DE69533111T2

DE69533111T2 - Vorrichtung zur führung von mikroskoplinsen

Info

Publication number: DE69533111T2
Application number: DE69533111T
Authority: DE
Inventors: Scott Parks
Original assignee: Leica Microsystems Inc
Current assignee: Leica Instruments Singapore Pte Ltd
Priority date: 1995-04-28
Filing date: 1995-04-28
Publication date: 2005-09-08
Anticipated expiration: 2015-04-29
Also published as: DE69533111D1; EP0823064B1; EP0823064A4; JP3141138B2; JPH11504136A; EP0823064A1; WO1996034306A1

Description

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Mikroskope nach dem Stand der Technik mit stetig veränderlichen Vergrößerungssystemen verwenden in der Regel einen Zoom-Einstellmechanismus, durch den ein Paar Objektive entlang einer optischen Achse des Mikroskops relativ zueinander bewegt werden können. Wenn das Mikroskop ein Stereo-Mikroskop ist, können komplementäre Objektivpaare (d. h. ein linkes und rechtes) durch den Zoom-Einstellmechanismus entlang konvergierender optischer Achsen bewegt werden. Bei mehreren Stereomikroskopen nach dem Stand der Technik werden die Objektivpaare durch Objektivzellenhalterungen gehalten, die so montiert sind, daß sie sich entlang von von einem Rahmen getragenen Führungsstangen bewegen können. Die Bewegung der Halterungen kann erreicht werden durch Doppelnockenschlitze, die in den Führungsstangen oder einer zentralen Nockenwelle ausgebildet sind und an einen Nockenstößel auf jeder Halterung gekoppelt sind, wobei eine Drehung der mit Nocken versehenen Stange/Stangen über einen Einstellknopf, der mit einer derartigen Stange oder mit derartigen Stangen verbunden ist, über ein Zahnradgetriebe bewirkt, daß sich die Halterungen entlang der Führungsstangen bewegen. Beispiele für derartige Einrichtungen nach dem Stand der Technik sind aus den US-Patenten Nummern 3,060,801 und 3,510,202 an Boughton und US-Patent Nummer 3,405,991 an Seedhouse und dem US-Patent Nr. 4,650,296 an Tsuchiya bekannt. Ein alternativer Mechanismus zur Bewegung der Objektivhalterungen unter Verwendung einer Kurbel- und Gestängekonfiguration ist aus dem eigenen US-Patent Nr. 4,690,519 an Clark et al. bekannt.
Damit die Objektive eines Mikroskops während der Zoom-Einstellungsbewegung entlang der optischen Achse ausgerichtet bleiben, wird erwünscht, die Objektivhalterungen an einem ersten Führungsstab zu befestigen und einen Teil jeder Halterung zur Ineingriffnahme mit einer zweiten Führungsstange vorzuspannen, um die Drehung der Halterung relativ zur ersten Führungsstange einzuschränken. Das Vorspannmittel umfaßt in der Regel eine mechanische Feder mit einem an der Objektivhalterung befestigten Ende und einem anderen Ende, das an einer getrennten Komponente befestigt ist, die sich mit der Halterung bewegt, wie etwa eine komplementäre Objektivhalterung in einem Stereomikroskop. 1 veranschaulicht einen im US-Patent Nr. 4,690,519 offenbarten Aufbau nach dem Stand der Technik, wobei ein komplementäres Paar von Objektivhalterungen 1a und 1b an Führungsstangen 2 bzw. 3 befestigt ist und eine Hufeisenfeder 4, die sich zwischen den Halterungen erstreckt, auf jede Halterung eine Vorspannkraft derart ausübt, daß die Halterungsarmteile 5 und 6 die Führungsstange in Eingriff nehmen, an der die komplementäre Halterung befestigt ist, wodurch die Drehbewegung der Halterungen begrenzt wird.
EP-A-0 620 463 lehrt ein System zum Führen einer Objektivhalterung 10 entlang einem Paar paralleler Führungsstangen 4 und 6. Die Objektivhalterung 10 enthält ein Paar gegenüberliegender Kugellager 14, 16, von denen eines federbeaufschlagt ist, um eine geführte Bewegung entlang der Führungsstange 6 zu ermöglichen. Eine Magnetbaugruppe 12 mit einem „U"-förmigen Permanentmagneten 20 wird dazu verwendet, eine Reihe indirekt gegenüberliegender Kugellagerpaare 22, 28 und 24, 26 zur Ineingriffnahme mit der anderen Führungsstange 4 vorzuspannen. Das System dieses Dokuments ist so ausgelegt, daß man eine präzise Führung für schwerere Objektive erhält, als sie in einem Mikroskop angetroffen werden, wie etwa Zoom-Objektiven in einer Filmkamera. Es ist außerdem so ausgelegt, daß es einen größeren Bereich an Wärmeausdehnung aufnimmt, als man in üblicherweise bei der Verwendung eines Mikroskops antreffen würde. Das System dieses Stands der Technik basiert deshalb auf Kugellagern anstatt einem Oberfläche-an-Oberfläche-Gleiten zwischen der Objektivhalterung und Führungsstangen, und es vermeidet die Verwendung einer Durchgangsbohrung mit enger Toleranz zum Aufnehmen der Führungsstange 6.
KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Mikroskope und insbesondere Objektivführungssysteme für Mikroskope, die magnetische Vorspannmittel verwenden.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines verbesserten Objektivführungssystems für ein Mikroskop, bei dem Objektivträger des Systems zur Ineingriffnahme mit einer Führungsstange unter Verwendung magnetischer Vorspannmittel vorgespannt werden.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Mikroskopobjektivführungssystems mit einem Vorspannmittel, das auf die Objektivträger des Mikroskops über ihren ganzen Bewegungsbereich entlang einer optischen Achse hinweg eine konstante Kraft ausübt.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Mikroskops mit einem Objektivführungssystem, das weniger von mechanischen Vorspannmitteln abhängt, wodurch das Mikroskop einfacher montiert werden kann und langlebiger ist als Mikroskope nach dem Stand der Technik.
Die Erfindung betrifft ein optisches Instrument mit veränderlicher Leistung nach Anspruch 1 und eine Objektivhalterung nach Anspruch 10.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Art und die Funktionsweise der vorliegenden Erfindung wird nun in der folgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen ausführlicher beschrieben. Es zeigen:
2 eine Rückansicht eines Mikroskopobjektivführungssystems, in das magnetisch vorgespannte Objektivträger gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung integriert sind;
3 eine Schnittansicht entlang der Linie 3-3 in 2;
4 eine Schnittansicht entlang der Linie 4-4 in 3;
5 eine Draufsicht auf eine Objektivhalterung und Führungsstangen, die gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgebildet sind;
6 eine Seitenansicht darauf.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Unter Bezugnahme auf die 2–4 ist ein Stereomikroskop 8, erste Ausführungsform, mit konvergierenden optischen Achsen 9a und 9b so gezeigt, daß es allgemein einen Rahmen 10 zum Tragen eines ersten Paares paralleler Führungsstangen 12 und 14 und eines zweiten Paares paralleler Führungsstangen 16 und 18 enthält, wobei mit jedem Paar von Führungsstangen eine obere Objektivhalterung 20 und eine untere Objektivhalterung 22 gleitend verbunden ist. Die oberen Objektivhalterungen 20 sind mit einem oberen Nockenstößel 24 und die unteren Objektivhalterungen 22 mit einem unteren Nockenstößel 26 verbunden, wobei der obere und untere Nockenstößel so angebracht sind, daß sie mit einer Doppelnockenwelle 28 verbunden sind. Nicht gezeigte Zoom-Einstellmittel sind zum Drehen der Nockenwelle 28 vorgesehen, damit die oberen und unteren Objektivhalterungen 20 und 22 auf vorbestimmte Weise zueinander bewegt werden, um die Vergrößerungsleistung des Stereomikroskops 8 stetig zu variieren. Das Zoom-Einstellmittel kann alternativ einen Kurbel- und Gestängemechanismus enthalten, wie etwa der, der von dem eigenen US-Patent Nr. 4,690,519 an Clark et al gelehrt wird.
Die Führungsstangen 12 und 14 und die damit verbundenen Objektivträger 20 und 22 haben die Aufgabe, die notwendige geradlinige Bewegung eines oberen Objektivs 30 und eines unteren Objektivs 32 entlang der optischen Achse 9a sicherzustellen, wenn der Zoom eingestellt wird. Die Führungsstangen 16 und 18 dienen einem ähnlichen und komplementären Zweck bezüglich der optischen Achse 9b, jedoch ist die Erfindung aus Gründen der Vereinfachung unten lediglich so beschrieben, daß sie sich auf die optische Achse 9a bezieht. Um die erforderliche geradlinige Bewegung sicherzustellen, sind die Führungsstangen 12 und 14 auf herkömmliche Weise jeweils an ihrem Ende mit dem Rahmen 10 verbunden, so daß die Führungsstangen parallel zueinander und zur optischen Achse 9a verlaufen. Durch einen ersten Teil sind die Objektivhalterungen 20 und 22 mit einem Durchgang 34 zum Aufnehmen der Führungsstange 12 versehen. Bei der ersten Ausführungsform ist der Durchgang 34 ein längliches Durchgangsloch, das bevorzugt auf enge Toleranzen ausgebildet ist, um die Führungsstange 12 in einer Oberfläche-zu-Oberfläche-Passung aufzunehmen. Eine Verlängerung des Durchgangs 34 ist wünschenswert, um ein geeignet großes Länge-Durchmesser-Verhältnis zu erhalten, wodurch Objektivträger 20 und 22 mit minimalem Pändeln entlang der Führungsstange 12 gleiten können, d. h. eine Bewegung entlang oder Drehung um eine Querachse der Führungsstange 12 auf Grund eines geringfügigen Spiels zwischen der Führungsstange 12 und der Innenfläche des Durchgangs 34.
Die oberen und unteren Objektivhalterungen 20 und 22 enthalten jeweils an einem zweiten Teil davon eine Anschlagsfläche 36, wie etwa eine Oberfläche eines darin ausgebildeten Schlitzes 38, und magnetische Vorspannmittel 40 zum Vorspannen der Anschlagsfläche 36 zur Ineingriffnahme mit der Führungsstange 14, um eine Drehung der Objektivhalterung um die Längsachse der Führungsstange 12 zu verhindern. Das Vorspannmittel 40 umfaßt bevorzugt einen Magneten 42, der in einer Ausnehmung 44 in der Nähe der Anschlagsfläche 36 gehalten wird, zum magnetischen Anziehen an die Führungsstange 14, die aus einem geeigneten magnetischen Material ausgebildet ist, d. h. einem Material, an das der Magnet 42 magnetisch angezogen wird, wie etwa magnetischen rostfreien Stahl. Der Magnet 42 wird vollständig von der Objektivhalterung getragen, zu deren Vorspannung er dient, wodurch die Objektivhalterung unabhängig und ohne eine getrennte Komponente zum Befestigen des anderen Endes einer mechanischen Feder funktionieren kann, wie im Stand der Technik erforderlich ist. Es ist zu erkennen, daß das Vorspannmittel 40 der vorliegenden Erfindung die Notwendigkeit für mechanische Federn reduziert, wie sie im Stand der Technik verwendet werden, wodurch die Montage des Instruments erleichtert und seine Zuverlässigkeit und Lebensdauer verbessert werden. Ein zusätzlicher Vorteil des Vorspannmittels 40 besteht darin, daß es eine konstante Vorspannkraft ausübt, um die Objektivhalterungen mit der Führungsstange 14 über den ganzen Bewegungsbereich jeder Objektivhalterung hinweg entlang der Führungsstangen 12 und 14 in Eingriff zu nehmen, was dazu führt, daß ein Benutzer auf das nicht gezeigte Zoom-Einstellmittel, das einen Drehknopf enthalten kann, eine gleichförmigere Kraft ausübt. Bei Konstruktionen nach dem Stand der Technik mit mechanischen Federn, die von komplementären Objektivhalterungen getragen werden, ist die von der mechanischen Feder ausgeübte Vorspannkraft auf Grund der konvergierenden und divergierenden Bewegung der komplementären Objektivhalterungen relativ zueinander nicht gleichförmig.
Die oberen und unteren Objektivhalterungen 20 und 22 enthalten zusätzlich durch einen dritten Teil davon Sichtöffnungen 46 und Tragflächen 48 und 50 zum Tragen der oberen und unteren Objektive 30 bzw. 32. Die Objektive können durch geeignete Mittel innerhalb der Sichtöffnungen 46 angeordnet und befestigt werden, zu denen radial justierbare Einstellschrauben 52 zählen, die in der Halterung vorgesehen sind, und eine an der Halterung befestigte Haltefeder 54.
Die 5 und 6 veranschaulichen eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der der Führungsstab 12 gleitend in einem Durchgang 34' gehalten wird, bevorzugt in Form einer V-förmigen Nut durch die obere Objektivhalterung 20, und zwar durch ein Paar Magnete 62, die in der Nähe des magnetischen Führungsstabs 12 angeordnet sind und in Richtung der Längsachse des Führungsstabs 12 beabstandet sind.
Eine ähnliche Anordnung kann für jede Objektivhalterung verwendet werden, einschließlich die untere Objektivhalterung 22. Somit werden bei der zweiten Ausführungsform Magnete in der Nähe beider Führungsstangen verwendet, um die Objektivhalterungen zur Ineingriffnahme mit den Führungsstangen vorzuspannen, wodurch Pendeln minimiert und die Drehung der Objektivhalterungen verhindert wird, um für eine glatte geradlinige Bewegung der Objektivhalterungen entlang der Führungsstangen zu sorgen.

Claims

Optisches Instrument mit veränderlicher Leistung von dem Typ, der folgendes aufweist: Stützmittel (10); eine erste optische Achse (9a) und eine relativ zu der ersten optischen Achse konvergierende zweite optische Achse (9b); eine erste Mehrheit von Objektivhalterungen (20 und 22), die jeweils dafür ausgelegt sind, ein Objektiv (30 und 32) zu halten und das Objektiv entlang der ersten optischen Achse (9a) zu positionieren, und eine zweite Mehrheit von Objektivhalterungen (20 und 22), die jeweils dafür ausgelegt sind, ein Objektiv (30 und 32) zu halten und das Objektiv entlang der zweiten optischen Achse (9b) zu positionieren, wobei durch einen ersten Teil jeder der Objektivhalterungen ein Durchgang (34, 34') und durch einen zweiten Teil dieser ein Schlitz (36) verläuft; wobei ein erstes Paar beabstandeter Führungsstangen (12 und 14) an dem Stützmittel befestigt ist, wobei eine des ersten Paars von Führungsstangen (12) in guter Gleitpassung in dem Durchgang (34) jeder der ersten Mehrheit von Objektivhalterungen aufgenommen ist und eine andere des ersten Paars von Führungsstangen (14) mit Abstand in dem Schlitz (38) jeder der ersten Mehrheit von Objektivhalterungen aufgenommen ist; ein zweites Paar beabstandeter Führungsstangen (16 und 18), die an dem Stützmittel befestigt sind, wobei eine des zweiten Paars von Führungsstangen (16) in guter Gleitpassung in dem Durchgang (34) jeder der zweiten Mehrheit von Objektivhalterungen aufgenommen ist und eine andere des zweiten Paars von Führungsstangen (18) mit Abstand in dem Schlitz (38) jeder der zweiten Mehrheit von Objektivhalterungen aufgenommen ist und Zoomeinstellmittel, die an dem Stützmittel befestigt sind, um die erste Mehrheit von Objektivhalterungen entlang der ersten optischen Achse und die zweite Mehrheit von Objektivhalterungen entlang der zweiten optischen Achse zu bewegen; dadurch gekennzeichnet, daß: eine andere des ersten Paars von Führungsstangen (14) und eine andere des zweiten Paars von Führungsstangen (18) aus einem magnetischen Material hergestellt sind und jede der ersten Mehrheit von Objektivhalterungen in der Nähe ihres Schlitzes (38) einen einen Magneten (42) aufnehmenden Schlitz (44) zum Vormagnetisieren einer Anschlagsfläche (36) des Schlitzes gegen die andere des ersten Paares von Führungsstangen (14) aufweist, um eine Drehung der Objektivhalterung um die eine des ersten Paars von Führungsstangen (12) zu verhindern und gleichzeitig eine Gleitbewegung zwischen der Anschlagsfläche (36) und der anderen des ersten Paars von Führungsstangen (14) zu gestatten und jede der zweiten Mehrheit von Objektivhalterungen in der Nähe ihres Schlitzes (38) einen einen Magneten (42) aufnehmenden Schlitz (44) zum Vormagnetisieren einer Anschlagsfläche (36) des Schlitzes gegen die andere des zweiten Paares von Führungsstangen (18) aufweist, um eine Drehung der Objektivhalterung um die eine des zweiten Paars von Führungsstangen (12) zu verhindern und gleichzeitig eine Gleitbewegung zwischen der Anschlagsfläche (36) und der anderen des zweiten Paars von Führungsstangen (14) zu gestatten, wobei jede der Objektivhalterungen integral aus einem unitären Materialstück ausgebildet ist.
Instrument nach Anspruch 1, wobei das Zoomeinstellmittel einen Kurbel- und Gestänge-Mechanismus enthält.
Instrument nach Anspruch 1, wobei das Zoomeinstellmittel eine Nockenwelle (28) enthält.
Instrument nach Anspruch 1, wobei die Führungsstangen (14, 18) aus magnetischem rostfreiem Stahl ausgebildet sind.
Instrument nach Anspruch 3, wobei die Führungsstangen (14, 18) aus magnetischem rostfreiem Stahl ausgebildet sind.
Optisches Instrument mit veränderlicher Leistung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß: jede der ersten Mehrheit von Objektivhalterungen in der Nähe ihres Durchgangs (34') ein Paar Magnete (62) zum Vormagnetisieren des Durchgangs aufweist, um eine des ersten Paars von Führungsstangen (12) in Eingriff zu nehmen, und jede der zweiten Mehrheit von Objektivhalterungen in der Nähe ihres Durchgangs (34') ein Paar Magnete (62) zum Vormagnetisieren des Durchgangs aufweist, um die eine des zweiten Paars von Führungsstangen (16) in Eingriff zu nehmen.
Instrument nach Anspruch 6, wobei das Zoomeinstellmittel einen Kurbel- und Gestänge-Mechanismus enthält.
Instrument nach Anspruch 6, wobei das Zoomeinstellmittel eine Nockenwelle (28) enthält.
Instrument nach Anspruch 8, wobei die Führungsstangen (12, 14, 16, 18) aus magnetischem rostfreiem Stahl ausgebildet sind.
Objektivhalterung (20) zur Verwendung in einem optischen Instrument mit veränderlicher Leistung, wobei die Objektivhalterung von dem Typ ist, der folgendes aufweist: einen ersten Teil mit einem darin ausgebildeten Durchgang (34) zum gleitenden Aufnehmen einer ersten Führungsstange (12); einem zweiten Teil mit einer Anschlagsfläche (36) zur gleitenden Ineingriffnahme einer zweiten Führungsstange (14); einen dritten Teil mit einer Sichtöffnung (46) dorthindurch und Mittel (48, 50, 52, 54) zum Stützen und Positionieren einer Objektivzelle (30, 32) in der Sichtöffnung (46); dadurch gekennzeichnet, daß: der zweite Teil einen Schlitz (44) und einen von dem Schlitz gehaltenen Magneten (42) in der Nähe der Anschlagfläche (36) zum Vorbeanspruchen der Anschlagfläche (36) in Richtung auf eine Oberfläche-zu-Oberfläche-Gleitineingriffnahme mit der zweiten Führungsstange (14) enthält; wobei der erste, zweite und dritte Teil integral aus einem unitären Materialstück ausgebildet sind.
Objektivträger nach Anspruch 10, wobei der Durchgang (34) ein längliches Durchgangsloch ist.
Objektivträger nach Anspruch 10, wobei die Anschlagfläche (36) lediglich durch den Magneten (42) zur Ineingriffnahme mit der zweiten Führungsstange (14) vorbeansprucht wird.
Objektivträger nach Anspruch 10, wobei der erste Teil mindestens einen Magneten (62) in der Nähe des Durchgangs (34) zum Vorbeanspruchen des Durchgangs (34) zur Ineingriffnahme mit der Führungsstange (12) enthält.
Objektivträger nach Anspruch 13, wobei es sich bei dem mindestens einen Magneten um ein Paar von Magneten (62) handelt, die in der axialen Richtung des Durchgangs (34) beabstandet sind.
Objektivträger nach Anspruch 13, wobei der Durchgang eine V-förmige Nut (34') ist.
Objektivträger nach Anspruch 15, wobei es sich bei dem mindestens einen Magneten um ein Paar von Magneten (62) handelt, die in der axialen Richtung der Nut (34') beabstandet sind.
Objektivträger nach Anspruch 16, wobei die Nut (34') lediglich durch das Paar Magnete (62) zur Ineingriffnahme mit der ersten Führungsstange (12) vorbeansprucht wird.