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Die Erfindung betrifft eine Objektivwechselvorrichtung für ein Mikroskopsystem sowie die Ausgestaltung eines Adapters eines Objektivs. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Zustellen eines Objektivs mit einem Adapter in die optische Achse eines Mikroskopsystems.
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In vielen modernen Verfahren der Mikroskopie ist eine hochgenaue Positionierung der jeweils zur Bilderfassung verwendeten Mikroskopobjektive erforderlich. So muss beispielsweise während der Aufnahme von Stapeln einzelner in Richtung einer optischen Achse des Mikroskopsystems hintereinanderliegender Bilder (Bilderstapel, z-Stacks) ein für die Bildaufnahme benutztes aktives Objektiv hochdynamisch und hochgenau bewegt werden können. Um den Mikroskopiervorgang an einem Objekt mit unterschiedlichen Vergrößerungen und Auflösungen realisieren zu können, ist zudem ein Wechsel zwischen verschiedenen Objektiven erforderlich.
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Die an einem Mikroskop vorgehaltenen Objektive sind üblicherweise in einem Objektivrevolver angeordnet und gehalten. Ein aktuell zur Bildaufnahme verwendetes oder vorgesehenes Objektiv befindet sich dabei in einer Arbeitsposition während die anderen in dem Objektivrevolver gehaltenen Objektive aus der Arbeitsposition ausgeschwenkt sind.
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Beim Fokussieren des jeweils in der Arbeitsposition befindlichen Objektivs wird der Objektivrevolver dabei mitsamt den aktuell nicht verwendeten Objektiven in Fokusrichtung - allgemein als Z-Richtung bezeichnet- bewegt. Es werden also bei jedem Fokussiervorgang die gesamte Masse aller aktuell nicht benutzten Objektive sowie die Masse des Objektivrevolvers verfahren, was hohe Halte- und Beschleunigungskräfte bedingt und eine massive Auslegung der Antriebsstrecke sowie der Führungen erfordert. Die große zu bewegende Masse führt zu einer hohen mechanischen Belastung und Vorspannung des Antriebsstranges und begünstigt nachteilige Drifteffekte. Außerdem werden sogenannte Stick-Slip-Effekte begünstigt, die Schwingungsanfälligkeit sowie der Verschleiß erhöht.
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Der exzentrische, d. h. außerhalb der optischen Achse des Mikroskopsystems liegende, Schwerpunkt des Objektivrevolvers übt ungünstige Hebelwirkungen auf die Führungen des Objektivrevolvers aus. Sind in dem Objektivrevolver unterschiedliche Objektive enthalten, führt ein Wechsel der Objektive außerdem zu einer Verlagerung des Schwerpunktes und damit zu einer veränderten Lastsituation. Dies wirkt sich ebenfalls negativ auf die Positioniergenauigkeit, den Erhalt des Bildausschnittes und die Genauigkeit der Objektivbewegungen aus.
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Es sind aus dem Stand der Technik Lösungen bekannt, bei denen nicht der gesamte Objektivrevolver in die Fokussierbewegung einbezogen ist.
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So ist in der
WO2004/077123 A2 ein Mikroskopsystem beschrieben, das ein Objektivübergabeelement mit einer Anzahl austauschbarer Objektive aufweist. Ein ausgewähltes Objektiv kann mittels des Objektivübergabeelements in die optische Achse des Mikroskopsystems gebracht werden. Jedes der Objektive ist unabhängig von den anderen Objektiven koaxial der optischen Achse bewegbar. Mittels eines Aktuatorelements kann das in der optischen Achse befindliche Objektiv unabhängig von den anderen Objektiven und ohne das Objektivübergabeelement zu bewegen fokussiert werden. Nachteilig ist, dass eine nicht hinreichend präzise Zustellung des ausgewählten Objektivs in die optische Achse nicht oder nur mittels passiv wirkender Justagemittel ausgeglichen werden kann.
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Die
DE 10 2007 058 341 A1 betrifft ein Objektivwechselsystem für eine optische Messeinrichtung, insbesondere eine Mikroskopeinrichtung, mit wenigstens einem Objektiv, das in einer gestützten Halterungseinrichtung gelagert ist und mittels einer Verlagerungseinrichtung zwischen einer Nutzungs- oder Arbeitsstellung, in welcher das wenigstens eine Objektiv zum Fokussieren koaxial zu einer optischen Messachse verlagert werden kann, und einer Nichtnutzungsstellung bewegt werden kann.
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Weitere technische Lösungen sind beispielsweise aus der
DE 10 2015 221 040 A1 bekannt. Dabei betrifft die dort beschriebene Erfindung ein Mikroskop aufweisend eine Objektivwechselvorrichtung mit einem Magazin zur Aufnahme einer Anzahl von Objektiven an jeweiligen Magazinpositionen und mit einer zur Aufnahme eines Objektivs ausgebildeten und in einem optischen Strahlengang des Mikroskops angeordneten Objektivaufnahme. Das Mikroskop ist gekennzeichnet durch eine zum Transport jeweils eines ausgewählten und eine Objektivhalterung aufweisenden Objektivs, wobei der Transport zwischen seiner an eine Übergabeposition zugestellten Magazinposition und der Objektivaufnahme mittels einer Objektivzustelleinrichtung erfolgt. Während des Transports des Objektivs verbleibt die Objektivaufnahme in dem optischen Strahlengang.
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Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Objektivwechselvorrichtungen treten entweder die oben erläuterten Nachteile hinsichtlich der vergleichsweise geringen Präzision und Wiederholgenauigkeit auf oder es sind lange Zustellwege der Objektive erforderlich.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde eine Möglichkeit zur präzisen und wiederholgenauen Zustellung wenigstens eines ausgewählten aktiven Objektivs in eine gewünschte Position vorzuschlagen und dabei die Nachteile des Standes der Technik zu reduzieren.
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Die Aufgabe wird durch eine Objektivwechselvorrichtung für ein Mikroskopsystem, einen Adapter für ein Objektiv sowie ein Verfahren zum Zustellen eines mit einem Adapter versehenen und in einer Objektivhalterung gehaltenen Objektivs gemäß den unabhängigen und nebengeordneten Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die Objektivwechselvorrichtung für ein Mikroskopsystem weist ein Objektivübergabeelement (fortan auch kürzer: Übergabeelement) mit wenigstens einer Objektivhalterung zur Halterung eines mit einem Adapter versehenen Objektivs auf. Dabei ist das Objektivübergabeelement dazu ausgebildet, ein ausgewähltes aktives Objektiv gesteuert einer Übergabeposition zuzustellen. Das Objektiv besitzt eine optische Achse, die nachfolgend auch als Objektivachse bezeichnet wird. Die Objektivachse des aktiven Objektivs fällt in der Übergabeposition nicht mit der optischen Achse des Mikroskopsystems zusammen. Weiterhin weist die Objektivwechselvorrichtung eine Übernahmevorrichtung auf, die in Richtung der optischen Achse des Mikroskopsystems verstellbar ist und die mit dem Adapter des aktiven Objektivs in Kontakt bringbar ist. Die Übernahmevorrichtung ist zum Transport des aktiven Objektivs entlang einer Transportstrecke zwischen der Übergabeposition und einer Arbeitsposition in der optischen Achse des Mikroskopsystems in einer zur optischen Achse des Mikroskopsystems im Wesentlichen orthogonalen Transportrichtung ausgebildet.
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Erfindungsgemäß ist die Transportstrecke kürzer als die Ausdehnung der Objektivhalterung in der Transportrichtung, sodass sich mindestens Bereiche des Adapters des an der Arbeitsposition befindlichen aktiven Objektivs noch innerhalb der Ausdehnung der Objektivhalterung befinden. Die Länge der Transportstrecke wird dabei als kürzeste Strecke, beispielsweise als orthogonaler Versatz, von der Übergabeposition zur Arbeitsposition gemessen. Der Adapter gilt auch noch als in der Objektivhalterung befindlich, wenn sich in einer Draufsicht aus Richtung der optischen Achse des Mikroskopsystems mindestens Bereiche des Adapters des an der Arbeitsposition befindlichen aktiven Objektivs noch innerhalb der Ausdehnung der Objektivhalterung befinden. Ein Herausheben des Objektivs mit dem Adapter aus der Objektivhalterung ist daher möglich.
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Distanzen zwischen der Objektivachse eines sich in der Übergabeposition befindlichen Objektivs und der optischen Achse des Mikroskopsystems betragen vorzugsweise wenige Millimeter, beispielsweise 1, 2, 3, 5, 10, 20 oder 30 Millimeter, abhängig von dem Durchmesser des Objektivs. Die Distanz beträgt vorteilhaft beispielsweise ein Zehntel, ein Fünftel, ein Viertel ein Drittel, die Hälfte oder höchstens Dreiviertel des Durchmessers des Objektivs.
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Die Übernahmevorrichtung ist in einer vorteilhaften Ausführung der Objektivwechselvorrichtung koaxial zur optischen Achse des Mikroskopsystems verfahrbar. Um das Objektiv aus der Objektivhalterung zu entnehmen, ist die Übernahmevorrichtung zum Ausheben des aktiven Objektivs ausgebildet. Dazu ist die Übernahmevorrichtung beispielsweise gesteuert motorisch in Richtung der optischen Achse verfahrbar.
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Nachfolgend wird davon ausgegangen, dass ein Objektiv immer mit einem Adapter versehen ist. Aus Sicht der rein mechanischen Erfordernisse könnten die Vorgänge der Zustellung in die Übergabeposition und in die Arbeitsposition auch allein mit dem Adapter ausgeführt werden.
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Ein wichtiger Aspekt der Objektivwechselvorrichtung besteht in einer präzisen und wiederholgenauen Positionierung des aktiven Objektivs in der optischen Achse des Mikroskopsystems. Dazu ist die Objektivaufnahme mit Justierflächen versehen, an denen das aktive Objektiv mit zur Anlage an den Justierflächen ausgebildeten Anlageflächen des Adapters angelegt werden kann. Die Anlageflächen und die Justierflächen sind hinsichtlich ihrer Form, Dimension und Genauigkeit so gestaltet und gefertigt, dass ein jeweiliges mit den Anlageflächen an den Justierflächen anliegendes aktives Objektiv parallel zur optischen Achse des Mikroskopsystems ausgerichtet ist. Die Objektivachse des aktiven Objektivs fällt dann mit der optischen Achse des Mikroskopsystems zusammen.
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Die Reproduzierbarkeit der Position ist über die Anlageflächen und Justierflächen erreicht. Diese bilden beispielsweise eine Dreipunktauflage oder eine Dreipunktanlage. Zum Beispiel kann eine solche Positionierung mittels eines zum optischen Strahlengang justierten Schwalbenelements und durch eine Klemmung der Anlageflächen und Justierflächen gegeneinander mittels des Greifers realisiert sein.
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Um eine ideale Dreipunktklemmung zu erreichen, kann ein konischer Sockel des Adapters, beispielsweise eine Ringschwalbe, entsprechend in Teilsegmente unterbrochen ausgeführt sein, sodass nur zwei Teilsegmente (Anlageflächen) im Eingriff mit jeweiligen Justierflächen sind und Anlagepunkte definieren. Ein dritter Anlagepunkt kann über ein Federelement im Greifer realisiert sein, das als Justierfläche fungiert und gegen eine weitere Anlagefläche des Adapters geführt wird.
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Statt einer Ringschwalbe können auch drei Kugeln am Boden des Adapters vorhanden sein, die nach unten und seitlich etwas aus dem Adapter ragen. Somit können zum einen eine Dreipunktauflage auf einer Fläche der Objektivaufnahme und gleichzeitig eine Dreipunktanlage in lateraler Richtung an der Objektivaufnahme realisiert werden.
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In einer weiteren Ausführungsmöglichkeit der erfindungsgemäßen Objektivwechselvorrichtung sind die Justierflächen als schräge Flächen, beispielsweise in Form liegender V-Nuten, ausgebildet. Die Justierflächen können unter 120° zueinander und zum Anlagepunkt des Greifers verteilt sein.
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Das Objektivübergabeelement kann beispielsweise als ein Revolver, ein Streifenmagazin, als ein Kettenmagazin, Förderband oder Schieber ausgebildet sein. Auch eine Übergabe aus einem Regalmagazin mittels eines Roboterarms ist möglich. Der Bestückungsvorgang des Objektivübergabeelements kann sowohl händisch als auch durch einen Bestückungsautomaten, welcher ein zusätzliches Objektivmagazin bereitstellen kann, erfolgen.
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In einer Ausführung der Objektivwechselvorrichtung weist das Objektivübergabeelement mindestens eine Objektivhalterung auf, die als eine Gabel ausgebildet ist. Eine gabelförmige Objektivhalterung erlaubt beispielsweise eine Bewegung des Objektivs in der Transportrichtung ohne dabei das Objektiv vollständig, beispielsweise parallel zur optischen Achse, aus der Objektivhalterung herausheben zu müssen.
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Eine gabelförmige Objektivhalterung kann U-förmig mit zueinander im Wesentlichen parallelen Schenkeln gestaltet sein. Diese Ausführungsmöglichkeit wird beispielsweise in aufrechten Anordnungen eingesetzt, die über ein weiteres Halteelement verfügen, mittels dem ein Adapter auch bei Rotationsbewegungen des Übergabeelements sicher gehalten wird. In weiteren Ausführungsmöglichkeiten kann die gabelförmige Objektivhalterung leicht geschlossen sein, das heißt dass die Enden der Schenkel einander angenähert sind.
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In diesem Falle ist es vorteilhaft, wenn wenigstens die Enden der Schenkel federn gestaltet sind, so dass ein Adapter unter einem leichten Aufbiegen der Enden in die Objektivhalterung eingeschoben beziehungsweise aus dieser entnommen werden kann. Befindet sich das Objektiv mit dem Adapter in der Objektivhalterung, liegen die Enden der Schenkel an dem Adapter an und halten ihn auf diese Weise in der Objektivhalterung fest. Dazu ist es von Vorteil, wenn die äußeren Abmessungen des Adapters mit den inneren Abmessungen der jeweiligen Objektivhalterung derart korrespondieren, dass der Adapter -und mit diesem das Objektiv- mit nur geringem Spiel in der Objektivhalterung aufgenommen wird. Diese Ausführung ist beispielsweise für inverse Anordnungen geeignet. Es kann dabei auf ein weiteres Halteelement verzichtet werden.
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Die Objektivwechselvorrichtung kann sowohl für eine inverse als auch für eine aufrechte Anordnung des aktiven Objektivs ausgelegt sein. Dabei befinden sich bei einer inversen Anordnung das aktive Objektiv und die Übernahmevorrichtung unterhalb der Objektebene, in der eine zu beobachtende Probe angeordnet werden kann (Probenebene). Das aktive Objektiv ist von unten auf die Objektebene gerichtet und sitzt auf der Objektivhalterung auf. In einer aufrechten Anordnung befinden sich das aktive Objektiv und die Übernahmevorrichtung oberhalb der Objektebene. Das aktive Objektiv hängt in der Objektivhalterung. Dazu kann die Objektivhalterung ein Halteelement aufweisen, auf welchem der Bund des jeweiligen Objektivadapters aufliegt. Verallgemeinernd ausgedrückt weist jede Objektivhalterung eine Sperreinrichtung auf, durch deren Wirkung der Adapter in der Objektivhalterung mindestens in einer Richtung parallel zur optischen Achse gesperrt ist. Diese Sperreinrichtung kann das bereits erwähnte Halteelement in einer aufrechten Anordnung oder ein Rand der Objektivhalterung in einer inversen Anordnung sein, auf dem der Adapter mit einem Bund aufsitzt.
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Ist die Objektivwechselvorrichtung als eine aufrechte Anordnung ausgebildet, können die Objektive in einer möglichen Ausführungsform zur Bestückung des als Magazin fungierenden Übergabeelements aus einer seitlichen Richtung in einen Spalt zwischen der jeweiligen Objektivhalterung, beispielsweise wieder gabelförmig ausgeführt, und der Sperreinrichtung, beispielsweise dem zusätzlichen Halteelement, eingeschoben werden.
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Die Objektivhalterung kann wie oben beschrieben als federnde Gabel ausgebildet sein. Es ist in einer weiteren Ausführungsmöglichkeit der Erfindung möglich, dass die Objektivhalterung etwa U-förmig ausgebildet ist und das weitere Halteelement in Form eines federnden Gabelgelenkes ausgelegt ist.
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Beim Einsetzen des Objektivs, mit gleichem Adapter wie bei der inversen Anordnung, werden die Enden der Schenkel der Gabel durch den ausgeübten seitlichen Druck des Adapterbundes geöffnet und aufgrund der gefederten Ausführung der Gabel nach Erreichen der Endlage des Objektives um dessen Bund wieder zugezogen. Das Objektiv wird somit sicher bei Bewegungen des Übergabeelements gehalten.
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Alternativ können die Gabeln so ausgeführt sein, dass der Objektivadapter nicht durch die Öffnung der Gabel, sondern quer zur Ebene in der sich die Gabel mit ihren Schenkeln erstreckt, eingesetzt wird.
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Dazu wird der jeweilige Adapter über ein weiteres, federndes Halteelement, beispielsweise über eine federnde Rast, bewegt. Dieses weitere Halteelement wird dabei beispielsweise erst seitlich weggedrückt und greift dann in eine entsprechend geformte Struktur des Adapters ein. Die Federkraft des weiteren Halteelements ist vorteilhaft so dimensioniert, dass die Masse (beziehungsweise die resultierende Gewichtskraft) des jeweiligen Objektivs und gegebenenfalls die jeweiligen Massen aller anderen verwendbaren Objektive, gegen die Schwerkraft und eventuelle Beschleunigungskräfte gehalten werden. Ein verwendeter Antrieb zum Bewegen der Übernahmevorrichtung in Richtung der Z-Achse (Z-Antrieb) muss diese Haltekraft überwinden können.
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Als Z-Antrieb können z. B. Grobtriebe und/oder Feintriebe, Schrittmotorantriebe und/oder Piezoantriebe verwendet sein. Die Übernahmevorrichtung kann an einem Stativ befestigt sein. Eine präzise und reibungsarme Führung der in Z-Richtung bewegten Übernahmevorrichtung kann beispielsweise mittels Gleit-, Kugel-und/oder Rollenführungen realisiert sein.
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Es können auch ein oder mehrere schaltbare Elektromagnete verwendet werden, um die jeweiligen Objektive und/oder Adapter in der Objektivhalterung, dem Übergabeelement oder in der Übernahmevorrichtung zu halten. Diese Elektromagnete werden abgeschaltet sobald die Klemmung des Adapters durchgeführt ist.
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Alternativ können auch Permanentmagnete an Adapter und Übergabeelement vorhanden und so ausgeführt sein, dass deren entgegengesetzte Pole sich gegenüber stehen und einander anziehen. Durch eine translatorische Bewegung senkrecht zur optischen Achse des Mikroskopsystems oder eine Drehbewegung beispielsweise um die optische Achse des Objektivs kann diese Magnetkraft aufgehoben werden. Es können in einer weiteren Ausführung der Erfindung weitere Magnete angeordnet sein, die nach einer translatorischen Bewegung oder Drehbewegung den Magneten des Adapters gleicher Polung gegenüberstehen. Die gegeneinander gerichteten gleichen magnetischen Pole heben die Haltekraft auf beziehungsweise stoßen sich zusätzlich ab.
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Um mit dem aktiven Objektiv Bilddaten erfassen zu können muss dieses in den Strahlengang des Mikroskopsystems gebracht werden. Die Objektivachse des aktiven Objektivs und die optische Achse des Mikroskopsystems müssen dabei zusammenfallen. Dazu weist die Übernahmevorrichtung in einer vorteilhaften Ausführung der Objektivwechselvorrichtung einen Greifer auf, der zum Eingriff in das aktive Objektiv ausgebildet ist. Der Greifer ist in der Transportrichtung gesteuert verschiebbar. Außerdem ist eine Objektivaufnahme beziehungsweise eine Objektivaufnahmefläche vorhanden, die als Transportbahn für das mittels des Greifers verschobene aktive Objektiv und zur Aufnahme des aktiven Objektivs in der optischen Achse des Mikroskopsystems ausgebildet ist. Mittels der Übernahmevorrichtung, insbesondere mittels des Greifers, ist der Adapter mit seinen Anlageflächen gegen die Justierflächen bewegbar.
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Für die laterale Bewegung des Greifers können u. a. folgende Antriebe genutzt werden: Motor mit Spindeltrieb, Kurvenscheibe, Riementrieb, Seilzug, Zahnstange-Ritzel-Antrieb, SMA/FGL-Draht-Antrieb (FGL = Formgedächtnislegierung, smart metal alloy), Piezoantriebe, verstellbare Keile, Mutter-Spindel-Paarungen oder andere Aktoren zur Umwandlung von einer Dreh- in eine Linearbewegung.
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Um eine Bewegung des aktiven Objektivs in Z-Richtung entlang der optischen Achse des Mikroskopsystems zu ermöglichen, kann ein mechanisches Element, beispielsweise ein motorisch angesteuerter Hebel, gegen die Federkraft des Halteelementes wirken und die Gabel so weit aufdrücken, bis das Objektiv in Z-Richtung frei beweglich ist. Die Enden der Gabelschenkel können in Nuten geführt sein, um das Objektiv gegen die Schwerkraft in dem Übergabeelement zu halten.
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Die Objektivwechselvorrichtung ist mit einem optischen Element kombinierbar, das bei Bedarf in den Strahlengang des Mikroskopsystems bewegt werden kann. Das optische Element ist in einer möglichen Ausführung der Erfindung ein motorischer DIC-Schieber (DIC = Differentialinterferenzkontrast; differential interference contrast). Um das optische Element in beziehungsweise aus dem Strahlengang bewegen zu können, ist im Adapter ein Schacht für das optische Element, insbesondere für den DIC-Schieber vorgesehen. Jedem Objektiv kann ein eigenes optisches Element zugeordnet sein, das auch bei einer Rückführung des aktiven Objektives in das Übergabeelement am jeweiligen Objektiv beziehungsweise Adapter verbleibt. Es ist in einer solchen Ausführung vorteilhaft nur ein Antrieb für alle optischen Elemente vorhanden. Dieser Antrieb greift immer nur auf das optische Element des jeweils aktiven Objektivs zu, positioniert dieses für die jeweilige Anwendung, beispielsweise eine DIC-Anwendung, feinfühlig oder zieht das optische Element bei Nichtverwendung aus dem Strahlengang. Im Weiteren wird das optische Element am Beispiel eines DIC-Schiebers näher ausgeführt.
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Der DIC-Schieber kann fest mit dem Adapter verbunden sein und unabhängig von seinem aktuellen Nutzungszustand an dem Adapter verbleiben. Es ist auch möglich, dass der DIC-Schieber in den Schacht des jeweils aktiven Objektivs eingeschoben und aus dem Schacht entnommen werden kann. Im Sinne dieser Beschreibung ist ein entnehmbarer DIC-Schieber nicht fest mit dem Adapter verbunden.
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In weiteren Ausführungen der Erfindung ist ein Schlitten vorhanden, der in die optische Achse des Mikroskopsystems beziehungsweise aus der optischen Achse des Mikroskopsystems beweglich ist. Der DIC-Schieber ist mittels des Schlittens in die optische Achse des Mikroskopsystems beziehungsweise aus der optischen Achse des Mikroskopsystems bewegbar. Dazu kann der Schlitten motorisch angetrieben und steuerbar sein. Er kann in weiteren Ausführungsmöglichkeiten auch manuell in beziehungsweise aus dem Strahlengang des Mikroskopsystems bewegbar ausgebildet und beispielsweise an der Übernahmevorrichtung angebracht sein.
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Der Schlitten kann mit wenigstens einem Magnet versehen sein, mittels dem eine lösbare Haltekraft zwischen Schlitten und DIC-Schieber erzeugbar ist. Die lösbare Haltekraft kann beispielsweise mittels steuerbaren Elektromagneten und/oder mittels Permanentmagneten erzeugbar sein. Werden Permanentmagnete eingesetzt, sind Abstreifer erforderlich, die bei Bedarf die Haltekraft überwinden und Schlitten und DIC-Schieber voneinander trennen.
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Zur Positionierung oder Entnahme des DIC-Schiebers aus dem Strahlengang des aktiven Objektivs fährt beispielsweise ein Schlitten mit einem Magnet an die Koppelstelle des DIC-Schiebers heran und dockt an diesem an. Alternativ kann auch ein anderer Koppelmechanismus zwischen Schlitten und DIC-Schieber, z. B. federnde Elemente, elektrisch schaltbare Magnete oder mechanische wirkende Koppelmechanismen, genutzt werden. Nach der Rückführung des DIC-Schiebers in den Schacht des Adapters muss die Kopplung wieder gelöst werden. Im Falle von Permanentmagneten wird der Abstreifer benötigt, um gegen die Haltekraft der Magnetkopplung zwischen DIC-Schieber und Magnet am Schlitten zu wirken, indem er den DIC-Schieber an seiner Position im Schacht hält, während der Schlitten wieder zurückfährt. Dieser Abstreifer kann auf dem Greifer montiert sein, der gleichzeitig die Funktion haben kann, den Adapter beziehungsweise den Adapter mit dem Objektiv wieder Richtung Übergabeelement zurück zu schieben, wenn der Greifer geöffnet wird.
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Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Objektivwechselvorrichtung besteht darin, dass sich an der Übernahmevorrichtung lediglich ein einzelnes Objektiv befindet und in Z-Richtung zugestellt, also bewegt, werden muss. Dadurch muss mit dem Antriebsstrang nur noch die Masse des aktiven Objektivs bewegt werden. Die Auswirkungen von Trägheit und des stick-slip-Effektes sinken. In Folge dessen lässt sich das bewegte Objektiv schnell abbremsen und beschleunigen und somit ein schneller Fokussiervorgang ermöglichen. Die erfindungsgemäße Objektivwechselvorrichtung besitzt gegenüber Lösungen gemäß dem Stand der Technik daher deutlich verbesserte Dynamikeigenschaften.
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Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass durch die geringere Masse die Eigenfrequenz der Objektivwechselvorrichtung steigt, was die Schwingungsamplituden bei gleicher Anregungsenergie reduziert und die Anfälligkeit beispielsweise gegenüber Gebäudeschwingungen erheblich herabsetzt. Die sich daraus ergebende geringere dynamisch bedingten Abweichungen führen zu einer verbesserten Auflösung eines erfassten Bildes über die Zeit der Bilderfassung. Im Gegensatz dazu bedingt eine Kombination aus großer Masse und geringer Steifigkeit, wie diese beispielsweise aus der Bauraumanordnung bekannter Objektivwechselvorrichtungen herrührt, eine geringe Eigenfrequenz.
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Die erfindungsgemäße Objektivwechselvorrichtung ist in dem gesamten Gebiet der Mikroskopie mit den verschiedensten Objektiven, angefangen bei Weitfeld- über konfokale Mikroskope bis hin zur Lichtblattmikroskopie (light-sheet microscopy), aber auch bei einem Weißlichtinterferometer anwendbar.
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Die Erfindung umfasst auch einen Adapter zur Verwendung mit einem Objektiv in einer erfindungsgemäßen Objektivwechselvorrichtung.
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Der Adapter besitzt einen Bund zur Auflage auf der Objektivhalterung, mittels dem der Adapter in der Objektivhalterung gehalten ist beziehungsweise gehalten werden kann. Er weist außerdem Vorsprünge und/oder Einbuchtungen auf, die zu entsprechend geformten Führungen der Übernahmevorrichtung korrespondieren. Als Einbuchtungen des Adapters sind auch Abflachungen des äußeren Umfangs des Adapters zu verstehen. Beispielsweise können eine oder mehrere seitliche Abflachung(-en) am Adapter und seitlichen Führungsflächen an der Übernahmevorrichtung vorhanden sein. Die Vorsprünge und/oder Einbuchtungen sowie die dazu korrespondierenden Führungsflächen bewirken, dass die Ausrichtung des Adapters während des Transports entlang der Transportstrecke beibehalten wird. Wenigstens einer der Vorsprünge und/oder Einbuchtungen des Adapters kann eine Anlagefläche aufweisen.
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Eine Sicherstellung der relativen Ausrichtung des Adapters ist beispielsweise für die Verwendung des DIC-Schiebers von Bedeutung und erlaubt außerdem eine elektrische Kontaktierung des Adapters und/oder eine Übergabe von Medien von beziehungsweise zu dem Adapter. Das Beibehalten der Orientierung des Adapters in dem Übergabeelement kann beispielsweise über Führungsstifte im Übergabeelement und Nuten im Bund des Adapters erreicht sein.
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In einer weiteren möglichen Ausführung der erfindungsgemäßen Objektivwechselvorrichtung kann eine Übergabestelle von Medien in flüssiger oder gasförmiger Form sowie von Gemischen (Aerosole, Gele) an das Objektiv und/oder den Adapter vorhanden sein. Diese Übergabestelle kann z. B. für eine, vorzugsweise automatisierte, Immersion über das Objektiv oder für ein Absaugen von Immersionsflüssigkeit, sowie für ein Temperieren des Objektivs genutzt werden.
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Die Übergabe und/oder Übernahme von Medien kann mittels entsprechend ausgebildeter Zu- und Ableitungen sowie zueinander passender Koppelelemente erfolgen. Zusätzlich können Pumpen, Sensoren sowie Medienreservoire vorhanden sein, um einen Medienaustausch zu ermöglichen. Eine Steuereinheit kann mit den Pumpen und/oder Sensoren verbunden sein, um den Medienaustausch zu regeln beziehungsweise zu steuern.
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Von Vorteil ist, dass die Übergabestelle zum Zu- und/oder Abführen des Mediums nicht beispielsweise an einem Übergabeelement wie einem drehbaren Revolver angebracht werden muss, bei dem die Drehbewegung somit eingeschränkt wäre und eine gegebenenfalls aufwändige und teure Drehdurchführung vorzusehen wäre.
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Ein erfindungsgemäßer Adapter kann mit einem Objektiv versehen und in einem Mikroskopsystem verwendet sein.
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Gegenüber bekannten Lösungen aus dem Stand der Technik weisen eine erfindungsgemäße Objektivwechselvorrichtung und ein erfindungsgemäßer Adapter einige Vorteile auf.
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So wird das aktive Objektiv parallel der optischen Achse des Mikroskopsystems zugestellt, verbleibt aber dennoch leicht versetzt zum Strahlengang des optischen Systems. Der geringe Weg, der für eine Zustellung aus der Übergabeposition in die Arbeitsposition erforderlich ist, erlaubt kurze Zustellzeiten und einen geringen mechanischen Verschleiß.
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Des Weiteren kann die Schnittstelle zwischen Objektivadapter und Übernahmevorrichtung mit elektrischen Kontaktierungen z. B. für eine Objektiverkennung, für Objektive mit integrierter Beleuchtung, für Objektive mit integrierter Kamera (Übersichtsobjektiv) oder für motorische Objektive ausgeführt sein. Beispielsweise können in der Übernahmevorrichtung Kontaktstifte und/oder Kontaktflächen vorhanden sein, die mit Kontaktstiften beziehungsweise Kontaktflächen des Adapters in elektrisch leitende Verbindung gelangen, wenn der Adapter in die Arbeitsposition gebracht oder in der Übernahmevorrichtung aufgenommen ist.
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Verschiedene Abgleichlängen von Objektiven können durch entsprechend vorgehaltene, d.h. abrufbar gespeicherte und bei Bedarf einstellbare Zustellwege in Z-Richtung oder durch unterschiedliche Adapterlängen kompensiert werden. Des Weiteren kann der Adapter für verschiedene Objektivschnittstellen, z. B. für verschiedene Gewindegrößen und Bajonettvarianten, ausgelegt werden.
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Die hochdynamische Positionierung des aktiven Objektivs kann mit vergleichsweise geringer Masse und hoher Steifigkeit insbesondere der Übernahmevorrichtung erfolgen. Die Antriebskomponenten können aufgrund der günstigen Kräfteverhältnisse kompakt, leicht und kostengünstig ausgeführt werden. An die Aufnahmepositionen der einzelnen Objektive im Übergabeelement sind keine hohen Genauigkeitsanforderungen gestellt, wie es im Gegensatz dazu bei den klassischen Objektivrevolvern der Fall ist. So muss jede einzelne Objektivhalterung in einer montierten Revolvergruppe gemäß dem Stand der Technik aufwendig bearbeitet werden, um den hohen Toleranzanforderungen bei einem Objektivwechsel gerecht zu werden. Im Fall der erfindungsgemäßen Objektivwechselvorrichtung muss lediglich eine Objektivaufnahme der Übernahmevorrichtung zur optischen Achse des Miroskopsystems einmalig ausgerichtet werden. Jedes aktive Objektiv erhält über seinen Adapter immer die gleiche genaue Position im Mikroskopstrahlengang.
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Herkömmliche Objektiv- und Objektivrevolveranordnungen weisen beispielsweise bei Verfahren der dreidimensionalen Bildgebung wie den 3D-Sectioning Verfahren Nachteile auf, da die Einhaltung eines konstanten Abstands zwischen der zu beobachtenden Probe und dem Objektiv kaum erreicht wird. Ein sich verändernder Abstand hat einen negativen Einfluss auf die Qualität der Bildaufnahme. Die Erfindung ermöglicht eine verbesserte Einhaltung eines solchen konstanten Abstands.
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Die erfindungsgemäße Objektivwechselvorrichtung ermöglicht vorteilhaft eine schnelle, präzise und wiederholgenaue Zustellung unterschiedlicher Objektive aus der Übergabeposition in die Arbeitsposition.
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Die Aufgabe wird ferner mit einem Verfahren zum Zustellen eines mit einem Adapter versehenen und in einer Objektivhalterung gehaltenen Objektivs in eine optische Achse eines Mikroskopsystems gelöst. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst die Schritte des Zustellens eines ausgewählten aktiven Objektivs in eine Übergabeposition, wobei eine Objektivachse des aktiven Objektivs in der Übergabeposition nicht mit der optischen Achse des Mikroskopsystems zusammenfällt und des Transportierens des aktiven Objektivs von der Übergabeposition entlang einer Transportstrecke und in einer Transportrichtung im Wesentlichen orthogonal zur optischen Achse des Mikroskopsystems zu einer Arbeitsposition mittels einer Übernahmevorrichtung. Dabei fällt die Objektivachse des aktiven Objektivs in der Arbeitsposition mit der optischen Achse des Mikroskopsystems zusammen. Die Länge der Transportstrecke ist kürzer als die Ausdehnung der Objektivhalterung in der Transportrichtung gewählt, sodass sich mindestens Bereiche des Adapters des an der Arbeitsposition befindlichen aktiven Objektivs noch innerhalb der Ausdehnung der Objektivhalterung befinden. In einem weiteren Schritt erfolgt ein gesteuertes Bewegen des in der Arbeitsposition befindlichen aktiven Objektivs entlang der optischen Achse zum Fokussieren des aktiven Objektivs.
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Dem erfindungsgemäßen Verfahren kann ein Auswählen eines aktiven Objektivs aus einer Anzahl von Objektiven vorangestellt sein.
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In einer Ausgestaltung des Verfahrens wird das aktive Objektiv in der Übergabeposition eine Strecke parallel zur optischen Achse des Mikroskopsystems verschoben und dann zur Arbeitsposition transportiert. Infolge der parallelen Verschiebung wird das aktive Objektiv aus der Objektivhalterung gelöst. Damit ist das gelöste aktive Objektiv entsperrt und in Transportrichtung, insbesondere orthogonal zur optischen Achse des Mikroskopsystems beweglich.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und Abbildungen näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines Objektivs mit einem erfindungsgemäßen Adapter;
- 2 eine schematische Darstellung eines Objektivübergabeelements mit einem Objektiv mit Adapter an einer Übergabeposition;
- 3 eine schematische Darstellung einer Übernahmevorrichtung;
- 4 eine schematische Darstellung des Objektivs und der Übernahmevorrichtung mit Adapter in der Übernahmevorrichtung, Schlitten und DIC-Schieber;
- 5 eine schematische Darstellung des Objektivs und der Übernahmevorrichtung mit Abstreifer in der Übernahmevorrichtung;
- 6a und 6b eine schematische Darstellung einer Ausführung der erfindungsgemäßen Objektivwechselvorrichtung für eine aufrechte Anordnung 6a in einer seitlichen Ansicht und 6b in einer Ansicht von unten;
- 7a und 7b eine schematische Darstellung einer Ausführung der erfindungsgemäßen Objektivwechselvorrichtung für eine aufrechte Anordnung in einer Ansicht von unten, mit 7a: einem Adapter im vollständig eingeschobenen Zustand, und 7b: dem Adapter in einer Arbeitsposition;
- 8a bis 8d eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Objektivwechselvorrichtung in vier Betriebszuständen; 8a: während des Bestückens des Objektivübergabeelements; 8b: mit einem in die Übergabeposition zugestellten aktiven Objektiv; 8c: mit einem in die Arbeitsposition zugestellten aktiven Objektiv und 8d: mit einem fokussierten aktiven Objektiv und
- 9a bis 9d eine schematische Darstellung der Schritte zur Zustellung eines Objektivs aus einer Übergabeposition in eine Arbeitsposition: 9a mit einem Objektiv in der Übergabeposition; 9b dem Objektiv im angehobenen Zustand; 9c dem Objektiv in der Arbeitsposition und 9d dem Objektiv während einer Fokussierbewegung in Z-Richtung.
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Die Darstellungen der Ausführungsbeispiele sind beispielhaft und schematisch. Gleiche Bezugszeichen benennen gleiche technische Elemente, falls dies nicht ausdrücklich anders angegeben ist.
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Ein Objektiv 6 mit einem erfindungsgemäßen Adapter 7 ist in 1 beispielhaft gezeigt. Der Adapter 7 besitzt einen Bund 73, der oben und unten plane Auflageflächen aufweist. In einem Sockel 75 des Adapters 7 ist ein Schacht 74 vorhanden (siehe auch 5), in dem ein optisches Element 8, hier ein DIC-Schieber 8, quer zur Objektivachse 61 eingeschoben und gehalten werden kann. Der DIC-Schieber 8 kann aus dem Schacht 74 entnommen werden. An einem Sockel des Adapters 7 sind Anlageflächen 71 sowie Führungsflächen 72 vorhanden. Die Anlageflächen 71 dienen der Sicherstellung einer gewünschten Soll-Positionierung, wenn diese mit entsprechenden Justierflächen 51 (siehe 3, 4 und 9a bis 9d) in Kontakt stehen.
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Ein Objektivübergabeelement oder kurz Übergabeelement 3 ist in 2 als Bestandteil einer Objektivwechselvorrichtung 2 (siehe 6 bis 9d) und eines Mikroskops 1 (nicht näher dargestellt) gezeigt.
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Das Übergabeelement 3 ist als ein Revolver mit vier Objektivhalterungen 4 in Form von Gabeln 41 ausgebildet. In einer der Gabeln 41 ist ein Adapter 7 mit einem Objektiv 6 gehalten. Dabei sitzt der Adapter 7 mit einer planen unteren Auflagefläche seines Bundes 73 auf den Schenkeln 42 der betreffenden Gabel 41 auf. Die Enden der Gabeln 41 sind eine kurze Strecke aufeinander zu gerichtet, sodass die Gabeln 41 leicht geschlossen sind. Dadurch wird der Adapter 7 in der Objektivhalterung 4 auch bei auftretenden Fliehkräften gehalten. Das Übergabeelement 3 ist mittels eines Antriebs 32 und einer Steuereinheit 116 gesteuert um eine zentrale Drehachse 31 drehbar, so dass die einzelnen Objektivhalterungen 4 jeder Position auf ihrer Umlaufbahn zugestellt werden können. Auf den in die jeweilige Gabel 41 weisenden Innenseiten der Schenkel 42 sind Führungen 44 in Form von Erhebungen vorhanden, die zu entsprechenden Führungsflächen 72 des Adapters 7 beziehungsweise der Adapter 7 korrespondierend ausgebildet sind (siehe 3).
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Mindestens die Enden der Schenkel 42 können federnd ausgeführt sein, um ein seitliches Einschieben beziehungsweise Ausrücken des Adapters 7 zu ermöglichen, wobei jeweils die Federkraft der federnden Enden überwunden werden muss.
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3 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Übernahmevorrichtung 5, an der ein Greifer 110, ein Antrieb 113 des Greifers 110 und eine Objektivaufnahme 53 zur Aufnahme eines mit einem Adapter 7 versehenen Objektivs 6 vorhanden sind. Der mittels des Antriebs 113 gesteuert antreibbare Greifer 110 ist entlang einer Transportrichtung TR und über eine Transportstrecke TS hin und her bewegbar (durch einen Doppelpfeil symbolisiert). Im eingebauten Zustand in die einsatzbereite Objektivwechselvorrichtung 2 ist die Transportrichtung TR orthogonal zur optischen Achse 11 (siehe 5 und 8c) des Mikroskops 1 gerichtet.
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Der Antrieb 113 steht mit der Steuereinheit 116 in Verbindung und ist mittels dieser ansteuerbar. Die dargestellte Übernahmevorrichtung 5 ist außerdem mit einem Abstreifer 112 ausgerüstet, der auf dem Greifer 110 montiert ist. Die Wirkungsweise des Abstreifers 112 wird unten zu 5, 6a und 6b erläutert.
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In einem Bereich der Objektivaufnahme 53 ist wenigstens eine Justierfläche 51 vorhanden. An diese kann ein Adapter 7 mit wenigstens einer entsprechend geformten und an dem Adapter 7 angeordneten Anlagefläche 71 in Kontakt gebracht werden. Sind Anlagefläche 71 und Justierfläche 51 in Kontakt, ist eine Soll-Position des Adapters 7 innerhalb der Objektivaufnahme 53 erzielt. Um eine lagerichtige Positionierung des Adapters 7 in der Objektivaufnahme 53 zu sichern, sind Führungen 52 an der Objektivaufnahme 53 sowie Führungsflächen 72 an dem Adapter 7 vorhanden, die zueinander korrespondieren.
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Die Objektivaufnahme 53 ist optional mit Kontaktelementen 118 versehen, die jeweils als Kontaktflächen oder als Kontaktstifte ausgebildet sein können. Ein in die Objektivaufnahme 53 aufzunehmender Adapter 7 kann ebenfalls Kontaktelemente 118 aufweisen, die in Lage, Form und Gestaltung zu allen oder einigen der Kontaktelemente 118 der Objektivaufnahme 53 korrespondieren. Über die Kontaktelemente 118 sind elektrische Steuerbefehle von der Steuereinheit 116 und/oder Informationen über aktuelle Steuerungszustände des Objektivs 6 und/oder Adapters 7 an die Steuereinheit 116 übermittelbar. Des Weiteren kann über die Kontaktelemente 118 eine Stromversorgung von Bauteilen des Objektivs 6, beispielsweise von motorischen Antrieben und/oder Sensoren, realisiert sein.
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In der Ansicht des Adapters 7 und des Objektivs 6 ist das in dem Schacht 74 eingeschobene optische Element 8 in seiner Ausführung als DIC-Schieber 8 zu sehen.
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Eine Steuerung der Bewegungen des Greifers 110 erfolgt im Zusammenwirken des Antriebs 113 und einer durch diesen angetriebenen Kurvenscheibe 117 (4). Die Kurvenscheibe 117 greift mit einem Mitnehmer in eine entsprechende Aussparung des Greifers 110 ein und überträgt über diesen eine Schub-beziehungsweise Zugbewegung auf den Greifer 110, der dadurch entsprechend entlang der Transportstrecke TS bewegt wird.
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Das in 5 gezeigte Ausführungsbeispiel der Übernahmevorrichtung 5 ist mit einem Schlitten 9 ausgerüstet, der auf einer Schlittenbahn 10 geführt ist und mittels eines Antriebs 120 gesteuert angetrieben wird. Der Schlitten 9 ist mit einem Magnet 111 in Form eines Permanentmagneten versehen. Der Schlitten 9 kann an ein optisches Element 8, hier den DIC-Schieber 8, so dicht herangefahren werden, dass der Magnet 111 mit einem magnetischen Bereich des DIC-Schiebers 8 wechselwirkt und eine lösbare Haltekraft zwischen DIC-Schieber 8 und Magnet 111 vorliegt. Der magnetische Bereich des DIC-Schiebers 8 kann ein weiteres Magnet und/oder ein zur magnetischen Wechselwirkung geeigneter Bereich sein. Beispielsweise kann dieser Bereich aus Eisen bestehen oder Eisen enthalten.
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In der 5 ist ein Adapter 7 gezeigt, der mittels des Greifers 110 in die Objektivaufnahme 53 (siehe z. B. 4) gezogen wurde und dessen überdeckte und nicht sichtbare Anlageflächen 71 an den ebenfalls überdeckten und nicht sichtbaren Justierflächen 51 anliegen. Der besseren Übersicht halber ist ein mit dem Adapter 7 verbundenes Objektiv 6 nicht gezeigt. Die Objektivachse 61 des in der Soll-Position gehaltenen Objektivs 6 fällt mit der optischen Achse 11 des Mikroskops 1 zusammen. Der Antrieb 120 des Schlittens 9 ist im Beispiel als ein motorisch angetriebener Zahnriemen ausgeführt.
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Sowohl der Antrieb 113 des Greifers 110, der Antrieb 120 des Schlittens 9 als auch ein Antrieb 119 zur Bewegung der Übernahmevorrichtung 5 in Z-Richtung (nachfolgend auch: Z-Antrieb 119) und relativ zu einem Stativ 115 der Objektivwechselvorrichtung 2 sind mit der Steuereinheit 116 verbunden und durch diese ansteuerbar.
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Um eine präzise und reibungsarme Bewegung in Z-Richtung zu ermöglichen, befinden sich zwischen der Übernahmevorrichtung 5 und dem Stativ 115 Führungselemente 114 in Form von Gleit-, Kugel- und/oder Rollenführungen.
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In 5 ist der DIC-Schieber 8 aus dem Strahlengang des Mikroskops 1 gezogen und wird nicht länger von den optischen Achsen 11, 61 durchstoßen. Ein Anteil des DIC-Schiebers 8 befindet sich noch in dem Schacht 74. Um den DIC-Schieber 8 für entsprechende Bildaufnahmen zu verwenden oder um den DIC-Schieber 8 wieder in den Adapter 7 zurückzuschieben, damit beispielsweise der Adapter 7 gewechselt werden kann, wird der Antrieb 120 durch die Steuereinheit 116 angesteuert und der Schlitten 9 auf den Adapter 7 zu bewegt. Ist der DIC-Schieber 8 in den Adapter 7 eingeschoben, kann die Bildaufnahme im DIC-Verfahren erfolgen. Soll dagegen der Adapter 7 gewechselt werden, wird der Antrieb 113 angesteuert und der Greifer 110 in der Transportrichtung TR bewegt. Während dieser Bewegung wird der auf dem Greifer 110 montierte Abstreifer 112 gegen den Adapter 7 und den aus dem Schacht 74 ragenden Teil des optischen Elements 8 geführt und drückt den Adapter 7 und das optische Element 8 von der Übernahmevorrichtung 5 weg. Dabei wird die Haltekraft zwischen Magnet 111 und optischem Element 8 überwunden und das optische Element 8 wird von dem Magnet 111 gelöst. Diese Ausführungsmöglichkeit ist vorgesehen, wenn das optische Element 8 an dem Adapter 7 verbleibt und mit diesem zusammen gewechselt wird.
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In einer weiteren Ausführungsmöglichkeit wird das optische Element 8 vor einem Wechsel des Adapters 7 aus dem Schacht 74 entfernt und verbleibt an dem Schlitten 9.
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Der Schlitten 9 kann anschließend wieder in eine von der Objektivaufnahme 53 entfernte Position gefahren werden, um ein unbeabsichtigtes Ankoppeln an einen DIC-Schieber 8 eines als nächstes in die Objektivaufnahme 53 gebrachten Adapters 7 zu vermeiden. Ist der Magnet 111 ein Elektromagnet, reicht es diesen abzuschalten.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Objektivwechselvorrichtung 2 ist in den beiden 6a und 6b gezeigt. Die Objektivwechselvorrichtung 2 ist für eine aufrechte Anordnung von Übergabeelement 3 und Übernahmevorrichtung 5 konstruiert.
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Die Objektivhalterungen 4 sind wiederum als Gabeln 41 (siehe 2) ausgebildet, weisen aber ein weiteres Halteelement 43 auf. In den 6a und 6b ist jeweils eines der dargestellten weiteren Halteelemente 43 in einem geöffneten Zustand gezeigt und wird deshalb als weiteres Halteelement 43o bezeichnet.
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Bei der aufrechten Anordnung wird jeweils ein Adapter 7 seitlich in einen Spalt 45 zwischen der Objektivhalterung 4 -hier als Gabel 41 ausgeführt- und dem jeweiligen weiteren Halteelement 43 eingeschoben. Dieses kann in Form eines federnden Gelenks ausgelegt sein. Beim Einsetzen des Adapters 7 wird das weitere Halteelement 43 durch den ausgeübten seitlichen Druck des Adapterbundes 73 (siehe 1, 2) geöffnet. Ist der Adapter 7 in die Endposition in der Objektivhalterung 4 geschoben, lässt der seitliche Druck auf das weitere Halteelement 43 nach und dieses zieht sich wieder um den Bund 73 zu. Der Adapter 7 und gegebenenfalls das Objektiv 6 werden somit sicher bei Bewegungen des Übergabeelements 3 gehalten.
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Eines der Objektive 6, hier als aktives Objektiv 6a bezeichnet, wird mittels des Greifers 110 in die Objektivaufnahme 53 der Übernahmevorrichtung 5 gezogen. Bevor das aktive Objektiv 6a nun in Z-Richtung bewegt werden kann, um dieses beispielsweise auf eine Objektebene zu fokussieren, muss ein weiteres Element, beispielsweise ein motorisch angesteuerter Hebel, gegen die Federkraft des weiteren Halteelementes 43 wirken. Dabei muss Letzteres aufgedrückt werden, bis das aktive Objektiv 6a, insbesondere dessen Adapter 7, nicht mehr durch das weitere Halteelement 43o gesperrt ist und in Z-Richtung frei bewegt werden kann.
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Die Enden der Gabelschenkel 42 können in Nuten geführt sein um die Objektive 6 gegen die Schwerkraft im Magazin zu halten.
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Um den Adapter 7 während einer Drehung der Objektivhalterung 4 gegen ein Herausschleudern zu sichern, können der Adapter 7 und die Objektivhalterung 4 mindestens je einen Magneten 111 aufweisen. Eine erzeugte Magnetkraft zwischen den Magneten 111 der Objektivhalterung 4 und des Adapters 7 hält den Adapter 7 gegen im Betrieb der Objektivhalterung 4 vorgesehenen Radialkräften. Alternativ weist nur der Adapter 7 oder die Objektivhalterung 41 mindestens einen Magneten 111 auf, wenn das jeweilige Gegenstück einem (ferro-)magnetischen Material besteht.
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Alternativ können die weiteren Halteelemente 43 als eine federnde Rast ausgeführt sein. Der Adapter 7 wird von unten in die jeweilige Objektivhalterung 4 eingesetzt und muss über eine federnde Rast bewegt werden. Deren Federkraft ist so dimensioniert, dass die Masse des jeweiligen Objektivs 6 mit Adapter 7 gegen die Schwerkraft gehalten wird.
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7a und 7b zeigen eine alternative Ausführung des weiteren Halteelements 43. Dieses ist als ein Halteblech ausgebildet, das im Bereich der Gabel 41 von der Objektivhalterung 4 beabstandet ist und so zwischen Halteblech und Objektivhalterung 4 der Spalt 45 gebildet ist. Der Adapter 7 ist mit seinem Bund 73 in den Spalt 45 eingeschoben und liegt mit dem Bund 73 mindestens entlang von Abschnitten des Bunds 73 auf dem weiteren Halteelement 43 auf (7a).
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Das als Halteblech ausgebildete weitere Halteelement 43 weist in die Öffnung der Gabel 41 ragende Vorsprünge 431 und/oder teilkreisförmige Ausschnitte 432 auf. Diese korrespondieren mit den Abmaßen des Bundes 73 derart, dass der in die Arbeitsposition WP (durch einen Pfeil symbolisiert) bewegte Adapter 7, in mindestens einer Richtung entlang der Objektivachse 61 an dem weiteren Halteelement 43 vorbeigeführt werden kann (7b).
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Alternativ können auch ein oder mehrere Elektromagnete verwendet werden, um die Objektive 6 und/oder Adapter 7 in der Objektivhalterung 4 zu halten. Diese werden abgeschaltet sobald die Klemmung des Adapters 7 erfolgt ist.
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Alternativ können auch Permanentmagnete an Adapter 7 und Übergabeelement 3 so ausgeführt sein, dass sich deren entgegengesetzten Pole gegenüber stehen und sich gegenseitig anziehen. Durch eine Bewegung beispielsweise senkrecht zur Objektivachse 61 oder eine Drehbewegung um die Objektivachse 61 kann diese so erzeugte Haltekraft aufgehoben werden. Die Trennung kann beispielsweise durch weitere Magnete am Übergabeelement 3 verstärkt werden, die nach der Bewegung Magneten gleicher Polung am Adapter 7 gegenüberstehen. Die auftretenden Abstoßungskräfte unterstützen die Trennung von Adapter 7 und Übergabeelement 3.
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Anhand der 8a bis 8d und 9a bis 9d wird das Verfahren zum Zustellen eines mit einem Adapter 7 versehenen und in einer Objektivhalterung 4 gehaltenen Objektivs 6 in die optische Achse 11 eines Mikroskopsystems 1 am Beispiel einer inversen Anordnung beschrieben.
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Aus einer Anzahl von in dem Übergabeelement 3 gehaltenen Objektiven 6 mit Adaptern 7 wird eines als aktives Objektiv 6a ausgewählt (8a). Das Übergabeelement 3 wird mittels des Antriebs 32 gesteuert um die Drehachse 31 gedreht, bis das aktive Objektiv 6a einer Übergabeposition CP zugestellt ist. Dabei fallen die Objektivachse 61 und eine optische Achse 11 des Mikroskops 1 nicht zusammen, sind aber zueinander parallel ausgerichtet. Alle in dem Übergabeelement 3 vorgehaltenen Objektive 6 und 6a sind über ihre jeweiligen Adapter 7 in den Objektivhalterungen 4 gehalten und gegen seitlich gerichtete Bewegungen gesichert. Die Transportstrecke TS ist zur Verdeutlichung der Erfindung mit mehr als dem halben Durchmesser des Objektivs 6 dargestellt.
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Die Übernahmevorrichtung 5 wird mittels des Z-Antriebs 119 in Z-Richtung angehoben bis der Adapter 7 des aktiven Objektivs 6a mit der Übernahmevorrichtung 5 in Kontakt gelangt und das aktive Objektiv 6a mit seinem Adapter 7 soweit aus der Objektivhalterung 4 gehoben ist, dass dieses in einer Transportrichtung TR im Wesentlichen orthogonal zur optischen Achse 11 des Mikroskops 1 bewegt werden kann (8b). Die dabei zurückgelegte Transportstrecke TS ist durch den Abstand von optischer Achse 11 und Objektivachse 61 gegeben. Diese seitliche Bewegung wird möglich, da der Adapter 7 des angehobenen Objektivs 6 mittels der Übernahmevorrichtung 5 etwas aus der Objektivhalterung 4 gehoben und/oder ein die seitliche Bewegung sperrendes Element geöffnet wird.
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Dabei ist der geöffnete Greifer 110 so ausgefahren, dass dieser hinter den Adapter 7 greifen und diesen mitsamt dem aktiven Objektiv 6 in der Transportrichtung TR und entlang der Transportstrecke TS aus der Übergabeposition CP in eine Arbeitsposition WP ziehen kann (8c). Das aktive Objektiv 6a wird dabei eine relativ kurze Transportstrecke TS bewegt, sodass mindestens Bereiche des Adapters 7 noch innerhalb der Ausdehnung der Objektivhalterung 4 verbleiben. Anlageflächen 71 sind gegen Justierflächen 51 der Objektivaufnahme 53 geführt und werden durch Wirkung des Greifers 110 und dessen Antriebs 113 (siehe 3, 4, 5) in Kontakt zueinander gehalten. In der Arbeitsposition WP fällt die Objektivachse 61 mit der optischen Achse 11 des Mikroskopsystems 1 zusammen.
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Um das in der Arbeitsposition WP befindliche aktive Objektiv 6a in Bezug auf eine Objektebene einzustellen, insbesondere zu fokussieren, wird die Übernahmevorrichtung 5 mittels des Z-Antriebs 119 entlang der optischen Achse 11 des Mikroskopsystems 1 in Richtung der Z-Achse Z verfahren bis die gewünschte Einstellung erreicht ist (8d).
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Die 8a bis 8d illustrieren Details der Vorgänge beim Zustellen eines Objektivs 6 mit Adapter 7 aus einer Übergabeposition CP in eine Arbeitsposition WP. Die 9a zeigt den Adapter 7 des aktiven Objektivs 6a (nicht dargestellt) in der Objektivhalterung 4 des Übergabeelements 3 in der Übergabeposition CP. Die Objektivachse 6.1 des an der Übergabeposition CP befindlichen Objektivs 6 fällt nicht mit der optischen Achse 11 zusammen.
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Die Übernahmevorrichtung 5 ist in 9b soweit in Richtung der Z-Achse verfahren, dass der Adapter 7 in der Objektivaufnahme 53 aufsitzt und eine geringe Strecke aus der Objektivhalterung 4 herausgehoben ist. Objektivachse 6.1 und optische Achse 11 sind parallel zueinander ausgerichtet, fallen aber nicht zusammen. Die Anlageflächen 71 des Adapters 7 und die Justierflächen 51 der Übernahmevorrichtung 5 stehen nicht miteinander in Kontakt. Der geöffnete Greifer 110 greift hinter den Adapter 7 auf eine Anlagefläche 71.
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Die 9c zeigt den Adapter 7 nachdem der Greifer 110 gesteuert angetrieben wurde und den Adapter 7 mitsamt dem hier nicht dargestellten aktiven Objektiv 6a entlang der Transportstrecke TS (siehe 8b) in die Arbeitsposition WP gezogen hat. In der Arbeitsposition WP fallen Objektivachse 6.1 und optische Achse 11 zusammen.
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9d stellt nun schematisch den in Z-Richtung entlang der optischen Achse 11 bewegten Adapter 7 dar. Dieser ist durch Wirkung des Greifers 110 sowie der Anlageflächen 71 und Justierflächen 51 hinsichtlich der Arbeitsposition WP justiert und festgeklemmt. Eine optional an dem Greifer 110 befestigte Feder drückt den Adapter 7 gegen die mindestens eine Justierfläche 51.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Mikroskopsystem
- 11
- Optische Achse des Mikroskopsystems
- 2
- Objektivwechselvorrichtung
- 3
- (Objektiv-)übergabeelement
- 31
- Drehachse
- 32
- Antrieb des Übergabeelements 3
- 4
- Objektivhalterung
- 41
- Gabel
- 42
- Schenkel/federnde Enden
- 43
- weiteres Halteelement
- 431
- Vorsprung
- 432
- Ausschnitt
- 43o
- weiteres Halteelement, geöffnet
- 44
- Führung
- 45
- Spalt
- 5
- Übernahmevorrichtung
- 51
- Justierfläche
- 52
- Führungsfläche
- 53
- Objektivaufnahme
- 6
- Objektiv
- 6a
- aktives Objektiv
- 61
- Objektivachse
- 7
- Adapter
- 71
- Anlagefläche
- 72
- Führungsfläche
- 73
- Bund (des Adapters 7)
- 74
- Schacht
- 75
- Sockel
- 8
- optisches Element/DIC-Schieber
- 9
- Schlitten
- 10
- Schlittenbahn
- 110
- Greifer
- 111
- Magnet
- 112
- Abstreifer
- 113
- Antrieb (Greifer 110)
- 114
- Führungselemente
- 115
- Stativ
- 116
- Steuereinheit
- 117
- Kurvenscheibe
- 118
- Kontaktelement
- 119
- Antrieb Z-Richtung
- 120
- Antrieb des Schlittens 9
- 121
- Feder
- CP
- Übergabeposition
- WP
- Arbeitsposition
- TS
- Transportstrecke
- TR
- Transportrichtung
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2004/077123 A2 [0007]
- DE 102007058341 A1 [0008]
- DE 102015221040 A1 [0009]
