DE4231379A1 - Mikroskop mit einem multifunktionalen Triebknopf - Google Patents
Mikroskop mit einem multifunktionalen TriebknopfInfo
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- G02—OPTICS
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Description
Die Erfindung betrifft ein Mikroskop gemäß dem Oberbegriff des
Patentanspruchs 1.
Bei Mikroskopen mit motorisch bzw. teilautomatisch ausgebildeten
Funktionen sind die manuell auszulösenden Bedienelemente i.A. als
Tasten ausgebildet und zu einem Tastenfeld zusammengefaßt. Dieses
Tastenfeld ist entweder direkt am Mikroskopstativ angeordnet oder
aber auch in einem separaten Bedienpult vorgesehen. Die Verwendung
von Tasten zur Auslösung von diskret einzustellenden
Mikroskopfunktionen, wie beispielsweise das Umschalten des
Objektivrevolvers oder das Ein-/Aus-/Umschalten der einzelnen
Lampen der Mikroskopbeleuchtung, erfordert keine individuell
arbeitende Empfindlichkeit. Werden jedoch Mikroskopfunktionen mit
Tasten bedient, bei denen eine feinfühlige Einstellung notwendig
ist, wie beispielsweise die Fokussierung des Mikroskopobjektivs,
die Einstellung von Blenden, die Helligkeitsregelung der Lampen
oder auch die X-, Y-Verschiebung des Mikroskoptisches, so sind
Tasten als Bedienelemente ungeeignet.
Aus der DE 36 07 379 C1 ist ein Mikroskop mit einem motorisch
schaltbaren Objektivrevolver und einem motorischen Fokussiertrieb
bekannt. Die Fokussiereinrichtung weist als Handhabe zur
Feineinstellung einen Drehknopf mit zugeordnetem Encoder in einem
separaten, neben dem Mikroskop angeordneten Bedienpult auf. In
diesem Bedienpult ist außerdem ein zusätzlicher Schalter für den
Objektivrevolver vorgesehen.
Nachteilig ist an der beschriebenen Einrichtung, daß
ausschließlich die motorische Fokusfeineinstellung über ein
Handrad erfolgt.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Einrichtung
zu schaffen, bei der ausgehend von dem bekannten Triebknopf für
die Fokuseinstellung, zusätzliche Mikroskopfunktionen über diesen
Triebknopf gesteuert werden können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden
Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der
Unteransprüche.
Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels mit Hilfe der
schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Seitenansicht des Mikroskops,
Fig. 2 ein Blockschaltbild der einzelnen Schaltungen.
Die Fig. 1 zeigt ein Mikroskop 1 mit einem Objektivrevolver 17,
einen in Z-Richtung motorisch verstellbaren Objekttisch 22, auf
dem eine X-Y-Scanningeinrichtung mit den Antriebsmotoren 23 und
24 angeordnet ist, eine Fokussiereinrichtung mit einem
Schrittmotor 4 und einem zentralen Triebknopf 2, der mit einem
Encoder 6 gekoppelt ist. Bei einer langsamen oder schnelleren
Drehung des Triebknopfes 2 gibt der Encoder 6 eine langsamere oder
schnellere Impulsfolge ab. Eine Steuereinrichtung 3 registriert
lediglich die Anzahl der Impulse.
Am Mikroskopstativ 5 sind mehrere Schalter 11; 15; 19; 21; 25
vorgesehen, die elektrisch mit der Steuereinrichtung 3 verbunden
sind. Im Mikroskop 1 sind ferner eine Helligkeitsregeleinrichtung
20 für das Lampenhaus 29 mit einer Lichtquelle 28, eine
Geschwindigkeitssteuerschaltung 10 für den Fokussierantrieb 4 und
eine Schnittstelle 26 angeordnet. Im Beleuchtungsstrahlengang 13
des Mikroskops 1 sind in der Aperturblendenebene AP und
Leuchtfeldblendenebene LF jeweils eine Blende 12; 16 angeordnet,
deren Öffnung über je einen Motor 14; 18 veränderbar ist.
Der Triebknopf 2 mit dem nachgeordneten Encoder 6 ist elektrisch
mit der Steuereinrichtung 3 verbunden. Beim Drehen des Knopfes 2
werden die vom Encoder 6 erzeugten Impulse in der
Steuereinrichtung 3 registriert. Über die Steuereinrichtung 3 wird
der Motor 4, vorzugsweise ein Schrittmotor, zur entsprechenden Z-
Verstellung des Objektisches 22 mit Strom beaufschlagt. Die Anzahl
der Encoder-Impulse bestimmt den Hub des Motors, die Anzahl der
Impulse pro Zeiteinheit bestimmt die Geschwindigkeit der
Motorverstellung. Dieser Z-Verstellung wird über drei
Vorwahltasten 11 und eine Geschwindigkeitssteuerschaltung 10 noch
eine manuell vorwählbare Geschwindigkeitskomponente überlagert,
die die von der Drehung des Triebknopfes 2 abhängige Encoder-
Impulsfolge vervielfacht oder untersetzt. Dies kann z. B. für die
Regelung eines sanften Anlaufs der Motorsteuerung ausgenutzt
werden.
Mit den Vorwahltasten 11 wird auf diese Weise ein mechanisches
Übersetzungsgetriebe simuliert, d. h. der Bediener kann zur
Fokussierung eines beliebigen Objektivs über eine entsprechende
Geschwindigkeit die Funktion eines Fein- oder Grobtriebs
vorwählen. Ein einzelner vom Encoder 6 abgegebener Impuls wird
dazu beispielsweise zur Steuerung von zwei oder mehr Schritten am
Motor 4 verwendet, um eine größere Übersetzung zu erreichen. Dies
ist z. B. bei der Fokussierung von Objektiven geringer Vergrößerung
vorteilhaft. Im Zusammenhang mit kodierten Objektivwechselvor
richtungen kann die zweckmäßige Getriebeübersetzung auch
automatisch durch die Steuereinrichtung 3 erfolgen.
Dem Encoder 6 ist ein Schrittmotor 9 nachgeordnet, der elektrisch
mit der Steuereinrichtung 3 und mechanisch mit der Welle des
Triebknopfes 2 verbunden ist. Der Schrittmotor 9 ist als
elektrisch arbeitende Bremse für den Triebknopf 2 ausgebildet. In
vorgegebenen Arbeitsbereichen, z. B. im Bereich des oberen und
unteren Endanschlags des Mikroskoptisches 22, ist der Schrittmotor
9 über die Steuereinrichtung 3 zunächst stromlos geschaltet und
wird daher vom Triebknopf 2 ohne Behinderung mitgedreht. Beim
Erreichen der Arbeitsbereichsgrenze, die z. B. durch geeignete
Schwellwerte, wie maximale zulässige Impulsanzahl, definiert
werden kann, wird über die Steuereinrichtung der Motor 9 bestromt.
Der Triebknopf 2 läßt sich in diesem Zustand schwerer
weiterdrehen. Die Steuereinrichtung 3 kann diese Funktion
beispielsweise so steuern, daß die Schwergängigkeit des
Triebknopfes 2 beim Erreichen der Arbeitsbereichsgrenze bis zur
vollständigen Blockierung laufend erhöht wird.
Am Mikroskoptisch 22 ist eine X-Y-Scanningeinrichtung mit
Antriebsmotoren 23 und 24 vorgesehen. Die X- bzw. Y-Bewegung wird
ebenfalls über den Triebknopf 2 gesteuert. Dazu ist der
Vorwahlschalter 25 elektrisch mit der Steuereinrichtung 3
verbunden. Beim Betätigen dieses Schalters wird beispielsweise die
Funktion Z-Trieb des Triebknopfes 2 auf die Funktion X- bzw. Y-
Antrieb umgeschaltet. Mit dem Triebknopf 2 lassen sich so
nacheinander eine bestimmte X- und Y- Position für ein Objekt
anfahren. Die Funktion des Schrittmotors 9 bleibt analog zum Z-
Trieb erhalten. Als Arbeitsbereichsgrenzen sind hier die maximalen
X- und Y-Verfahrwege zugelassen.
Auch die Helligkeitsregeleinrichtung 20 für die Lichtquelle 28 ist
mit der Steuereinrichtung 3 elektrisch verbunden. Über den
Schalter 21 wird die Funktion Helligkeitsregelung auf den
Triebknopf 2 geschaltet. Analog zu den bereits beschriebenen
Funktionsweisen kann dann die Helligkeit der Lichtquelle 28 über
die Encoder-Impulse des Triebknopfs 2 eingeregelt werden.
Die motorisch regelbare Apertur- 12 und und Leuchtfeldblende 16
werden über die Schalter 15 und 19 aktiviert. Die Stellmotore 14
und 18 sind elektrisch an die Steuereinrichtung 3 angeschlossen.
Nach dem Aktivieren des jeweiligen Schalters 15 bzw. 19 wird über
den Triebknopf 2 der Stellmotor 14 bzw. 18 gesteuert und die
entsprechende Einstellung der Blende 12 bzw. 16 vorgenommen.
Bei den beschriebenen Antriebs- bzw. Stellmotoren handelt es sich
jeweils um Schrittmotore, deren Ansteuerung über einzelne in der
Steuereinrichtung 3 zählbare, vom Encoder 6 abgegebene Impulse
erfolgt. Die Stellung der Blenden 12; 16, des Mikroskoptisches 22
und der Scanningeinrichtung lassen sich über die registrierten
Impulse ermitteln. Wird auf die Verwendung von Schrittmotoren
verzichtet, können an den Stellantrieben Sensoren 8 angeordnet
werden, die mit der Steuereinrichtung 3 elektrisch verbunden sind
und die jeweilige Stellung des einzustellenden Bauteils an die
Steuereinrichtung 3 übermitteln.
Am Mikroskop 1 ist zusätzlich eine Schnittstelle 26 vorgesehen,
die mit der Steuereinrichtung 3 verbunden ist. Über die
Schnittstelle 26 kann ein externes Bedienpult 27 zur Steuerung der
beschriebenen Mikroskopfunktionen angeschlossen werden. Bei der
Verwendung des Mikroskops in einem Gesamtsystem, wie beispielsweise
einer Wafer-Inspektionsstation, können die Mikroskopfunktionen
über die Schnittstelle auch von einer übergeordneten
Steuereinrichtung vorgenommen werden.
Die Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild der einzelnen Schaltungen
mit den zugehörigen elektrischen Verbindungen. An die zentrale
Steuereinrichtung 3 sind die Schalter 15 und 19, sowie die
Stellmotore 14 und 18 für die Apertur- 12 und Leuchtfeldblende 16
angeschlossen. Den Motoren 14 und 18 sind hier Sensoren 8 zur
Überwachung der Blendenstellung zugeordnet. Der zentrale
Triebknopf 2 ist über eine Welle mit dem Encoder 6 und dem
nachgeordneten Schrittmotor 9 verbunden. Über Leitungen sind diese
Bauteile an die Steuereinrichtung 3 angeschlossen.
Die Geschwindigkeitssteuerschaltung 10 ist mit drei
Vorwahlschaltern 11 und der Steuereinrichtung 3 verbunden. Der
Fokusmotors 4 ist über eine Leitung an die Steuereinrichtung 3
angeschlossen. Über die Vorwahlschalter 11 lassen sich diskrete
Geschwindigkeiten, d. h. Übersetzungen für den Fokussierantrieb
vorwählen. Dadurch wird erreicht, daß z. B. bei einem Objektiv mit
geringer Vergrößerung durch eine Umdrehung am Triebknopf 2 ein
größerer Hub des Mikroskoptisches 22 ausgelöst wird, als bei einem
anderen Vorwahlschalter 11 für ein Objektiv mit hoher
Vergrößerung.
Über die Helligkeitsregeleinrichtung 20 sind der Schalter 21 sowie
die Lichtquelle 28 an die Steuereinrichtung 3 angeschlossen.
Die Antriebsmotore 23 und 24 für die Scanningeinrichtung sind mit
Sensoren 8 zur Überwachung der X-Y-Koordinaten mit der
Steuerschaltung 3 verbunden. Der Vorwahlschalter 25 zur
Aktivierung der X- oder Y-Verstellung ist mit der Steuerschaltung
3 elektrisch verbunden.
An der Schnittstelle 26 der Steuereinrichtung 3 ist ein extern
angeordnetes Bedienpult 27 zur Steuerung der beschriebenen
Mikroskopfunktionen angeschlossen. Über das Bedienpult können die
motorisch betriebenen Mikroskopfunktionen angesteuert und
betrieben werden.
Die Erfindung beschränkt sich nicht nur auf die hier beschriebenen
motorisch steuerbaren Mikroskopfunktionen, sondern kann in
mikroskopischen Systemen überall dort eingesetzt werden, wo
feinfühlige und individuell regelbare Einstellungen oder
Empfindlichkeiten notwendig sind. Über den als Bremse vorgesehenen
Schrittmotor 9 verhält sich der Triebknopf 2 so, als würde er in
gewohnter Weise gegen einen mechanischer Anschlag laufen.
In den Figuren ist lediglich ein Triebknopf 2 dargestellt. Aus
Ergonomiegründen ist es selbstverständlich auch möglich, analog zu
den bekannten Fokus-Koaxialknöpfen herkömmlicher Mikroskope, einen
zusätzlichen Triebknopf auf der anderen Stativseite des Mikroskops
anzuordnen. Ferner kann der Triebknopf als Koaxial-Triebknopf mit
einem äußeren Element für den Grobtrieb und einem inneren Element
für die Feineinstellung ausgebildet sein. Beide Elemente können
über ein Getriebe mit dem nachgeordneten Encoder verbunden werden.
Bei der Beschreibung des Ausführungsbeispiels ist davon
ausgegangen worden, daß die den einzelnen Funktionen zugeordneten
Wahlschalter als Einzelelemente gestaltet sind. Aus Montagegründen
ist es jedoch besonders vorteilhaft, wenn die Schalter in
Tastenfeldern 30 zusammengefaßt werden. Diese können an
beliebigen, ergonomisch sinnvollen Stellen am Mikroskopstativ
angeordnet und mit der Steuereinrichtung verbunden werden.
Insbesondere ist so auch eine doppelte Anbringung für rechts- und
linkshändige Bedienung einfach zu realisieren.
In ein solches Tastenfeld 30 kann zusätzlich ein Anzeigefeld 31
integriert werden, das die von den Sensoren 8 ermittelten
Stellungen der jeweils aktivierten Antriebsmotoren sichtbar macht,
bzw. die den gezählten Encoder-Impulsen entsprechenden
Verfahrwege, Blendenöffnungen, Lampenströme usw. angibt. Die
jeweils aktivierten Tasten können durch Leuchtsignale kenntlich
gemacht werden.
Bezugszeichenliste
1 Mikroskop
2 Triebknopf
3 Steuereinrichtung
4 Fokussiermotor
5 Mikroskopstativ
6 Encoder
7 Schalter
8 Sensoren
9 Motor (für Triebknöpfe 2)
10 Geschwindigkeitssteuerschaltung
11 Vorwahlschalter (Geschwindigkeitssteuerschaltung 10)
12 Aperturblende
13 Beleuchtungsstrahlengang
14 Stellmotor (für Aperturblende 12)
15 Schalter (Stellmotor 14)
16 Leuchtfeldblende
17 Objektivrevolver
18 Stellmotor (Leuchtfeldblende 16)
19 Schalter (Stellmotor 18)
20 Helligkeitsregeleinrichtung
21 Schalter (für Helligkeitsregeleinrichtung 20)
22 Mikroskoptisch
23 Stellmotor (für X-Verstellung von 22)
24 Stellmotor (für Y-Verstellung von 22)
25 Vorwahlschalter (für Stellmotor 23 und 24)
26 Schnittstelle
27 Bedienpult
28 Lichtquelle
29 Lampenhaus
30 Tastenfeld
31 Anzeigefeld
AP Aperturblendenebene
LF Leuchtfeldblendenebene
2 Triebknopf
3 Steuereinrichtung
4 Fokussiermotor
5 Mikroskopstativ
6 Encoder
7 Schalter
8 Sensoren
9 Motor (für Triebknöpfe 2)
10 Geschwindigkeitssteuerschaltung
11 Vorwahlschalter (Geschwindigkeitssteuerschaltung 10)
12 Aperturblende
13 Beleuchtungsstrahlengang
14 Stellmotor (für Aperturblende 12)
15 Schalter (Stellmotor 14)
16 Leuchtfeldblende
17 Objektivrevolver
18 Stellmotor (Leuchtfeldblende 16)
19 Schalter (Stellmotor 18)
20 Helligkeitsregeleinrichtung
21 Schalter (für Helligkeitsregeleinrichtung 20)
22 Mikroskoptisch
23 Stellmotor (für X-Verstellung von 22)
24 Stellmotor (für Y-Verstellung von 22)
25 Vorwahlschalter (für Stellmotor 23 und 24)
26 Schnittstelle
27 Bedienpult
28 Lichtquelle
29 Lampenhaus
30 Tastenfeld
31 Anzeigefeld
AP Aperturblendenebene
LF Leuchtfeldblendenebene
Claims (12)
1. Mikroskop (1) mit einem motorischen Fokussierantrieb (4), einem
mit einem Encoder (6) verbundenen Triebknopf (2) als Handhabe zur
Fokusverstellung, mit einer Steuereinrichtung (3) zur Ansteuerung
des Fokussierantriebs (4) und mit weiteren motorisch steuerbaren
Mikroskopfunktionen, dadurch gekennzeichnet, daß am
Mikroskopstativ (5) Schalter (7; 11; 15; 19; 21) zur wahlweisen
Aktivierung der zusätzlich steuerbaren Mikroskopfunktionen
vorgesehen sind, wobei über die Steuereinrichtung (3) die jeweils
aktivierte motorische Funktionen in Abhängigkeit von den durch die
Drehung des Triebknopfes (2) ausgelösten Encoder-Impulsen
gesteuert wird.
2. Mikroskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an den
motorischen schaltbaren Mikroskopfunktionen Sensoren (8) zur
Erkennung der Arbeitsstellung angeordnet und die Sensoren (8) mit
der Steuereinrichtung (3) elektrisch verbunden sind.
3. Mikroskop nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem
Triebknopf (2) ein elektrisch bremsbarer Motor (9) gekoppelt ist,
der mit der Steuereinrichtung (3) elektrisch verbunden ist und
durch diese in Abhängigkeit von der aktivierten Funktion so
gesteuert wird, daß die Drehung des Triebknopfes (2) linear bis
zur Blockierung erschwert wird, wenn der maximale Arbeitsbereich
der motorisch steuerbaren Mikroskopfunktion erreicht wird.
4. Mikroskop nach Anspruch 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß eine
Geschwindigkeitssteuerschaltung (10) für den Fokussierantrieb (4)
des Mikroskops (1) vorgesehen ist und Vorwahlschalter (11) für
verschiedene Übersetzungsstufen am Mikroskop (1) angeordnet sind.
5. Mikroskop nach Anspruch 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß der
Aperturblende (12) im mikroskopischen Beleuchtungsstrahlengang
(13) ein Stellmotor (14) zugeordnet und am Mikroskopstativ (5) ein
Schalter (15) zur Aktivierung des Motors (14) über die
Steuereinrichtung (3) vorgesehen ist.
6. Mikroskop nach Anspruch 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß der
Leuchtfeldblende (16) im mikroskopischen Beleuchtungsstrahlengang
(13) ein Stellmotor (18) zugeordnet und am Mikroskopstativ (5) ein
Schalter (19) zur Aktivierung des Motors (18) über die
Steuereinrichtung (3) vorgesehen ist.
7. Mikroskop nach Anspruch 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß im
Mikroskop (1) eine Helligkeitsregeleinrichtung (20) zur Änderung
der Lampenspannung vorgesehen ist und am Mikroskopstativ (5) ein
Schalter (21) zur Aktivierung über die Steuereinrichtung (3)
vorgesehen ist.
8. Mikroskop nach Anspruch 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß dem
Mikroskoptisch (22) für die X-, Y-Verstellung jeweils ein
Stellmotor (23, 24) zugeordnet ist und ein Vorwahlschalter (25) für
die X- und Y-Verstellungen am Mikroskop (1) angeordnet ist.
9. Mikroskop mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß am Mikroskop (1) eine mit der
Steuereinrichtung (3) elektrisch verbundene Schnittstelle (26) zur
externen Steuerung der Mikroskopfunktionen angeordnet ist.
10. Mikroskop nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein
externes Bedienpult (27) zur Steuerung der Mikroskopfunktionen
vorgesehen und über die Schnittstelle (26) mit dem Mikroskop (1)
verbunden ist.
11. Mikroskop nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Schalter zur Aktivierung der
Stellfunktionen in Tastenfeldern (3) zusammengefaßt sind.
12. Mikroskop nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß
mindestens ein Tastenfeld (30) zusätzlich ein Anzeigefeld (31)
enthält.
Priority Applications (8)
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DE (2) | DE4231379C2 (de) |
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