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Die Erfindung betrifft ein optisches Gerät mit einem um eine Achse drehbaren Komponententräger gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.
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Stand der Technik
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Zum Positionieren von optischen Elementen in optischen Geräten werden bekanntermaßen häufig Komponententräger eingesetzt, die um eine Achse drehbar sind. Bekannt sind beispielsweise Filterräder zum Einbringen unterschiedlicher Filter oder Blendenräder zum Einbringen unterschiedlicher Blenden, beispielsweise von Phasenkontrastblenden, in einen Beleuchtungsstrahlengang, sowie Objektivrevolver.
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Entsprechende Komponententräger rasten, um eine exakte Positionierung der Komponenten zu ermöglichen, typischerweise in einer oder in mehreren Positionen (Rastpositionen) ein, wenn sie um die Achse gedreht werden. Hierzu weist ein entsprechender Komponententräger typischerweise eine oder mehrere erste Raststrukturen, beispielsweise Rastnuten bzw. -kerben, auf. Eine zweite Raststruktur, beispielsweise ein federnder Vorsprung oder eine gefederte Kugel, die gegenüber der Achse an einer drehfesten Position angebracht ist, kann mit dieser oder diesen ersten Raststrukturen in Rasteingriff gebracht werden. Beispielsweise kann in diesem Zusammenhang auch ein Federarm, der die zweite Raststruktur trägt, verwendet werden.
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Die zweite Raststruktur ist also jeweils durch Drehen des Komponententrägers um die Achse in einer oder mehreren Rastpositionen mit der oder einer der ersten Raststrukturen in einen Rasteingriff bringbar, wodurch der Komponententräger in einer definierten Position positionierbar ist.
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Um eine sichere Positionierung sicherzustellen, müssen die erläuterten zweiten Raststrukturen bzw. diese stützende Federn oder Federarme herkömmlicherweise mit einer beträchtlichen Federkraft vorgespannt werden, die jedoch über die Zeit nachlassen kann. Ferner ist es unvermeidlich, dass die zweite Raststruktur, beispielsweise eine gefederte Kugel, auch außerhalb der Rastposition(en) den Komponententräger auf einer hierfür vorgesehenen Lauffläche bzw. Laufbahn kontaktiert und über diese schleift oder abrollt. Hierdurch können sich sowohl Abnutzungserscheinungen an der zweiten Raststruktur als auch an dem Komponententräger einstellen.
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Beispielsweise in der
DE 10 2009 024 599 A1 ist dieses Problem angesprochen. Wie dort diskutiert, können als zweite Raststrukturen beispielsweise Wälzlager, insbesondere Kugellager, verwendet werden, die einen über Wälzkörper drehbar gelagerten äußeren Ring aufweisen, der auf einer Lauffläche des Komponententrägers abrollt. Hierbei werden zwar die Lauffläche und die ersten Raststrukturen geschont, jedoch das Wälzlager weiterhin belastet.
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In der
JP 2003-090960 A ist ein Objektivrevolver beschrieben, bei dem eine an einer Rastfeder angebrachte Kugel von einem Motor in eine auf einer Lauffläche ausgebildete Rastnut gedrückt wird, wenn der Objektivrevolver eine gewünschte Rastposition erreicht hat. Hierdurch kann die Lauffläche des Komponententrägers geschont werden. Nachteilig an einer derartigen Lösung ist jedoch, dass die von dem Motor ausgeübte Andruckkraft, mit der die Kugel in die Rastnut gedrückt wird, über eine große Zahl an Schaltzyklen präzise konstant gehalten werden muss, um zum einen eine zuverlässige Arretierung des Komponententrägers in den gewünschten Rastpositionen zu gewährleisten und zum anderen eine zu starke mechanische Beanspruchung der Kugel und der die Kugel aufnehmende Rastkerbe zu vermeiden. Außerdem muss der Motor besonders schnell arbeiten, um bei hohen Drehgeschwindigkeiten des Komponententrägers seine Funktion zuverlässig erfüllen zu können. Dieses Ziel lässt sich, wenn überhaupt, nur mit einem technisch aufwändigen und kostspieligen Motor erreichen.
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In der bereits erwähnten
DE 10 2009 024 599 A1 wird dagegen eine Lösevorrichtung vorgeschlagen, die durch eine Steuerung in Abhängigkeit der erfassten Drehstellung des Komponententrägers ansteuerbar ist, und die bewirkt, dass ein entsprechendes zweites Rastelement entgegen der von einem Federarm ausgeübten Andruckkraft von dem Komponententräger abgehoben wird, wenn der Komponententräger gedreht werden soll. Hierdurch kommt es während des Drehens des Komponententrägers zu keiner mechanischen Belastung des zweiten Rastelements, der Lauffläche auf dem Komponententräger, sowie der ersten Rastelemente. Auch gemäß dieser Lösung ist jedoch ein aufwändiger Elektromotor zum Abheben des zweiten Rastelements erforderlich.
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Es besteht daher grundsätzlich der Bedarf nach optischen Geräten mit um eine Achse drehbaren Komponententrägern und entsprechenden Rastelementen, die einfacher und mit geringeren Kosten herstellbar sind und zuverlässiger arbeiten, und bei denen die erläuterten Probleme nicht auftreten.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß wird ein optisches Gerät mit einem um eine Achse drehbaren Komponententräger mit den Merkmalen des Hauptanspruchs vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind jeweils Gegenstand der abhängigen Patentansprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
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Die vorliegende Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass es besonders vorteilhaft ist, ein entsprechendes zweites Rastelement, beispielsweise eine gefederte Kugel oder ein Wälzlager, das an einem Federarm angebracht ist, mittels Magnetkraft an einer oder mehreren Rastposition aktiv in eine oder mehrere erste Raststrukturen, beispielsweise Rastnuten, zu ziehen, anstatt das zweite Rastelement außerhalb der Rastposition(en) motorisch aus der oder den Rastnuten heraus- oder in der Rastposition in diese hineinzudrücken, wie dies der zuvor zitierte Stand der Technik vorschlägt.
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Die Erfindung schlägt dabei ein optisches Gerät mit einem um eine Achse drehbaren Komponententräger zur Aufnahme optischer Elemente und einem gegenüber der Achse drehfest angebrachten Federarm vor. Der Komponententräger weist eine oder mehrere erste Raststrukturen, beispielsweise eine oder mehrere Rastnuten, auf. Der Federarm trägt eine zweite Raststruktur, beispielsweise eine Rastkugel oder ein Wälzlager. Die zweite Raststruktur kann durch Drehen des Komponententrägers um die Achse in einer oder mehreren Rastpositionen mit der oder einer der ersten Raststrukturen in einen Rasteingriff gebracht werden. Insoweit unterscheidet sich der erfindungsgemäß vorgeschlagene Komponententräger nicht von jenen des Standes der Technik.
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Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, dass der Komponententräger und der Federarm zueinander magnetisch komplementäre Elemente tragen, mittels derer der Federarm mit einer magnetischen Anziehungskraft beaufschlagt wird, wenn sich der Komponententräger in der oder einer der Rastpositionen befindet. Mit anderen Worten wird, wie bereits erwähnt, die zweite Raststruktur durch Magnetkraft in die erste(n) Raststruktur(en) gezogen, sobald der Komponententräger die entsprechende(n) Rastposition(en) eingenommen hat.
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Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass weder die zweite Raststruktur, beispielsweise die Rastkugel oder das Wälzlager, verschleißen, wenn der Komponententräger gedreht wird und sich die zweite Raststruktur außerhalb der ersten Raststruktur(en) befindet, noch sich entsprechende Verschleißerscheinungen auf dem Komponententräger selbst, beispielsweise auf einer Lauffläche, wie sie herkömmlicherweise vorgesehen ist, einstellen.
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Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, der dass ein entsprechender Federarm mit geringerer Kraft als im Stand der Technik vorgespannt werden muss. Der Federarm bzw. das Federmaterial wird hierdurch entlastet und Ermüdungserscheinungen werden verhindert. Die Erfindung ermöglicht trotz des Verzichts auf eine aktive Rastabhebung, wie sie beispielsweise in der erwähnten
DE 10 2009 024 599 A1 beschrieben ist, eine exakte und reproduzierbare mechanische Positionierung eines entsprechenden Komponententrägers bzw. der in diesem aufgenommenen optischen Elemente.
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Ist hier von „magnetisch komplementären Elementen“ die Rede, seien hierunter sämtliche Elemente verstanden, zwischen denen sich bei ausreichend naher räumlicher Positionierung eine mechanisch wirksame magnetische Anziehungskraft ausbildet. Magnetisch komplementäre Elemente können beispielsweise zueinander in geeigneter Weise angeordnete Dauermagneten sein, oder Elementpaare aus einem Dauermagneten und einem ferromagnetischen Element, das durch den Dauermagneten angezogen wird. Zueinander magnetisch komplementäre Elemente können an einer Rastposition ein- oder mehrfach vorhanden sein, beispielsweise um eine auf den Federarm ausgeübte Magnetkraft zu verstärken.
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Mit anderen Worten umfassen die zueinander magnetisch komplementären Elemente also vorteilhafterweise Dauermagneten und ferromagnetische Elemente oder einander anziehend angeordnete Dauermagneten. Weil entsprechende Elemente auf dem Komponententräger an einer oder mehreren definierten Positionen angeordnet werden können, stellen diese sicher, dass der Federarm nur an dieser oder diesen Positionen angezogen wird und hier die zweite Raststruktur an dem Federarm mit der ersten Raststruktur des Komponententrägers in Rasteingriff kommt. Außerhalb der definierten Rastposition(en) ist, wie erwähnt, die zweite Raststruktur des Federarms von dem Komponententräger abgehoben bzw. wird allenfalls mit geringer Federkraft an diesen angedrückt.
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Um eine derartige definierte Anziehung sicherzustellen, kann es, insbesondere wenn ein Dauermagnet an dem Federarm angeordnet ist, vorteilhaft sein, wenn der Komponententräger bis auf die Dauermagneten und/oder die ferromagnetischen Elemente im Wesentlichen aus nichtmagnetischem Material besteht. Beispielsweise können als Materialien für den Komponententräger Aluminium, Messing oder geeignete Kunststoffe verwendet werden. Es versteht sich, dass, wenn hier davon die Rede ist, dass der Komponententräger „im Wesentlichen“ aus nichtmagnetischem Material besteht, der Komponententräger an geeigneter Position natürlich magnetische Materialien, beispielsweise zur mechanischen Verstärkung, zur Identifikation bestimmter Positionen und dergleichen, aufweisen kann, soweit diese sich nicht auf den erfindungsgemäß vorgeschlagenen Mechanismus auswirken.
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Besonders vorteilhaft ist ein entsprechendes optisches Element, wenn der Federarm sich über einen Bereich des Komponententrägers erstreckt, wobei wenigstens zwei der magnetisch komplementären Elemente des Federarms und des Komponententrägers, die zuvor erläutert wurden, an der oder den Rastpositionen in Draufsicht entlang einer gedachten Verlängerung der Achse übereinander liegen. Auf diese Weise können die magnetisch komplementären Elemente in enge räumliche Nähe zueinander gebracht und hierdurch eine Magnetkraft maximiert werden.
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Vorteilhafterweise ist in einem entsprechenden optischen Gerät der Federarm, wie erwähnt, derart vorgespannt, dass der Komponententräger durch die zweite Raststruktur nicht berührt wird, wenn sich der Komponententräger nicht in der oder den Rastpositionen befindet. Wie bereits ausführlich erläutert, werden auf diese Weise Verschleißerscheinungen an der zweiten Raststruktur und/oder an dem Komponententräger reduziert.
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Vorteilhafterweise ist die erste Raststruktur oder sind die ersten Raststrukturen des Komponententrägers als Nut oder Nuten ausgebildet, und die zweite Raststruktur umfasst ein vorspringendes Element, insbesondere eine Kugel oder ein Wälzlager. Insbesondere Wälzlager sind zum Einsatz im Rahmen der vorliegenden Erfindung besonders vorteilhaft, weil ein solches Wälzlager aus einer ersten Raststruktur „herausgerollt“ werden kann und diese daher auch über die Zeit nicht oder allenfalls geringfügig abnutzt. Weil außerhalb der Raststruktur(en) vorteilhafterweise kein oder nur ein Kontakt mit einem geringen Anpressdruck zwischen dem Wälzlager und dem Komponententräger besteht, nutzt sich auch das Wälzlager in sehr viel geringerem Maße ab als im zuvor beschriebenen Stand der Technik. Ein Wälzlager zum Einsatz im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann beispielsweise als Kugel-, Zylinderrollen- oder, besonders vorteilhaft, als Nadellager ausgebildet sein.
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Ein entsprechender Komponententräger kommt vorteilhafterweise in einem optischen Gerät zum Einsatz, das einen elektrischen Antrieb für den Komponententräger umfasst. Der Komponententräger weist daher vorteilhafterweise eine Eingriffsstruktur für einen derartigen elektrischen Antrieb auf. Die vorliegende Erfindung entfaltet besondere Vorteile in derartigen elektrisch angetriebenen Komponententrägern, weil hier eine hohe Umschaltgeschwindigkeit und ein häufiger Wechsel der Rastpositionen vorgenommen werden und damit in herkömmlichen Komponententrägern ein hoher Verschleiß auftritt. Die Eingriffsstruktur kann beispielsweise ein peripher an dem Komponententräger umlaufender Zahnkranz sein, mit dem ein durch den elektrischen Antrieb angetriebenes Ritzel kämmt.
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Der Komponententräger kann gemäß bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung als Linsenträger, insbesondere als Objektivrevolver bzw. Vergrößerungswechsler, als Fluoreszenzfilterträger oder Träger anderer Filter und/oder als Blendenträger, beispielsweise für Phasenkontrastblenden, ausgebildet sein. In sämtlichen Anwendungsgebieten entfaltet die vorliegende Erfindung ihre Vorteile. Insbesondere ist das optische Gerät der vorliegenden Erfindung als zusammengesetztes Mikroskop, beispielsweise als Umkehrmikroskop, ausgebildet, und der Komponententräger in einem Beleuchtungsstrahlengang angeordnet.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.
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Figurenbeschreibung
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1A und 1B zeigen eine Anordnung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in Schrägansicht in und außerhalb einer Rastposition.
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2A und 2B zeigen die Anordnung gemäß 1A und 1B in Seiten- und Teilschnittansicht in und außerhalb der Rastposition.
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3 zeigt ein optisches Gerät gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in stark vereinfachter Ansicht.
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Ausführungsformen der Erfindung
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In den 1A und 1B ist jeweils eine Anordnung gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in Schrägansicht gezeigt. Die Anordnung umfasst einen um eine Achse 1 drehbaren Komponententräger 11, der Aufnahmen 12 zur Aufnahme optischer Elemente, beispielsweise von Linsen oder Filtern, eingerichtet ist. In dem Komponententräger 11 sind mehrere erste Raststrukturen 13, hier in Form von Rastnuten, ausgebildet.
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Die in den 1A und 1B gezeigte Anordnung umfasst ferner einen gegenüber der Achse 1 drehfest angebrachten Federarm 14, der eine zweite Raststruktur 15 aufweist, die hier als Wälzlager veranschaulicht ist. Durch Drehen des Komponententrägers 11 um die Achse 1 kann ein Rasteingriff zwischen den ersten Raststrukturen 13 und der zweiten Raststruktur 15 an dem Federarm 14 hergestellt werden.
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In der Darstellung gemäß 1A befindet sich die zweite Raststruktur 15 im Rasteingriff mit einer ersten Raststruktur 13, weil der Komponententräger 11 in eine Rastposition gedreht wurde. In der Darstellung gemäß 1B befindet sich die zweite Raststruktur 15 hingegen neben den ersten Raststrukturen 13, weil der Komponententräger 11 sich nicht in einer Rastposition befindet.
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An dem Federarm 14 und auf dem Komponententräger 11 sind zueinander magnetisch komplementäre Elemente 17 bzw. 16 angeordnet. Wird der Komponententräger 11 in eine Rastposition gedreht, wie in 1A veranschaulicht, liegen das magnetisch komplementäre Element 17 des Federarms 14 und ein entsprechend komplementäres Element 16 des Komponententrägers 11 einander gegenüber, so dass auf den Federarm 14 eine Magnetkraft ausgeübt wird, die die zweite Raststruktur 15 in die erste Raststruktur 13 zieht und damit einen Rasteingriff zwischen der ersten Raststruktur 13 und der zweiten Raststruktur 15 herstellt oder intensiviert.
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Wird der Komponententräger 11 aus der in 1 veranschaulichten Rastposition herausgedreht, wie in 1B veranschaulicht, vergrößert sich der Abstand zwischen den zueinander magnetisch komplementären Elementen 16 bzw. 17, die Magnetkraft verringert sich, und durch eine geeignete Vorspannung eines Federmaterials des Federarms 14 kommt die zweite Raststruktur 15 des Federarms außer Eingriff mit der ersten Raststruktur 13. Wie bereits erwähnt, kann die Vorspannung des Federmaterials des Federarms 14 dabei derart gewählt werden, dass die zweite Raststruktur 15 des Federarms 14 keinen mechanischen Kontakt zu dem Komponententräger 11 mehr hat, wenn dieser aus der Rastposition herausgedreht wurde. Verschleißerscheinungen werden auf diese Weise deutlich verringert.
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Als weiteres Element der in 1A und 1B veranschaulichten Anordnung ist ein elektrischer Antrieb 18 vorgesehen, der ein nicht gesondert bezeichnetes Ritzel trägt und im gezeigten Fall ebenfalls drehfest gegenüber der Achse 1 befestigt ist. Das Ritzel des Elektromotors 18 greift in eine Eingriffsstruktur 19 des Komponententrägers 1 ein, so dass dieser in gedreht werden kann.
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Die 2A und 2B entsprechen den 1A und 1B, jedoch ist die Anordnung in Seiten- und, durch eine Begrenzungslinie 2 abgegrenzt, in Teilschnittansicht dargestellt. Die bereits in 1A und 1B gezeigten Elemente sind mit identischen Bezugszeichen versehen und werden der Übersichtlichkeit halber nicht wiederholt erläutert. Wie in 2A und 2B gezeigt, kann in dem Komponententräger 11 insbesondere ein Magnet oder ferromagnetischer Stift eingebettet sein, dem ein Magnet oder ferromagnetischer Stift an dem Federarm 14 gegenüber liegt. Die Magneten bzw. ferromagnetischen Stifte stellen jeweils die zueinander magnetisch komplementären Elemente 16, 17 dar. Ist der Federarm 14 aus ferromagnetischem Material gefertigt, kann ein ferromagnetischer Stift 17 des Federarms 14 auch einstückig mit dem Federarm ausgebildet sein, was Materialkosten einspart und die Fertigung vereinfacht.
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In 3 ist ein optisches Gerät in Form eines Mikroskops stark vereinfacht Ansicht veranschaulicht und insgesamt mit 10 bezeichnet. Ein entsprechender Komponententräger ist, wie in den vorigen Figuren, mit 11 bezeichnet. Der Komponententräger 11 ist hier als Filterträger in einem Auflichtstrahlengang des optischen Geräts 10 ausgebildet. Optische Elemente, die in dem Komponententräger 11 angeordnet sind, können durch eine Drehung des Komponententrägers 11 mittels des Elektromotors 18 in einen Auflichtstrahlengang 3 des optischen Geräts 10 eingebracht werden. Alternativ oder zusätzlich kann auch ein Komponententräger 11' in Form eines Objektivrevolvers vorgesehen sein, der entsprechende Objektive als optische Elemente 12' trägt. Grundsätzlich kann die Erfindung auch unter Verwendung eines entsprechenden Objektivrevolvers 11' realisiert werden, der sich um eine schräg angeordnete Achse dreht. Auch der Objektivrevolver 11' kann mittels eines geeigneten Elektromotors 18' gedreht werden, so dass ein Objektiv in den Auflichtstrahlengang 3 eingebracht werden kann.
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Bildseitig der Objektive ist in dem optischen Gerät 10 ein Objektträger 4 veranschaulicht, der auf einem Objekttisch 5 mittels eines Koaxialtriebs 6 in x- und y-Richtung bewegt werden kann. Mittels einer Beleuchtungseinheit 7 kann Beleuchtungslicht über einen Strahlteiler 8 in den Auflichtstrahlengang 3 eingekoppelt werden. Über einen Spiegel 9 kann der Strahlengang umgelenkt und durch ein Betrachterauge 20 betrachtbar gemacht werden, wozu vorteilhafterweise weitere optische Elemente, die der 3 nicht gesondert veranschaulicht sind, bereitgestellt sind.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Achse
- 2
- Begrenzungslinie
- 3
- Auflichtstrahlengang
- 4
- Objektträger
- 5
- Objekttisch
- 6
- Koaxialtrieb
- 7
- Beleuchtungseinheit
- 8
- Strahlteiler
- 9
- Spiegel
- 10
- optisches Gerät
- 11
- Komponententräger
- 12
- Aufnahme für optisches Element
- 13
- erste Raststruktur
- 14
- Federarm
- 15
- zweite Raststruktur
- 16, 17
- magnetisch komplementäre Elemente
- 18
- elektrischer Antrieb
- 19
- Eingriffsstruktur
- 20
- Betrachterauge
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009024599 A1 [0006, 0008, 0015]
- JP 2003-090960 A [0007]
