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Die Erfindung betrifft eine zum Kollisionsschutz ausgebildete Vorrichtung zum Befestigen eines Mikroskopobjektivs, ein damit ausgerüstetes Mikroskop und ein Verfahren zum Betreiben dieses Mikroskops.
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DD 000000274687 A1 beschreibt einen Präparateschutz für Mikroskopobjektive mit einem federnd gelagerten, axial verschiebbaren Objektiv-Fassungsrohr. In
DE 10 2017 120 651 B3 ist ein Mikroskop beschrieben mit einem Stativ, an dem ein Mikroskoptisch zum Tragen eines Präparats und ein Objektiv angeordnet sind, und mit einem Positioniersystem zur Einstellung eines Abstandes zwischen dem Mikroskoptisch und dem Objektiv und/oder zur Einstellung einer xy-Position des Mikroskoptisches. Das Mikroskop weist einen Kraft- oder Drucksensor auf, so dass eine Kraftübertragung vom Mikroskoptisch auf das Objektiv oder umgekehrt, also in z-Richtung, erkannt wird. Aus
DE 10 2016 125 691 B4 ist eine Halterung mit Andruckelementen für Objektträger beschrieben und ein Verfahren zum Steuern eines Mikroskops. Über in den Andruckelementen untergebrachten Drucksensoren kann ausgewertet werden, ob neben der normalen Objektträger-Klemmkraft zusätzliche Kräfte einwirken.
DE 10 2013 006 997 A1 beschreibt eine Objektivfassung mit einem Präparate- sowie Einklemmschutz, der gleichzeitig die Funktion eines Kollisionsschutzes besitzt. Im Kollisionsfall wird das optische System gegenüber dem Objektivgehäuse entgegen einer wirkenden Federkraft bis zu einem elektrischen Schaltpunkt eines integrierten Mikroschalters verschoben. In
DE 10 2018 205 894 A1 wird eine Objektivwechselvorrichtung beschrieben, in der ein Objektiv aus einem Magazin in den optischen Strahlengang gezogen und dabei fest arretiert wird.
DE 10 2010 001 604 A1 wird eine Befestigung von optischen Mikroskop-Komponenten vorzugsweise an einem Mikroskopstativ beschrieben. Die Schnittstelle (Bajonett) der Befestigung wird mit einer Feststellschraube gesichert.
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Aufgabe der Erfindung ist es, den Kollisionsschutz für ein Mikroskopobjektiv zu verbessern und zugleich universell, d. h. nicht nur für bestimmte Zwecke Probenbefestigungen o.ä., zu gewährleisten.
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Die Erfindung ist in den unabhängigen Ansprüchen definiert; die abhängigen Ansprüche beinhalten bevorzugte Weiterbildungen.
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Eine Ausführungsform betrifft eine Vorrichtung zum Befestigen eines Mikroskopobjektivs an einem Mikroskopbauteil, vorzugsweise einem Mikroskopstativ oder einer weiteren Mikroskopkomponente, mit der Option, Daten und/oder die elektrische Versorgung durchzuleiten, wobei die Vorrichtung eine Aufnahme, die am Mikroskopteil befestigt oder befestigbar ist, und ein bevorzugt ringförmiges Einschubteil, das am Mikroskopobjektiv befestigt oder befestigbar ist, aufweist. Die Aufnahme hat optional einen Basisring und einen auf dem Basisring vorgesehenen Haltekragen, in dem eine seitliche Öffnung vorgesehen ist.
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Das Einschubteil ist in die Aufnahme einschiebbar, und das Einschubteil und die Aufnahme sind in eine Verriegelungsstellung bringbar, in der Spiel zwischen dem Einschubteil und der Aufnahme besteht. Eine Spanneinheit verspannt in der Verriegelungsstellung das Einschubteil zur Aufnahme und eliminiert so in der Verriegelungsstellung das Spiel.
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Die Spanneinheit legt Einschubteil und Aufnahme spielfrei aneinander an, und dennoch kann das Einschubteil im Rahmen des Spiels gegen die Aufnahme bewegt werden. Eine erste Kollisionserkennungseinrichtung umfasst mindestens einen ersten Bewegungssensor zum Detektieren einer Bewegung des Einschubteils und/oder des Mikroskopobjektivs, jeweils relativ zur Aufnahme. Dieser Bewegungssensor erfasst bevorzugt eine Relativbewegung, kann aber die Bewegung auch aus Absolutmessungen ableiten. Durch dieses Prinzip wird eine Kollision anhand einer Bewegung zwischen Aufnahme und Einschubteil detektiert. Damit ist eine präzise und zugleich universelle Kollisionsdetektion erreicht.
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Besonders vorteilhaft detektiert der erste Bewegungssensor die Bewegung anhand einer Änderung eines Spannzustands der Spanneinheit, da eine Bewegung des Einschubteils im Rahmen des Spiels i. d. R. den Spannzustand der Spanneinheit ändert, meist erhöht. Besonders bevorzugt weist dazu die Spanneinheit eine Druckfeder und ein von der Druckfeder zur Anlage am Einschubteil gespanntes Andruckelement auf und der erste Bewegungssensor erfasst eine Bewegung des Andruckelements und/oder einen vom Andruckelement ausgeübten Druck.
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Die Befestigung des Mikroskopobjektivs kann als Bajonettschnittstelle ausgebildet sein, wobei die Aufnahme den Bajonettring bildet oder darin integriert ist und das Einschubteil den Bajonettflansch bildet oder darin integriert ist. Die Aufnahme kann an dem zweiten Teil, z.B. stativseitig an einem Mikroskop, vormontiert sein oder als Einheit in das zweite Teil, z.B. einen Objektivrevolver, des Mikroskops einsetzbar sein.
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In der Verriegelungsstellung kann in x- und/oder y-Richtung (also quer zur optischen Achse des Objektivs) zwischen dem Einschubteil und der Aufnahme zumindest bereichsweise ein Spalt vorgesehen sein. In der Verriegelungsstellung können das Einschubteil und die Aufnahme in x- und/oder y-Richtung zumindest bereichsweise aneinander anliegen. Bei einer seitlichen Berührung oder Kollision des Mikroskopobjektivs, d.h. in x- und/oder y-Richtung, bewegt sich das Einschubteil in der Aufnahme zumindest seitwärts, z.B. in Form einer Verkippung. Dabei drückt das Einschubteil gegen die Aufnahme z.B. einen Haltekragen. Das Mikroskopobjektiv wird dabei bezogen auf seine optische Achse zur Seite verschoben und/oder verkippt. Dabei bleibt es aber, z.B. über ein Gewinde, fest mit dem Einschubteil verbunden. Die durch die Berührung oder Kollision erzeugte Bewegung des Einschubteils in der Aufnahme wird über den mindestens einen ersten Bewegungssensor detektiert. Somit können seitlich auf das Objektiv einwirkende Kräfte, d.h. Kräfte in x- und/oder y-Richtung, erkannt werden. Gleiches gilt auch z-Kräfte, wenn Aufnahme und Einschubteil über Schrägflächen aneinander anliegen und eine axiale Kraft im Rahmen des Spiels ebenfalls zu einer lateralen Verlagerung des Einschubteils relativ zur Aufnahme führt.
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Der erste Bewegungssensor detektiert bevorzugt eine laterale Bewegung, d.h. quer zur optischen Achse, und/oder eine axiale Bewegung.
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Für die Spanneinheit kann mindestens ein erstes Federelement vorgesehen sein, das in der Verriegelungsstellung zwischen der Aufnahme und dem Einschubteil gespannt ist. In der Verriegelungsstellung ist daher, wie bereits ausgeführt, im Rahmen des Spiels ein Federweg vorhanden. Die Spanneinheit drückt, nachdem sich das Einschubteil bei einer Kollision in der Aufnahme bewegt hat und der Kollisionsgrund wieder beseitigt wird, das Einschubteil wieder in seine Ausgangsposition zurück.
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Es ist damit durch das Spiel und die Spanneinheit bei einer Kollision ein Reaktionsweg bereitgestellt, der Raum dafür gibt, Antriebe, welche die Kollisionsfahrt durchgeführt haben, herunter zu fahren, abzubremsen bzw. abzuschalten, ohne dass es gleich zu einer Beschädigung oder dauerhaften Verformung kommt. Durch diese Maßnahmen kann ein harter Crash des Mikroskopobjektivs vermieden werden, da Spanneinheit und Spiel ein Ausweichen in gewissem Maß ermöglichen. Dies gilt sowohl axial (reines Aufsetzen des Mikroskopobjektivs) als auch lateral (Neigen)
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Der erste Bewegungssensor kann mindestens ein Element aufweisen, ausgewählt aus einem Positionssensor, der in oder an der Aufnahme und/oder dem Einschubteil vorgesehen ist, einem Positionssensor mit einem magnetischen Signalgeber, einem Drucksensor, und einem Neigungssensor, der in oder an der Aufnahme, dem Einschubteil und/oder dem Mikroskopobjektiv vorgesehen ist, und einer Kombination davon. Der Neigungssensor kann ausgewählt sein aus einem Gyroskop, einem winkelsensitiven Sensor auf Magnetfeld-Basis, einem Dehnungssensor, einem Drucksensor und einem Piezo-Filmsensor. Ferner kann der Drucksensor ausgewählt sein aus einem Kraftmesswiderstand und einem Piezo-Filmsensor. Der erste Bewegungssensor ermöglicht also eine aktive Kollisionserkennung. Mit dem ersten Bewegungssensor kann optional außerdem erkannt werden, ob ein Einschubteil und/oder ein erster Teil mit Kollisionsschutz an der Aufnahme vorgesehen ist, z.B. wenn der Bewegungssensor den Zustand der Spanneinheit erfasst.
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In einem Beispiel kann in der Aufnahme, z.B. am Haltekragen, mindestens ein Sensor eines Positionssensors vorgesehen sein, dessen Signalgeber am Einschubteil vorgesehen ist und in der Verriegelungsstellung komplementär zum Sensor angeordnet ist. Alternativ kann Sensor des Positionssensors am Einschubteil angeordnet sein und der Signalgeber kann in der Aufnahme angeordnet sein. Mit dem ersten Bewegungssensor kann nicht nur eine Positionsänderung des Einschubteils in der Aufnahme und somit eine Kollision detektiert werden. Es kann optional zudem selektiv erkannt werden, ob ein mit einem speziellen Mikroskopobjektiv versehenes Einschubteil, eingesetzt ist, also ob z.B. ein spezielles Objektiv genutzt wird. Ferner kann optional erkannt werden, ob das Einschubteil in der Verriegelungsstellung angeordnet ist.
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Die Spanneinheit kann als Federelement eine Druckfeder und ein an der Druckfeder anliegendes Andruckelement aufweisen, wobei das Andruckelement mindestens ein Element aufweist ausgewählt aus einem Druckstück, einer Kugel, einem Kugellager, einem Federblech, einem Hebel, einem Ausleger eines Hebels, und einem Drucksensor des ersten Bewegungssensors. Das erste Federelement kann ferner den ersten Bewegungssensor aufweisen oder als der erste Bewegungssensor ausgebildet sein, beispielsweise als Piezo-Filmsensor.
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Die Spanneinheit kann ausgebildet sein, sowohl das Einschubteil als auch einen in oder an der Aufnahme angeordneten Drucksensor, der als der erste Bewegungssensor vorgesehen ist, gleichermaßen mit einer Federkraft zu beaufschlagen, wobei die Federkraft auf den Drucksensor von der Verlagerung des Einschubteils im Rahmen des Spiels abhängt, und so eine Druckerhöhung die Bewegung anzeigt. Die Spanneinheit wird deshalb nachfolgend auch verkürzend als Federelement angesprochen.
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Das Federelement kann beispielsweise an einer das Einschubteil positionierenden Einrichtung des Haltekragens vorgesehen sein. Die das Einschubteil positionierende Einrichtung des Haltekragens kann einen Vorsprung des Haltekragens aufweisen, an dem in der Verriegelungsstellung eine Positionierungsbegrenzung, z.B. ein Zapfen, des Einschubteils anliegt. In einem Beispiel wird das Einschubteil durch Verdrehen in der Aufnahme in die Verriegelungsstellung gebracht, wobei das Verdrehen mit einem seitlich angeordneten Zapfen des Einschubteils gestoppt wird, indem der Zapfen an einem seitlichen Vorsprung des Haltekragens, der die seitliche Öffnung begrenzt, zu liegen kommt. Da das Federelement an dem Vorsprung des Haltekragens anliegt, wird bei einer Kollision nicht nur das Einschubteil gegen den Haltekragen, sondern es wird auch die Positionierungsbegrenzung gegen den Vorsprung gedrückt und das Federelement und, falls am Federelement vorgesehen, der Bewegungssensor des Federelements können ihre Wirkung entfalten.
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In Ausführungsformen kann die Außenseite des Einschubteils konische Haltevorsprünge und der Haltekragen der Aufnahme auf seiner Innenseite einen sich vom Basisring weg verjüngenden Konus aufweisen. Das Einschubteil kann durch die seitliche Öffnung im Halterkragen in eine Vor-Verriegelungsstellung einschiebbar sein, in der die Ringöffnungen sich überdecken, und das Einschubteil und die Aufnahme können aus der Vor-Verriegelungsstellung durch gegenseitiges Verdrehen in eine Verriegelungsstellung bringbar sein, in der die konischen Haltevorsprünge des Einschubteils am Konus des Haltekragens gehalten sind und das Einschubteil auf den Basisring drücken. Dabei können mindestens drei Haltevorsprünge vorgesehen sein.
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Die zum Basisring weisende Unterseite des Einschubteils oder die zum Einschubteil weisende Oberseite des Basisrings können zur Auflage ausgebildete Planelemente aufweisen. Es können mindestens zwei Planelemente vorgesehen sein. Das Einschubteil kann Magnete aufweisen und die Aufnahme kann Gegenmagnete aufweisen, die in der Verriegelungsstellung zu den Magneten komplementär angeordnet sind. So kann das Einschubteil mit einer magnetischen Anziehungskraft beaufschlagt werden und in die Verriegelungsstellung gezogen werden.
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Die Haltevorsprünge und/oder die Planelemente und/oder die Magnete/Gegenmagnete können definierte Anlagepunkte bilden, welche die Position des Einschubteils in der Aufnahme in der Verriegelungsstellung eindeutig und reproduzierbar festlegen.
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Gemäß einer Ausführungsform wird an dem Einschubteil ein Objektiv befestigt und in einer Objektivhülse des Objektivs ist eine zweite Kollisionserkennungseinrichtung vorgesehen. Dabei kann die zweite Kollisionserkennungseinrichtung ein das Objektiv enthaltendes Sicherheitselement und einen zweiten Bewegungssensor aufweisen, das Sicherheitselement kann in der Objektivhülse mittels mindestens einem, in Richtung der Frontlinse des Objektivs wirkenden zweiten Federelement federnd und axial beweglich angeordnet sein, und der zweite Bewegungssensor kann zwischen der Frontlinse des Objektivs und dem Sicherheitselement angeordnet sein. Dabei kann zum Zwecke der Signalgebung durch den zweiten Bewegungssensor ein in Richtung der Frontlinse des Objektivs einstellbares, mit dem Kollisionsensor über einen Andruckpunkt (Auslösepunkt) in Verbindung stehendes Druckelement angeordnet sein. Beispielsweise kann die Objektivhülse Teil einer Objektivfassung sein. Mit dieser Ausführungsform kann eine Kollision aus z-Richtung detektiert und von einer lateralen Bewegung unterschieden werden. Daher ist es möglich, eine Kollision aus verschiedenen Richtungen zu unterscheiden. Der erste Bewegungssensor und der zweite Bewegungssensor ermöglichen eine aktive Kollisionserkennung.
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Nach Beseitigung der Kollision richtet sich das Einschubteil aufgrund der Spanneinheit selbständig wieder über der optischen Achse aus. Auch in z-Richtung federt das Objektiv in seine Ausgangsposition zurück. Die Federkraft des ersten Federelements und/oder die Federkraft des zweiten Federelements können in allen Ausführungsformen einstellbar sein, beispielsweise jeweils mit einer Stellschraube.
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In Ausführungsformen kann das zweite Teil ein Mikroskopstativ, ein Objektivrevolver, eine Objektivwechslereinrichtung oder eine Objektivübergabeeinrichtung eines Mikroskops sein. Ferner kann der erste Teil ein Objektiv oder eine Objektiveinrichtung eines Mikroskops sein. Die Aufnahme oder deren Bewegungssensoren und/oder Federelemente und/oder Magnete können in einen Objektivrevolver integriert sein.
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Die Vorrichtung zum Befestigen eines Mikroskopobjektivs kann ausgebildet sein, Daten und/oder die elektrische Versorgung durchzuleiten. Dabei kann die zum Basisring weisende Unterseite des Einschubteils mindestens ein elektrisches Kontaktelement und die zur Unterseite des Einschubteils hin orientierte Oberseite des Basisrings ein dazu passendes elektrisches Gegenkontaktelement aufweisen, um eine elektrische Leitungsverbindung und/oder Datenverbindung zwischen Einschubteil und Aufnahme herzustellen.
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Ferner kann eine erste Antriebseinrichtung zum Bewegen des Mikroskopobjektivs, insbesondere des Objektivs oder der Objektiveinrichtung, in x-Richtung und/oder y-Richtung und/oder eine zweite Antriebseinrichtung zum Bewegen des Mikroskopobjektivs und/oder Verstellen des Objektivs und/oder der Objektiveinrichtung in z-Richtung vorgesehen sein. Beispielsweise kann die erste Antriebseinrichtung an dem zweiten Teil, z.B. einem Mikroskopstativ, vorgesehen sein, und die zweite Antriebseinrichtung kann am Mikroskopobjektiv, z.B. einer Objektivfassung, oder am zweiten Teil angeordnet sein. Ferner kann eine Steuereinrichtung vorgesehen sein, die z. B. über einen Steuerbus, über Steuerleitungen und/oder drahtlos mit der Aufnahme, dem Einschubteil, dem ersten Bewegungssensor, dem zweiten Bewegungssensor, der ersten Antriebseinrichtung und/oder der zweiten Antriebseinrichtung datenleitend verbunden ist. Des Weiteren können eine Speichereinrichtung und ein Prozessor vorgesehen sein.
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In Ausführungsformen weist ein Mikroskop eine Vorrichtung zur kollisionsschützenden Befestigung des Mikroskopobjektivs nach einem der vorstehenden Ausführungsformen einen Probenraum zur Aufnahme einer Probe, eine Antriebseinrichtung zum Bewegen des an der Aufnahme befestigten Mikroskopobjektivs relativ zum Probenraum und eine Steuereinrichtung auf, die mit der Antriebseinrichtung und dem Bewegungssensor zur Datenkommunikation verbunden ist und konfiguriert ist, die Antriebseinrichtung zu stoppen, wenn der Bewegungssensor eine Kollision anzeigt.
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Dabei kann die Steuereinrichtung konfiguriert sein, eine Bewegungsrichtung der Antriebseinrichtung zu protokollieren und nach dem Stoppen die Antriebseinrichtung entgegen der vorherigen Bewegungsrichtung zu reversieren, um einen Kollisionszustand aufzuheben.
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Das Mikroskopobjektiv kann dabei zusätzlich die genannte Objektivhülse aufweisen, in der eine zweite Kollisionserkennungseinrichtung angeordnet ist, und die zweite Kollisionserkennungseinrichtung ein Objektivoptikelemente enthaltendes Sicherheitselement und einen zweiten Bewegungssensor aufweisen, wobei das Sicherheitselement in der Objektivhülse mittels mindestens einem, in Richtung einer Frontlinse des Mikroskopobjektivs wirkenden, zweiten Federelement federnd und axial beweglich angeordnet ist, und der zweite Bewegungssensor zwischen der Frontlinse des Mikroskopobjektivs und dem Sicherheitselement angeordnet ist.
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In Ausführungsformen umfasst ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Mikroskops die Schritte: Bewegen des Mikroskopobjektivs relativ zum Probenraum, Überwachen eines Signals mindestens des ersten Bewegungssensors und Stoppen der Bewegung des Mikroskopobjektivs, falls das Signal des mindestens ersten Bewegungssensors eine Bewegung anzeigt. Optional ist auch Ermitteln einer Kollisionsrichtung und/oder eines Betrags eines während einer Kollision zurückgelegten Weges und/oder einer Position, ab der die Kollision stattgefunden hat, und weiteres Bewegen des Mikroskopobjektivs nach dem Stoppen in eine Richtung, die vom Ergebnis des Ermittelns abhängt, vorgesehen. Zusätzlich kann erfolgen: Protokollieren einer Bewegungsrichtung des Mikroskopobjektivs während dem Bewegungsschritt und weiteres Bewegen des Mikroskopobjektivs entgegen der Bewegungsrichtung nach dem Stoppen. Hierbei kommen in Frage: Stoppen der Bewegung des Mikroskopobjektivs durch eine Gegenstrombremsung, mit einer Rampe, Abschalten der Antriebseinrichtung durch die Steuereinrichtung im Falle einer Kollision, und/oder Speichern von Stellungen des Mikroskopobjektivs, in denen eine Bewegung detektiert wurde und anschließendes Bewegen des Mikroskopobjektivs unter Ausschluss unter Ausschluss dieser Stellungen, und/oder Definieren von räumlichen Abschnitten für Stellungen des Mikroskopobjektivs und Zuordnen der Abschnitte zu einer Kollisionswahrscheinlichkeit und Bewegen des Mikroskopobjektivs mit erhöhter oder verminderter Geschwindigkeit in Abhängigkeit von der Stellung des Mikroskopobjektivs in den räumlichen Abschnitten und damit von der Kollisionswahrscheinlichkeit.
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Eine weitere Ausführungsform betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Mikroskops mit der genannten Befestigungsvorrichtung, wobei die Aufnahme am zweiten Teil befestigt ist und das Einschubteil am Mikroskopobjektiv befestigt ist. Der erste Bewegungssensor der ersten Kollisionserkennungseinrichtung detektiert eine Bewegung des Einschubteils und/oder eine Bewegung, insbesondere Neigung, des Mikroskopobjektivs, jeweils relativ zur Aufnahme.
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In einer Abwandlung des Verfahrens ist am Einschubteil das Objektiv befestigt und in der Objektivhülse des Objektivs die zweite Kollisionserkennungseinrichtung mit dem Sicherheitselement vorgesehen; wobei das Verfahren den Schritt beinhalten kann: Detektieren einer Bewegung des Sicherheitselements in der Objektivhülse mittels dem zweiten Bewegungssensor der zweiten Kollisionserkennungseinrichtung.
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Das Verfahren kann mindestens einem Schritt umfassen, ausgewählt aus
- - Auslösen eines Signals des ersten und/oder des zweiten Bewegungssensors im Falle einer Kollision;
- - Leiten eines Signals des ersten und/oder des zweiten Bewegungssensors an die Steuereinrichtung im Falle einer Kollision;
- - Abbremsen der ersten und/oder der zweiten Antriebseinrichtung, vorzugsweise mit einer Gegenstrombremsung, durch die Steuereinrichtung im Falle einer Kollision;
- - Anhalten der ersten und/oder der zweiten Antriebseinrichtung, vorzugsweise mit einer Rampe, durch die Steuereinrichtung im Falle einer Kollision;
- - Abschalten der ersten und/oder der zweiten Antriebseinrichtung durch die Steuereinrichtung im Falle einer Kollision;
- - Speichern der Kollisionsrichtung, des Betrags des während der Kollision zurückgelegten Weges und/oder der Position, ab der die Kollision stattgefunden hat, in der Steuereinrichtung;
- - Speichern einer durch die erste und/oder zweite Antriebseinrichtung durchgeführten zeitlich begrenzten und/oder zeitlich letzten Bewegung und/oder Verstellung des Mikroskopobjektivs in der Steuereinrichtung und Berücksichtigen derselben im Falle einer Kollision;
- - Bewegen des Mikroskopobjektivs, insbesondere des Objektivs und/oder der Objektiveinrichtung, in Kollisions-Gegenrichtung mittels der ersten Antriebseinrichtung;
- - Bewegen des Mikroskopobjektivs und/oder Verstellen des Objektivs und/oder der Objektiveinrichtung in Kollisions-Gegenrichtung mittels der zweiten Antriebseinrichtung;
- - Bewegen des Mikroskopobjektivs und/oder Verstellen des Objektivs und/oder der Objektiveinrichtung unter Ausschluss von Kollisionskoordinaten und/oder einer gespeicherten Position, ab der eine Kollision stattgefunden hat;
- - Einschalten des ersten und/oder des zweiten Bewegungssensors bei Aktivierung der ersten und/oder zweiten Antriebseinrichtung;
- - Identifizieren von als erster Teil und/oder als zweiter Teil genutzten Mikroskopkomponenten in der Steuereinrichtung und/oder Berücksichtigen derselben beim Betreiben der ersten und/oder zweiten Antriebseinrichtung; und
- - Definieren von räumlichen Abschnitten in x-, y- und/oder z-Richtung, in denen die erste und/oder die zweite Antriebseinrichtung mit erhöhter oder verminderter Geschwindigkeit betrieben werden, in Abhängigkeit von einer Kollisionswahrscheinlichkeit.
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Das Verfahren kann ferner mindestens einen der folgenden Schritte umfassen: Ermitteln, ob ein Objektiv mit der Befestigungsvorrichtung zum Kollisionsschutz am zweiten Teil befestigt ist; Ermitteln, ob die erste und/oder die zweite Antriebseinrichtung in Funktion ist; Aktivieren des ersten Bewegungssensors und/oder des zweiten Bewegungssensors; Ermitteln von Kollisionskoordinaten; Bewegen des Mikroskopobjektivs, insbesondere des Objektivs und/oder der Objektiveinrichtung, in eine Position außerhalb der Kollisionskoordinaten; Deaktivieren des ersten Bewegungssensors und/oder des zweiten Bewegungssensors;.
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Um den Kollisionsgrund wieder aufheben zu können, ist es vorteilhaft, wenn die letzten Fahrbewegungen der Antriebseinrichtung aufgezeichnet werden. Auf diese Aufzeichnungen kann nach Detektion einer Kollision zurückgegriffen werden und eine Rückführfahrt zur Beseitigung der Kollision eingeleitet werden. Des Weiteren kann eine zeitlich begrenzte Fahrspur der einzelnen Antriebe aufgezeichnet werden, um eine Rückführfahrt nach einer Kollision einzuleiten. Vorteilhaft ist es, räumlichen Abschnitte in x-, y- und/oder z-Richtung zu definieren, in denen die Antriebseinrichtungen mit Eilvorschub fahren können, und Grenzabschnitte in x-, y- und/oder z-Richtung zu definieren, in denen nur mit verminderter Geschwindigkeit gefahren werden darf. So z.B. in der Nähe eines Tischausbruch eines Mikroskops oder im Bereich der möglichen Fokussierfahrt eines Objektivs. Dazu kann ein Workflow für die Steuereinrichtung bereitgestellt werden. Dieser Workflow kann durch die eingesetzten Komponenten am Mikroskop bestimmt sein und ist dadurch variabel. Ferner können sich die eingesetzten Komponenten selbstständig in der Steuereinrichtung anmelden, wodurch dieser Workflow automatisch zusammengestellt und generiert werden kann. Vorteilhaft kann der Kollisionsschutz erst scharf geschaltet werden, wenn die Antriebe in z, x, y-Richtung fahren, d.h. der ersten und/oder der zweite Bewegungssensors können erst bei Aktivierung der ersten und/oder zweiten Antriebseinrichtung eingeschaltet werden. Somit kann ein Bediener des optischen Geräts das Mikroskopobjektiv auswechseln, ohne dadurch die Antriebsvorrichtungen abzuschalten oder eine Rückfahrt nach Kollision auszulösen.
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Eine Ausführungsform betrifft ein Computerprogrammprodukt mit Programmelementen, die die Vorrichtung nach einer der vorstehenden Ausführungsformen dazu veranlassen, Schritte des Verfahrens zum Betreiben der Vorrichtung nach einer der vorstehenden Ausführungsformen auszuführen, insbesondere wenn die Programmelemente in eine Speichereinrichtung der Vorrichtung geladen werden. Eine weitere Ausführungsform betrifft ein computerlesbares Medium, auf dem das Computerprogrammprodukt nach der vorstehenden Ausführungsform gespeichert ist.
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Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen, den Figuren und den Unteransprüchen. Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in den angegebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung einsetzbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Die Vorrichtung zum Befestigen eines Mikroskopobjektivs an einem Mikroskopbauteil wird im Folgenden auch Kollisionsschutzvorrichtung genannt.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, die ebenfalls erfindungswesentliche Merkmale offenbaren, noch näher erläutert. Diese Ausführungsbeispiele dienen lediglich der Veranschaulichung und sind nicht als einschränkend auszulegen. Beispielsweise ist eine Beschreibung eines Ausführungsbeispiels mit einer Vielzahl von Elementen oder Komponenten nicht dahingehend auszulegen, dass alle diese Elemente oder Komponenten zur Implementierung notwendig sind. Vielmehr können andere Ausführungsbeispiele auch alternative Elemente und Komponenten, weniger Elemente oder Komponenten oder zusätzliche Elemente oder Komponenten enthalten. Elemente oder Komponenten verschiedener Ausführungsbespiele können miteinander kombiniert werden, sofern nichts anderes angegeben ist. Modifikationen und Abwandlungen, welche für eines der Ausführungsbeispiele beschrieben werden, können auch auf andere Ausführungsbeispiele anwendbar sein. Zur Vermeidung von Wiederholungen werden gleiche oder einander entsprechende Elemente in verschiedenen Figuren mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet und nicht mehrmals erläutert. Von den Figuren zeigen:
- 1 schematisch als ein Beispiel eine Kollisionsschutzvorrichtung 10 für Komponenten eines optischen Geräts;
- 2a bis 2c schematisch die Aufnahme und das Einschubteil der Kollisionsschutzvorrichtung 10;
- 3a und 3b schematische Querschnittsansichten einer Kollisionsschutzvorrichtung 100 als ein weiteres Beispiel,
- 4 eine schematische Querschnittsansicht einer Kollisionsschutzvorrichtung 200 als ein weiteres Beispiel;
- 5a und 5b schematisch vergrößerte Querschnittsansichten der Kollisionsschutzvorrichtung 200;
- 6a bis 6d schematisch eine Kollisionsschutzvorrichtung 300 als ein weiteres Beispiel;
- 7a und 7b schematisch eine Kollisionsschutzvorrichtung 400 als ein weiteres Beispiel;
- 8 schematisch einen Objektivrevolver 150 eines Mikroskops;
- 9 schematisch ein Ablaufdiagramm eines Beispiels des Verfahrens zum Betreiben der Kollisionsschutzvorrichtung; und
- 10a bis 10c schematisch beispielhafte Mikroskopsysteme, in denen die Kollisionsschutzvorrichtung implementiert ist.
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1 zeigt schematisch eine Kollisionsschutzvorrichtung 10 für Komponenten eines optischen Geräts als ein Beispiel. Die Kollisionsschutzvorrichtung beinhaltet eine Einrichtung 11 zum Befestigen eines Mikroskopobjektivs 12 an einem zweiten Teil 13, vorzugsweise einem Mikroskopstativ oder einer Mikroskopkomponente. Die Einrichtung 11 kann mit der Option ausgebildet sein, Daten und/oder die elektrische Versorgung durchzuleiten. Es sind eine Aufnahme 14, die am zweiten Teil 13 befestigt oder befestigbar ist, und ein ringförmiges Einschubteil 18, das am Mikroskopobjektiv 12 befestigt oder befestigbar ist, vorgesehen. Die Aufnahme 14 weist einen Basisring 15 und einen auf dem Basisring vorgesehenen Haltekragen 16 auf. Der Haltekragen 16 besitzt eine seitliche Öffnung 17, durch die das Einschubteil 18 in die Aufnahme 14 einschiebbar ist. Ferner ist eine erste Kollisionserkennungseinrichtung 20 vorgesehen, die mindestens einen ersten Bewegungssensor 22 zum Detektieren mindestens einer Bewegung ausgewählt aus einer Bewegung des Einschubteils 18 in der Aufnahme 14 und einer Bewegung, insbesondere Neigung, des Mikroskopobjektivs 12 relativ zur Aufnahme 14 aufweist.
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2a bis 2c stellen die Aufnahme 14 und das Einschubteil 18 dar, in verschiedene Stadien des Verbindens der Aufnahme und des Einschubteils. In 2a ist das Einschubteil 18 bis ungefähr zur Hälfte durch die seitliche Öffnung 17 in die Aufnahme 14 eingeschoben. 2b stellt das Einschubteil 18 vollständig in die Aufnahme 14 eingeschoben dar. 2c gibt die Aufnahme 14 und das Einschubteil 18 in der Verriegelungsstellung wieder. In der Verriegelungsstellung ist ein Spiel zwischen Einschubteil 18 und Aufnahme 14 vorhanden. Die Einrichtung 11 zum Befestigen des Mikroskopobjektivs 12 an dem zweiten Teil 13 kann als Bajonettschnittstelle ausgebildet sein, wobei die Aufnahme 14 als Bajonettring und das Einschubteil 18 als Bajonettflansch fungieren.
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Der Bewegungssensor 22 besteht in diesem Beispiel aus einem Positionssensor 24, dessen Sensor auf der Innenseite des Haltekragens 16 vorgesehen ist. Der Positionssensor 24 besitzt einen magnetischen Signalgeber, der wiederum am Einschubteil vorgesehen ist und in der Verriegelungsstellung komplementär zum Sensor angeordnet ist. Bei einer seitlichen Kollision des am Einschubteil 18 vorgesehenen Mikroskopobjektivs 12 mit einem Gegenstand bewegt sich das Einschubteil 18 in der Aufnahme 14. Dadurch bewegt sich der am Einschubteil 18 vorgesehene Signalgeber des Positionssensors 24 relativ zu dessen Sensor, der am Haltekragen 16 vorgesehen ist. Auf diese Weise wird die Kollision detektiert. Der Positionssensor kann daraufhin ein Signal abgeben, z.B. an eine Steuereinrichtung des optischen Geräts. Ist das Einschubteil 18 selektiv mit einem bestimmten Mikroskopobjektiv, wie einem Objektiv eines bestimmten Typs versehen, kann beim Verbinden der Aufnahme mit dem Einschubteil zudem erkannt werden, ob das gewünschte Objektiv genutzt wird. Ferner kann mittels des Positionssensors erkannt werden, ob das Einschubteil 18 in Verriegelungsstellung angeordnet ist.
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3a zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer Kollisionsschutzvorrichtung 100 als ein weiteres Beispiel, deren Einschubteil 18 in der Aufnahme 14 in Verriegelungsstellung vorgesehen ist. Dabei sind an dem Einschubteil 18 ein Objektiv 120 und an der Aufnahme 14 ein zweites Teil 13, z.B. ein Mikroskopstativ, befestigt. In der Verriegelungsstellung ist ein Spiel zwischen Einschubteil 18 und Aufnahme 14 vorhanden. Die Kollisionsschutzvorrichtung 100 weist mindestens ein erstes Federelement 30 auf. Das erste Federelement 30 ist an der Aufnahme 14 vorgesehen und besitzt eine Druckfeder 32, die in der Verriegelungsstellung federnd gespannt ist. Die Federkraft der Druckfeder 32 kann mit einer Stellschraube 36 eingestellt werden. Die Druckfeder 32 wirkt auf einen Hebel 39, der auf der Außenseite der Aufnahme 14 vorgesehen ist. Der Hebel 39 ist derart ausgestaltet, dass die Federkraft der Druckfeder 32 zusätzlich über den Hebelarm erhöht wird und somit eine höhere Andruckkraft anliegt. Der Hebel 39 wirkt ferner auf ein Kugellager 37 ein. 3b stellt eine vergrößerte Ansicht des eingebauten Kugellagers 37 dar. Das Kugellager 37 dient zur verschleißarmen und verlustfreien Übertragung der resultierenden Hebelkraft auf die Andruckposition. Das Kugellager 37 ist im vorliegenden Beispiel in ein Druckstück 38 integriert. Anstelle des Kugellagers 37 kann eine Kugel mit einem optionalen Federblech eingesetzt sein. In weiteren Varianten kann auf den Hebelarm verzichtet werden und die Druckfeder 32 wirkt direkt auf das Kugellager 37 oder ein ähnliches Andruckstück. Der Vorteil des in 3a dargestellten Hebelmechanismus liegt darin begründet, dass die Druckstufe mit der Druckfeder 32 im inneren Bereich des zweiten Teils 13, z.B. in einem Objektivrevolver, angeordnet werden kann und der Raum oberhalb des zweiten Teils 13 frei von zusätzlichen Bauteilen bleibt.
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Sind die Aufnahme 14 und das Einschubteil 18 in der Verriegelungsstellung miteinander verbunden, ist ein Federweg des ersten Federelements 30, d.h. im vorliegenden Beispiel der Druckfeder 32, realisierbar. Aufgrund des ersten Federelements 30 wird, nachdem sich das Einschubteil 18 bei einer Kollision in der Aufnahme 14 bewegt hat und wenn der Kollisionsgrund wieder beseitigt wird, das Einschubteil 18 wieder in seine Ausgangsposition zurück gedrückt. Es wird zudem bei einer Kollision ein Reaktionsweg bereitgestellt, der ermöglicht, Antriebe, welche die Kollisionsfahrt durchgeführt haben, herunter zu fahren, abzubremsen bzw. abzuschalten. Durch diese Maßnahmen kann ein harter Crash des Mikroskopobjektivs und des Elements, das mit dem Mikroskopobjektiv kollidiert, vermieden werden. Vorteilhaft kann eine zeitlich begrenzte Fahrspur der einzelnen Antriebe in einer Speichereinrichtung aufgezeichnet werden, um eine Rückführfahrt nach einer Kollisionsfahrt einzuleiten. Die Kollisionsschutzvorrichtung 100 weist zudem den Bewegungssensor 22 der Kollisionsschutzvorrichtung 10 auf (nicht in 3a dargestellt).
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4, 5a und 5b zeigen schematisch eine Kollisionsschutzvorrichtung 200 als ein weiteres Beispiel. In 4 ist das in diesem Beispiel vorhandene Kugellager 37 nicht dargestellt, zur Verdeutlichung des Spiels zwischen Einschubteil 18 und Aufnahme 14 in der Verriegelungsstellung. Aus 4 ist erkennbar, dass das Einschubteil 18 mehrere Magnete 60 und die Aufnahme 14 mehrere Gegenmagnete 62 aufweisen, die in der Verriegelungsstellung zueinander komplementär angeordnet sind. Ferner zeigt 4 einen Spalt 63, der das Spiel in der Verriegelungsstellung zwischen Einschubteil 18 und Aufnahme 14 bereitstellt. Der Spalt 63 ist für die Bewegungsfreiheit nach Kollision vorgesehen, um einen harten Crash zu verhindern und den Bewegungsweg (z.B. die Kippung vom Objektiv) bereitzustellen, um die Antriebe zu stoppen.
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Wie 5a zeigt, unterscheidet sich die Kollisionsschutzvorrichtung 200 von der Kollisionsschutzvorrichtung 100 dadurch, dass an der Druckfeder 32 ein Drucksensor 26 des Bewegungssensors, z.B. eine Druckfolie, anliegt, auf den die Druckfeder 32 im Falle einer Kollision einwirkt. Durch eine Kollision aus den Richtungen x- oder y-Richtung oder aus x- und y-Richtung gleichzeitig spricht der Drucksensor 26 sofort an, da jede kleinste Bewegung vom Einschubteil 18 in der Aufnahme 14 detektiert wird. Aufgrund des Drucksensors 26 kann auf die zuvor dargestellten Positionssensoren 24 verzichtet werden.
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5b gibt eine Variante der Kollisionsschutzvorrichtung 200 wieder. Hier ist an der Druckfeder 32 als Bewegungssensor 22 ein Piezo-Filmsensor 28 angeordnet. Der Piezo-Filmsensor 28 ermöglicht die Detektion einer Bewegung des Einschubteils 18 in der Aufnahme 14 über die sensitive Erkennung der Änderung der Durchbiegung des Filmsensors selbst.
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6a bis 6d zeigen als ein weiteres Beispiel schematisch eine Kollisionsschutzvorrichtung 300, wobei die 6c und 6d Querschnittsansichten sind. Wie in 6a erkennbar, ist das erste Federelement 30 an einer das Einschubteil 18 positionierenden Einrichtung 40 des Haltekragens 16 vorgesehen. Die Einrichtung 40 umfasst im vorliegenden Beispiel einen Vorsprung 42 des Haltekragens 16, an dem in der Verriegelungsstellung eine Positionierungsbegrenzung 42, im vorliegenden Beispiel ein Zapfen, des Einschubteils 18 anliegt. Der Vorsprung 42 begrenzt die seitliche Öffnung 17 des Haltekragens 16. In diesem Beispiel wird das Einschubteil 18 nach dem vollständigen Einschieben in die Aufnahme 14 durch Verdrehen in die Verriegelungsstellung gebracht. Das Verdrehen des Einschubteils 18 wird gestoppt, sobald der Zapfen 44 an dem Vorsprung 42 zu liegen kommt. Die Einrichtung 40 besitzt im vorliegenden Beispiel einen Hebel 45 und ist als Hebelmechanismus ausgebildet, der das Einschubteil 18 in der Aufnahme 14 positioniert. In der Verriegelungsstellung ist ein Spiel zwischen Einschubteil 18 und Aufnahme 14 vorhanden.
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Wie die 6b bis 6d zeigen, ist das Federelement 30 als ein Ausleger 46 des Hebels 45 ausgebildet, wobei der Ausleger 46 eine Bohrung 47 als Sackloch aufweist. In die Bohrung 47 ist eine Druckfeder 48 mit Druckstück 49 eingesetzt. Das Druckstück 49 ist so platziert, dass es auf den Sensorbereich eines Kraftmesswiderstandes 50, der als Bewegungssensor 22 fungiert, drückt. Die eingesetzte Druckfeder 48 ist vorteilhaft so ausgelegt, dass diese über die eigene Federrate die Andruckkraft verstärkt, wodurch die Reaktionszeit zur Ermittlung einer Kollision minimiert wird. Es wird auch erkannt, ob in die Aufnahme 14 das Einschubteil 18 mit einem Mikroskopobjektiv 12 eingesetzt ist. Ist kein Objektiv 12 an der Aufnahme 14 angeschlossen, wird eine geringe Messkraft des Kraftmesswiderstandes 50 erhalten. Ist das Objektiv 12 in der Aufnahme vorgesehen, wird eine definierte Messkraft in einem definierten Bereich ermittelt. Wenn das Objektiv 12 seitlich mit einem Gegenstand kollidiert, wird eine erhöhte Messkraft festgestellt. Da das erste Federelement 30 an dem Vorsprung 42 des Haltekragens 16 vorgesehen ist, wird bei einer Kollision die Positionierungsbegrenzung 44 des Einschubteils 18 gegen den Vorsprung 42 gedrückt und das Federelement 30 und der Kraftmesswiderstand 50 können ihre Wirkung entfalten. Über den federnden Hebel 45 wird nach der Beseitigung der Kollision das Objektiv 12 wieder in die erforderliche optische Arbeitsposition zurückbewegt. Der Vorteil dieser Lösung liegt darin, dass ein am Einschubteil 16 vormontiertes Objektiv bereits in der Fertigung auf seine Funktion hin überprüft werden kann, bevor es endgültig im Objektivrevolver oder einer anderen Komponente des optischen Geräts endmontiert wird. Der Objektivrevolver oder die andere Komponente benötigt somit keine zusätzlichen Elemente, welche die Erkennung einer Kollision detektieren können. Das vereinfacht den Aufbau des Objektivrevolvers oder der anderen Komponente erheblich. Das vom Kraftmesssensor 50 ausgegebene Signal kann über eine an der Aufnahme 14 montierte Steckerleiste und einem daran angesteckten Kabelbaum an das optische Gerät, wie ein Mikroskop, bzw. an dessen Steuereinrichtung weitergegeben werden .
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In einer Abwandlung der Beispiele weist die Außenseite des Einschubteils 18 konische Haltevorsprünge 181 auf, wie in 2a veranschaulicht ist. Ferner besitzt der Haltekragen 16 der Aufnahme 14 auf seiner Innenseite einen sich vom Basisring weg verjüngenden Konus. Nach dem vollständigen Einschieben des Einschubteils 18 durch die seitliche Öffnung 17 im Haltekragen 16 wird eine Vor-Verriegelungsstellung eingenommen, in der die Ringöffnungen sich überdecken, und das Einschubteil 18 und die Aufnahme 14 können aus der Vor-Verriegelungsstellung durch gegenseitiges Verdrehen in die Verriegelungsstellung gebracht werden, in der die konischen Haltevorsprünge des Einschubteils 18 am Konus des Haltekragens 16 gehalten sind und das Einschubteil auf den Basisring 15 drücken. Dabei können mindestens drei Haltevorsprünge vorgesehen sein. In einer weiteren Abwandlung der Beispiele besitzt die zum Basisring 15 weisende Unterseite des Einschubteils 18 oder die zum Einschubteil 18 weisende Oberseite des Basisrings 15 zur Auflage ausgebildete Planelemente 182, wie in 5a und 5b veranschaulicht ist. Es können mindestens zwei Planelemente 182 vorgesehen sein. Gemäß einer anderen Abwandlung weist das Einschubteil 18 Magnete 60 auf und die Aufnahme 14 weist Gegenmagnete 62 auf, die in der Verriegelungsstellung zu den Magneten 60 komplementär angeordnet sind. Dies ist beispielsweise in 4 und 2a erkennbar. So kann das Einschubteil 18 beim Verbinden mit der Aufnahme 14 mit einer magnetischen Anziehungskraft beaufschlagt werden und in die Verriegelungsstellung gezogen werden. Die Haltevorsprünge 181 und/oder die Planelemente 182 und/oder die Magnete/Gegenmagnete 60, 62 bilden definierte Anlagepunkte, welche die Position des Einschubteils 18 in der Aufnahme 14 in der Verriegelungsstellung eindeutig und reproduzierbar festlegen. Die Magnete 60, 62 unterstützen die genaue Positionierung des Einschubteils 18, welche besonders an aufrechten Mikroskopen von Vorteil sind. Nach einer Kollision, bei der sich das Einschubteils 18 in der Aufnahme 14 bewegt, bewirken oder fördern die Magnete 60, 62, dass das Einschubteil 18 wieder in seine Ausgangsposition zurückkehrt.
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7a und 7b zeigen als ein weiteres Beispiel eine Kollisionsschutzvorrichtung 400 mit einem Mikroskopobjektiv 12 in Form einer Objektiveinrichtung 123, die eine zweite Kollisionserkennungseinrichtung 75, 76 aufweist. An dem Einschubteil 18 ist eine Objektivhülse 71 eines Objektivs 70 der Objektiveinrichtung 123 befestigt und in der Objektivhülse 71 ist die zweite Kollisionserkennungseinrichtung vorgesehen. Dabei weist die zweite Kollisionserkennungseinrichtung ein das Objektiv 70 enthaltendes Sicherheitselement 75 und einen zweiten Bewegungssensor 76 auf. Das Sicherheitselement 75 ist in der Objektivhülse 71 mittels mindestens einem, in Richtung der Frontlinse 71 des Objektivs wirkenden, zweiten Federelement 77 federnd und axial beweglich angeordnet. Der zweite Bewegungssensor 76 ist zwischen der Frontlinse 71 des Objektivs 70 und dem Sicherheitselement 75 angeordnet. Die optional vorgesehene Antriebseinrichtung 122 für die Fokussieroptik des Objektivs 70 ist nicht gezeigt. Zum Zwecke der Signalgebung durch den zweiten Bewegungssensor 76 ist ein in Richtung der Frontlinse 71 des Objektivs einstellbares, mit dem Bewegungssensor über einen Andruckpunkt (Auslösepunkt) 78 in Verbindung stehendes Druckelement 79 angeordnet. Die Objektivhülse 71 kann beispielsweise Teil einer Objektivfassung sein. Wenn die Objektivhülse 71 mit dem daran befestigten Einschubteil 18 mit der Aufnahme 14 in der Verriegelungsstellung verbunden ist, kann nicht nur eine seitliche Kollision der Objektiveinrichtung 123, d.h. aus x- und/oder y-Richtung, sondern auch eine Kollision aus z-Richtung detektiert werden, da sowohl der erste Bewegungssensor 30 als auch der zweite Bewegungssensor 76 eine aktive Kollisionserkennung ermöglichen. Mit diesem Beispiel kann also eine Kollision aus allen Richtungen erkannt werden. Nach Rückgängigmachung der Kollision aus z-Richtung federt das Objektiv 70 aufgrund des zweiten Federelements 77 entlang des Federwegs S in seine Ausgangsposition zurück. Nach Beseitigung der Kollision aus x- und/oder y-Richtung richtet sich das Einschubteil 18, insbesondere wenn das erste Federelement 30 und/oder die Magnete 60, 62 vorgesehen sind, wieder über der optischen Achse aus.
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In weiteren Beispielen kann der erste Teil 12, z.B. die Objektiveinrichtung 123 des vorstehenden Beispiels, einen Neigungssensor als den ersten Bewegungssensor 22 enthalten, beispielsweise ein Gyroskop, einen winkelsensitiven Sensor auf Magnetfeld-Basis, einen Dehnungssensor, einen Drucksensor oder einen Piezo-Filmsensor. Bei einer seitlichen Kollision des Mikroskopobjektivs 12 wird dieses gegenüber der Aufnahme 14 geneigt und die Kollision detektiert.
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In einem Beispiel, das in 8 gezeigt ist, ist der zweite Teil 13 ein Objektivrevolver 150 eines Mikroskops. Die Aufnahme 14 ist in dem Objektivrevolver 150 vorgesehen. Es können auch mehrere Aufnahmen 14 vorgesehen sein. Das Einschubteil 18 kann in die Aufnahme 14 eingeschoben und in die Verriegelungsstellung gebracht werden.
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In weiteren Beispielen ist die Kollisionsschutzvorrichtung ausgebildet, Daten und/oder die elektrische Versorgung durchzuleiten. Wie in 2a veranschaulicht ist, weist in einem Beispiel die zum Basisring 15 weisende Unterseite des Einschubteils 18 mindestens ein elektrisches Kontaktelement und die zur Unterseite des Einschubteils 18 hin orientierte Oberseite des Basisrings 15 ein dazu passendes elektrisches Gegenkontaktelement 25 auf, um eine elektrische Leitungsverbindung und/oder Datenverbindung zwischen Einschubteil 18 und Aufnahme 14 herzustellen.
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In weiteren Beispielen ist eine erste Antriebseinrichtung 121 zum Bewegen des Mikroskopobjektivs 12 in x-Richtung und/oder y-Richtung und/oder eine zweite Antriebseinrichtung 122 zum Bewegen des Mikroskopobjektivs in z-Richtung, also längs der optischen Achse des Mikroskopobjektivs, vorgesehen, wie in 3a veranschaulicht ist. Ferner kann eine Steuereinrichtung 131 vorgesehen sein, die über einen Steuerbus, über Steuerleitungen und/oder drahtlos mit mindestens einem Element ausgewählt aus der Aufnahme, dem Einschubteil, dem ersten Bewegungssensor, dem zweiten Bewegungssensor, der ersten Antriebseinrichtung und der zweiten Antriebseinrichtung datenleitend verbunden ist. Des Weiteren kann eine Speichereinrichtung vorgesehen sein, beispielsweise in der Steuereinrichtung 131.
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Im Betrieb der vorstehenden Beispiele der Kollisionsschutzvorrichtung 10, 100, 200, 300 für Komponenten eines optischen Geräts ist die Aufnahme 14 am zweiten Teil 13 befestigt und das ringförmige Einschubteil 18 ist am Mikroskopobjektiv 12 befestigt; wobei der erste Bewegungssensor 22 der ersten Kollisionserkennungseinrichtung 20 mindestens eine Bewegung ausgewählt aus einer Bewegung des Einschubteils in der Aufnahme und einer Bewegung, insbesondere Neigung, des Mikroskopobjektivs 13 relativ zur Aufnahme 14 detektiert. Im Beispiel der Kollisionsschutzvorrichtung 400 der 7a und 7b, in dem an dem Einschubteil 18 die Objektivhülse 71 des Objektivs 70 befestigt ist und in der Objektivhülse 71 die zweite Kollisionserkennungseinrichtung mit dem Sicherheitselement 75 vorgesehen ist; wird bei einer Kollision der Objektiveinrichtung 123 in z-Richtung zusätzlich die Bewegung des Sicherheitselements 75 in der Objektivhülse 71 mit dem zweiten Bewegungssensor 76 detektiert.
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Ein Beispiel des Verfahrens zum Betreiben der Kollisionsschutzvorrichtung ist in 9 dargestellt, in Form eines Ablaufdiagramms. Die Kollisionsschutzvorrichtung wird dabei in einem Mikroskop eingesetzt, z.B. ist die Aufnahme 14 an einem Mikroskopstativ befestigt und das Einschubteil 18 ist an der Objektiveinrichtung 123 befestigt und bilden eine Objektivschnittstelle als die Einrichtung 11 zum Befestigen des Mikroskopobjektivs an dem zweiten Teil. Zuerst wird über z.B. die Positionssensoren 24 ermittelt, ob das an der Objektivschnittstelle 11 angebrachte Objektiv 120 mit einem Kollisionsschutz gemäß der Kollisionsschutzvorrichtung versehen ist. Wenn dies der Fall ist, wird ermittelt, ob die Antriebseinrichtung 122 zum Bewegen des Mikroskopobjektivs und/oder Verstellen des Objektivs in z-Richtung, z.B. für die Fokussieroptik des Objektivs in z-Richtung, d.h. in Richtung des mit dem Mikroskop zu untersuchenden Präparats, und/oder die Antriebseinrichtung 121 für den Mikroskoptisch in x- und/oder y-Richtung in Funktion sind. Wenn dies bestätigt wird, erfolgt die Aktivierung des ersten Bewegungssensors 22 in der Objektivschnittstelle 11 und/oder des zweiten Bewegungssensors 76 der Objektiveinrichtung 123. Wird eine Kollision detektiert, werden die Antriebseinrichtungen 121, 122 zunächst gestoppt und dann mittels der Antriebseinrichtungen ein Rückfahren der Objektiveinrichtung 123 in eine objektivspezifische Parkposition außerhalb der Kollisionskoordinaten durchgeführt. Anschließend erfolgt eine Deaktivierung der ersten und/oder zweiten Bewegungssensoren. Diese Schritte werden von der Steuereinrichtung 131 veranlasst.
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Die Steuerung der hardwareseitig in einem motorisierten oder automatisierten Mikroskopsystem implementierten Kollisionsschutzvorrichtung ist eine Routine, z.B. ein Computerprogrammprodukt, in der Steuereinrichtung 131 des Mikroskops. Das in 9 dargestellte Ablaufschema zeigt Programmschritte für die Steuerung der Kollisionsschutzvorrichtung. Bei eingeschaltetem Mikroskop und nach Auswahl eines Objektivs mit Kollisionsschutzfunktion wird die Kollisionsschutz-Routine aktiviert und erst wieder bei Anwahl eines Objektivs ohne Kollisionsschutzfunktion (z.B. Objektive mit größeren Arbeitsabständen) deaktiviert. Um Fehlfunktionen oder Fehlalarme beim Hantieren des Nutzers im probennahen Raum zu vermeiden (z. B. während des Einlegens des Präparates) werden bei eingeschalteten Objektiven mit Kollisionsschutz die Bewegungssensoren erst beim Fahren des Objektivs und/oder deren Fokussieroptik in Richtung Probe, d.h. in z-Richtung, und/oder beim Bewegen des Mikroskoptisches in x- und/oder y-Richtung aktiviert. Bei Detektion einer Kollision sind verschiedene Abschaltroutinen für die Antriebseinrichtungen denkbar. Zusätzlich kann im Kollisionsfall ein Signalton abgegeben werden bzw. eine Visualisierung in der Bediensoftware (z. B. mit Hinweis auf die betroffenen konkreten Komponenten oder weiteren Handlungshinweisen für den Nutzer) erfolgen.
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Für die elektrische Anbindung der Kollisionsschutzvorrichtung gemäß Ausführungsbeispielen an die Steuereinrichtung 131 gibt es beispielsweise die in 10a bis 10c gezeigten Möglichkeiten.
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10a zeigt ein Mikroskopsystem 140 gemäß einem Beispiel, in dem die Kollisionsschutzvorrichtung 400 (nicht dargestellt) implementiert ist. Das Mikroskopsystem 140 umfasst einen Mikroskoptisch 143 und den Objektivrevolver 150. Die Objektivschnittstelle 11 (nicht gezeigt) mit der Aufnahme 14 an dem Objektivrevolver 150 und dem Einschubteil 18 an der Objektiveinrichtung 123 dient zum Verbinden der Objektiveinrichtung 123 mit der dem Objektivrevolver 150. Die Objektivschnittstelle 11 verfügt über einen Neigungssensor als Bewegungssensor 22 (nicht gezeigt) und ist über einen Steuerbus 145 an Komponenten der Steuereinrichtung 131, wie bspw. an die Tischsteuerung 131 a und den Focus-Controller 131 b, angebunden. Es ist jedoch auch denkbar, dass in der Objektiveinrichtung 123 selbst ein Neigungssensor untergebracht ist.
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10b zeigt ein beispielhaftes Mikroskopsystem 240 mit der Kollisionsschutzvorrichtung 400 gemäß einem weiteren Beispiel. Die Objektivschnittstelle 11 oder die Objektiveinrichtung 123 verfügen über einen Neigungssensor als Bewegungssensor 22, der mittels des Steuerbusses 145 und/oder mittels der direkten Steuerleitung 146 über direkte Steuersignale an Komponenten der Steuereinrichtung 131, wie bspw. an die Tischsteuerung 131a und den Focus-Controller 131b, angebunden ist.
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10c zeigt ein beispielhaftes Mikroskopsystem 340 mit der Kollisionsschutzvorrichtung 400 gemäß einem Beispiel. Es ist eine Objektivhaltevorrichtung 144 vorgesehen, in der der Bewegungssensor 22 vorgesehen ist, welcher an eine eigene Auswerte-Elektronik 131c angeschlossen ist. Die Auswerte-Elektronik 131c ist über die direkte Steuerleitung 146 und/oder den Steuerbus 145 an Komponenten der Steuereinrichtung 131, wie bspw. an die Tischsteuerung 131 a und den Focus-Controller 131 b, angebunden.
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Sobald der Bewegungssensor 22 eine Neigung der Objektiveinrichtung 123 meldet, wird über den Steuerbus 145 und/oder über die Steuerleitung 146 des Mikroskopsystems 140 eine Nachricht über eine Kollision an die beteiligten Komponenten der Steuereinrichtung 131, wie Tischsteuerung 131 a und Focus-Steuerung 131 b, gesendet. Die Steuereinrichtung 131 kann im Falle einer Kollision mit Abschaltroutinen reagieren: Abbremsen der Antriebseinrichtungen 121, 122 mit Gegenstrombremsung, definiertes Anhalten der Antriebseinrichtungen 121, 122 durch eine Rampe; einfaches Abschalten der Antriebseinrichtungen. Nach dem Stillstand aller Antriebseinrichtungen, d.h. der Antriebseinrichtung 121 des Mikroskoptisches und der Antriebseinrichtung 122 in z-Richtung, wird optional eine Fahrt in entgegengesetzter Richtung ausgeführt, um die Kollision zu lösen. Hierfür gibt es folgende Optionen: Fahrt der Objektiveinrichtung 123 durch die Antriebseinrichtungen 121, 122 in entgegengesetzter Richtung der zuvor stattgefundenen Kollision, um genau den Betrag des Weges, welcher während der Kollision zurückgelegt wurde; Speicherung der Kollisionsrichtung in der Steuereinrichtung 131; Speichern der Position, ab der die Kollision stattgefunden hat, in der Steuereinrichtung 131. Anschließend vermeidet die Steuereinrichtung 131 selbstständig eine Kollision, indem eine Fahrt über die Kollisionsposition hinaus vermieden wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DD 000000274687 A1 [0002]
- DE 102017120651 B3 [0002]
- DE 102016125691 B4 [0002]
- DE 102013006997 A1 [0002]
- DE 102018205894 A1 [0002]
- DE 102010001604 A1 [0002]
