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Stand der Technik
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Zum
Stand der Technik gehören in der Stereomikroskopie externe
Auflichtbeleuchtungseinrichtungen bei denen außerhalb des
Mikroskop-Grundkörpers Direktbeleuchtungen angebracht werden.
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Dieses
können sowohl Halogenlampen, Lichtleiter oder LED sein
die am Stereomikroskop-Grundkörper, am Mikroskopträger
oder am Stativ angeordnet werden und eine schräge Auflichtbeleuchtung
ermöglichen.
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Es
sind Lichtleiter- und LED-Beleuchtungen (LED für Light
Emitting Diode) bekannt, die z. B. als Ringlichter zur Rundum-Schrägbeleuchtung
mit verschiedenen Durchmessern und Abstrahlwinkeln ausgeführt
sind.
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Weiterhin
gibt es einarmige bis mehrarmige Schwanenhals Beleuchtungs-Systeme,
die eine relativ punktförmige Schrägbeleuchtung
darstellen.
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Diese
sind z. B. an der Stativsäule oder am Stereomikroskop selbst
befestigt.
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Andere
Ausführungen sind nur an der Kaltlichtquelle oder an frei
beweglichen Standfüssen befestigt und können durch
Einsatz biegsamer oder gelenkbasierter Halterungen frei im Raum
positioniert werden.
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Alle
diese Auflichtbeleuchtungen gewährleisten ein sehr differenziertes,
mehr oder minder schräges Auflicht mit dem die untersuchten
Objekte entsprechend Ihrer Oberfläche gut ausgeleuchtet
und kontrastiert werden können.
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Nachteilig
bei all diesen Auflichtbeleuchtungen ist, dass durch die Art und
Weise der Befestigung die Beleuchtungsstrahlen immer einen erheblich
großen Winkel zu den beiden Beobachtungsstrahlengängen
bilden.
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Somit
ist die Ausleuchtung von engen bzw. tiefen Hohlräumen in
der Regel unbefriedigend.
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Eine
gute Ausleuchtung von Hohlräumen ist nur möglich
wenn das Beleuchtungslicht nahezu achsparallel eintreten kann.
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In
der Stereomikroskopie gehören zum aktuellen Stand der Technik
so genannte Koaxialbeleuchtungen und Vertikal- oder Axialbeleuchtungen.
Diese vermeiden die zuvor genannten Nachteile.
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Bei
Koaxialbeleuchtungen wird das Beleuchtungslicht exakt mit den beiden
stereomikroskopischen Strahlengängen geführt.
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Es
wird von außeraxial angeordneten Lichtquellen mittels teildurchlässigen
Spiegeln oder Prismen in die beiden stereomikroskopischen Strahlengänge
eingekoppelt.
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Dies
führt dazu, dass bei ebenen Proben eine direkte Reflektion
erfolgt und damit ein so genanntes Hellfeld erzeugt wird. Die Hellfeld-Charakteristik
ist z. B. auch von Metallmikroskopen bekannt die z. B. zu Untersuchung
von polierten Schliffen bis zu höchsten Vergrößerungen
verwendet werden. Als ungeeignet erweist sich die Hellfeld Beleuchtungsart auf
dreidimensionalen Proben mit geringer Ebenheit und mit großer
Rauhigkeit.
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Neben
den Koaxialbeleuchtungen gibt es die Vertikal- oder Axialbeleuchtungen
bei denen nicht in erster Linie das direkt reflektierte Licht zum
Tragen kommt sondern das diffus vom Objekt reflektierte und gestreute
Licht.
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Leistungsfähige
Axialbeleuchtungen wie sie häufig bei Operationsmikroskopen,
d. h. bei Stereomikroskopen für medizinische Operationen
vorkommen, arbeiten hingegen nicht koaxial sondern nur näherungsweise
koaxial. Das Licht wird hierbei von einem Punkt dicht neben den
beiden Stereostrahlengängen abgestrahlt.
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Axial-Auflichtbeleuchtungen
sind in der Regel als integraler Bestandteil dieser Mikroskope ausgeführt
und müssen demzufolge gleich beim Kauf des Gerätes
mitbestellt werden.
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International
sind eine ganze Reihe verschiedener Lösungen bekannt die
das Ziel verfolgen in optischen Instrumenten Beleuchtungsanordnungen
direkt zu integrieren.
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US Patentschrift 4.783.159 beschreibt
z. B. ein Operationsmikroskop in Teleskopbauweise mit gemeinsamem
Hauptobjektiv (engl. CMO = common main objective) bei dem eine interne
Beleuchtungsanordnung zur Beleuchtung des Operationsfelds integriert
ist. Das Licht wird dabei mit einem separaten in den Mikroskopgrundkörper
eingebauten Belechtungsstrahlengang zwischen Zoomoptik (Pankrat) und
Hauptobjektiv (CMO) eingekoppelt. Die Abstrahlung kann durch Wahl
verschiedener Umlenkelemente wahlweise axial oder außeraxial
erfolgen um differenzierte Beleuchtungsmöglichkeiten zu
ermöglichen.
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Auch
bei Patentschrift
EP
1510847 A1 handelt es sich z. B. um eine integrierte Auflichtbeleuchtung
für ein stereoskopisches Operationsmikroskop. Siehe (
3.)
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In
der Patentschrift
DE 19822255 wird
ein Greenough Stereomikroskop mit interner faseroptischen Beleuchtungsanordnung
beschrieben. Diese kann nur vom Hersteller des Stereomikroskops
durch Einbau geeigneter optischer Bauteile in den Grundkörper
realisiert werden. Im Unterschied zu den in
DE 19822255 beschriebenen Ausführungsvarianten handelt
es sich bei der erfindungsgemäßen Neuheit jedoch
um eine extern unter dem Stereomikroskop adaptierte, direkte Beleuchtungsanordnung,
die ohne optische Bauteile auskommt.
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Neben
den fest integrierten Beleuchtungsansätzen gibt es auch
modulare Einheiten die trennbar zwischen dem Stereomikroskop-Pankratsystem
und Hauptoptik angeordnet werden können.
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Bei
den bisher bekannten Ausführungsvarianten wird das Licht
von externen Lichtquellen mittels Lichtleitern oder anderen Strahlführungsbauteilen nahe
an die optischen Achsen des Stereomikroskops herangeführt
und dann von Spiegeln oder Reflexionsprismen in Richtung der Probe
umgelenkt Siehe (4).
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Das
Beleuchtungsprinzip ist prinzipiell unabhängig von der
Art der verwendeten Leuchtmittel. Gängig sind Halogenlampen,
Gasentladungslampen oder auch LED.
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Alle
bekannten Lösungen haben gemeinsam den Nachteil dass die
Lichtführung für die Axial-Auflichtbeleuchtung
mittels aufwändiger Bauteile wie Spiegel, Prismen, Lichtleiter
usw. geschieht, und die Geräte somit erheblich verteuert
werden.
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Außerdem
erfolgt die Abstrahlung relativ punktförmig wodurch nur
ein relativ kleiner Strahlöffnungswinkel d. h. eine geringe
Beleuchtungsapertur gegeben ist. Die beleuchtenden Bündel
kommen weitgehend aus der gleichen Richtung und man erhält
das Gegenteil einer diffusen Beleuchtung, also eine stark gerichtete
Beleuchtung.
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Generell
ist die Qualität und Beleuchtungscharakteristik jeder Auflichtbeleuchtung,
abhängig von der Lichtleistung, von den auftretenden Beleuchtungswinkeln
und von den spektralen Eigenschaften des Lichts.
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Es
stellte sich die Aufgabe eine problemlos an verschiedene Stereomikroskop-Fabrikate
adaptierbare nahezu axiale Beleuchtung mit flexibler Beleuchtungsapertur
zu realisieren, die ohne teure optische Bauteile auskommt.
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Der
nachfolgende Lösungsvorschlag einer LED Axial-Auflichteinrichtung
für Stereomikroskope erfüllt diese Anforderungen.
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Der
Anmelder erkannte, dass bei einem Stereomikroskop große
Bereiche des Hauptobjektivs nicht von den beiden Strahlengängen
des Stereomikroskops durchstrahlt werden, sondern gewissermaßen
brach liegen. Man kann von ungenutzten Bereichen des Hauptobjektivs
reden die ohne Beeinträchtigung des Abbildungsverhaltens
von einer LED Axial-Auflichteinrichtung genutzt werden können.
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Erfindungsgemäß wurde
ein für den doppelten Strahlengang des Stereomikroskops
speziell geformter Schaltungsträger entwickelt. Er ist
mit einem Durchbruch oder einem lichtdurchlässigen Fenster versehen,
um die beiden Strahlengänge des Stereomikroskops ungehindert
passieren zu lassen. Dabei werden die bisher ungenutzten Flächenbereiche
des Hauptobjektivs für die Beleuchtungsanordung verwendet.
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Dadurch
wird es möglich mit den LED's extrem dicht an an die beiden
Abbildungsstrahlengänge des Stereomikroskops heranzurücken
und somit besondes kleine Winkel zwischen den Beleuchtungsstrahlen
und den mikroskopischen Abbildungsstrahlen zu erzielen.
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Das
Ergebnis ist eine nahezu axiale oder achsparallele Beleuchtung mit
ganz spezifischen Vorteilen. Durch die einfache Bauform und das
geringe Gewicht ist die LED Axial-Auflichteinrichtung an Stereomikroskopen
verschiedener Hersteller problemlos montierbar.
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Der
Schaltungsträger wird mittels einer Halterung oder Fassung
direkt unterhalb des Hauptobjektivs an das Stereomikroskop angebaut.
Zwischen Probenoberfläche und Axial-Auflichteinrichtung
befindet sich nur noch Luft als Umgebungsmedium. Der Vorteil dieses
Prinzips ist, dass keine unerwünschten Reflektionen an
den Glasflächen des Hauptobjektivs entstehen wie es bei
den bekannten Lösungen der Fall sein kann, wenn sie zwischen
Zoomoptik und Hauptobjektiv eingebaut werden. Die Größe
und Form der leuchtenden Fläche, damit auch die räumliche
Lichtverteilung und Beleuchtungsapertur, ist durch die Anzahl und
Form der Bestückung mit LED's einstellbar. Die Farbtemperatur
oder spektrale Eigenschaft des Lichts ist durch die Auswahl der
LED Typen wählbar. Die Stromversorgung kann durch ein relativ
dünnes flexibles Kabel oder ggfs. auch durch Batterien
bzw. Akkus erfolgen.
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Die
Verwendung von Leuchtdioden für Mikroskop Auflichtbeleuchtungen
ist Stand der Technik und aus diversen Patenschriften bekannt.
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Als
erfindungsgemäße Neuheit wird hier jedoch die
Anordnung der LED's auf einem speziell für Stereomikroskope
ausgeformten Schaltungsträger beansprucht.
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Die
Ausbildungen der Erfindung sind in den Figuren und in den abhängigen
Patentansprüchen angegeben.
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Die
Bezugszeichenliste ist Bestandteil der Offenbarung. Anhand von schematischen
Figuren wird die Erfindung erläutert.
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Die
Figuren werden zusammenhängend und übergreifend
beschrieben. Gleiche Bezugszeichen bedeuten gleiche Bauteile.
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Es
zeigen dabei in schematischer Darstellung:
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1: in der Vorderansicht Axial-Auflichteinrichtung
(9) mit Schaltungsträger und LED's adaptiert an
ein Stereomikroskop mit doppeltem Strahlengang,
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2:
in der Ansicht von unten; Axial-Auflichteinrichtung mit LED's und
Schaltungsträger mit Durchbruch für beide Stereostrahlengänge
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3:
Stand der Technik; Stereomikroskop mit integrierter Auflicht-Beleuchtungseinrichtung
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4:
als der Erfindung am nächsten liegender Stand der Technik;
trennbar zwischen Hauptoptik und Zoomoptik angeordnete Axial-Auflichteinrichtung
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- 1
- Beobachterauge
- 2
- Okularlinse
- 3
- Mikroskopgehäuse
- 4
- Zoom-Optik
- 5
- Hauptobjektiv
- 6
- linker
Strahlengang
- 7
- rechter
Strahlengang
- 8
- Objektebene
- 9
- LED-Beleuchtungsvorrichtung
- 10
- Fassung
Hauptobjektiv
- 11
- Hauptachse
linker Strahlengang
- 12
- Hauptachse
rechter Strahlengang
- 13
- Hauptachse
der Beleuchtungsstrahlen
- 14
- Lichtquelle
- 15
- Lichtleiter
- 16
- Spiegel
- 17
- Axial
Auflichteinrichtung, trennbar angebaut
- 18
- Schaltungsträger
- 19
- LED
- 20
- Anschlussbuchse
- 21
- Fassungsteil
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - US 4783159 [0019]
- - EP 1510847 A1 [0020]
- - DE 19822255 [0021, 0021]