DE202008006065U1 - Arrangement for controlling the movement of optical assemblies in a microscope - Google Patents
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Abstract
Anordnung
zum Positionieren optischer Komponenten, insbesondere von Linsen,
Linsengruppen (L1...L4), Blenden mit konstanter oder variabler Blendenöffnung,
Prismen oder Spiegeln entlang der optischen Achse eines variablen
Abbildungssystems, umfassend:
– mindestens eine in
Richtung der optischen Achse in mehrere Sollpositionen verschiebbare
optische Komponente,
– eine mit der optischen Komponente
gekoppelte elektronisch ansteuerbare Antriebseinrichtung, und
– eine
mit der Antriebseinrichtung verbundene Ansteuereinheit, wobei
– die
Ansteuereinheit über einen Speicher verfügt, in
welchem Einstellwerte für die Sollpositionen in Zuordnung
zu Kenngrößen des Abbildungssystems, vorzugsweise
in Zuordnung zum Abbildungsmaßstab, gespeichert sind, und wobei
– die
Ansteuereinheit mit einer Befehlseingabeeinheit (BE) verbunden ist,
die ausgebildet ist zur Vorgabe einer Kenngröße
und damit zum Auslösen einer Verschiebung der optischen
Komponente in eine dieser Kenngröße entsprechenden
Sollposition.Arrangement for positioning optical components, in particular lenses, lens groups (L1 ... L4), apertures with constant or variable apertures, prisms or mirrors along the optical axis of a variable imaging system, comprising:
At least one optical component which can be displaced in the direction of the optical axis into a plurality of desired positions,
- An electronically controllable drive device coupled to the optical component, and
- A drive unit connected to the drive unit, wherein
- The drive unit has a memory in which set values for the desired positions in association with characteristics of the imaging system, preferably in association with the magnification, are stored, and wherein
- The drive unit with a command input unit (BE) is connected, which is designed to specify a characteristic and thus to trigger a shift of the optical component in a desired position corresponding to this characteristic.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum Positionieren optischer Komponenten, insbesondere von Linsen, Linsengruppen, Blenden mit konstanter oder variabler Blendenöffnung, Prismen oder Spiegeln auf der optischen Achse eines variablen Abbildungssystems in einem Mikroskop, darunter insbesondere in einem Makroskop.The The invention relates to an arrangement for positioning optical Components, in particular of lenses, lens groups, apertures with a constant or variable aperture, prisms or mirrors the optical axis of a variable imaging system in a microscope, including in particular in a macroscope.
Unter der Bezeichnung Makroskop im Sinne dieser Erfindung ist ein Mikroskop zu verstehen, das durch einen großen Zoombereich zur Beobachtung von Objekten bei großem Arbeitsabstand und in großen Gesichtsfeldern charakterisiert ist. Die erfindungsgemäße Anordnung ist in vorteilhafter Weise zur Variation von Kenngrößen der dazu erforderlichen Abbildungssysteme geeignet, wie Variation des Abbildungsmaßstabes, der Auflösung, des sichtbaren Objektfeldes, der Tiefenschärfe oder der Fokusposition.Under The term macroscope in the sense of this invention is a microscope to be understood by a large zoom range for observation of Objects at high working distance and in large Visual fields is characterized. The inventive Arrangement is advantageously for the variation of characteristics the required imaging systems suitable, such as variation of the magnification, the resolution, the visible Object field, the depth of focus or the focus position.
Mikroskope, darunter insbesondere zweikanaligen Stereomikroskope oder höherauflösende, einkanalige Makroskope, die große Arbeitsabstände und große Objektfelder bieten, werden als Beobachtungsinstrumente bei Manipulations- und Kontrollaufgaben eingesetzt, bei denen der Anwender oft in beiden Händen Instrumente hält. Daher sind die Bedienfunktionen „Zoomen" und „Fokussieren" bei derartigen modernen Mikroskopen grundsätzlich motorisiert, und die Steuerung wird vorwiegend über einen Fußschalter oder andere separate, nach ergonomischen Gesichtspunkten konzipierte Bedienelemente vorgenommen.microscopes, including in particular dual-channel stereomicroscopes or higher resolution, single-channel Macroscopes, the large working distances and large Provide object fields are used as observation instruments in manipulation and control tasks are used, in which the user often in both Hands holding instruments. Therefore, the operating functions "Zoom" and "focusing" in such modern microscopes basically motorized, and the control is mainly via a footswitch or other separate, ergonomically designed Controls made.
Zu optischen Komponenten mit motorisch angetriebenen Bewegungen in Zoom- oder Fokussiersystemen und den dazu erforderlichen ansteuerbaren Antrieben sind bereits verschiedenartige Lösungsvorschläge bekannt.To optical components with motor driven movements in Zoom or focusing systems and the required controllable Drives are already various solutions known.
Klassische
Lösungen für motorisierte Zoomantriebe, beispielsweise
für Stereomikroskope, Operationsmikroskope oder auch Makroskope,
nutzen zur Steuerung der Bewegung der betreffenden optischen Glieder
mathematisch vorbestimmte, an Scheiben ausgebildete zweidimensionale
oder an Trommeln ausgebildete dreidimensionale Kurven. So werden
beispielsweise bei den Makroskop-Systemen Z6 APO A und Z16 APO A
der Firma Leica Microsystems, Deutschland, Linsenglieder nach einem
Führungsprinzip bewegt, das auch in
Solche
Anordnungen sind nachteiligerweise nicht nur aufwendig und teuer,
es ist damit aufgrund von fertigungs- und verschleißbedingten
Toleranzen auch nur eine begrenzte Genauigkeit erzielbar. Das Prinzip
einer derartigen Lösung ist in
Anders
dagegen in
In
Auch diese vorstehend zitierten Lösungen sind aufgrund ihres immer noch hohen Anteiles an mechanischen Präzisionsbaugruppen verhältnismäßig aufwendig und teuer und auch toleranzbehaftet.Also These solutions cited above are due to their still high proportion of precision mechanical assemblies relatively expensive and expensive and also tolerant.
Von diesem Stand der Technik ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein wenig aufwendiges, dabei kostengünstig realisierbares und mit hoher Genauigkeit arbeitendes Prinzip für die Bewegung optischer Komponenten in variablen Abbildungssystemen zu schaffen.From Based on this prior art, the invention has the object underlying, a little expensive, while cost feasible and high accuracy principle for the movement optical components in variable imaging systems.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst mit einer Anordnung zum Positionieren optischer Komponenten, insbesondere von Linsen, Linsengruppen, Blenden mit konstanter oder variabler Blendenöffnung, Prismen oder Spiegeln auf der optischen Achse eines variablen Abbildungssystems, umfassend:
- – mindestens eine in Richtung der optischen Achse in mehrere Sollpositionen verschiebbare optische Komponente,
- – eine mit der optischen Komponente gekoppelte elektronisch ansteuerbare Antriebseinrichtung, und
- – eine mit der Antriebseinrichtung verbundene Ansteuereinheit, wobei
- – die Ansteuereinheit über einen Speicher verfügt, in welchem Einstellwerte für die Sollpositionen in Zuord nung zu Kenngrößen des Abbildungssystems, vorzugsweise in Zuordnung zum Abbildungsmaßstab, gespeichert sind, und wobei
- – die Ansteuereinheit mit einer Befehleingabeeinheit verbunden ist, die ausgebildet ist zur Vorgabe einer Kenngröße und damit zum Auslösen einer Verschiebung der optischen Komponente in eine dieser Kenngröße entsprechende Sollposition.
- At least one optical component which can be displaced in the direction of the optical axis into a plurality of desired positions,
- - An electronically controllable drive device coupled to the optical component, and
- - A drive unit connected to the drive unit, wherein
- - The drive unit has a memory in which set values for the desired positions in association with characteristics of the imaging system, preferably in association with the magnification, stored, and wherein
- - The drive unit is connected to a command input unit, which is designed to specify a characteristic and thus to trigger a shift of the optical component in a target position corresponding to this parameter.
Im Rahmen der Erfindung liegen beispielsweise auch Ausgestaltungen, bei denen die Einstellwerte für die Sollpositionen nicht nur in Zuordnung zum Abbildungsmaßstab des Abbildungssystems, sondern auch in Zuordnung zu Kenngrößen wie Auflösung, sichtbares Objektfeld, Tiefenschärfe, prozentuale Lichtintensitäten oder Fokusposition gespeichert sind.In the context of the invention, for example also embodiments in which the set values for the target positions are not only stored in association with the imaging scale of the imaging system, but also in association with parameters such as resolution, visible object field, depth of field, percentage light intensities or focus position.
Vorteilhaft im Hinblick auf die Minimierung der Speicherkapazität sind auch Ausgestaltungen, bei denen die Ansteuereinheit mit einer Rechenschaltung ausgestattet ist zur Ermittlung von aktuell eingestellten Kenngrößen wie Abbildungsmaßstab, Auflösung, sichtbares Objektfeld, Tiefenschärfe, prozentuale Lichtintensitäten oder Fokusposition in Abhängigkeit von den für die optischen Komponenten vorgegebenen Sollpositionen.Advantageous in terms of minimizing storage capacity also embodiments in which the drive unit with an arithmetic circuit is equipped to determine currently set parameters like magnification, resolution, visible object field, Selective focus, percentage light intensities or Focusing position depending on the for the optical components predetermined target positions.
In einer Ausgestaltung, die insbesondere zur Justierung der Positionen von entlang der optischen Achse verschiebbaren optischen Komponenten in Abbildungssystemen anwendbar ist, verfügt die erfindungsgemäße Anordnung über eine Einrichtung, die ausgebildet ist
- – zum Messen einer real eingestellten Kenngröße,
- – zur Korrektur von Abweichungen zwischen dem Istwert einer Kenngröße und dem Sollwert einer Kenngröße durch Änderung von Position der optischen Komponente, bis der Sollwert der Kenngröße eingestellt ist, und
- – zur Speicherung der Position der optischen Komponente als Sollposition in Zuordnung zu dem Sollwert der Kenngröße.
- - to measure a real set parameter,
- - To correct for deviations between the actual value of a parameter and the desired value of a characteristic by changing the position of the optical component until the target value of the characteristic is set, and
- - For storing the position of the optical component as a target position in association with the target value of the characteristic.
Damit ist ein regelndes Bewertungssystem gegeben, durch das die Sollpositionen bestimmt und eingespeichert werden. Im späteren Gebrauch werden diese so ermittelten Sollpositionen dann aus dem Speicher ausgelesen, nach dem Prinzip der Steuerung für das Abbildungssystem vorgegeben und eingestellt.In order to is given a regulatory rating system by which the target positions be determined and stored. In later use These set positions determined in this way are then removed from the memory read out, according to the principle of control for the imaging system preset and set.
So liegen sinngemäß apparate- bzw. systemkorrigierte „virtuelle" Steuerkurven für die optischen Komponenten vor, die sich spontan zu beliebigen Zeitpunkten überprüfen lassen. Bei der Überprüfung festgestellte Abweichungen von den Systemparametern sind durch einfache Korrektur der gespeicherten Werte kompensierbar. In anderen Worten: falls erforderlich kann das Abbildungssystem in einfacher Weise neu justiert werden.So are analogously apparatus- or system-corrected "virtual" Cams for the optical components in front of themselves be checked spontaneously at any time. Deviations detected during the check of the system parameters are stored by simple correction of Values can be compensated. In other words: if necessary the imaging system can be easily readjusted.
Außerdem besteht ein wesentlicher Vorteil darin, daß die als Software vorliegende, dem konkret ausgeführten Abbildungssystem zugeordnete „virtuelle" Steuerkurve jederzeit und beliebig oft neu eingespeichert werden kann, beispielsweise auch dann, wenn die Ansteuereinheit ersetzt werden muß. Es ist lediglich erforderlich, eine Sicherungskopie der Einstellwerte aufzubewahren oder vom Hersteller des Mikroskops abzurufen.Furthermore There is a significant advantage in that as software present, the specifically executed imaging system assigned "virtual" cam at any time and arbitrarily can often be re-stored, for example, even if the control unit must be replaced. It's just necessary to keep a backup copy of the settings or call the manufacturer of the microscope.
Vorteilhaft ist das variable Abbildungssystem mit zwei oder mehr auf der optischen Achse verschiebbaren optischen Komponenten ausgestattet, und es kann eine separate Ansteuerung jeder einzelnen optischen Komponente vorgesehen sein. Denkbar ist jedoch auch eine Ansteuerung von mindestens zwei der optischen Komponenten gemeinsam, wobei diese dann bei ihrer Bewegung starr miteinander gekoppelt sind.Advantageous is the variable imaging system with two or more on the optical Axis sliding optical components equipped, and it can be a separate control of each individual optical component be provided. However, it is also conceivable to control at least two of the optical components together, which then at their Movement are rigidly coupled together.
Als Ansteuereinheit können ein Personalcomputer (PC) und als Befehlseingabeeinheit eine an den PC angeschlossene PC-Tastatur, eine PC-Maus, ein Scrollrad, eine Tastschirmfolie oder ein an Mikroskopen übliches Bedienelement vorgesehen sein.When Control unit can be a personal computer (PC) and as Command input unit a PC keyboard connected to the PC, a PC mouse, a scroll wheel, a touchscreen slide or a microscope Be provided control.
Besonders vorteilhaft sind als Antriebseinrichtungen direkte motorische Linearantriebe, insbesondere in Form von Aktuatoren oder Steppern, vorgesehen.Especially advantageous as drive devices direct motor linear drives, especially in the form of actuators or steppers provided.
Von Vorteil ist es weiterhin, wenn die erfindungsgemäße Anordnung mit einem Anzeigeelement ausgestattet ist, auf welchem eine jeweils vorgegebene und/oder gemessene, d. h. real eingestellte Kenngröße visuell wahrnehmbar angegeben ist.From It is also advantageous if the inventive Arrangement is equipped with a display element on which a given and / or measured, d. H. real set Characteristic is given visually perceptible.
Weiterhin ist es empfehlenswert, die Positionsänderungen der optischen Komponenten mittels der Ansteuereinheit so zu veranlassen, daß eine lineare Änderung Δβ des Abbildungsmaßstabes β erfolgt. Es kann mit der Positionsänderung der optischen Komponenten auch eine gleichmäßige Zoomverstellgeschwindigkeit vβ vorgegeben sein und so die Bedingung Δβ/Δt = constant erfüllt werden.Farther It is recommended to change the position of the optical To cause components by means of the drive unit so that a linear change Δβ of the magnification β. It can with the change in position of the optical components also a uniform Zoomverstellgeschwindigkeit vβ be given and so the condition Δβ / Δt = constantly fulfilled.
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, auf Scheiben oder Trommeln, an denen die Steuerkurven ausgebildet sind, damit zugleich auf möglichst viele mechanische und fehlerbehaftete Bauelemente zur Bewegungsübertragung zu verzichten und statt dessen die Bewegung der optischen Komponenten mit der Ansteuerung elektrischer Direktantriebe, wie z. B. Aktuatoren oder sogenannte „Stepper", auszulösen. Unter Direktantrieben im Sinne der vorliegenden Erfindung sind beispielsweise Linearantriebe mit einer der angestrebten Präzision der Positionsänderung entsprechenden Schrittauflösung zu verstehen.Of the Invention is based on the idea on discs or drums, where the cams are formed, so at the same time as many as possible mechanical and faulty components for the transmission of motion to renounce and instead the movement of the optical components with the control of electrical direct drives, such. B. actuators or so-called "stepper", under direct drives For the purposes of the present invention, for example, linear drives with one of the desired precision of the position change to understand corresponding step resolution.
Die aus der Optikberechnung vorliegenden Stützstellen der mathematisch ermittelten Steuerkurve, beispielsweise eines mikroskopischen Zoomsystems, sind als programmierte Werte in Speicherelementen, z. B. EPROM oder PC-Speichermedien, abgelegt. Beim Betätigen des elektrischen Zoom-Bedienelementes werden die elektrischen Antriebe für alle verschiebbaren Komponenten gleichzeitig so angesteuert, dass die Komponenten pro Zeiteinheit je nach mathematisch ermittelter Kurve eine unterschiedliche Entfernung entlang der optischen Achse des Zoomsystems zurücklegen. Dies wird zum Beispiel bei Verwendung von Schrittantrieben erreicht, indem mittels der Ansteuereinheit für die betreffenden Antriebe eine unterschiedliche Anzahl von Einzelschritten vorgegeben wird.The interpolation points of the mathematically determined control curve, for example of a microscopic zoom system, which are available from the optical calculation, are stored as programmed values in memory elements, eg. As EPROM or PC storage media stored. When you press the electrical zoom control, the electric drives for simultaneously controls all displaceable components such that the components travel a different distance along the optical axis of the zoom system per unit of time depending on the mathematically determined curve. This is achieved, for example, when using stepper drives by specifying a different number of individual steps by means of the drive unit for the respective drives.
Damit erreichen die bewegten Komponenten in diskreten Einzelschritten, die je nach gewünschter Zoomauflösung kleiner oder größer sein können, ihre nach optischer Rechnung beziehungsweise nach zugehörigem Datenblatt einzustellenden Sollpositionen.In order to reach the moving components in discrete steps, depending on the desired zoom resolution smaller or greater, theirs after optical Invoice or according to the corresponding data sheet Target positions.
Werden dagegen als elektrische Antriebe geregelte Gleichstrommotoren verwendet, ist zum Erreichen der Sollpositionen mindestens ein zusätzliches Meßsystem erforderlich, das die jeweils erreichte Istposition erfaßt, den erfaßten Wert mit der zu erreichenden Sollposition vergleicht und eine Korrektur veranlaßt, wenn die Sollposition noch nicht erreicht ist. Ein solches Prinzip der Regelung ist technisch aufwendiger und langsamer als die erfindungsgemäße Steuerung ohne Regelschleife und ohne erforderliches Meßsystem.Become whereas electric drives use regulated DC motors, is to achieve the desired positions at least one additional Measuring system required, which is the actual position reached detected, the detected value with the reached Compare target position and causes a correction, if the target position has not yet been reached. Such a principle of Control is technically more complex and slower than the invention Control without control loop and without required measuring system.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, daß die optische Justierung des variablen Abbildungssystems mittels der elektrischen Antriebe erfolgen kann, d. h. die vorgegebene mathematische Sollkurve, die im Speicher vorliegt, kann im Einzelschrittbetrieb während der optischen Systemjustierung geändert werden.One Another advantage of the solution according to the invention is that the optical adjustment of the variable Imaging system can be done by means of electric drives, d. H. the predetermined mathematical setpoint curve, which is present in the memory can in single-step operation during optical system adjustment be changed.
Hierzu wird beispielsweise der Zoombereich durchgefahren und es wird überprüft, ob eine mögliche Fokussierabweichung noch innerhalb des Tiefenschärfenbereiches liegt. Dies kann durch subjektive Bildbeurteilung vorgenommen werden, oder auch durch objektive Messung, beispielsweise über Kontrastmessung an einem Testobjekt mittels einer CCD-Kamera im Abbildungsstrahlengang oder mit einer optischen Wellenfrontanalyse, zu der Wellenfrontsensoren genutzt werden können. Auf diese Weise sind hohe Justiergenauigkeiten möglich, d. h. restliche Fokusabweichungen können praktisch vollständig eliminiert werden.For this For example, the zoom area is scrolled through and it is checked whether a possible Fokussierabweichung still within the Depth of field range is. This can be done by subjective Image assessment, or by objective measurement, for example via contrast measurement on a test object by means of a CCD camera in the imaging beam path or with a optical wavefront analysis, using wavefront sensors can be. In this way, high Justiergenauigkeiten possible, d. H. remaining focus deviations can almost completely eliminated.
Falls eine Fokusabweichung festgestellt wird, werden die Verstellwerte für die betreffenden Antriebe automatisch oder durch manuell ausgeführte Korrektur so geändert, daß die Abweichung beseitigt und damit der Apparatefehler beho ben wird. Die neuen Einstellwerte für die betreffenden Antriebe werden als Sollpositionen abgespeichert.If a focus deviation is detected, the adjustment values for the respective drives automatically or by manual executed correction changed so that the Deviation eliminated and thus the apparatus error is obo. The new settings for the respective drives are stored as nominal positions.
Besonders vorteilhaft ist eine hochgenaue Vermessung beispielsweise des tatsächlich vorhandenen Abbildungsmaßstabes und der Vergleich des Ergebnisses mit einem vorgegebenen Abbildungsmaßstab und eine nachfolgende Korrektur der im Speicher abgelegten Werte für die Sollpositionen.Especially advantageous is a highly accurate measurement, for example, the actual existing magnification and the comparison of the result with a given magnification and a subsequent magnification Correction of the values stored in memory for the target positions.
Derartige
Korrekturen sind bei herkömmlichen Kurvenantrieben, wie
in
Liegen die mathematisch ermittelten Sollkurven in der beschriebenen Weise gespeichert vor, kann die Korrektur vorteilhaft über einen externen Rechner, der ohnehin für die werksseitige Systemprogrammierung benutzt wird, durchgeführt werden.Lie the mathematically determined desired curves in the manner described stored before, the correction can be beneficial over one external computer, anyway for the factory system programming is used.
Nach der Korrektur eines optischen Apparatefehlers vom externen Rechner aus erfolgt dann die Eingabe eines geänderten Datensatzes, in dem die korrigierten Funktionswerte bzw. Wertepaare berücksichtigt sind, in einen Speicherbaustein, der anschließend in das Mikroskop, bevorzugt Makroskop, eingesetzt wird. Damit werden jedem ausgeführten Mikroskop bzw. Makroskop individuelle und jederzeit, soweit erforderlich, korrigierbare „virtuelle" Steuerkurven zugeordnet und dem Anwender mitgeliefert, so daß gegenüber den mit mechanischer Kurvensteuerung ausgestatteten Geräten eine neue Qualität der Justierbarkeit und Funktionsgenauigkeit erreicht wird.To the correction of an optical device error from the external computer from then the entry of a changed data record, in which the corrected function values or value pairs are taken into account are in a memory chip, which subsequently in the Microscope, preferably macroscope, is used. This will be for everyone executed microscope or macroscope individual and anytime, as necessary, correctable "virtual" Cams assigned and supplied to the user, so that opposite the devices equipped with mechanical curve control a new quality of adjustability and functional accuracy is reached.
Dies macht sich wegen der stark minimierten Defokus-Restfehler auch bei hochzoomigen Systemen in extrem scharfen und kontrastreichen Bildern bei hochgenauer Einhaltung des Abbildungsmaßstabes und damit der Vergrößerung β über den gesamten Zoombereich bemerkbar und ist von bedeutendem Nutzen für die Anwender der so ausgestatteten Mikroskope.This makes up for the greatly minimized defocus residual errors as well high-zoom systems in extremely sharp and high-contrast images highly accurate adherence to the reproduction scale and thus the magnification β over the entire zoom range noticeable and is of significant use for the users of the so equipped microscopes.
Es ist bekannt, daß hochzoomige Systeme komplizierte Kurven, lange Verstellwege und meist mehr als zwei bewegliche Linsengruppen und/oder Blenden erfordern und daher mit ausschließlich mechanischen Mitteln nur mit sehr hohem technischen Aufwand oder überhaupt nicht mehr realisierbar sind. Dieses Problem wird mit der erfindungsgemäßen Anordnung gelöst.It it is known that high-speed systems have complicated curves, long adjustment paths and usually more than two movable lens groups and / or diaphragms and therefore with exclusively mechanical means only with very high technical effort or at all are no longer feasible. This problem is solved with the invention Arrangement solved.
Die Erfindung wird nachfolgen anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:The Invention will follow on the basis of embodiments explained in more detail. In the accompanying drawings demonstrate:
In
Auf einer Führung F sind die Linsengruppen L1, L2, L3 des Zoomsystems angeordnet. Die Linsengruppe L3 ist hier feststehend, die Linsengruppen L1 und L2 sind verschiebbar ausgebildet. Die Linsengruppen L1 und L2 sind über Gelenke G mit einem Kniehebelsystem KH verbunden, das über eine Andruckrolle A an eine Kurvenscheibe KS angelenkt ist, die gestellfest am Makroskop-Gehäuse (zeichnerisch nicht dargestellt) angeordnet ist.On a guide F are the lens groups L1, L2, L3 of the zoom system arranged. The lens group L3 is fixed here, the lens groups L1 and L2 are designed to be displaceable. The lens groups L1 and L2 are connected via joints G with a toggle lever system KH, the hinged via a pinch roller A to a cam KS is, the frame fixed to the macroscope housing (not graphically shown) is arranged.
Die Linsengruppe L1 ist mit einer Zahnstange Z starr verbunden, die über ein auf einer Motorwelle sitzendes antreibendes Ritzel R1 und ein Ritzel R2 verstellt wird, d. h. über die rotatorische Motorbewegung wird über die Ritzel-Zahnstange-Kombination die angekoppelte Linsengruppe L1 linear verschoben. Diese Bewegung wird auch auf das angekoppelte Kniehebelsystem KH übertragen, das seinerseits die Linsengruppe L2 in Bewegung versetzt.The Lens group L1 is rigidly connected to a rack Z, which a seated on a motor shaft driving pinion R1 and a Pinion R2 is adjusted, d. H. about the rotary motor movement is coupled via the pinion-rack combination Lens group L1 shifted linearly. This movement is going on too transferred the coupled toggle lever system KH, in turn, the Lens group L2 set in motion.
Aufgrund der Kurvenform, mit der die Kurvenscheibe KS versehen ist, wird die Bewegung des Kniehebelsystems KH und damit die Verstellbewegung der Linsengruppe L2 mit einer nicht linearen mathematischen Funktion als sogenannter mechanischer Bewegungsausgleich gesteuert.by virtue of the waveform with which the cam KS is provided is the movement of the toggle lever system KH and thus the adjustment movement the lens group L2 with a non-linear mathematical function controlled as so-called mechanical motion compensation.
Eine
erste Ausführung eines erfindungsgemäßen
Zoomsystems mit mechanischem Ausgleich, beispielhaft für
ein einkanaliges Makroskop mit einem großen Zoombereich,
ist in
Hierbei sind 5 Linsengruppen L1...L5 auf einer Führung F angeordnet. Während die Linsengruppe L1 und L5 gestellfest angeordnet sind, werden die Linsengruppen L2, L3 und L4 nach definierten Kurvenbahnen bewegt und über die jeweiligen Mitnehmer M, Spindelmuttern SM und Spindeln S von zugeordneten Linearantrieben LA1, LA2 und LA3 angetrieben, die sich innerhalb des Zoomsystems befinden und in parallel zur Führung F verlaufenden Richtungen angeordnet sind.in this connection 5 lens groups L1 ... L5 are arranged on a guide F. While the lens group L1 and L5 arranged fixed to the frame are, the lens groups L2, L3 and L4 according to defined curved paths moved and over the respective driver M, spindle nuts SM and spindles S of associated linear actuators LA1, LA2 and LA3 driven, which are located within the zoom system and arranged in parallel to the guide F extending directions are.
Zur Gewährleistung eines präzisen Laufes sind die Linearantriebe LA1, LA2, LA3 jeweils zwischen den Spitzen der Spindeln S und den zugehörigen, gestellfest angeordneten Motorkörpern fluchtend gelagert. Aufgrund der Rotation der Spindeln S wird mittels der jeweiligen Spindelmutter SM eine lineare Verschiebung der Linsengruppen L2, L3, L4 erzeugt. Die Linearantriebe LA1, LA2, LA3 sind mit einer Ansteuereinheit AE verbunden, die ihrerseits mit einer Eingabeeinheit EE in Verbindung steht.to Ensuring a precise run are the Linear drives LA1, LA2, LA3 each between the tips of the spindles S and the associated, fixed to the frame arranged engine bodies in alignment. Due to the rotation of the spindles S is by means of the respective spindle nut SM, a linear displacement of the lens groups L2, L3, L4 generated. The linear actuators LA1, LA2, LA3 are equipped with a Drive unit AE connected, in turn, with an input unit EE is related.
Es liegt im Rahmen der Erfindung, wenn die gleichen linearen Bewegungen der Linsengruppen L2, L3, L4 bei feststehenden Spindeln S und verdrehgesicherten, sich mit der jeweils zugeordneten Linsengruppe L2, L3 oder L4 bewegenden Motorkörpern erzeugt werden.It lies within the scope of the invention, when the same linear movements the lens groups L2, L3, L4 with fixed spindles S and rotation-secured, moving with the respective associated lens group L2, L3 or L4 Motor bodies are generated.
Eine
sehr vorteilhafte Ausführung eines erfindungsgemäßen
einkanaligen Zoomsystems mit optischem Ausgleich, ebenfalls beispielhaft
für ein einkanaliges Makroskop, ist in
Bei dieser Ausführung sind zwei bewegliche Linsengruppen L1 und L3 über eine Koppel K starr miteinander verbunden. Die Koppel K steht mit einer Spindelmutter SM in Verbindung, die von einer Spindel S, die Teil eines Linearantriebes LA mit feststehendem Motorkörper ist, angetrieben wird.at In this embodiment, two movable lens groups L1 and L3 rigidly connected to each other via a coupling K. The coupling K is connected to a spindle nut SM, the from a spindle S, which is part of a linear actuator LA with fixed Engine body is driven.
Zwischen den Linsengruppen L1 und L3 kann ein Spielausgleich, z. B. über Zugfeder, vorgesehen sein. Das hier gezeigte viergliedrige, durch die Führung F fluchtende Zoomsystem besteht neben den beweglichen Linsengruppen L1 und L3 aus den feststehenden Linsengruppen L2 und L4, wobei L2 zwischen L1 und L3 angeordnet ist. Die mechanisch-optische Justierung dieses Zoomsystems kann im Gegensatz zur Justierung von Zoomsystemen mit mechanischem Ausgleich nicht über den Linearantrieb LA erfolgen, da hier aufgrund ihrer starren Kopplung keine Relativbewegungen zwischen den Linsengruppen L1 und L3 mit dem Linearantrieb LA erzeugt werden kann.Between the lens groups L1 and L3 can play compensation, z. B. over Tension spring, be provided. The four-limbed, shown here by The guide F aligned zoom system is in addition to the movable Lens groups L1 and L3 from the fixed lens groups L2 and L4, where L2 is located between L1 and L3. The mechanical-optical Adjustment of this zoom system, in contrast to the adjustment of Zoom systems with mechanical compensation not over the Linear actuator LA done because here due to their rigid coupling no relative movements between the lens groups L1 and L3 with the linear actuator LA can be generated.
Hier werden beide starr gekoppelten Linsengruppen L1 und L3 vorteilhaft mit der gleichen mathematischen linearen oder nichtlinearen Steuerkurve angetrieben, wobei der Antrieb nach einer linearen Steuerkurve mit dem sogenannten optischen Ausgleich erfolgt und der Antrieb nach einer nichtlineare Steuerkurve einem Antrieb mit dem mechanischem Ausgleich entspricht.Here For example, both rigidly coupled lens groups L1 and L3 are advantageous driven by the same mathematical linear or nonlinear control cam, the drive according to a linear cam with the so-called optical compensation takes place and the drive for a non-linear control curve corresponds to a drive with the mechanical compensation.
Zoomsysteme
nach dem Stand der Technik mit mechanischem Ausgleich und manueller
Bedienung bzw. mit angesetztem Antriebsmotor besitzen konstruktionsbedingt
eine nicht lineare Zoomskala. Eine Drehung des Zoomknopfes um einen
gleichen Winkelbetrag bewirkt eine unterschiedlich große Änderungen
der Vergrößerung β, d. h. die Zoomgeschwindigkeit
vβ ist nicht linear, und die Änderung Δβ der
Vergrößerung β pro Zeiteinheit Δt
ist nicht konstant, wie aus dem oberen Diagramm in
Diese Eigenschaft des Zoomsystems ist je nach Größe der Nichtlinearität insbesondere bei manueller Betätigung für den Anwender sehr gewöhnungsbedürftig und bei der geforderten präzisen Einstellung einer definierten Vergrößerung β in Zoombereichen mit großen Änderungen der Vergrößerungen β bei kleinen Verstellwegen kaum noch praktikabel.These Property of the zoom system is depending on the size nonlinearity, especially during manual operation for the user very getting used to and at the required precise setting of a defined Magnification β in zoom ranges with large changes the magnifications β at small adjustment paths barely practicable.
Bei
dem erfindungsgemäßen Zoomsystem dagegen kann
durch eine Variation der einzelnen Linsengruppen-Verschiebungen,
realisiert durch die Direktantriebe, eine Linearisierung der Zoomskala
und damit eine Vergleichmäßigung der Zoomverstellgeschwindigkeit
vβ (Δβ/Δt = constant) durch Änderung der
einzelnen Linsengruppen-Geschwindigkeitsprofile erreicht werden
(vgl. unteres Diagramm in
Damit ändert sich die Vergrößerung β pro Zeiteinheit um den gleichen Betrag, d. h. das System ist im gesamten Zoombereich gleich „empfindlich". Das führt besonders bei der Bedienung mit einem elektrischen Bedienelement zu einer sehr feinfühligen Vergrößerungs-Einstellgenauigkeit und ergibt damit einen hohen Nutzen für den Anwender, insbesondere bei Routinearbeiten.With that changes the magnification β per unit time by the same amount, d. H. the system is in the entire zoom range equally "sensitive." This is especially important the operation with an electrical control to a very sensitive magnification setting accuracy and thus gives a high benefit to the user, in particular in routine work.
Für Zoomsysteme mit mechanischem Ausgleich nach dem Stand der Technik ist diese Eigenschaft nur mit hohem technischem Aufwand realisierbar, da der über ein Koppelgetriebe antreibende Motor dann ein nicht lineares Geschwindigkeitsprofil besitzen muß.For Zoom systems with mechanical compensation according to the prior art this property is feasible only with high technical effort, because of a coupling gear driving motor then a must have non-linear velocity profile.
In
Das
vorstehend beispielhaft beschriebene erfindungsgemäße
Zoomsystem ist besonders vorteilhaft im Zusammenhang mit einem mit
motorischen Antrieben versehenen Makroskop anwendbar. Dabei kann
ein Zoomsystem, wie es in
An einem am Makroskopkörper angeordneten Anzeigeelement können eingestellte Kenngrößen oder Betriebszustände wie Zoomfaktor, Abbildungsmaßstab bzw. Vergrößerung, Durchmesser des sichtbaren Objektfeldes, Auflösung, prozentuale Lichtintensitäten oder Tiefenschärfe visuell wahrnehmbar dargestellt werden.At a arranged on the macroscope body display element can set parameters or operating states like zoom factor, magnification or magnification, Diameter of the visible object field, resolution, percentage light intensities or depth of field are visually perceptible.
Nach dem Einschalten des Makroskops durchlaufen die Elektronik in der Ansteuereinheit und die Linearantriebe zunächst eine Initialisierungsphase, um die Nullpunkte der Linearantriebe zu finden und den Zoomantrieb beispielsweise auf den niedrigsten Abbildungsmaßstab, vorzugsweise eine Übersichtsvergrößerung, zu fahren.To turning on the macroscope go through the electronics in the Drive unit and the linear drives initially an initialization phase, to find the zero points of the linear drives and the zoom drive for example, to the lowest magnification, preferably an overview magnification to drive.
Eine besonders vorteilhafte und ergonomische Bedienung eines solchen Systems ist mit einem zentral angeordneten Bedienelement erreichbar, mit dem alle wesentlichen System funktionen wie Zoom, Fokus und Licht von einer einzigen Bedienposition aus gesteuert werden können.A particularly advantageous and ergonomic operation of such Systems can be reached with a centrally arranged operating element, with all the essential system functions such as zoom, focus and light can be controlled from a single operating position.
Optional ist auch eine Bedienung mit einem angeschlossenen PC und dessen Tastatur möglich, die vorzugsweise dann zum Einsatz kommt, wenn am Makroskop die mittels einer Digitalkamera aufgenommenen Bilder angezeigt bzw. bildanalytisch bearbeitet werden sollen. Bei Manipulationsaufgaben, bei denen die Hände zum Bedienen des Makroskops nicht frei sind, ist eine alternative Bedienung über Fußschalter von Vorteil, beispielsweise zum Einstellen von Zoom und Fokus.optional is also an operation with a connected PC and its Keyboard possible, which is then preferably used, when at the macroscope taken by a digital camera Images should be displayed or processed by image analysis. at Manipulation tasks in which hands to operate of the macroscope are an alternative operation via footswitch advantageous, for example for adjusting the zoom and focus.
- AA
- Andruckrollepinch
- AEAE
- Ansteuereinheitcontrol unit
- EEEE
- Eingabeeinheitinput unit
- FF
- Führungguide
- GG
- Gelenkjoint
- KK
- Koppelpaddock
- KHKH
- KniehebelsystemToggle system
- KSKS
- Kurvenscheibecam
- L1...L5L1 ... L5
- Linsengruppelens group
- LA, LA1...LA3LA, LA1 LA3 ...
- Linearantrieblinear actuator
- MM
- Mitnehmertakeaway
- R1, R2R1, R2
- Ritzelpinion
- SS
- Spindelspindle
- SMSM
- Spindelmutterspindle nut
- ZZ
- Zahnstangerack
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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