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Die Erfindung betrifft eine Befestigungsanordnung zur Ausrichtung und Halterung eines Bauteils an einer optischen Apparatur. Ferner betrifft die Erfindung eine optische Apparatur sowie ein Bauteil.
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Eine bisherige Lösung, die zum Beispiel zur Befestigung von Objektiven an Mikroskopen benutzt wird, ist ein Einschrauben mittels Feingewinden. Dies ist jedoch aufwendig und kann bei einer falschen Positionierung zu Schäden am Feingewinde führen.
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Zur Befestigung von Filtereinheiten an Mikroskopen ist eine aufwändig handzuhabende Befestigungsanordnung bekannt, die verschiedene Bewegungen entlang mehrerer Richtungen erfordert.
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Im Bereich der Fotografie ist eine Befestigung über einen mechanischen Bajonettverschluss bekannt. Eine solche Anbringung erfordert jedoch eine genaue Positionierung.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Lösung bereitzustellen, mit der ein Bauteil auf einfache Weise an einer optischen Apparatur ausgerichtet und gehalten werden kann.
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Erfindungsgemäß wird dies gelöst durch eine Befestigungsanordnung zur Ausrichtung und Halterung eines Bauteils an einer optischen Apparatur, mit einem apparaturseitigen Abschnitt und einem wiederholt lösbar mit dem apparaturseitigen Abschnitt verbindbaren bauteilseitigen Abschnitt, wobei der apparaturseitige Abschnitt eine erste magnetische Halteanordnung aufweist und der bauteilseitige Abschnitt eine zweite magnetische Halteanordnung aufweist, wobei eine magnetische Halteanordnung einen Magneten und die andere magnetische Halteanordnung einen Magneten oder ein ferromagnetisches Element aufweist. Ferner wird dies gelöst durch eine optische Apparatur oder ein Bauteil zur Anbringung an einer Apparatur, wobei die Apparatur oder das Bauteil eine magnetische Halteanordnung zur Befestigung am jeweils anderen Element mittels eines Magneten umfasst.
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Mit den magnetischen Halteanordnungen ist es auf einfache Weise möglich, das Bauteil an der optischen Apparatur auszurichten und zu halten.
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Die erfindungsgemäße Lösung kann mit den folgenden, jeweils für sich vorteilhaften und beliebig miteinander kombinierbaren Ausgestaltungen und Weiterentwicklungen weiter verbessert werden.
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In einer Betriebsstellung kann die erste magnetische Halteanordnung der zweiten magnetische Halteanordnung gegenüberliegen, um eine einfache Ausrichtung zu ermöglichen. In der Betriebsstellung ist die optische Apparatur bzw. der apparaturseitige Abschnitt mit dem Bauteil bzw. dem bauteilseitigen Abschnitt verbunden und/oder relativ dazu ausgerichtet.
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Einige der folgenden Ausgestaltungen sind der Einfachheit halber jeweils mit Magneten in der ersten und der zweiten magnetischen Halteanordnung beschrieben. Entsprechende Ausgestaltungen mit einem oder mehreren Magneten in einer Halteanordnung und einem oder mehreren ferromagnetischen Elementen in der anderen magnetischen Halteanordnung sind ebenfalls vorteilhaft.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die erste magnetische Halteanordnung mehrere Magneten aufweisen und die zweite magnetische Halteanordnung mehrere Magneten aufweisen und die Anordnung der Magneten in der ersten magnetische Halteanordnung kongruent zu der Anordnung der Magneten in der zweiten magnetische Halteanordnung sein. Dadurch sind eine einfache Ausrichtung und eine sichere Halterung gewährleistet. Kongruent bedeutet hier geometrisch kongruent, d.h. dass die Anordnung der Magneten in den beiden magnetische Halteanordnungen ähnlich ist. Beispielsweise können die Magneten jeweils an den Ecken zweier Dreiecke, die ähnlich sind, angeordnet sein
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Um eine eindeutige Ausrichtung zu erzielen, kann die Anordnung der Magneten asymmetrisch sein. Insbesondere bei rotatorisch angebrachten Systemen kann keine Rotationssymmetrie vorhanden sein. Die Symmetrie kann dabei zum Beispiel bezüglich einer optischen Achse gemessen werden. Die Anordnung kann beispielsweise nicht äquigonal sein, d.h. nicht die Form eines regelmäßigen Polygons aufweisen. Bei einem rotatorisch angebrachten System kann aber zum Beispiel eine andere Symmetrie vorhanden sein, etwa bezüglich einer Ebene. So können die Magneten etwa an den Ecken eines gleichschenkligen aber nicht gleichseitigen Dreiecks angeordnet sein.
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In einer alternativen Ausgestaltung kann die Anordnung der Magneten symmetrisch sein, etwa rotationsymmetrisch bezüglich einer optischen Achse. Dies erlaubt es, das Bauteil in mehreren gleichwertigen Positionen relativ zur optischen Apparatur auszurichten. In diesem Fall können dann beispielsweise andere Elemente wie Schnittstellen mehrfach vorhanden sein, um in jeder der Positionen wirken zu können.
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Auch die Orientierung der Magneten kann so sein, dass nur eine einzige eindeutige Ausrichtung möglich ist. Sind zum Beispiel am apparaturseitigen Abschnitt und am bauteilseitigen Abschnitt jeweils zwei Magneten vorhanden, so kann jeweils einer bezüglich einer bestimmten Richtung z. B. einer optischen Achse von Nord nach Süd und der andere von Süd nach Nord ausgerichtet sein. Nur wenn sich jeweils passende Magneten aus dem apparaturseitigen Abschnitt und dem bauteilseitigen Abschnitt gegenüber liegen kann dann eine Haltekraft erzeugt sein. Bei einer inkorrekten Ausrichtung kann hingegen eine abstoßende Kraft vorhanden sein.
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Die Anzahl der Magneten im bauteilseitigen Abschnitt muss nicht identisch mit der Anzahl der Magneten im apparaturseitigen Abschnitt sein. Beispielsweise können im apparaturseitigen Abschnitt mehr Magneten vorhanden sein als im bauteilseitigen Abschnitt. Dies erlaubt zum Beispiel eine modulare und angepasste Verwendung mit verschiedenen Bauteilen. So können etwa im apparaturseitigen Abschnitt fünf Magneten vorhanden sein. Je nach Gewicht und Volumen des Bauteils können im bauteilseitigen Abschnitt zwischen einem und fünf Magneten vorhanden sein. Für ein schweres Bauteil können zum Beispiel fünf Magneten im bauteilseitigen Abschnitt vorhanden sein, um genügend Haltekraft erzeugen zu können. Bei leichteren Bauelementen können weniger Magnete ausreichend sein, etwa einer, zwei oder drei. Diese geringere Anzahl an Magneten kann in der Betriebsstellung entsprechenden Magneten im apparaturseitigen Abschnitt gegenüberliegen und die Anordnung der Magneten im bauteilseitigen Abschnitt kann kongruent zur Anordnung von Magneten im apparaturseitigen Abschnitt sein.
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Die Befestigungsanordnung kann mindestens eine Flanschfläche aufweisen, um eine Ausrichtung und Positionierung zu ermöglichen. Die Flanschfläche kann senkrecht zu einer optischen Achse verlaufen, um eine einfache Positionierung zu erlauben. Die Flanschfläche kann nichtmagnetisch, insbesondere nicht ferromagnetisch sein, um eine ungewollte Interaktion mit den Magneten zu verhindern.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die magnetische Halteanordnung an einer Stirnfläche angeordnet sein. Eine solche Ausgestaltung kann besonders einfach in der Handhabung sein und/oder eine besonders schmale Ausgestaltung ermöglichen. Die Stirnfläche kann zum anderen Element hin weisen, d.h. zur optischen Apparatur bzw. zum Bauteil.
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Alternativ oder zusätzlich kann die magnetische Halteanordnung an einer Seitenfläche angeordnet sein. Dadurch kann beispielsweise in einer Längsrichtung Bauraum eingespart werden.
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Es können in einer magnetischen Halteanordnung auch einzelne Magneten an der Stirnfläche und einzelne Magneten an der Seitenfläche angeordnet sein, um die Vorteile der beiden Ausgestaltungen zu kombinieren.
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Für eine einfache und sichere Positionierung kann die Befestigungsanordnung Positionierelemente aufweisen, die zumindest in der Betriebsstellung den apparaturseitigen Abschnitt relativ zu dem bauteilseitigen Abschnitt positionieren. Eine solche Positionierung kann insbesondere bezüglich einer optischen Achse notwendig sein. Die Positionierelemente können beispielsweise eine konzentrische Positionierung bezüglich der optischen Achse bewirken. Die Positionierelemente können auch eine Positionierung bezüglich einer Rotationsrichtung um die optische Achse herum oder bezüglich einer Bewegung relativ zur optischen Achse bewirken. Die Positionierelemente können Anschläge, Vorsprünge und/oder Rastelemente umfassen.
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Um eine Feinjustierung zu ermöglichen, können die Positionierelemente beweglich sein. Beispielsweise können sie durch Schrauben verstellbar sein.
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Um eine Bewegung in die Betriebsstellung zu erleichtern, kann die Befestigungsanordnung eine Führungsanordnung aufweisen, die den apparaturseitigen Abschnitt relativ zu dem bauteilseitigen Abschnitt in die Betriebsstellung führt.
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Die Führungsanordnung kann eine rotatorische Führungsanordnung sein, um eine einfache Justierung zu ermöglichen. Insbesondere kann die Rotation um eine optische Achse herum stattfinden. Alternativ kann die Führungsanordnung eine lineare Führung ermöglichen, um eine einfache Bewegung zu ermöglichen. Auch eine Führung entlang eines anders ausgestalteten Pfades ist möglich.
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Die Befestigungsanordnung kann mindestens ein Rastelement zur Verrastung des apparaturseitigen Abschnitts relativ zum bauteilseitigen Abschnitt in der Betriebsstellung aufweisen. Das Rastelement kann zum Beispiel mit einem elastischen Element vorgespannt sein und in der Betriebsstellung automatisch verrasten.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann das Rastelement automatisch durch den Magneten in eine Raststellung bewegt werden. Beispielsweise kann bei Erreichen der Betriebsstellung ein verfahrbares magnetisches Element durch die Magnetkraft bewegt werden und somit ein Verrasten der optischen Apparatur relativ zum Bauteil erreichen. Das Rastelement kann zum Beispiel manuell oder automatisch zurückgefahren werden, wenn die Betriebsstellung verlassen werden soll. Beispielsweise kann ein Elektromagnet vorhanden sein, der das Rastelement aus einer Raststellung zurückholt.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann die Befestigungsanordnung eine Führungsanordnung aufweisen, die den apparaturseitigen Abschnitt relativ zu dem bauteilseitigen Abschnitt in eine Montagestellung führt. Dadurch ist es möglich, den apparaturseitigen Abschnitt beim ersten Zusammenfügen, d.h. beim Ansetzen relativ zum bauteilseitigen Abschnitt richtig zu positionieren. Für weitere Schritte, beispielsweise das Überführen in die Betriebsstellung, können weitere Führungsanordnungen vorhanden sein.
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Für eine einfache Bauweise kann mindestens ein Magnet ein Permanentmagnet sein. Beispielsweise kann der Permanentmagnet Neodym (Nd), Eisen (Fe) oder Nickel (Ni) umfassen.
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Um eine einfache Bedienbarkeit zu möglichen, kann alternativ oder zusätzlich mindestens ein Magnet ein Elektromagnet sein. Der Elektromagnet kann schaltbar sein. Beispielsweise kann er automatisch schaltend sein, wenn die Befestigungsanordnung in die Betriebsstellung übergeht. Beispielsweise kann ein Permanentmagnet eine erste leichte Haltekraft erzeugen und ein Elektromagnet eine zweite, stärkere Haltekraft erzeugen, wenn die Betriebsstellung erreicht ist. Soll die Befestigungsanordnung aus der Betriebsstellung herausgebracht werden, so kann der Elektromagnet wieder abgeschaltet werden oder umgepolt werden, sodass die gesamte Haltekraft wieder geringer ist oder durch den umgepolten Elektromagneten insgesamt null beträgt.
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Der apparaturseitige Abschnitt und der bauteilseitige Abschnitt können jeweils Übertragungselemente zur Übertragung von optischen, elektrischen und/oder elektronischen Signalen und/oder Versorgungsenergie aufweisen, wobei die Übertragungselemente in der Betriebsstellung aneinander anliegen. Auf diese Weise kann eine Verbindung zwischen der optischen Apparatur und dem Bauteil hergestellt werden. Dadurch können zum Beispiel Daten übertragen werden. Enthält das optische Bauteil zum Beispiel elektrisch steuerbare Elemente wie eine Blende oder Ähnliches, so kann durch die Übertragungselemente ein Steuersignal übertragen werden. Auch die Übertragung von zum Beispiel Versorgungsspannungen kann durch die Übertragungselemente erfolgen. Außerhalb der Betriebsstellung kann eine Verbindung unterbrochen sein.
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In einer platzsparenden Ausführung kann mindestens ein Übertragungselement als Positionierelement ausgestaltet sein. Beispielsweise kann ein Übertragungselement als Anschlag ausgestaltet sein, der eine weitere Rotation über eine Betriebsstellung hinaus blockiert.
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Das Bauteil kann verschieden ausgebildet sein. Beispielsweise kann es sich um ein Objektiv, einen Filter, eine Laserschneideeinrichtung oder ein Auffangbehälter für mit der Laserschneideeinrichtung geschnittene Objekte handeln.
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Bei der optischen Apparatur kann es sich um ein Mikroskop handeln. Eine weitere Ausgestaltung einer optischen Apparatur kann beispielsweise ein Fotoapparat oder eine Kamera sein.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung sind der bauteilseitige Abschnitt und der apparaturseitige Abschnitt ausschließlich über magnetische Kräfte aneinander gehalten. Auf weitere Elemente zum Halten kann dadurch verzichtet sein, wodurch die Komplexität verringert ist.
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Um auch schon bisher bestehende Systeme nutzen zu können, kann die Befestigungsanordnung zur Nachrüstung bestehender optischer Apparaturen und Bauteile ausgestaltet sein. Beispielsweise kann die Befestigungsanordnung am apparaturseitigen Abschnitt und am bauteilseitigen Abschnitt jeweils ein Feingewinde aufweisen, einmal als Außengewinde und einmal als Innengewinde. Die beiden Abschnitte können dann zum Beispiel permanent an der bisherigen optischen Apparatur bzw. einem bisherigen Bauteil befestigt werden, die eigentliche Halterung jedoch über das neue System erfolgen. Bei anders ausgestalteten bisherigen Befestigungssystemen können entsprechende Befestigungssystemelemente an der Befestigungsanordnung vorhanden sein.
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Zusätzlich oder alternativ kann eine bisherige Befestigung durch die Befestigungsanordnung möglich sein. So kann die Befestigungsanordnung zum Beispiel einen inneren Bereich aussparen, sodass eine Befestigung über Feingewinde in dem inneren Bereich möglich ist.
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Die Magneten können eine punktförmige Wirkung aufweisen. Die Positionen bzw. der Anordnung der Magneten kann sich dann auf Punkte, von denen diese Wirkung ausgeht, beziehen. Alternativ oder zusätzlich kann ein Magnet eine linienförmige oder flächige Wirkung aufweisen.
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Der bauteilseitige Abschnitt kann zumindest teilweise einteilig mit dem Rest des Bauteils sein. Der bauteilseitige Abschnitt kann auch vom Rest des Bauteils separat sein und sich zum Beispiel wiederholt lösbar von diesem entfernen und wieder mit diesem verbinden lassen.
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Der apparaturseitige Abschnitt kann zumindest teilweise einteilig mit dem Rest der optischen Apparatur sein, um beispielsweise die Komplexität zu verringern. Alternativ oder zusätzlich kann der apparaturseitige Abschnitt auch vom Rest der optischen Apparatur separat sein und sich zum Beispiel wiederholt lösbar von dieser entfernen und wieder mit dieser verbinden lassen.
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Bei der optischen Apparatur bzw. dem Bauteil kann die magnetische Halteanordnung mehrere Magneten umfassen, die in einer standardisierten Konstellation relativ zueinander angeordnet sind. Eine solche Konstellation oder Konfiguration kann einem internen, proprietären Standard oder einem genormten, offenen Standard entsprechen. Ein solcher Standard kann zum Beispiel Winkel und Längen zwischen den Magneten definieren.
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Ein Bauteil kann ein Zwischenadapter sein, der beispielsweise an einer Seite an der optischen Apparatur und einer anderen Seite an einem Bauteil angebracht wird. Bei einer solchen Ausgestaltung sind also zwei Befestigungsanordnungen vorhanden, eine zur Befestigung des Zwischenadapters an der optischen Apparatur und eine zur Befestigung des Bauteils an dem Zwischenadapter.
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Der Zwischenadapter kann einen Sensor aufweisen, mit dem Parameter wie die Temperatur, die Luftfeuchtigkeit, die Helligkeit oder der Luftdruck gemessen werden können.
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Um die Handhabbarkeit zu verbessern, kann das Bauteil ein Identifikationsmodul aufweisen. In einem solchen Identifikationsmodul können zum Beispiel eine Typenbezeichnung, eine Seriennummer, bestimmte optische oder elektrische Eigenschaften oder der Hersteller gespeichert sein. Auch kann eine eindeutige Identifikationsnummer gespeichert sein, die das Bauteil global eindeutig identifiziert.
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Das Identifikationsmodul kann einen Chip und oder einen Speicher aufweisen. Der Speicher kann zumindest zum Teil fix und unveränderbar sein, um bestimmte Informationen unveränderbar speichern zu können. Alternativ oder zusätzlich kann der Speicher auch veränderbar sein. Beispielsweise kann eine Historie über bisherige Experimente und etwaige Belastungen und Beschädigungen in einem solchen Speicherabschnitt gespeichert werden.
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Durch das Identifikationsmodul kann die Messung vereinfacht werden, da beispielsweise Objektivdaten automatisch von dem Objektiv erhalten werden können und nicht mehr manuell eingegeben werden müssen. Auch mit der manuellen Eingabe verbundene Fehler sind dadurch weitgehend vermieden.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand vorteilhafter Ausgestaltungen und Weiterentwicklungen mit Bezug auf die Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Die dabei dargestellten vorteilhaften Weiterentwicklungen und Ausgestaltungen sind jeweils voneinander unabhängig und können beliebig miteinander kombiniert werden, je nachdem, wie dies im Anwendungsfall notwendig ist.
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Es zeigen:
- 1A, 1B schematische Darstellungen eines apparaturseitigen Abschnitts und eines bauteilseitigen Abschnitts einer ersten Ausführungsform einer Befestigungsanordnung
- 2A eine schematische Darstellung der ersten Ausführungsform einer Befestigungsanordnung in einer Betriebsstellung;
- 2B eine schematische Darstellung der ersten Ausführungsform einer Befestigungsanordnung in einer Montagestellung;
- 3 eine schematische Perspektivansicht einer zweiten Ausführungsform einer Befestigungsanordnung;
- 4 eine weitere schematische Perspektivansicht der zweiten Ausführungsform aus 3;
- 5 eine schematische Perspektivansicht des apparaturseitigen Abschnitts der zweiten Ausführungsform;
- 6 eine weitere schematische Perspektivansicht des apparaturseitigen Abschnitts der zweiten Ausführungsform;
- 7 eine schematische Perspektivansicht des bauteilseitigen Abschnitts der zweiten Ausführungsform;
- 8 eine weitere schematische Perspektivansicht des bauteilseitigen Abschnitts der zweiten Ausführungsform;
- 9 eine weitere schematische Perspektivansicht der zweiten Ausführungsform aus 3;
- 10 eine weitere schematische Perspektivansicht der zweiten Ausführungsform aus 3;
- 11 eine schematische Darstellung einer Anwendung einer Befestigungsanordnung;
- 12 eine schematische Darstellung einer weiteren Anwendung einer Befestigungsanordnung;
- 13 eine schematische Darstellung einer weiteren Anwendung einer Befestigungsanordnung;
- 14 eine schematische Perspektivansicht einer weiteren Ausführungsform einer Befestigungsanordnung;
- 15 eine weitere schematische Perspektivansicht der Ausführungsform aus 14;
- 16 eine weitere schematische Perspektivansicht der Ausführungsform aus 14;
- 18 eine weitere schematische Perspektivansicht der Ausführungsform aus 14;
- 19 eine weitere schematische Perspektivansicht der Ausführungsform aus 14;
- 20 eine schematische Perspektivansicht des apparaturseitigen Abschnitts der Ausführungsform aus 14;
- 21 eine weitere schematische Perspektivansicht des apparaturseitigen Abschnitts der Ausführungsform aus 14;
- 22 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform in einer Montagestellung;
- 23 eine schematische Darstellung der Ausführungsform aus 22 in einer Betriebsstellung;
- 24 eine schematische Perspektivansicht der Ausführungsform aus 22 in einer Betriebsstellung;
- 25 eine schematische Perspektivansicht der Ausführungsform aus 22 in einer Montagestellung;
- 26 eine schematische Darstellung einer weiteren Verwendung einer Befestigungsanordnung;
- 27 eine schematische Darstellung einer weiteren Verwendung einer Befestigungsanordnung;
- 28 eine vergrößerte Darstellung eines Details aus der 27;
- 29 eine schematische Darstellung eines Zwischenadapters mit einer weiteren Ausführungsform einer Befestigungsanordnung;
- 30 eine weitere schematische Darstellung des Zwischenadapters aus 29;
- 31 eine schematische Darstellung eines weiteren Zwischenadapters;
- 32 eine weitere schematische Darstellung des Zwischenadapters aus 31;
- 33 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform mit zwei Zwischenadaptern;
- 34 eine weitere schematische Darstellung der Ausführungsform aus 33.
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In den 1A, 1B, 2A, 2B ist eine erste Ausführungsform einer Befestigungsanordnung 1 schematisch dargestellt.
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Die Befestigungsanordnung 1 dient zur Ausrichtung und Halterung eines Bauteils 200 an einer optischen Apparatur 100. Dazu umfasst die Befestigungsanordnung 1 einen apparaturseitigen Abschnitt 10 und einen bauteilseitigen Abschnitt 20. Der apparaturseitige Abschnitt 10 ist mit dem bauteilseitigen Abschnitt 20 wiederholt verbindbar und von diesem lösbar.
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Der apparaturseitige Abschnitt 10 weist eine erste magnetische Halteanordnung 30 auf. Die magnetische Halteanordnung 30 umfasst einen ersten Magneten 31, einen zweiten Magneten 32 und einen dritten Magneten 33. Der bauteilseitige Abschnitt 20 weist eine zweite magnetische Halteanordnung 40 mit einem ersten Magneten 41, einem zweiten Magneten 42 und einem dritten Magneten 43 auf. Die Magneten 31, 32, 33, 39 der ersten magnetische Halteanordnung 30 bilden ein erstes Dreieck 131, das mit einem von den Magneten 41, 42, 43, 49 der zweiten magnetische Halteanordnung 40 gebildeten zweiten Dreieck 132 kongruent ist.
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Die gezeigte Ausführungsform weist mehrere Magneten 39, 49 an den magnetischen Halteanordnungen 30, 40 auf. In einer einfachen Ausgestaltung können die magnetische Halteanordnungen 30, 40 jeweils auch nur einen einzigen Magneten 39, 49 aufweisen, um eine Befestigung zu ermöglichen. Ferner kann auch nur eine der magnetischen Halteanordnungen 30, 40 einen oder mehrere Magnete 39, 49 aufweisen, während an der anderen magnetischen Halteanordnung 40, 30 mit ferromagnetische Elemente vorhanden sind, die mit den Magneten 49, 39 zusammenwirken.
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Bei der gezeigten Ausführungsform sind die Anordnungen der Magneten 39, 49 asymmetrisch, um eine eindeutige Ausrichtung des bauteilseitigen Abschnitts 20 relativ zum apparaturseitigen Abschnitt 10 zu erzielen. Nur in einer einzigen relativen Rotationsposition zueinander liegen alle Magneten 39 der ersten magnetischen Halteanordnung 30 einem entsprechenden Magneten 49 der zweiten magnetischen Halteanordnung 40 gegenüber. Insbesondere ist keine Rotationssymmetrie bezüglich einer optischen Achse 105 vorhanden. Auch bilden die Magneten 39, 49 kein regelmäßiges Polygon. Ferner können die Orientierungen der Magneten 39, 49 zum Beispiel bezüglich einer optischen Achse 105 verschieden sein um eine eindeutige Ausrichtung zu erreichen.
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In 2A ist eine Betriebsstellung 150 gezeigt, in der der apparaturseitigen Abschnitt 10 an dem bauteilseitigen Abschnitt 20 anliegt und sich jeweils zwei Magneten 39, 49 gegenüberliegen.
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In 2B ist eine Montagestellung 160 gezeigt, bei der die Magneten 39 der ersten magnetische Halteanordnung 30 relativ zu den Magneten 49 der zweiten magnetischen Halteanordnung 40 rotiert sind. Durch Drehung entlang einer Bewegungsrichtung 220, die hier eine Drehrichtung 221 ist, können die Magneten 39, 49 in Übereinstimmung gebracht werden. Ferner ist es möglich, durch eine Rotation entlang der Drehrichtung 221 die Magneten 39, 49 wieder voneinander zu lösen. Eine solche seitliche Bewegung kann mit weniger Kraftaufwand verbunden sein, als zum Beispiel ein direktes lösen der Magneten 39, 49 entlang einer Wirkungsrichtung der Magneten 39, 49.
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In den 3 und 4 ist eine Ausführungsform einer Befestigungsanordnung 1 gezeigt, deren Einzelteile in den 5 bis 8 dargestellt sind. In den 9 und 10 ist der Befestigungsvorgang dieser Ausführungsform noch einmal dargestellt.
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Die Befestigungsanordnung 1 weist wieder einen apparaturseitigen Abschnitt 10 auf, der beispielsweise an einer optischen Apparatur 100 wie einem Mikroskop 101 angebracht sein kann. Der apparaturseitige Abschnitt 10 kann dabei ein separates Teil sein, das sich vom Rest der optischen Apparatur 100 lösen lässt. Alternativ kann der apparaturseitige Abschnitt 10 auch zumindest abschnittsweise einteilig mit dem Rest der optischen Apparatur 100 sein.
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Der bauteilseitige Abschnitt 20 ist an einem Bauteil 200, hier ein Objektiv 201, angebracht. Hier gezeigt ist, dass der bauteilseitige Abschnitt 20 zumindest teilweise einteilig mit dem Rest des Objektivs 201 ist.
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Die Befestigungsanordnung 1 dient zur Ausrichtung und zum Halten des Bauteils 200 an der optischen Apparatur 100. Dazu kann das Bauteil 200 entlang einer Bewegungsrichtung 240, die hier parallel zu einer Längsrichtung 210 des Objektivs 201 verläuft, in Kontakt mit der optischen Apparatur 100 gebracht werden. Die magnetischen Halteanordnungen 30, 40 sind dabei noch bezüglich einer Rotation um die optische Achse 105 herum relativ zueinander verdreht. Durch Drehen des Bauteils 200 entlang der Bewegungsrichtung 220, die die Drehrichtung 221 ist und um die optische Achse 105 herum verläuft, können die beiden magnetischen Halteanordnungen 30, 40 zueinander ausgerichtet werden. Die magnetischen Halteanordnungen 30, 40 stellen dabei sicher, dass zum einen eine ausreichende magnetische Haltekraft vorhanden ist. Zum anderen fixieren die magnetischen Halteanordnungen 30, 40 auch die Position des Bauteils 200 relativ zur optischen Apparatur 100.
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Die magnetischen Halteanordnungen 30, 40 sind jeweils an Stirnflächen 112, 122 der optischen Apparatur 100 bzw. des Bauteils 200 angeordnet. Die Stirnflächen 112, 122 bilden jeweils Flanschflächen 111, 121, die senkrecht zur optischen Achse 105 verlaufen und ein einfaches Gleiten der beiden Abschnitte 10, 20 zueinander ermöglichen.
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In einer alternativen Ausgestaltung könnte auch mindestens ein Magnet 39, 49 jeder magnetischen Halteanordnung 30, 40 an einer Seitenfläche 113, 123 angeordnet sein. Insbesondere wenn alle Magneten 39, 49 an einer solchen Seitenfläche 113, 123 angeordnet sind, kann dadurch zum Beispiel Bauraum in der Bewegungsrichtung 270 gespart werden.
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Die Befestigungsanordnung 1 weist eine Führungsanordnung 70 zur Führung in die Betriebsstellung 150 auf. Die Führungsanordnung 70 umfasst einen apparaturseitigen Teil 71 in Form einer Innenfläche und einen bauteilseitigen Teil 72 in Form einer Außenfläche. Es handelt sich dabei um eine rotatorische Führungsanordnung 70 zur Führung entlang einer Kreislinie.
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Eine weitere Führungsanordnung 60 kann zur initialen Justierung beim Ansetzen des Objektivs 201 an die optische Apparatur 100 dienen. Die zweite Führungsanordnung 60 wird hier von den gleichen Elementen gebildet wie die erste Führungsanordnung 70. In einer alternativen Ausgestaltung könnte die zweite Führungsanordnung 60 auch verjüngend oder trichterförmig ausgestaltet sein, um beim Ansetzen des Bauteils 200 eine größere Toleranz zu ermöglichen.
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Zur Übertragung von Signalen oder Versorgungsspannung sind Übertragungselemente 90 vorhanden. Ein apparaturseitiges Übertragungselement 91 kann in der Betriebsstellung 150 an einem bauteilseitigen Übertragungselement 92 kontaktierend anliegen. Außerhalb der Betriebsstellung 150 kann ein solcher Kontakt nicht vorhanden sein.
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In den 3 und 4 ist eine Vormontagestellung 165 gezeigt, in der die optische Apparatur 100 noch nicht in Kontakt mit dem optischen Bauteil 200 ist. In den 9 und 10 ist eine Montagestellung 160 gezeigt, in der das optische Bauteil 200 schon an der optischen Apparatur 100 anliegt, jedoch noch nicht in die endgültige Betriebsstellung 150 überführt wurde.
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Der apparaturseitige Abschnitt 10 und der bauteilseitige Abschnitt 12 sind in der Betriebsstellung 150 nur über magnetische Kräfte aneinander befestigt.
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In den 11 und 12 sind zwei beispielhafte Anwendungen gezeigt. In 11 wird ein Durchlichtmikroskop verwendet, bei dem ein Objekt 270 von oben betrachtet wird. In 12 wird das Objekt 270 von oben beleuchtet und von unten betrachtet. In beiden Ausführungsformen ist der apparaturseitige Abschnitt 10 jeweils an einem Dreheinsatz 260 des Mikroskops 101 angebracht. Aufgrund der Befestigungsanordnung 1 ist es möglich, verschiedene Objektive 201 schnell und sicher auszutauschen. Beispielsweise kann dies durch eine automatisierte Prozedur oder einen Roboter erfolgen.
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In der 13 ist eine Ausführungsform gezeigt, bei der das Mikroskop 101 sowohl unter als auch über dem Objekt 270 einen Dreheinsatz 260 für mehrere Objektive 201 aufweist. Zusätzlich zu einem Rotieren des Dreheinsatzes 270, das einen Wechsel des Objektivs 200 verursacht, können die Objektive 201 mit der Befestigungsanordnung 1 schnell und sicher gewechselt werden, sodass eine noch größere Anzahl von Kombinationen von Objektiven 201 möglich ist.
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In den 14 bis 21 ist eine weitere Ausführungsform einer Befestigungsanordnung 1 gezeigt. Dabei wird als optisches Bauteil 200 eine Filtereinheit 202 benutzt. Mit solchen Filtern 202 können verschiedene Wellenlängen selektiert werden, beispielsweise um ein zu untersuchendes Objekt nur Licht einer bestimmten Anregungswellenlänge für eine Fluoreszenzuntersuchung anzuregen. Zur Selektion einer Wellenlänge kann ein Spiegel 280 vorhanden sein, der bestimmte Wellenlängen durchlässt und andere Wellenlängen reflektiert.
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Die Filtereinheit 202 weist einen bauteilseitigen Abschnitt 20 der Befestigungsanordnung 1 auf.
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Der bauteilseitige Abschnitt 20 umfasst wieder drei Magneten 49, 41, 42, 43, die mit entsprechenden Magneten 39, 31, 32, 33 an einem apparaturseitigen Abschnitt 10 der Befestigungsanordnung 1 angebracht sind. Die Magneten 39, 49 sind jeweils an den Ecken eines ersten Dreiecks 131 bzw. eines zweiten Dreiecks 132 angeordnet, wobei die beiden Dreiecke 131, 132 kongruent zueinander, d.h. ähnlich bzw. identisch sind.
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Ferner sind wieder Übertragungselemente 90 vorhanden, die beispielsweise der Übertragung von Steuersignalen oder einer Versorgungsspannung dienen können.
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Wie auch schon die vorherigen Beispiele, zeigt auch diese Ausführungsform eine Öffnung 250 um eine optische Achse 105 herum, die das zur Messung notwendige Licht durchlässt.
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In den 22 und 23 ist eine spezielle Ausführungsform von Übertragungselementen 90 gezeigt. Ein an dem bauteilseitigen Abschnitt 20 angeordnetes Übertragungselement 90, 92 ist durch eine Feder 95 in Richtung zum apparaturseitigen Abschnitt 10 hin vorgespannt. Bei der Bewegung in die Betriebsstellung 150 gleiten die beiden Abschnitte 10, 20 an den beiden Flanschflächen 111, 121 relativ zueinander. Bei Erreichen der Betriebsstellung 150 rastet das Übertragungselement 90, 92 in eine Ausnehmung 98 am apparaturseitigen Abschnitt 10 ein und kontaktiert ein Übertragungselement 90, 91 am Boden der Ausnehmung 98. Um ein Hineingleiten und ein Herausgleiten zu erleichtern, verfügt die Ausnehmung 98 über eine Schräge 290 auf einer Seite. Auf der anderen Seite ist in der Ausnehmung 98 ein Anschlag 57 vorhanden, der mit einem Anschlag 56 am Übertragungselement 90, 92 zusammenwirkt und eine weitere Bewegung entlang der Bewegungsrichtung 220 verhindert. Das Übertragungselement 90, 92 wirkt gleichzeitig als Positionierelement 50, das eine Positionierung in der Betriebsstellung 150, zumindest entlang einer Richtung, bewirkt. Es handelt sich hier um ein bewegliches Positionierelement 51. Gleichzeitig ist das Übertragungselement 90, 92 ein Rastelement 80, das für eine Verrastung des apparaturseitigen Teilabschnitts 10 relativ zum bauteilseitigen Abschnitt 20 bewirkt.
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In den 24 und 25 ist eine Ausführung mit mehreren Übertragungselementen 90 gezeigt. Um zwischen den einzelnen Übertragungselementen 90 genügend Abstand zu haben und damit einen Spannungsüberschlag zu verhindern, sind die Übertragungselemente 90 entlang der Bewegungsrichtung 220 zueinander versetzt.
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26 zeigt eine Ausführungsform, bei der ein Objekt 270 durch einen von einer Laserschneideeinrichtung 203 ausgehenden Laserstrahl 208 bearbeitet wird. Abgetrennte Teile 205 werden in einer Aufnahme 206 eines Auffangbehälters 204 aufgefangen. Durch eine erfindungsgemäße Befestigungsanordnung können solche Laserschneideeinheiten 203 bzw. Auffangbehälter 204 leicht ausgetauscht werden. Zusätzlich können die Auffangbehälter 204 entlang einer Bewegungsrichtung 209 verfahren werden, beispielsweise mit einem Dreheinsatz 260.
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In den 27 und 28 ist ferner gezeigt, dass an einem optischen Bauteil 200 ein Identifikationsmodul 5 vorhanden sein kann, mit dem das optische Bauteil 200 identifiziert werden kann. Beispielsweise können in einem solchen Identifikationsmodul 5 optische Eigenschaften, eine Typenbezeichnung, Herstellerangaben oder eine globale Identifikationsnummer gespeichert sein. Dazu kann das Identifikationsmodul einen Chip 6 und/oder einen Speicher 7 aufweisen. Teile des Speichers 7 können fix und schreibgeschützt sein, andere Teile können veränderbar sein, beispielsweise um ein Logbuch des optischen Bauteils 200 führen zu können. Dort können zum Beispiel während des Betriebs aufgetretene Belastungen oder Beschädigungen abgespeichert werden.
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Das Identifikationsmodul 5 ist über Kabel 310 mit den Übertragungselementen 90 verbunden. Entsprechende Übertragungselemente 90 am apparaturseitigen Abschnitt 10 sind über Kabel 310 mit einem Chip 6 und/oder einer Elektronik 8 verbunden, die beispielsweise zur Steuerung benutzt wird. Durch das Identifikationsmodul 5 kann eine bisher notwendige manuelle Eingabe von Objektivdaten entfallen. Die entsprechenden Daten können beispielsweise automatisch aus dem Identifikationsmodul 5 ausgelesen werden.
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In den 29 bis 34 sind weitere Verwendungen einer Befestigungsanordnung 1 dargestellt. Es ist jeweils mindestens ein Zwischenadapter 300 vorhanden, der zwischen der optischen Apparatur 100 und dem optischen Bauteil 200 angeordnet ist. Bei einer solchen Ausgestaltung sind jeweils mindestens zwei Befestigungsanordnungen 1 mit jeweils einem apparaturseitigen Abschnitt 10 und einem bauteilseitigen Abschnitt 20 vorhanden. Der Zwischenadapter 300 kann beispielsweise eine Ablenkung des Strahls um 45 Grad bewirken, wie in den 29 und 30 gezeigt. Bei der Ausführung gemäß den 31 und 32 kann lediglich eine Verlängerung des optischen Wegs bewirkt sein. Bei der Ausführungsform gemäß den 33 und 34 sind zwei Zwischenadapter vorhanden, die jeweils einen Sensor 320 aufweisen. Ein solcher Sensor 320 kann beispielsweise die Temperatur, den Luftdruck, die Helligkeit oder eine Luftfeuchtigkeit messen, sodass diese Werte gleichzeitig mit den aufgenommenen Bildern gespeichert werden können.
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An den Abschnitten 10, 20 sind die Magneten 39, 49 jeweils in einer standardisierten Konstellation angeordnet, die ein Zusammenfügen mit einem entsprechend ausgestatteten Abschnitt 20, 10 ermöglichen. Die Konstellation kann Teil eines offenen oder proprietären Standards sein.
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In den gezeigten Ausführungsbeispielen ist jeweils eine Überführung in die Betriebsstellung 150 durch eine Rotation gezeigt. In nicht gezeigten Ausführungsformen kann eine solche Überführung auch entlang eines linearen oder anders ausgestalteten Pfades erfolgen.
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Gezeigt sind hier Ausführungsbeispiele mit jeweils drei Magneten 39, 49. Zusätzlich können auch mehr oder weniger Magnete 39, 49 verwendet werden. Insbesondere kann die Anzahl der Magnete 39 im apparaturseitigen Abschnitt 10 von der Anzahl der Magnete 49 im bauteilseitigen Abschnitt 20 abweichen. Beispielsweise können im apparaturseitigen Abschnitt 10 fünf Magnete 39 vorhanden sein. Im bauteilseitigen Abschnitt 20 können je nach Größe und Gewicht des optischen Bauteils 200 zwischen einem und fünf Magneten vorhanden sein. So kann etwa ein mittelschweres Bauteil 200 drei Magnete 49 aufweisen, die drei Magneten 39 im apparaturseitigen Abschnitt 10 gegenüberliegen. Die Anordnung dieser drei Magnete 49 kann kongruent zu drei Magneten 39 im apparaturseitigen Abschnitt 10 sein. Bei einem schwereren Bauteil 200 können fünf Magnete in dem bauteilseitigen Abschnitt 20 vorhanden sein, um eine ausreichende Haltekraft zu erzeugen. Auch hier liegen die Magnete 49 entsprechenden Magneten 39 gegenüber und die Anordnungen der Magnete 31, 49 sind kongruent.
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Die gezeigten Magneten 39, 49 können Permanentmagnete 170 und/oder Elektromagnete 171 sein. Beispielsweise kann ein Teil der Magnete 39, 49 als Permanentmagneten 170 ausgestaltet sein, die in einem ersten Schritt eine geringe Haltekraft erzeugen. Sobald die Befestigungsanordnung 1 in einer Betriebsstellung 150 ist, können Elektromagnete 171 zugeschaltet werden, die die Haltekraft vergrößern. Zum Lösen der Verbindung können die Elektromagnete 171 wieder abgeschaltet werden oder umgepolt werden, um eine Gegenkraft zu erzeugen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Befestigungsanordnung
- 5
- Identifikationsmodul
- 6
- Chip
- 7
- Speicher
- 8
- Elektronik
- 10
- apparaturseitiger Abschnitt
- 20
- bauteilseitiger Abschnitt
- 30
- erste magnetische Halteanordnung
- 31
- erster Magnet
- 32
- zweiter Magnet
- 33
- dritter Magnet
- 39
- Magnet
- 40
- zweite magnetische Halteanordnung
- 41
- erster Magnet
- 42
- zweiter Magnet
- 43
- dritter Magnet
- 49
- Magnet
- 50
- Positionierelement
- 51
- bewegliches Positionierelement
- 56
- Anschlag
- 57
- Anschlag
- 60
- Führungsanordnung
- 61
- rotatorische Führungsanordnung
- 70
- Führungsanordnung
- 71
- apparaturseitiger Teil
- 72
- bauteilseitiger Teil
- 76
- rotatorische Führungsanordnung
- 80
- Rastelement
- 90
- Übertragungselement
- 91
- apparaturseitiges Element
- 92
- bauteilseitiges Element
- 95
- Feder
- 98
- Ausnehmung
- 100
- optische Apparatur
- 101
- Mikroskop
- 105
- optische Achse
- 111
- Flanschfläche
- 112
- Stirnfläche
- 113
- Seitenfläche
- 121
- Flanschfläche
- 122
- Stirnfläche
- 123
- Seitenfläche
- 131
- erstes Dreieck
- 132
- zweites Dreieck
- 150
- Betriebsstellung
- 160
- Montagestellung
- 165
- Vormontagestellung
- 170
- Permanentmagnet
- 171
- Elektromagnet
- 200
- Bauteil
- 201
- Objektiv
- 202
- Filtereinheit
- 203
- Laserschneideeinrichtung
- 204
- Auffangbehälter
- 205
- abgeschnittenes Teil
- 206
- Aufnahme
- 208
- Laserstrahl
- 209
- Bewegungsrichtung
- 210
- Längsrichtung
- 220
- Bewegungsrichtung
- 221
- Drehrichtung
- 230
- Querrichtung
- 240
- Fügerichtung
- 250
- Öffnung
- 260
- Dreheinsatz
- 270
- Objekt
- 280
- Spiegel
- 290
- Schräge
- 300
- Zwischenadapter
- 310
- Kabel
- 320
- Sensor