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Diese
Erfindung betrifft einen Vertikal-Feineinstellmechanismus (Fokussiermechanismus)
für optische
Mikroskope einschließlich
optischer Messinstrumente.
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Ein
Mechanismus, bei dem sich die Objektivlinse vertikal entlang der
Z-Achse bewegt, wird in herkömmlichen
optischen Messinstrumenten und optischen Mikroskopen häufig als
der Fokussiermechanismus verwendet.
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Die
Struktur von herkömmlichen
Mikroskopen wird kurz mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. 4 ist
eine Seitenansicht des Hauptteils eines Mikroskops, und 5 ist
eine Draufsicht davon. In den Zeichnungen ist (101) ein
Gestell, (102) ist eine Halterung, die auf dem Gestell
(101) zur freien vertikalen Bewegung montiert ist, (103)
ist ein Revolver für
die Objektivlinse, der auf der Halterung montiert ist, und (104)
ist die Objektivlinse, die auf dem Revolver montiert ist. An der
Halterung (102) ist auf beiden Seiten eine V-Nut (105)
für einen
Vertikal-Geradbewegungsführungsmechanismus
gebildet, wie in 5 dargestellt, und entgegengesetzt
zu dieser Nut ist auf dem Gestell (101) eine V-Nut (106) für einen
Vertikal-Geradbewegungsführungsmechanismus
gebildet, und eine Rolle oder eine Kugel (107) wird zwischen
diesen zwei Nuten gehalten. Auch ist auf der Halterung (102)
eine Zahnstange (108) montiert, eine Welle (110)
mit einem Ritzel (109), das mit dieser Zahnstange (108)
im Eingriff steht, steht vom Gestell vor, und ein Bedienungsgriff,
der nicht dargestellt ist, ist auf diesem vorstehenden Teil montiert. Wenn
dieser Bedienungsgriff gedreht wird, wird das Ritzel (109)
durch die Welle (110) gedreht, die Zahnstange (108),
die auf der Halterung (102) montiert ist, bewegt sich vertikal,
und auch die Halterung (102) bewegt sich gleichzeitig vertikal,
wobei ermöglicht wird,
dass die Objektivlinse (104), die auf dem Revolver (103)
montiert ist, fokussiert wird.
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Bei
den oben beschriebenen herkömmlichen Mikroskopen
ist jedoch, da ein Ende der Halterung vom Typ einer einseitigen
Halterung (102), die in Bezug zur Mitte der optischen Achse
asymmetrisch ist, mittels des Zahnstangenmechanismus zur Fein einstellung
vertikal bewegt wird, der Vertikal-Feinbewegungsmechanismus bemerkenswert
asymmetrisch, und der Betrieb ist instabil. Insbesondere Variationen in
einer Umgebungstemperatur rufen Fluktuationen der Mitte der optischen
Achse hervor, was zu dem instabilen Bild führt. Da eine Drift aufgrund
von Temperaturänderungen
in einem solchen Vertikal-Feinbewegungsmechanismus
auftritt, kann dieser Mechanismus im Augenblick nicht zur Molekülpositionsmessung
oder Molekülbewegungsmessung
verwendet werden.
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Diese
Erfindung soll deshalb das obige Problem lösen, indem ein optisches Mikroskop
von hoher Stabilität
verwirklicht wird, bei dem das Bild der betrachteten Probe während einer
Beobachtung nicht defokussiert wird und keine Bewegung (Drift) des
Objektpunkts (Objekts) auftritt.
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Die
DE 973 656 C offenbart
ein Mikroskop mit einem Einstellmechanismus, der entlang der Linie
der optischen Achse vorgesehen ist, und alternativ ein Mikroskop
mit einem von der optischen Achse verlagerten Einstellmechanismus,
wo die Bewegung des Einstellmechanismus durch einen Hebel auf einen
Stift übertragen
wird, der den Mikroskoptisch entlang der Linie der optischen Achse
bewegt.
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Unter
einem ersten Aspekt betrachtet, stellt die vorliegende Erfindung
einen Vertikal-Feineinstellmechanismus für Mikroskope gemäß Anspruch
1 bereit.
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Eine
bevorzugte Ausführungsform
stellt einen Vertikal-Feineinstellmechanismus
für Mikroskope
bereit, der zwei der Verblockungsstifte umfasst, die konfiguriert
sind, so dass auf beide eine gleichförmige Beanspruchung ausgeübt wird.
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Eine
bevorzugte Ausführungsform
stellt einen Vertikal-Feineinstellmechanismus
für Mikroskope
bereit, wobei das Betätigungselement
ein Mikrometer ist.
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Bevorzugte
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung werden nun nur als Beispiel und mit Bezug
auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
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1 ist
eine Schnittansicht eines Hauptteils eines Mikroskops, die sich
auf die erste Ausführungsform
dieser Erfindung bezieht,
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2 ist
eine Draufsicht-Schnittansicht desselben Mikroskops,
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3 ist
eine Seitenansicht desselben Mikroskops,
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4 ist
eine Seitenansicht des Hauptteils eines herkömmlichen Mikroskops,
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5 ist
eine Draufsicht auf den Hauptteil eines herkömmlichen Mikroskops.
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Die
Ausführungsformen
der Vertikal-Feineinstellmechanismen für Mikroskope, die sich auf
diese Erfindung beziehen, werden mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. 1 ist
eine Seitenschnittansicht des Mikroskops, 2 ist eine
Draufsicht-Schnittansicht desselben Mikroskops, und 3 ist
eine Seitenansicht desselben Mikroskops.
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In
den Zeichnungen ist ein äußerer Zylinder (2),
der einen konzentrischen Innendurchmesser und Außendurchmesser um die Mittelachse
aufweist, vertikal auf dem Substrat (1) montiert. Am unteren
Teil des äußeren Zylinders
(2) ist ein Flansch (2A) zur Befestigung ausgebildet,
und im Innendurchmesser des äußeren Zylinders
(2) ist ein Zwischenzylinder (3) mit sehr kleinem
Spiel eingebaut. Parallele ausgefräste Oberflächen (4A), die zur
Mittelachse dieses Zwischenzylinders (3) parallel sind
und in gleichen Abständen
von dieser Mittelachse eingerichtet sind, sind unter 120 Grad-Intervallen
gebildet, und ein V-Form-Nuten-Geradführungsbauteil (4)
ist auf diesen gefrästen
Oberflächen
montiert, so dass das Bauteil mit Befestigungsschrauben (5)
festgezogen werden kann. Auf den in drei gleiche Teile geteilten Teilen
des Innenumfangs des Zwischenzylinders (3) ist ein rechteckiges
Fenster geöffnet,
in dem eine Rolle oder eine Kugel (8) rollt.
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Auf
den in drei gleiche Teile geteilten Teilen des Außenumfangs
des Innenzylinders (7), an dem die Objektivlinse (6)
des Mikroskops angebracht werden kann, indem sie aufgeschraubt wird,
ist eine V-Nut, in der eine Rolle oder eine Kugel (8) rollt,
gefräst.
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Ein
Vertikal-Geradbewegungsführungsmechanismus
(Dreirichtungsgeradführungsmechanismus)
mit einer Hohlwelle (optische Achse) ist durch Zusammenbau dieser
Teile konfiguriert. Zusätzlich kann
dieser Mechanismus so konfiguriert sein, dass zwei von drei V-Nuten,
die in in drei gleiche Teile geteilten Teilen des Außenumfangs
des Innenzylinders (7) gebildet sind, quadratische Nuten
sind, (d. h. die Nutenoberfläche
ist flach), die relevanten Teile des Zwischenzylinders (3)
Ebenen sind, die parallel zur Mittelachse sind, und eine Rolle zwischen
ihnen eingebaut ist. In dieser Konfiguration wird, obwohl eine Symmetrie
geringfügig
beeinträchtigt
ist, die Stabilität nicht
beeinflusst, und die Herstellungskosten können reduziert werden.
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Auch
ist in dieser Konfiguration das V-Form-Nuten-Geradführungsbauteil
(4) mit Schrauben (9) auf dem Außenumfang
des äußeren Zylinders
(2) unter 120 Grad-Intervallen befestigt, um eine instabile
Bewegung des Zwischenzylinders (3) zu verhindern und um
zu ermöglichen,
dass auf die Rolle oder die Kugel (8) Druck aufgebracht
wird.
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Der
Mechanismus zum Aufbringen von Druck ist nicht auf die Schrauben
(9) beschränkt,
die oben beschrieben sind, und die folgende Konfiguration kann auch übernommen
werden. Wenn Betriebstemperaturfluktuationen mehrere Grad überschreiten,
kann, selbst wenn z. B. Material von demselben thermischen Ausdehnungskoeffizienten
für den
Zwischenzylinder (3) und den inneren Zylinder (7)
verwendet wird, eine gewisse Fluktuation auftreten, was zu Montageinstabilität führt, die
Verformungsniveaus aufgrund von Druck oder Überdruck überschreitet. In diesem Fall
kann eine Konfiguration übernommen werden,
bei der Schraubenfedern und Federgehäuse anstelle der Schrauben
(9) auf dem äußeren Zylinder (2)
gebildet sind oder Blattfedern zwischen dem Zwischenzylinder (3)
und dem V-Form-Nuten-Geradführungsbauteil
(4) eingesetzt sind, um die Montageinstabilität zu absorbieren,
die durch Betriebstemperaturfluktuationen hervorgerufen wird, während die Symmetrie
beibehalten wird. Auch kann eine Schraubenfeder als die Feder verwendet
werden, und andere Typen von Federn, die eine ähnliche Funktion erzielen können, können anstelle
der Blattfeder verwendet werden.
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Andererseits
kann der Vertikal-Feinbewegungsmechanismus aus einer Einrichtung
zur Feineinstellung zusammengesetzt sein, die aus einem Verblockungsstift
(10), dem Mikrometerkopf (11) und einem Hebel
mit Bauteil umgekehrter L-Form besteht. Der Verblockungsstift (10)
ist auf dem Innenzylinder (7) montiert, an dem die Objektivlinse
(6) angebracht ist, und eine Seite des Bauteils umgekehrter L-Form
(12) berührt
diesen Verblockungsstift. Das Bauteil umgekehrter L-Form (12)
wird zur freien Drehung in beide Richtungen mittels der Unterlegscheibe
(14) durch die fest angeordnete Welle (13) getragen,
die auf dem Außenumfang
des äußeren Zylinders
(2) montiert ist, und die andere Seite des Bauteils umgekehrter
L-Form berührt
den Mikrometerkopf (11). Der Mikrometerkopf (11)
ist mit dem Mikrobefestigungsbauteil (15) so montiert,
dass seine Höhe
mit derjenigen des Bauteils umgekehrter L-Form (12) ausgerichtet
ist und der Betrieb des Mikrometerkopfs (11) ermöglicht,
dass eine Seite des Bauteils umgekehrter L-Form (15) gepresst
wird, die andere Seite des Bauteils umgekehrter L-Form entsprechend
aufwärts
bewegt wird und der Verblockungsstift (10) nach oben gedrückt wird,
um den inneren Zylinder (7) mit einer Feineinstellung aufwärts zu bewegen.
Auch kann der Drehabschnitt des Bauteils umgekehrter L-Form mit
einer Rückholfeder
ausgerüstet
sein, falls zweckdienlich, um zu ermöglichen, dass er in seinen
Ausgangszustand gebracht wird. Zusätzlich kann für den Mikrometerkopf
(11) ein anderes Betätigungselement
mit einem Getriebemotor verwendet werden. Auch kann das Niveau einer Feineinstellung
frei eingestellt werden, indem die Länge von jeder Seite des Bauteils
umgekehrter L-Form eingestellt wird.
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Die
bevorzugten Ausführungsformen
dieser Erfindung sind wie oben beschrieben. Jedoch ist der Vertikal-Geradbewegungsführungsmechanismus nicht
notwendigerweise auf drei Richtungen beschränkt, und andere Anzahlen von
Richtungen sind möglich.
Auch können
andere Typen von Vertikal-Feinbewegungsmechanismen, die eine ähnliche Wirkung
verwirklichen können,
verwendet werden, indem die Form der Nuten und der Rolle geändert werden.
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Zusätzlich kann
diese Erfindung in beliebigen Formen verwirklicht werden, ohne dass
man von ihrem Zweck oder ihren Hauptmerkmalen abweicht. Die bevorzugten
Ausführungsformen,
die hierin beschrieben sind, sind deshalb in jeder Hinsicht nur Beispiele
und sollten nicht so aufgefasst werden, dass sie Beschränkungen
implizieren.
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Die
Gerad-Führungsmechanismen
dieser Erfindung weisen symmetrische Strukturen in Bezug zu ihrem
Gewicht und ihrer Form auf, und deshalb ist ein Mikroskop-Fokussiermechanismus
mit sehr guter Ausgewogenheit und hoher Stabilität erzielbar.
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Da
ein hochstabiles optisches Mikroskop verwirklicht wird, kann eine
Messung einer Molekülposition
und Molekülbewegung
in der Größenordnung
von Nanometern in den Gebieten von Molekularbiologie und Biophysik
leicht ausgeführt
werden. Wenn ein Betätigungselement
mit 0,1 Mikrometer pro Impuls, das den hohen Grad von Geradheit
und geringem Drehmoment aufweist, die für eine vertikale Feinbewegung
erforderlich sind, am Mikrometerkopf (11) bei dem Geradführungsmechanismus
verwendet wird, ermöglicht
die Hebelwirkung einen hochpräzisen
und kostengünstigen
Vertikal-Feinbewegungsmechanismus, der imstande ist, Auflösungen von 0,02 μm oder weniger
zu erzielen.
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Diese
Wirkungen können
wie oben beschrieben erzielt werden.