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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Beleuchtungsvorrichtung, mit der selektiv eine von mehreren Leuchteinheiten in einer Beleuchtungssollposition positioniert werden kann. Eine solche Beleuchtungsvorrichtung kann insbesondere bei einem Mikroskop eingesetzt werden.
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So werden heutzutage beispielsweise für die Fluoreszenzmikroskopie Leuchteinheiten mit LED-Strahlungsquellen hoher Leistung eingesetzt. Dabei ist es häufig erforderlich, die in das Mikroskop auf das Präparat eingestrahlte Wellenlänge zu verändern, um das Präparat bei verschiedenen Fluoreszenzwellenlängen betrachten zu können.
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Aus der
DE 103 14 125 A1 ist es bekannt, verschiedenfarbig leuchtende LED-Leuchteinheiten auf einem drehbaren Rad anzuordnen. Für den Wechsel der Wellenlänge wird das Rad gedreht. Bei dieser Lösung müssen in die LED-Strahlungsquellen der Leuchteinheiten über Schleifkontakte kontaktiert werden, um die entsprechende elektrische Energie für die Leuchteinheiten zuführen zu können.
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Die
DE 10 2008 015 720 A1 beschreibt eine Beleuchtungsvorrichtung, bei der die LEDs feststehen und eine Spiegeltreppe unterhalb der LEDs rotierbar ist. Diese Ausgestaltung ist aufwendig und erfordert einen großen Bauraum.
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Die
US 2008/0310017 A1 beschreibt eine Beleuchtungsvorrichtung, bei der z. B. zwei LEDs seitlich verschiebbar angeordnet sind. Dafür wird jedoch ein großer Bauraum benötigt (wegen der seitlichen Verschiebung) und die Zuleitungen für die LEDs werden beim Umschalten relativ weit bewegt, was einen hohen Verschleiß nach sich zieht.
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Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der Erfindung, eine Beleuchtungseinrichtung mit mehreren Leuchteinheiten zur Verfügung zu stellen, die selektiv in einer Beleuchtungssollposition positionierbar sind, wobei die Beleuchtungsvorrichtung kompakt und lange haltbar sein soll.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch eine Beleuchtungsvorrichtung für ein Mikroskop, mit einer Halterung, die mehrere in eine Beleuchtungssollposition zu positionierende Leuchteinheiten trägt, und einer Schwenkeinrichtung, mit der Halterung so um eine Schwenkachse gedreht werden kann, daß jede Leuchteinheit selektiv in der Beleuchtungssollposition positionierbar ist, wobei der Drehbereich der Halterung um die Schenkachse kleiner ist als 360°.
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Durch diese Art der Verschwenkung zur Positionierung der Leuchteinheiten in der Beleuchtungssollposition ist der notwendige Bauraum im Vergleich zu den bekannten Lösungen geringer. Insbesondere bei der Unterbringung der erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung in einem Stativoberkörper eines Mikroskops ist dies von Vorteil, da dort der freie Bauraum beschränkt ist.
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Ferner können die elektrischen Zuleitungen leicht ausgebildet werden. Es sind keine Schleifkontakte nötig und die Bewegung der Zuleitung bei der Schwenkbewegung sind minimal, wodurch eine lange Haltbarkeit erreicht wird.
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Bei der erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung kann zumindest eine der Leuchteinheiten austauschbar in der Halterung befestigt sein. Dabei kann die Halterung eine Leuchteinheitenfixierung aufweisen, die die Leuchteinheit lösbar in der Halterung fixiert. Insbesondere kann in die Leuchteinheitenfixierung eine Feder umfassen, die aufgrund ihrer Federkraft die Leuchteinheit in der Halterung festklemmt. Damit ist eine sehr flexible Beleuchtungsvorrichtung bereitgestellt, bei der die gewünschten Leuchteinheiten leicht austauschbar sind. Insbesondere ist ein werkzeugloser Austausch möglich, so daß die Beleuchtungsvorrichtung an die individuellen Bedürfnisse schnell angepaßt werden kann.
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Ferner kann die Beleuchtungsvorrichtung ein Arretiermodul aufweisen, das die Halterung jeweils dann fixiert, wenn eine der Leuchteinheiten in der Beleuchtungssollposition positioniert ist. Dies erhöht die Zuverlässigkeit der Beleuchtungsvorrichtung, da die entsprechende Leuchteinheit dauerhaft in der Beleuchtungssollposition gehalten werden kann.
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Ferner kann die erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung ein Detektionsmodul aufweisen, das anzeigt, sobald eine der Leuchteinheiten mittels der Schwenkeinrichtung in der Beleuchtungssollposition positioniert ist. Dies kann dazu genutzt werden, die entsprechende Leuchteinheit erst dann mit Energie zu beaufschlagen, wenn die entsprechende Information des Detektionsmoduls erfaßt wurde. Das erhöht die Sicherheit der gesamten Vorrichtung. Insbesondere bei Hochleistungsquellen kann dadurch gewährleistet werden, daß die entsprechende Leuchteinheit nur dann betrieben wird, wenn sie auch in der notwendigen Beleuchtungssollposition positioniert ist.
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Das Detektionsmodul kann beispielsweise einen Magneten und einen Hall-Sensor aufweisen, wobei von diesen beiden Elementen eines an der Halterung befestigt ist und das andere unabhängig von der Halterung so angeordnet ist, daß es sich nicht mit der Halterung bewegt. So kann beispielsweise für jede Sollposition ein Hall-Sensor ortsfest vorgesehen sein und an der Halterung ein Permanentmagnet befestigt sein. Die Hall-Sensoren sind so angeordnet, daß in jeder Sollposition der Magnet vor einem der Hall-Sensoren positioniert ist. Damit kann in einfacher Art und Weise detektiert werden, welche Leuchteinheit sich in der Sollposition befindet. Natürlich kann bei dem Detektionsmodul auch ein Hall-Sensor auf der Halterung befestigt sein und für jede Leuchteinheit ein Magnet ortsfest so angeordnet sein, daß der Hall-Sensor stets bei Positionierung einer der Leuchteinheiten in der Beleuchtungssollposition ein entsprechendes Signal abgibt.
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Die Halterung der erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung kann zwei oder mehr Leuchteinheiten tragen. Bevorzugt ist dabei der Abstand jeder Leuchteinheit zur Schwenkachse gleich groß, so daß durch Verschwenken um die Schwenkachse die Positionierung in der Beleuchtungssollposition durchgeführt werden kann.
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Die Schwenkeinrichtung kann die Halterung motorgetrieben um die Schwenkachse drehen. Damit wird ein automatischer Wechsel der Leuchteinheiten möglich. Die Leuchteinheit kann insbesondere eine LED-Strahlungsquelle aufweisen. Natürlich kann die Leuchteinheit noch weitere für den Betrieb notwendige Elemente aufweisen, wie z. B. eine entsprechende Optik.
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Bei der erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung sind die Wellenlängen der von den Leuchteinheiten abgegebenen Strahlen bevorzugt unterschiedlich. Die von den Leuchteinheiten abgegebenen Strahlungen können sich jedoch auch in anderen Strahlparametern unterscheiden (wie z. B. Polarisation).
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Die Schwenkeinrichtung der erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung kann ein Zahnradsegment und eine Zahnstange aufweisen, wobei das Zahnradsegment drehfest mit der Halterung verbunden ist und mit seinen Zähnen im Eingriff mit den Zähnen der Zahnstange steht, die relativ zur Halterung verschiebbar gelagert ist. Damit kann in kostengünstiger Art und Weise eine sehr genaue und reproduzierbare Verschwenkung der Halterung durchgeführt werden.
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Alternativ ist es möglich, daß die Schwenkeinrichtung einen in einer länglichen Ausnehmung geführten Stift sowie einen relativ zur Halterung verschiebbar gelagerten Schieber aufweist, wobei die längliche Ausnehmung entweder im Schieber oder in der Halterung ausgebildet ist und der Stift mit der Halterung verbunden ist, wenn die längliche Ausnehmung im Schieber ausgebildet ist, und mit dem Schieber verbunden ist, wenn die längliche Ausnehmung in der Halterung ausgebildet ist. Wenn die längliche Ausnehmung im Schieber ausgebildet ist, kann sie insbesondere als Langloch ausgestaltet sein.
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Mit dieser Ausbildung der Schwenkausrichtung ist eine äußerst kostengünstige Schwenkeinrichtung möglich, mit der die gewünschte Verschwenkung bzw. Pendelbewegung der Halterung durchgeführt werden kann.
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Es wird ferner bereitgestellt ein Mikroskop mit einer erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung. Bei dem Mikroskop kann die Beleuchtungsvorrichtung auch gemäß der bevorzugten Ausführungsformen ausgestaltet sein. Die Beleuchtungssollposition der Beleuchtungsvorrichtung ist bevorzugt die Position, in der die Strahlen der entsprechenden Leuchteinheit zur Beleuchtung einer mit dem Mikroskop zu untersuchenden Probe genutzt werden können. Ferner kann das Mikroskop noch weitere, dem Fachmann bekannte Elemente aufweisen, die zum Betrieb des Mikroskops notwendig sind.
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Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in den angegebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung einsetzbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Nachfolgend wird die Erfindung beispielsweise anhand der beigefügten Zeichnungen, die auch erfindungswesentliche Merkmale offenbaren, noch näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Draufsicht der erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung 1, bei der die Halterung 2 in einer ersten Schwenkstellung steht;
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2 eine Draufsicht gemäß 1, wobei die Halterung 2 in einer zweiten Schwenkstellung steht;
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3 und 4 Draufsichten auf die Halterung zur Erläuterung der Fixierung einer Leuchteinheit in einer Ausnehmung der Halterung;
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5–7 perspektivische Ansichten zur Erläuterung der Fixierung einer Leuchteinheit L1 in der Ausnehmung 3 der Halterung 2, und
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8 eine Draufsicht zur Erläuterung einer alternativen Ausgestaltung in der Schwenkeinrichtung S.
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Bei der in 1 und 2 gezeigten Ausführungsform umfaßt die erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung 1 eine Halterung 2 mit zwei Aufnahmen 3, 4 zur Aufnahme von jeweils einer (nicht gezeigten) Leuchteinheit, die beispielsweise als LED-Modul ausgebildet sein kann.
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Die Halterung 2 ist schwenkbar um eine Schwenkachse 5 in einem Gehäuse 30 gelagert, wobei in 1 eine erste Schwenkstellung und in 2 eine zweite Schwenkstellung der Halterung 2 dargestellt ist. In der ersten Schwenkstellung gemäß 1 ist die in der ersten Aufnahme 3 gehaltene Leuchteinheit (nicht gezeigt) in einer Beleuchtungssollposition und kann zur Beleuchtung eines Objektes verwendet werden. Insbesondere kann die Beleuchtungsvorrichtung 1 in einem Mikroskop eingesetzt werden.
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In der in 2 gezeigten Schwenkstellung ist hingegen die zweite Aufnahme 4 in der Beleuchtungssollposition, so daß die in der zweiten Aufnahme 4 gehaltene Leuchteinheit (nicht gezeigt) zur Beleuchtung eingesetzt werden kann.
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Um die Halterung 2 in der beschriebenen Art und Weise verschwenken zu können, ist ein Zahnradsegment 6 vorgesehen, das drehfest mit der Halterung 2 verbunden ist. Das Zahnradsegment 6 steht mit seinen Zähnen in Eingriff mit den Zähnen einer Zahnstange 7, die in zwei Führungen 8 verschiebbar gelagert ist (in 1 und 2 von rechts nach links und umgekehrt).
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Durch Verschieben der Zahnstange 7 von ihrer in 1 gezeigten Position in ihre in 2 gezeigte Position wird die Halterung 2 um die Schwenkachse 5 geschwenkt, wobei die erste Aufnahme 3 aus der Beleuchtungssollposition heraus geschwenkt wird und die zweite Aufnahme 4 in der Beleuchtungssollposition (2) positioniert wird. Die Halterung 2 bildet somit quasi ein Pendel, das um die Schwenkachse 5 hin und her pendeln kann. Die Schwenkachse 5, das Zahnradsegment 6 und die Zahnstange 7 mit den Führungen 8 bilden eine Schwenkeinrichtung S für die Halterung 2.
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Wie den Darstellungen in 1 und 2 zu entnehmen ist, ist der gesamte bzw. maximale Schwenkbereich kleiner als 360° (es kann somit keine komplette Drehung durchgeführt werden). Bei dem hier beschriebenen Beispiel beträgt der Schwenkbereich ca. 60°.
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Wie 1 und 2 ferner zu entnehmen ist, weist die Zahnstange 7 einen Anschlag 9 auf, der bei der in 1 gezeigten Schwenkstellung der Halterung 2 an der rechten Führung 8 anliegt.
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Die Verschwenkung der Halterung kann durch manuelle Betätigung der Zahnstange 7 durchgeführt werden. Es ist jedoch auch möglich, einen Antrieb vorzusehen, um die Zahnstange 7 zu verschieben. Damit ist eine gesteuerte Positionierung der Leuchteinheiten möglich.
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Ferner weist die Beleuchtungsvorrichtung ein Arretiermodul 10 auf, das die Halterung 2 in den in den 1 und 2 gezeigten Schwenkstellungen jeweils arretiert. Dazu umfaßt das Arretiermodul 10 eine Feder 11, an deren vorderen Ende ein Zylinderstift 12 befestigt ist, auf dem drehbar eine Rolle 13 gelagert ist. Das andere Ende der Feder 11 ist örtlich im Gehäuse 30 fixiert, wie durch die Schrauben 14 angedeutet ist.
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In den in 1 und 2 gezeigten Schwenkstellungen ist auf der Vorderseite 15 der Halterung jeweils eine (nicht gezeigte) Vertiefung ausgebildet, in die die Rolle 13 aufgrund der Federkraft hineingedrückt wird, wodurch die gewünschte Arretierung erreicht wird. Bei Bewegung bzw. Verschwenkung der Halterung 2 läuft die Rolle 13 aus der Vertiefung, in die sie gerade hineinsteht (z. B. die Vertiefung für die erste Aufnahme 3), hinaus und entlang der Vorderseite 15 der Halterung 2 bis sie in Eingriff mit der Vertiefung der anderen Aufnahme 4 kommt (2), so daß wiederum die gewünschte Fixierung erreicht ist.
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Die Beleuchtungsvorrichtung 1 kann so ausgebildet sein, daß die Schwenkstellungen gemäß 1 und 2 detektiert werden (beispielsweise über die Stellung der Zahnstange 7) und dann diejenige Leuchteinheit L1, L2 mit Energie beaufschlagt wird, die sich in der Beleuchtungssollposition befindet. Natürlich ist auch jede andere Art der Detektion der Schwenkstellung möglich.
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So können z. B. Hall-Sensoren zur Detektion eingesetzt werden, wobei für jede der beiden Schwenkstellungen ein Hall-Sensor 31, 32 ortsfest am Gehäuse 30 befestigt ist, wie in 1 und 2 angedeutet ist. Mit den Hall-Sensoren 31, 32 kann detektiert werden, ob sich ein an der Halterung befestigter Magnet 33 vor dem entsprechenden Hall-Sensor 31, 32 befindet. Wenn dies der Fall ist, kann mittels einer (nicht gezeigten) Steuerung die entsprechende Leuchteinheit bestromt werden, so daß die Leuchteinheit das gewünschte Beleuchtungslicht erzeugt.
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Durch die pendelnde Lagerung der Halterung 2 ist es möglich, die Beleuchtungsvorrichtung 1 insgesamt sehr kompakt auszubilden. Ferner ist keine aufwendige Kontaktierung notwendig, wie dies z. B. bei Halterungen erforderlich ist, die komplett gedreht werden können. Eine solche Kontaktierung weist beispielsweise Schleifkontakte auf. Dies ist in vorteilhafter Weise bei der erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung 1 nicht notwendig, da nur eine Pendelbewegung auszuführen ist, es wird also nur hin und her geschwenkt. Bevorzugt wird die notwendige Kabelzuführung nahe an der Schwenkachse 5 durchgeführt. Auch ist die erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung 1 im Vergleich zu bekannten Schieberlösungen zum Wechseln der Leuchteinheiten in die Herstellung bei gleicher Präzision kostengünstiger.
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Bei der erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung 1 ist die Halterung 2 so ausgebildet, daß die Leuchteinheiten L1 austauschbar in den Aufnahmen 3 und 4 gehalten sind. Dazu weist jede Aufnahme 3, 4 einen Federbügel 16, 17 auf, der jeweils einen Fixierabschnitt 18, 19 sowie einen Betätigungsabschnitt 20, 21 umfaßt.
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Wie in der Darstellung in 3 zu entnehmen ist, in der die Halterung 2 ohne Schwenkachse 5 und Zahnradsegment 6 dargestellt ist, ragen die Fixierabschnitte 18, 19 in den Aufnahmebereich der Aufnahmen 3, 4 hinein. Um eine Leuchteinheit L1 in der Aufnahme 3 zu fixieren, muß lediglich der Federbügel 16 nach oben gedrückt werden (durch Pfeil P1 in 4 angedeutet), so daß der Fixierabschnitt 18 nicht mehr in den Aufnahmebereich der Aufnahme 3 hineinsteht. Dann kann die Leuchteinheit L1 in die Aufnahme 3 eingeführt werden (wie in den 5 bis 7 dargestellt ist) und aufgrund der Rückstellkraft des Federbügels 16 drückt der Fixierabschnitt 18 gegen die Seitenwandung der Leuchteinheit L1, so daß diese in der Aufnahme 3 fixiert ist.
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Bevorzugt weist die Leuchteinheit L1 eine umlaufende Ringnut 22 auf, in die der Fixierabschnitt 18 bei Fixierung in der Aufnahme 3 eingreift, wie schematisch in den 5 bis 7 dargestellt ist. Ferner kann die Leuchteinheit L1 einen Anschlagring 23 aufweisen, dessen Außendurchmesser größer ist als der Innendurchmesser der Aufnahme 3. Der Abstand zwischen Anschlagring 23 und Ringnut 22 ist so gewählt, daß der Fixierabschnitt 18 des Federbügels 16 in die Ringnut 22 einsteht, wenn der Anschlagring 23 auf der Oberseite 24 der Halterung 2 liegt. In den 3 bis 7 ist noch ein Kontaktierabschnitt 25 gezeigt, der zur Energieversorgung der Leuchteinheiten L1 genutzt wird.
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Mit dieser Art der Fixierung der Leuchteinheiten L1 in der Halterung 2 können die Leuchteinheiten L1 werkzeuglos und damit benutzerfreundlich ausgewechselt werden.
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Bei der bisher beschriebenen Ausführungsform umfaßt die Schwenkeinrichtung S die Schwenkachse 5, das Zahnradsegment 6, die Zahnstange 7 sowie die Führungen 8. In 8 ist eine alternative Ausbildung der Schwenkeinrichtung S gezeigt. Bei dieser Ausbildung ist statt des Zahnradsegmentes 6 und der Zahnstange 7 ein mit der Halterung 2 verbundener Stift 26 vorgesehen, der von der Oberseite 24 der Halterung nach oben vorsteht und in ein Langloch 27 eines Schiebers 28 einsteht. Der Schieber 28 ist in den zwei Führungen 8 verschiebbar gelagert, so daß er in der Darstellung von 8 nach links und rechts verschoben werden kann. Das Langloch 27 erstreckt sich senkrecht zur Verschieberichtung, so daß bei Verschiebung des Schiebers 28 die gewünschte Schwenkbewegung um die (in 8 nicht eingezeichnete) Schwenkachse 5 durchgeführt werden kann. In 8 sind in gleicher Weise wie in den 1 bis 4 zur Vereinfachung der Darstellung die Leuchteinheiten L1 nicht eingezeichnet.
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Natürlich kann die Schwenkeinrichtung S auch in jeder anderen Art und Weise ausgebildet sein, um die gewünschte Verschenkung bzw. Pendelbewegung der Halterung 2 durchzuführen.
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Bei den bisher beschriebenen Ausführungsformen weist die Halterung 2 zwei Aufnahmen 3, 4 auf. Natürlich ist es möglich, daß die Halterung 2 mehr als zwei Aufnahmen 3, 4 aufweist. Bevorzugt ist der Abstand des Mittelpunkts jeder Aufnahme 3, 4 der Halterung 2 zur Schwenkachse 5 gleich groß. In diesem Fall ist nur die beschriebene Schwenkbewegung notwendig, um die entsprechende Aufnahme und damit die in der Aufnahme gehaltene Leuchteinheit L1 in die Beleuchtungssollposition zu bringen.
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Die erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung 1 kann, wie beschrieben, ein Gehäuse 30 aufweisen. Das Gehäuse 30 kann so ausgebildet, daß es an ein (nicht gezeigtes) Gehäuse eines Mikroskops ansetzbar, mit diesem verbindbar oder in das Gehäuse des Mikroskops einsetzbar ist. Es ist jedoch auch möglich, bei der erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung 1 kein Gehäuse 30 vorzusehen, sondern die Beleuchtungsvorrichtung 1 direkt in dem Gehäuse der Vorrichtung anzuordnen, für die die Beleuchtungsvorrichtung 1 ausgelegt ist. Insbesondere kann die Beleuchtungsvorrichtung 1 in dem Gehäuse eines Mikroskops angeordnet werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10314125 A1 [0003]
- DE 102008015720 A1 [0004]
- US 2008/0310017 A1 [0005]
