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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur automatischen
Einstellung der Einblicksituation an Mikroskopen, insbesondere Einblickhöhe und -winkel,
Pupillenabstand und/oder Dioptrienausgleich. Die Einstellung soll
dabei durch elektronische Ansteuerung erfolgen.
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Für die traditionelle
Mikroskopie mit dem Einblick in zwei Okulare ist eine ergonomische
Einblicksituation sehr wichtig, da beim Benutzer sonst sehr schnell
Verspannungen und Ermüdungserscheinungen
auftreten können.
Um dabei die Einblicksituation auch an verschiedene Benutzer und
Einsatzfälle
anpassen zu können,
werden von mehreren Herstellern sogenannte Ergo-Tuben angeboten,
die meistens eine Einrichtung zur Einstellung des Einblickwinkels besitzen.
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Üblicher
Weise lasst sich an den Binokulartuben der Pupillenabstand von Hand
einstellen. Auch sind meistens beide Okulare mit einem beschrifteten Stellring
zum manuellen Ausgleich des individuellen Augenfehlers ausgestattet,
so dass eine unterschiedliche Einstellung für das linke und das rechte
Auge des Benutzers möglich
ist.
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Nach
dem Stand der Technik sind weiterhin höhenverstellbare oder zusätzlich fest
einsetzbare Zwischentuben zum Erreichen einer günstigeren Einblickhöhe bekannt.
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Nachteilig
bei den bekannten technischen Lösungen
zur Einstellung der Einblicksituation wirkt sich aus, dass die Einblickhöhe mit verschiedenen Abgleichlängen manuell
korrigiert werden muss, wenn Präparate
mit unterschiedlichen Höhen
verwendet werden oder nach einem Objektivwechsel. Außerdem ist
bei Benutzerwechsel die manuelle Neu-Einstellung von Einblickhöhe und -winkel,
Pupillenabstand sowie Dioptrienausgleich erforderlich. Dies kostet
unnötig
Zeit und behindert den Arbeitsfluss, besonders in einer automatisierten
Umgebung.
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Mitunter
wird dadurch auf eine optimale ergonomische Einstellung verzichtet,
was beim Benutzer langfristig zu Nackenverspannungen, Kopfschmerzen,
Rückenschmerzen,
Müdigkeit,
nachlassendem Konzentrations- und Sehvermögen oder ähnlichen körperlichen Beschwerden führen kann. Die
Beschwerden können
zum Teil aber auch schon nach relativ kurz dauernder Benutzung eines
nicht optimal eingestellten Mikroskops auftreten.
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Die
beschriebenen Nachteile manueller Höhenanpassung wirken sich besonders
gravierend in der Stereomikroskopie aus, wo sehr häufig unterschiedlich
hohe Präparate
und Objektivwechsel mit großen
Unterschieden in der Abgleichlänge
zu finden sind.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Lösung zu
entwickeln, mit der eine schnelle und exakte Anpassung der Einblicksituation an
die Bedürfnisse,
insbesondere unterschiedlicher Benutzer realisiert werden können. Dabei
soll die Funktionalität
des Mikroskops, beispielsweise durch eine Konstantregelung einer
einmal vorgegebenen ergonomischen Einblicksituation, sowie die Speicherung
und Reproduzierung von benutzerspezifischen Einblicksituationen
weiter verbessert werden.
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Erfindungsgemäß wird die
Aufgabe durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte
Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Bei
der vorgeschlagenen Lösung
zur automatischen Einstellung der Einblicksituation an Mikroskopen
kann die Einblicksituation hinsichtlich Einblickhöhe und/oder
Einblickwinkel und/oder Pupillenabstand und/oder Dioptrienausgleich
automatisch eingestellt und/oder vorgegeben und diese benutzerspezifischen
Einstellungen zur Reproduktion gespeichert werden.
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Die
vorgeschlagene Lösung
ist insbesondere zur automatischen Einstellung de Einblicksituation an
Mikroskopen vorgesehen, wobei es unerheblich ist welche Art von
Mikroskop vorliegt.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben.
Dazu zeigen:
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1:
ein motorisch höhenverstellbarer
Zwischentubus und
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2:
die Einbindung der erfinderischen Vorrichtung in ein mikroskopisches
Gesamtsystem.
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Bei
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
zur automatischen Einstellung der Einblicksituation an Mikroskopen
kann die Einblicksituation hinsichtlich Einblickhöhe und/oder
Einblickwinkel und/oder Pupillenabstand und/oder Dioptrienausgleich
automatisch eingestellt und/oder vorgegeben und diese benutzerspezifischen
Einstellungen zur Reproduktion gespeichert werden.
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In
einer ersten Ausgestaltungsvariante ist zur Einstellung der Einblickhöhe ein motorisch
höhenverstellbarer
Zwischentubus vorhanden, der im Unendlich-Strahlengang angeordnet wird. Dieser motorisch
höhenverstellbare
Zwischentubus besteht aus zwei Gehäuseteilen, die von einem Schrittmotor gegeneinander
bewegt werden, so dass die wirksame Länge hT des
Zwischentubus verändert
wird. Die obere und untere Ankoppelstelle des motorisch höhenverstellbaren
Zwischentubus sind dabei als entsprechende Gegenstücke ausgebildet.
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1 zeigt
hierzu eine Ausführungsform
eines motorisch höhenverstellbaren
Zwischentubus in Form eines modular einsetzbaren Zwischentubus. Sowohl
die folgende Beschreibung als auch die grafischen Darstellungen
beziehen sich jeweils auf nur einen Strahlengang eines Mikroskops.
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Die
in 1 außerhalb
des Zwischentubus 1 dargestellten Linsen stellen die Tubuslinse 2 bzw.
die letzte Linse 3 im Pankraten eines Mikroskops dar und gehören nicht
zur hier beispielhaft beschriebenen erfindungsgemäßen Einheit.
Durch die Anordnung des Zwischentubus 1 im Unendlich-Strahlengang
kann die Höhe
hT des motorisch höhenverstellbaren Zwischentubus 1 in
gewissen Grenzen ausreichend variiert werden, ohne dass die Abbildung
der zu untersuchenden Probe unzulässig verschlechtert wird.
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Der
motorisch höhenverstellbare
Zwischentubus 1 besteht aus zwei Gehäuseteilen 4 und 5.
Die Verstellung der Höhe
hT erfolgt über einen Schrittmotor 6,
auf dessen Motorwelle ein Ritzel 7 befestigt ist, welches
in eine Zahnstange 8 eingreift. Da der Schrittmotor 6 an
dem einen Gehäuseteil 4 und
die Zahnstange 8 an dem anderen Gehäuseteil 5 befestigt
ist, ergibt sich bei der Drehung der Motorwelle und des Ritzels 7 eine
Relativbewegung zwischen den beiden Gehäuseteilen 4 und 5,
so dass die wirksame Länge
hT des Zwischentubus verändert werden kann. Eine Verdrehung
der Gehäuseteile 4 und 5 während der
Relativbewegung ist zu verhindern. Dazu können entsprechende Führungen 9,
die in 1 nur angedeutet sind, vorgesehen sein.
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Durch
den verwendeten Schrittmotor 6 kann jederzeit auch die
Position der Motorwelle und damit die aktuelle Höhe hT des
Zwischentubus 1 ermittelt werden, so dass ein exaktes Positionieren
auf eine definierte Höhe
hT möglich
ist. Voraussetzung dafür ist
eine Initialisierung des Schrittmotors beim Einschalten. Nachdem
der Schrittmotor dadurch seine Ausgangsposition kennt, lässt sich
in Auswertung der Schritte die aktuelle Position, d. h. die Höhe hT des Zwischentubus 1 ermitteln.
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Der
dargestellte motorisch höhenverstellbare
Zwischentubus 1 verfügt
an den Außenseiten
der Gehäuseteile 4 und 5 über Ankoppelstellen 10 und 11,
zum Verbinden mit den Tuben und den Pankraten. Da die Tuben auch
direkt am Pankraten adaptierbar sein sollen, sind die Ankoppelstellen 10 und 11 des
mo torisch höhenverstellbaren
Zwischentubus 1 dabei als entsprechende Gegenstücke ausgebildet.
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In
einer zweiten Ausgestaltungsvariante sind die beiden Okularaufnahmen
des vorhandenen Okulartubus zur Einstellung des Einblickwinkels
um eine horizontale Drehachse schwenkbar gelagert und mit einem
Drehspiegel verbunden, der während
der Schwenkbewegung um den halben Schwenkwinkel der Okularaufnahmen
mitgedreht wird. Die Motorwelle, des am Gehäuse des Okulartubus angeordneten Stellmotors
ist mit den schwenkbaren Okularaufnahmen verbunden. Dabei darf der
Drehspiegel durch ein festes Übersetzungsverhältnis nur
um den halben Schwenkwinkel der Okularaufnahmen gedreht werden,
so dass durch die Schwenkbewegung kein unzulässiger Bildversatz entstehen
kann.
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In
einer weiteren Ausgestaltungsvariante sind die beiden Okularaufnahmen
des vorhandenen Okulartubus zur Einstellung des Pupillenabstandes um
je eine senkrecht stehende Achse, die mit den optischen Achsen von
beiden Strahlengängen
identisch sind, drehbar gelagert. Die Verlegung der optischen Achse
in die mechanische Drehachse wird dabei über die Anordnung von geeigneten
Umlenkspiegeln oder Prismen erreicht. Durch die Drehung der beiden Okularaufnahmen
wird deren Abstand zueinander verändert, es tritt aber trotzdem
kein Bildversatz auf. Die Drehbewegungen der beiden Okularaufnahmen zur
Abstandsvariation werden durch einen Motor realisiert, dessen Motorwelle
direkt oder über
ein Getriebe mit den schwenkbaren Okularaufnahmen verbunden ist.
Das Gehäuse
des Schrittmotors ist dabei fest mit dem Gehäuse des Okulartubus verbunden.
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In
einer weiteren Ausgestaltungsvariante können die an den beiden Okularen
vorhandenen und um deren optische Achsen drehbaren Stellringe durch
je einen Schrittmotor angetrieben werden. Über ein Bewegungsgewinde wird
die Drehbewegung des Stellrings in eine Axialbewegung einer Linsenbaugruppe und/oder
der Okularaufnahme transformiert. Hierdurch lässt sich ein individueller
Schärfefehler
von mehreren Dioptrien ausgleichen.
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In
einer anderen technischen Ausgestaltung verfügt die Okularaufnahme über einen
Stellmechanismus mit dem das gesamte Okular zum Dioptrienausgleich
verschobene werden kann. Dies hat den Vorteil, dass auch Okulare
ohne motorisch betriebenen Stellring verwendet werden können.
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Die
Prinzipien für
das motorisierte Einstellen des Einblickwinkels, des Augenabstandes
und des individuellen Dioptrienfehlers werden beispielsweise aus
den zahlreichen vorhandenen Lösungen
für die manuellen
Einstellungen durch den zusätzlichen
Einsatz von Schrittmotoren abgeleitet. Schrittmotoren ermöglichen
neben der Antriebsfunktion auch die Erfassung der Position der angetriebenen
Funktionsbaugruppe und ermöglichen
somit den Aufbau von Regelkreisen. Voraussetzung hierfür ist die
bereits genannte Initialisierung des Schrittmotors beim Einschalten.
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In
einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung werden andere am Mikroskop
vorgenommene Einstellungen, die eine Änderung der Einblicksituation
verursachen können, überprüft und bei
Bedarf zur Nachregelung der aktuellen Einblicksituation verwendet.
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Die
Einbindung der erfinderischen Vorrichtung zur automatischen Einstellung
der Einblicksituation in ein mikroskopisches Gesamtsystem ist in 2 dargestellt.
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Das
mikroskopische Gesamtsystem in Form eines Stereomikroskops beinhaltet
hierbei, neben dem motorisch höhenverstellbaren
Zwischentubus 1 zur Einstellung der Einblickhöhe, dem
motorisch verstellbaren Okulartubus 12 zur Einstellung
von Einblickwinkel und Pupillenabstand und den motorisch verstellbaren
Okularen 13 zur Einstellung des Dioptrienausgleiches, eine
motorisierte Zoomeinheit 14, einen motorisierten Fokussiertrieb 15,
einen kodierten Objektiv wechsler 16 mit drei Objektiven,
eine Durchlicht-Beleuchtungseinheit 17, ein Speichermodul 18 und
ein Bedienpult 19. In einer anderen Ausgestaltung können Speichermodul 18 und
Bedienpult 19 in das mikroskopische Gesamtsystem integriert sein.
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Da
in dem mikroskopischen Gesamtsystem sämtliche relevanten Komponenten
motorisiert und/oder kodiert sind, ist der Gesamtzustand des Systems
immer bekannt und im Speichermodul 18 gespeichert. Die
Realisierung der gewünschten
Einstellungen erfolgt über
das Bedienpult 19.
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Durch
die elektronische Verknüpfung
aller Komponenten zu einem Gesamtsystem ist die Einblickhöhe h bekannt.
Ausgehend vom verwendeten Objektiv des kodierten Objektivwechslers 16 und dessen
Arbeitsabstand bzw. Baulänge
wird über
den motorisierten Fokussiertrieb 15 die entsprechende erwartete
Fokusposition eingestellt. Bei der Verwendung von Objektiven mit
einem geringen Arbeitsabstand kann es hierbei insbesondere bei sehr
hohen Proben zu Berührungen
zwischen Probe und Objektiv kommen, so dass für diese Fälle eine manuelle Fokussierung
in die erwartete Fokusposition vorzuziehen ist.
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Sowohl
die erwartete als auch eine manuell eingestellte bzw. nachgestellte
Fokuspositionen werden an den erfindungsgemäßen motorisierten höhenverstellbaren
Zwischentubus übermittelt,
der durch einen Regelkreis für
eine stets konstante Einblickhöhe
h sorgen kann. Durch die Vorgabe einer gewünschten Einblickhöhe kann
der Zwischentubus 1 die tatsächliche Einblickhöhe h schnell
und automatisch an eine ergonomische Einblicksituation anpassen.
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In
einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung können die
Einstellung der Einblicksituation hinsichtlich Einblickhöhe und/oder
Einblickwinkel und/oder Pupillenabstand und/oder Dioptrienausgleich
derart erfolgen, dass vom Bediener über das Bedienpult 19 die
Einstellungen so lange verändert
werden, bis die Einblicksituation für ihn optimal ist. Diese Einstellungen
können
dann benutzerspezifisch im Speichermodul 18 abgelegt werden.
Es ist aber auch mög lich,
dass der Bediener über
das Bedienpult 19 die von ihm bereits abgelegten Einstellungen
für seine
optimale Einblicksituation abruft und diese automatisch eingestellt
werden.
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Durch
das Gesamtsystem können
die Daten für
mehrere Benutzer verwaltet werden, so dass nach einem Benutzerwechsel
die Einblicksituation durch das Gesamtsystem per Knopfdruck an einen
neuen Benutzer angepasst werden kann.
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In
einer weiteren Ausgestaltung kann mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung
eine Pufferung von schnellen motorisiert durchgeführten Aufwärtsbewegungen
der Fokussiereinheit mit dem Tubus und den Okularen erfolgen, indem
der motorisierte höhenverstellbare
Zwischentubus diesen Bewegungen entgegensteuert. Somit wird eine
für den
Benutzer unangenehme schnelle Bewegung der Okulare in Richtung der
Augen vermieden.
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Mit
der erfindungsgemäßen Lösung wird eine
Vorrichtung zur automatischen Einstellung der Einblicksituation
an Mikroskopen zur Verfügung
gestellt, mit der eine schnelle und exakte Anpassung der Einblicksituation
an die Bedürfnisse,
insbesondere unterschiedlicher Benutzer realisiert werden können. Dabei
wird die Funktionalität
des Mikroskops, beispielsweise durch eine Konstantregelung einer einmal
vorgegebenen ergonomischen Einblicksituation, sowie die Speicherung
und Reproduzierung von benutzerspezifischen Einblicksituationen
weiter verbessert.