DE3531832A1

DE3531832A1 - Optisches geraet

Info

Publication number: DE3531832A1
Application number: DE19853531832
Authority: DE
Inventors: James A. Honeoye Falls N.Y. Clark
Original assignee: Bausch and Lomb Inc
Current assignee: Bausch and Lomb Inc
Priority date: 1984-09-14
Filing date: 1985-09-06
Publication date: 1986-03-27
Also published as: US4704013A; JPS61116308A

Description

Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf ein optisches Gerät, insbesondere auf die Einstelleinrichtung eines optischen Gerätes, etwa eines Mikroskopes.

Bisher wurden optische Präzisionsgeräte, etwa Mikroskope zur Erzeugung einer Bewegung eines Elementes bezüglich eines anderen mit Grob- und Fein-Einstellachsen ausgestattet. Die Grob- und Fein-Einstellachsen konnten getrennt voneinander ausgebildet oder, wie üblicher, koaxial ineinander angeordnet sein. In jedem Fall waren die Achsen auf irgend eine geeignete Art mit einem einstellbaren Element, etwa einem Kopf gekoppelt, so daß eine Drehung der Achse bzw. der Achsen eine entsprechende und proportionale Bewegung des einstellbaren

Elementes bewirkte.
25

In Abhängigkeit von der Art des Gerätes waren viele der Grob-Fein-Einstelleinrichtungen für einige Benutzer schlecht zugänglich und daher schwierig zu betätigen. Ein weiterer Nachteil

bestand darin, daß in vielen Fällen weder die Grob- noch die 30

Feineinstellungen ausreichende Einstellungen ermöglichten.

Zur Beseitigung dieser Schwierigkeiten wurde bereits vorgeschlagen (US-PS 4 083 256), Grob-Fein-Einstelleinrichtungen

mit einer einzigen Achse vorzusehen, so daß eine mittlere 35

Einstelleinrichtung gebildet wurde. Mit einer derartigen

Einrichtung wurde eine wahlweise Einstellung zwischen grob und fein ermöglicht, jedoch ist ihr Aufbau kompliziert, weil eine sehr genaue Fertigung und Montage erforderlich ist. Ferner wird die mittlere Einstellung durch das Zusammenwirken der Grob- und Fein-Einrichtungen begrenzt. Ein weiterer Nachteil der bekannten Anordnung besteht darin, daß sie koaxial mit der Grob-Fein-Einrichtung angeordnet und für einige Benutzer schwierig zu betätigen ist.

Es ist ferner bereits eine Einrichtung bekannt (DE-OS 33 21 050), die zusätzlich zu den normalen Grob- und Fein-Einstellungen eine weitere Einstellung ermöglicht. Obwohl diese Einrichtung koaxial zu den Grob- und Feinachsen angeordnet ist, enthält sie eine Anordnung, die vom Benutzer leicht betätigt werden kann. Die bekannte Einrichtung löst zwar 5

einige der vorstehend genannten Probleme, ist jedoch im Umfang der Einstellung beschränkt, da sie nur eine sehr geringe Bewegung gestattet.

Somit haben die bekannten Einstelleinrichtungen verschiedene Nachteile, etwa hohe Kosten, komplizierter Aufbau, der Facharbeiter zur Montage benötigt, sowie einen schwierigen Austausch von Teilen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein optisches Gerät zu schaffen, 25

das die vorstehend beschriebenen Nachteile beseitigt.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein optisches Gerät mit einer primären Einstelleinrichtung, die zur Bewegung eines Einstellelementes bezüglich eines Stützelementes am Stützelement 30

befestigt ist, erfindungsgemäß ausgestaltet durch eine sekundäre Einstelleinrichtung mit einer drehbar am Stützelement befestigten Achse und einem flexiblen Antrieb, der die drehbare Achse mit der primären Einstelleinrichtung koppelt,

so daß bei Drehung der drehbaren Achse der flexible Antrieb 35

und die primäre Einstelleinrichtung gedreht werden, wodurch

eine Bewegung des einstellbaren Elementes erfolgt.

Bei dem erfindungsgemäßen optischen Gerät werden durch die sekundäre Einstelleinrichtung die vorstehend erläuterten Nachteile vermieden, da sie eine leicht betätigbare Alternative zu den normalen Grob- und Feineinstellungen bildet. Sie ist wirtschaftlich herzustellen, leicht zu montieren und innerhalb enger Toleranzen sehr genau.

. ₀ Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren näher erläutert.

Figur 1 zeigt eine Vorderansicht eines optischen Gerätes, teilweise im Schnitt mit einer Einstelleinrichtung.

Figur 2 zeigt einen Schnitt entlang der Linie 2-2 aus Figur ■ 1. ■ ■

Figur 3 zeigt einen Teilschnitt entlang der Linie 3-3 aus ^{FigUr 1}·

Figur 4 zeigt eine Ansicht des Gerätes aus Figur 1 von unten, wobei die Abdeckplatte entfernt ist.

Figuren

5 und 6 zeigen schematisch die eine geschlossene Schleife aufweisende Einstelleinrichtung.

In Figur 1 ist ein optisches Gerät 10, beispielsweise ein Mikroskop dargestellt, das eine Stützsäule 12. ein an dieser

für eine Bewegung mit geringer Reibung befestigtes Schlittenelement 14, ein Antriebssystem 16 mit geschlossener Schleife zur Bewegung des Schlittenelementes 14 bezüglich der Stützsäule 12 und einer Federanordnung 18 zur Aufbringung eines Drehmomentes auf das Antriebssystem, um das Gewicht des Schlittenelementes 14 und an diesem befestigter Einrichtungen,

etwa eines Mikroskopkopfes oder Objekttisches auszugleichen, aufweist. Die Stützsäule 12 ist an einer Basis 13 befestigt, die eine Grob-Fein-Einstelleinrichtung 15 und eine Hilfs-Einstelleinrichtung 17 trägt.

Wie am deutlichsten in den Figuren 1 und 2 zu erkennen ist, weist die Stützsäule 12 ein längliches, kastenförmiges Teil 20 mit einer Vorderwand 22, einer Rückwand 24 und Seitenwänden 26 und 28 auf. In der Vorderwand 22 ist eine vertikale Aussparung 30 vorhanden, die von einem Paar einander gegenüberliegender Seiten 32 und 34 begrenzt wird. Eine Kugellaufbahn 36 befindet sich in der Seite 32, während eine entsprechende Kugellaufbahn 38 in der Seite 34 ausgebildet ist. Die Vorderwand 22 hat eine zweite vertikale Aussparung 48 mit Seiten 50 und 52, die im

wesentlichen parallel zu den Seiten 32 und 34 verlaufen. 15

Die Vorderwand enthält zwischen der Seitenwand 26 und der .y Seite 32 einen L-förmigen Schlitz 40. Wie am deutlichsten in Figur 2 zu erkennen ist, erstreckt sich der Fuß 42 des ^v Schlitzes 40 vom Schenkel 44 zur Seite 32, um einen verhältnismäßig dünnen Abschnitt zwischen Fuß 42 und Seite 32 und angelenktem Bereich 161 zu bilden. In der Seitenwand 26 sind mehrere Gewindelöcher 54 vorhanden (Figur 1) , die Einstellschrauben 56 aufnehmen.

25

Das Schlittenelement 14 hat eine Vorderseite 60, eine Rückseite 62 und Außenseiten 64 und 66. In der Außenseite 64 ist eine Kugellaufbahn 68 ausgebildet und in der Außenseite 66 befindet sich eine entsprechende Kugellaufbahn 70. Das Schlittenelement 14 ist über Kugellager 72 und 74 (Figuren 1 und 2) an der Stützsäule 12 befestigt.

Aus Figur 1 ergibt sich, daß die Stützsäule 12 in nicht gezeigter, geeigneter Weise an der Basis 13 befestigt ist, die

die Grob-Fein-Einstelleinrichtung 15 enthält, wie sie in der 35

DE-OS 33 45 326 beschrieben ist. Diese Einrichtung 15 weist

eine Grob-Fokussierachse 80 auf, die von Lagern 81, 83 und 96 drehbar in der Basis 82 gehalten ist. Ein Paar Einstellknöpfe 82 und 84 sind an gegenüberliegenden Enden der Grob-Fokussierachse vorgesehen. Eine Fein-Einstellachse 86 ist koaxial innerhalb der Grob-Fokussierachse 80 befestigt und weist ein Paar einander gegenüberliegender Einstellknöpfe 88 und 90 auf. Das Lagerteil 96 ist auf einem Vorsprung 98 abgestützt.

Zu einem später zu beschreibenden Zweck hält die Grob-Fokussierachse 80 auch eine Rolle 100, eine Bandaufwickelspule 104 und die Federeinrichtung 18. Die Rolle 100 ist mittels einer Klemmschraube 102 zwischen dem Lager 81 und dem Vorsprung 98 an der Grob-Fokussierachse 80 befestigt. Die Bandaufwickelspule 104 ist mittels einer Klemmschraube 106 benachbart zum

._ Lager 96 an der Grob-Fokussierachse 80 angebracht, und sie 15

enthält eine wendeiförmige Nut 105.

Die Federeinrichtung 18 enthält eine Torsionsfeder 108, die um ein Buchsenelement 110 gelegt ist, das auf der Grob-Fokussierachse 80 befestigt ist. Wie in Figur 1 dargestellt, ist das ]\ Ende 112 der Torsionsfeder 108 an einer Öffnung 113 der Basis 13 befestigt, während das andere Ende 114 an einer Öffnung 115 eines Bundes 116 angebracht ist, der, wie später beschrieben werden wird, mittels einer Klemmschraube 118 benachbart zur Bandaufwickelspule 104 auf der Grob-Fokussierachse 80 befestigt ist.

Wie den Figuren 1 und 3 zu entnehmen ist und wie in den Figuren 5 und 6 dargestellt, enthält das Antriebssystem 16 mit geschlossener Schleife eine erste Achse 120, die drehbar auf einer Achse 122 befestigt ist, die in einer Aussparung 48 der Stützsäule 12 sitzt. Mittels einer Achse 128 an der Rückseite 62 des Schlittenelementes 14 sind drehbar zweite und dritte Rollen 124 und 126 gehalten, und ein nicht elastisches,

flexibles Antriebsband 130 koppelt die ersten, zweiten und 35

dritten Rollen mit der Grob-Fein-Einstelleinrichtung 15. Ein

Ende 132 des Bandes 130 ist an einem Zapfen 134 befestigt, der in der Aussparung 48 der Stützsäule 12 angebracht ist und sich aus dieser erstreckt. Wie am deutlichsten in den Figuren 5 und 6 zu erkennen ist, verläuft das Band 130 vom Zapfen 134 nach _. unten und mit etwa 180° um die Rolle 126 am Schlittenelement

und zurück nach oben um die Rolle 120 an der Stützsäule. Das Band 130 ist etwa 180° um die Rolle 120 gelegt und erstreckt sich nach unten in Eingriff mit der Bandaufwickelspule 104, um die es mehrfach gelegt ist. Das Band 130 läuft von der Bandaufwickelspule 104 nach oben und in Eingriff mit der Rolle 124, um die es sich etwa 180° erstreckt, und dann nach unten, wo das Ende 136 an einer Schraubenfeder 138 befestigt ist. Die Schraubenfeder 138 ist an einem Zapfen 140 gehalten, der in der Stützsäule 12 befestigt ist, und sie bewirkt eine zwangsweise Zugspannung auf das Band 130, um sicherzustellen, daß 5

dieses gespannt gehalten wird.

Auf der Basis 13 ist benachbart zur Grob-Fein-Einstelleinrichtung 115 eine Hilfs-Einstelleinrichtung 17 befestigt (Figur 4). Diese enthält eine mittels einstellbarer Lager- und Halteanordnungen 146 und 148 drehbar an der Basis 13 befestigte Achse 144. An gegenüberliegenden Enden der Ασ-hse 144 sind Knöpfe 150 und 152 befestigt, und auf der Achse 144 sitzt eine Rolle 154, die in etwa bezüglich der Rolle 100 ausgerichtet

ist, die in der Grob-Fein-Einstelleinrichtung 15 vorgesehen 25

ist. Ein Gurt 156 koppelt die Rollen 100 und 154 miteinander. Der Gurt 156 ist vorzugsweise ebenso mit Zähnen versehen, wie die Rollen 100 und 154.

Im Betrieb kann der Benutzer einen der Einstellknöpfe 82, 84, 88 oder 90 greifen und drehen, um die Grob-Fokussierachse 80 zu drehen, die ihrerseits das Band 130 um die Bandauf wickelspule 104 wickelt. Aus den Figuren und der vorstehenden Beschreibung ergibt sich jedoch, daß das Band 130 mit seinen

Enden 132 und 136 an der Stützsäule 12 befestigt ist, um eine 35

geschlossene Schleife zu bilden. Es ist daher nicht möglich,

die Länge des Bandes 130 zu verändern, so daß durch die Drehung lediglich an einer Seite der Bandaufwickelspule 104 eine gewisse Länge Band 130 aufgenommen und genau die gleiche Länge am anderen Ende abgewickelt wird. Aus den Figuren 5 und 6 ist beispielsweise zu entnehmen, daß bei Drehung der Grob-Fein-Einstelleinrichtung 15 im Uhrzeigersinn, wie durch den Pfeil 158 angedeutet, Band 130 und Rollen 124 und 126 nach unten gezogen werden. Das Band 130 wird außerdem durch die Abwärtsbewegung der Rolle 126 an der linken Seite über die Rolle 120 nach oben gezogen. Da das Band eine geschlossene Schleife bildet und da die Rollen 124 und 126 am Schlittenelement 14 befestigt sind, bewirkt eine Drehung im Uhrzeigersinn eine Abwärtsbewegung des Schlittenelementes 14. Durch Drehung im Gegenuhrzeigersinn wird das Band zwischen der Bandaufwickelspule 104 und der Rolle 120 nach unten gezogen und übt auf die Rolle 126 und damit auf das Schlittenelement 14 eine nach oben gerichtete Kraft aus.

Das Schlittenelement 14 ist so aufgebaut, daß wahlweise unterschiedliche Anordnungen an ihm befestigt und von ihm gelöst werden können. So kann beispielsweise der teilweise in Figur 2 dargestellte Objektträger 160 am Schlittenelement 14 angebracht werden oder abhängig vom Verwendungszweck läßt sich ein Kopf mit geeigneten Optiken anbringen. Um die unterschiedlichen Gewichte derartiger Anordnungen zu kompensieren, ermöglicht die Federanordnung 18 einfach durchzuführende Einstellungen. Mit einem derartigen Aufbau des Schlittenelementes 14 und der darauf angebrachten Anordnung, beispielsweise des Objektträgers 160 kann etwa im Mittelbereich der Bewegungsbahn des Schlittenelementes 14 ein statischer Gleichgewichtszustand erreicht werden. Dies wird durch Einstellung des Drehmomentes möglich, das von der Federanordnung 18 auf die Einstelleinrichtung 15 ausgeübt wird.

Bei Austausch des Objektträgers 160 gegen eine andere Anordnung, die schwerer oder leichter ist, wird das System vorzugsweise erneut abgeglichen. Hierzu hat der Benutzer durch eine entfernbare Abdeckung 162 der Basis 13 Zugang zum Boden des Gerätes 10, so daß er die Klemmschraube 106 der Bandaufwickelspule 104 lösen kann. Der Benutzer hält dann die von der Grob-Fokussierachse 80 gelöste Bandaufwickelspule 104 mit einer Hand in einer verhältnismäßig festen Stellung, während er mit der anderen Hand entweder den Grob-Einstellknopf 82 oder den Grob-Einstellknopf 84 dreht. Abhängig von der Drehrichtung der Grob-Fokussierachse 80 wird die Feder 108 entweder stärker gespannt oder mehr entspannt. Durch Drehung der Grob-Fokussierachse 80 in einer Richtung ergibt sich somit eine Vergrößerung oder Verringerung des von der Feder 108 auf

. _ die Grob-Fokussierachse 80 ausgeübten Drehmomentes um einen 5

entsprechenden Betrag. Durch Erhöhung des vom Schlittenelementes 14 getragenen Gewichtes wird es selbstverständlich erforderlich, das von der Feder 108 erzeugte Drehmoment zu vergrößern. Der Benutzer erhöht daher die Spannung der Feder um einen entsprechenden Betrag. Nach Einstellung des Drehmomentes wird die Klemmschraube 106 wieder in klemmenden Eingriff mit der Grob-Fokussierachse 80 gebracht, um das statische Gleichgewicht des Systems wieder herzustellen.

Die Hilfs-Einstelleinrichtung 17 gibt dem Benutzer eine weitere Möglichkeit, den Fokussiervorgang zu beginnen. Da sich die Einstelleinrichtung 15 näher an der Rückseite des Gerätes 10 befindet, ist sie für einige Benutzer schwierig zu erreichen. Die Einrichtung 17 befindet sich näher an der Vorderseite des Gerätes 10, und ihre Knöpfe 150 oder 152 können daher leichter zugänglich sein. Durch Drehung der Achse 144 wird der Gurt 156 entsprechend gedreht, und er dreht die Rolle 100 und damit die Grob-Fein-Einsteileinrichtung 15.

Da der Gurt 156 gespannt zwischen der Rolle 100 und der Rolle 154 angeordnet ist, kann normalerweise eine gewisse Verstellung der Grob-Fein-Einstelleinrichtung 15 eintreten. Das Lager 96, das die Grob-Fokussierachse 80 der Einrichtung 15 umgibt, verhindert jedoch derartige Verstellungen. Wenn die Grob-Fein-Einstelleinrichtung 15 mit der Basis 13 verbunden wird, wird das Lager 96 mittels Schrauben 97 am Vorsprung 98 befestigt (Figur 4). Die Hilfs-Einstelleinrichtung 17 wird dann durch Lösen der Schrauben 147 und 149, die in Schlitze 151 und 153 . der Lager- und Halteanordnungen 146 und 148 eingesetzt sind, positioniert. Die Hilfs-Einstelleinrichtung 17 wird so bewegt, daß der auf den Rollen 100 und 154 liegende Gurt 156 gespannt wird und dadurch die entsprechende Zugspannung ausübt. Befindet sich die Einrichtung 17 in der richtigen Lage, werden die Schrauben 147 und 149 wieder gegen die Lager- und Halteanord-

nungen 146 und 148 geschraubt.

Wie Figur 2 zeigt, kann der dünne Abschnitt 46 benachbart zum L-förmigen Schlitz so ausgebildet sein, daß er bei Betätigung der Stellschrauben 56 ähnlich einem Scharnier wirkt. Sollte beispielsweise im Schlittenelement 14 zu viel Spiel vorhanden sein, können die Schrauben 56 gegen ein im Schenkel 44 eines Schlitzes 40 befindliches Element 57 geschraubt werden, das seinerseits an einem Teil der Stützsäule benachbart zur

_ocr Kugellaufbahn 36 anliegt. Durch Anziehen der Schrauben 56 wird 25

der Abschnitt 46 verbogen und dient als Scharnier zum Verschwenken des die Kugellaufbahn 36 aufweisenden Teils 161 der Stützsäule 12 in Richtung auf das Schlittenelement 14. Die gegenüberliegende Seite des Schlittenelementes 14 wird starr vom Kugellager 74 und einem nicht flexiblen Bereich 163 der Stützsäule 112 abgestützt. Somit kann der Sitz zwischen den Kugellaufbahnen und den Kugellagern so eingestellt werden, daß kein Spiel vorhanden ist. Um das Spiel in der Anordnung zu vergrößern, werden die Schrauben 56 gelöst, wodurch der Druck

vermindert wird, der auf den verschwenkbaren Bereich 161 der 35

Stützsäule 12 wirkt. Eine Platte 57 besteht aus einem

geeigneten Material, um auf den Bereich 161 der Stützsäule 12 eine gleichförmig verteilte Kraft auszuüben. Die Platte 57 verhindert außerdem, daß sich die Schrauben 56 in den verschwenkbaren Bereich 161 der Stützsäule 12 eingraben und diese verformen.

Claims

Ansprüche

Optisches Gerät mit einer primären Einstelleinrichtung, die zur Bewegung eines einstellbaren Elementes bezüglich eines Stützelementes drehbar am Stützelement, befestigt ist, gekennzeichnet durch eine sekundäre Einstelleinrichtung mit einer drehbar am Stützelement befestigten Achse und einem flexiblen Antrieb, der die drehbare Achse mit der primären Einstelleinrichtung koppelt, so daß die bei Drehung der drehbaren Achse der flexible Antrieb und die primäre Einstelleinrichtung gedreht werden, wodurch eine Bewegung des einstellbaren Elementes erfolgt.

Optisches Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der flexible Antrieb ein Gurt ist.

Optisches Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Gurt unelastisch ist.

Optisches Gerät nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die drehbare Achse und die primäre Einstelleinrichtung Rollen zur Aufnahme des Gurtes aufweisen.

5. Optisches Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die drehbare Achse benachbart und parallel zur primären Einstelleinrichtung angeordnet ist.

6. Optisches Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die drehbare Achse bezüglich der primären Einstelleinrichtung einstellbar am Stützelement befestigt ist.

7. Optisches Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch Mittel zur Kopplung der primären Einstelleinrichtung mit dem Stützelement, um vom flexiblen Antrieb auf die primäre Einstelleinrichtung ausgeübte Kräfte zu kompensieren.

8. Optisches Gerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel eine auf die Achse der primären Einstell-

■y einrichtung aufgepaßte, am Stützelement befestigte Lager-

) anordnung aufweisen.

9. Optisches Gerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Lageranordnung einstellbar am Stützelement befestigt ist.