用于光学束路径的快门装置的制作方法

1.本发明涉及一种用于光学束路径的快门装置。


背景技术：

2.在光学设备中，特别是显微镜中，经常需要分别重复地完全或部分地打开或关闭现有的光学束路径。从现有技术已知用于潜在地实现这样的快门运动的若干可能性。特别已知的是，至少一个快门元件可以通过相应的驱动器滑动、枢转或回转到束路径中。例如，其他快门是径向操作孔径。
3.因此，例如在ep 1 719 009b1中公开了用于控制光快门的方法。在此，快门通过步进器电机在两个机械止动件之间来回移动。cn 104380170 a指定通过连接杆对快门元件的驱动。为了使快门元件分别在打开或关闭时的振动向显微镜的壳体的传输减少，在jp 200333033 a中提出将快门元件安装在弹性元件上。us 2002/0094204 a1中呈现了其中驱动器重新定位在两个止动件之间的快门。
4.在诸如滑动、枢转或回转的所有这些可能性中，必须分别界定移动的范围或快门元件要行进的路径(快门路径)。例如，这可以通过机械止动件或通过界定步进器电机的步进数目来实现。
5.当使用步进器电机时，当作快门元件的快门板的移动只能以相对缓慢的方式加速和减速，因为否则步进器电机将不能正确地移动到期望位置。
6.如果由机械止动件发生界定，则还可以使用dc电机(直流电机)代替步进器电机。在此有利的是，相同尺寸的dc电机可以以明显更快的方式加速。然而，该dc电机必须在特定时间后减速和/或抵靠机械止动件移动。与步进器电机相反，在此快门元件在撞击机械止动件时突然减速确实会产生问题。快门元件，在下文中也被称为快门，在撞击时弹回至超过某一距离，或持续振动达相对长时间，这在正确执行重复的快速快门移动方面存在问题。一旦快门已经完全停止，才能实行相应的反向移动。
7.虽然通过止动件的较软材料确实可以减少弹回运动，但是在这种实例下不再可能精确定位快门元件。此外，由于直到弹性材料松弛所需的等待时间，而对可实现的循环时间存在负面影响。在此松弛描述了变形的弹性材料分别返回到其初始位置或初始形状。
8.另一个减少循环时间的潜在解决方案在于例如使用紧固到电机轮轴上的转盘。转盘的直径选择得太大，以至于后者遮蔽光学束路径。转盘具有开口端或切口，使得可以根据转盘的位置在各个情况下暴露或遮蔽束路径。转盘可以以适合于所需循环时间的速度旋转。该技术方案确实避免止动件弹回的问题，但在显微镜中需要较大的安装空间。此外，打开/关闭运动的频率以及相应位置“快门打开”和“快门关闭”的持续时间分别由该解决方案中的相应机械构造在严格限制内预定义。


技术实现要素：

9.本发明基于提出重复打开和关闭光学束路径的可能性的目的，其中现有技术的缺
点，特别是快门元件的弹回和撞击后的振动被最小化。
10.该目的通过根据下文所述的快门装置来实现。有利的改进如下文所述。
11.用于光学束路径的快门装置包括用于关闭光学束路径的快门元件以及用于沿两个终端位置之间的快门路径以控制的方式移动快门元件的驱动器。此外，存在至少一个止动件，其在各个情况下具有一个止动面，在终端位置之一中的快门元件相应地抵靠该止动面在各个情况下移动或能够移动。
12.根据本发明，快门装置的特征在于，每个止动件被配置为可移位的止动块，使得通过移动快门元件、该止动块能够从所述止动块的终端位置沿位移路径移位一距离。
13.在一实施方式中，所述至少一个止动块的所述止动面由硬质材料构成。
14.在一实施方式中，所述至少一个止动块的所述止动面由软质材料构成。
15.在一实施方式中，止动面的相应终端位置相应地被重新建立或能够被重新建立，作为相应的另一个止动面的位移的结果。
16.在一实施方式中，通过所述止动面存在具有u形或拥有u形凹陷的公共止动块。
17.在一实施方式中，所述驱动器能够在行进所述快门路径的相应部分时减速。
18.在一实施方式中，存在用于沿着所述位移路径调节所述至少一个止动块的摩擦阻力的构件。
19.在一实施方式中，所述用于调节摩擦阻力的构件是所述止动块的支撑件与所述止动块的相互接触表面的预定粗糙度值和/或用于施加接触压力的接触压力构件，所述接触压力从所述止动块指引到所述止动块的支撑件上。
20.在一实施方式中，作为接触压力构件，存在至少一个弹性元件，所述弹性元件在张紧状态下通过预定作用力相应地将所述止动块按压抵靠在所述支撑件上，或将所述止动块拉开远离所述支撑件。
21.本发明的核心在于构思的技术实现方式，即通过以巧妙的方式应用弹性或非弹性震动的原理，可以减少或完全避免在刚性的、因此不可移位的止动件中出现的缺点。
22.在本发明的上下文中，可移位的止动块不被认为是弹簧止动件或纯弹性止动件的同义词。由于快门元件的撞击，止动块作为整体沿着位移路径移动，而与止动块的任何弹性变形或后者可能同时发生的组成部分的任何弹性变形无关。止动块在此获得快门的冲量和动态能量，使得快门停止而不会弹回。
23.根据本发明的实施例，每个止动件可以被配置为分离的止动块。可选地，一个止动块可以例如通过铰接或齿轮机构机械地连接到另一个止动块。在其他潜在实施例中，止动块被配置为滚珠或滚动件，其由于快门元件的撞击而沿着用作位移路径的预定义路径移动，从而到达另一个止动件的终端位置。在另一个止动件的所述终端位置处的滚珠或滚动件承担另一个止动块的功能。由于快门的撞击，滚珠或滚动件在终端位置之间来回移动。替代地，止动件是共同止动块的组成部分或公共止动块的区域。
24.有利的是，相应地重新建立或能够重新建立一个止动块的相应终端位置，作为相应另一个止动块的位移的结果。以这种方式，可以在很大程度上省略用于重新建立相应终端位置的附加部件，并且可以实现不需要频繁维护的简单且有成本效益的构造。重新建立相应的另一个止动块的终端位置可以例如通过将共同的止动块呈u形或通过u形凹陷的设计来实现。在这种实例下，止动面位于u形的腿上。此外，止动块可以相互连接并且机械上强
制地联接，例如原理上已经是公共止动块的情况。
25.至少一个止动块的止动面——特别是所述止动面的表面——可以由硬质材料构成。本发明的这样的实施例增加了止动面的耐磨性并且减少了不期望的磨损。在此硬质材料理解为维氏硬度hv在200至600范围内的材料。例如，可以通过对合适的材料(例如铝)进行阳极氧化或硬质阳极氧化来生成这样的硬质止动面。例如，止动块可以由铝构成，其止动面被硬质阳极氧化并且具有约hv 400的硬度。止动块可由任意材料或复合材料构成。例如，金属、合金、塑料材料和弹性体可以用作材料。
26.在本发明的其他潜在实施例中，在止动面的区域中，止动块可以配备有涂层，该涂层提供对应的抗磨损保护。
27.作为快门元件的撞击的结果，除了发生的位移以外，快门元件还可以弹性变形和/或动态能量被转换为声学噪声和/或热量。声学噪声特别是当止动面的非弹性材料与快门元件的非弹性材料配对时出现并且通常被感知为恼人的。
28.为了减弱快门对相应止动面的撞击，本发明的其他实施例中的所述快门可以恰好在机械撞击之前减速。在简单实现的实施例中，这可以发生，因为用于生成快门的快门移动的dc电机(直流电机)的极在所述dc电机移动时短暂地翻转。在dc电机中创建的磁滞电势使快门减速，使得快门以明显降低的速度朝向相应的止动件行进。因此附加地减少传递的能量和撞击冲量，此外这再次最小化弹回和实际上撞击的声学噪声。电机电流和用于加速和减速阶段的时间是可调节的。
29.根据本发明的快门装置的驱动因此可以在行进一部分快门路径时减速。由于机械止动块可移位且快门仅在撞击之前减速，因此快门在终端位置中几乎不振动，并且可以立即切换反向冲量以便再次在相反的方向上发生移动。
30.例如，dc电机——无刷dc电机(bldc电机)或步进器电机都可以用作驱动器。
31.作为至少一个呈金属主体形式的可移动止动块的替代，例如可以存在这样的至少一个可移动止动块，其完全由诸如硅树脂的软质材料构成或至少在止动面的区域中由诸如硅胶的软质材料构成。肖氏硬度在30到90之间(特别是根据din iso 7619-1)的材料在此被认为是软质的。如果止动块的止动面由软质材料构成，例如硅树脂、橡胶混合物，则所述止动面具有例如大约50的肖氏硬度值。
32.例如，止动块可由塑料材料或弹性体制成。在这种实例下，所述止动块确实更轻，但也潜在地受到更多磨损。例如，可以通过将止动块按压到支撑件上的施加力来补偿较低的质量。例如，这可以分别通过一个或多个压缩弹簧或拉紧弹簧来发生。替代地或附加地，可以将附加的重量放置到止动块上。止动块与支撑件之间出现的摩擦力的幅度可能受后者的材料和/或结构的有目标的组合影响(也参见下文)。
33.弹性止动块的硬度和形状以及快门的启动速度被选择和相互适配为使得快门在撞击期间的动能大部分被转换为止动块的变形能，并较少比例被转换为运动。在此引起的噪音小到可忽略不计的程度。止动面和/或快门元件的材料的弹性以及撞击期间的较小力防止任何塑性变形。撞击时在终端位置出现的弹性变形缓慢松弛以重新承担初始状态(松弛)。为了缩短直至完全松弛的等待时间，可以维持持续变形。为此，驱动器——例如直流电机——可以被供应低电压并保持就位一持续时间，在该持续时间期间，快门将保留在相应的终端位置中，使得通过减少的(保持)力推动快门抵靠止动件。止动块的弹性材料不应选
择为过软，否则可能无法获得限定的终端位置。
34.止动块沿着位移路径的位移是本发明的主要特征。位移路径的长度可以受止动块的材料的选择和组合的影响，特别是在止动块相对于止动块搁置在其上的支撑件的接触面上。在止动块与下卧表面之间出现的摩擦力在此特别用于调节位移路径。
35.为了调节摩擦力，可以影响止动块与支撑件之间每单位面积的接触压力的幅度，例如，通过分别通过压缩弹簧或拉紧弹簧和/或现有调节螺钉的接触压力来调节期望的作用力。用于适配力比率和位移路径的长度的重要参数是例如材料的配对、相互接触表面的粗糙度以及部件的相应质量。
36.因此，根据本发明的快门装置有利地具有用于沿着位移路径调节相应止动块的摩擦阻力的至少一个构件。用于调节摩擦阻力的构件例如是止动块的支撑件与止动块的相互接触表面的预定粗糙度值和/或用于施加接触压力的接触压力构件，该接触压力从止动块指引到止动块的支撑件上。当需要时可有利地重新调节用于调节摩擦阻力的构件。
37.作为接触压力装置，可以存在至少一个弹性元件，例如弹性盘或弹簧，其分别通过预定作用力方式在拉紧状态下将止动块按压抵靠支撑件，或者将所述止动块拉动离开支撑件。例如，螺钉在各个情况下可以配备有压缩弹簧或由橡胶组成的弹性垫圈或任何其他弹性体，止动块通过该螺钉相应地可以连接到支撑件或连接到支撑件。当这样装备的螺钉被驱动到对应的螺纹中时，在此弹簧同时被压缩并施加与例如所述弹簧的弹簧比率对应的压缩力。如果使用弹性盘，则相应的压缩力由所述弹性盘的弹性特征线对应导出。使用弹簧的优点分别在于相互接触表面上磨损的自作用补偿、在温度变化的情况下的一定程度的补偿以及用于重新调节螺钉或引起的作用力的简单可能性。
38.以类似的方式，弹性元件还可以通过拉紧弹簧并且通过在构造方面对应地引导拉紧力来实现。
39.例如，本发明的优点在于，在快门装置中明显减少或避免快门的弹回，使得快速的快门移动成为可能。此外，该解决方案为所使用的dc电机省略使用昂贵的编码器。快门频率和相应打开的快门或关闭的快门的操作状态的持续时间能够通过例如软件的致动来调节。
附图说明
40.下面将通过示例性实施例和图示更详细地解释本发明。附图中：
41.图1示出了根据本发明的快门装置在第一终端位置的第一示例性实施例的示意图；
42.图2示出了根据本发明的快门装置在第二终端位置的第一示例性实施例的示意图；
43.图3示出了根据本发明的快门装置在第一终端位置的第一示例性实施例的示意性立体图；
44.图4示出了根据本发明的快门装置在第二终端位置的第一示例性实施例的示意性立体图；
45.图5示出了根据本发明的快门装置的第一示例性实施例的示意性截面图；
46.图6示出了根据本发明的快门装置在显微镜的底板上的第一示例性实施例的示意性立体图；以及
47.图7以俯视图示出了根据本发明的快门装置的第二示例性实施例的示意图，其具有作为可移位止动块的滚珠。
具体实施方式
48.根据本发明的快门装置1的主要元件是快门元件2、具有第一止动面5.1和具有第二止动面5.2的止动块4以及支撑件7(见图2)，止动块可在该支撑件7上沿着第一终端位置e1和第二终端位置e2之间的位移路径6位移。
49.在图1所示的快门元件2的第一操作位置中，用作光学束路径9的覆盖件的快门叶片2.1枢转离开光学束路径9并且定位于第一终端位置e1。在第一终端位置e1中的快门元件2的一部分——被称为锤子2.2——抵靠止动块4的第一止动面5.1移动。由于锤子2.2对第一止动面5.1的撞击作用，止动块4沿位移路径6(由双向箭头表示)移位，使得第二止动面5.2位于第二终端位置e2的位置。止动块4通过螺钉10连接到支撑件7。在此的螺钉10各自位于细长孔中，以便能够移动止动块4。快门元件2通过驱动器8——特别是通过dc电机——绕旋转轴线3以控制的方式枢转。在示例性实施例中，在各个情况下选择金属作为锤子2.2和止动块4的材料。
50.在快门元件2的第二操作位置中，锤子2.2被移动到第二终端位置e2并且在那里移动抵靠第二止动面5.2(图2)。由于快门叶片2.1现在向内枢转，光学束路径9被关闭。由于锤子2.2撞击第二止动面5.2，止动块4沿位移路径6移位，使得第一止动面5.1现在位于第一终端位置e1的位置处。
51.根据本发明的快门装置1的第一示例性实施例再次以立体图分别在图3中的第一操作位置和图4中的第二操作位置中示出。通过立体图可以看到用于为驱动器8供电和用于传输来自控制单元14(见图5)的控制命令的线13。在图4中指示截面平面a-a。
52.有利地不需要例如通过附加传感器对快门叶片2.1的当前情况或位置进行复杂的检测。所述快门叶片2.1的位置可以有利地通过用于止挡在第一终端位置e1的电机的电流极性来导出。如果仍然需要检测，则这可以通过使用具有编码器或附加安装的传感器的更昂贵的电机来实现。
53.图5将快门装置1示出为沿平面a-a(见图4)的截面图。止动块4立在支撑件7上并且通过螺钉10以很大的侧向净空保持在支撑件7上，使得沿着位移路径6的移动是可能的。通过一端被支撑在螺钉头上且通过另一端被支撑在止动块4的突起部上的弹簧11在每个螺钉10之上被推动。还可以可选地插入装配盘(如图所指示)。当在装配快门装置1期间将螺钉10拧入装配板15(见图6)时，弹簧11同时被压缩。在与弹簧11的先前选择的弹簧比率对应的方式下，弹簧11中的每一个产生力，通过该力止动块4和支撑件7相互压缩。考虑到诸如止动块4的质量、止动块4和支撑件7的相互接触表面的材料和粗糙度值以及可选地设想的操作温度之类的参数，由弹簧引起的力的作用可以设置为使得当移位止动块4时生成期望的摩擦力。
54.例如，作为完整技术单元的根据第一示例性实施例的快门装置1可以容易地装配在显微镜12(仅在附图中示出)中(图6)。为此，例如快门装置1被插入到装配板15的对应尺寸的开口(未示出)中，并且通过螺钉10连接到装配板15(见图1至图5)。发生装配使得快门叶片2.1在第一操作位置(第一终端位置e1)中暴露光学束路径9并且在第二操作位置(第二
终端位置e2，此处未示出)关闭所述光学束路径9。
55.快门装置1——更具体地是驱动器8——通过线13连接到控制单元14，例如该控制单元可以被配置为微控制器和电机驱动器、为计算机或为fpga(现场可编程门阵列)。控制单元14可以生成控制信号并将后者传输到驱动器8，该驱动器8引起快门元件2的对应致动移动。还可以生成控制命令，其在终端位置e1、e2中的至少一个中将锤子2.2抵靠相应止动面5.1、5.2上按压某一段时间并且将锤子2.2保持在其上。例如，当止动面5.1、5.2或整个止动块4由弹性材料构成时，快门装置1的该操作类型特别相关。
56.在快门装置1的第二示例性实施例中，止动块4被配置为滚珠，当锤子2.2分别撞击止动面5.1或5.2中的一个时，该滚珠沿着在第一终端位置e1和第二终端位置e2之间的形式为凹槽、导管或管子的位移路径6(图7)移动。在相应的终端位置处，滚珠4通过其圆周的一部分从位移路径6突出，使得所述滚珠4可以被锤子2.2撞击。借助于所述滚珠4所需的加速和产生的摩擦阻力，滚珠4在位移路径6行进时释放能量。为了将滚珠4分别保持在相应的终端位置e1和e2处，位移路径6(例如导管或管子)可以成形为略微逐渐变细。在位移路径6的相应端部处的小腔体或斜坡也是可能的。还可以想到磁体的使用。然而，滚珠4应分别保持在终端位置e1和e2处，以达到必须要克服无阻力(或者如果有的话只有完全不明显的阻力)的程度，以便避免发生附加冲量或振动。
57.附图标记列表
58.1快门装置
59.2快门元件
60.2.1快门叶片
61.2.2锤子
62.3旋转轴线
63.4止动块
64.5止动件
65.5.1第一止动面
66.5.2第二止动面
67.6位移路径
68.7支撑件
69.8驱动器/电机
70.9光学束路径、开口
71.10螺钉
72.11弹簧、弹性元件
73.12 显微镜
74.13 线
75.14 控制单元
76.15 装配板
77.e1 第一终端位置
78.e2 第二终端位置