DE19530136C1 - Einrichtung zur Fokusstabilisierung in einem Mikroskop - Google Patents
Einrichtung zur Fokusstabilisierung in einem MikroskopInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Fokusstabilisierung in einem
Mikroskop gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Bekannte Mikroskope sind in der Regel mit einem Objektivrevolver ausgestattet,
der eine Mehrzahl von unterschiedlichen Objektiven aufnimmt. Durch Drehen
am Revolver wird das gewünschte Objektiv in den Strahlengang des Mikroskops
eingeschwenkt. Die Fokussierung des Objektivs erfolgt durch eine Bewegung
des Objekttisches entlang der optischen Achse des Mikroskopobjektivs. Dazu ist
am Objekttisch eine Zahnstange fest angeordnet, die auf einem
Antriebszahnrad kämmt. Dieses Antriebszahnrad ist über weitere getriebliche
Mittel mit den außerhalb am Mikroskopkörper vorgesehenen Bedienknöpfen
verbunden. Zusätzlich oder wahlweise kann das Antriebszahnrad auch mit
einem motorischen Antrieb verbunden sein.
In bekannten Mikroskopen sind ferner elektronische Bauteile zur Steuerung von
diversen automatischen bzw. motorischen Mikroskopfunktionen sowie eine
Schaltung zur Strom/Spannungsversorgung der Lichtquelle integriert.
Bedingt durch die Lichtquelle und die integrierten elektronischen Bauteile wird
der Mikroskopkörper während des Betriebes erwärmt.
In der Praxis hat es sich gezeigt, daß sich der Mikroskopkörper bei einer
Erwärmung ausdehnt. Aus dieser Ausdehnung und dem äußerst geringen
Tiefenschärfebereich der Mikroskopobjektive (im µ Bereich) resultiert der
unerwünschte Effekt daß eine Veränderung des Abstandes zwischen dem
Objekttisch mit dem Präparat und dem Mikroskopobjektiv stattfindet und somit
die einmal eingestellte Fokusposition verlorengeht.
Ein Mikroskop mit integierten elektrischen und elektronischen Bauteilen ist aus
der DE 35 20 475 C2 bekannt. Die Erwärmung des Mikroskopkörpers wird bei
diesem Mikroskop dadurch vermieden, daß im Mikroskopstativfuß thermisch
isolierte Kammern zur Aufnahme aller elektrischen und elektronischen Bauteile
vorgesehen sind und die hier erzeugte Wärme über in der Bodenplatte
vorhandene Lüftungsschlitze abgeleitet wird.
Die DE 42 32 079 A1 beschreibt einen piezoelektrischen Translator für den
Objektisch eines konfokalen Mikroskops, der den Objekttisch zentral und
spielfrei bewegt. Ober den piezoelektrischen Translator wird ein radiales
Auswandern des Tisches infolge einer thermischen Drift weitgehend
ausgeschlossen.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine durch die
Wärmeausdehnung des Mikroskopkörpers bedingte Defokussierung in
Z-Richtung ohne zusätzliche, elektronisch gesteuerte Stellglieder zu
kompensieren.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des
Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst. Weitere vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Mit der Erfindung wird erreicht, daß der generelle Aufbau eines bekannten
Mikroskops erhalten bleibt und dabei lediglich durch die beiden an einem Ende
miteinander verbundenen Stäbe mit unterschiedlicher Wärmeausdehnung, eine
Defokussierung einer einmal eingestellten Fokusposition bzw. einer
vorgegebenen, definierten Fokusposition ausgeschlossen wird.
Dabei verhält sich die Einrichtung dynamisch, d. h. mit zunehmender Temperatur
im Mikroskop bzw. Mikroskopstativ und der damit verbundenen zunehmenden
Defokussierung, wird über die beiden Stäbe der entsprechende
Defokussierungsbetrag kompensiert. Über einen großen Temperaturbereich
bleibt der eingestellte Fokus erhalten.
Die beiden Stäbe sind dabei aus Materialien mit unterschiedlichen
Wärmeausdehnungskoeffizienten gefertigt.
Zur genauen Anpassung an die thermischen Verhältnisse im Mikroskopstativ
können die beiden Stäbe auch unterschiedlich lang dimensioniert sein.
Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels mit Hilfe der
schematischen Zeichnung näher erläutert.
Die Zeichnung zeigt ein Mikroskop 1 mit einem Mikroskopkörper 13, einem
Binotubus 14, einem Objektivrevolver 15 mit einem im Wirkstellung befindlichen
Mikroskopobjektiv 2. Unterhalb des Objektivs 2 ist ein Objekttisch 3 zur
Aufnahme eines Präparates in der Objektivachse 22 angeordnet. Das Präparat
wird über eine Beleuchtungseinrichtung 7, die hier als externe Einrichtung
angedeutet ist, durchleuchtet. Dazu ist im Strahlengang bzw. in der optischen
Achse 22 ein Umlenkspiegel 16 angeordnet.
Der Mikroskopkörper 13 weist ferner eine integrierte Kammer 6 zur Aufnahme
von elektronischen Steuerschaltungen und/oder zur Aufnahme einer
Strom/Spannungsversorgung für die Beleuchtungseinrichtung 7 auf.
Der Objekttisch 3 ist fest mit einem Tischwinkel 21 verbunden. Der Tischwinkel
21 ist in Doppelpfeilrichtung entlang der Führungen 17, die fest am
Mikroskopkörper 13 angeordnet sind, zur Fokussierung des Mikroskopobjektivs
2 bewegbar ausgebildet. Der Tischwinkel 21 ist über zwei Schrauben 20 mit
einem ersten Stab 8 fest verbunden. Dieser erste Stab 8 ist vorzugsweise aus
Eisen gefertigt und über eine Schraubverbindung 18 mit einem zweiten Stab 9,
der vorzugsweise aus Aluminium gefertigt ist, verbunden. An dem zweiten Stab
9 ist eine Zahnstange 4 über zwei Schrauben 19 befestigt. Die Zahnstange 4
steht im Eingriff mit einem Antriebszahnrad 5, welches über weitere nicht mit
dargestellte getriebliche Mittel mit externen Bedienknöpfen und/oder einem
motorischen Antrieb verbunden ist.
Die beiden Stäbe 8 und 9 sind gegen ein seitliches Verdrehen bzw. Verschieben
durch eine Schraubverbindung 11 gesichert. Dazu ist in Längsrichtung im
zweiten Stab 9 ein Langloch 12 vorgesehen, durch welches eine Schraube 11
geführt ist. Diese Schraube 11 ist im gegenüberliegenden ersten Stab 8
befestigt. Zur Verminderung der Reibung ist zwischen den beiden Stäben 8 und
9 ein Luftspalt 10 vorgesehen.
Eine Drehbewegung des Antriebszahnrads 5 wird über die Zahnstange 4, die
beiden Stäbe 8 und 9 auf den Tischwinkel 21 mit dem Objekttisch 3 übertragen,
so daß der Objekttisch 3 zur Fokussierung entlang der Objektivachse 22 in
Doppelpfeilrichtung bewegt wird.
Bedingt durch die Wärmeentwicklung der elektronischen Bauteile 6 und der
Beleuchtungseinrichtung 7 erfolgt mit zunehmender Betriebsdauer des
Mikroskops 1 eine Erwärmung des Mikroskopkörpers 13 und somit eine
entsprechende Ausdehnung. Diese Ausdehnung hat zur Folge, daß sich der
Abstand Δl zwischen dem Mikroskoprevolver 15 und dem Objekttisch 3
vergrößert. Durch die äußerst geringen Tiefenschärfebereiche der
Mikroskopobjektive 2 (im µ Bereich) geht bei dieser Abstandsänderung der
eingestellte Fokus verloren.
Zur Kompensation dieser Abstandsänderung ist der Mikroskoptisch 3 mit den
beiden Stäben 8 und 9 verbunden. Durch die unterschiedlichen
Wärmeausdehnungskoeffizienten der verwendeten Stabmaterialien, erster Stab
8 aus Eisen (Wärmeausdehnungskoeffizient 10-6 * 12,1) und zweiter Stab 9 aus
Aluminium (Wärmeausdehnungskoeffizient 10-6 * 23,8) erfolgt eine
Nachführung des Objekttisches 3 in Abhängigkeit von der Temperatur.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel dehnt sich bei Erwärmung der erste Stab 8
in Pfeilrichtung 23 aus, da der zweite Stab 9 über die Zahnstange 4 und das
Antriebsritzel 5 fixiert ist. Gleichzeitig erfolgt eine Ausdehnung des zweiten
Stabes 9. Durch die unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten der beiden
Stäbe 8, 9 ist, bei gleicher Baulänge, der Betrag der Ausdehnung des Stabes 9
größer als der des Stabes 8. Die Differenz der beiden Beträge ergibt eine
Anhebung des Objekttisches 3 in Richtung des Mikroskopobjektivs 2. Dieser
Betrag kann dadurch variiert werden, daß für die beiden Stäbe 8, 9
unterschiedliche Baulängen gewählt werden.
Durch eine entsprechende Wahl der Baulängen der einzelnen Stäbe 8 bzw. 9
und/oder durch die Verwendung von anderen Materialien mit entsprechenden
Wärmeausdehnungskoeffizienten läßt sich eine individuelle, auf die diversen
Mikroskopkörperformen und -größen angepaßte Kompensation der
Defokussierung erreichen.
Bezugszeichenliste
1 Mikroskop
2 Mikroskopobjektiv
3 Objekttisch
4 Zahnstange
5 Antriebszahnrad
6 integrierte elektronische Bauteile
7 Beleuchtungseinrichtung
8 erster Stab
9 zweiter Stab
10 Luftspalt
11 Schraube
12 Langloch
13 Mikroskopkörper
14 Binotubus
15 Objektivrevolver
16 Umlenkspiegel
17 Führung für 3
18 Schraube
19 Schrauben
20 Schrauben
21 Tischwinkel
22 Objektivachse
23 Pfeilrichtung
2 Mikroskopobjektiv
3 Objekttisch
4 Zahnstange
5 Antriebszahnrad
6 integrierte elektronische Bauteile
7 Beleuchtungseinrichtung
8 erster Stab
9 zweiter Stab
10 Luftspalt
11 Schraube
12 Langloch
13 Mikroskopkörper
14 Binotubus
15 Objektivrevolver
16 Umlenkspiegel
17 Führung für 3
18 Schraube
19 Schrauben
20 Schrauben
21 Tischwinkel
22 Objektivachse
23 Pfeilrichtung
Claims (6)
1. Einrichtung zur Fokusstabilisierung in einem Mikroskop (1),
- - mit einem Objektiv (2) und einem Objekttisch (3), der zur Fokuseinstellung durch ein Antriebszahnrad (5) und eine Zahnstange (4) entlang der Objektivachse (22) höhenverstellbar ausgebildet ist,
- - und mit einem Mikroskopkörper (13), in dem elektrische Bausteine (6) und/oder Komponenten für die Objektbeleuchtung Wärme erzeugen und eine wärmebedingte Höhenverschiebung des Objekttisches (3) relativ zu dem Objektiv (3) und damit eine Defokussierung bewirken, dadurch gekennzeichnet,
- - daß zur Kompensation der wärmebedingten Defokussierung zwischen der Zahnstange (4) und dem Objekttisch (3) zwei nebeneinander angeordnete und parallel zu der Zahnstange (4) ausgerichtete Stäbe (8, 9) mit unterschiedlicher Wärmeausdehnung zwischengeschaltet sind,
- - von denen der zweite Stab (9) mit seinem einen Ende fest mit der Zahnstange (4) und mit seinem anderen Ende fest mit dem ersten Stab (8) verbunden ist,
- - und von denen der erste Stab (8) mit seinem freien Ende den Objekttisch (3) trägt und in seiner Wärmeausdehnung der Wärmeausdehnung des ersten Stabes entgegenarbeitet,
- - so daß infolge der unterschiedlichen Wärmeausdehnungen der beiden Stäbe (8, 9) der Objekttisch (3) in seiner Höhe temperaturabhängig nachgeführt wird.
2. Einrichtung zur Fokusstabilisierung in einem Mikroskop (1) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Stab (9) ein größeres
Wärmeausdehnungsvermögen besitzt als der erste Stab (8).
3. Einrichtung zur Fokusstabilisierung in einem Mikroskop (1) nach Anspruch 1
oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verminderung der Reibung der beiden
Stäbe (8, 9) aneinander, die beiden Stäbe (8, 9) voneinander beabstandet sind.
4. Einrichtung zur Fokusstabilisierung in einem Mikroskop (1) nach Anspruch 1
bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Stab (9) aus Aluminium und der
erste Stab (8) aus Eisen gefertigt ist.
5. Einrichtung zur Fokusstabilisierung in einem Mikroskop (1) nach Anspruch 1
bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur seitlichen Führung der beiden Stäbe
(8, 9) aneinander der eine der beiden Stäbe (9) an seinem freien Ende eine
Schraube (11) trägt und der andere der beiden Stäbe (8) ein Langloch (12)
aufweist, in das die Schraube (11) eingreift.
6. Einrichtung zur Fokusstabilisierung in einem Mikroskop (1) nach Anspruch 1
bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Längen der beiden Stäbe (8, 9)
unterschiedlich dimensioniert sind.
Priority Applications (7)
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R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |
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