1. Hintergrund der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung ist auf optische Instrumente,
insbesondere auf Stereomikroskope und noch spezieller auf die
Einrichtung für das Montieren und Bewegen der Linsen, um eine sich
stufenlos ändernde Vergrößerung zu erzielen, gerichtet.
2. Beschreibung des bisherigen Standes der Technik
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Stereomikroskope des bisherigen Standes der Technik, die sich
stufenlos ändernde Vergrößerungssysteme haben, verwenden einen
Einstellmechanismus, weicher typischerweise aus einem Paar
drehbar montierter und schräg voneinander angeordneter Tragwellen,
welche jeweils ein Paar Kurvenschiebernuten haben, die darin
ausgebildet sind, besteht. Die Tragwellen sind über eine
geeignete Einrichtung, wie beispielsweise ein Zahnradgetriebe, mit
einer drehbaren Einstellwelle verbunden. Komplementäre Paare von
Linsenzellen sind über Kurveneingriffsglieder mit jeder
Kurvenschiebernut so gekoppelt, daß eine Drehung der Einstellwelle
verursacht, daß sich die Linsenzellen in Längsrichtung in einer
der beiden Richtungen entlang der Tragwellen bewegen. Die von
jeder Linsenzelle zurückgelegte Entfernung ist eine Funktion der
Gestalt der Kurvenschiebernut, mit welcher jedes entsprechende
Kurveneingriffsglied gekoppelt ist.
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Beispiele für Stereomikroskope mit variabler Vergrößerung, wie
sie vorstehend beschrieben sind, werden in den folgenden US-
Patenten offenbart: 2,942,519, erteilt am 28. Juni 1960 auf O.W.
Boughton u. a.; 3,057,259, erteilt am 9. Oktober 1962 auf R.F.
Schuma; 3,061,801, erteilt am 30. Oktober 1962 auf O.W. Boughton
u. a.;
3,502,392, erteilt am 24. März 1970 auf R.M. Muller; und
3,510,202, erteilt am 5. Mai 1970 auf O.W. Boughton.
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Eine Abwandlung der vorstehend beschriebenen Mikroskope findet
man im US-Patent Nr. 3,405,991, erteilt am 15. Oktober 1968 auf
F.A. Seedhouse. Bei diesem Patent wird ein Zoom-Stereomikroskop
beschrieben, welches komplementäre Linsenzellen hat, die
verschieblich auf zwei Paaren paralleler Tragstangen aufgenommen
werden. Jedes Paar Tragstangen wird winklig zu dem anderen Paar
Tragstangen verschoben. Eine drehbare, in der Mitte liegende
Nockenwelle beinhaltet ein Paar Kurvenschiebernuten, mit welchen
die Linsenzellen durch Kurveneingriffsglieder gekoppelt sind.
Wenn die Nockenwelle gedreht wird, dann wird jede Linsenzelle in
Längsrichtung um einen vorbestimmten Betrag bewegt.
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Die soeben beschriebenen Stereomikroskope leiden unter mehreren
Gestaltungs- und Kostenproblemen. Erstens verwendet jedes eine
spiralförmige Kurvenschiebernut, die auf einer Nockenwelle
ausgebildet ist. Es ist allgemein bekannt, daß die Herstellung von
Präzisions-Kurvenschiebernuten eine teure und schwer zu
steuernde Prozedur ist, die eine teure Maschineneinrichtung erfordert.
Es können auch irgendwelche Positionierfehler, die durch die
Nocken- und Eingriffsgliedanordnung hineingebracht werden, die
Auflösung des optischen Systems unakzeptabel machen. Diese
Fehler können als Folge einer fehlerhaften Herstellung, Verschleiß
an Nut oder Eingriffsglied oder aus beiden Gründen auftreten.
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Zweitens beinhalten die vorstehend beschriebenen Instrumente ein
Zahnrad-Antriebssystem zwischen der Einstellwelle und dem oder
den Nocken. Die optischen Präzisionserfordernisse des
Instruments verlangen die Verwendung von Präzisionszahnrädern, um den
toten Gang zu minimieren, was die Kosten weiter erhöht.
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Drittens müssen die Führungsstäbe, auf welchen die Linsenzellen
gleiten, präzisionsgeschliffen sein, um die Genauigkeit zu
gewährleisten. Dies erfordert zusätzliche Herstellungskosten.
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Viertens ist bei jedem der vorstehend beschriebenen Instrumente
ein Präzisionselement (Kurveneingriffsglied) zum gleitenden
Eingriff in ein zweites Präzisionselement (Kurvenschiebernut)
montiert. Folglich wird, sofern nicht die Oberflächen mit einer
speziellen Schmierung oder Beschichtung behandelt sind oder ein
reibungsarmes Lager an dem Kurveneingriffsglied befestigt ist,
eine unangemessene Reibung zwischen den Oberflächen vorhanden
sein.
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J.A. Clark, Miterfinder der vorliegenden Erfindung, hat die
Nachteile der Nocken- und Eingriffsgliedanordnung und die
Vorteile eines einfachen Kurbel- und Kurbelschwingenmechanismus'
für die Verschiebung einer Vielzahl von Linsen oder Linsenzellen
entlang einer geraden Bahn erkannt, wie er bei einem
Monozoomsystem erforderlich ist. Die Vorteile des Kurbel- und
Schwingenmechanismus' werden im US-Patent Nr. 3,516,732 beschrieben,
welches am 23. Juni 1970 erteilt worden ist. Die offenbarten
Mechanismen umfassen einen Kurbel- und Schwingenmechanismus, welcher
eine Zoomwirkung in einem Monozoomsystem von einem
Vergrößerungsbereich bis zu 5 : 1 sorgt. Als die Arbeit abgeschlossen
wurde, wurde dieses Verhältnis als recht hoch angesehen. Als
jedoch die Verwendung von Zoom-Mikroskopen anstieg, wurde
offensichtlich, daß größere Verhältnisse erforderlich sind. Als die
Zoomverhältnisse größer wurden, dachte man, daß ein Kurbel- und
Schwingenmechanismus, so, wie er beschrieben wurde, nicht
verwendet werden könnte, weil eine nicht akzeptable Defokussierung
beobachtet wurde. Dies war die Folge der Tatsache, daß die
Auswanderung des Kurbel- und Schwingenmechanismus' nicht genau an
die spezifischen Parameter der Optik angepaßt werden konnte. Das
heißt, während bestimmter Teile der linearen Bewegung der
Zoomlinsen, die durch die Bewegung des Kurbel- und
Schwingenmechanismus' ausgelöst wurde, wandert das System aus dem Brennpunkt,
und das Bild wird unscharf.
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Die Erfindung, wie sie im Nachstehenden im Detail beschrieben
und dargelegt wird, überwindet die Probleme, die man bei den
vorstehend beschriebenen Einrichtungen antrifft, ist
wirtschaftlich
in der Herstellung und gestattet eine schnelle
Veränderung bei der Vergrößerung.
Zusammenfassung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Stereomikroskop
entsprechend Anspruch 1.
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Die bevorzugte Ausführungsform liefert ein optisches Instrument
mit veränderlicher Vergrößerung, welches einen Kurbel- und
Schwingenmechanismus für die genaue Steuerung der Bewegung
angepaßter Linsenpaare innerhalb des Zoombereichs des Instruments
beinhaltet. Das Instrument kann ein Paar winklig verschobener
Tragstangen beinhalten, an welchen kooperierende Linsenpaare
montiert sind. Die Linsenzellen-Baugruppenpaare sind miteinander
durch Kurbelschwingen gekoppelt, welche durch eine drehbare
Kurbelwelle betätigt werden. Eine Nockenfläche ist auf der Kurbel
ausgebildet, welche in ein Kurveneingriffsglied bei einem
Satz der Kurbelschwingen eingreift. Die Länge der
Kurbelschwingen kann deshalb effektiv geändert werden, um einen Zustand
außerhalb des Brennpunktes zu kompensieren und zu korrigieren.
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Die drehbare Kurbelwelle beinhaltet ein Paar Knöpfe, welche
einstellbare Anschlagmechanismen beinhalten, um die Größe der
verfügbaren Drehung zu begrenzen, wodurch die lineare
Entfernung, die von den einzelnen Linsenzellen durchlaufen wird,
begrenzt wird.
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Ein Federelement hält jedes Paar Linsenzellenbaugruppen in
positivem Kontakt gegen die Führungsstangen, an denen sie montiert
sind. Jede Linsenbaugruppe beinhaltet einen Stabilisationsarm,
um die Baugruppe auf der Tragstange zu stabilisieren und zu
führen.
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Weiterhin sind die Federelemente kooperativ zwischen dem
Gelenkpunkt der Kurbelschwinge an der Linsenzellenbaugruppe und dem
Gelenkpunkt der Kurbelschwinge an der Kurbel montiert, um
dadurch die Linsenzelle zur Kurbel hin zu spannen.
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Die Schwingen sind mit der Kurbel und den
Linsenzellen-Baugruppen in einer solchen Art und Weise gekoppelt, daß den
Schwingen ermöglicht wird, aufeinander zu und zueinander hin zu
schwenken, wenn die Linsenzellen-Baugruppen entlang der winklig
verschobenen Führungsstangen nach oben und nach unten
auswandern.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Fig. 1 ist eine teilweise geschnittene Vorderansicht eines
Stereomikroskops mit variabler Vergrößerung, das den Kurbel- und
Schwingenmechanismus entsprechend der vorliegenden Erfindung
beinhaltet;
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Fig. 2 ist eine Ansicht entlang der Linie 2 - 2 von Fig. 1;
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Fig. 3 ist eine vergrößerte partielle Vorderansicht ähnlich der
Fig. 1, die den Kurbel- und Schwingenmechanismus in einer
anderen Stellung zeigt;
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Fig. 4 ist ein rechter Seitenaufriß des in Fig. 3 gezeigten
Kurbelarm- und Schwingenmechanismus';
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Fig. 5 ist ein vergrößerter partieller Boden-Grundriß des langen
Kurbelarms und der Schwingen;
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Fig. 6 ist eine vergrößerte Teilansicht, die die Verbindung
einer der Langarmschwingen mit einer der unteren
Linsenzellenbaugruppen zeigt;
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Fig. 7 ist eine Seitenansicht der Kurbel;
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Fig. 8 ist eine Grafik, die die Beziehungen zwischen den Kurven
der optischen und der mechanischen Ausgänge für die Linsen
zeigt, die von der oberen und der unteren Zoomlinsenbaugruppe
getragen werden;
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Fig. 9 ist ein teilweise geschnittener oberer Grundriß der
unteren Linsenzellenbaugruppen und der dazugehörigen Vorspannfeder;
und
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Fig. 10 ist eine auseinandergezogene Ansicht einer der
Halterungen für die Befestigung der Schwenkzapfen an den
Linsenträgern.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
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Das optische Instrument 10, eine Fassung für ein Stereomikroskop
mit variabler Vergrößerung, umfaßt generell ein unteres Gehäuse
12, ein oberes Gehäuse 14 und einen Montagerahmen 15, welche
alle mit Hilfe konventioneller Methoden miteinander gekoppelt
sind. Ein konventionelles schwenkbares binokulares Okularpaar
16, von denen eines in Fig. 2 gezeigt wird, ist an dem oberen
Gehäuse 14 montiert. Die Okulare sind einstellbar, um
Fokussierdifferenzen zwischen den Augen auszugleichen und um den
Pupillenabstand zu verändern. Eine Vielzahl von Spiegeln 17 ist an
dem Montagerahmen 15 in irgendeiner bequemen konventionellen Art
und Weise fluchtend mit den Okularen 16 und entlang der
optischen Achsen 18 und 20 montiert, wobei diese Achsen
gegeneinander so geneigt sind, daß sie an einem Punkt 22 in einer
Objektebene 24 konvergieren, wie man am besten in Fig. 1 sieht.
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Die Einrichtung zum Tragen und Positionieren der beweglichen
Optik entlang der Achsen 18 und 20 beinhaltet ein Paar
Führungsstangen 26 und 27, die an dem Montagerahmen 15 montiert
sind. Wie man am besten in Fig. 1 und 3 sieht, trägt die
Führungsstange 26 ein Paar zusammenwirkende obere und untere
Zoomlinsenbaugruppen 28 und 30, welche zum Zweck einer linearen
Bewegung entlang derselben gleitend montiert sind. Die
Führungsstange
27 hat obere und untere Zoomlinsenbaugruppen 32 und 34,
die in ähnlicher Weise daran montiert sind.
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Wie am besten in Fig. 3 und 9 veranschaulicht, ist die untere
Linsenbaugruppe 30 am inneren Teil von Führungsstange 26 mit
Hilfe einer linearen Nut 48 montiert, die in Längsrichtung in
dem Träger 50 der Linsenbaugruppe ausgebildet ist. Um eine
Drehung des Trägers 50 um die Stange 26 zu verhüten, erstreckt sich
ein Stabilisierungsarm 52 von dem Träger 50 aus, um mit der
gegenüberliegenden Führungsstange 27 in Kontakt zu kommen. In
ähnlicher Weise ist die untere Linsenbaugruppe 34 mit Hilfe
einer linearen Nut 54 am äußeren Teil der Führungsstange 27
montiert. Um eine Drehung zu verhüten, erstreckt sich ein Arm 56
von dem Träger 58 der Linsenbaugruppe, um mit der Führungsstange
26 in Kontakt zu kommen.
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Die obere Zoomlinsenbaugruppe 28 ist an dem äußeren Teil von
Führungsstange 26 über eine lineare Nut 36 montiert, welche in
Längsrichtung in dem Träger 38 der Linsenbaugruppe ausgebildet
ist. Wie bei den Trägern 50 und 58 erstreckt sich, um eine
Drehung in bezug auf Stange 26 zu verhüten, ein Stabilisierungsarm
40 (am besten in Fig. 1 und 2 veranschaulicht) vom Linsenträger
38, um mit der gegenüberliegenden Führungsstange 27 angrenzend
an die obere Zoomlinsenbaugruppe 32 in Kontakt zu kommen, welche
daran über die Schwalbenschwanznut 42 montiert ist. Ein
Stabilisierungsarm 44 erstreckt sich vom Linsenträger 46, um mit der
gegenüberliegenden Führungsstange 26 in Kontakt zu kommen. Die
Stabilisierungsarme 40 und 44 sind gegenüberliegend von den
Stabilisierungsarmen 52 und 56 an den Führungsstangen 26 und 27
angeordnet, um zu ermöglichen, daß die obere und die untere
Linsenbaugruppe dicht zueinander gebracht werden können, wie in
Fig. 1 veranschaulicht.
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Wie man am besten in Fig. 2 und 9 sieht, werden die linearen
Nuten 48 und 54 in Richtung auf die Führungsstangen 26
beziehungsweise 27 durch eine hufeisenförmige Feder 62 vorgespannt,
welche zwischen den Trägern 50 und 58 der Linsenbaugruppen durch
Stifte 61 und 63 befestigt ist. Die durch die Feder 62 ausgeübte
Kraft drückt nicht nur die Nuten 48 und 54 in Eingriff mit den
Stangen 26 und 27, sie übt auch ein Moment auf beide Träger 50
und 58 aus, welches das freie Ende des Stabiliserungsarmes 52 in
Eingriff mit Stange 27 und das freie Ende von Stabilisierungsarm
56 in Eingriff mit der Stange 26 drückt. In ähnlicher Weise
werden die oberen Zoomlinsenbaugruppen 28 und 32 entsprechend
entlang der linearen Nuten 36 und 42 zu den Führungsstangen 26
und 27 mit Hilfe der hufeisenförmigen Feder 60 vorgespannt,
welche zwischen den Trägern 38 und 46 befestigt ist. Die
Stabilisierungsarme 40 und 44 wirken dem durch Feder 60 induzierten
Moment entgegen und verhüten folglich eine Drehung der
Linsenbaugruppen 28 und 32 um die Stangen.
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Die Zoomlinsen-Halte- und Positioniereinrichtung beinhaltet auch
eine Einstellwelle 64, die drehbar in dem Montagerahmen 15 mit
Hilfe der Lager 66 und 68 montiert ist, generell quer zu den
Führungsstangen 26 und 27. Wie am besten in Fig. 2, 4 und 7
veranschaulicht, ist an der Einstellwelle 64 eine Kurbel 70
montiert, die einen langen Arm 72 und einen kurzen Arm 74 hat. Der
lange Arm 72 hat eine Nockenfläche 76, die daran ausgebildet
ist. Die Kurbel ist fixierbar an Welle 64 beispielsweise durch
eine Madenschraube 78 befestigt.
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Wie man am besten in Fig. 3 und 4 sieht, ist ein erstes Paar
Kurbelschwingen 80 und 82 schwenkbar am kurzen Kurbelarm 74
durch den Kurbelzapfen 84 beziehungsweise 86 montiert. Die
Schwinge 80 ist an ihrem entgegengesetzten Ende schwenkbar durch
den Kurbelzapfen 88 mit dem Träger 38 der oberen
Zoomlinsenbaugruppe verbunden. Das eine Ende einer Feder 90 ist an der Nut 92
von Kurbelzapfen 84 befestigt, und ihr anderes Ende ist in Nut
94 von Kurbelzapfen 88 befestigt. Ähnlich der Schwinge 80 ist
Schwinge 82 schwenkbar mit dem Träger 46 der oberen
Zoomlinsenbaugruppe durch den Kurbelzapfen 96 verbunden. Das eine Ende
einer zweiten Feder 98 ist mit der Nut 100 in Kurbelzapfen 86
befestigt, und ihr entgegengesetztes Ende wird in Nut 102 von
Zapfen 96 aufgenommen. Wie man auch in Fig. 3 und 4 sieht, haben
die Schwingen 80 beziehungsweise 82 versetzte Teile 104 und 105,
über welche jede entsprechende Feder verläuft. Diese Anordnung
gestattet, daß die Federn 90 und 98 Kräfte in der durch die
Pfeile A in Fig. 4 gezeigten Richtung auf die Zapfen 86 und 96
und, nicht gezeigt, auf die Zapfen 84 und 88 ausüben. Die Federn
schaffen auch automatisch einen Ausgleich für einen Verschleiß
zwischen den verbindenden Teilen, dadurch, daß sie die Zapfen
und Öffnungen zusammenziehen, um sicherzustellen, daß jeder
Zapfen immer auf einer Seite der dazugehörigen Öffnung durch
eine Kraft belastet wird, die größer als die Reibung zwischen
den Teilen ist. Man erkennt aus den Zeichnungen, daß die Federn
90 und 98 auch so wirken, daß sie die Schwingen 80 und 82 auf
den Zapfen halten. Die Bedeutung dieser Tatsache wird im
Nachstehenden erklärt.
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Der lange Kurbelarm 72 ist schwenkbar mit den unteren
Zoomlinsenträgern 50 und 58 durch Kurbelschwingen 108 und 110
verbunden, wie man am besten in Fig. 3, 4, 5 und 6 sieht.
Schwenkzapfen 112 wird in der länglichen Öffnung 114 aufgenommen, die in
einem Ende von Schwinge 108 ausgebildet ist. Das
gegenüberliegende Ende von Schwinge 108 ist an Schwenkzapfen 116 mit Hilfe
von Öffnung 118 befestigt, welche geringfügig größer im
Durchmesser als der Zapfen ist. Der Schwenkzapfen 120 wird in einer
länglichen Öffnung 122 von Schwinge 110 aufgenommen. Das
gegenüberliegende Ende von Schwinge 110 ist an Schwenkzapfen 124 über
eine (nicht gezeigte) Öffnung mit geringem Übermaß befestigt.
Ein Kurveneingriffsglied 126 ist mittels irgendeines bequemen
Verfahrens, beispielsweise durch C-Klammern, zwischen den
Schwingen 108 und 110 angrenzend an die Zapfen 112 und 120
befestigt, so daß es in engen Kontakt mit der Nockenfläche 76 kommt,
die am langen Kurbelarm 72 ausgebildet ist.
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Eine Feder 130 ist an einem Ende so angepaßt, daß sie in einer
Nut 132 von Kurbelzapfen 112 aufgenommen wird und dagegen
anliegt. Wie am besten in Fig. 3 und 4 veranschaulicht, verläuft
die Feder 130 durch die Bohrung 131 von Schwinge 108. Das
entgegengesetzte Ende der Feder 130 wird, wie am besten in Fig. 6
veranschaulicht, in der Nut 134 von Schwenkzapfen 116 auf
genommen und liegt dagegen an. Die Feder 136 ist in ähnlicher Weise
gestaltet und zwischen Kurbelzapfen 120 und Schwenkzapfen 124
von Linsengruppenträger 56 befestigt. Durch Verweis auf Fig. 4
sieht man, daß die Gestalt der Feder 130 und ihre Befestigung
mit der Schwinge 108 gestattet, eine Kraft in der durch Pfeil B
gezeigten Richtung gegen den Zapfen 112 und, wie durch Pfeil C
gezeigt, eine Kraft gegen den Zapfen 116 auszuüben.
Dementsprechend erkennt man leicht, daß die Federn 130 und 136 die Zapfen
112 und 120 in einen positiven Eingriff gegen die Schlitze 114
und 122 drücken, während sie gleichzeitig die Zapfen 116 und 124
in positivem Eingriff innerhalb der Öffnungen 118 halten, so,
wie es in Fig. 6 gezeigt wird.
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Ein Bahnbewegungs-Anschlagmechanismus 138 ist an der
Einstellwelle 64 und dem Montagerahmen 15 befestigt, wie man am besten
in Fig. 1, 2 und 4 sieht. Der Mechanismus umfaßt eine Stange
140, welche sich senkrecht von der Einstellwelle 64 zwischen
einem Paar winklig verschobenen Anschlagstiften 142 und 144
erstreckt, welche sich von dem Montagerahmen 15 erstrecken.
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Wie am besten in Fig. 1 veranschaulicht, ist ein Paar
Vergrößerungs-Einstellknopfbaugruppen 146 jeweils in geeigneter Weise
an der Einstellwelle 64 an einem Ende derselben befestigt. Jede
Knopfbaugruppe 146 umfaßt ein Rad 148, welches gleitend über
eine Nabe 150 paßt und einstellbar daran durch Madenschraube 152
befestigt ist. Die Nabe 150 ist ihrerseits an der Welle 64 durch
die Madenschraube 154 befestigt. Eine Nase 156 (wovon eine
gezeigt wird) erstreckt sich von jedem Rad 148, um mit
Anschlaglappen 158 (von denen einer gezeigt wird), die auf dem
Montagerahmen 15 ausgebildet sind, nach einem vorbestimmten Grad an
Drehung von Welle 64 in Eingriff zu kommen, wie im Nachstehenden
erklärt wird.
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In Funktion wird das Gehäuse 12 an einer entsprechenden
Halterung (typischerweise einem Stativ) in irgendeiner allgemein
bekannten Weise so montiert, daß, wie vorstehend erklärt, die
optischen Achsen 18 und 20 am Brennpunkt 22 in der Objektebene
24 konvergieren. Das Stativ beinhaltet einen (nicht gezeigten)
Einstellmechanismus, welcher den Bedienungsmann in die Lage
versetzt, den gesamten Mikroskophalter nach oben oder nach unten
zu bewegen, um das betrachtete Objekt in den Brennpunkt zu
bringen. Wenn dies bewerkstelligt ist, dann können die
Zoomeigenschaften des Instruments 10 zum Einsatz gebracht werden, um die
Vergrößerung des betrachteten Objekts zu variieren.
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Wenn einmal der Brennpunkt mit Hilfe des vorstehend
beschriebenen Stativ-Einstellmechanismus' eingestellt ist, dann wird die
Einstellwelle 64 durch einen oder beide Knöpfe 146 so gedreht,
daß die langen und kurzen Kurbelarme 72 und 74 gedreht werden.
Wie in Fig. 1 und 2 veranschaulicht, befindet sich Einstellwelle
64 in ihrer oberen Drehungs-Endlage, wie sie durch die
Anschlagstange 140 diktiert wird, die mit dem Anschlagstift 144 in
Eingriff kommt. In dieser Stellung befinden sich der lange
Kurbelarm 72 und die Linsenbaugruppen 30 und 34 an ihrer oberen
Grenzlage, während der kurze Kurbelarm 74 in seiner unteren Grenzlage
ist. Es wird offensichtlich, daß durch Drehen der Welle 64 im
Uhrzeigersinn aus der Stellung, die in Fig. 1 gezeigt wird,
diese ihre untere Dreh-Grenzlage erreicht, wie in Fig. 4
gezeigt, wo sich der Anschlagstift 142 mit der Anschlagstange 140
in Eingriff befindet. In dieser Stellung sind der lange
Kurbelarm 72 und der kurze Kurbelarm 74 in ihrer unteren
beziehungsweise oberen Grenzlage.
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Der lange Kurbelarm 72 und die unteren Linsenbaugruppen 30 und
34 sind durch Kurbelschwingen 108 und 110 miteinander gekoppelt,
wie vorstehend beschrieben, so daß die Rotation von Kurbelarm 72
in eine lineare Bewegung der unteren Linsenbaugruppen 30 und 34
entlang der Führungsstangen 26 und 27 umgesetzt wird. Der kurze
Kurbelarm 74 und die oberen Linsenbaugruppen 28 und 32 sind in
ähnlicher Weise für eine lineare Bewegung in der den
Linsenbaugruppen 30 und 34 entgegengesetzten Richtung entlang der
Führungsstangen 26 und 27 durch die Schwingen 80 und 82 gekoppelt.
Dementsprechend bewegt eine Drehung von Kurbelwelle 70 in einer
Richtung die oberen (28 und 32) und die unteren (30 und 34)
Zoomlinsenbaugruppen weg voneinander, während eine Drehung in
der entgegengesetzten Richtung sie näher zusammenbringt.
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Wie jene, die mit der Technik vertraut sind, einschätzen können,
können die Stellungen über der Objektebene, in die die Linsen,
die durch die oberen und unteren Zoomlinsenbaugruppen getragen
werden, durch eine Kurbel- und Schwingenanordnung gebracht
werden, nicht ausreichend nahe bei den Stellungen über der
Objektebene liegen, die notwendig sind, um das Bild über den gesamten
Zoombereich im Brennpunkt zu halten. Das heißt, es treten über
den gesamten Bahnbewegungsbereich der Zoombaugruppen bestimmte
Bedingungen außerhalb des Brennpunktes auf, welche durch eine
zweidimensionale Koppelbewegung nicht ausgeglichen werden
können. Dies wird unter Verweis auf Fig. 8 offensichtlich, welche
eine Grafik ist, die die Beziehung zwischen den optischen und
mechanischen Ausgangskurven für die Linsen darstellt, die von
den oberen und den unteren Zoomlinsenbaugruppen getragen werden.
Wie jene, die mit der Technik vertraut sind, einschätzen können,
sind die optischen und mechanischen Kurven der durch die
Baueinheiten 28 und 32 getragenen Zoomlinse, wie durch die Kurve A-A
repräsentiert, angepaßt. Jedoch die Kurve C-C und die
mechanische Kurve B-B für die Zoomlinse, die durch die Baugruppen 30
und 34 getragen wird, sind nicht ausreichend angepaßt. Wenn zum
Beispiel die Einstellwelle 64 um den durch 1 - 2 dargestellten
Winkel gedreht wird, dann bewegen sich die oberen Zoomlinsen
durch Kurbel 74 und die Schwingen 80 und 82 auf der geforderten
Kurve, wie durch Kurve A-A dargestellt. Für jede Höhe der oberen
Zoomlinse über der Objektebene 24 gibt es, wie auf der Kurve A-A
dargestellt, eine entsprechende Höhe der unteren Zoomlinsen über
der Objektebene 24, wie durch die Kurve C-C dargestellt, um den
Brennpunkt für das optische System beizubehalten. Bei der
bevorzugten Ausführungsform wird die effektive Länge der Schwingen
108 und 110 kontinuierlich geändert, wie nachstehend erklärt
wird.
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Wie vorstehend beschrieben ist ein Korrekturnocken 76 am langen
Kurbelarm 72 vorhanden. Die Oberfläche des Nockens 76 wird
berechnet, um in Verbindung mit den Bewegungen der Schwingen 108
und 110 die Brennpunktabweichung zwischen den mechanischen und
den optischen Ausgängen ausreichend zu korrigieren, um den
Brennpunkt beizubehalten. Das Kurveneingriffsglied 126, welches
zwischen den Schwingen 108 und 110 befestigt ist, wird durch
Federn 130 und 136 gegen die Nockenfläche 76 vorgespannt. Diese
Vorspann-Anordnung gestattet zusammen mit länglichen Öffnungen
114 und 122, daß die Schwingen entlang von Zapfen 112 und 120
zurück- und vorschwingen und dadurch effektiv ihre Länge so
ändern, daß die unteren Zoomlinsen der Kurve C-C folgen können.
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Wie aus den Zeichnungen offensichtlich wird, müssen, wenn die
oberen (28 und 32) und die unteren (30 und 34) Linsenbaugruppen
von einer Stellung zu einer anderen entlang der Führungsstangen
26 und 27 verschoben werden, die Schwingen 80, 82 und 108, 110
in der Lage sein, auf einander zu und voneinander weg und auch
um die Achsen der Schwenkzapfen zu schwenken. Um dies
aufzunehmen, sind die Öffnungen in den Schwingen 80, 82, 108 und 110
geringfügig größer im Durchmesser als die Schwenkzapfen, an
denen sie angebracht sind und wirken folglich als sphärische
Verbindungselemente. Wie vorstehend erklärt, wirken die Federn
90, 98, 130 und 136 als Halteeinrichtung, um die Schwingen an
Ort und Stelle an den Zapfen zu halten.
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Der Betrag, um welchen sich die effektive Länge der Schwingen
108 und 110 ändern muß, um den Brennpunkt beizubehalten, hängt
in erster Linie von der minimalen Vergrößerung und dem
Zoomverhältnis ab. Für ein kompaktes Zoomsystem 6 : 1 wird die Fläche
von Nocken 76 mit dem Rechner abgeleitet, wobei einer Reihe von
Variablen für: den relativen Winkel zwischen den Stangen 26 und
27; die Länge von Kurbel 74; die Länge von Kurbel 72; die Länge
der Schwingen 80 und 82; die Änderung bei der effektiven Länge
der Schwingen 80 und 82 als Folge der relativen Bewegung in der
Ebene der Stangen 26 und 27; die Länge der Schwingen 108 und 110
und die Veränderung der Längen als Folge der relativen Bewegung
in der Ebene der Stangen 26 und 27; die Lage (X-, Y- und
Z-Koordinaten)
jedes Zapfens bezogen auf den vorderen Scheitelpunkt
seiner zugeordneten Linsen; den Winkel, um den die Kurbeln
gedreht werden und auch den Anfangs- und Endpunkt der Kurbeln; und
die Position der Drehachse bezogen auf die Objektebene und die
Ebene, die durch die beiden optischen Achsen gebildet wird,
Rechnung getragen wird.
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Wie vorstehend beschrieben, ist ein Bahnweg-Anschlagmechanismus
138 eingebaut, um zu verhüten, daß der Mechanismus durch eine
Bedienungsperson beschädigt wird, die versucht, die Linsen zu
weit entweder nach oben oder nach unten zu fahren. Jedoch
innerhalb des maximalen Bahnweges, der durch die Bahnweganschläge
gestattet wird, kann ein willkürlicher Anschlag durch Einstellen
der Knopfbaugruppen 146 gesetzt werden. Um dies zu
bewerkstelligen, ist es für den Bedienungsmann nur notwendig, zu
bestimmen, welches die maximale und die minimale Vergrößerung für das
zu betrachtende Objekt ist. Bei vielen ähnlichen Proben sind auf
diese Weise durch ein einfaches Einstellen der Grenzen für die
Untersuchung einer Probe die Grenzen auch für die übrigen Proben
gültig. Folglich wird das jeweils untersuchte Objekt auf den
Objekttisch gebracht, und es werden die Knopfbaueinheiten 146
gedreht, um das Objekt beispielsweise in den gewünschten Zustand
hoher Vergrößerung zu bringen. Die Madenschraube 152 wird gelöst
und das Rad 148 solange gedreht, bis Nase 156 gegen Ansatz 158
stört. Dann wird die Madenschraube 152 wieder festgezogen. Die
Knopfbaueinheiten 146 werden dann solange in der
entgegengesetzten Richtung gedreht, bis man eine gewünschte geringe
Vergrößerung erhält. Die Prozedur würde dann bei dem gegenüberliegenden
Knopf wiederholt. Auf diese Weise kann man ziemlich genaue und
wiederholbare Vergrößerungszustände für ein Maximum und ein
Minimum einfach und leicht erhalten.
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Wie in Fig. 1 und 3 gezeigt, sind die Schwenkzapfen an den
Baueinheiten 28, 30, 32 und 34 mit Hilfe von Winkelkonsolen 160
befestigt, wie am besten in Fig. 10 gezeigt. Jede Konsole 160
ist an jedem einzelnen Linsenträger durch
Senkkopf-Maschinenschrauben 162 und 164 befestigt, welche in gegenüberliegenden
V-Schlitzen 166 und 168 aufgenommen werden, die in der Konsole
ausgebildet sind. Bei dem Prozeß des Fokussierens des
Instruments kann es notwendig sein, die Lage irgendeiner
Linsenbaugruppe in bezug auf ihren Partner auf der Tragstange geringfügig
zu justieren. Um diese Justierung auszuführen, ist es nur
notwendig, eine der Schrauben zu lösen und dann die andere
festzuziehen. Es wird aus Fig. 10 offensichtlich, daß die Köpfe der
Schrauben 162 und 164 konisch ausgebildet sind. Durch Lösen der
einen und Festziehen der anderen wird der Konus auf der
Unterseite des Schraubenkopfes, die festgezogen wird, gegen den V-
Schlitz gedrückt, was bewirkt, daß sich die Konsole von der
Schraube, die festgezogen wird, und entlang der Linsenbaueinheit
linear weggezogen wird. Der Abstand zwischen den
Linsenbaueinheiten und deshalb der Brennpunkt wird dementsprechend justiert.
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Es sollte selbstverständlich sein, daß die in der vorstehenden
Spezifikation beschriebene Ausführungsform nur in Form eines
Beispiels gegeben worden ist und als solche modifiziert werden
kann, ohne von dem Geltungsbereich der Erfindung abzuweichen,
wie er in den folgenden Ansprüchen dargelegt wird.