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Die Anmeldung betrifft magnetisch
positionierte Präzisionshalterungen
für Optikbauteile
in einem optischen Gerät.
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Bei optischen Geräten, beispielsweise bei Mikroskopen,
besteht für
die Bedienperson das Bedürfnis,
optische Bauteile, wie Spiegel, Strahlenteiler, Filter, Linsen,
Gitter, Prismen oder Dioden, in das optische Gerät einzuführen oder aus diesem zu entfernen
und gegen ein anderes Bauteil aus einer Reihe von verfügbaren Bauteilen
auszutauschen, wobei die Positionierung des Bauteils in Wirkstellung
mit hoher Präzision
erfolgen muss.
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Es sind Schieber bekannt, auf denen
ein optischer Bauteil, z. B. ein dielektrischer Strahlenteiler, angeordnet
ist, der vom Gerätebenutzer
wahlweise in den Strahlengang eingebracht werden kann. Soll dieser
Bauteil nur temporär
zugeschaltet werden, ist ein langer Schieber mit einer ersten Gebrauchsstellung
(sogenannte "Wirkstellung") und einer zweiten "Parkposition", an der der Optikbauteil
nicht wirksam ist, vorteilhaft. Das Wechseln des Bauteils erfolgt durch
Austausch des Schiebers. Die Gebrauchsstellung und die Parkposition
werden in Schieberichtung durch einen Anschlag oder eine Rastung
gekennzeichnet. Soll ein optischer Bauteil aus einer Reihe von möglichen
in den Strahlengang eingebracht werden, so sind Schieber mit nebeneinander
angeordneten Bauteilen oder Räder
mit kreisförmig
angeordneten Bauteilen vorteilhaft. Eine nutzbare Position in Schiebe-
oder Drehrichtung wird dabei im Falle mehrerer Bauteile durch Rastungen
gekennzeichnet. Die genaue Position außerhalb der Schiebe- oder Drehebene
des genutzten Bauteils im Strahlengang wird z. B. durch eine präzise Schwalbenschwanzführung oder
durch einen Andruck an eine Referenzfläche durch eine Federkraft realisiert.
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Aus der
DE-A1-197 02 754 ist ein
Filterwechsler für
Mikroskope bekannt, wobei eine Filterfassung vorgesehen ist, die
durch mechanische oder magnetische Hilfsmittel reproduzierbar an
einem Filterrad gehaltert ist. Über
die konkrete Beschaffenheit und Wirkungsweise dieser Magnethalterung
sowie deren Positionierung auf dem Filterrad werden keine Angaben
gemacht.
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Aus der
DE-A1-36 30 632 geht ein
Objektivrevolver für
Mikroskope hervor. Zur Markierung verschiedener Arbeitsstellungen
sind auf der Revolverschale Magnete befestigt, die zur Code-Erkennung mit
Magnetfeldsensoren zusammenwirken.
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Aus der
US-B1-6 322 223 sind optische
Bauteile bekannt, die auf kreisförmigen
Platten vormontiert sind und auf einer Basisplatte positioniert
werden können.
Dabei wirken mechanische Erhebungen an der Unterseite dieser Sektorplatten
mit zylindrischen Elementen derart zusammen, dass eine orientierungsgenaue
Positionierung auf der kreisförmigen Platte
möglich
ist. Zusätzlich
sind in den Sektorplatten und in der Basisplatte Magnete eingelassen.
Beispielsweise korrespondiert ein Magnet mit seinem Nordpol mit
einem entsprechenden Magnet mit dessen Südpol zusammen. Auf der Basisplatte
sind unterschiedlich gepolte Magnete eingelassen. Dies führt dazu,
dass jede der vier Sektorplatten nur an einer bestimmten Stelle
auf der Basisplatte aufgesetzt werden kann, um falsche Orientierungen
bzw. Vertauschungen zu vermeiden. Der Gesichtspunkt, gleichpolige
Magnete für
gezielte Abstoßungs-Vorgänge zu verwenden,
geht aus dieser Druckschrift nicht hervor.
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Weiterhin ist aus der
DE-A1-197 23 74 ein Laserschneidkopf
bekannt, der mittels einer Magnethalterung an einem oberen Gehäuse angesetzt
ist. Bei einer unbeabsichtigten Beschädigung des Schneidkopfes kann
diese Magnethalterung gewissermaßen als "Sollbruchstelle" fungieren; das heißt, das Gerät kann gewollt vom Gehäuse weggedrückt werden.
Die Art der Magnethalterung ist nicht weiter ausgeführt; man
kann davon ausgehen, dass es sich um eine ringförmige magnetische Anlagefläche handelt.
Auch hier wirken gegenpolige Magnetbereiche zusammen.
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In der
DE-U1-200 01 763 wird eine
Brille bzw. eine Maske beschrieben, die eine Magnethalterung aufweist.
Dargestellt wird eine Frontabdeckung für eine Brille und einen Brillen-Trägerkörper, die
beide mittels einer Nut-Feder-Verbindung
und dieser Magnethalterung lösbar
miteinander verbunden sind.
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Schließlich ist aus W. Krause: "Konstruktionselemente
der Feinmechanik",
VEB Verlag Technik, Berlin, 1. Auflage, 1989, Seiten 450 und 451, eine
Magnetrastung bekannt, wobei die einzelnen Rast-Positionen einer
Scheibe berührungsfrei
fixiert werden.
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Die Nachteile dieses Standes der
Technik bestehen in folgenden Aspekten:
Eine Schwalbenschwanzführung ist
nur mit aufwändigem
Fertigungsverfahren herstellbar, da sie enge Toleranzen erfordert,
damit das Bauteil bewegt werden kann, aber dennoch kein Spiel hat.
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Der Andruck des Bauteils an eine
Referenzfläche
durch eine Feder erfordert eine sorgfältige Abstimmung der Federkraft
und hat einen Verschleiß beider
Anlageflächen
durch den Andruck zur Folge.
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Eine Magnethalterung durch nur 1
Magneten, der entweder am Gehäuse
oder am verstellbaren Teil angebracht ist, hat den Nachteil, dass
in der nutzbaren Stellung dem Magneten gegenüber magnetisierbare Materialien
vorhanden sein müssen,
damit die Magnetkraft dort wirken kann und außerhalb dieser Position keine
magnetisierbaren Materialien verwendet werden dürfen, damit eine Verstellung
möglich
ist.
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Bei langen Schiebern ist oft die
Kraft eines Magneten nicht ausreichend, um den Schieber schlüssig an
der Referenzfläche
zu halten. Als Spezialfall magnetisierbarer Materialien können auch
1 oder mehrere Magnete sowohl am Gehäuse als auch am verstellbaren
Teil so angebracht werden, dass sie sich in einer nutzbaren Stellung
gegenseitig anziehen. Sich gegenseitig anziehende Magnete haben
jedoch den Nachteil, dass sie oberhalb und unterhalb der Referenzfläche angeordnet
sein müssen
und – weil
sie Raum beidseitig der Referenzfläche benötigen – den Strahlengang tangieren
können.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
eine Präzisionshalterung
der eingangs genannten Art anzugeben, die die Nachteile bekannter Lösungen nicht
aufweist und bei der eine verschleißfreie und präzise Halterung
von beweglichen Trägern von
Optikbauteilen für
optische Geräte
realisiert wird.
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Die Lösung dieser Aufgabe gelingt
durch die Merkmale des Hauptanspruchs sowie durch die nebengeordneten
Verwendungsansprüche.
Weitere Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die Erfindung wird nachfolgend an
Hand der Zeichnungen näher
erläutert.
Es zeigen in schematischer Darstellung:
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1a:
einen Seitenschnitt einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Magnethalterung
für einen
ausziehbaren Träger;
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1b:
einen Schnitt längs
der Linie X-X von 1a;
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2:
das in 1a Dargestellte;
jedoch mit ausgezogenem Träger
("Parkposition");
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3a:
eine Draufsicht auf eine zweite Ausführungsform der Magnethalterung
mit anderen Positionierungen der Magnetpaare;
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3b:
einen Schnitt längs
der Linie Y-Y von 3a;
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4:
eine Draufsicht auf eine dritte Ausführungsform der Magnethalterung
mit einem rotatorischen Träger
für die
Optikbauteile.
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In 1a ist
ein Gehäuse 1 für ein optisches Gerät, beispielsweise
ein Mikroskop, angedeutet. Dieses Gehäuse weist einen Einschubkanal
für einen linearen
Träger 2,
beispielsweise einen Schieber, auf. Mittels einer Handhabung 12 kann
er bis zu einem Anschlag 10 in das Gehäuse 1 geschoben werden.
Im Träger 2 befindet
sich ein Optikbauteil 4, beispielsweise ein Filter oder
eine Linse. 1a stellt die
sogenannte "Wirkposition" des Optikbauteils 4 im Gerät dar. Die
optische Achse 9 des Optikbauteils 4, wie auch
des gesamten Gerätes
in diesem Bereich, verläuft
in der gezeigten Darstellung senkrecht. Die Unterseite des Trägers 2 liegt
auf einer Präzisions-Verschiebefläche 6 zum
Gehäuse 1 auf
und kann – wie
der Doppelpfeil 13 anzeigt – verschoben werden. 2 zeigt das in 1a Dargestellte, wobei der
aus dem Gehäuse 1 teilweise
herausgezogene Träger 2 eine
sogenannte "Parkposition" für den Optikbauteil 4 verdeutlicht.
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Beidseits des Optikbauteils 4 befindet
sich im Träger 2 je
ein Magnet A2 bzw. B2. Dabei handelt es sich um Permanentmagneten,
wobei die Magnetorientierungen derart getroffen sind, dass der Südpol von
A2 sowie der Nordpol von B2 in den 1a und 2 nach oben gerichtet sind.
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Im Gehäuse 1 befinden sich
ebenfalls Magnete A1 und B1, wobei einerseits A1 dem Magnet A2 und
andererseits B1 dem Magnet B2 zugeordnet sind. In erfindungsgemäßer Weise
sind die Magnetorientierungen von A1 bzw. B1 jedoch so getroffen worden,
dass einerseits der Südpol
von A1 dem Südpol
von A2, und andererseits der Nordpol von B1 dem Nordpol von B2 zugewandt
ist. Hieraus ergeben sich zwei miteinander korrespondierende Magnetpaare A1/A2
und B1/B2, wobei diese "Korrespondenz" nicht – wie allgemein
bekannt – zu
einem Anziehungsverhalten, sondern zu einem permanenten Abstoßungsverhalten
führt.
Die Wirkung dieser gleichpolig orientierten Magnetpaare A1/A2 und
B1/B2 wird somit in erfindungsgemäßer Weise dafür eingesetzt,
den Träger 2 in
der Wirkstellung permanent an die Referenzebene 7 anzudrücken und
damit eine präzise
Positionierung für
den Optikbauteil 4 im Gehäuse 1 sicherzustellen.
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Der Einsatz von zwei Magnetpaaren
A1/A2 und B1/B2, die beidseits des Optikbauteils 4 positioniert
sind, erfolgt zu dem Zweck, anstelle eines nur "punktförmigen" Andrucks einen "flächigen" Andruck an eine
Referenzebene 7 zu erzeugen.
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Es liegt auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung,
die korrespondierenden Magnete gewissermaßen "diagonal" anzuordnen und dabei einen Anschlag oder
zwei im Winkel versetzte Anschläge vorzusehen,
um eine präzise
Positionierung in zwei bzw. drei Raumrichtungen zu gewährleisten.
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Im Falle der Realisierung einer präzisen Positionierung
in zwei Raumrichtungen wird der Winkel α in der durch das Lot 16 und
die Translationsrichtung 13 des Trägers 2 aufgespannten
Ebene bestimmt.
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Im Falle der Realisierung einer präzisen Positionierung
in drei Raumrichtungen wird der Winkel α in einer Ebene gemessen, die
das Lot 16 enthält und
zur Translationsrichtung 13 des Trägers 2 einen Winkel
von ungefähr
45° aufweist.
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2 zeigt
die "Parkposition" für den Optikbauteil 4 im
herausgezogenen Träger 2.
Das Optikbauteil 4 befindet sich außerhalb der optischen Achse 9,
also außer
Wirkstellung. Diese Position des Trägers 2 könnte beispielsweise
dazu genutzt werden, den Optikbauteil 4 gegen einen anderen
auszutauschen, um ihn anschließend
entweder durch Einschieben des Trägers 2 in das Gehäuse 1 bis
zum Anschlag 10 in Wirkstellung zu bringen, oder den Optikbauteil 4 nur
bei Bedarf in den Strahlengang – symbolisiert
durch die optische Achse 9 – einzuführen.
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Aus der Gegenüberstellung der Magnete B1/A2
während
der Parkposition ergibt sich ein weiterer erfinderische Teilaspekt.
Das Magnetpaar B1/A2 ist nunmehr gegenpolig positioniert, denn der Nordpol
von B1 korrespondiert mit dem Südpol
von A2. Das erwünsche
Resultat ist also eine gegenseitige Anziehung, so dass eine Magnetsicherung
gegen ein unbeabsichtigtes Herausziehen bzw. Herausfallen des Trägers 2 aus
dem Gehäuse 1 gegeben
ist.
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Wie aus der 1a weiterhin ersichtlich ist, kann es
von Vorteil sein, die miteinander zusammen wirkenden Magnetpaare
A1/A2 bzw. B1/B2 derart zu positionieren und einander auszurichten,
dass die Achse 14a von A1 mit der entsprechenden Achse von
A2 fluchtet und darüber
hinaus einen Winkel α mit
einem Lot 16 bildet, das senkrecht auf der Referenzebene 7 – also der
Translationsrichtung des Trägers 2 in
das Gehäuse 2 – steht.
Mit Vorteil kann der Winkel α in
dem Intervall : 0 < α < 45° liegen.
Durch die Verkippung der Achse 14a, also durch die Wahl eines
Winkel α > 0, wird eine gerichtete
Zusatzkomponente der Abstoßungs-Druckkraft
in Richtung auf den Anschlag 10 realisiert. Allgemeiner
formuliert, kann gesagt werden: Die Verbindungslinie der einander
zugeordneten gleichpoligen Magnetpole, also beispielsweise der Südpol von
A1 und A2 oder der Nordpol von B1 und B2, soll eine Andruck-Komponente in Richtung
des Anschlags 10 oder derjenigen Anschläge aufweisen, die weiter oben
bereits im Zusammenhang mit der Realisierung einer präzisen Positionierung
in zwei Raumrichtungen erläutert
wurden.
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In 3a ist
ein linearer Träger 2 als
Wechselschieber dargestellt, der drei Optikbauteile 4 enthält, wovon
sich der mittlere in Wirkstellung befindet. Dies wird durch die
angezeigte optische Achse 9 verdeutlicht. Auf der einen
Seite des Trägers 2 befinden sich
Rastungen 11a, also Einkerbungen, die mit einer entsprechenden
Rastnase am Gehäuse 1 korrespondieren.
Beidseits jedes Optikbauteils 4 befinden sich Magnete A2
bzw. B2, deren jeweilige Polung – also deren Magnetorientierung – alle gleich
ausgerichtet sind. Man erkennt wiederum die Magnetpaare A2/A1 bzw.
B2/B1, wobei die Magnete A1 bzw. B1 strichliniert dargestellt sind,
also unterhalb der Zeichenebene angeordnet sind. Anders als in 1a sind in diesem Ausführungsbeispiel
die Achsenorientierungen der beiden Magnetpaare A2/A1 und B2/B1
jedoch parallel versetzt, vgl. 3b,
die einen Schnitt längs der
Linie Y-Y von 3a darstellt.
Auch durch diese Variante der räumlichen
Zuordnungen der miteinander korrespondierenden gleichpoligen Magnetpaare ergibt
sich eine entsprechend gerichtete Zusatzwirkung der gesamten Abstoßungskraft
auf die Rastung 11a hin.
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In der 3b erkennt
man die Ausnehmung 5, die insbesondere hinsichtlich ihrer
Tiefe deutlich größer als
der einzuführende
Träger 2 ist.
Das Magnetpaar B1/B2 entfaltet seine abstoßende Kraftwirkung und drückt die
eine Trägerseite
an die innere Präzisionsanschlagfläche 6,
die die Referenzebene 7 bildet.
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In 4 ist
ein rotatorischer Träger 3 dargestellt,
der als kreisförmige
Scheibe ausgeführt
ist. Er enthält
sechs Optikbauteile 4, wobei der in Wirkstellung befindliche
Optikbauteil 4 mit dessen optischer Achse 9 gekennzeichnet
ist. Das Filterrad selbst weist sechs peripher angeordnete Rastkerben
auf. Man erkennt, dass diejenige Rastkerbe, die dem in Wirkstellung
befindlichen Optikbauteil 4 zugeordnet ist, mit einer entsprechenden
Rastnase in Eingriff steht. Der Einfachheit halber werden in dieser
Anmeldung die Rastkerbe(n) und die Rastnase zusammenfassend als
Rastung 11b (4)
bzw. als Rastung 11a (3a)
bezeichnet. Aus 4 geht
hervor, dass die Rastnase an der zylindrischen Innenwandung des
Gehäuses 1 angeordnet
ist. Der Träger 3 ist um
eine Achse 15 rotatorisch gelagert.
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Die Optikbauteile 4 und
die dazwischen positionierten Magnete A1, B1 und so weiter liegen
mit ihren jeweiligen Zentren auf einer kreisförmigen Linie, wobei der Durchstoßpunkt der
Achse 15 durch die Zeichenebene von 4 den Mittelpunkt dieser gedachten Kreislinie
darstellt.
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Die aus 4 ersichtliche Exzentrizität der Lage
der Achse 15 bezüglich
der nicht dargestellten Achse des zylindrischen Gehäuses 1 ist
konstruktiv dadurch bedingt, dass bei durchzuführender Entsperrung der Rastung 11 – also bei
Verlassen der in 4 gezeigten
Rast-Position für
den Bauteil 4 – ein Ausweichen
des scheibenförmigen
Trägers 3 in
diametraler Richtung unumgänglich
wird. Daraus wird ersichtlich, dass die Achse 15 nicht
ortsfest im Innern des Gehäuses 1 fixiert
ist.
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Obwohl für die Erläuterung der vorliegenden Erfindung
zwei Ausführungsformen
von Trägern
(linearer Wechselschieber; scheibenförmiger Träger) näher beschrieben wurden, die
in erfindungsgemäßer Weise
eine Mehrzahl von optischen Bauteilen haltern und in präzise Wirkposition
innerhalb eines optischen Gerätes
bringbar sind, werden naturgemäß auch andere
Träger,
beispielsweise solche mit nicht-linearer Längserstreckung oder mit kegelförmiger Revolver-Raumform
oder mit Kettenglied-analoger Aneinanderreihung von würfelförmigen Optikbauteilen,
vom vorliegenden Erfindungsgedanken mit umfasst. Auch bei der Auswahl
von speziellen Magnetmaterialien – zum Beispiel: Neodym – bzw. Magnetverkörperungen – zum Beispiel
quadratische oder polygonale Magnetquerschnitte – bzw.
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Magnetarten – beispielsweise auch Elektromagnete – besteht
prinzipiell keine Beschränkung auf
spezielle Typen.
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- 1
- Gehäuse
- 2
- linearer
Träger
(Schieber)
- 3
- rotatorischer
Träger
(Rad)
- 4
- Optikbauteile)
- 5
- Ausnehmung
in (1)
- 6
- innere
Präzisionsanschlagfläche von
(5)
- 7
- Referenzebene
- 8
- Öffnung
- 9
- optische
Achse des Optikbauteils (4) in Wirkstellung
- 10
- Anschlag
für (2)
- 11a
- Rastung
für (2)
- 11b
- Rastung
für (3)
- 12
- Handhabung
für (2)
- 13
- Doppelpfeil:
Translationsrichtungen für (2)
- 14a
- Achse
von (A1)
- 14b
- Achsen
von (B1)
- 15
- Achsen
von (3)
- 16
- Lot,
senkrecht auf (7)
- 17
- Nase
an (1)
- A1,
B1
- Magnet(e)
in (1)
- A2,
B2
- Magnete)
in (2) bzw. (3)
- α
- Winkel
zwischen der Achse (14a bzw. 14b) eines (A1, A2,
B1, B2) und eines auf die Referenzebene (7) im rechten
Winkel auftreffenden Lots (16)