DE19816952A1

DE19816952A1 - Video-Mikroskop

Info

Publication number: DE19816952A1
Application number: DE1998116952
Authority: DE
Inventors: Udo Sonnhof
Original assignee: SPI SCIENT PRECISION INSTR WIS
Current assignee: SPI SCIENT PRECISION INSTR WIS
Priority date: 1998-04-17
Filing date: 1998-04-17
Publication date: 1999-10-21

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Video-Mikroskop, insbesondere für eine Verwendung in der Robotik, mit DOLLAR A einem langgestreckten Gehäuse, das als Hohlkörper mit zwei Enden ausgebildet ist, DOLLAR A einem an dem eigenen Ende des Gehäuses angeordneten Träger für ein Linsensystem zur Abbildung eines in einem Arbeitsabstand befindlichen Objektes, DOLLAR A mindestens einem in dem langgestreckten Gehäuse angeordneten zweidimensionalen CCD-Element. DOLLAR A Das Video-Mikroskop ist dadurch gekennzeichnet, daß DOLLAR A Mittel zum axialen Bewegen des CCD-Elementes entlang des optischen Weges in dem langgestreckten Gehäuse vorgesehen sind, derart, daß die Schärfe des abzubildenden Objektes und/oder die Vergrößerung auf dem zweidimensionalen CCD-Element einstellbar ist, wobei DOLLAR A die Mittel zum axialen Bewegen derart ausgestaltet sind, daß sie im wesentlichen im Rahmen der äußeren Abmessungen des langgestreckten Gehäuses liegen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Video-Mikroskop, insbesondere für eine Verwendung in der Robotik mit einem langgestreckten Gehäuse, das als Hohlkörper mit zwei Enden ausgebildet ist, einer an dem einen Ende des Gehäuses angeordneten Trägereinrichtung für ein Linsensystem sowie mindestens einem in dem langgestreckten Gehäuse angeordneten zweidimensionalen CCD-Element.

Ein derartiges Video-Mikroskop ist beispielsweise aus der US 5 497 267 bekanntgeworden. Das Video-Mikroskop gemäß der US 5 497 267 erlaubt die kontinuierliche Einstellung der Vergrößerung eines zu beobachtenden Objektes in einem breiten Bereich, ohne daß hierfür die Linse ausgetauscht werden muß. Der Linsenträger, in den das Linsensystem eingesetzt ist, kann relativ zu einem Objektträger positioniert werden. Des weiteren ist in dem Gehäuse der Video-Kamera ein zweidimensionales CCD-Element vorgesehen, das entlang der optischen Achse verschoben werden kann, um die entsprechende Vergrößerung einzustellen. Zur axialen Verschiebung des CCD-Elementes in dem Gehäuse ist eine Vorrichtung vorgesehen, die an den Außenseiten des Gehäuses angeordnet ist und so die baulichen Abmessungen des Video-Mikroskopes stark vergrößert. Insbesondere beim Einsatz derartiger Mikroskope in miniaturisierter Form, beispielsweise in der Robotik, sind derartige durch den Verstellmechanismus bedingte Abmessungen nachteilhaft.

Aufgabe der Erfindung ist es somit, ein Video-Mikroskop zu schaffen, das zum einen die Möglichkeit der Einstellung der Vergrößerung wie auch der Schärfe eines Objektes ermöglicht, und bei dem die baulichen Abmessungen so gering als möglich gehalten werden.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das Video-Mikroskop Mittel zum Bewegen des CCD-Elementes in dem langgestreckten Gehäuse umfaßt, derart, daß die Schärfe des Objektes und/oder die Vergrößerung auf dem zweidimensionalen CCD-Element einstellbar ist, wobei die Mittel zum axialen Bewegen derart ausgestaltet sind, daß sie im Rahmen der äußeren Abmessungen des langgestreckten Gehäuses liegen.

Bei einem Einsatz in der Robotik ist es besonders bevorzugt, wenn das langgestreckte Gehäuse, das das CCD-Element trägt, in einem festen Arbeitsabstand zum beobachtenden Objekt angeordnet ist, d. h. ein fester Arbeitsabstand vorgegeben ist, und mit Hilfe der axialen Mittel zum Verschieben des CCD-Elementes die Schärfe des abzubildenden Objektes eingestellt werden kann.

In einer besonders kompakten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß die Mittel zum axialen Bewegen des CCD-Elementes einen in dem langgestreckten Gehäuse axial beweglichen Körper umfassen, an dem das zweidimensionale CCD-Element befestigt ist, wobei der axial bewegliche Körper mindestens eine Bohrung mit Innengewinde umfaßt, in die eine Gewindespindel eingreift.

Die Lagerung der Gewindespindel erfolgt mit Vorteil in einem Radiallager, das im Deckel des der Objektivträgereinrichtung gegenüberliegenden Endes des Gehäuses angeordnet ist.

Eine besonders kompakte Form des erfindungsgemäßen Video-Mikroskopes wird dann erhalten, wenn das langgestreckte Gehäuse als Hohlzylinder ausgebildet ist, wobei der in dem Hohlzylinder bewegliche Körper ein Rundstab bzw. Rundzylinder ist, bei dem die Bohrung mit Innengewinde für die Gewindespindel exzentrisch angeordnet ist.

Um die notwendigen Kabel für das CCD-Bauelement von außerhalb des Gehäuses zum Bauelement zu führen, ist mit Vorteil vorgesehen, daß der Rundstab bzw. Rundzylinder eine zentrische Bohrung zur Durchführung der Kabel für das CCD-Bauteil aufweist.

Besonders bevorzugt ist es, wenn das CCD-Element in einem Kameragehäuse untergebracht ist und das Kameragehäuse wiederum an dem axial bewegbaren Körper, insbesondere dem Rundzylinder, befestigt ist.

Für eine Scharfstellung von außerhalb des erfindungsgemäßen Video-Mikros kopes ist mit Vorteil vorgesehen, daß die Gewindespindel mittels einer am Deckel angeordneten Rändelschraube angetrieben wird, wodurch der Abstand des CCD-Bauelementes gegenüber dem Objektivträger mit Objektiv verändert und so das abzubildende Objekt sowohl scharfgestellt wie auch in seiner Vergrößerung eingestellt werden kann.

In einer vollautomatischen Version ist vorgesehen, anstelle der Rändelschraube einen Elektromotor zum Antrieb der Gewindespindel zu verwenden, insbesondere eignet sich für eine präzise Einstellung der Schärfe als elektrischer Antrieb ein Schrittmotor.

Für eine vollautomatische Ansteuerung des erfindungsgemäßen Video-Mikros kopes sowie eine vollautomatische Bildverarbeitung ist mit Vorteil vorgesehen, den elektrischen Antrieb und/oder das CCD-Bauelement an ein entsprechendes Steuergerät bzw. einen Mikro-Computer anzuschließen.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand der Zeichnung beispielhaft beschrieben werden.

Es zeigt:

Fig. 1 einen Schnitt durch eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Video-Mikroskops.

Das Video-Mikroskop der Erfindung weist ein langgestrecktes Gehäuseteil 1, der vorzugsweise ein Hohlzylinder ist, auf. An dem zu beobachtenden Objekt 3 gegenüberliegenden Ende des Gehäuses 1 ist ein Linsenträgerhalter 5 mit einer Linse 7, die auch ein Linsensystem sein kann, angeordnet.

In vorliegendem Ausführungsbeispiel liegt zwischen zu beobachtendem Objekt 3 und Linse 7 im Bereich von 1 bis 100 mm, vorwiegend im Bereich 10 bis 50 mm.

Bei der dargestellten Version beträgt der Arbeitsabstand zwischen Linse 7 und Objekt 3 22 mm, der Durchmesser des Hohlzylinders 1 liegt in einer Größenordnung von 10 bis 50 mm. Die Länge des Hohlzylinders beträgt 50 bis 500 mm, bevorzugt 50 bis 100 mm.

Das CCD-Bauelement ist in einem Kameragehäuse 9 untergebracht und vorliegend nicht näher dargestellt. Um das Objekt 3 über die Linse 7 auf dem CCD-Bauelement scharf abzubilden, ist dieses mit Hilfe des im Hohlzylinder 1 axial beweglichen Körpers 11 in Richtung der optischen Achse O an das Objektiv heran- und vom ihm wegbewegbar. Des weiteren umfaßt die erfindungsgemäße Videokamera in der dargestellten Ausführungsform, ohne daß dies zwingend notwendig wäre, eine Beleuchtungseinrichtung. Die Beleuchtungseinrichtung kann aus ringförmig um die Linse 7 angeordneten Leuchtdioden 8 bestehen. Neben der Hellfeld- bzw. Dunkelfeldbeleuchtung erlauben die Leuchtdioden wegen ihrer hohen möglichen Taktrate auch eine stroboskopförmige Ausleuchtung des Objektes.

Die Leuchtdioden 8 können beispielsweise in Form eines Kranzes um die Linse 7 angeordnet sein. Der Kranz kann fest oder abnehmbar mit dem Objektivträger bzw. Linsenträger 5 verbunden sein. Für die Kompaktheit des Video-Mikroskopes ist es besonders vorteilhaft, daß die Leuchtdioden 8 innerhalb der Abmessungen des Hohlzylinders 1 in vorliegender Ausführungsform vorgesehen sind.

Der in Gehäuse 1 axial bewegliche Körper 11 ist vorzugsweise ein Hohlzylinder bzw. Rundstab, der oberhalb der Kamera 9 angeordnet ist mit kleiner Toleranz an die Innenbohrung des Gehäuses 1 angepaßt ist und im Hohlzylinder axial beweglich gehalten wird. Der Rundstab 11 umfaßt eine exzentrisch angeordnete Bohrung 13 mit einem nicht näher in dieser Zeichnung dargestellten Innengewinde. In das Innengewinde der Bohrung 13 greift eine Gewindespindel 15 ein. Durch Drehen der Gewindespindel 15 bewegt der Rundstab 11 sich je nach Drehrichtung axial entlang der optischen Achse O in Richtung auf das Objekt zu oder von ihm weg.

Die Kamera 9 ist über Kamerakabel 17 mit dem Rundzylinder verbunden. Das Kabel 17 der Kamera 9 wird durch eine zentrische Bohrung 19 des Rundstabes hindurchgeführt und mittels einer Madenschraube 21 an dem Rundstab befestigt.

Die Gewindespindel 15 wird in einem Radiallager 23 im oberen Deckel 25 des Gehäuses 1 gelagert. Die Gewindespindel 15 kann mittels einer Rändel 27 von außerhalb des Kameragehäuses 1 gedreht und auf diese Art und Weise die Kamera entsprechend positioniert werden. Alternativ zur Rändel 27 ist es möglich, einen elektrischen Antrieb, beispielsweise einen Elektromotor, insbesondere einen Schrittmotor, vorzusehen. Dieser Antrieb kann einen Durchmesser von nur 10 mm aufweisen und ebenfalls am Mikroskopdeckel befestigt werden. Ein derartiges Mikroskop erlaubt es, motorisch die Schärfe und die Vergrößerung des abzubildenden Objektes einzustellen. Der Schriftmotor kann von einem externen Mikro-Computer oder einem Steuergerät angesteuert werden, so daß die gewünschten Vergrößerungen und Schärfen sehr genau und reproduzierbar einstellbar sind. Insbesondere eignet sich eine derartige Video-Kamera für Überwachungsaufgaben in vollautomatischen Robotersystemen.

Die vom CCD-Bauelement aufgenommenen Video-Signale können über das Kamerakabel 17 ebenfalls an eine Rechnereinrichtung übermittelt werden, beispielsweise zur Signalauswertung. Hierfür wird das Kamerakabel 17 durch die Durchführung 29 im Deckelkörper 25 nach außen geführt.

Durch die Erfindung wird erstmals ein System angegeben, mit dem Vergrößerung und/oder Schärfe durch Verschiebung eines CCD-Bauelementes verändert werden können, wobei hierfür keine äußeren Aufbauten notwendig sind, die die Abmessungen des Mikroskopes unnötig vergrößern oder seine, beispielsweise durch ein längliches Gehäuse bestimmte Form, verändern. Da der Verstellmechanismus sich im Inneren des langgestreckten Gehäuses befindet, kann das Mikroskop bei zylindrischer Form beispielsweise sehr leicht in Bohrungen von Robot-Systemen eingebracht werden, wo es durch Verdrehen in die richtige Lage orientiert werden kann.

Claims

1. Video-Mikroskop, insbesondere für eine Verwendung in der Robotik mit

1.1 einem langgestreckten Gehäuse (1), das als Hohlkörper mit zwei Enden ausgebildet ist,
1.2 einer an dem einen Ende des Gehäuses angeordneten Trägereinrichtung für ein Linsensystem (7) zur Abbildung eines in einem Arbeitsabstand befindlichen Objektes,
1.3 mindestens einem in dem langgestreckten Gehäuse angeordneten zweidimensionalen CCD-Element;

das Video-Mikroskop ist dadurch gekennzeichnet, daß

1.4 Mittel zum axialen Bewegen des CCD-Elementes entlang des optischen Weges in dem langgestreckten Gehäuse vorgesehen sind, derart, daß
die Schärfe des abzubildenden Objektes und/oder die Vergrößerung auf dem zweidimensionalen CCD-Element einstellbar ist, wobei
1.5 die Mittel zum axialen Bewegen derart ausgestaltet sind, daß sie im wesentlichen im Rahmen der äußeren Abmessungen des langgestreckten Gehäuses (1) liegen.

2. Video-Mikroskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitsabstand vorgegeben ist und die Mittel zum axialen Verschieben der Einstellung der Schärfe des Objektes dienen.

3. Video-Mikroskop gemäß einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum axialen Bewegen einen in dem langgestreckten Gehäuse (1) axial bewegbaren Körper umfassen, an dem das zweidimensionale CCD-Element befestigt ist, wobei der axial bewegliche Körper mindestens eine Bohrung (13) mit Innengewinde umfaßt, in die eine Gewindespindel (15) eingreift.

4. Video-Mikroskop nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewindespindel (15) im dem Linsensystem (7) gegenüberliegenden anderen Ende des langgestreckten Gehäuses (1) angeordneten Deckelteil mittels eines Radiallagers (23) gelagert wird.

5. Video-Mikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das langgestreckte Gehäuse (1) ein Hohlzylinder ist.

6. Video-Mikroskop nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der im Hohlzylinder angeordnete axial bewegliche Körper ein Rundstab

bzw. Rundzylinder (11) ist, in dem die Bohrung (13) mit Innengwinde exzentrisch angeordnet ist.

7. Video-Mikroskop nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Rundzylinder bzw. Rundstab (11) des weiteren eine zentrische Bohrung (19) aufweist, durch die die zum CCD-Element führenden Kabel hindurchgeführt werden.

8. Video-Mikroskop nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das CCD-Element in einem Kameragehäuse (9) angeordnet ist und das Kameragehäuse an dem axial bewegbaren Körper befestigt ist.

9. Video-Mikroskop nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß an der Gewindespindel (15) eine Rändel (27) zum Verstellen der Gewindespindel angeordnet ist.

10. Video-Mikroskop nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß an der Gewindespindel (15) einen elektrischen Antrieb, insbesondere ein Schrittmotor, zum Verstellen derselben angeordnet ist.

11. Video-Mikroskop nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die CCD-Kamera und/oder der Elektromotor mit einem Mikro-Computer verbunden sind.

12. Video-Mikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Video-Mikroskop eine Beleuchtungseinrichtung umfaßt.