Fokusantriebe & Steuerungen für motorisierte Z-Fokussysteme

Wählen Sie ProScan III, wenn das System mehr als eine grundlegende XY/Z-Bewegung, Encoderoptionen, programmierbare TTL-I/O oder spätere Erweiterungen benötigt. Die Basiseinheit unterstützt eine dreiachsige Probentisch- und Fokuskonfiguration, und der Controller kann bis zu neun Achsen ansteuern, darunter sechs konfigurierbare OEM-Achsen; zusätzliche Funktionen lassen sich durch Zusatzmodule ergänzen. OptiScan ES11 ist die einfachere Wahl, wenn sich die Steuerung auf die X-, Y- und Z-Achse beschränkt und keine Beleuchtungs- oder Probenhandhabungsfunktionen über denselben Controller hinzugefügt werden müssen. In der Praxis sollte zunächst die vollständige Hardwareliste definiert werden, einschließlich Fokus-Feedback, Filterrädern, Shutters und Triggern. So vermeiden Sie die Auswahl eines Controllers, der eine spätere Imaging-Sequenz nicht unterstützen kann.

Laut Spezifikation von ProScan III beträgt die minimale Z-Befehlsschrittweite 0,002 µm, die typische Wiederholgenauigkeit liegt bei Fokus- und Probentischsystemen unter 1 µm. Der Wert von 0,002 µm bezeichnet den kleinsten ansteuerbaren Inkrementschritt und ist keine Garantie dafür, dass sich die Probenebene mit einer absoluten Genauigkeit von 2 nm bewegt oder einregelt. Welche Bewegung im fertigen System tatsächlich erreicht wird, hängt von der mechanischen Kopplung, der Übersetzung des Fokustriebs, dem Umkehrspiel, der Last, dem Aufbau des Mikroskops und der Encoderkonfiguration ab. Für quantitative Z-Stack- oder metrologische Anwendungen sollte die Leistung am aufgebauten Mikroskop mit dem vorgesehenen Objektiv, Verfahrweg und Bewegungsprofil überprüft werden. Befehlsauflösung, Wiederholgenauigkeit und metrische Genauigkeit sollten als separate Abnahmekriterien betrachtet werden.

Eine Fokuskonfiguration mit Encoder sollte gewählt werden, wenn die mechanische Z-Position nicht zuverlässig allein aus der Motordrehung abgeleitet werden kann, insbesondere bei indirekten Kopplungen, spielanfälligen Mechanismen oder langen Zeitrafferläufen. ProScan III unterstützt Encoder-Feedback an Motorachsen und kann eine geschlossene Regelung nutzen, um zu überwachen, ob die angeforderte Position erreicht wurde. Das erhöht die Sicherheit bei der mechanischen Rückkehr zu einer Position, misst jedoch nicht direkt die optische Schärfe an der Probe. Thermische Bewegungen der Probe, des Objektivs oder der Mikroskopstruktur können die beste Fokusebene dennoch verschieben, selbst wenn der Encoder dieselbe Z-Koordinate meldet. Muss der optische Fokus erhalten bleiben, sollte geeignetes Z-Feedback mit einer Autofokus-Strategie kombiniert und das Zusammenspiel beider Regelkreise validiert werden.

Der PS3H122R wird mit einer modellspezifischen Hülse oder einem Direktkupplungssatz am Feinfokustrieb des Mikroskops montiert; daher muss die Mikroskopschnittstelle vor der Bestellung eindeutig bestimmt werden. In einigen Konfigurationen wird nur der Feinfokussierknopf motorisiert, während der Grobfokus manuell bleibt; eine Direktkopplung kann, sofern vom Mikroskop unterstützt, die Nachgiebigkeit reduzieren. Die Fokushardware wird an den 15-poligen FOCUS-Anschluss des Controllers angeschlossen; bei einer H31ZFE-Konfiguration wird der kombinierte Anschluss FOCUS/FILTER 1 verwendet. Bevor Fokus-, Probentisch-, Encoder- oder Joystick-Kabel angeschlossen oder entfernt werden, muss die Strom­versorgung ausgeschaltet sein. Nach dem Einschalten werden unterstützte Zubehörteile erkannt und konfiguriert, dennoch sollten Bewegungsrichtung, Verfahrgrenzen und der sichere Z-Bereich geprüft werden, bevor ein hochwertiges Objektiv oder eine wertvolle Probe eingesetzt wird.

Beide Controller-Familien unterstützen die Computersteuerung über USB oder RS232, während ProScan III zusätzlich ein SDK, ASCII-Befehlszugriff und programmierbare TTL-I/O bietet. Das serielle Protokoll verwendet ein 8-Bit-Wort, ein Stoppbit, keine Parität und kein Handshake; unterstützt werden 9.600, 19.200, 38.400 und 115.200 Baud. Mit den vier programmierbaren TTL-Ein- und Ausgängen lassen sich Bewegungen des Probentischs oder Fokusaktionen mit Kameras, Shutters und anderen externen Geräten koordinieren. Für eine deterministische Aufnahme sollte festgelegt werden, ob das steuernde Ereignis von der Imaging-Software, dem Controller oder einem externen Triggergerät ausgehen soll. Testen Sie im Aufbau die Befehlsausführung, Triggerpolarität und Zeitreserven, da die Latenz serieller Befehle und das mechanische Einschwingen unabhängig vom elektrischen Triggerübergang zu betrachten sind.

Verwenden Sie CS200Z, wenn der Bediener eine dedizierte physische Steuerung für die Z-Achse benötigt, insbesondere bei der Probensuche, beim Einrichten des Fokus oder beim manuellen Scannen. Die separaten Einheiten CS200XY und CS200Z können einzeln oder gemeinsam verwendet werden, sodass eine Hand den Probentisch positioniert, während die andere den Fokus nachführt. Eine seitlich angebrachte Taste zur Geschwindigkeitswahl verändert den Reaktionsbereich, sodass dieselbe Steuerung sowohl für grobes Anfahren als auch für feinere Justierungen geeignet ist. TS200 ist besser geeignet, wenn der Bediener zusätzlich eine Touchscreen-Oberfläche für die systemweite Steuerung und Parameterkonfiguration benötigt. Bei der Gestaltung des Arbeitsplatzes sollte je nach Handschuhnutzung, verfügbarem Platz auf dem Arbeitstisch und Häufigkeit von Einstellungsänderungen zwischen taktiler Steuerung und Touchscreen-Bedienung gewählt werden.

ProScan III ist dafür ausgelegt, mit einem dreiachsigen Probentisch- und Fokussystem zu starten und durch Zusatzmodule für Filterräder, Shutter oder konfigurierbare OEM-Achsen erweitert zu werden. Die veröffentlichte Architektur unterstützt bis zu neun Achsen, von denen sechs OEM-Funktionen zugewiesen werden können; je nach Konfiguration lassen sich auch mehrere Zusatzmodule ergänzen. Der Hauptcontroller ist ein Würfel mit den Abmessungen 177 × 177 × 177 mm und einem Gewicht von 3 kg, während ein Zusatzmodul die Länge um 59 mm erweitert und 1 kg wiegt. OptiScan ES11 sollte dagegen als fest definierter XY/Z-Controller und nicht als Erweiterungsplattform betrachtet werden. Berücksichtigen Sie bei der Systemauslegung ausreichend Gehäuseplatz, Zugang zu den Anschlüssen und den Biegeradius der Kabel, insbesondere wenn der Controller unter Ablagen oder in einem Instrumentenrahmen installiert wird.