DE102006058943B4

DE102006058943B4 - Rein mechanisch einstellbares Mikroskop mit einem berührungslos arbeitenden Sensor

Info

Publication number: DE102006058943B4
Application number: DE102006058943.2A
Authority: DE
Inventors: Heinz Studer; Ewald Hiller
Original assignee: Leica Instruments Singapore Pte Ltd
Current assignee: Leica Instruments Singapore Pte Ltd
Priority date: 2006-12-14
Filing date: 2006-12-14
Publication date: 2014-08-28
Anticipated expiration: 2026-12-15
Also published as: US7903330B2; CN101206307B; US20080144168A1; CN101206307A; DE102006058943A1

Abstract

Mikroskop mit einem rein mechanisch stufenlos einstellbaren Zoom-System (7) und/oder einem rein mechanisch einstellbaren Fokussystem, mit mindestens einem manuell bewegbaren Einstellelement (2) zur rein mechanischen Einstellung des Zoom-Systems (7) und/oder des Fokussystems, dadurch gekennzeichnet, dass dem Einstellelement (2) ein berührungslos arbeitender und absolut messender Sensor (1) zur Ermittlung der Stellung des Einstellelements (2) zugeordnet ist, und dass der Sensor (1) einen Magneten (3) und einen Empfänger (4) aufweist, wobei der Magnet (3) oder der Empfänger (4) an dem Einstellelement (2) befestigt ist, und wobei der Sensor (1) eine durch die Relativbewegung zwischen dem Magneten (3) und dem Empfänger (4) erzeugte Veränderung des Magnetfeldes erfasst.

Description

Die Erfindung betrifft ein Mikroskop mit mindestens einem manuell bewegbaren Einstellelement gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Bei derartigen Mikroskopen ist es üblich, dass beispielsweise der Fokus oder ein Zoomsystem manuell verändert bzw. eingestellt wird. Dazu sind diese Bauteile mechanisch mit einem Einstellknopf verbunden. Andere manuell bewegbare Einstellelemente im Mikroskop sind beispielsweise der Objektivrevolver oder ein Filterschieber, ein Filterrevolver oder auch eine einstellbare Blende, die entweder direkt betätigt werden oder denen ein Einstellrad zugeordnet ist. Diese Mikroskope zeichnen sich dadurch aus, dass sie einfach aufgebaut und entsprechend preiswert angeboten werden können.
Im Gegensatz dazu sind Mikroskope bekannt, bei denen mit Schrittmotoren oder Gleichstrommotoren die veränderbaren Einstellelemente im Mikroskop betätigt werden. Bei derartigen Antrieben ist es meist erforderlich, dass diese Motore mit Inkrementalgebern und entsprechenden Steuerungssystemen ausgestattet werden. Durch diese aufwendigen Maßnahmen ist es dann natürlich möglich die entsprechenden Einstellungen automatisch vorzunehmen und zusätzlich die eingestellten Werte bzw. Größen für Messzwecke zu verwenden. Damit lassen sich dann auch bestimmte Einstellungen am Mikroskop, wie beispielsweise die Zoomposition bzw. die Vergrößerung, der Arbeitsabstand zum Objekt oder auch das verwendete Objektiv wiederholbar abspeichern bzw. dokumentieren.
Derartig aufgebaute Mikroskope sind aus den Druckschriften DE 103 55 529 A1 , DE 102 25 193 B4 und DE 198 22 256 C2 bekannt. Die hier beschriebenen Mikroskope und Steuereinrichtungen zeichnen sich dadurch aus, dass wesentliche Mikroskopfunktionen elektromotorisch veränderbar ausgebildet sind und dabei über Winkelschrittgeber die Position reproduzierbar ansteuerbar ist. Die Verwendung von Elektromotoren im Mikroskop setzt natürlich eine präzise arbeitende Steuereinrichtung voraus und ist demnach recht aufwendig.
Aus dem Dokument EP 1 746 450 A1 ist ein gattungsgemäßes Mikroskop bekannt, bei dem über einen optischen Encoder die Zoom-Stellung ermittelt werden kann.
Aus den Dokumenten US 5 706 127 A , US 6 989 928 B2 und US 7 109 464 B2 sind Mikroskope bekannt, bei denen die Stellungen von Vergrößerungseinrichtungen mit Hilfe von magnetisch arbeitenden Sensoren ermittelt werden.
Aus dem Dokument EP 1 369 663 A1 ist ein Zoom-Mikroskop bekannt, bei dem die Stellung eines Zoom-Systems mit Hilfe von Inkrementalgebern bestimmt wird.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein manuell zu bedienendes Mikroskop so weiterzubilden, dass dieses auch für Messzwecke verwendet werden kann bzw. dass die eingestellten Mikroskopparameter wiederholbar eingestellt werden können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass ein einfach aufgebautes handbetriebenes Mikroskop mit einem mechanisch einstellbaren Zoom-System und/oder mit einem mechanisch einstellbaren Fokus-System, mit einem Sensor ausgestattet ist und mit diesem Sensor die Stellung des manuell einzustellenden Elements im Mikroskop ermittelt wird.
In der erfindungsgemäßen Ausgestaltung ist der Sensor als berührungslos arbeitender und absolut messender Sensor ausgebildet, so dass keine Initialisierung des Sensors nach einem Abschalten der Stromzufuhr notwendig ist. Im Gegensatz zu Inkrementalgebern bzw. Schrittmotoren müssen hier keine Initialisierungen vorgenommen werden.
Ferner ist der Sensor mit einem Magneten und einem Empfänger ausgestattet, wobei durch eine Relativbewegung zwischen dem Magneten und dem Empfänger die Veränderung des Magnetfelds erfasst wird. Dabei ist entweder der Magnet oder der Empfänger an dem beweglichen Einstellelement des Mikroskops befestigt.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Sensor als Hallsensor ausgebildet ist. Bei einem derartigen Sensor wird ein Magnet über einem Empfängerbaustein berührungslos bewegt und die Feldstärke des Magnetfeldes von dem Empfänger gemessen. Dabei ist es unerheblich, in welchem Abstand der Magnet zum Empfänger angeordnet ist, so dass Toleranzen in der mechanischen Führung des bewegten Magneten kein verfälschtes Messergebnis zur Folge haben.
In einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung ist der Magnet oder der Empfänger drehbeweglich mit einer Antriebsachse, vorzugsweise der Antriebsachse des zu betätigenden Einstellelements, verbunden. Damit wird sichergestellt, dass die Einstellung direkt gemessen werden kann. Ein Sensor, der diese Merkmale aufweist, wird beispielsweise von der Firma Austriamicrosystems AG, Österreich, unter der Typbezeichnung AS 5045 angeboten. Dieser Sensor zeichnet sich auch dadurch aus, dass es sich um einen absolut messenden Sensor handelt, bei dem die Drehachse eine Bewegung von 360 Grad vollziehen kann und innerhalb dieses Bereichs jede Winkelposition reproduzierbar angezeigt bzw. gemessen wird.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen, die Antriebsachse mit einem Getriebe zu verbinden und über das Getriebe die Bewegung des Einstellelements entweder untersetzt oder übersetzt auf die Antriebsachse zu übertragen. Mit der Unter- und Übersetzung wird erreicht, dass bei derartigen absolut messenden Sensoren der Messbereich voll genutzt wird.
In einer weiteren Ausbildung der Erfindung ist die Drehung der Antriebsachse zu begrenzen. Damit wird sichergestellt, dass der Sensor in keine undefinierte Stellung gebracht wird.
In einer Weiterbildung der Erfindung wird der Magnet oder der Empfänger auf einem Schlitten angeordnet. Bei einer derartigen Anordnung wird eine Linearbewegung des angetriebenen Elements mit dem Sensor ermittelt. Aus der Druckschrift „Elektronik Praxis Nr. 12, 16. Juni 2006” ist auf der Seite 26 ein derartiger Linearencoder mit Hallsensor dargestellt und beschrieben. Dieser Sensor weist mehrere nebeneinander angeordnete zweipolige Magnete auf, die über dem Empfängerbaustein linear bewegt werden. Es ist natürlich auch möglich, bei kleineren Linearbewegungen nur einen einzigen zweipoligen Magneten anzuordnen.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Mikroskop mit einem Zoomsystem zur Veränderung der Vergrößerung sowie einem System zum Einstellen des Fokusses ausgestattet ist, wobei dem Zoom und/oder dem Fokussystem jeweils ein Sensor zugeordnet ist. Aus der Stellung des Zoomsystems lassen sich dann beispielsweise die Daten für die Vergrößerung ermitteln, um diese dann zu Dokumentationszwecken abzuspeichern oder auch zusammen mit den Bild- und/oder Aufnahmedaten eines elektronischen Bildaufnahmegeräts, beispielsweise einer elektronischen Kamera mit CCD-Aufnahmechip, zu speichern. Durch die Kombination der Speicherung von Bilddaten, Aufnahmedaten und den Daten des Mikroskops lassen sich zu einem späteren Zeitpunkt die jeweiligen Einstellungen wieder vornehmen.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Sensor mit einer Steuereinrichtung und/oder einer Anzeigeeinrichtung verbunden. Die Steuereinrichtung ist dabei über eine aktive Schnittstelle mit einer nachgeschalteten Speichereinrichtung und/oder einer Bildverarbeitungseinrichtung verbunden. Die Anzeigeeinrichtung dient hier zur Visualisierung des eingestellten Wertes, um beispielsweise eine bestimmte Einstellposition wieder anzufahren.
In einer bevorzugten Ausbildung der Erfindung ist dem Sensor eine aktive Schnittstelle zugeordnet, die beispielsweise als USB oder Firewire Schnittstelle ausgebildet ist und die gleichzeitig die Datenübertragung und die Stromversorgung des Sensor ermöglicht. Damit wird keine zusätzliche Stromversorgung im Mikroskop benötigt und der Sensor kann direkt an die Steuereinrichtung, beispielsweise einen herkömmlicher Computer, angeschlossen werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der berührungslos arbeitenden Sensor als Hallsensor ausgebildet, der in einem optischen Gerät, bevorzugt in einem manuell zu bedienenden und rein mechanisch arbeitenden Mikroskop, zur Bestimmung der Stellung des mechanisch arbeitenden Einstellelements, verwendet wird.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird der Hallsensor in einem Zoom-Mikroskop zur Kalibrierung und/oder Speicherung von Vergrößerungsdaten verwendet.
Die Verwendung eines derartigen Sensor ist immer dann von besonderem Vorteil, wenn die zur Verstellung vorgesehenen Komponenten des Mikroskops rein mechanisch bewegt werden, also keine elektromotorischen Antriebe und entsprechende Steuereinrichtungen zur Ermittlung der Position vorhanden sind und trotzdem die genaue Position der Komponente ermittelt werden muss.
Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels mit Hilfe der schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1: eine Ansicht eines Optikgehäuses in einem Mikroskop mit Zoomsystem
2: eine schematische Darstellung des Sensors am einstellbaren Mikroskopelement
3: einen Ausschnitt aus der 2 mit dem Sensor
Die 1 zeigt das Optikgehäuse 14 eines nicht näher dargestellten Mikroskops mit einem Hauptobjektiv 15, einem im Optikgehäuse 14 angeordneten Zoomsystem 7 sowie einem Anschlussstutzen 16 für einen nicht mit dargestellten Beobachtungstubus. Im Optikgehäuse 14 ist ferner ein Einstellelement 2 zur Veränderung der Stellung des Zoomsystems 7 vorgesehen. Dieses Einstellelement 2 umfasst einen Bedienknopf 10 und eine mit dem Bedienknopf 10 verbundene Achse 11, der eine Spindel 12 zugeordnet und die wiederum mit dem Zoomsystem 7 mechanisch verbunden ist. Das Zoomsystem 7 weist einen Schlitten 17 auf, der mechanisch mit der Spindel 12 verbunden ist.
Der Schlitten 17 ist zur Aufhebung des mechanischen Spiels mit einer Feder 13 verbunden, die auf der anderen Seite am Optikgehäuse 14 befestigt ist.
Die Drehbewegung am Bedienknopf 10 wird über die Achse 11 auf die Spindel 12 übertragen. Durch Drehung der Spindel 12 wird der Schlitten 17 für das Zoomsystem 7 entlang der Ausdehnung der Feder 13 bewegt und so eine manuelle Einstellung der Vergrößerung des Mikroskops vorgenommen.
Bevorzugt ist die Spindel 12 so ausgebildet, dass eine Spindelbewegung eine logarithmische Vergrößerungsänderung zur Folge hat. Damit wird erreicht, dass beispielsweise eine Spindeldrehung von 10 Grad die Vergrößerung durch den Zoom 7 um einen feststehenden Faktor verändert, unabhängig von der Winkelposition der Spindel 12. Bei einer Spindeldrehung von 720 Grad lässt sich beispielsweise ein 16-facher Gesamtvergrößerungsfaktor einstellen.
Im Optikgehäuse 14 ist ferner ein Sensor 1 angeordnet, der mit einer Antriebsachse 5 verbunden ist. Die Antriebsache 5 trägt ein Ritzel 19 eines Getriebes 6. Dem Ritzel 19 ist gegenüberliegend ein weiteres Ritzel 20 zugeordnet, das mit der Spindel 12 verbunden ist. Die Ritzel 19, 20 sind mit unterschiedlichen Durchmessern ausgestattet und bilden das Getriebe 6. Durch diese Ausbildung wird die Drehbewegung am Bedienknopf 10 über die Achse 11, das Getriebe 6 auf die Antriebsachse 5 und den Sensor 1 übertragen. Über den Sensor 1 kann somit die Stellung des manuell bewegbaren Einstellelements 2 ermittelt werden.
Mit dieser Anordnung wird auch erreicht, dass sich ein mechanisches Spiel am Bedienknopf 10 und/oder der Achse 11 nicht auf die Messung des Sensor 1 auswirkt.
Es liegt natürlich im Rahmen der Erfindung den eingangs beschriebenen Linearencoder mit Hallsensor am Schlitten 17 und Optikgehäuse 14 anzuordnen und dabei die Linearbewegung des Schlittens zu messen.
Die 2 zeigt schematisch das Optikgehäuse 14 mit dem Getriebe 6 und einer darin angeordneten Antriebsachse 5. Der Sensor 1 weist einen an der Antriebsachse 5 angeordneten Magneten 3 auf. Dem Magneten 3 ist gegenüberliegend ein Empfänger 4 zugeordnet, der fest mit dem Optikgehäuse 14 verbunden ist.
Die 3 zeigt einen Ausschnitt aus der 2 mit dem Magneten 3, der hier als einfacher Dipol (Nord-Süd) ausgebildet ist. Mit dem gegenüberliegend angeordneten Empfänger 4 wird die Feldstärke des Magneten 3 gemessen, die sich bei einer Drehung des Magneten 3 durch die Achse 5 ändert. Dem Empfänger 4 ist eine aktive Schnittstelle 18 zugeordnet, die den Sensor 1 bzw. den Empfänger 4 mit einer nachgeordneten Steuereinrichtung 8 sowie einer Anzeigeeinrichtung 9 verbindet. Die Schnittstelle 18 ist als aktive Schnittstelle, z. B. als USB oder Firewire, ausgebildet und versorgt den Sensor 1 bzw. den Empfänger 4 gleichzeitig mit Strom.
Bezugszeichenliste

1: Sensor
2: Einstellelement
3: Magnet
4: Empfänger
5: Antriebsachse
6: Getriebe
7: Zoom-System
8: Steuereinrichtung
9: Anzeigeeinrichtung
10: Bedienknopf
11: Achse
12: Spindel
13: Feder
14: Optikgehäuse
15: Hauptobjektiv
16: Anschlussstutzen
17: Schlitten
18: aktive Schnittstelle
19: Ritzel von 3
20: Ritzel von 12

Claims

Mikroskop mit einem rein mechanisch stufenlos einstellbaren Zoom-System (7) und/oder einem rein mechanisch einstellbaren Fokussystem, mit mindestens einem manuell bewegbaren Einstellelement (2) zur rein mechanischen Einstellung des Zoom-Systems (7) und/oder des Fokussystems, dadurch gekennzeichnet, dass dem Einstellelement (2) ein berührungslos arbeitender und absolut messender Sensor (1) zur Ermittlung der Stellung des Einstellelements (2) zugeordnet ist, und dass der Sensor (1) einen Magneten (3) und einen Empfänger (4) aufweist, wobei der Magnet (3) oder der Empfänger (4) an dem Einstellelement (2) befestigt ist, und wobei der Sensor (1) eine durch die Relativbewegung zwischen dem Magneten (3) und dem Empfänger (4) erzeugte Veränderung des Magnetfeldes erfasst.
Mikroskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (1) als Hallsensor ausgebildet ist.
Mikroskop nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnet (3) oder der Empfänger (4) des Sensors (1) drehbeweglich an einer Antriebsachse (5) angeordnet ist.
Mikroskop nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsachse (5) mit einem Getriebe (6) verbunden ist und über das Getriebe (6) die Bewegung des Einstellelements (2) entweder untersetzt oder übersetzt auf die Antriebsachse (5) übertragen wird.
Mikroskop nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehung der Antriebsachse (5) auf 360 Grad begrenzt ausgebildet ist.
Mikroskop nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnet (3) oder der Empfänger (4) auf einem beweglichen Schlitten (17) angeordnet ist.
Mikroskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem Zoomsystem (7) zur Veränderung der Vergrößerung sowie dem Fokussystem zur Einstellung der Bildschärfe jeweils einer der Sensoren (1) zugeordnet ist.
Mikroskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (1) über eine aktive Schnittstelle (18) mit einer Steuereinrichtung (8) und/oder einer Anzeigeeinrichtung (9) verbunden ist.
Mikroskop nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die aktive Schnittstelle (18) die Stromversorgung des Sensor (1) bereitstellt.
Mikroskop nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anzeigeeinrichtung zur Anzeige der mit Hilfe des Sensors (1) ermittelten Stellung des Einstellelements (2) vorgesehen ist.