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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Mikroskop mit Kollisionsschutz gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1, insbesondere ein Mikroskop mit einem Mikroskoptisch zum Tragen eines Präparats, einem Objektiv zur Erzeugung eines Zwischenbildes des Präparats und einem Positioniersystem zur Einstellung eines Abstandes zwischen Mikroskoptisch und Objektiv und/oder zur Einstellung einer X-Y-Position des Mikroskoptisches.
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Stand der Technik
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Kollisionen zwischen Objektiv und Mikroskoptisch eines Mikroskops können beispielsweise beim Suchen der Fokuslage auftreten. Bei Kollision des Objektivs mit dem Mikroskoptisch oder mit dem Präparat, welches auf dem Mikroskoptisch liegt, kann entweder das Objektiv oder aber das Präparat oder beides beschädigt werden. Solche Kollisionen sind folglich zu verhindern. Zum Fokussieren wird mittels des Z-Triebs, welcher typischerweise Bestandteil des Positioniersystems ist, am Mikroskop der Abstand zwischen Mikroskoptisch und Objektiv durch Verfahren des Objektivs und/oder des Mikroskoptisches eingestellt. Moderne Mikroskope fahren hierzu den Mikroskoptisch in Z-Richtung, solche mit Autofokussystem automatisch. Auch in letzterem Fall besteht Kollisionsgefahr, wenn eine Probe schwer zu erkennen ist. Bei manueller Fokussierung ist diese Gefahr nochmals erhöht. Bei Kollision können die teils sehr teuren und empfindlichen Objektive zerstört werden. Auch das Präparat kann dann beschädigt werden.
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Bekannt ist ein sogenannter Präparatschutz, bei dem das Objektiv federgelagert ist und im Fall einer Berührung mit der Probe bzw. dem Mikroskoptisch um 2,5 mm bei einer Federkraft von etwa 10 N nachgibt, bis die Federlagerung zusammengedrückt ist und Objektiv und/oder Präparat Schaden nehmen können. Dieser Präparatschutz wird nicht bei allen Objektiven eingesetzt, Objektive mit einem Arbeitsabstand größer als 1 mm werden üblicherweise nicht mit einem Präparatschutz ausgestattet. Der Präparatschutz ist auf etwa 2,5 mm Verfahrweg begrenzt Merkt der Benutzer bei manuellem Betrieb nicht, dass er schon Kontakt mit der Probe hat, führt ein Weiterverfahren des Z-Triebs unweigerlich zur Zerstörung der Probe und möglicherweise des Objektives. Wird der motorische Mikroskoptisch eingeschaltet, findet üblicherweise eine Initialisierungsprozedur statt, die alle Endanschläge des Positioniersystems i.d.R. in allen drei Raumrichtungen (X, Y, Z) anfährt, um den Arbeitsbereich zu erkennen. Bei dieser Initialisierungsprozedur können Aufbauten oder ähnliches auf dem Tisch ebenfalls mit dem Objektiv kollidieren und dieses zerstören.
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Die
DD 2 13 525 A1 betrifft eine Vorrichtung zur Objektfokussierung für Mikroskope. Dabei ist es das Ziel, die Fokussierung mittels einer Fernbedienung auszuführen. Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein extern angeordnetes Hydrauliksystem vorgeschlagen, das mit einem inkompressiblen Medium arbeitet, das durch ein Übertragungskabel mit einem Hohlraum im Inneren des Mikroskoptisches verbunden ist. Durch Ein- bzw. Ausleiten des Mediums in den Hohlraum kann der Mikroskoptisch in z-Richtung bewegt werden und somit Fokussierbewegung erzeugen.
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Die
US 2002/0 176 161 A1 offenbart ein Mikroskop mit einem Objektiv und einem Sensor, der einen Kontakt zwischen Objektiv und Probe erkennt. Der Kontaktsensor ist dabei auf der der Probe zugewandten Seite eines Objektivs angebracht. Eine derartige Anordnung eines Sensors ist von Nachteil, da die Zugänglichkeit der Probe auf diese Weise eingeschränkt wird. Hinzu kommt, dass der Sensor jedes Mal am betreffenden Objektiv angebracht werden muss bzw. an allen Objektiven des Objektivhalters serienmäßig angebaut sein müsste.
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Die
JP S60- 97 265 A offenbart ein Akusto-Mikroskop, dessen empfindliche Ultraschall-Sammellinse gegen einen Kontakt mit der Oberfläche einer Probe geschützt werden soll. Dazu ist ein Drucksensor zwischen Objektiv und Stativ angeordnet.
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Die
AT 197 096 B beschreibt ein Mikroskopobjektiv mit einer innerhalb des Objektivs angeordneten Sensor-Anordnung. Bei Kontakt der Objektivlinsen mit dem Präparat werden diese in das Gehäuse gedrückt, wodurch ein in ein Fenster ragender Stift gegen eine Feder stößt, wodurch der elektrische Kontakt geschlossen wird. Der entsprechende Sensor ist folglich innerhalb des Objektivs angeordnet.
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Die
DE 102 39 794 A1 beschreibt eine Messvorrichtung zur präzisen Abtastung der Oberfläche bzw. der Topologie eines Werkstückes. Die Messvorrichtung weist ein sogenanntes Bewegungsteil auf, das über das Werkstück geführt wird. Um einen Zusammenstoß des Bewegungsteils mit dem Werkstück zu vermeiden, ist eine separat angeordnete Schutzvorrichtung vorgesehen. Sie besteht aus einem elastisch verformbaren Sensor, der in geeigneter Weise an einem Schutzeinrichtungskörper angebracht ist, der wiederum einen Dehnungsmessstreifen trägt. Die Gefahr einer Kollision wird dadurch erfasst, dass der Sensor die Objekte berührt, dadurch ausgelenkt wird, wobei diese Auslenkung durch den Dehnungsmessstreifen registriert wird. Der Sensor funktioniert nach Art einer Antenne oder eines Fühlers. Dieses Konzept ist auf Mikroskopobjektive nicht übertragbar, da hervorstehende Sensoren den ohnehin kurzen Arbeitsabstand des Objektivs verkürzen bzw. ein Fokussieren ganz verhindern würden.
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Die
DE 102 49 991 A1 offenbart ein konfokales Scanmikroskop mit einem Mittel zur Überwachung des Abstandes zwischen Objektiv und Probe, das Teil einer Kollisionsschutzeinrichtung sein kann. Als mögliches Abstandsüberwachungsmittel wird ein Mittel zur Ermittlung des Wärmeabflusses an der Probe genannt. Alternativ wird eine Tastnase vorgeschlagen. Als weitere Alternative wird vorgeschlagen, den Abstand kapazitiv oder induktiv zu messen.
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Aufgabe vorliegender Erfindung ist es daher, einen zuverlässigeren Kollisionsschutz von Mikroskoptisch oder darauf befindlichen Aufbauten oder Präparaten und Objektiv bei einem Mikroskop anzugeben.
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Offenbarung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung schlägt ein Mikroskop gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1 vor. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
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Bei einem erfindungsgemäßen Mikroskop mit einem Stativ, mit einem Mikroskoptisch zum Tragen eines Präparats, einem Objektiv und einem Positioniersystem zur Einstellung eines Abstandes zwischen Mikroskoptisch und Objektiv und/oder zur Einstellung einer X-Y-Position des Mikroskoptisches ist ein Kraft- oder Drucksensor am Mikroskop derart angeordnet und eingerichtet, dass eine Kraftübertragung von dem Mikroskoptisch auf das Objektiv oder umgekehrt erkannt wird. Unter „Mikroskoptisch“ sollen auch auf dem Mikroskoptisch befindliche Präparate oder Aufbauten fallen.
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Das Objektiv kann dabei in klassischer Weise zusammen mit einer Tubusoptik ein Zwischenbild des Präparats erzeugen, das dann mittels den Okularen visuell betrachtet werden kann. Es ist auch denkbar, dass auf die Erzeugung eines solchen Zwischenbildes und auf die visuelle Betrachtung verzichtet wird. So kann stattdessen ein Bild des Präparats direkt auf einem Sensor oder dem Chip einer elektronischen Kamera erzeugt werden. Es ist auch denkbar, beide Abbildungen in einem Mikroskopsystem bereitstellen.
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Bei dem Positioniersystem handelt es sich um eine Einrichtung zur Einstellung des Abstandes zwischen Mikroskoptisch und Objektiv, mithin also um einen Z-Trieb zur Fokuseinstellung, und/oder zur Einstellung einer X-Y-Position des Mikroskoptisches, wobei die X-Y-Ebene in der Regel senkrecht zur Z-Richtung, also der Verstellrichtung des Z-Triebs, steht. In den häufigsten Fällen ist eine Kollision von Objektiv und Mikroskoptisch bzw. den darauf befindlichen Aufbauten oder Präparaten durch einen zu geringen Abstand in Z-Richtung verursacht. Allerdings kann, insbesondere bei auf dem Mikroskoptisch befindlichen Aufbauten oder Präparaten, eine solche Kollision auch durch eine X-Y-Verstellung des Mikroskoptisches verursacht werden, wenn etwa die Aufbauten oder Präparate seitlich mit dem Objektiv kollidieren. Selbstverständlich ist auch eine Mischung dieser Ursachen denkbar.
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Mittels eines Kraft- oder Drucksensors kann eine Kraftübertragung von dem Mikroskoptisch auf das Objektiv oder umgekehrt, also bereits eine Berührung von Objektiv und Mikroskoptisch bzw. dem darauf befindlichen Präparat erkannt bzw. detektiert werden. Kraftsensoren, auch Kraftaufnehmer genannt, sind aus dem Stand der Technik in verschiedenen Ausführungsformen bekannt, wobei in der Regel eine elastische Verformung durch eine auftretende Kraft in eine elektrische Spannung umgewandelt wird. Gleiches gilt für Drucksensoren. Ein solches von dem Sensor ausgegebenes elektrisches Ausgangssignal kann dazu verwendet werden, einem Benutzer des Mikroskops eine Berührung bzw. Kollision verzögerungsfrei zu signalisieren und/oder das Positionierungssystem automatisch abzuschalten, um mögliche Beschädigungen zu verhindern. Der Kraft-oder Drucksensor kann dabei aus mehreren Einzelsensoren bestehen. Allgemein können für die vorliegende Erfindung alle Arten von Druck-, Kraft- oder Wege-Sensoren eingesetzt werden. Häufig sind zu diesem Zweck Dehnungsmessstreifen in die Sensoren integriert. Piezomaterialien eignen sich ebenfalls, um einen Druck oder eine Kraft- oder Wege-Änderung zu detektieren. Es können auch Sensoren genutzt werden, die ab einer gewissen Kraft bzw. ab einem gewissen Druck einen Kontakt herstellen oder ihn unterbrechen, beispielsweise eine Feder, die ab einem bestimmten durch eine Kraft verursachten Federweg einen elektrischen Kontakt herstellt. Ein Potentiometer kann ebenfalls verwendet werden, wenn etwa aufgrund einer Kraftübertragung das mechanische Stellglied des Potentiometers eine Wegänderung durchläuft, aufgrund derer über die einhergehende Widerstandsänderung des Potentiometers ein elektronisch messbares Signal ausgegeben wird. Schließlich kann eine durch eine Kraftübertragung verursachte Wegänderung auch optisch beispielsweise mittels eines Interferometers gemessen und ausgewertet werden. Aus diesen Erläuterungen ergibt sich, dass der erfindungsgemäß eingesetzte Kraft- oder Drucksensor auch einen Wegänderungssenor umfasst, der eine Wegänderung aufgrund einer ausgeübten Kraft oder eines ausgeübten Drucks detektiert.
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Zum Schutz vor einer Kollision zwischen einem Objektiv und einem auf einem Mikroskoptisch befindlichen Präparat oder dem Mikroskoptisch selbst in einem Mikroskop ist vorgesehen, dass eine Kraftübertragung von dem Mikroskoptisch auf das Objektiv oder umgekehrt mittels eines Kraft- oder Drucksensors, der am Mikroskop angeordnet ist, erkannt wird. Dieses Erkennen führt bereits wirksam zu einem Kollisionsschutz, da entsprechende Maßnahmen ergriffen werden können. Im Folgenden soll unter einer Kollision zwischen dem Mikroskoptisch und dem Objektiv immer auch die Möglichkeit der Kollision eines auf dem Mikroskoptisch befindlichen Präparats oder dort befindlicher Aufbauten mit dem Objektiv verstanden werden, ohne dass dies explizit erwähnt werden muss.
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Ein Mikroskop weist üblicherweise ein Stativ auf, mit dem einerseits ein Objektiv bzw. ein Objektivhalter, der mehrere Objektive trägt, und andererseits ein Mikroskoptisch mechanisch verbunden ist. Bei dem Objektivhalter kann es sich beispielsweise um einen drehbaren Objektivrevolver oder auch um einen Objektivhalter mit Linearverschiebung der Objektive handeln. Erfindungsgemäß ist der Kraft- oder Drucksensor in einem bei Berührung von Objektiv und Mikroskoptisch entstehenden Kraftübertragungsbereich zwischen Mikroskoptisch und Stativ und/oder Objektivhalter und Stativ angeordnet. Bei Berührung bzw. Kontakt bzw. Kollision zwischen Objektiv und Mikroskoptisch entsteht ein Kraftübertragungsbereich, der sich zwischen Objektiv und Mikroskoptisch und zu beiden Seiten in das Stativ erstreckt. Irgendwo in diesem Kraftübertragungsbereich kann folglich die Kraftübertragung detektiert werden. Hierdurch erzielt man im Fall einer Kollision den vorteilhaften Effekt, dass durch einen in Z-Richtung angebrachten Kraft- oder Drucksensor auch eine seitlich auf das Objektiv einwirkende Kraft, die aufgrund der Kollision also aus der X- oder Y-Richtung gegen das Objektiv wirkt, detektiert wird, solange eine in Z-Richtung bestehende Kraftkomponente dieser seitlich einwirkenden Kraft auf den Kraft-oder Drucksensor wirkt. Allgemein gilt, dass bei einer Kollision zwischen Objektiv und Mikroskoptisch eine Kraft auf den Kraft- oder Drucksensor wirkt, die gemäß bekannte physikalischer Gesetze in ihre jeweiligen Raumkomponenten (Fx, Fy, Fz) zerlegt werden kann. Sollte der Sensor eine Kraftübertragung ausschließlich in Z-Richtung detektieren, können folglich dennoch auch seitlich einwirkende Kräfte detektiert werden, solange diese eine Komponente in Z-Richtung besitzen.
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Insbesondere ist der Kraft- oder Drucksensor am Mikroskoptisch selbst angeordnet. Weiter insbesondere ist der Kraft- oder Drucksensor an einer Verbindungsstelle zwischen dem Mikroskoptisch und dem Stativ und/oder zwischen dem Objektivhalter und dem Stativ in dem genannten Kraftübertragungsbereich angeordnet. Die Anordnung erfolgt allgemein mit Vorteil an einer Stelle, an der die Kraftübertragung zwischen Objektiv und Mikroskoptisch noch ausreichend genau gemessen werden kann, bevor sie von den Elementen des Mikroskops aufgenommen wird und dort dissipiert.
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Es ist vorteilhaft, wenn der Kraft- oder Drucksensor mit einer Steuerung bzw. Steuerungseinheit in Wirkverbindung steht, wobei die Steuerungseinheit das genannte elektrische Ausgangssignal des Sensors nutzen kann, um Mikroskopkomponenten anzusteuern. Unter Wirkverbindung soll dabei jede Art von signalübertragender Verbindung verstanden werden, wobei es sich hierbei um eine elektrische Verbindung aber auch um eine kabellose Verbindung, zum Beispiel mittels Funk oder WLAN, oder beispielsweise um eine optoelektronische Verbindung handeln kann.
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Alternativ oder zusätzlich kann das Ausgangssignal des Kraft- oder Drucksensors, beispielsweise mit einer Elektronik, ausgewertet werden. Wenn das Ausgangssignal einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet, kann ein optischer und/oder akustischer Signalgeber angesteuert werden, der den Benutzer des Mikroskops warnt. Ebenso ist es denkbar, je nach Höhe des Schwellwertes des
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Ausgangssignals eine Notabschaltung der Positioniereinheit vorzunehmen. In allen Varianten ist es möglich, dass die Steuerungseinheit in das Mikroskop bzw. sein Stativ integriert ist, oder dass die Steuerungseinheit in einer separaten Einheit angeordnet ist, die mit dem Mikroskop verbunden ist bzw. mit ihm in Wirkverbindung steht.
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Es ist vorteilhaft, wenn diese Steuerungseinheit aus dem Ausgangssignal des Kraft-oder Drucksensors eine Größe einer auf das Objektiv übertragenen Kraft ableitet Diese Größe kann ein vorher zu kalibrierender Kraftwert (gemessen in Newton) oder eine hierzu proportionale Größe sein. Es ist vorteilhaft, wenn die genannte Steuerungseinheit mit dem Positioniersystems des Mikroskops in Wirkverbindung steht und dieses bei einer Kraftübertragung oberhalb eines vorgegebenen Grenzwertes abschaltet oder in seiner Antriebsrichtung umkehrt. Der Grenzwert ist einstellbar, um eine Schädigung des Objektivs und/oder des Präparats im Falle einer Kollision zu vermeiden. Bei einer manuellen oder automatischen Ansteuerung des Positioniersystems (X- Y- Z- Richtung) wird dieses beispielsweise abgeschaltet, wenn die Kraftübertragung den genannten Grenzwert überschreitet. Es ist auch möglich, die Antriebsrichtung umzukehren, um einer Verstärkung der Kollision entgegenzuwirken.
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Weiterhin sinnvoll ist es, wenn die Steuerungseinheit mit einem, insbesondere dem oben erwähnten optischen und/oder akustischen Signalgeber in Wirkverbindung steht, wobei bereits im Falle eines Erkennens einer Kollision bzw. Berührung zwischen Objektiv und Mikroskoptisch bzw. Präparat eine geeignete optische und/oder akustische Warnung ausgegeben werden kann. Spätestens bei Überschreitung des genannten Grenzwertes sollte eine solche Warnung ausgegeben werden oder aber bei bereits vorher ausgegebenem Warnsignal dieses sich in seiner optischen oder akustischen Wirkung verändern oder verstärken.
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Die genannte Steuerungseinheit sollte bei nicht vorhandener Kraftübertragung auf einen Nullpunkt vorteilhaft kalibrierbar sein, um eine bereits vorhandene Gewichtskraft einer Mikroskopkomponente auf den Sensor zu kompensieren. Der vorgegebene Grenzwert der Netto-Kraftübertragung kann beispielsweise einer auf das Objektiv übertragenen Kraft von 10 N entsprechen, die von dem Sensor ermittelt wird. Kleinere Kräfte als 10 N sind ebenfalls möglich. Auch höhere Grenzwerte von 20 N, 30 N, 40 N oder 50 N sind möglich, wobei beispielsweise bestimmte Objektive für eine maximale Gewichtskraft von 50 N ausgelegt sind, bevor sie geschädigt werden. Diese Grenzwerte der Kraftübertragung sollten folglich keinesfalls überschritten werden. Es ist auch möglich, zwei oder mehr Grenzwerte zu definieren, wobei beispielsweise bei einem ersten Grenzwert (10 N) eine erste Warnung erfolgt, wobei bei Erreichen eines zweiten Grenzwertes (beispielsweise 40 N) eine zweite Warnung beispielsweise mit Abschaltung des Positioniersystems vorgenommen wird.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.
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Figurenliste
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- 1 zeigt schematisch ein Mikroskop mit einem zwischen Stativ und Mikroskoptisch angeordneten Drucksensor zum erfindungsgemäßen Kollisionsschutz in einer möglichen Ausführungsform,
- 2 zeigt schematisch ein Mikroskop mit einem zwischen Objektiv und Stativ angeordneten Drucksensor zum erfindungsgemäßen Kollisionsschutz gemäß einer möglichen Ausführungsform,
- 3 zeigt schematisch ein Mikroskop mit am Mikroskopstativ angeordneten Dehnungsmessstreifen gemäß einer weiteren Ausführungsform,
- 4 zeigt schematisch ein inverses Mikroskop mit verschiedenen möglichen Anordnungen von Kraft-oder Drucksensoren gemäß einer möglichen Ausführungsform und
- 5 zeigt schematisch eine weitere Ausführungsform eines inversen Mikroskops mit an der Aufhängung des Objektivhalters angebrachten Dehnungsmessstreifen.
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Die Figuren werden im Folgenden übergreifend behandelt. Auch eine Kombination von Merkmalen aus den Figuren ist möglich. Weiterhin zeigen die Mikroskope Objektive an einem Objektivhalter, der hier als ein Objektivrevolver ausgebildet ist. Selbstverständlich sind auch andere Ausführungsformen wie auch Einzelobjektive denkbar.
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1 zeigt schematisch eine Ausführungsform eines Mikroskops 10 mit Stativ 20, Objektiv 30 und Mikroskoptisch 40. Der Mikroskoptisch trägt in bekannter Weise ein Präparat 41. Das Objektiv 30 erzeugt im Betrieb des Mikroskops 10 ein Zwischenbild des Präparats 41. Durch weitere Abbildungen im Tubus und Okular und/oder einer Kamera des Mikroskops 10 kann ein vergrößertes Bild des Präparats 41 erzeugt werden. Das Objektiv 30 ist zusammen mit anderen Objektiven 30 an einem Objektivrevolver 31 befestigt, sodass von mehreren Objektiven 30 das gewünschte in den Beobachtungsstrahlengang eingebracht werden kann. Am Stativ 20 befindet sich als Positioniersystem (oder Teil desselbigen) der sogenannten Z-Trieb 21, der manuell oder motorisch bedient werden kann, um den Mikroskoptisch 40 in Z-Richtung (Doppelpfeil in 1) zu bewegen. Durch diese Bewegung erfolgt eine Fokussierung des Präparats 41 für das jeweils eingeschwenkte Objektiv 30. Zwischen Mikroskoptisch 40 und Stativ 20 befindet sich ein Drucksensor 42. Der Drucksensor 42 besteht zweckmäßigerweise aus einer Vielzahl von Einzelsensoren. Diese Einzelsensoren sind an dem Mikroskoptisch derart angebracht, dass das Präparat 41 auf dem Tisch 40 und dieser wiederum auf den Einzelsensoren verteilt aufliegt. Eine beispielhafte Verteilung der Einzelsensoren ist in 1a gezeigt, die den umrandeten Ausschnitt B aus 1 vergrößert darstellt. Zu erkennen ist ein Teil des Mikroskoptischs 40, wobei zwischen Mikroskoptisch 40 und Stativ 20 Drucksensoren 42y und 42z angeordnet sind, wobei die Drucksensoren 42y eine Kraftübertragung zwischen Mikroskoptisch 40 und Stativ 20 in Y-Richtung und die Drucksensoren 42z eine Kraftübertragung zwischen Mikroskoptisch 40 und Stativ 20 in Z-Richtung detektieren. Auf diese Weise können nicht nur Kraftübertragungen in Z-Richtung detektiert werden, wie sie insbesondere bei einer fehlerhaften Fokuseinstellung bei Kollision des Objektivs 30 mit dem Mikroskoptisch 40 auftreten, sondern auch senkrecht dazu wirkende Kräfte, wie Scherkräfte oder bei einer lateralen Kollision von Aufbauten auf dem Mikroskoptisch 40 und dem Objektiv 30 auftretende Kräfte. Insbesondere kann, wie in 1b dargestellt, die die Schnittansicht A-A aus 1 darstellt, auch ein Drucksensor 42x zwischen Mikroskoptisch 40 und Stativ 20 vorgesehen sein, um Kraftübertragungen in X-Richtung zu detektieren. Auf diese Weise können für jede der drei Raumrichtungen X, Y und Z ein oder mehrere unterschiedliche Grenzwerte für Größen der jeweiligen Kraftübertragung vorbestimmt werden, um beispielsweise stufenweise Warnungen auszulösen bzw. eine Abschaltung des Positioniersystems in einer oder mehreren Raumrichtungen vorzunehmen.
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Im Betrieb wird das Präparat 41 manuell oder aber automatisch mittels eines Autofokussystems in den Fokus des Objektivs 30 gebracht. Typische Arbeitsabstände betragen Bruchteile eines Millimeters bis hin zu wenigen Millimetern. Infolgedessen besteht während der Fokussierung aber auch bei der nachfolgenden Untersuchung des Präparats hohe Kollisionsgefahr zwischen Objektiv 30 und Mikroskoptisch 40 bzw. Präparat 41. Bei der hier dargestellten Anordnung würde der Drucksensor 42z die Gewichtskraft des Mikroskoptisches 40 sowie des Präparats 41 detektieren und ein entsprechendes elektrisches Signal ausgeben. Insofern ist es zweckmäßig, den Drucksensor 42z zu kalibrieren. Wenn das Gewicht des Präparats 41 nicht bekannt ist, sollte diese Kalibrierung bei jedem Präparatwechsel erfolgen. Der Drucksensor 42 ist mit einer Steuerungseinheit 50 durch eine Signalleitung verbunden. Die genannte Kalibrierung erfolgt derart, dass bei fehlender Kraftübertragung des Objektivs 30 auf das Präparat 41 bzw. den Mikroskoptisch 40 von dem Drucksensor 42 kein Signal ausgegeben wird oder aber das ausgegebene Signal von der Steuerungseinheit 50 als Nullpunkt verwendet wird.
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Wird nunmehr beispielsweise in Z-Richtung ein Druck auf das Präparat 41 ausgeübt, so wird eine Kraftübertragung von dem Objektiv 30 auf das Präparat 41 und somit auf den Mikroskoptisch 40 erkannt. Das vom Drucksensor 42 an die Steuerungseinheit 50 übertragene Signal unterscheidet sich somit von Null. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Steuerungseinheit 50 mit dem Z-Trieb 21, mit einer Signallampe 60 sowie mit einem Lautsprecher 70 elektrisch verbunden. Weiterhin ist die Steuerungseinheit mit einem schematisch dargestellten Schalter 22 am Bedienfeld verbunden, durch dessen Betätigung die erwähnte Kalibrierung erfolgt. Durch vorherige Eichung kann die Steuerungseinheit 50 dem Signal des Drucksensors 42 eine Größe der Kraftübertragung zuordnen, die beispielsweise einer auf das Objektiv übertragenen Kraft entspricht. Auf diese Weise kann die Steuerungseinheit 50 beispielsweise eine auf das Objektiv übertragene Kraft von 10 N erkennen und ein entsprechendes Warnsignal ausgeben. Dieses Warnsignal kann an die Signallampe 60 und/oder an den Lautsprecher 70 abgegeben werden, um ein optisches und/oder akustisches Signal abzugeben. In diesem Fall erkennt somit ein Benutzer eine Berührung von Objektiv 30 und Präparat 41 bzw. Tisch 40. Dies kann auch bereits der Grenzwert sein, bei dem die Steuerungseinheit 50 den Z-Trieb 21 abschaltet, sodass keine weitere manuelle oder aber auch automatische weitere Annährung von Mikroskoptisch 40 an das Objektiv 30 möglich ist. Die Antriebsrichtung kann in diesem Fall auch umgekehrt werden, sodass sich Mikroskoptisch 40 und Objektiv 30 automatisch voneinander entfernen.
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Es ist aber auch denkbar, für die genannte Ansteuerung des Z-Triebs (allgemein des Positioniersystems in X-, Y- und Z-Bewegung) 21 durch die Steuerungseinheit 50 einen zweiten höheren Grenzwert vorzugeben, der beispielsweise einer auf das Objektiv 30 übertragenen Kraft von 40 N entspricht. Da Objektive typischerweise bei einer Krafteinwirkung von 50 N und darüber zerstört werden bzw. Schaden nehmen, ist dieser Grenzwert unbedingt zu vermeiden. Die Grenzwerte können zusätzlich oder alternativ auch in Abhängigkeit von einer möglichen Schädigung des Präparats 41 und entsprechend für die anderen Raumrichtungen X und Y gewählt werden.
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1b zeigt schematisch die Ansicht A-A aus 1 mit dem Z-Trieb 21, durch den der Mikroskoptisch 40 in Z-Richtung verfahren werden kann. Ein Teil des ortsfesten Stativs ist mit 20 bezeichnet. Zwischen Mikroskoptisch 40 und Stativ 20 bzw. dem ebenso ortsfesten Teil des Z-Triebs 21 sind Drucksensoren 42 in der schematisch dargestellten Weise angeordnet. Hierbei detektieren die Drucksensoren 42x eine Kraftübertragung in X-Richtung (vergleiche 1) und die Drucksensoren 42y eine Kraftübertragung in Y-Richtung (vergleiche 1 und 1a).
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2 zeigt eine andere Ausführungsform eines Mikroskops 10, wobei diese Ausführungsform nur in ihren Unterschieden zu 1 erläutert werden soll, um Wiederholungen zu vermeiden. Im Unterschied zur Ausführungsform gemäß 1 ist ein Drucksensor 32 am Objektiv 30, genauer gesagt in dem Kraftübertragungsbereich zwischen Objektiv 30 bzw. dem Objektivhalter 31 und Stativ 20 bei Ausübung einer Kraft auf das Objektiv 30 durch den Mikroskoptisch 40, angeordnet. Wiederum besteht der Drucksensor 32 aus mehreren Einzelsensoren, die am Objektivhalter 31 geeignet verteilt sind. Bei vorhandenen Objektiven 30 am Objektivhalter 31 ist eine Kalibrierung des Drucksensors 32 einmal vorzunehmen. Bei jeder Neubestückung des Objektivhalters 31 ist die Kalibrierung erneut vorzunehmen. Kollidiert das Objektiv 30 nunmehr mit dem Präparat 41 bzw. dem Mikroskoptisch 40, steigt der Druck im Drucksensor 32, sodass ein entsprechendes Signal über die dargestellte elektrische Leitung an die Steuerungseinheit 50 abgegeben wird. Im Übrigen erfolgt der Kollisionsschutz in dieser Ausführungsform in völlig analoger Weise zu der Ausführungsform der 1, sodass zu weiteren Erläuterungen auf die Ausführungen dort verwiesen wird.
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Es sei angemerkt, dass die Ausführungsformen der 1 und 2 auch in einem Mikroskop kombiniert werden können, das dann sowohl einen Drucksensor 42 am Mikroskoptisch sowie einen Drucksensor 32 am Objektiv aufweist. Eine solche Ausführungsform kann zum einen die Messgenauigkeit erhöhen und aufgrund der vorhandenen Redundanz die Sicherheit vor Kollisionen erhöhen.
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3 zeigt schematisch eine weitere Ausführungsform eines aufrechten Mikroskops 10, wie es an sich bereits ausführlich in Zusammenhang mit den 1 und 2 behandelt worden ist. Im Unterschied zu diesen Ausführungsformen weist das Mikroskop 10 gemäß 3 zwei Dehnungsmessstreifen 42 als (weitere) Kraft- oder Drucksensoren auf, die am Stativ 20 angeordnet sind. Wie in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen sind diese am Stativ 20 angeordneten Dehnungsmessstreifen 42 mit einer (hier nicht dargestellten) Steuerungseinheit 50 verbunden. Bei fehlender Kraftübertragung zwischen Objektiv 30 bzw. Objektivhalter 31 und Mikroskoptisch 40 entsteht kein Ausgangssignal der Dehnungsmessstreifen 42 oder das Ausgangssignal ist auf Null kalibriert. Bei einer Kollision zwischen Objektiv 30 und Mikroskoptisch 40 wird Kraft in das Stativ 20 übertragen, so dass eine geringfügige Verformung der Dehnungsmessstreifen 42 die Folge ist. Diese Verformung kann detektiert werden. Wiederum kann eine Größe der Kraftübertragung dem Ausgangssignal der Dehnungsmessstreifen 42 zugeordnet werden, so dass ein bestimmter Grenzwert der Kraftübertragung zwischen Objektiv 30 und Mikroskoptisch 40 festgelegt werden kann. Die dargestellten Dehnungsmessstreifen 42 können alternativ oder aber auch zusätzlich zu den in Zusammenhang mit 1 und/oder 2 eingesetzten Kraft- oder Drucksensoren am Mikroskop 10 vorhanden sein.
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4 zeigt schematisch eine Ausführungsform eines inversen Mikroskops 10 mit Stativ 20 und Objektivhalter 31 mit einem beispielhaft gezeigten Objektiv 30. Inverse Mikroskope sind an sich aus dem Stand der Technik geläufig, so dass hier auf weitere Details zu diesem Mikroskoptyp verzichtet werden kann. In 4 sind einige mögliche Anordnungen für einzelne oder mehrere Kraft- oder Drucksensoren 32, 42 beispielhaft dargestellt. Zwischen Mikroskoptisch 40 und Stativ 20 können Drucksensoren 42y und 42z sowie 42x (siehe 4b) angeordnet sein. Der Ausschnitt B aus 4 ist in 4a nochmals vergrößert dargestellt. Es gelten hier die Erläuterungen zu den 1 und 1a in analoger Weise. Alternativ oder zusätzlich können zwischen Objektivhalter 31 und Stativ 20 Drucksensoren 32y und 32z sowie 32x (nicht dargestellt) angebracht sein.
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Alternativ oder zusätzlich können als weitere Kraft- oder Drucksensoren Dehnungsmessstreifen 42 am Mikroskoptisch 40 beispielsweise in der in 4 dargestellten Weise angebracht sein. Bei einer Kollision zwischen Objektiv 30 und Mikroskoptisch 40 kommt es zu einer geringfügigen Verformung dieser Messstreifen 42, die gemessen werden kann. Sämtliche Sensoren 32 und 42 sind mit einer Steuereinheit 50 verbunden, die, wie bereits anhand der vorherigen Ausführungsformen erläutert, eine Signallampe 60 und/oder einen Lautsprecher 70 auslösen kann. Wiederum kann ein Schalter 22 am Bedienfeld des Mikroskops 10 zu Kalibrierungszwecken vorgesehen sein. Es sei darauf hingewiesen, dass auch nur einzelne oder eine beliebige Kombination der in 4 dargestellten Kraft-oder Drucksensoren 32, 42 bei dem inversen Mikroskop 10 zum Einsatz kommen kann.
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4b zeigt eine Draufsicht auf das Mikroskop 10 gemäß 4. Zu sehen ist der Mikroskoptisch 40 und das Stativ 20 bzw. am Stativ 20 ortsfest angeordnete Mikroskopkomponenten sowie die zwischen dem Stativ 20 bzw. den genannten Mikroskopkomponenten und dem Mikroskoptisch 40 angeordneten Drucksensoren 42y zur Detektion einer Kraftübertragung in Y-Richtung und 42x zur Detektion einer Kraftübertragung in X-Richtung. Im Übrigen sei auf die Erläuterungen zu 1b verwiesen.
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Schließlich zeigt 5 in Analogie zu 3 eine alternative oder zusätzliche Möglichkeit der Anordnung von Kraft- oder Drucksensoren 32 bei einem inversen Mikroskop gemäß 4, wobei hier Dehnungsmessstreifen 32 an verschiedenen Orten der in Z-Richtung verfahrbaren Objektivhalterung 31 angebracht sind. Wirkt aufgrund einer Kollision zwischen Objektiv 30 und Mikroskoptisch 40 (vergleiche 4) eine Kraft F, wie in 5 schematisch dargestellt, so führt diese Kraft F zu einer geringfügigen Verformung der dargestellten Aufhängung des Mikroskophalters 31 mit resultierender Verformung der Dehnungsmessstreifen 32. Diese Verformung kann detektiert werden. Im Übrigen gelten hier die analogen Ausführungen wie zu 3.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Mikroskop
- 20
- Stativ
- 21
- Z-Trieb, Positioniersystem
- 22
- Schalter
- 30
- Objektiv
- 31
- Objektivhalter
- 32
- Drucksensor
- 40
- Mikroskoptisch
- 41
- Präparat
- 42
- Drucksensor
- 50
- Steuerungseinheit
- 60
- Signallampe
- 70
- Lautsprecher
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DD 213525 A1 [0004]
- US 2002/0176161 A1 [0005]
- JP S6097265 A [0006]
- AT 197096 B [0007]
- DE 10239794 A1 [0008]
- DE 10249991 A1 [0009]
