KR20140094268A - 무게 균등화 수단을 구비한 높이 조절 장치 - Google Patents

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Abstract

현미경의 경통 유닛(unit)의 무게를 상쇄시켜, 경통 유닛의 상하 이동을 용이하게 하는 무게 균등화 수단을 구비한 현미경용 높이 조절 장치가 개시된다. 상기 무게 균등화 수단을 구비한 높이 조절 장치는, 상하 이동부에 회전 가능하게 장착되며, 상기 상하 이동부와 함께 상하 이동되는 하나 이상의 상하 이동 도르래; 스탠드에 회전 가능하게 장착되며, 그 장착 위치가 고정되는 하나 이상의 고정 도르래; 일단은 상기 스탠드에 고정되고, 상기 상하 이동 도르래 및 고정 도르래에 순차적으로 걸리며, 타단은 경통 지지부에 고정된 무게 균등화 와이어; 상기 상하 이동부와 스탠드의 사이에 장착되어, 중력의 반대 방향으로 상기 상하 이동부에 힘을 인가함으로써, 상기 경통 지지부의 무게에 의한 힘을 상쇄시키는 스프링; 및 상기 경통 지지부를 상하 이동시키는 높이 조절부를 포함한다.

Description

무게 균등화 수단을 구비한 높이 조절 장치{Device for controlling height having weight balancing means}
본 발명은 높이 조절 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 현미경의 경통 유닛(unit)의 무게를 상쇄시켜, 경통 유닛의 상하 이동을 용이하게 하는 무게 균등화 수단을 구비한 현미경용 높이 조절 장치에 관한 것이다.
현미경은 시료를 확대하여 관찰하는 기구로서, 종래에는 대물렌즈와 접안렌즈가 장착된 경통(鏡筒, body tube)을 이용하여 육안으로 시료를 확대 관찰하는 전통적인 정립 현미경이 주로 사용되었으나, 최근에는, 접안 렌즈부와 함께 또는 접안 렌즈부를 대신하여, 디지털 카메라(광검출기) 및 디스플레이 장치를 장착하고, 시료의 확대된 디지털 이미지를 얻는 디지털 현미경이 널리 사용되고 있다. 또한, 세포, 부품 등의 3차원 미세 구조를 관측하기 위한 현미경으로서, 시료로부터 대물렌즈를 통해 광검출기에 이르는 빛의 경로상에 바늘 구멍(pinhole)을 설치하여, 시료의 특정 단면을 통과하는 빛(특정 단면의 영상) 만을 선택적으로 추출하여 관찰하되, 시료의 두께 방향과 평행하게 상기 바늘 구멍을 이동시키면서 시료를 관찰하여, 시료의 입체 영상을 얻는 컨포칼(confocal, 공초점) 현미경도 개발되어 사용되고 있다.
도 1은 통상적인 컨포칼 현미경의 외관 구조를 보여주는 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 통상적인 컨포칼 현미경은 시료가 위치하는 베이스(10), 상기 베이스(10)의 일측에 장착되는 스탠드(12, stand), 상하 이동 가능하도록 상기 스탠드(12)에 장착되는 경통 지지부(14), 상기 경통 지지부(14)의 높이를 조절하기 위한 높이 조절 노브(16, knob), 상기 경통 지지부(14)에 의해 지지되어, 경통 지지부(14)와 함께 상하 이동하는 경통 유닛(20, 'z축 이동 모듈'이라고도 한다), 및 상기 경통 유닛(20)의 시료측 말단에 장착되어 시료의 확대 이미지를 생성하는 대물 렌즈부(22)를 포함한다. 상기 경통 유닛(20)에서 얻어진 시료의 확대 이미지는 별도의 화상표시장치(도시되지 않음)에 디스플레이되거나, 별도의 제어부로 전송된다. 이와 같은 컨포칼 현미경, 디지털 현미경 등의 전자 현미경에 있어서는, 현미경의 특성에 따라, 경통 유닛(20)에 대물 렌즈부(22)를 비롯하여, 여러 가지 광학 및 전기적 장치가 장착되므로, z축 이동 모듈인 경통 유닛(20)의 무게가 점차 증가하고 있으며, 시료와 대물 렌즈부(22) 사이의 거리를 조절하기 위하여, 경통 유닛(20)을 상하 이동(z축 이동)시키는데, 상당한 힘이 소요된다. 따라서, 중력과 반대 방향으로 당기거나 미는 힘이 작용하도록, 경통 유닛(20)에 스프링을 설치하여, 경통 유닛(20)의 상하 방향 이동 시, 경통 유닛(20)의 무게에 의한 영향을 감소시키는 무게 균등화 방법이 사용되고 있다. 이와 같이, 경통 유닛(20)의 무게에 의해 발생하는 힘의 영향을 감소시킨 다음, 스퍼 기어와 렉 기어를 이용하거나, 볼스크류를 이용하여 경통 유닛(20)을 상하 이동시킨다.
그러나, 경통 유닛(20)의 무게가 더욱 증가하거나, 경통 유닛(20)의 상하 이동 거리(Z축 스트로크(stroke))가 긴 경우에는, 상기 스프링을 더욱 길게 만들거나, 스프링의 개수를 증가시켜야, 경통 유닛(20)의 무게에 의한 영향을 일정하게 상쇄시킬 수 있다. 예를 들면, 경통 유닛(20)의 상하 이동 거리(스트로크)가 30 mm 인 경우, 스프링의 길이는 100 mm 이상이어야 한다. 그러나, 컨포칼 현미경과 같이, 경통 유닛(20)의 상하 이동 거리가 100 mm 정도로 긴 경우에는, 기존의 스프링 형태로는 경통 유닛(20)의 상항 방향으로 인가되는 무게를 균등하게 유지시키기 어려우므로, 사용자가 높이 조절 노브(16)를 회전시켜 경통 유닛(20)을 상하 이동시킬 때, 높이 조절 노브(16)의 조절 감도가 나쁘고, 경통 유닛(20)의 무게에 의한 힘이 전달되어, 높이 조절 노브(16)를 미세하게 조절하기 어려운 단점이 있다. 또한, 기존의 스프링을 이용한 무게 균등화 시스템의 경우, 스프링이 늘어날 수록 인장력이 강해지므로, 스프링의 인장 길이에 따라서도, 높이 조절 노브(14)의 조절(회전)에 필요한 힘이 달라지게 된다. 따라서, 종래의 스프링을 이용한 무게 균등화 시스템의 경우, 경통 유닛(20)의 상하 이동 거리(Z축 스트로크)는 20 내지 30 mm 정도로 제한되고 있는 실정이다.
본 발명의 목적은, 경통 유닛의 무게가 무겁거나, 경통 유닛의 상하 이동 거리(stroke)가 긴 경우에도, 경통 유닛의 무게에 의한 영향을 비교적 일정하게 상쇄시킬 수 있는 무게 균등화 수단을 구비한 현미경용 높이 조절 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 경통 유닛의 무게 밸런스를 안정적으로 유지하여, 경통 유닛의 상하 이동 조절 감도가 균일하고, 경통 유닛의 쳐짐 현상을 방지할 수 있는 무게 균등화 수단을 구비한 현미경용 높이 조절 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 상하 이동부에 회전 가능하게 장착되며, 상기 상하 이동부와 함께 상하 이동되는 하나 이상의 상하 이동 도르래; 스탠드에 회전 가능하게 장착되며, 그 장착 위치가 고정되는 하나 이상의 고정 도르래; 일단은 상기 스탠드에 고정되고, 상기 상하 이동 도르래 및 고정 도르래에 순차적으로 걸리며, 타단은 경통 지지부에 고정된 무게 균등화 와이어; 상기 상하 이동부와 스탠드의 사이에 장착되어, 중력의 반대 방향으로 상기 상하 이동부에 힘을 인가함으로써, 상기 경통 지지부의 무게에 의한 힘을 상쇄시키는 스프링; 및 상기 경통 지지부를 상하 이동시키는 높이 조절부를 포함하는 무게 균등화 수단을 구비한 높이 조절 장치를 제공한다.
본 발명에 따른 현미경용 높이 조절 장치는, 경통 유닛의 무게가 무겁거나, 경통 유닛의 상하 이동 거리(stroke)가 긴 경우에도, 경통 유닛의 무게에 의한 영향을 비교적 일정하게 상쇄시켜, 경통 유닛의 상하 이동 조절 감도가 균일하고, 경통 유닛의 쳐짐 현상을 방지할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 통상적인 컨포칼 현미경의 외관 구조를 보여주는 도면.
도 2a 및 2b는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 무게 균등화 수단을 구비한 높이 조절 장치의 구조를 보여주는 정면 사시도 및 배면 사시도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무게 균등화 수단을 구비한 높이 조절 장치의 측단면도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 무게 균등화 수단을 구비한 높이 조절 장치의 배면도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명을 상세히 설명한다.
도 2a 및 2b는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 무게 균등화 수단을 구비한 높이 조절 장치의 구조를 보여주는 정면 사시도 및 배면 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 높이 조절 장치의 측단면도이다. 도 2a, 2b 및 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 높이 조절 장치는, 상하 이동부(30)에 회전 가능하게 장착되며, 상기 상하 이동부(30)와 함께 상하 이동되는 하나 이상의 상하 이동 도르래(32a, 32b, pulley), 스탠드(12)에 회전 가능하게 장착되며, 그 장착 위치가 고정되는 하나 이상의 고정 도르래(34), 일단(40a)은 스탠드(12)에 고정되고, 상기 상하 이동 도르래(32a, 32b) 및 고정 도르래(34)에 순차적으로 걸리며, 타단(40b)은 경통 지지부(14)에 고정된 무게 균등화 와이어(40, wire), 상기 상하 이동부(30)와 스탠드(12)의 사이에 장착되어, 중력의 반대 방향으로 상기 상하 이동부(30)에 힘을 인가함으로써, 상기 경통 지지부(14)의 무게에 의한 힘을 상쇄시키는 스프링(48), 및 상기 경통 지지부(14)를 상하 이동시키는 높이 조절부(50)를 포함한다.
본 발명에 따른 높이 조절 장치에 있어서, 상기 경통 지지부(14) 및 스탠드(12)는 도 1에 도시된 통상의 경통 지지부(14) 및 스탠드(12)와 동일한 기능을 한다. 구체적으로, 상기 경통 지지부(14)는 경통 유닛(20, 도 1 참조)을 지지한 상태로 상하 이동함으로써, 경통 유닛(20), 바람직하게는 컨포칼 현미경의 경통 유닛(20)을 상하 이동시키는 역할을 하며, 상기 스탠드(12)는 상기 경통 유닛(20) 및 경통 지지부(14)를 지지함과 동시에, 상기 경통 지지부(14)를 예를 들면, 슬라이딩 방식으로 상하 이동시키는 받침대의 역할을 수행한다. 상기 상하 이동부(30)는 상기 스탠드(12)와 소정 거리 이격되어, 상기 스탠드(12)의 상부에서 상하 이동하도록 설치된다. 예를 들면, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 상하 이동부(30) 하단에 설치된 슬라이딩 로드(36, sliding rod)가 상기 스탠드(12)에 형성된 슬라이딩 홀(36a, sliding hole)에 끼워져, 상기 상하 이동부(30)와 함께 상하 이동하도록 되어 있다. 상기 상하 이동 도르래(32a, 32b)는 그 회전축이 상하 이동부(30)에 장착되어, 상하 이동부(30)와 함께 상하 이동하는 움직도르래이고, 상기 고정 도르래(34)는 그 회전축이 스탠드(12)에 장착되어, 스탠드(12)에 고정되는 고정 도르래이다. 여기서, 상기 상하 이동 도르래(32a, 32b)와 고정 도르래(34)의 설치 개수는, 그 설치 구조에 따라, 적절히 조절될 수 있으나, 도 2a 및 2b에 도시된 바와 같이, 상기 상하 이동 도르래(32a, 32b)와 고정 도르래(34)가 교대로 위치하도록, 상기 고정 도르래(34)의 개수(n)보다 상하 이동 도르래(32a, 32b)의 개수가 하나 많도록(n+1) 설치되는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 상기 고정 도르래(34)가 1개 설치되고, 상하 이동 도르래(32a, 32b)가 2개 설치될 수 있다.
도 2a, 2b 및 3에 도시된 바와 같이, 상기 무게 균등화 와이어(40)의 일단(40a)은 스탠드(12)에 고정되고, 상하 이동 도르래(32a, 32b) 및 고정 도르래(32)에 순차적으로 걸리며, 타단(40b)은 경통 지지부(14)에 고정된다. 또한, 상기 스프링(48)은 상기 상하 이동부(30)와 스탠드(12) 사이에 장착되어, 중력의 반대 방향으로 상하 이동부(30)에 힘을 인가함으로써, 상기 상하 이동 도르래(32a, 32b)를 상부 방향으로 밀고 있는 상태가 된다. 결국, 상기 스프링(48)은 상기 와이어(40)을 통하여 상기 경통 지지부(14)를 상부 방향으로 당김으로써, 상기 경통 지지부(14)의 무게에 의한 하강력을 상쇄시킨다. 도 3에 있어서, "A" 는 경통 지지부(14)가 하강한 상태, "B"는 경통 지지부(14)가 상승한 상태를 보여주는 도면이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 상기 스프링(48)이 25 mm 팽창하여, 상기 상하 이동부(30) 및 상하 이동 도르래(32a, 32b)가 상부 방향으로 25 mm 이동하면(X1으로부터 X2로 이동), 두 개의 상하 이동 도르래(32a, 32b) 및 한 개의 고정 도르래(34)에 걸린 무게 균등화 와이어(40)의 타단(40b)은 상부 방향으로 그 4배인 100 mm 이동하고(Y1으로부터 Y2로 이동), 따라서, 경통 지지부(14) 및 그에 지지된 Z축 모듈(경통 유닛(20))도 상부 방향으로 100 mm 이동한다. 또한, 상기 스프링(48)이 상하 이동부(30) 및 상하 이동 도르래(32a, 32b)를 상부로 미는 힘은, 무게 균등화 와이어(40)를 통하여 전달되어, 상기 경통 지지부(14)을 상부 방향으로 당기므로, 상기 스프링(48)이 상기 상하 이동부(30)를 미는 힘이 경통 지지부(14) 및 Z축 모듈 무게에 의한 하중의 4배가 되면, 경통 지지부(14) 및 Z축 모듈의 무게에 의한 중력 방향의 힘(하중)과 와이어(40)가 경통 지지부(14)을 당기는 힘이 평행이 되어, 무게 균등화가 구현된다.
이와 같이, 상기 스프링(48)이 경통 지지부(14)를 당기는 힘과 상기 경통 지지부(14) 및 Z축 모듈의 무게에 의한 중력 방향의 힘이 균형을 이루면(무게 균등화 상태), 작은 힘을 상기 경통 지지부(14)에 인가하여도, 상기 경통 지지부(14) 및 Z축 모듈을 상하 방향으로 이동시킬 수 있다. 상기 높이 조절부(50)는, 무게 균등화 상태에서, 상대적으로 작은 힘을 상기 경통 지지부(14)에 가하여, 상기 경통 지지부(14)를 상하 이동시키는 수단으로서, 상기 경통 지지부(14)를 이동시킬 수 있는 통상의 동력 전달 수단이 상기 높이 조절부(50)로 사용될 수 있다. 구체적으로, 상기 높이 조절부(50)로는 스퍼(spur) 기어 및 랙(rack) 기어, 볼스크류(Ball screw), 벨트 동력 전달 장치 등의 통상의 동력 전달 수단이 사용될 수 있다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 무게 균등화 수단을 구비한 높이 조절 장치의 배면도로서, 스퍼(spur) 기어 및 랙(rack) 기어를 이용한 높이 조절부(50)의 일 예를 보여주는 도면이다. 도 4에 있어서, "A" 는 경통 지지부(14)가 하강한 상태, "B"는 경통 지지부(14)가 상승한 상태를 보여주는 도면이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 높이 조절부(50)는 상기 경통 지지부(14)에 장착된 랙 기어(54), 상기 랙 기어(54)와 기어 결합되어 상기 랙 기어(54)를 직선 이동시키는 스퍼 기어(52a, 52b, 52c) 및 상기 스퍼 기어(52c)의 회전축에 결합되어, 상기 스퍼 기어(52c)를 회전시키는 높이 조절 노브(16)를 포함한다. 도4에 도시된 바와 같이, 사용자가 상기 높이 조절 노브(16)를 회전시키면, 상기 높이 조절 노브(16)에 결합된 스퍼 기어(52a, 52b, 52c)가 회전하고, 상기 스퍼 기어의 하나(52b)에 결합된 랙 기어(54)가 수직 이동함으로써, 상기 경통 지지부(14)도 상하 방향으로 이동하여, 상기 경통 지지부(14)의 높이가 조절된다.
다음으로, 도 3 및 4를 참조하여, 본 발명에 따른 무게 균등화 수단을 구비한 높이 조절 장치의 동작을 개략적으로 설명한다. 도 3 및 4에 있어서, 상기 스프링(48)이 상하 이동부(30) 및 상하 이동 도르래(32a, 32b)를 상부로 미는 힘은, 상기 경통 지지부(14) 및 Z축 모듈의 무게에 의한 중력 방향의 힘(하중)과 평행이 되어, 무게 균등화가 구현된 상태이다. 도 3 및 4에 도시된 바와 같이, 경통 지지부(14)가 하강한 상태(도 3 및 4의 "A")에서, 높이 조절 노브(16)를 회전시켜, 스퍼 기어(52a, 52b, 52c) 및 랙 기어(54)의 구동에 의해, 경통 지지부(14)를 상부 방향으로 이동시키면(Y1으로부터 Y2로 이동), 무게 균등화 와이어(40)가 풀리면서, 상기 스프링(48)의 힘에 의하여 상기 상하 이동부(30) 및 상하 이동 도르래(32a, 32b)가 상부 방향으로 이동한다(도 3 및 4의 "B", X1으로부터 X2로 이동). 이때, 상기 스프링(48)의 길이 변화는 경통 지지부(14)의 높이 변화의 1/4(여기서, 4는 와이어(40)의 수직 왕복 회수임)이 되므로, 경통 지지부(14)의 높이 변화는 스프링(48)의 길이 변화의 4배가 된다.
이와 같이, 본 발명에 따른 무게 균등화 수단을 구비한 높이 조절 장치에 있어서는, 상하 이동 도르래(32a, 32b) 및 고정 도르래(34)를 이용하여, 스프링(48)의 변위 폭(길이 변화폭)을 감소시키고, 스프링(48)의 힘을 분산하여 경통 지지부(14)로 전달함으로써, 스프링(48)의 길이 변화에 따른 무게 균형의 변화를 감소시켜, 경통 지지부(14)의 상하 이동 거리(stroke)가 큰 경우에도, 높이 조절 노브(16)로 전달되는 상기 경통 지지부(14) 및 Z축 모듈의 무게감을 일정하게 유지시키고, 무게 균등화를 용이하게 구현할 수 있다. 본 발명에 따른 무게 균등화 수단을 구비한 높이 조절 장치는, 경통 유닛(20)의 무게가 무겁고, 경통 유닛(20)의 이동 거리가 큰 컨포칼 현미경에 특히 유용하다.

Claims (5)

  1. 상하 이동부에 회전 가능하게 장착되며, 상기 상하 이동부와 함께 상하 이동되는 하나 이상의 상하 이동 도르래;
    스탠드에 회전 가능하게 장착되며, 그 장착 위치가 고정되는 하나 이상의 고정 도르래;
    일단은 상기 스탠드에 고정되고, 상기 상하 이동 도르래 및 고정 도르래에 순차적으로 걸리며, 타단은 경통 지지부에 고정된 무게 균등화 와이어;
    상기 상하 이동부와 스탠드의 사이에 장착되어, 중력의 반대 방향으로 상기 상하 이동부에 힘을 인가함으로써, 상기 경통 지지부의 무게에 의한 힘을 상쇄시키는 스프링; 및
    상기 경통 지지부를 상하 이동시키는 높이 조절부를 포함하는 무게 균등화 수단을 구비한 높이 조절 장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 경통 지지부는 경통 유닛을 지지한 상태로 상하 이동함으로써, 경통 유닛을 상하 이동시키는 역할을 하며, 상기 스탠드는 상기 경통 유닛 및 경통 지지부를 지지함과 동시에, 상기 경통 지지부를 상하 이동시키는 받침대의 역할을 수행하는 것인, 높이 조절 장치.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 상하 이동부 하단에 설치된 슬라이딩 로드가 상기 스탠드에 형성된 슬라이딩 홀에 끼워져, 상기 상하 이동부가 상기 스탠드의 상부에서 상하 이동하도록 설치되는 것인, 높이 조절 장치.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 상하 이동 도르래와 고정 도르래가 교대로 위치하도록, 상기 고정 도르래의 개수보다 상기 상하 이동 도르래의 개수가 하나 많도록 설치되는 것인, 높이 조절 장치.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 높이 조절부는 상기 경통 지지부에 장착된 랙 기어, 상기 랙 기어와 기어 결합되어 상기 랙 기어를 직선 이동시키는 스퍼 기어, 및 상기 스퍼 기어의 회전축에 결합되어, 상기 스퍼 기어를 회전시키는 높이 조절 노브를 포함하는 것인, 높이 조절 장치.
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