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Die
Erfindung betrifft ein Instrument, das die Bedienung eines Mikrotoms
erleichtert. Das Mikrotom ist ein Gerät zur Herstellung feinster
Schnitte für mikroskopische
Untersuchungen. Die Schnitte müssen
sehr fein und von nahezu gleichförmiger
Dicke sein. Die Erfindung, ein optisches Instrument, erlaubt es
dem Benutzer des Mikrotoms, den zu präparierenden Gewebeblock genauer
als je zuvor möglich
auszurichten.
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Aus
der DE-AS 1 274 814 und der
AT
289 416 ist ein optisches Gerät bekannt, bei dem der Winkel
eines an der Schneidenfläche
eines Messers eines Mikrotoms reflektierten Strahls zu dem zugehörigen emittierten
Strahl gemessen wird, um damit den Schneidenwinkel zu ermitteln.
Die Strahlen müssen daher
völlig
verschieden optischen Achsen folgen, die der Bestimmung dieses Winkels
dienen. Schwenkungen der Anordnung dienen dieser Winkelbestimmung
womit jede Position eine Gebrauchs- bzw. Meßstellung ist. Eine Erfassung
einer Ausrichtung eines zu mikrotomierenden Gewebeblocks ist damit nicht
möglich.
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Die
US 4,377,958 lehrt ein Mikroskop
oder Elektronenmikroskop zum Beobachten der Schnittfläche einer
mikrotomierten Proben anzuordnen. Dabei geht es um eine Betrachtung
und nicht um eine Ausrichtung dieser Schnittfläche.
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Auch
die
DE 24 34 331 A1 lehrt
eine Mikroskopanordnung zur Betrachtung der Anschnittfläche, ohne
daß etwas
an der gegenseitigen Justierung von Messer und Anschnittfläche geändert wird.
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Die
DE 21 43 048 B2 beinhaltet
eine Bildübertragung
eines gefärbten
Schnittes und der Probe, von der der Schnitt stammt, um den interessierenden Teil
der Probe zu bestimmen.
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Somit
ist kein optisches Instrument bekannt, das es erlaubt, den zu mikrotomierenden
Gewebeblock genau auszurichten.
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Obschon
das Mikrotom ein Präzisionsgerät ist, läßt sich
unter normalen Betriebsbedingungen nicht vermeiden, daß wesentliche
Mengen des zuschneidenden Materials verschwendet werden. Das Material
enthält
seltene Proben, von denen viele nicht ohne Weiteres ersetzt werden
können.
Es ist deshalb sehr wichtig, daß möglichst
wenig Material verloren geht.
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Die
Materialien werden zur besseren Erhaltung in Blöcken aufbewahrt, wovon aber
nur feine Schnitte verwendet werden. In typischen Situationen wird
je nur ein einziger Schnitt angestrebt, aber wiederholte Schnitte
sind erforderlich: Wegen Fehlern in der Ausrichtung des Histologieblocks
relativ zum Mikrotom enthalten die ersten Schnitte nur einen Teil der
Blockfläche
und müssen
weggeworfen werden. Erst nach fortgesetztem Schneiden, während der Block
wiederholt dem Messer des Mikrotoms zugeführt wird, erhält man schließlich einen
brauchbaren Schnitt durch den ganzen Block.
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Am
Mikrotom kann zwar- der Probenblock den Wünschen des Benutzers gemäß ausgerichtet werden,
aber das Auge des Benutzers ist nicht genau genug, als daß auf Anhieb
brauchbare Schnitte erzielt werden könnten. Die Folge ist eine erhebliche Verschwendung
des Probenmaterials, von dem einiges höchst wertvoll ist. Man erhält schließlich doch einen
guten Schnitt, weil das Mikrotom seinen Schnitt jeweils parallel
zum vorhergehenden Schnitt macht. Zwei solche Schnitte, die durch
den ganzen Block gehen, ergeben einen brauchbaren Schnitt.
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Die
vorliegende Erfindung kann einen Großteil dieser Verschwendung
vermeiden: Der Benutzer nimmt einen Probeblock aus dem Lager, der
zuvor angeschnitten war und deshalb eine flache Seite hat, spannt
ihn in das Mikrotom und richtet seine flache Seite nach der Schneidefläche des
Mikrotoms mit sehr viel besserer Genauigkeit aus. Typischerweise wird
der dritte Schnitt brauchbar sein, selbst wenn der Schnitt bis auf
4 Mikrometer dünn
sein muß.
Im Vergleich dazu werden fünf
bis sechs Schnitte benötigt,
wenn der Autokollimator nicht angewandt wird.
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Die
Erfindung nutzt den Umstand aus, daß das Ende eines zuvor beschnittenen
Histologieblocks beinahe ganz flach ist. Dieses Ende muß zudem
Licht reflektieren. Wenn die Reflexion nicht stark genug ist, wie
das häufig
der Fall ist, wird durch einen Wassertropfen oder ein doppelseitiges
Klebeband ein dünner
Vorderseitenspiegel mit genau parallelen Oberflächen an der Schnittfläche des
Blocks befestigt.
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Der
Benutzer des Mikrotoms und des Autokollimators installiert zuerst
den Histologieblock im Mikrotom, wobei er das Ende des Blocks so
gut wie möglich
nach der Schneidefläche
ausrichtet. Danach befestigt der Benutzer mit Wasser einen Spiegel
am der Schneidefläche
zugewandten Ende des Blocks.
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Der
Autokollimator wird nun in seine Betriebsposition vor den Block
geschwenkt. Um diesen Schritt zu erleichtern, ist der Autokollimator
stabil am Mikrotom befestigt und mit einem Präzisionslager ausgestattet,
welches ermöglicht,
daß die
optischen Bestandteile des Autokollimators vor dem Block positioniert,
dann wieder entfernt, in eine alternative Position, von wo aus sie
nicht den Gebrauch des Mikrotoms stören, und dann wieder zurück vor den
Block gebracht werden können.
Dieser Prozeß kann
wiederholt ausgeführt
werden, wobei eine Genauigkeit entsprechend der für die Ausrichtung
des Blocks erforderlichen Genauigkeit gewährleistet ist.
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Vorteilhaft
in der Betriebsposition des Autokollimators ist, wenn die optische
Ache des Autokollimators senkrecht zur Schneidefläche des
Mikrotoms steht. Der Autokollimator wird unmittelbar nach seiner
Installation am Mikrotom danach ausgerichtet. Die Erfahrungen waren
bisher, daß es
manchmal (nicht oft) notwendig ist, ihn nachzujustieren.
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Die
vertikalen und horizontalen Positionen der optischen Achsen sind
weniger kritisch als der Winkel. Die optischen Achsen müssen nur
die Schnittfläche
des Histologieblocks treffen, wie dieser am Mikrotom befestigt ist,
damit der von der Lichtquelle des Autokollimators ausgehende Strahl
vom Spiegel am Ende des Blocks reflektiert wird.
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Wenn
der Benutzer von oben auf das Gerät blickt, sieht er eine Milchglasscheibe
mit Fadenkreuz. Wenn sich die Erfindung in der Betriebsposition
befindet, womit die Lichtquelle automatisch angestellt ist, wird
der Benutzer einen Lichtpunkt im Fadenkreuz sehen.
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Eine
Lichtquelle beleuchtet eine Blende, deren Bild als Punkt auf der
Milchglasscheibe mit Fadenkreuz erscheint. Das Licht geht von der
Blende durch einen Strahlenteiler, von einem Objektiv kollimiert,
vom Spiegel am Ende des Blocks reflektiert, und auf dem Rückweg vom
Objektiv über
den Strahlenteiler auf der Milchglasscheibe mit Fadenkreuz abgebildet.
Normalerweise wird der Lichtpunkt nicht am Schnittpunkt des Fadenkreuzes
erscheinen, weil der Spiegel am Blockende nicht parallel zur Schneidefläche des
Mikrotoms ausgerichtet ist.
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Als
nächstes
betätigt
der Benutzer des Mikrotoms die Blockpositionierungseinrichtungen
des Mikrotoms. Die Orientierung des Blockes wird so geändert, bis
der Richtpunkt im Zentrum des Fadenkreuzes liegt.
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Innerhalb
der Genauigkeit des Instruments wird damit die Fläche am Ende
des Histologieblocks parallel zur Schneidefläche des Mikrotoms positioniert.
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Der
Autokollimator wird danach in eine hintere Stellung geschwenkt,
damit die Forderseite des Mikrotoms frei wird und der Benutzer das
Schneiden des Histologieblocks beobachten kann. Damit ist die Anwendung
des Autokollimators abgeschlossen.
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Das
Mikrotom kann nun Schnitte von gleicher Dicke vom Block herstellen.
Das geschieht, indem der Block in genau kontrollierten Abständen in Richtung
Schneidefläche
bewegt wird, ohne daß dabei
die Ausrichtung des Blocks relativ zur Schneidefläche verändert wird.
Wenn der Block die Schneidefläche
erreicht hat, schneidet das Mikrotom, den gewünschten Schnitt produzierend.
Nach jedem Schnitt bewegt das Mikrotom den Block um die gewünschte Dicke
des Schnitts weiter in Richtung Schneidefläche.
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Was
der Autokollimator wirklich anzeigt, ist die Ausrichtung des Blockendes
senkrecht zur optischen Achse des Autokollimators, nicht zur Schneidefläche des
Mikrotoms. Um sicherzustellen, daß bei Positionierung des Punktes
im Zentrum des Fadenkreuzes der Block tatsächlich zur Schneidefläche ausgerichtet
ist, muß der
Autokollimator zuerst kalibriert werden. Dies geschieht wie folgt:
Man schneidet mit dem Mikrotom einen Block Paraffin oder anderes billiges
Material, um eine Oberfläche
parallel zur Schneidefläche
des Mikrotoms zu schaffen. Als nächstes
wird ein Spiegel an der Schnittfläche des Blocks angebracht.
Dann wird der Autokollimator in die Betriebsposition gebracht, schaltet
sich ein und wird relativ zum Mikrotom ausgerichtet, indem die beleuchtete
Blende und ihr Bild von ihrem Erscheinungspunkt aus ins Zentrum
des Fadenkreuzes bewegt wird. Nachdem das vollbracht ist, zeigt
eine Abweichung des Lichtpunktes vom Zentrum des Fadenkreuzes eine
Abweichung zwischen der Ausrichtung des Probeblocks und der Schneidefläche des
Mikrotoms an.
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1 zeigt
einen an einem Mikrotom installierten Autokollimator von rechts,
wenn man die Vorderseite des Mikrotoms aus der Sicht des Benutzers betrachtet.
Die Betriebsposition des Autokollimators ist mit durchgehenden Linien
gezeichnet, und die Verschwenkung zu einer Aus-dem-Weg-Position
ist mit gestrichelten Linien wiedergegeben.
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2 ist
ein Längsschnitt
durch die Mittenebene einer möglichen
Ausführungsform
des Autokollimators aus der gleichen Sicht wie 1,
wobei der Autokollimator zur Mittenebene symmetrisch ist.
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3 ist
ein Diagramm des Strahlengangs des Autokollimators aus der gleichen
Perspektive wie in 2. Zwei Positionen des Spiegels
am Blockende werden gezeigt; senkrecht zur optischen Achse der Erfindung
(Punkt ist zentriert) und nicht ganz senkrecht (Punkt steht nicht
im Zentrum des Fadenkreuzes).
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4 zeigt
die Anzeige für
den Benutzer, das Fadenkreuz, für
beide in 3 gezeigten Situationen, mit
dem Histologieblock sowohl ausgerichtet als auch nichtausgerichtet
zur optischen Achse des Autokollimators.
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1 zeigt
den oberen Teil eines Mikrotoms 1, an dem der Autokollimator
installiert ist. Die Grundplatte 2 mit Präzisionslager
zum Schwenken des Autokollimators ist mit Bolzen (nicht abgebildet)
stabil am Mikrotom befestigt. Der Arm 3 trägt das Autokollimatorfernrohr 4,
wobei beide starr miteinander verbunden sind. Das Autokollimatorfernrohr 4 kann
von Hand aus seiner Betriebsposition (durchgehende Linien) in seine
Verstauposition (gestrichelte Linien) verschwenkt werden.
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Die
Grundplatte 2 und der Arm 3 haben die Funktion,
das Autokollimatorfernrohr 4 zu tragen und dessen optische
Achse in einem definierten Winkel, vorzugsweise senkrecht zur Schneidefläche des
Mikrotoms zu halten; wenn sich der Autokollimator in der Betriebsposition
befindet.
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2 zeigt
aus der gleichen Perspektive wie 1 das Autokollimatorfernrohr 4 im
Schnitt. Das Autokollimatorfernrohr 4 ist im allgemeinen
wie ein Teleskop gebaut. Er enthält
eine Anzahl von Baueinheiten, die in einem Tubus 5 montiert
sind. Die Anordnung der Baueinheiten ist entlang einer mechanischen
und optischen Achse 6, die durchs Zentrum des Tubus 5 läuft. Zusätzliche
Baueinheiten befinden sich in Tubus 7 entlang der optischen
Achse 8, welche die Achse 6 im rechten Winkel
kreuzt.
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Die
notwendigen Einheiten entlang Achse 6 sind: eine Lichtquelle 9,
gezeigt als Glühlampe
mit integrierter Linse, ein Strahlenteiler 11, der von
einer Fassung 12 am Ort gehalten wird, und ein Objektiv 13.
Eine Blende 10 befindet sich in der Brennebene des Objektivs 13.
Der Strahlenteiler 11 ist ein halbdurchlässiger Spiegel,
der die Hälfte
des ankommenden Lichts durchläßt und die
andere Hälfte
reflektiert. Installiert im Winkel von 45 Grad zu Achse 6 definiert der
Strahlenteiler 11 die zweite optische Achse 8.
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Oberhalb
des Strahlenteilers 11, zentriert auf und senkrecht zu
Achse 8, befindet sich der letzte optische Bestandteil,
die Milchglasscheibe 14 mit einer Fadenkreuzmarkierung
darauf und mit verschiedenen Zusatzteilen (mehr von diesen später. 4 zeigt
eine Aufsicht auf das Fadenkreuz der Milchglasscheibe 14 wie
es der Benutzer des Autokollimators sehen würde wen in den Tubus 7 von
oben einblickt.
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3 ist
ein Diagramm des optischen Systems des Autokolimators Licht von
der Blende 10 wird, nachdem es den Strahlteiler 11 passiert
hat, vom Objektiv 13 als kollimiertes Strahlenbündeln in Richtung
des Spiegels 15 ins Unendliche abgebildet.
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Der
Spiegel 15 ist an der Schnittfläche des zuschneidenden Histologieblocks 16 angebracht. Normalerweise
wird Wasser als Haftmittel verwendet werden, weshalb der Spiegel 15 dünn und leicht
sein muß,
um stationär
zu bleiben. Er sollte auch genau parallele Oberflächen haben,
damit die Anzeige nicht verfälscht
erscheint.
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Licht,
das vom Spiegel 15 reflektiert wird, gelangt durch das
Objektiv 13 zum Strahlenteiler zurück, der die Hälfte davon zur
Milchglasscheibe 14 umlenkt. Die Milchglasscheibe mit Fadenkreuz 14 befinddet
sich auch in der Brennebene des Objektivs 13. Das heißt, die
Distanz vom Zentrum des Strahlenteilers 11 zur Platte 14 ist
gleich groß wie
zur Blende 10.
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Zwei
Situationen sind in 3 dargestellt: Wenn der Spiegel 15 senkrecht
zu Achse 6 steht, erscheint das Bild der Blende 10 im
Zentrum 17 des Fadenkreuzes der Milchglasscheibe 14.
Wenn der Spiegel 15 nicht ganz senkrecht zu Achse 6 steht,
erscheint das Bild außerhalb
des Zentrums, z.B. bei 18
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Wenn
ein angeschnittener Histologieblock im Mikrotom angebracht, mit
dem Auge ausgerichtet und mit einem Spiegel 15 bestückt wurde,
und sich der Autokollimator bei eingeschaltenem Licht 9 in
der Betriebsposition befindet, dann wird der Benutzer das Bild der
Blende 10 gewöhnlich
außerhalb
des Zentrums, in Position 18 oder an einem anderen peripheren
Ort vorfinden. Die Bedienungsperson benutzt dann die Blockpositionierungseinrichtungen des
Mikrotoms, um das Bild ins Zentrum 17 des Fadenkreuzes 14 zu
lenken. Damit wird die Schnittfläche
des Blocks parallel zur Schneidefläche des Mikrotoms ausgerichtet.
Die Erfindung kann in die Ruhestellung geklappt und das Mikrotom
zum Schneiden des Blocks 16 benutzt werden.
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All
das kann stattfinden, nachdem der Autokollimator korrekt eingestellt
wurde. Wenn der Autokollimator erstmals an einem Mikrotom befestigt
wird, muß er
entsprechend ausgerichtet werden, daß die Achse 6 möglichst
senkrecht zur Schneidefläche
des Mikrotoms steht. Dazu spannt man einen Block Paraffin in das
Mikrotom ein, erstellt eine Schnittfläche, befestigt den Spiegel 15 an
der Schnittfläche,
dann wird der Autokollimator in der bereits beschriebenen Weise
angewandt, nun aber der Autokollimator und nicht der Block ausgerichtet,
bis das Bild der Blende 10 im Zentrum 17 des Fadenkreuzes
der Milchglasscheibe 14 erscheint.
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Grob-
und Feineinstellungen sind möglich: Eine
Justierschraube 19 kontrolliert die Betriebsposition des
Arms 3 und kann zur Grobjustierung der vertikalen Ebene
verwendet werden. Die Grobeinstellungen der Horizontalen lassen
sich über
das Lockern und dann wieder Festigen der Montierbolzen, die die
Grundplatte 2 am Mikrotom 1 befestigen, bewerkstelligen.
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Eine
Feineinstellungen in beiden Richtungen erreicht man, indem man die
Milchglasscheibe 14 horizontal, relativ zu Achse 8 verstellt.
Die Basis 20 für den
Strichplattenhalter hält
den Fuß des
Strichplattenhalters 21, die Fassung für die Strichplatte 22 und einen
Vorschraubring. Die Basis 20 für den Strichplattenhalter steckt
in einer maschinell am oberen Teil des Tubus 5 angebrachten
Aufnahme. Der Fuß des
Strichplattenhalters 21 ist auf der Oberfläche der Basis 20 verschiebbar
angebracht. Die sich aus dem Fuß 21 und
der des Strichplatte 22 des Strichplattenhalters und einem
Vorschraubring zusammensetzende Baueinheit ist so innerhalb des
Tubus 7 angebracht, daß sie
durch ein System von Justierschrauben und eine Feder verstellt werden
kann.
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Schließlich kann
der Brennpunkt des Bildes der Blende auf der Milchglasscheibe mit
Fadenkreuz 14 verstellt werden, indem man die Fassung der Strichplatte 12 dreht.
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Die
Erfindung wurde mit einer Glühlampe
als Lichtquelle beschrieben. Das ist momentan die beste Methode,
aber die. Erfindung könnte
stattdessen auch mit einem Laser bestückt werden. Bei Einsatz eines
Lasers könnte
auf die Lichtquelle 9 die Blende 10 und das Objektiv 13 verzichtet
werden. Der Laser selbst würde
die Achse 9 bestimmen, was eine genaue Ausrichtung des
Lasers voraussetzen würde.
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Die
Erfindung wurde mit einer einfachen Milchglasscheibe 14 mit
Fadenkreuz (4) als Anzeige für den Benutzer
beschrieben. Das scheint momentan die beste Methode darzustellen,
jedoch könnten
stattdessen auch viele andere Dinge benutzt werden, einschließlich (aber
nicht beschränkt
auf) ein Okular, wie es in vielen optischen Geräten verwendet wird, eine Fernsehkamera
und Anzeigescheiben, die aus anderem Material als Milchglas gemacht
sind.
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Anzumerken
ist an dieser Stelle noch, daß die
optische Achse des Autokollimationsfernrohres nicht exakt senkrecht
zur Schneidefläche
des Mikrotoms ausgerichtet sein muß und dieses in der Regel auch
nicht ist. Es ist lediglich erforderlich, daß das. an der Anschnittfläche oder
einem daran aufgenommenen Spiegel reflektierte Licht wieder vom
Objektiv aufgesammelt und einigermaßen mittig auf der Mattscheibe
fokussiert wird.
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Auch
ist es nicht zwingend erforderlich, daß der Strahlenteiler 11 im
Winkel von 45° zu
den beiden optischen Achsen 6, steht. Es sind vielmehr
auch beliebige andere Winkel denkbar, wobei bei kleineren Winkeln
auch der Winkel zwischen den beiden Tuben 5, 7 entsprechend
kleiner wird. Prinzipiell ist es auch denkbar, auf den Strahlenteiler 11 ganz
zu verzichten und stattdessen die Blende 10 außeraxial
anzuordnen. Die Milchglasscheibe ist dann ebenfalls außeraxial
in der Blendenebene anzuordnen, wobei dann die Beobachtung des Rückreflexes
von vorn, also in Lichtrichtung, erfolgt.
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Ein
wesentlicher Kern der Erfindung ist, daß nach jeder Verschwenkung
des Autokollimators die Arbeitsstellung einfach und mit hoher Genauigkeit wiederauffindbar
ist. Hierzu dient bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel das Präzisionslager
zwischen der Grundplatte 2 und dem Arm 3. Statt
eines eine hohe Präzision
gewährleistenden
Drehlagers können
jedoch auch einfache Drehlager zur Anwendung kommen, wenn gleichzeitig
mit anderen Mitteln die Arbeitsstellung mit hoher Präzision definiert
ist. Denkbar wären
hierzu Einkerbungen in der Grundplatte 2, die mit korrespondierenden
Kugeln am Arm 3 Zwei- oder Dreipunktlagerungen bilden.