CN102213813A - 光学元件的导向系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于沿显微镜尤其是体视显微镜或低倍放大镜的光轴引导光学元件尤其是透镜的导向系统，该导向系统包括平行于该光轴延伸的且至少部分由可磁化材料制成的至少一个导杆(312，314)，还包括用于光学元件的支架(320)，该支架(320)可沿该至少一个导杆(312，314)移动并且具有用于在其本身和至少一个导杆(312，314)之间提供磁引力的机构，所述用于提供磁引力的机构包括至少一个可磁化轮(370，380，382)，该可磁化轮适于当该支架(320)移动时在绕轴转动的同时沿该至少一个导杆(312，314)滚动，该至少一个导杆(312，314)由可磁化材料制成和/或该可磁化轮(370，380，382)至少部分是永磁性的。

Description

光学元件的导向系统

技术领域

本发明涉及光学元件的导向系统，确切说，涉及一种用于沿显微镜尤其是体视显微镜或低倍放大镜的光轴引导光学元件尤其是透镜的导向系统，该导向系统包括平行于该光轴延伸的且至少部分由可磁化材料制成的至少一个导杆，还包括用于光学元件的支架，该支架可沿该至少一个导杆移动并且具有用于在其本身和至少一个导杆之间提供磁引力的机构。

背景技术

这样的系统例如被用在变焦系统中，在该系统中，使光学组件例如多个透镜或者透镜组彼此相对移动。例如在变焦系统中，由单独的多个透镜或透镜组构成的独立的变焦系统组件沿该变焦系统的光轴彼此相对移动。

国际专利申请公开号WO96/34306描述了一种无间隙透镜导向系统，在该系统中，多个透镜滑座通过磁体被保持在两个导杆上并且可沿导杆无间隙地移动。在该系统中，一个或多个透镜安装在透镜滑座中。通过凸轮鼓的转动使透镜滑座沿其中一个导杆移动，该凸轮鼓与设置在透镜滑座一侧上的凸轮随动件配合。该专利文献和本文所用的术语“透镜滑座”是指适于接纳透镜或安装的透镜组的机械组件。这些透镜或透镜组也可以沿轴向或侧向进行调整。因为透镜滑座本身沿平行于光轴的一个轴线移动，所以这些透镜或透镜组被透镜滑座沿其光轴引导。因此，透镜滑座构成特殊类型的光学元件支架。

由于这样的透镜滑座只在一个(第一)导杆上被操作，所以它们易于转动或倾斜偏离直线。与第二导杆的接触阻止绕该一个(第一)导杆转动。

总之，在此需要很大的磁力以将透镜滑座以基本无倾斜方式固定在导杆上。但是，这些大的磁力导致例如变焦调整的大摩擦和调整很费力。

发明内容

因此，本发明的一个目的是提供一种用于光学元件的、尤其是变焦系统的透镜的无间隙导向系统，该系统在调整过程中比现有技术中已知的系统更容易或更顺畅地移动。

该目的通过根据本发明的、用于沿显微镜尤其是体视显微镜或低倍放大镜的光轴引导光学元件尤其是透镜的导向系统来实现，该导向系统包括平行于该光轴延伸的且至少部分由可磁化材料制成的至少一个导杆，还包括用于光学元件的支架，该支架可沿该至少一个导杆移动并且具有用于在其本身和至少一个导杆之间提供磁引力的机构，其中，所述用于提供磁引力的机构包括至少一个可磁化轮，该可磁化轮适于当该支架移动时在绕轴转动的同时沿该至少一个导杆滚动，该至少一个导杆由可磁化材料制成和/或该可磁化轮至少部分是永磁性的。

本发明导向系统的一个特点是，为了在光学元件的支架、尤其是至少一个透镜的透镜滑座(见以上定义)和至少部分由磁性材料或可磁化材料制成的至少一个导杆之间产生磁引力，支架配备有磁性轮或可磁化轮，该磁性轮或可磁化轮适于在该支架沿其移动时沿该至少一个可磁化的导杆滚动。本文所用的术语“轮”尤其是指能绕轴转动的构件。此外，本文所用的术语“轮”不是要对周向滚动面的轴向尺寸例如宽度做出任何限制，因此，薄壁体或盘形体以及宽形体即滚形体或柱形体也被该术语所涵盖。应该注意，根据本发明，可磁化轮或磁性轮在平行于导杆纵轴线的方向上滚动。在此，(圆柱)杆和轮之间的接触面积被最小化。

本文所用的术语“轴”可以既包括(数学)转动轴线和轮绕其转动的(实)轴。根据上下文，可能只有这两种含义中的一种是适用的。

本文所用的术语“可磁化”是指“部分或全部由可磁化材料制成”。本文尤其针对导杆和轮所用的术语“可磁化”是想要尤其包含永磁材料(也称为硬磁材料或磁硬材料)和软磁材料(磁软材料)。

根据现有技术常用的术语，永磁材料被认为是由可磁化材料例如铁磁材料例如铁、钴、镍或铁氧体构成的材料，该材料不依赖外界磁场或电流流动而产生永久静磁场。

类似地，根据传统的术语，软磁材料被认为是例如铁磁材料，铁磁材料能在例如因永磁体存在而产生的磁场中很容易被磁化。软磁材料的例子包括基于铁磁金属铁、钴和镍的金属和金属合金。仅作为例子，还可以指出陶瓷材料例如金属氧化物基铁氧体。

因此，根据所采用的术语，本发明尤其包括具有软磁性能的导杆和具有永磁性能且适于在该导杆上滚动的轮的组合，以及相反地具有永磁性能的导杆和具有软磁性能且适于在该导杆上滚动的轮的组合。还包括了具有永磁性能的导杆和也具有永磁性能以在该导杆上滚动的轮的组合。

因此，与现有技术相比，可以在支架和导杆之间提供相似程度的磁引力，尤其用于防止倾斜，与此同时，显著减小出现的摩擦力和作用。这明显增大了导向系统在调整过程中移动的容易程度。根据本发明的可磁化轮既容易安装，也能提供恒定力。

根据本发明的系统或装置的有利实施例是从属权利要求的主题。

根据优选实施例，可磁化轮包括适于沿导杆滚动的环形永磁体。这样的永磁体(磁环)在第一平面内具有环形南极并在(在第一平面上方的)第二平面内具有相应的环形北极。环形永磁体适于沿导杆滚动。该实施例的一个特征是所需的零部件的数量很小。

根据另一个优选实施例，可磁化轮包括软磁性(磁软性)轮，该软磁性轮适于沿导杆滚动，至少一个永磁体设置在该软磁性轮的至少(轴向)一侧。因此总体上，提供一种可磁化轮，根据本文所用的术语，该可磁化轮具有永磁性能。本实施例既包括提供适当数量的围绕轮的一侧或侧面布置的小型永磁体，也提供在软磁性轮上的环形磁体。事实证明，提供多个(小型)永磁体与采用环形磁体相比成本更低廉。

有利的是，多个永磁体设置在软磁性轮的两侧。

在这两个实施例中，环绕轮周(在一侧或在两侧)均匀布置多个磁体是有利的。

该至少一个永磁体的磁极优选就软磁性轮的轴而言沿轴向相互对准。这意味着，例如所有永磁体的北极与轮紧邻或直接接触，而靠近北极的南极(在轴向上)离轮较远。当然，相反顺序的布置形式也是可行的(南极就在轮上)。

必须注意保证在轮的一侧上的所有磁体具有相同的轴向取向。

在多个永磁体设置在轮两侧的情况下，保证在轮的不同侧上的永磁体的磁极按照彼此相反的方向取向是有利的。这意味着，例如在两侧，所有北极比南极更加远离轮的相应侧面，反之亦然。

有利的是，可磁化轮在其轮沿导杆滚动时绕转的实轴由不可磁化的材料或非磁性材料制成。这使得防止磁通穿过该轴成为可能，这将减小在支架和导杆之间作用的磁力。但是，轴也可以由可磁化材料制成。在这种情况下，保证在转动的轴或转动轴线和形成在该轮上的至少一个永磁体之间提供足够大的间隙是有利的。

还优选的是，可磁化轮可绕(实)轴转动地安装，此时采用或未采用用于支承轮的球轴承。采用球轴承允许在调整过程中非常容易运动。另一方面，与现有技术相比，由磁引力造成的摩擦力被减小至轮也可直接被转动支承，即，不使用球轴承来支承。

此外优选的是，该可磁化轮的周向滚动面(接触表面)具有构造形状。通过使这样的构型匹配于导杆的形状，可以有利地进一步稳定轮沿导杆的滚动运动。

优选设置两个导杆，至少一个可磁化轮沿每个所述导杆滚动。在此实施例中，以特别有效的方式防止了倾斜和转动偏离。

在另一个优选实施例中，一个导杆可被互相呈V形布置的至少一对可磁化轮接合。利用该特征，由V形槽产生的阻止倾斜和转动的特殊优点也可被用在本发明中。

根据本发明的系统特别适用于显微镜尤其是体视显微镜或者低倍放大镜中，在这些情况下，透镜的精确定位非常重要，并且透镜相对其光轴的倾斜和/或转动降低图像质量。

附图说明

现在将参照附图来更详细地说明本发明，其中：

图1是表示现有技术的透镜导向系统的横截面仰视图；

图2是图1的系统的侧视图；

图3是对应于图1视图的仰视图，示出本发明系统的第一优选实施例；

图4是图3的实施例的侧视图(对应于图2的视图)；

图5是本发明的另一个实施例的局部细的横截面仰视图；

图6是对应于图5视图的仰视图，示出本发明的另一个优选实施例；

图7是对应于图5视图的仰视图，示出本发明的又一个优选实施例；

图8是对应于图5视图的仰视图，示出本发明的另一个优选实施例；

图9是对应于图5视图的仰视图，示出本发明的再一个优选实施例。

具体实施方式

图1和图2所示的、用于体视显微镜的现有导向系统或导向装置整体用附图标记100标示。所示出的装置包括两个导杆112和114，导杆112被指定为主导杆，导杆114被指定为抗转动机构。透镜滑座120可沿导杆112和114移动，即，沿图2所示的双头箭头101的方向移动。该移动对应于沿(即平行于)安装在透镜滑座120中的透镜109的光轴的移动。所示出的、设置在同一高度的两个透镜的布置形式对应于提供两条平行的观察光束路径的体视显微镜配置。通常，变焦系统具有两个或更多上下叠置并可在导杆112、114上移动的透镜滑座。

透镜滑座120具有V形槽134，透镜滑座由该V形槽沿导杆112引导。

附图标记110表示凸轮鼓，其与透镜滑座120的凸轮随动件111接合。当以手动方式或通过马达使凸轮鼓110绕其纵轴110a转动时，力F被施加在透镜滑座120上。该力的第一分量沿导杆114的方向作用，即，沿双头箭头101的方向作用，该力的第二分量沿凸轮鼓100的切向作用，即，垂直于图2的纸张平面穿入或穿出。

上述沿着双头箭头方向的第一力分量必须克服将透镜滑座120保持在导杆112、114上的保持力和所产生的摩擦。

因为凸轮随动件111离导杆112有一定距离，所以透镜滑座120倾向于倾斜到垂直于导杆112的平面之外。在出现这样的倾斜时，由于上述的导槽134的V形结构，透镜109的中心离开其正确位置。这样的倾斜被证明是非常不利的，尤其在体视显微镜中。

此外，上述的第二力分量(沿凸轮鼓110的切向)产生使透镜滑座120绕导杆112的纵轴转动的趋势。这种转动也造成透镜109离开其正确位置。

为了应对这样的倾斜和转动运动，多个永磁体形成在透镜滑座120上，这些永磁体与由可磁化材料(例如软磁材料)制成的导杆112、114相互作用，产生磁引力。在图1中尤其示出了用142标示的且与导杆114相互作用的永磁体。与导杆112相互作用的两个磁体被标示为144。上述的保持力由这些磁体产生或主要受其影响。在凸轮鼓的转动过程中，透镜滑座沿导杆滑动，被磁力保持在导杆上。在这里，永磁体支承在槽壳142a中。这样的槽壳使得可以在永磁体和导杆之间提供确定的距离。槽壳例如可以由可磁化材料(软磁材料)如金属制成。

与导杆112相互作用的多个永磁体144用于将透镜滑座120保持在导杆112上并防止上述倾斜运动。

与导杆114相互作用的磁体142用于防止透镜滑座120绕导杆112转动，其通过将透镜滑座120吸引到导杆114上而起到这样的作用。为此，透镜滑座(在所示的变型方案中是槽壳142a)具有平行于上述V形槽134延伸的平面115，该V形槽设置在透镜滑座120的另一侧，以与另一个导杆112配合。

设置在平面115后面、即在槽壳142a后的且离导杆114有一定距离的磁体142将该平面压到导杆114上。如果平面115和V形槽134不是准确平行，则将会出现冲突，即，透镜滑座将转动偏移。在此情况下，一般不是整个平面115接触导杆114，而是其边缘接触导杆，这也造成磨损。根据本发明，通过使用轮和由此产生的点接触而免除这种表面平行度的要求，如下文中详加说明的。

总体上，需要非常大的磁力来克服上述力F和重力的作用和可能有的加速力，以将透镜滑座120保持在导杆112和114上，该加速力例如可能因为碰撞而出现。就此而论，待补偿的重力取决于体视显微镜的(可变)空间取向。在极端情况下，重力作用方向与力F的上述分量中的一个分量的作用方向相同。在这种情况下，所产生的磁力也必须足以补偿出现的总力。

V形槽134相对于穿过导杆112、114的中心轴的平面116的倾斜也导致更严重的磨损。

但是，避免这些缺陷所需要的且由磁体142、144与导杆相互作用所产生的较大磁力造成透镜滑座120在调整过程中具有高的摩擦和高的运动阻力。

总之，现有技术要求具有非常小的间隙的透镜滑座，因为所采用的磁体的保持力非常依赖于它们距相应导杆的距离。为了将所出现的磁力保持在较小的公差限值内，因此需要保证非常精确的磁体安装和/或磁体和导杆之间距离的调整。

现在，将参照图3和图4来描述本发明的第一优选实施例。与上述的现有技术相似，本发明的导向系统(整体用附图标记300标示)包括具有软磁性的两个导杆312和314和可以在该导杆上移动的透镜滑座320。透镜滑座320具有凸轮随动件311，该凸轮随动件接合凸轮鼓310。当凸轮鼓310被驱动转动时，力F被施加在透镜滑座320上，使透镜滑座320沿导杆312、314移动。如在现有技术的描述中提到的那样作用的力分量在此也必须得到补偿。

在此实施例中，透镜滑座320形成有具有永磁性能的可磁化轮370，所述轮如此安装在透镜滑座320上，使该轮可绕转动轴370a转动。轮370和软磁性导杆314之间的相互磁性作用在轮370和导杆314之间产生磁引力。在透镜滑座320的移动过程中，轮370沿导杆314滚动，同时保持磁引力。

轮370的磁性被选择或设定为能在导杆314处提供所需要的保持力。由于当透镜滑座320移动时轮370能够沿导杆314滚动，所以与现有技术相比，在此过程中出现的摩擦力可以被最小化。因此如果需要，所述保持力可以被选择成比可能在现有技术中出现的更大。因为轮在导杆上滚动，所以不需要精密调节轮和导杆之间的距离。

透镜滑座320在另一个导杆312上的导向也可以利用这样的可磁化轮或永磁轮来完成。在图3的视图中，设有一对这样的轮380、382，它们如此安装在透镜滑座320上，使它们能绕各自的转动轴380a和382a转动，并且它们适于在透镜滑座移动时沿导杆312滚动。轮380和392彼此成一个角度地布置，因而透镜滑座320沿导杆312的导向与由根据现有技术的V形槽所提供的导向相似。在此实施例中，设置一对这样的轮，如图4示意所示。因此，图3和图4示出了具有设置在导杆312上的一对轮的实施例，设置得更靠上方的多个磁体344按照现有技术来配置。应该注意，这些磁体也可以被构造成一对轮。那么，这样的实施例将包含总共两对轮。

作为如图3和图4所示的轮380和382的成角度或V形的布置形式的替代，也可以想到只设置一个轮并且将该轮构造成具有例如V形周面，该轮沿导杆312在该V形周面上滚动。以下将对此举例说明。

现在，将参照图5至图9来描述根据本发明所采用的轮的优选实施例，每幅图示出了导杆314和透镜滑座320的相邻部分。所示出的轮均具有侧面370′和周向滚动面370″。也可以提供相似的设计来接合导杆312。在这种情况下并且在以下所述的实施例中，这些轮可以尤其按照相互成V形的形状布置。在以下所述的所有实施例中，轮具有永磁性能。应当再次注意，导杆可以是永磁性的并且在此情况下与其相互作用的轮可以是例如软磁性的，这也在本发明的范围内。

在图5所示的实施例中，轮370包括轮372，所述轮由铁磁性材料或软磁材料制成且通过球轴承374安装并由此能绕(机械)转动轴370a转动。

多个永磁体378安装在软磁性轮370的侧面370′，即，在软磁性轮的一侧。例如，可以设置多个永磁体378，它们沿侧向围绕轮372的周向布置。在这样的配置中，独立的永磁体378必须被定向为相同的磁极(由图5中的北极表示)接触轮372的侧面370′，从而经过北极、轮372、导杆314和南极的磁通共同在轮370和导杆314之间产生磁引力。图5示意表示相应的磁场线。在这样的配置中，磁通(环路)在轮372的外部区域或边缘区域内是闭合的。

当然，同样可以将磁体378的各个南极安置在轮372的侧面370′上，以获得相应的磁通。

除了采用单独的多个磁体378之外，也可以设置具有相应极性的磁环。

至于轮370的设计，(不转动的)轴390即转动轴370a的紧邻部分由不可磁化材料例如非铁磁材料制成以防止磁通经过该轴是有利的，这将减弱轮和导杆之间的磁引力。但是应该注意，轴390也可以由可磁化材料制成。在这种情况下，保证多个永磁体离该轴390和转动轴370a足够的距离是有利的。

有利的是，轴390具有被插入或压入球轴承中的第一端390a、呈轴向止挡形式的中心部390b和被插入透镜滑座320的安装座320a中的第二端390c。当然，在此如图所示的轴390仅是一个例子。其它合适的形状也是可行的。

如可从图5看出，当透镜滑座320移动时，软磁性轮372沿导杆314滚动，磁体378和导杆314之间的间距在此过程中保持不变。这对于能够调整磁力至期望程度并进一步减小摩擦力是有用的。但是，当轮370沿导杆滚动时，也可以允许磁体378和导杆314之间相互接触。

图6示出了根据本发明的轮的另一个变型方案。该变型方案与图5所示的区别主要在于，多个磁体378设置在轮372的两侧上。该实施例允许在很小的空间内产生相对大的磁力。所产生的磁通如场线示意所示。

在此实施例中，软磁性轮372也可转动地安装在球轴承374上，如图示意所示。在这里，该轴(未更具体示出)由不可磁化材料制成。

图7示出了可按照本发明来使用的轮370的另一个优选实施例。首先可以看到，与图5和图6所示的实施例不同，独立的磁体378的各自南极(或当采用环形磁体时是磁环的南极)接触软磁性轮372的表面。

此实施例的一个特征是，用于轮的支承结构与图5和图6的实施例相比被简化。具体说，在此没有设置球轴承。相反，轮372可转动地直接安装在轴390上。

最后，图8和图9示出了根据本发明的可磁化轮的另一个优选实施例。图8和图9的实施例的一个特征是，轮370的周向滚动面370″具有构造形状，各构造形状与适于轮在其上滚动的特定的导杆314的形状互补。

在图8的实施例中，可磁化轮尤其是永磁轮370的周向面370″为圆弧性，因此以任何期望的精度与导杆314的圆形横截面相吻合。

就此而言，也可以想到导杆和/或轮周面具有其它曲率，例如椭圆曲率。

在图9的实施例中，周向轮面370″具有V形构型。这种构型也改善了轮在导杆上的导向。

在图8和图9的实施例中，用于在轴390上支承轮370的支承机构对应于图7的支承机构，因此将不再在此详细说明。也可以想到使用一个或多个球轴承的支承结构。

本发明的导向系统适用于Greenough型体视显微镜、具有平行变焦伸缩镜头的体视显微镜以及单通道变焦低倍放大镜。

可磁化轮以尽可能小的间隙被支承。为此，可以采用例如可在市场上得到的精密零部件和/或精密球轴承。

除了上述的就减小摩擦而言的有益效果外，按照本发明被使用的可磁化轮370的特点是与现有技术所用的滑动部件相比具有更小的磨损。

此外，轮提供点接触，这与根据现有技术的面接触相比提供更大的抗倾斜阻力。如果不使用沿导杆滚动的轮，则无法获得点接触。本文已经在前面结合例如在现有技术中已知的V形槽和两个轮的V形布置对这个优点进行了描述。

本发明的导向系统尤其适用在体视显微镜中，在体视显微镜中，观测通道的可定位的透镜元件在变焦系统的调整过程中相对变焦系统的光轴不偏移或不倾斜是至关重要的。

Claims (12)

1.一种用于沿显微镜尤其是体视显微镜或低倍放大镜的光轴引导光学元件尤其是透镜的导向系统，该导向系统包括平行于该光轴延伸的且至少部分由可磁化材料制成的至少一个导杆(312，314)，还包括用于光学元件的支架(320)，该支架(320)可沿该至少一个导杆(312，314)移动并且具有用于在其本身和至少一个导杆(312，314)之间提供磁引力的机构，其中所述用于提供磁引力的机构包括至少一个可磁化轮(370，380，382)，该可磁化轮适于当该支架(320)移动时在绕轴转动的同时沿该至少一个导杆(312，314)滚动，该至少一个导杆(312，314)由可磁化材料制成和/或该可磁化轮(370，380，382)至少部分是永磁性的。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征是，该可磁化轮(370，380，382)包括适于沿该导杆(312，314)滚动的环形永磁体。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征是，该可磁化轮包括适于沿该导杆(312，314)滚动的软磁性轮(372)，至少一个永磁体(378)设置在该软磁性轮(372)的至少一侧或侧面(370’)上。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征是，至少一个永磁体(378)设置在该软磁性轮(372)两侧的每一侧上。

5.根据权利要求3或4所述的系统，其特征是，该至少一个永磁体(378)的磁极关于该软磁性轮(372)的转动轴(370a)沿轴向相互对齐。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征是，在该软磁性轮(372)的不同侧上的该永磁体(378)的磁极的取向为彼此方向相反。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的系统，其特征是，该可磁化轮(370)绕其转动的轴(390)由非磁性材料或可磁化材料制成。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的系统，其特征是，该轮(370)在采用或不采用球轴承的情况下围绕该轴(390)安装。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的系统，其特征是，该可磁化轮(370)的周向滚动面(370”)具有构造形状。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的系统，其特征是，设有两个导杆(312，314)，至少一个可磁化轮(370，380，382)沿每个所述导杆滚动。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的系统，其特征是，彼此相互呈V形布置的至少一对可磁化轮(380，382)设置在一个导杆(312)处，以便沿该导杆滚动。

12.一种具有根据权利要求1至11中任一项所述的系统的显微镜，尤其是体视显微镜或者低倍放大镜。

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