-
Die Erfindung betrifft einen Optikwechsler zum Zustellen einer Anzahl optischer Elemente, insbesondere in eine optische Achse eines Strahlengangs, gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.
-
In optischen Systemen, die zur Beleuchtung und Darstellung von Bildern (Projektoren) verwendet werden sowie in abbildenden Systemen wie Mikroskopen kann es erforderlich sein, unterschiedliche optische Elemente in den betreffenden Strahlengang einzubringen beziehungsweise aus diesem zu entfernen. Dieses Erfordernis besteht insbesondere dann, wenn das optische System eine Mehrzahl von Verwendungsmöglichkeiten besitzt und/oder unter verschiedenen Bedingungen eingesetzt werden soll.
-
Aus dem Stand der Technik sind Lösungen bekannt, bei denen optische Elemente auf einem drehbaren Revolver angeordnet sind. Die Drehachse (Rotationsachse) des Revolvers ist im Wesentlichen parallel zur optischen Achse des Strahlengangs gerichtet. Die jeweils ausgewählten optischen Elemente werden infolge einer gesteuerten Drehbewegung des Revolvers in den Strahlengang und auf dessen optische Achse gebracht. Die Rotationsebene des Revolvers verläuft orthogonal zur optischen Achse (z. B.
DE 197 02 754 A1 ).
-
Aus der
DE 1 284 117 A1 und der
DE 10 2010 018 498 A1 sind Anordnungen bekannt, bei denen die Rotationsachse des Revolvers senkrecht zur optischen Achse gerichtet ist und sich diese schneiden. Optische Elemente können infolge einer Rotation des Revolvers um einen bestimmten Winkelbereich auf die optische Achse gebracht werden, wobei zum Beispiel zwei optische Elemente aus unterschiedlichen Richtungen durchstrahlt werden können.
-
In den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen befinden sich Teile des Revolvers selbst dann im Bereich des Strahlengangs, wenn kein optisches Element auf die optische Achse gestellt ist. Außerdem benötigen die bekannten Lösungen einen recht großen Bauraum, um den Revolver unterzubringen.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde einen Optikwechsler vorzuschlagen, durch den die Nachteile des Standes der Technik verringert sind.
-
Die Aufgabe wird mit einem Optikwechsler zum Zustellen einer Anzahl optischer Elemente in eine optische Achse eines Strahlengangs gelöst. Der Objektivwechsler umfasst einen in einer Rotationsebene um eine Rotationsachse drehbaren Revolver. Die optische Achse des Strahlengangs und die Rotationsebene verlaufen dabei im Wesentlichen zueinander parallel.
-
Erfindungsgemäß ist der Optikwechsler dadurch gekennzeichnet, dass die optische Achse und die Rotationsachse einander nicht schneiden.
-
Kerngedanke der Erfindung ist, ein jeweils ausgewähltes optisches Element auf einer Kreisbahn auf die optische Achse des Strahlengangs zu stellen, sodass die optische Achse eines zugestellten optischen Elements mit der optischen Achse des Strahlengangs zusammenfällt. Der erfindungsgemäße Optikwechsler kann in einer beliebigen Schwenkstellung um die optische Achse angeordnet sein. Die optische Achse des Strahlengangs verläuft parallel zur Rotationsebene und ist sowohl von der Rotationsachse als auch von dem Revolver vorteilhaft wenigstens um eine Strecke entfernt, die dem Durchmesser des Strahlengangs im Bereich des Passierens des Revolvers entspricht.
-
Ein Revolver kann eine Anzahl optischer Elemente aufnehmen, die fest mit diesem verbunden sein können. Um den Revolver aber flexibel mit optischen Elementen bestücken zu können, kann in einer weiteren Ausführung des erfindungsgemäßen Optikwechslers wenigstens ein Montagesockel vorhanden sein, an dem ein optische Element lösbar befestigt, beispielsweise geschraubt, geklemmt oder formschlüssig gehalten werden kann. Vorteilhaft weist ein Revolver eine Anzahl, beispielsweise zwei, drei oder vier, solcher Montagesockel auf. Sind die Abmessungen der angeordneten optischen Elemente im Verhältnis zum Durchmesser des Revolvers gering, kann auch eine größere Anzahl von Montagesockeln vorhanden und genutzt sein. Hierbei kommt es insbesondere auf eine relativ geringe Abmessung in Richtung der optischen Achse des betreffenden optischen Elements an.
-
In einer weiterführenden Ausbildung der Erfindung ist wenigstens eines der optischen Elemente auf einem an dem Revolver befindlichen und als Justagesockel ausgebildeten Montagesockel befestigt. Dabei ist der Justagesockel so ausgeführt, dass eine Justage des optischen Elements in wenigstens einer Richtung möglich ist, sei es eine Translation oder eine Rotation beziehungsweise ein Kippen. Die Justagesockel können auch eine Justage in mehreren Richtungen erlauben. So können Translationen in unterschiedliche Richtungen und/oder unterschiedliche Rotationen ermöglicht sein.
-
Im Rahmen der Erfindung liegen auch Ausführungen, bei denen die Rotationsebene des Revolvers und die optische Achse des Strahlengangs gegeneinander geneigt sind und damit nicht streng zueinander parallel verlaufen. Eine solche Neigung kann vorteilhaft sein, um neben einem aktuell in den Strahlengang gestellten optischen Element einen möglichst nur geringen Anteil des Revolvers in der Nähe des Strahlengangs zu positionieren. Natürlich müssen bei einer solchen Ausführung die optischen Elemente zusätzlich entsprechend des Neigungswinkels justiert sein. Geeignete Neigungswinkel sind beispielsweise 10°, 15°, 20°, 25°, 30°, 35°, 40° und bis zu 45°.
-
Ein erfindungsgemäßer Optikwechsler kann insbesondere Bestandteil eines Mikroskops; beispielsweise eines Lichtmikroskops, eines Laser(scanning)mikroskops oder eines Elektronenmikroskops sein.
-
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und Abbildungen näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Optikwechslers;
- 2 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Optikwechslers in einer ersten Betriebsstellung;
- 3 eine schematische Darstellung des zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Optikwechslers in einer zweiten Betriebsstellung;
- 4 eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Optikwechslers in einer ersten Betriebsstellung;
- 5 eine schematische Darstellung des dritten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Optikwechslers in einer zweiten Betriebsstellung;
- 6 eine schematische Darstellung eines vierten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Optikwechslers; und
- 7 eine schematische Darstellung eines Mikroskops mit einem erfindungsgemäßen Optikwechslers.
-
In den nachfolgenden Ausführungsbeispielen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche technische Elemente.
-
In einem ersten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Optikwechslers 1 ist parallel zu einem Strahlengang 2 (symbolisch dargestellt durch dessen optische Achse) ein Revolver 3 vorhanden, der in einer Rotationsebene 4 um einer Rotationsachse 5 drehbar ist. Auf einer zum Strahlengang 2 parallelen Seitenfläche des Revolvers sind auf einer Kreisbahn in gleichmäßigen Abständen ein erstes optisches Element 6.1, ein zweites optisches Element 6.2, ein drittes optisches Element 6.3 und ein viertes optisches Element 6.4 angeordnet. Jedes der optischen Elemente 6.1 bis 6.4 ist auf einem Montagesockel 8 befestigt, die optional als Justagesockel ausgebildet sein können. Im Falle der Ausbildung als Justagesockel kann ein montiertes optisches Element 6.1 bis 6.4 in wenigstens einer Richtung, vorteilhaft in mehreren Richtungen (Translationen und/oder Rotationen) justiert werden. Die optischen Elemente 6.1 bis 6.4 sind so angeordnet, dass deren jeweilige optische Achsen 7.1 bis 7.4 dann mit dem Verlauf der Strahlengangs 2 zusammenfallen, wenn das betreffende optische Element 6.1, 6.2, 6.3 beziehungsweise 6.4 dem Strahlengang 2 zugestellt ist.
-
In einem zweiten Ausführungsbeispiel sind auf einer Seitenfläche des Revolvers 3 beispielhaft zwei verschiedene optische Elemente 6.1 und 6.2 angeordnet. In der in 2 dargestellten ersten Betriebsstellung ist das erste optische Element 6.1 dem Strahlengang 2 zugestellt, sodass die optische Achse 7.1 des ersten optischen Elements 6.1 mit dem Strahlengang 2 zusammenfällt.
-
In einer zweiten Betriebsstellung (3) ist der Revolver 3 gegenüber 2 um circa 70° rotiert. Das erste optische Element 6.1 ist aus dem Strahlengang 2 bewegt, sodass dieser weder durch das erste optische Element 6.1 noch durch den Revolver 3 beeinflusst ist. Das zweite optische Element 6.2 würde bei einer weiter erfolgenden Rotation des Revolvers 3 in der angezeigten Rotationsrichtung als nächstes dem Strahlengang 2 zugestellt werden.
-
In einer dritten Ausführungsmöglichkeit des erfindungsgemäßen Optikwechslers 1 sind die optischen Elemente an der Stirnfläche des Revolvers 3 angeordnet. Im Ausführungsbeispiel sind für eine bessere Übersichtlichkeit wieder nur zwei optische Elemente 6.1, 6.2 gezeigt (4). In der gezeigten ersten Betriebsstellung ist das erste optische Element 6.1 dem Strahlengang 2 zugestellt, das heißt in diesen eingeschwenkt.
-
Bei einer Rotation des Revolvers 3 wird das erste optische Element 6.1 aus dem Strahlengang 2 bewegt und dieser verläuft wieder frei von Beeinflussungen durch den Revolver oder durch eines der optischen Elemente (5).
-
In einem vierten Ausführungsbeispiel sind die optischen Elemente 6.1 und 6.2 an der nach unten gerichteten Seitenfläche des Revolvers 3 montiert (6).
-
Ein erfindungsgemäßer Optikwechsler 1 kann Bestandteil eines optischen Geräts 9, beispielsweise eines Mikroskops sein (7). Das Gerät 9 ist hier lediglich angedeutet gezeigt. Um die jeweils gewünschten optischen Elemente 6.1 beziehungsweise 6.2 zur richtigen Zeit und über einen gewünschten Zeitraum dem Strahlengang 2 zuzustellen, ist eine Steuereinheit 10 vorhanden, die zum Generieren von Steuerbefehlen konfiguriert ist. Mittels der Steuerbefehle kann ein Antrieb 11 angesteuert werden, durch dessen Wirkung der Revolver 3 um einen gewünschten Betrag und in einer gewünschten Rotationsrichtung um die Rotationsachse 5 gedreht werden kann.
-
In allen genannten Ausführungsmöglichkeiten können die Rotationsstellungen des Revolvers 3, an denen eines der optischen Elemente 61. bis 6.4 in den Strahlengang 2 gestellt ist beziehungsweise diesen zustellbar wäre, als eine Rastposition ausgebildet sein. An einer solchen Rastposition kann der Revolver 3 beispielsweise mittels eines federbelasteten Elements, wie zum Beispiel eines Stifts, eines Keils, einer (Halb-)Kugel vorübergehend arretiert sein. Dazu kann der Revolver 3 an seiner Oberfläche entsprechend geformte Ausnehmungen oder Senkungen aufweisen, in die das federbelastete Element eingreifen kann (Rastposition).
-
Beispielsweise kann an jeder zur Anordnung eines Montagesockels 8 vorgesehenen Position des Revolvers 3 eine solche Rastposition ausgebildet sein. Das korrekte Eingreifen des federbelasteten Elements in einer gewünschten Rastposition kann überwacht, erfasst und als Eingangssignal für die Steuerung nutzen. Diese Ausführungsmöglichkeit erlaubt es, einen kostengünstigen Antrieb einzusetzen, da die Reproduzierbarkeit des Erreichens und des Beibehaltens der gewünschten Positionierung des ausgewählten optischen Elements 6.1 bis 6.4 von der Fertigungsgenauigkeit dieser Rastpositionen abhängt.
-
Bezugszeichen
- 1
- Optikwechsler
- 2
- optische Achse (des Strahlengangs)
- 3
- Revolver
- 4
- Rotationsebene
- 5
- Rotationsachse
- 6.1
- erstes optisches Element
- 6.2
- zweites optisches Element
- 6.3
- drittes optisches Element
- 6.4
- viertes optisches Element
- 7.1
- optische Achse (des ersten optischen Elements 6.1)
- 7.2
- optische Achse (des zweiten optischen Elements 6.2)
- 7.3
- optische Achse (des dritten optischen Elements 6.3)
- 7.4
- optische Achse (des vierten optischen Elements 6.4)
- 8
- Montagesockel
- 9
- Gerät/Mikroskop
- 10
- Steuereinheit
- 11
- Antrieb
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 19702754 A1 [0003]
- DE 1284117 A1 [0004]
- DE 102010018498 A1 [0004]
