DD279326A1

DD279326A1 - Anordnung zur schwingungskompensation in einem mikroskop

Info

Publication number: DD279326A1
Application number: DD32459688A
Authority: DD
Inventors: Manfred Ludwig
Original assignee: Zeiss Jena Veb Carl
Priority date: 1988-12-30
Filing date: 1988-12-30
Publication date: 1990-05-30

Abstract

Diese Erfindung betrifft eine Anordnung zur Schwingungskompensation in einem Mikroskop. Ein weitgehend schwingungsisoliertes Mikroskop wird realisiert, indem zwischen Objektiv und Vergroesserungswechsler eine optische Ablenkeinheit fuer Durchlicht mit variablem Ablenkwinkel angeordnet ist und am Mikroskop Sensoren zur Erfassung der Schwingungsbewegung des Mikroskopes vorgesehen sind, deren ermittelte Beschleunigungswerte und Lageaenderungen eine gegenlaeufige Steuerung des Ablenkwinkels erzeugen.

Description

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Die Vorrichtung findet im Zusammenhang mit Operations- und Inspaktionsmikroskopen Anwendung, insbesondere bei Aufhängung dieser Mikroskope a.i Stativen relativ großer Tragweite.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Die vorhandenen technischen Lösungen sind durch Maßnahmen zur Erhöhung der Steifigkeit von Stativteilen und ihrer Verbindungselemente gekennzeichnet. Zur Vermeidung von Torsionsschwingungen werden nach Möglichkeit Kastenprofile angewandt und die Klemmung von Verbindungsteilen und Achsen wird so ausgebildet, daß Schwingungen minimiert oder gedämpft werden. Trotz dieser Maßnahmen wirken sich, insbesondere bei Stativen großer Tragweite, Gebäudeschwingungen sehr nachteilig aus, wobei erschwerend ist, daß wegen der Mikroskopvergrößerung die schwingungsbedingten Auslenkungen entsprechend vergrößert wahrgenommen werden.

Baumaßnahmen, welche auf die Reduzierung der Schwingungen in dem für don gedachten Fall notwendigen Maß zielen, sind wesentlich aufwendiger als die bei bloßer Berücksichtigung der statischen Belastung für die Aufstellung von Bodenstativen oder für die Deckenaufhängung von Operationsmikroskopen anzusetzenden.

Es sind auch schon optische Instrumente, insbesondere Marineferngläser und Zieleinrichtungen bekannt geworden, bei denen ein.? Stabilisierung des Bildes mittels kreiselgesteuerter Prismen und Spiegel erzwungen wird. Diese Lösungen lassen sich aus PlaUgründen, wegen des spezifischen Frequenzbereiches und wegen unterschiedlicher Schwingungsamplituden nicht auf Operationsmikroskope übertragen.

Ziel der Erfindung

Es ist Ziel der Erfindung, die geschilderten Nachteile weitgehend zu beseitigen und insbesondere ein schwingungsunempfindliches Operationsmikroskop bereitzustellen.

Darlegung cies Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist die Realisierung e. es Mikroskopes, bei dem nur geringe Forderungen hinsichtlich der Minimierung der Gebäudeschwingungen bzw. der Stabilität des Aufhängepunktes gestellt werden müssen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Anordnung zur Schwingungskompensation in einem Mikroskop, insbesondere in einem an einem Stativ großer Tragweite befestigtem stereoskopischen Operationsmikroskop, mit einem Objektiv, einem Vergrößerungswechsler und einer Einblickeinheit dadurch gelöst, daß zwischen Objektiv und Vergrößerungswechsler eine optische Ablenkeinheit für Durchlicht mit variablem Ablenkwinkel angeordnet ist und am Mikroskop Sensoren zur Erfassung der Schwingungsbuwegung des Mikroskopes vorgesehen sind, deren ermittelte Boschleunigungswerte und Lageänderungen eine gpgenläufige Steuerung des Ablenkwinkels erzeugen. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung bestehen darin, daß die c ptische Ablenkeinheit ein Keil mit einstellbarem Keilwinkel ist, der Keil aus einem zwischen Glasplatten eingeschlossenen Gel '/esteht, daß die gegenläufige Steuerung über piezoelektrische Elemente erfolgt, bzw. daC die gegenläufige Steuerung über magnotorestriktive Elemente erfolgt oder die Ablenkeinheit durch dan Brechungsindex ändernde nematische und cholesterinische Flüssigkeiten gebildet wird.

Ausführungsbeispiel

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Schwingungsstabilisierung bsi Operations- und Inspoktionsmikroskopen wird in ihrem Zusammenwirken mit dem Operationsmikroskop an Hand von schematischen Zeichnungen dargestellt und in ihrer Funktion erläutert

Es zeigen:

Fig. 1,1'und1": Strahlengang mit und ohne Stabilisierung

Fig. 2: Operationsmikroskop mit Stabilisierung und Sensoren

Fig.3: AusführungsformderStabilisierungfüreineKoordinate

Fig. 4: Vorrichtung zur Stabilisierung fürzwei Koordinaten

Die Figuren und Bezugszeichen haben folgende Bedeutung:

Fig. 1 zeigt den Strahlengang eines üblichen Operationsmikroskopes. Dabei bedeutet 1 die Objektebene mit einem Objektpunkt 2, der sich in der Mitte des Gesichtsfeldes und auf der durch die Mitte der Stereobasis und des Objektivs gehenden Systemachse 3 befindet. 4 ist ein für beide Stereostrahlengänge mit Strahlenbündeln 5 und 6 gemeinsam wirkendes Objektiv. Die Bündel 5 und 6 verlaufen zueinander und gemeinsam zur Systemachse 3 parallel. 7 und 8 sind Fernrohrsysteme, vorzugsweise solche veränderlicher Vergrößerung (ZOOM-Systeme) und 9 ist ein Binokulareinblick, bestehend aus zwei Tubusobjektiven, Umkehrprismen und zwei Okularen.

Fig. 1' zeigt den Strahlengang des in Fig. 1 dargestellten Operationsmikroskopes für den Fall, daß der in Fig. 1 gezeichnete Objektpunkt 2 in die außeraxiale Position 2' verschoben ist. Ursache dieser Verschiebung kann eine periodische Relativbewegung von Mikroskop zum Objekt sein, die es zu kompensieren gilt. Auf Grund dieser Verschiebung kippen die Bündel 5 und 6 um einen Winkel gegen die Achse 3 und gehen in die Bündel 5' und 6' über. Bei Beobachtung durch den Einblick 9 ist die Verschiebung von 2 nach 2' wahrnehmbar. Fig. 1" zeigt das Operationsmikroskop gemäß Situation aus Fig. V mit einer zusätzlichen prismatischen Platte 10, deren Ablenkwinkel variabel und mit einem noch zu beschreibenden Steuersystem einstellbar ist. Im dargestellten Fall beträgt der Keilwinkel der prismatischen Platte ß/(n - 1) mit η = Brechungsindex des

Materials der prismatischen Platte 10 gemäß der Beziehung δ = aresin (η χ sin —) - ß.

Unter dieser Bedingung werden die Bündel 5' und 6' um den Winkel δ gekippt und in die Bündel 5" und 6" überführt, welche parallel zur Achse 3 gerichtet in die Fernrohrsysteme 7 und 8 eintreten. Die Verschiebung des Objekts von 2 nach 2' wird dadurch kompensiert, und bei Beobachtung durch den Einblick 9 wird das Objekt 2" am Ort 2 wahrgenommen.

Fig.2 zeigt eine schematische räumiicho Darstellung eines erfindungsgemäßen Operationsmikroskopes mit der Vorrichtung 10 zur Kompensation von Schwingungen, welche zur Vereinfachung der Darstellung nur für eine Schwingung in X-Richtung und in einem statischen Zustand gezeichnet ist. An dem Mikroskopkörper M sind Sensoren 12,13,14,15 für Beschleunigungsmessung paarweise angebracht, mit denen die linearen Beschleunigungen in X- und Y-Richtung sowie Winkelbeschleunigungen von Drehungen um Achsen, die zur X- und Y-Achse parallel verlaufen, gemessen werden. Fig.3 zeigt ein Ausführungsbeispiel für die prismatische Platte 10 mit variablem steuerbaren Keilwinkel, dargestellt für die Schwingungskompensation in einer Koordinatenrichtung. Die Bezugszeichen haben folgende Bedeutung: 11 ist das Mikroskopgehäuse mit dem Objektiv 4 und einem mit dem Mikroskopgehäuse fest verbundenem Fassungsteil 18 für eine planparallele Glasplatte 16. Eine zweite planparallele Glasplatte 17 befindet sich in einem Fassungsteil 19. Eine elastische Flüssigkeitsdichtung 20 verbindet die Fassungsteile 18 und 19. Eine schneidenförmige Auflage 25 hält die Mittendistanz der Glasplatten 16 und 17. Der Zwischenraum zwischen den Glasplatten 16 und 17 ist mit einem flüssigen optisch klaren Medium 10' mit hohem Brechungsindex η gefüllt. 21 ist ein piezoelektrisches Bauelement, welches das Mikroskopgehäuse 11 und das Fassungsteil 19 kraftschlüssig verbindet. 22 und 23 sind Spannungszuführungen zu dem piezoelektrischen Bauelement. 24 ist eine elektronische Steuereinrichtung, welche die Spannung am piezoelektrischen Bauelement 21 gemäß der von den Beschleunigungsgebern 12,13,14,15 gemessenen Werte einstellt.

Fig. 4 zeigt schematisch die Vorrichtung zur Schwingungskompensation für Schwingungen in zwei kartesische Koordinatenrichtungen. In Fig.4 bedeuten 16 eine planparallele Glasplatte, 17 eine zweite planparallele Glasplatte und 27 eine dritte planparallele Glasplatte. 26 und 26' sind zwei schneidenförmige Auflagen, welche die Mittendistanz zwischen den Platten 17 und 27 halten und eine Kippung der Platte 27 um eine zur X-Achse parallele Achse ermöglichen. 25 und 25' sind zwei schneidenförmige Auflagen, welche die Mittendistanz zwischen den Platten 16 und 17 halten und eine Kippung der Platte 16 um eine zur Y-Achse parallele Achse ermöglichen. Die Platten befinden sich in hier nicht dargestellten Fassungs- und Dichtungsteilen analog zu dem in Fig. 3 für eine Koordinatenrichtung beschriebenem Aufbau; entsprechend erfolgt die Steuerung der Kippung der Platten 16 und 27 für zwei Koordinatenrichtungen durch zwei piezoelektrische Steuersysteme.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung funktioniert wie folgt: Das Operationsmikroskop gemäß Fig. 2 ist an einem Stativ montiert und führt, hauptsächlich durch Gebäudeschwingungen angeregt, lineare Schwingungen aus, welche Komponenten in X-, Y- und Z-Richtung eines kartesischen Koordinatensystems enthalten sowie Torsionsschwingungen um Achsen, die parallel zur X- und Y-Achse sind. Für X- und Y-Komponente der linearen Schwingung werden die Beschleunigungswerte mit Gebern 12 und 14 aufgenommen. Die Winkelbeschleunigungen für Torsionsschwingungen um zu X und Y parallele Achsen werden von den Geberpaaren 12,13 und 14,15 erfaßt. Von den Gebersignalen wird die Ablenkeinheit gegenläufig gesteuert, derart, daß die Relativbewegung von Objekt und Mikroskop kompensiert wird und das Bild relativ zum Objekt ruht. In einer anderen Ausführungsform des Erfindungsgedankens erfolgt die Steuerung des Keilwinkels durch magnetostriktive Wirkun; . In einer weiteren Ausführungsform besteht das optische Medium 20 zwischen den Platten 16,17 und 27 (Fig.3 und 4) aus optisch klarem Gel, z. B. hydroliertem Metacrylat (HEMA).

In einer anderen Ausführungsform wird die Änderung des Ablenkwinkels des prismatischen Keils durch Änderung des Brechungsindex auf Grund dielektrischer Feldeffekte in nomatischen und cholesterinis ;hen Flüssigkristallen hervorgerufen.

Claims

1. Anordnung zur Schwingungskompensation in einem Mikroskop, insbesondere in einem an einem Stativ größer Tragweite befestigtem stereoskopischen Operationsmikroskop, mit einem Objektiv, einem Vergrößerungswechsler und ^iner Einbückeinheit, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Objektiv und Vergrößerungswechsler eine optische Ablenkeinheit für Durchlicht mit variablem Ablenkwinkel angeordnet ist und am Mikroskop Sensoren zur Erfassung der Schwingungsbewegung des Mikroskopes vorgesehen sind, deren ermittelte Beschleunigungswerte und Lageänderungen eine gegenläufige Steuerung des Ablenkwinkels erzeugen.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Ablenkeinheit ein Keil mit einstellbarem Keilwinkel ist.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Keil aus einem zwischen Glasplatten eingeschlossenem Gel besteht.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die gegenläufige Steuerung über piezoelektrische Elemente erfolgt.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die gegenläufige Steuerung über magnetorestriktive Elemente erfolgt.

6. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkeinheit durch den Brechungsindex ändernde nematische und cholesterinische Flüssigkeiten gebildet wird.