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Mikroskopstativ
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Die Erfindung betrifft ein nach dem Baukastenprinzip aufgebautes Mikroskopstativ
vorzugsweise für Lichtmikroskope mit großer Vergrößerung und groi3en Sehfeldern.
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Der internationale Trend hochauflösende optische Systeme mit großen
Sehfeldern in der Mikroskopie einzusetzen und das Mikroskop auch als Meßinstrument
hoher Genauigkeit zu verwenden, stellt an die Steifigkeit der Mikroskopstative immer
höhere anforderungen.
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Eine Relativverschiebung zwischen Objekt und Objektiv im 0,1 /um-Bereich
wirkt sich schon negativ auf die Bildgüte und Meßgenauigkeit aus. Dabei werden nicht
nur Bildbewegungen als störend empfunden, sondern auch durch die Relativbewegung
hervorgerufene geringe Konturenunschärfen.
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Diese fuhren zu einer Kontrastminderung im mikrostkopischen Bild.
Die Relativbewegungan werden durch innere und äußere Erregung hervorgerufen.
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Innere Erregungen treten in der modernen Mikroskopie durch automatische
bzw. teilautomatische Bewegungsabläufe, wie Verschluß einer mikrofotografischen
Kamera, motorische Verschiebung des Objektes oder motorischer wechsel von Blenden,
Filtern oder ähnlichem, auf. dls äußere Erregungen wirken Bedienkräfte und Schwingungen
desAufstellortes, besonders GelEndeschwingungen. Die Schwingungen des ;1ufstellortes
können durch eine geeignete schsingungsisolier
ende Aufstellung
weitestgehend abgeschwächt werden. Diese gedämpften Schwingungen, die durch Bedienkräfte
hervorgereufenen und die inneren Schwingungen müssen durch eine entsprechende Gestaltung
des Stativs absorbiert werden.
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Ein günstiges dynamisches Verhalten zeichnet Mirkroskope aus, die
ein geschlossenes Stativ (US-P 3 260 157) besitzen oder aus einem massiven Grundkörper
einer Säule mit großer sse und. Breite und biege- bzw. torsionssteifem Okular- und
Objektivhalterungsarm bestehen (DE-GM 77 12 438).
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Mit der Forderung nach Austauschbarkeit der Mikroskopverfahren ;-3n
einem stativ und der Bereitstellung einer großen Anzahl -von Zubehöreinheiten ist
es jedoch notwendig, das Stativ aus mehreren Bausteinen zusammenzusetzen. Die gegenwärtigen
konstruktiven Ausführungen der Stativkoppelstellen zeigen aufgrund der undefiniert
geringen Steifigkeit der Koppelstellen kein günstiges dynamisches Verhalten. Zudem
erfordern sie in der Regel große Massen bzw. MaterialanhauSungen, die sich ungünstig
auf das dynamische Verhalten und die Ökonomie des Gerätes auswirken.
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Innere .chwingungen, hervorgerufen durch Erregungen am Okularhalterungsarm,
werden auf den Objektivhalterungsarm nur sehr abgeschwacht übertragen, wenn beide
Tragarme an einem massiven Stativ starr befestigt sind, sich aber sonst nicht berühren
(US P 4 168 881). Doch in der modernen Mikroskopie wirken die hier noch auftretenden
Relativverschiebungen zwischen Objekt und Objektiv störend.
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Desweiteren sind Lsungen bekannt, die darauf zielen, Okular- und Objekthalterung
starr zu verbinden (US P 3 260 157), wobei der Objekttisch starr angekoppelt ist
und das Objektiv zur Fokussierung frei beweglich ist.
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auch hierbei wird keine ausreichende Absorbierung der Relativschwingungen
zwischen Objekt und Objektiv erreicht.
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Ziel der Erfindung ist es, die genannten Nachteile zu vermeiden. Insbesondere
soll ein nach detn Saukastenprinzip aufgebautes Mikroskopstativ geschaffen werden,
das ein optimiertes, dynamisches Verhalten zeigt unu damit unempfindlich gegen innere
und äußere Schwingungen ist.
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Die Erfindung betrifft ein nach dem Baukastenprinzip aufgebaute Mikroskopstativ
mit den Hauptteilen Grundkötper, Säule, Tischträger, Objektivträger und Okularträger.
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Aufgabe der Erfindung ist es, die Kopplung der Xauptteile des Stativs
so zu gestalten, daß innere oder äußere Erregungen zu keiner störenden Relativverschiebung
zwischen einem Objekt und einem Objektiv führen.
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Erfindungsgemäß wird die aufgabe dadurch gelöst, daß die zwischen
den Hauptteilen des Mikroskopstativs vorhandenen Koppelstellen unterschiedliche
definierte Steifigkeiten besitzen. Die Definition der Steifigkeiten resultiert im
wesentlichen aus den Abbildungsgesetzen optischer Systeme.
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Verschiebt man z.B. ein Objekt in Bezug zum Objektiv entlang der optischen
Achse eines Mikroskopes um einen kleinen Betrag dZ, so verL:chiebt sich das Bild
um den Betrag. Z' Z' nach der Beziehung α = = M² (1), Z wobei α der
Tiefenmaßstab und M der Abbildungsmaßstab des Objectives ist. Dieser ist definiert
durch die Beziehung: M = y (2) y Mit y ist die Objekt größe und mit #y die Verschiebung
des Objektes quer zur optischen achse bezeichnet; y' kennzeichnet die Bildgröße
und #Y' die Verschiebung des Bildes quer zur optischen Achse.
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Da in der Mikroskopie der Abbildungsmaßstab des Objeiftivs besonderes
groß ist, muß eine Verschiebung des Objektes in Bezug auf das Objektiv wenn möglich
ausgeschlossen werden.
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Deshalb sind der Objektträger und der Objektivträger durch Verbindungselemente
mit hoher Steifigkeit an einer biege-und torsionssteifen ersten Säule befestigt,
wobei die erste Säule den Fokussiertrieb, der ebenfalls eine hohe
Steifigkeit
auf weist, beinhaltet. Das aus den Bausteinen Objektivträger, Objektträger und erster
Säule zusammengesetzte system wird so an einem tragenden Grundkörper befestigt,
daß die Koppelstelle eine definierte geringe Steifigkeit aufweist. Diese Steifigkeit
muß dabei so ausgelegt werden (Gleichung 3), das Schwingungen des Grundkörpers nicht
auf tius Objekt und das Objektiv übertragen werden, Außerdem därfen die Amplituden
des Objektträger-Objektivträger-Säule-System nicht so groß werden, daß sie den Beleuchtungsstrahlengang
beeinflussen.
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Über den Objektiven befindet sich, entlang der optischen Achse, @@s
Tubussystem mit den Okularen. An dem Tubusträgen werden außerdem Zusatzeinrichtungen,
wie z.B. eine mokrofotografische Einheit, befestigt. Die mechanischen Schwingungen
dieser Einheiten, wie z.B. Verschlußkräfte und Berührungsstöße am Tubus, werden
somit direkt auf den Tubusträger übertragen. Aus diesem Grund wird der Tubusträger
mit einer definiert geringen Steifigkeit (Gleichung 3) an das Objektträger-Objektivträger-Säule-System
angekoppelt. Diese Steifigkeit berechnet sich aus der Größe und Anordnung des verwendeten
Ttibussystems und anderen am Tubusträger befestigten Zubehöreinheiten. Die Kollelstelle
wird so gestaltet, daß Schwingungen auf Objektiv und Objekt nicht störend übertragen
werden. Auch hier dürfen die Amplituden des Tubusträgers nicht so groß werden, daß
sie den optischen Strahlengang beeinflussen.
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Vorteilhaft erfolgt die Kopplung zwischen der Säule und dem Okularträger
über eine Kokppelstelle vanabler Steifigkeit ur.d Dämpfung. Dazu ist in der Säule
bzw. einem mit ihr fest verbundenen Koppelelement oder im Okularträger ein ein freies
nde c'ufweisendes Federelement fest angeordnet. In den jeweils das Federelement
nicht aufnehmenden Bauteil (Okularträger oder Koppelelement) sind Mittel in Form
eines in Längserstreckung des Federelementes definiert verschiebbaren Stützlagers
vorgesehen, wobei diese Mittel
mit dem freien federnden Ende des
Federelementes xraft-oder formschlüssig verbunden sind. Der Okularträger ist mit
der Säule bzw. dem Koppelelement durch ein an sich bekanntes Drehgelenk verbunden,
welches sich in der Nähe der Befestigungsstellen des Federelementes befindet.
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Weiterhin sind Einstellmittel vorgesehen, mit deren Hilfe die Beweglichkeit
und Dämpfung der Elernente des Drehaelenkes veränderlich sind.
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Es ist vorteilhaft, wenn als Federelement eine Blattfeder mit in ihrer
Längsrichtung konstantem oder variablem Querschnitt vorgesehen ist.
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Als Drehgelenk kann ferner ein Blattfedergelenk vorgesehen sein.
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Eine andere Möglichkeit, Schwingungen des Tubusträgers nicht störend
auf das Objektträger-Objektivträger-Säule-System zu übertragen besteht darin, den
Tubusträger über eine zweite Säule, die die erste Säule des Objektträger-Objektivträger-Säule-Systems
weitestgehend umschließt, aber diese nicht berührt, an dem tragenden Grundkörper
zu befestigen Die zu definierenden Steifigkeiten c der entsprechenden Koppelstellen
berechnen sich nach der beziehung
Dabei sind: # -Erregerkreisfrequenz m - Masse des zu isolierenden zysten S1 - Amplitude
des isolierten Systems so - Amplitude des unisolierten Systems # - Frequenzverhältnis
zwischen Erregerfrequenz und Eigenfrequenz des unisolierten Systems Die Erfindung
betrifft ein Mikroskopstativ, bei dem Objektträger und Objektivträger über sehr
steife Koppelstellen an eine erste Säule gekoppelt, und damit zu einem geschlossenen
System verbunden werden. Dieses system wird durch Verbindungselemente mit definierter
geringer dt eifigkeit
an einem tragenden Grundkörper befestigt.
Die Befestigung des Tubusträgers am Objektträger-Objektivträger-Saule-System muß
ebenfalls eine definierte geringe Steifigkeit aufweisen, um irregungen vom Tubusträger
nicht störend auf das genannte System zu betragen oder der Tubusträger- ist starr
an eine zweite Säule gekoppelt, die die den Objekt träger und Objektivträger haltende
erste Säule weitestgehend umschließt, aber nicht berührt, und direkt an dem tragenden
Grundkörper befestigt ist.
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Vorteilhaft weisen die Koppelstellen mit definiert geringer Steifigkeit
zwischen der ersten Säule und dem Grundkörper bzw. der ersten Säule und dem Okularträger
dämpfende Eigenschaften auf.
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Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn das Mikroskop, bei dem das erfindungsgemäße
Stativ verwendet wird, ein optisches System mit Objektiven unendlicher Brennweite
und einem teleskopartigen Tubussystem besitzt.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der schematischen Zeichnungen
naher erläutert.
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Es zeigen: Fig. 1 Ein Mikroskopstativ in xplosivdarstellung, bei dem
der Tubusträger durch Verbindungselemente mit geringerer Steifigkeit an ein starr
gekoppeltes Objekt-Objektivträger-Säule-System befestigt und dieses System an einem
Grundkörper schwingungsisoliert angebracht ist.
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Fig. 2 Ein Mikroskopstativ, bei dem der Tubusträger über eine zweite
Säule, die den Objektträger und Ob-Sektivträger starr haltende erste Säule, dargestellt
in Fig. 3, weitestgehend umschließt, aber nicht berüjirt, an einem Grundkörper direkt
befestigt ist.
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Fig. 3 Objekträger-Objektivlins enhalterungsarm-Säule-System, welches
an einem Grundkörper, dargestellt in Fig. 2, schwingungsisoliert angekoppelt wird.
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Fig. 4 Eine vorteilhafte ausführungsform der hoppelstelle zwischen
Säule bzw. Koppelelement und Okularträger.
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Fig. 5 Die Koppelstelle nach Fig. 4 im zusammengebauten Zustand.
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Zur besseren Verdeutlichung sind die Figuren in Explosivdarstellung
gezeichnet. In der folgenden Beschreibung wird der zusammengebaute Zustand beschrieben.
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In Fig. i ist mittels nicht dargestellter Schrauben, die durch Bohrungen
17 verlaufen, ein Grundkörper 1 über eine schwingungsisolierende Gummiplatte 3 mit
einer ersten Säule 2 verbunden. An der ersten Säule 2 ist über eine Führung 4 ein
Tischträger 5 mit einem Tisch 6 starr befestigt. Auf die Führung 4 wirkt ein nicht
dargestellter trieb mit einem Triebknopf 22. Im oberen Teil der ersten Säule 2 befindet
sich ein Ausbruch mit einem Koppelelement 9 in welchem ein Objektivträger 7 mit
einem Objektiv 8 eingeschoben ist. Durch das Konpelelement 9, hier Schwalbenschwanzführung
und Klemme, entsteht eine starre Verbindung.
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Ein Tubusträger 11 mit einem Binokulartubus 12, der Okulare 13 und
eventuell andere Zubehöreinheiten trägt, wird elastisch an die erste Säule 2 angekoppelt.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel erfolgt dies durch d:ie konstruktive Gestaltung
der Koppelstelle als einseitig eingespannte Biegeplatte 15, an welche eine Schwalbenschwanzführung
14 mittels Schrauben 16 befestigt iLt.
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Ein Innenteil 10 zu der Schwalbenschwanzführung 14 ist an der ersten
Säule 2 befestigt. Durch die Gummiplatte 3 werden äußere Erregungen stark abgeschwächt
in das System - erste Säule 2, Tisch 6 (Als Objekttr£ger), Objektivträger 7, -eingeleitet.
Die Absorbierung der Erregungen innerhalb des Tubusträgers 11 erfolgt durch die
Biegeplatte 15. aufgrund der starren Verbindung zwischen Tisch 6 und erster Säule
2, bzw. Objektivträger
7 und erster Säule 2 treten keine Relatisverschiebungen
zwischen Tisch 6 und Objektivträger 7 auf.
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In den im folgenden beschriebenen Figuren 2 bis 5 sind gleiche Teile
wie in Fig. 1 mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
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In dem Ulsfu'hrLLngsbeispiel der Erfindung nach Fig. 2 und 3 bilden
der Grundkörper 1 und eine sweite Säule 19 eine starre Einheit. In dem Hohlraum
der u-förmig ausgebildeten zweiten Säule 19 wird die in Fig. 3 dargestellte erste
Säule 2 eingefügt und wiederum mittels nicht dargestellter durch die Bohrungen 17
geführte Schrauben unter Zwischenschaltung der Gummiplatte 3 an dem Grundkörper
1 befestigt. Die erste Säule 2 und die zweite Säule 19 berühren sich dabei an keiner
Stelle. Der 't'ischträger 5 mit dem Tisch 6 und der Objektivträger 7 sind, wie schon
in Fig. t beschrieben, starr an die erste Säule 2 gekoppelt. Ein als Schwalbe ausgebildstes
Koppelelement 20 ist mittels nicht dargestellter Schrauben, die durch Bohrungen
21 geführt werden, an der zweiten Säule 19 starr befestigt. Ein Okularträger 11'
ist durch ein Koppelelement 18 starr mit dem Koppelelement 20 und somit mit der
zweiten Säule 19 verbunden.
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In Fig. 4 und 5 ist eine Ausführungsform der Koppelstelle zwischen
Säule und Okularträger dargestellt, Ein Koppelelement 22 ist mittels der aus Schwalbenschwanz
10 und Schwalbenschwanzführung 14 an die erste Säule 2 gekoppelt und mittels eines
Klemmelementes 23 arretierbar. Das Koppelelement 22 umfaßt eine Lagerpfanne 24 zur
Aufnahme eines oder mehrerer, in dem Okularträger 11 fest angeordnete Lagerzapfen
25 und ein als Blattfeder ausgebildetes Federelement 26 welches in seiner Längserstreckung,
das heißt in Abhängigkeit von seiner Länge, einen konstanten oder variablen Querschnitt
besitzt. Mittels Platten 32 und Schrauben 31 werden die
Lagerzapfen
25 in den Lagerpfannen 24 befestigt.
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Das Federelement 26 ist fest mit dem Koppelelement 22 verbunden und
bestitzt ein freies, federndes nde 27.
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Lagerpfanne 24 und Lagerzapfen 25 bilden zusammen die Elemente eines
Drehgelenkes, welches in der Nähe der Befestigungsstellen des Federelementes 26
am Soppelelement 22 liegt.
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Im Okularträger 11 ist eine Führung 28 vorgesehen, in welcher Mittel
in Form eines Stützlagers 29 und 30 vorgesehen sind, welches in Längserstreckung
des Federelementes 26 durch nicht dargestellte, an sich bekannte verstellmittei
definiert verstell- und arretierbar ist.
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In der Ausführungsform nach Fig. 4 steht das Stützlager 29 kraftschlüssig
mit dem federnden Ende 27 des Federelementes 26 in Verbindung.
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Fig. 5 zeigt ein Stützlager 30, welches beim iluSsetzen des Okularträgers
11 auf das Koppelelement 22 auf das Federelement 26 aufgeschoben wird, um eine formschlüssige
Verbindung zwischen Federelement und Stützlager 30 zu realisieren.
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In der erfindungsgemäßen Ausführung des Statives nach den Fig. 2 und
3 werden äußere Erregungen des Grundkörpers 1 durch die schwingungsisolierende Gummiplatte
3 nicht auf die erste Säule 2 übertragen. Innere Brregungen des Tubusträgers 11
werden durch die konstruktive Gestaltung der zweiten Säule 19 weitestgehend absorbiert
auf den Grundkörper 1 übertragen. Die Gumrniplatte 3 verhindert eine Übertragung
dieser Schwingangen auf die erste Säule 2.
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Aufgrund der in Fig. 3 dargestellten starren Verbindung zwischen dem
als Objektträger fungierenden Tisch 6 und der ersten Säule 2 bzw. zwischen dem Objektivträger
7 und der ersten Säule 2 treten keine störenden Relativverschiebungen zwischen Objektträger
und Objektivträger 7 auf.
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Beim aufsetzen des Okulartr,igers 11 auf das Koppelelement 22 erden
die Lagerzapfen 25 des Okularträgers 11 in Sie Lagerpfannen 24 eingesetzt und durch
mit dem Koppelelement 22 durch Schrauben 31 verbundene Platten 32 befestigt. Die
Schrauben 31 und Platten 32 dienen gleichzeitig als die Beweglichkeit des Drehgelenkes
definiert verändernde Einstellmittel, wobei sie schwingungsdämpfend wirken. Der
Grad der Schwingulngsdämpfung dieses Drehgelenkes ist durch Variation der Materialpaarung
(Lagerpfanne - Lagerzapfen) und durch Veränderung der Anpreßkraft rnit Hilfe der
Schrauben 31 in weiten Grenzen einstellbar. Der Okularträger 11 führt susamtnen
mit den an ihm angeordneten Geräteteilen, wie z.B.
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Beobachtungs- oder Fototubus, bei Erregungen Torsionsschwingungen
um die achse des beispielsweise als Torsionsstabfedergelenk ausgebildeten Drehgelenkes
aus. Dabei richtet sich die Steifigkeit der ein Schwingungssystem bildenden Koppelstelle
zwischen Okularträger 11 und Koppelelament 22 nach dem Abstand der Stützlager 29
oder 30 von den Befestigungestellen oder der Binspannstelle des Federelementes 26.
Das Drehgelenk kann auch als an sich bekanntes Blattfedergelenk ausgebildet sein,
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