizontaler Richtung beschränken, so dass seine Position exakt festgelegt werden kann. Mit anderen Worten entspricht der Raum, der von den Auflageflächen, den Gegenflächen und den drei Seitenflächen definiert wird, genau den Abmaßen des einzulegenden Objektträgers plus einem kleinen Spielraum, der nötig ist, um den Objektträger einführen zu können.
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In absoluten Zahlen betrachtet sieht eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Objektträgers vor, dass ein vertikaler Abstand zwischen einer Auflagefläche und einer zugehörigen Gegenfläche zwischen 0,5 mm und 5 mm, bevorzugt zwischen 1,0 und 3,0 mm und besonders bevorzugt zwischen 1,0 und 2,0 mm liegt. Auf diese Weise kann die Halterung an handelsübliche Objektträger angepasst werden.
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Es ist mit Vorteil vorgesehen, dass die Gegenflächen zumindest im Wesentlichen parallel zu den Auflageflächen verlaufen. Auch ist es möglich, dass die Auflageflächen und die Gegenflächen im Rahmen der Fertigungsgenauigkeit exakt parallel zueinander verlaufen. Unter dem Merkmal, dass die Gegenflächen und die Auflageflächen zumindest im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen wird dabei insbesondere verstanden, dass die Auflageflächen und die Gegenflächen einen Winkel von weniger als 10°, bevorzugt weniger als 5°, äußerst bevorzugt weniger als 2° miteinander einschließen.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass eine Ausdehnung der Auflageflächen in einer ersten Richtung, die vorzugsweise der Einschubrichtung entspricht, zumindest doppelt so groß ist wie eine Ausdehnung der Gegenflächen. Eine solche Ausgestaltung erleichtert das Einlegen und Fixieren des Objektträgers in der Halterung.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Halterung sind das Andruckelement oder die Andruckelemente an den Seitenelementen angebracht. Es lässt sich so auf einfache Art und Weise eine Rückstellkraft realisieren, die ausschließlich in horizontaler Richtung oder zumindest im Wesentlichen in horizontaler Richtung auf den Objektträger wirkt und dadurch eine vorteilhafte Klemmwirkung entfaltet.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung sind in beiden Auflageflächen und/oder in beiden Gegenflächen Andruckelemente angeordnet. Auf diese Art und Weise kann die für eine Wechselwirkung von Andruckelement und Objektträger zur Verfügung stehende Fläche vergrößert werden. Es ist ebenfalls möglich, sowohl in den Seitenflächen als auch in den Auflageflächen und/oder in den Gegenflächen Andruckelemente anzuordnen.
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In einer zweckmäßigen Ausgestaltung bilden die Gegenflächen und die Auflageflächen mit zum Aufnahmeraum weisenden Oberflächen der Seitenelemente jeweils einen rechten Winkel. Die Form des Aufnahmeraums wird somit den üblicherweise quaderförmigen Objektträgern angeglichen.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist an zumindest einem der Seitenelemente eine Vorrichtung zum Detektieren eines mechanischen Kontakts oder ein Drucksensor angeordnet. Es lässt sich dann mit Hilfe des Sensors oder Kontakts feststellen, ob ein Objektträger in die Halterung eingelegt ist, sowie, ob der Objektträger Kontakt zu dem betreffenden Seitenelement aufgenommen hat und somit seine finale Position erreicht hat.
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Ein solcher Sensor oder Kontakt kann beispielsweise als Microschalter, als Lichtschranke, als kapazitiver, induktiver oder piezoresistiver Drucksensor, als piezoelektrischer oder frequenzanaloger Drucksensor, als Dehnungsmessstreifen oder unter Ausnutzung des Halleffekts ausgestaltet sein.
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Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn die Vorrichtung zum Detektieren eines mechanischen Kontakts oder der Drucksensor an dem der Öffnung zum Einführen eines Objektträgers gegenüber liegenden Seitenelement angeordnet ist. Dies ist üblicherweise die Rückwand der Halterung. So lange hier kein Kontakt zum Objektträger vorliegt, muss der Objektträger weiter in den Schlitz geschoben werden.
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Es ist möglich, dass entsprechende Kontakte oder Sensoren sowohl in einem oder mehreren der einander gegenüberliegenden Seitenelemente, üblicherweise also der Seitenwände, als auch in dem rückwärtigen Seitenelement, üblicherweise also der Rückwand, angeordnet sind. Es kann dann eine horizontale und vertikale Lageprüfung durchgeführt werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist ein hinteres Seitenelement die Form einer Rückwand auf, die eine Eingriffsmulde aufweist. Die Eingriffsmulde kann dabei derart dimensioniert sein, dass ein Benutzer mit einem oder mehreren Fingern in die Eingriffsmulde eingreifen kann, um den Objektträger aus der Halterung zu entfernen, indem er ihn in Richtung der Öffnung schiebt. Wenn die Halterung einen geschlossenen Rahmen aufweist, kann auch an der der Rückseite gegenüberliegenden Seite des Rahmens eine Eingriffsmulde angeordnet sein.
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Die Halterung kann vorteilhafterweise einen Halterahmen aufweisen, mit dem die Halterung an einem Mikroskoptisch befestigt werden kann. Es ist dadurch ein modularer Aufbau sowie ein einfaches Nachrüsten von bestehenden Mikroskopen möglich.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Abstand der Seitenelemente voneinander im Bereich einer Rückseite geringer ist als im Bereich der Öffnung zum Einführen eines Objektträgers. Auf diese Weise kann die Elastizität des Materials, aus der die Halterung hergestellt ist ausgenutzt werden, um die Rückstellkraft aufzubringen. Dies kann zusätzlich zu der Rückstellkraft des Andruckelements geschehen. In einer besonders für Objektträger aus Kunststoff geeigneten Ausführungsform kann auch ausschließlich die Rückstellkraft des Materials der Halterung genutzt werden. In diesem Fall stellen die Seitenelemente selbst das Andruckelement bzw. die Andruckelemente dar.
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Bevorzugt sind die Seitenelemente als Seitenwände ausgeführt. Auch durch dieses Merkmal wird erreicht, dass der Aufnahmeraum möglichst exakt der Form des Objektträgers entspricht. Weiterhin vereinfacht sich die Herstellung der Halterung. Unter einer Wand wird dabei insbesondere eine sich vertikal erstreckende, ebene Begrenzungsfläche verstanden.
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Es wird weiterhin vorgeschlagen, ein Mikroskop mit einer erfindungsgemäßen Halterung für einen Objektträger auszurüsten. Ein solches Mikroskop ist besonders einfach in der Handhabung.
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Darüber hinaus wird ein Verfahren zum Steuern eines Mikroskops mit dem Schritt
- a. Einführen eines Objektträgers entlang einer Einführungsrichtung in einen schlitzförmigen Aufnahmeraum einer Halterung für einen Objektträger, wobei der Objektträger so lange entlang der Einführungsrichtung bewegt wird, bis ein in einem hinteren Bereich des Aufnahmeraums angeordneter Sensor einen Kontakt zum Objektträger detektiert,
vorgeschlagen. Auf diese Art und Weise kann zuverlässig festgestellt werden, ob ein Objektträger eingelegt wird. Der Benutzer muss sich weniger auf das genaue Einlegen des Objektträgers konzentrieren und wird gerade in dunklen Umgebungen entlastet. Weiterhin wird so eine Automatisierung des Wechselns von Objektträgern möglich, da das Signal des Sensors für die Steuerung des automatischen Einlegens des Objektträgers genutzt werden kann. Dementsprechend kann das Einführen des Objektträgers manuell oder automatisch erfolgen.
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Eine Weiterbildung des beschriebenen Verfahrens erweitert das Verfahren um die Schritte
- b. Annähern eines Objektivs an den Objektträger so lange, bis ein in der Halterung angebrachter Drucksensor eine Veränderung des Drucks detektiert,
- c. Setzen eines Wertes eines Ist-Abstands zwischen Objektiv und Objektträger auf Null, und
- d. Einstellen des Ist-Abstands so, dass er dem bekannten freien Arbeitsabstand des Objektivs entspricht.
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Auf diese Art und Weise kann eine grobe Fokussierung auf ein auf dem Objektträger angeordnetes zu untersuchendes Objekt vorgenommen werden. Sobald der Drucksensor eine Veränderung des Drucks und somit einen Kontakt des Objektivs mit dem Objektträger detektiert, kann die Annäherungsbewegung des Objektivs sofort unterbrochen werden. Es kann so verhindert werden, dass der Benutzer während des Fokussierens den Objektträger oder sogar das Objektiv beschädigt.
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Im Anschluss kann eine Feinfokussierung erfolgen. Diese kann manuell oder automatisch erfolgen. Hierbei können weitere Regelparameter, die beispielsweise über eine Kamera erhalten werden können, genutzt werden.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
- 1 Eine perspektivische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Halterung in einem ersten Zustand,
- 2 eine Ansicht des erstens Ausführungsbeispiels in einem zweiten Zustand,
- 3 eine Ansicht des erstens Ausführungsbeispiels in einem dritten Zustand,
- 4 eine Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Halterung,
- 5 einen ersten Schritt beim Einlegen eines Objektträgers,
- 6 einen zweiten Schritt beim Einlegen eines Objektträgers,
- 7 einen dritten Schritt beim Einlegen eines Objektträgers,
- 8 einen vierten Schritt beim Einlegen eines Objektträgers,
- 9 eine Ansicht eines dritten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Halterung, und
- 10 eine Detailansicht einer erfindungsgemäßen Halterung sowie Teile eines Mikroskops.
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Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass die in den Figuren dargestellten Objektträger nicht zur erfindungsgemäßen Halterung gehören. Sie sind allerdings dargestellt, um die Funktion zu verdeutlichen. Erfindungsgemäße Halterungen können mit geringen Anpassungen für eine Vielzahl unterschiedlich ausgestalteter Objektträger hergestellt werden.
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1 zeigt eine schematische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Halterung 2. Die Halterung 2 weist einen umlaufenden Rahmen 4 auf, der eine Oberseite 6 und eine Unterseite 8 aufweist. Der Rahmen 4 ist rechteckig und grundsätzlich scheibenartig aufgebaut. In anderen Worten ist seine Ausdehnung in vertikaler Richtung deutlich kleiner als in den beiden horizontalen Richtungen. In dem Rahmen 4 ist eine Ausnehmung 10 angeordnet, die in etwa die Breite eines zur Anschauung ebenfalls dargestellten Objektträgers 12 aufweist. Unter „Breite“ soll hierbei die Ausdehnung des Objektträgers 12 entlang seiner längsten Seite verstanden werden. Ebenso ist die „Breite der Ausnehmung 10“ die Ausdehnung der Ausnehmung 10 entlang der in der Figur zur längsten Seite des Objektträgers 12 parallelen Seite. Die „Länge der Ausnehmung 10“ soll sich dazu im rechten Winkel erstrecken, unter der „Höhe“ ist jeweils die Ausdehnung entlang der kürzesten Seite zu verstehen.
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Einander gegenüber liegend und sich über die gesamte Länge der Ausnehmung erstreckend sind am Rand der Ausnehmung zwei Auflageflächen 14 angeordnet. Die Auflageflächen 14 weisen eine Breite von einigen Millimetern auf, so dass ein Objektträger dort sicher aufgelegt werden kann. Die Auflageflächen 14 können einstückig mit dem Rahmen 4 ausgeführt sein. Sowohl der Rahmen 4 als auch die Auflageflächen 14 bestehen aus Metall. Es ist möglich, die Auflageflächen 14 zu beschichten, beispielsweise mit einer Gleitschicht oder einer rutschhemmenden Schicht, um ein gewünschtes Verhalten beim Einlegen des Objektträgers 12 zu erhalten.
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Im hinteren Bereich der Ausnehmung 10, also im an die Rückseite 16 angrenzenden Bereich, sind beabstandet von den Auflageflächen 14 und parallel zu diesen Gegenflächen 18 angeordnet. Ihre Länge entspricht in etwa der Länge des Objektträgers 12 bzw. etwa der halben Länge der Ausnehmung 10. Der vertikale Abstand zwischen den Auflageflächen 14 und den Gegenflächen 18 ist dermaßen dimensioniert, dass der Objektträger 12 eingelegt werden kann, aber lediglich ein geringes Spiel in vertikaler Richtung hat. In anderen Worten ist der Abstand ein wenig größer als die Höhe des einzulegenden Objektträgers 12. Die jeweils übereinander angeordneten Auflageflächen 14 und Gegenfläche 18 definieren einen Hohlraum, der von dem einzulegenden Objektträger 12 eingenommen werden kann und in dem dieser gehalten wird. Die Gegenflächen 18 können ebenfalls einstückig mit dem Rahmen 4 ausgeführt sein. Beispielsweise kann der Zwischenraum zwischen den Auflageflächen 14 und den Gegenflächen 18 ausgefräst sein.
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An der Unterseite der Gegenflächen 18 sind Andruckelemente 20 angeordnet. Diese sind aus einem elastischen Material gefertigt und können in vertikaler Richtung komprimiert werden. Sie üben dann eine entgegen der Kompressionsrichtung gerichtete Rückstellkraft aus. Diese drückt einen eingelegten Objektträger 12 gegen die Auflagefläche, so dass ein unbeabsichtigtes Bewegen des Objektträgers 12 in horizontaler Richtung vermieden wird. Die Andruckelemente 20 sind im gezeigten Beispiel flächig ausgeführt und erstrecken sich über einen Großteil der Breite der Gegenflächen 18 sowie über etwas mehr als die Hälfte der Länge der Gegenflächen 18.
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Im hinteren Bereich des Rahmens 4 ist die Rückseite 16 zu erkennen. Sie ist in Form einer einfachen vertikalen Rückwand ausgeführt und weist eine Eingriffsmulde 22 auf, die eine abgerundete Ausnehmung darstellt und in etwa den Durchmesser eines menschlichen Fingers aufweist. Die Eingriffsmulde 22 erlaubt das einfache Entnehmen eines Objektträgers 12, indem der Objektträger 12 nach vorne geschoben wird. Der Objektträger 12 erreicht so einen Bereich, in dem die Auflageflächen 14 nicht von Gegenflächen 18 überdeckt werden. Der Objektträger 12 kann somit nach oben hin entnommen werden kann.
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In 1 ist eine Momentaufnahme während des Einlegens des Objektträgers 12 dargestellt. Der Objektträger 12 ist mit seiner hinteren Kante bereits auf die Auflageflächen 14 aufgelegt worden und wird in der Folge so verschwenkt, dass er parallel zur Oberfläche der Halterung 2 liegt und im Bereich, in dem Objektträger 12 und Auflagefläche 14 überlappen, vollflächig aufliegt. Der Objektträger 12 kann dann in Richtung des eingezeichneten Pfeils verschoben werden, so dass er zwischen den Auflageflächen 14 und den Gegenflächen 18 eingeklemmt wird. Der Objektträger 12 kann so weit in die Schlitze zwischen den Auflageflächen 14 und den Gegenflächen 18 eingeschoben werden, bis er an die Rückwand 16 anschlägt.
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2 zeigt das gleiche Ausführungsbeispiel wie 1, jedoch in einer Situation beim Entnehmen des Objektträgers 12. Der Objektträger 12 ist hier bereits aus der Messposition, in der er bis zum Hinteren Anschlag in Form der Rückwand 16 eingeschoben war, in die Entnahmeposition verschoben worden. Hierbei wurde der Objektträger 12 bis zum vorderen Anschlag in Form der Vorderwand 24 geschoben und wird nun entlang des eingezeichneten Pfeils so verschwenkt, dass er bequem entnommen werden kann. In der Messposition befindet sich der Objektträger vollständig im Aufnahmebereich.
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3 zeigt das gleiche Ausführungsbeispiel wie 1 und 2. Zur Verdeutlichung der Vielseitigkeit der Halterung ist ein von dem zuvor dargestellten Objektträger verschiedener Objektträger 26 dargestellt, der einen sich in vertikaler Richtung erstreckenden Aufbau aufweist, der vier Probenkammern 28 zur Verfügung stellt. Der dargestellte Objektträger 26 liegt bereits auf den Auflageflächen 14 auf und kann nun entlang des eingezeichneten Pfeils in die Messposition geschoben werden.
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4 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Halterung 2. Das gezeigte Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem in den 1 bis 3 gezeigten Beispiel. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen die gleichen Elemente. Zusätzlich sind jedoch zwei seitliche Andrucksensoren 30 sowie zwei rückwärtige Andrucksensoren 32 vorhanden. Die seitlichen Andrucksensoren 30 befinden sich dabei in den Seitenwänden 34 im hinteren Bereich zwischen den Auflageflächen 14 und den Gegenflächen 18. Die rückwärtigen Andrucksensoren 32 sind in der Rückwand 16 angeordnet.
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Die beiden rückwärtigen Andrucksensoren 32 ermitteln, ob die Probe korrekt bis zum hinteren Anschlagspunkt eingelegt wurde und ein Kontakt zwischen Objektträger 26 und Rückwand 16 besteht. Die beiden seitlichen Andrucksensoren 30 prüfen, ob auf den Objektträger 32 von unten Druck oder eine Druckänderung ausgeübt wird. Dieser Druck könnte z.B. von einem Objektiv ausgeübt werden, welches versehentlich den Objektträger 32 berührt. Durch die Andrucksensoren 30, 32 lassen sich nun mehrere Probleme lösen, welche bislang zu Brüchen von Objektträgern, zu defekten Objektiven und zu falschen Ansteuerungen führen konnten. Detaillierte Verwendungsmöglichkeiten der Sensoren werden weiter unten beschrieben.
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Die 5 bis 8 zeigen den Prozess des Einlegens eines Objektträgers 12 in die Halterung 2 anhand des ersten Ausführungsbeispiels, das auch in den 1 bis 3 gezeigt ist. 5 entspricht dabei 1: Der Objektträger 12 ist mit seiner hinteren Kante 36 auf die Auflageflächen 14 aufgelegt worden. Die vorderen Kanten der Gegenflächen 18 können hierbei als Anschlag für den Objektträger 12 dienen. Der Objektträger 12 wird nun so verschwenkt, dass sich die vordere Kante 38 nach unten bewegt und der Objektträger 12 schließlich plan auf den Auflageflächen 16 aufliegt.
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Nun ist der in 6 gezeigte Zustand erreicht. Der Objektträger 12 kann nun in Richtung der Rückwand 16 parallel zu den Auflageflächen 14 verschoben werden. Eine entsprechende Ansicht ist in 7 dargestellt. Der Objektträger 12 ist bereits zum Teil in den von den Auflageflächen 14 und den Gegenflächen 18 gebildeten Schlitz eingedrungen. Ein Teil seiner Oberfläche wird von den Gegenflächen 18 überdeckt. Im gezeigten Zustand kommt der Objektträger 12 gerade in Kontakt mit den Andruckelementen 20. Der Benutzer bemerkt dies anhand eines leicht erhöhten Widerstands in Schieberichtung.
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Der Objektträger 12 wird nun weiter geschoben, bis der in 8 gezeigte Zustand erreicht und das Einlegen des Objektträgers 12 in die Halterung 2 abgeschlossen ist. Der Objektträger 12 hat nun die Messposition erreicht. Mit seiner hinteren Kante 36 hat der Objektträger 12 nun Kontakt mit der Rückwand 16 der Halterung 2 aufgenommen. Der Objektträger 12 hat eine stabile Position eingenommen, aus der er nur mit einem durch die Ausgestaltung der Andruckelemente 20 einstellbaren Kraftaufwand herausbewegt werden kann. Eine ungewünschte Bewegung während des Messvorgangs wird so sicher vermieden.
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Das Entnehmen des Objektträgers 12 findet in umgekehrter Reihenfolge statt. Damit der Benutzer auch in der Messposition auf einfache Art und Weise eine horizontale Kraft auf den Objektträger 12 ausüben kann, um diesen in die Entnahmeposition zu verschieben, ist die Eingriffsmulde 22 an der Rückwand 16 angeordnet, in die der Benutzer mit einer Fingerspitze oder einem Fingernagel eingreifen kann.
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9 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Halterung 2. Merkmale, die sich nicht von den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen unterscheiden, werden an dieser Stelle nicht extra erwähnt, sind in der Figur aber ggf. durch gleiche Bezugszeichen gekennzeichnet.
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Gegenüber den bereits beschriebenen Ausführungsbeispielen weist die hier dargestellte Halterung 2 einen äußeren Halterahmen 40 auf. Dieser kann fest mit einem nicht dargestellten Mikroskop verbunden oder mit der Tischplatte des Mikroskopstages identisch sein. Der äußere Halterahmen 40 nimmt den inneren Rahmen 42 auf, der sehr ähnlich zu den weiter oben beschriebenen Ausführungsbeispielen aufgebaut ist. In den äußeren Halterahmen 40 können verschiedene, an die jeweiligen Probentypen adaptierte innere Rahmen 42 eingelegt werden. So kann das Mikroskop ohne aufwendige Umbauten für verschiedene Objektträger konfiguriert werden. Der Halterahmen 40 kann einen Anschluss 44 aufweisen, an den beispielsweise über eine Steckverbindung ein Stromanschluss und/oder ein Anschluss für eine Datenleitung realisiert werden kann.
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Die Andruckelemente 20 können ebenfalls an ein Leitungssystem 46 angeschlossen sein. An den Kontakten 48 können die Daten und/oder der Strom zwischen dem inneren Rahmen 42 und dem äußeren Halterahmen 40 übertragen werden. Auf diese Art und Weise können eine Vielzahl von Sensoren angeschlossen und betrieben werden.
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Die Sensoren können zum Beispiel Druckkontakte oder Drucksensoren sein, welche in den Andruckelementen 20 derart untergebracht sind, dass sie messen können, ob ein Objektträger 12 in die Halterung 2 eingelegt ist. Darüber hinaus können die Sensoren nicht nur auf einfachen Kontakt reagieren, sondern auch den Druck quantitativ auswerten, um damit den Druck, der durch einen Kontakt zwischen Objektiv 50 und Objektträger 12 aufgebracht wird, zu messen. Durch die Messung des Drucks kann das System dann erkennen, ob das Objektiv 50 Druck auf den Objektträger 12 ausübt und geeignete Gegenmaßnahmen treffen.
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Falls die Druckmessung ergibt, dass das Objektiv 50 den Objektträger 12 berührt und nach oben (inverses Mikroskop) oder nach unten (aufrechtes Mikroskop) wegdrückt, so dass die Gefahr besteht, dass der Objektträger 12 durch diesen Druck zerbrochen wird, so kann das System passend reagieren, z.B. indem es verhindert, dass der Anwender das Objektiv 50 weiter in Richtung des Objektträgers 12 bewegen kann, so dass der Objektträger 12 nicht zerstört werden kann.
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Gleichzeitig kann die Detektion eines Druckanstiegs aber auch ausgenutzt werden, um einen Fangbereich für den Fokus zu finden und die Position des Objektivs 50 automatisch einzustellen. Dazu wird ausgenutzt, dass der freie Arbeitsabstand für jedes Objektiv 50 bekannt ist. Wenn der Arbeitsabstand des Objektivs 50 beispielsweise 250 µm beträgt, dann kann die optimale Position, d.h. der Abstand des Objektivs 50 vom Objektträger 12, automatisch eingestellt werden, sobald ein Kontakt zwischen dem Objektiv 50 und dem Objektträger 12 mit Sicherheit detektiert worden ist. Im Moment der Berührung steigt nun der Druck auf die Andrucksensoren an, die dann ein entsprechendes Signal ausgeben. Mit diesem Signal als Trigger kann das System den Abstand des Objektivs 50 vom Objektträger 12 nun automatisch auf den Arbeitsabstand einstellen. Dies kann beispielsweise passieren, indem ein Wert für den Ist-Abstand auf null gesetzt wird, sobald ein Sensor einen Kontakt von dem Objektiv 50 mit dem Objektträger 12 detektiert. Hiervon ausgehend kann dann der Ist-Abstand auf den bekannten freien Arbeitsabstand des Objektivs 50 eingestellt werden. Das System befindet sich danach automatisch in etwa im Fokus. Durch einen anschließenden, nachgeschalteten Autofokusprozess kann dann der optimale Fokus leicht gefunden werden.
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Der innere Rahmen 42 kann durch kleine, in den Ecken des äußeren Halterahmens 40 angeordnete Magneten 52, die beispielsweise als Neodymmagnete ausgestaltet sein können, fixiert werden. Zusätzlich kann der innere Rahmen 42 über kleine, manuell eindrehbare Anfasser 54 fest in der aktuellen Lage angeschraubt werden. Die Anfasser 54 dienen zudem dazu, den inneren Rahmen 42 leicht entnehmen zu können. Der Anfasser 54 kann beispielsweise wie eine mit einem Handgriff ausgestattete Schraube ausgestaltet sein.
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Dabei wird automatisch über die Kontakte 48 eine Verbindung der elektrischen Leitungen des inneren Rahmens 42 mit dem äußeren Halterahmen 40 hergestellt, so dass die Leitungsführung an den Anschluss 44 weitergeleitet wird und so ein Anschluss der Stromversorgung und der Datenleitungen an die Außenwelt ermöglicht wird.
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Zusätzlich kann der innere Rahmen 42 einen kleinen Klemmraum 56 aufweisen, der zum Anschließen und/oder zur Aufnahme von Elektronikkomponenten, zum Beispiel einer Kamera oder einem Temperatursensor, vorbereitet ist.
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10 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt des in 9 gezeigten Ausführungsbeispiels. Es ist zu erkennen, dass der Objektträger 26 in die Messposition gebracht wurde. Von unten wird das Objektiv 50 angenähert. Diese Vorgehensweise ist üblich, der Benutzer sieht durch das Okular des Mikroskops und nähert das Objektiv 50 so lange dem Objektträger 26 an, bis er ein scharfes Bild sieht. In der dargestellten Situation hat die Annäherungsbewegung bereits zu einem unerwünschten Kontakt zwischen Objektiv 50 und Objektträger 26 geführt, was durch den kleinen Stern symbolisiert wird. Es besteht die Gefahr der Beschädigung des Objektträgers 26 und/oder des Objektivs 50. Der in 10 vergrößert dargestellte Andrucksensor 58 kann eine Kollision des Objektivs 50 mit der Unterseite des Objektträgers 26 erfassen. Eine geeignete Steuerung kann dann die weitere Bewegung des Objektivs 50 stoppen und optional das Objektiv 50 wieder etwas von dem Objektträger 26 entfernen, so dass ein Sicherheitsabstand eingehalten wird. Weiterhin ist der rückwärtige Drucksensor 32 zu erkennen.
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Der Andrucksensor 58 misst den an ihm anliegenden Druck. Er ist an der Unterseite der Gegenfläche 18 angebracht, so dass er eine aufwärts gerichtete Bewegung des Objektträgers 26 bzw. eine Erhöhung des aufwärts gerichteten Drucks detektieren kann. Natürlich ist es prinzipiell auch möglich, eine Druckverminderung eines auf der Oberseite der Auflagefläche 18 angeordneten Drucksensors als Eingangssignal zu verwenden.
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Tritt nun eine Druckänderung auf und überschreitet sie eine vorgegebene Schwelle, so kann die weitere Aufwärtsbewegung des Objektivs 50 automatisch unterbrochen werden und/oder eine Warnmeldung oder ein Signalton ausgegeben werden. Auf diese Weise kann ein Schaden an Objektiv 50 und/oder an dem Objektträger 12 vermieden werden. Die vorgegebene Schwelle ist in Figur graphisch durch ein schematisch dargestelltes Zeigerinstrument 60 veranschaulicht.
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Für ein aufrechtes Mikroskop, bei dem das Objektiv von oben in Richtung Probe gefahren wird, kann eine analoge Konstruktion erstellt werden. In diesem Falle sind die Andrucksensoren dann auf der Oberseite der Auflagefläche angeordnet, um im Falle einer Kollision eine Druckerhöhung detektieren zu können.
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Um den Halter universell sowohl für aufrechte als auch für inverse Mikroskope zugleich einsetzen zu können, kann der Halter mit mehreren Andrucksensoren ausgerüstet werden, die die beiden oben beschriebenen Prinzipien kombinieren. Es sind dann sowohl auf der Unterseite der Gegenflächen als auch auf der Oberseite der Auflageflächen Sensoren angeordnet.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Halterung
- 4
- Rahmen
- 6
- Oberseite
- 8
- Unterseite
- 10
- Ausnehmung
- 12
- Objektträger
- 14
- Auflagefläche
- 16
- Rückwand
- 18
- Gegenfläche
- 20
- Andruckelement
- 22
- Eingriffsmulde
- 24
- Vorderwand
- 26
- Objektträger
- 28
- Probenkammer
- 30
- seitliche Andrucksensoren
- 32
- rückwärtige Andrucksensoren
- 34
- Seitenwand
- 36
- hintere Kante
- 38
- vordere Kante
- 40
- äußerer Halterahmen
- 42
- innerer Rahmen
- 44
- Anschluss
- 46
- Leitungssystem
- 48
- Kontakt
- 50
- Objektiv
- 52
- Magnet
- 54
- Anfasser
- 56
- Klemmraum
- 58
- Andrucksensor
- 60
- Zeigerinstrument
