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Die Erfindung betrifft einen Mikroskoptisch mit einer Objektträgervorrichtung zur Aufnahme eines relativ zu einem Mikroskop zu positionierenden Objekts und einer Positioniervorrichtung zur Positionierung der Objektträgervorrichtung, wobei die Positioniervorrichtung zumindest einen Linearmotor zum Antrieb der Objektträgervorrichtung aufweist, wobei die Positioniervorrichtung so ausgebildet ist, dass eine motorische Positionierung der Objektträgervorrichtung in zumindest einer Bewegungsachse mittels des Linearmotors erfolgen kann.
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Bewegbare Mikroskoptische zur Positionierung von Objekten sind hinlänglich bekannt und werden regelmäßig auch als Kreuztisch oder XY-Tisch bezeichnet. Ein Kreuztisch weist zwei in einem rechten Winkel zueinander angeordnete Führungen auf, die eine zur Aufnahme eines positionierenden Objekts vorgesehene Objektträgervorrichtung mit einer Positioniervorrichtung verbinden. Besonders im Bereich der Mikroskopie werden dabei hohe Anforderungen an eine Genauigkeit des Mikroskoptisches und dessen Führungen gestellt. Ein zu untersuchendes oder zu messendes Objekt wird gegenüber einem Mikroskopobjektiv mittels des Mikroskoptisches zur Beobachtung beziehungsweise Messung in eine oder mehrere Positionen bewegt. Um den hohen Genauigkeitsanforderungen gerecht zu werden, verfügen die aus dem Stand der Technik bekannten Mikroskoptische beispielsweise über mechanische Stellantriebe, die in Art eines Spindeltriebes oder eines Zahnriementriebes ausgebildet sein können. Zur Automatisierung der Positionieraufgaben ist es auch bekannt, diese Antriebe mit einem Elektromotor in Art eines Rotationsmotors auszustatten. Darüber hinaus sind auch elektromotorische Antriebe bekannt, die als Linearmotor ausgebildet sind und eine direkte Umsetzung einer Motorbewegung in eine translatorische Bewegung ermöglichen.
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Neben der Bewegung des zu positionierenden Objekts ist eine Bestimmung dessen tatsächlicher Position besonders wichtig, insbesondere wenn Messungen durchgeführt oder wiederholt bestimmte Positionen eingestellt werden sollen. Üblicherweise werden daher die vorbeschriebenen Positioniersysteme mit ergänzenden Messeinrichtungen ausgestattet, die eine vergleichsweise genaue Positionsbestimmung erlauben. Die Messeinrichtungen sind regelmäßig als inkrementelle Messeinrichtungen ausgebildet, die eine Referenzierung der Messeinrichtung durch Anfahren eines Nullpunktes des Messsystems beziehungsweise eines Koordinatensystems des Mikroskoptisches erfordern.
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Weiter ist es bekannt, einen Linearmotor oder auch andere, verwendete elektrische Antriebe, mit einer Steuereinrichtung zu koppeln. Dadurch ist es dann möglich über die Messeinrichtungen eine Position des Mikroskoptisches relativ zu einem Mikroskopobjektiv zu bestimmen und den Mikroskoptisch beziehungsweise das zu untersuchende oder zu messende Objekt durch Ansteuerung der elektromotorischen Antriebe in die gewünschte Position zu verfahren. Die Steuereinrichtung kann beispielsweise auch mit einem Computer verbunden werden, wobei dann über ein Softwareprogramm bestimmte Abfolgen von Positionen des zu untersuchenden Objekts automatisiert angefahren und untersucht werden können.
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Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Mikroskoptischen ist es nachteilig, dass die betreffenden Untersuchungs- beziehungsweise Messpositionen immer motorisch angefahren werden müssen. So ist es beispielsweise bei einer erstmaligen Einrichtung einer Messreihe für ein Objekt erforderlich, das Objekt auf dem Mikroskoptisch zu positionieren und dann nachfolgend die Positionen beziehungsweise Messpunkte, die für die Messreihe an dem Objekt vorgesehen sind, nacheinander elektromotorisch anzufahren und gegebenenfalls abzuspeichern, sodass weitere, gleichartige Objekte an übereinstimmenden Messpunkten automatisiert untersucht werden können. Diese erstmalige Einrichtung ist aufgrund der Bedienung der Motoren beziehungsweise deren elektrischen Ansteuerung sehr zeit- und damit kostenaufwendig.
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Insbesondere mit Spindeln und Rotationsmotoren angetriebene Mikroskoptische ermöglichen keine Verstellung des Mikroskoptisches wenn der Rotationsmotor abgeschaltet ist. Beim Einsatz von Ultraschallmotoren als Antrieb für einen Mikroskoptisch wird der Mikroskoptisch durch Reibung an den Ultraschallmotor gekoppelt, wodurch ein Verschieben des Mikroskoptisches bei ausgeschaltetem Ultraschallmotor nur mit einem hohen Kraftaufwand möglich ist. Diese Motoren können daher nur mit eingeschaltetem Antrieb relativ umständlich über die zugehörige Steuerung betrieben werden. Linearmotoren sind im eingeschalteten Zustand beziehungsweise erregten Zustand überhaupt nicht manuell bewegbar, da hier ein Magnetfeld jede manuelle Verschiebung verhindert. Auch Linearmotoren müssen daher über eine Steuerung in die entsprechenden Positionen verfahren werden. Ausgeschaltete Linearmotoren, das heißt stromlose Linearmotoren sind zwar manuell bewegbar, jedoch entsteht bei der Verwendung von eisenbehafteten Linearmotoren immer ein mehr oder weniger großes Rastmoment zwischen den verwendeten Eisenenden einer Spule und Magneten. Dies verhindert ein genaues Verschieben des Mikroskoptisches per Hand, wobei nach einem Loslassen des Mikroskoptisches eine Bewegung des Selben in eine Rastposition erfolgen kann.
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Um eine manuelle und damit schnellere Positionierung eines Mikroskoptisches zu ermöglichen muss der betreffende Linearmotor, wie vorstehend erläutert, stromlos geschaltet werden. Dies kann nur dadurch erfolgen, dass der Linearmotor über die zur Steuerung bestimmte Software ausgeschaltet wird, wenn dies überhaupt möglich ist. Weiter kann der gesamte Mikroskoptisch von der Stromversorgung getrennt werden, was jedoch dann keine Positionserfassung des Mikroskoptisches mehr ermöglicht. Auch ein Ausschalten der Linearmotoren über eine Steuerungssoftware zum schnelleren, manuellen Positionieren des Mikroskoptisches ist relativ umständlich.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Mikroskoptisch vorzuschlagen, mit dem eine manuelle Positionierung vereinfacht wird.
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Diese Aufgabe wird durch einen Mikroskoptisch mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Der erfindungsgemäße Mikroskoptisch zur Positionierung eines Objekts relativ zu einem Mikroskop umfasst eine Objektträgervorrichtung zur Aufnahme des zu positionierenden Objekts und eine Positioniervorrichtung zur Positionierung der Objektträgervorrichtung, wobei die Positioniervorrichtung zumindest einen Linearmotor zum Antrieb der Objektträgervorrichtung aufweist, wobei die Positioniervorrichtung so ausgebildet ist, dass eine motorische Positionierung der Objektträgervorrichtung in zumindest einer Bewegungsachse mittels des Linearmotors erfolgen kann, wobei die Positioniervorrichtung eine Betätigungseinrichtung aufweist, wobei die Betätigungseinrichtung ein manuell betätigbares, elektrisches Schaltelement aufweist, mit dem der Linearmotor stromlos geschaltet werden kann, wobei das Schaltelement an der Objektträgervorrichtung angeordnet ist.
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Die Objektträgervorrichtung umfasst hier im wesentlichen die Baugruppen des Mikroskoptisches, die das Objekt tragen können, und die Positioniervorrichtung umfasst im wesentlichen die Baugruppen, die einen Antrieb der Objektträgervorrichtung betreffen.
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Mit dem elektrischen Schaltelement kann dann der Linearmotor stromlos geschaltet werden, wobei bei stromlosem Linearmotor eine manuelle Positionierung der Objektträgervorrichtung in der Bewegungsachse erfolgen kann. Folglich ist es daher nicht mehr erforderlich, den Linearmotor über ein Softwareprogramm anzusprechen. Der Linearmotor, beziehungsweise vielmehr das Magnetfeld der Spule oder der Spulen des Linearmotors kann mittels des elektrischen Schaltelements manuell ab- und angeschaltet werden, was eine manuelle Betätigung beziehungsweise Positionierung des Mikroskoptisches wesentlich vereinfacht. Dadurch, dass das elektrische Schaltelement an der Objektträgervorrichtung angeordnet ist, kann der Mikroskoptisch verschoben beziehungsweise positioniert werden, ohne das die manuelle Verstellung des Mikroskoptisches durch Betätigung des elektrischen Schaltelements unterbrochen werden müsste. Das heißt, die Hand beziehungsweise die Hände, mit denen der Mikroskoptisch zur manuellen Betätigung beziehungsweise Positionierung ergriffen werden kann, kann zum Ein- und Ausschalten des Linearmotors am Mikroskoptisch verbleiben. Es ist daher nicht erforderlich zum Ein- beziehungsweise Ausschalten des Linearmotors den Mikroskoptisch loszulassen. Eine manuelle Positionierung des Mikroskoptisches kann daher besonders schnell und präzise erfolgen. So kann auch vermieden werden, dass bei einem Loslassen des Mikroskoptisches eine unerwünschte Verschiebung des Selben erfolgt. Auch für einen Bediener des Mikroskoptisches wird ein besonders ergonomischer Arbeitsablauf ermöglicht, da während der wiederkehrenden Positionierung des Mikroskoptisches, für beispielsweise eine Messreihe, der Mikroskoptisch nicht zum Fixieren losgelassen werden muss.
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Weiter kann die Positioniervorrichtung einen zweiten Linearmotor zum Antrieb der Objektträgervorrichtung aufweisen, wobei eine motorische Positionierung der Objektträgervorrichtung in zumindest einer zweiten Bewegungsachse mittels des zweiten Linearmotors möglich ist. Der Mikroskoptisch kann dann in Art eines XY-Tisches beziehungsweise eines Kreuztisches ausgebildet sein. Auch können am Mikroskoptisch noch weitere Linearmotoren vorgesehen sein, die beispielsweise eine Höhenverstellung des Mikroskoptisches ermöglichen. Ebenso eine drehbare Ausbildung des Mikroskoptisches ist denkbar. Dann wird es möglich beliebige Positionen des Mikroskoptisches relativ zu einem Mikroskopobjektiv manuell einfach einzustellen, wobei mittels des elektrischen Schaltelements alle zur Positionierung des Mikroskoptisches verwendeten Motore stromlos geschaltet werden können.
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In einer Ausführungsform kann es vorgesehen sein, dass für jede Bewegungsachse ein elektrisches Schaltelement an der Objektträgervorrichtung angeordnet ist. So kann der Mikroskoptisch in den jeweiligen Bewegungsachsen getrennt voneinander manuell positioniert werden. Während der Positionierung einer Bewegungsachse kann dann eine unerwünschte Verschiebung einer zweiten Bewegungsachse sicher vermieden werden.
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Das elektrische Schaltelement kann besonders einfach als ein einpoliger Ein-/Ausschalter ausgebildet sein. Ein derartiges Schaltelement ist besonders kostengünstig und kann besonders klein ausgebildet werden, was eine Anordnung des elektrischen Schaltelements an der Objektträgervorrichtung beziehungsweise an dem Mikroskoptisch vereinfacht.
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Weiter kann das elektrische Schaltelement als ein Taster ausgebildet sein. So kann beispielsweise durch eine dauerhafte Betätigung des Tasters vermieden werden, dass es zu einer Verschiebung des Mikroskoptisches kommt, wenn der Taster nicht manuell betätigt wird. Umgekehrt ist es möglich, eine mehrmalige Betätigung des Tasters vorzusehen, beispielsweise um den Linearmotor stromlos zu schalten und nach einer Positionierung wieder zu erregen.
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Weiter ist es besonders vorteilhaft, wenn das elektrische Schaltelement als ein Druckschalter ausgebildet ist. Im Unterschied zu beispielsweise einem Kippschalter erfolgt bei einer Betätigung eines Druckschalters keine Erschütterung des Mikroskoptisches mit einer möglichen Verschiebung des Mikroskoptisches in Folge einer Kraft, die durch eine Kippbewegung eines Kippschalters oder eines Fingers auf den Mikroskoptisch ausgeübt werden kann. Bei einem Druckschalter kann hingegen eine eindeutig gerichtete Bewegung auf den Mikroskoptisch erfolgen, die von einem Benutzer besser kontrollierbar ist, sodass eine unerwünschte Verschiebung des Mikroskoptisches in einer Position, in der Mikroskoptisch fixiert werden soll, weniger wahrscheinlich ist.
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Diese unerwünschte Bewegung des Mikroskoptisches kann noch eher vermieden werden, wenn der Druckschalter quer zu der Bewegungsachse des Mikroskoptisches betätigbar ist. Insbesondere wenn der Druckschalter orthogonal zu der Bewegungsachse betätigbar ist, wird wirkungsvoll eine Verschiebung des Mikroskoptisches in der Bewegungsachse bei der Betätigung des Druckschalters vermieden.
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Der Druckschalter kann jedoch auch so an der Objektträgervorrichtung angeordnet sein, dass der Druckschalter zwischenliegend zwei opponierbaren Fingern einer Hand betätigbar ist. Dadurch kann der Vorteil erzielt werden, dass eine auf dem Druckschalter mittels eines Fingers ausgeübte Kraft zur Betätigung des Druckschalters durch einen gegenüberliegenden Finger so kompensiert werden kann, dass keine wesentliche Kraftwirkung auf den Mikroskoptisch erfolgt. Weiter ist mit einer derartigen Fingerstellung eine besonders gute, feinmotorische Handhabung des Mikroskoptisches, beispielsweise durch ein Erfassen zwischen Daumen und Zeigefinger beziehungsweise Mittelfinger, möglich.
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Die Positioniervorrichtung kann weiter eine Messeinrichtung aufweisen wobei mittels der Messeinrichtung ein Absolutwert einer unbestimmten Position der Objektträgervorrichtung relativ zu einer referenzierenden Basis der Positioniervorrichtung unmittelbar bestimmbar sein kann. Dies hat gegenüber den bekannten, inkrementellen Messeinrichtungen den Vorteil, dass nicht erst ein Nullpunkt von der Objektträgervorrichtung angefahren beziehungsweise ein Referenzpunkt eines Koordinatensystems bestimmt werden muss, bevor eine manuelle Verstellung des Mikroskoptisches erfolgt. So kann dann ein absoluter Messwert beziehungsweise eine Position des Mikroskoptisches bestimmt werden, ohne dass zuvor eine inkrementelle Zählung von Skaleneinheiten der Messeinrichtung durchgeführt werden muss. Vorteilhaft kann das Positioniersystem dann nach einem Einschalten oder manuellen Verschieben unmittelbar einen absoluten Messwert einer Position eines Objektes liefern. Hierdurch ist eine weitere Zeitersparnis erzielbar, da auf ein Anfahren eines Referenzpunktes verzichtet werden kann.
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In einer Ausführungsform kann die Messeinrichtung eine magnetische Messeinrichtung sein. Magnetische Messeinrichtungen können gegenüber optischen Messeinrichtungen bei vergleichbaren Genauigkeitsanforderungen günstiger hergestellt werden, wobei auch eine Bauform der magnetischen Messeinrichtungen gegenüber einer optischen Messeinrichtung kleiner ist. Bei einer Ausbildung von mehreren Bewegungsachsen an dem Mikroskoptisch kann für jede Bewegungsachse eine eigene Messeinrichtung ausgebildet sein.
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In der Positioniervorrichtung kann eine Steuereinrichtung zur Steuerung der Positioniervorrichtung integriert sein. Die Steuereinrichtung kann beispielsweise einen oder mehrere Linearmotore ansteuern und eine eventuell vorhandene Messeinrichtung auswerten, wobei die Steuereinrichtung vorzugsweise auf eine Kombination von Linearmotoren mit jeweils Messeinrichtungen abgestimmt sein kann. Neben einer unmittelbaren Integration der Steuereinrichtung in der Positioniervorrichtung ist auch eine Anordnung der Steuereinrichtung außerhalb der Positioniervorrichtung denkbar, wobei dann die Steuereinrichtung über Mittel zum Austausch von Daten mit der Positioniervorrichtung verbunden sein kann. Vorzugsweise kann die Steuereinrichtung an einem bewegbaren Teil des Mikroskoptisches angeordnet sein, da dann Verbindungskabel zu Linearmotoren und Messeinrichtungen relativ kurz belassen werden können.
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Auch kann eine Stromversorgung der Steuereinrichtung unabhängig vom elektrischen Schaltelement sein. Das heißt, dass mit dem elektrischen Schaltelement die Steuereinrichtung dann nicht stromlos geschaltet werden kann, sondern nur ein mit der Steuereinrichtung verbundener Linearmotor. Das elektrische Schaltelement kann dabei eine Spannungsversorgung des Linearmotors direkt unterbrechen oder einen entsprechenden Impuls der Steuereinrichtung bewirken. In diesem Fall arbeitet die Steuereinrichtung in Art eines Relais. Demnach hat dann das elektrische Schaltelement keinerlei Wirkung auf die übrigen, elektrischen Komponenten des Mikroskoptisches beziehungsweise Mikroskops mit Ausnahme des Linearmotors.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Linearmotor ein eisenloser Linearmotor ist. Es kann dann eine stufenlose, manuelle Verschiebung des Mikroskoptisches in einer Bewegungsachse erfolgen, ohne das aufgrund von Magnetfeldern eventuell Rastpositionen des Linearmotors ausgebildet werden.
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Das erfindungsgemäße Mikroskop umfasst einen Mikroskoptisch nach einem der vorangehenden Ansprüche.
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Bei einer Positionierung eines Mikroskoptisches relativ zu einem Mikroskop umfasst der Mikroskoptisch eine Objektträgervorrichtung zur Aufnahme eines zu positionierenden Objekts und eine Positioniervorrichtung zur Positionierung der Objektträgervorrichtung, wobei die Positioniervorrichtung mit zumindest einem Linearmotor die Objektträgervorrichtung motorisch antreibt, wobei eine Positionierung der Objektträgervorrichtung in zumindest einer Bewegungsachse des Linearmotors erfolgt, wobei ein elektrisches Schaltelement an der Objektträgervorrichtung angeordnet ist, wobei mittels des Schaltelements der Linearmotor wahlweise stromlos oder erregt geschaltet wird, wobei bei stromlosem Linearmotor die Objektträgervorrichtung manuell positioniert werden kann.
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Es ist daher möglich wahlweise mittels des an der Objektträgervorrichtung angeordneten elektrischen Schaltelements den Mikroskoptisch manuell zu bewegen oder zu fixieren, dadurch, dass der Linearmotor stromlos oder erregt geschaltet wird. Eine Positionierung der Objektträgervorrichtung beziehungsweise des Mikroskoptisches relativ zu einem Mikroskop kann dann besonders schnell und einfach durchgeführt werden.
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Nach einem Einschalten einer Steuereinrichtung kann zur Steuerung der Positioniervorrichtung der Linearmotor von der Steuereinrichtung stromlos geschaltet werden, wobei der Linearmotor dann durch Betätigung des elektrischen Schaltelements erregt geschaltet werden kann. Demnach kann unmittelbar nach einem Einschalten eines Mikroskops beziehungsweise eines Mikroskoptisches, und damit der Steuereinrichtung, der Linearmotor stromlos geschaltet werden. Dadurch kann noch schneller eine Positionierung des Mikroskoptisches in die gewünschte Position erfolgen, da der Mikroskoptisch dann unmittelbar manuell bewegt werden kann. Ist die gewünschte Position erreicht, kann der Mikroskoptisch durch Erregtschalten des Linearmotors in der betreffenden Position fixiert werden.
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Nachfolgend wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 Eine perspektivische Darstellung einer Ausführungsform eines Mikroskoptisches;
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2 eine weitere perspektivische Darstellung des Mikroskoptisches.
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Eine Zusammenschau der 1 und 2 zeigt einen Mikroskoptisch 10, welcher im Wesentlichen aus einer Objektträgervorrichtung 11 und einer Positioniervorrichtung 12 gebildet ist. Die Objektträgervorrichtung 11 umfasst eine Objektträgerplatte 13 mit einer Durchgangsöffnung 14, in die ein hier nicht näher dargestellter Objektträger, auf dem ein Objekt platziert werden kann, einsetzbar ist. Die Objektträgervorrichtung 11 umfasst weiter eine Zwischenplatte 15 und eine Basisplatte 16. Zwischen der Objektträgerplatte 13 und der Zwischenplatte 15 sind Führungen 17 und zwischen der Zwischenplatte 15 und der Basisplatte 16 Führungen 18 ausgebildet. Die Basisplatte 16 dient zur Befestigung des Mikroskoptisches 10 an einem Mikroskop und ist folglich relativ zu einem hier nicht dargestellten Objektiv des Mikroskops nicht bewegbar. Die Zwischenplatte 15 ist in Richtung der Führungen 18 in einer X-Achse und die Objektträgerplatte 13 in Richtung der Führungen 17 in einer Y-Achse relativ zur Basisplatte 16 beziehungsweise Zwischenplatte 15 bewegbar.
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Die Positioniervorrichtung 12 umfasst hier zwei Linearmotoren, die jeweils zwischen der Objektträgerplatte 13 und der Zwischenplatte 15 sowie der Zwischenplatte 15 und der Basisplatte 16 angeordnet, und daher hier nicht näher ersichtlich sind. Die Linearmotoren sind aus Kupferspulen gebildete, eisenlose Linearmotoren und dienen zum Antrieb der Zwischenplatte 15 beziehungsweise der Objektträgerplatte 13. Eine direkte Ansteuerung der Linearmotoren erfolgt über eine Steuereinrichtung 19, die an der Zwischenplatte 15 mittels einer Befestigungseinrichtung 20 angeordnet ist. An der Steuereinrichtung 19 ist ein Druckschalter 21 einer Betätigungseinrichtung 22 angeordnet. Mittels der Betätigungseinrichtung 22 können über den Druckschalter 21 die Linearmotoren stromlos geschaltet werden. Dann ist es möglich die Objektträgerplatte 13 und die Zwischenplatte 15 relativ zur Basisplatte 16 manuell zu verschieben beziehungsweise so zu positionieren, dass ein Objekt in der gewünschten Position unter ein Mikroskopobjektiv gelangt. Durch eine weitere Betätigung des Druckschalters 21 können die Linearmotoren wieder erregt werden, sodass die Objektträgerplatte 13 und die Zwischenplatte 15 relativ zur Basisplatte 16 starr fixiert sind. Bei einer entsprechenden Ansteuerung, beispielsweise durch einen Computer, kann die Objektträgerplatte 13 und Zwischenplatte 15 jedoch auch über die Linearmotoren kontrolliert bewegt werden. Der Druckschalter 21 ist auf einer Seitenfläche 23 eines Gehäuses 24 der Steuereinrichtung 19 so angebracht, dass er relativ zur X-Achse in orthogonaler Richtung mit einem Finger einer Hand betätigt werden kann. Ein weiterer Finger der Hand kann dem Finger gegenüber so opponiert sein, dass er an einer gegenüberliegenden Seitenfläche 25 des Gehäuses 24 anliegt. Der Mikroskoptisch ist dadurch besonders ergonomisch manuell betätigbar.
