模塊式顯微鏡系統的製作方法
2023-09-19 16:46:00 2
專利名稱：模塊式顯微鏡系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種由顯微鏡基體組裝而成的模塊式顯微鏡系統，包括一個底座、一個支架上部和一個帶有可連接的雙目鏡盒的中間模塊。
德國專利文獻DE3037556A1已經公開了一種顯微鏡，它具有一個基架，在其垂直的部件中上下重疊地裝有燕尾形導軌，這樣就可以裝配推移箱式結構的模塊。作為導軌使用的燕尾形導軌連續地布置在箱壁內側。它對於每個單獨模塊的總體滑動長度要求有相當高的製造工藝精確度。在緊湊結構方式的實施情況下，由於導軌為在垂直的支座部件的內壁區域內的開槽，故除了精密製造時的生產工藝問題外，溫度影響對於許多相互平行布置的燕尾形軌起著不利的決定性作用，在較大的溫度間隔時，一方面在箱體內壁和另一方面在插入模塊之間出現壓力負荷和拉應力，由此最終導致在推拉屜式部件時多少會有些困難。
歐洲專利EP90967B1描述了一種用於光學設備的機箱，它採用三維抗扭轉的空心機架，它可由多個組件組裝在一起，材料採用擠壓的氧化鋁。這樣對單個的箱體部件可以進行相應配置，即可以燒結在一起，也可以相互拆開連接在一起，例如用拉伸杆柱進行螺栓連接。對於燒結在一起的組件情況，不可能實現各單個基本部件的快速更換;對於通過螺栓或其它固定手段將陶瓷-箱體-部件夾固在一起的情況，由於選擇不同的材料帶來一些問題(一方面是陶瓷，另一方面是金屬螺栓或金屬錨栓)。而且在技術上製造出精密顯微鏡的帶有陶瓷所要求的小公差的機箱基體是不可能完全實現的。另外的缺點是由陶瓷材料製成的模塊部件，特別是用於更換的部件易損壞和易磨損。
因此本發明的目的是提供一種前面所述的顯微鏡系統，即考慮了人類工程學的觀點和採用了現代製造工藝的生產方法，提供一種模塊顯微鏡系統，該系統中單個的系統元件能夠系統綜合地裝配和拆裝，其中顯微鏡使用者的觀察高度保持不變。
本發明的目的是這樣解決的，基本部件以多元框架-結構-設計構成，它具有用於託架調準定位和組裝的精密限制面，在託架上裝有光學的和/或機械的和/或電的和/或電子的預先調好的和裝配好的單個元件或組裝成功能單元的預調好的和裝配好的組件，這些精密限制面能製成小尺寸的平坦的接觸或支承面，它們根據在箱體的平面或箱體空間內的布置形式，與按定位固定的託架的平面或空間尺寸相一致。這些精密限制面也可能製成非平面的接觸面或支承面，或製成點式接觸面或點式支承面。根據一個最佳實施例，為了使託架準確定位，至少備有一個成一體的組合接觸面系統，它至少具有兩個精密限制面，它們在一定的空間配置中最好是相互垂直的平面。所述精密限制面例如可以配置在圓柱形或截頭圓錐形箱體-外軸環上，這些外軸環懸掛在基體部件的內頂板上，呈鐘乳石狀。同樣這些精密限制面也可以配置在圓柱形或截頭圓錐形箱體-外軸環上，這些外軸環呈石筍狀突出在基體部件的內底板上。
根據本發明的另一個實施例，帶有限制面的箱體-外軸環沿其縱向延伸，部分地被基體部件的側壁部分固定，或與側壁熔焊在一起。另外在基體-部件的內空間可以具有平坦的和/或帶彎角的壁式箱體-內空間-分隔器，有時它上面可配有精密限制面。其中這些限制面的設計為它們只位於箱體-內空間-分隔器的凸出的局部區域上。本發明的裝置中幾個帶有支承面的外軸環或箱體-內空間-分隔器沿其縱向延伸方向打有一些孔，這些孔是與在託架上或託架內的相應的空隙相匹配的，這引起空隙可以是孔、半孔、長孔、縫和開槽口。
託架主要是兩維的，例如臺式、板式或滑板式，裝在或推入顯微鏡-基體的局部系統之一中。託架也可採用三維箱體部件，例如管形、長方體、立方體、稜柱、並行管式或帶彎角的底架部件，裝入或插入或推入顯微鏡基體的局部系統的至少一個中。
根據本發明的另一個實施例，附加裝有至少一個夾固機構，它至少部分夾持住該託架外圍，為使這一夾固機構精確定位，同樣在基體部件內或基體部件上配有相應的精密限制面。該託架也可以是插入式模塊結構，其中沿著它的光軸按先後順序配置多個濾光器，它們通過所配屬的濾光器的滑移件，使它們有選擇地被單獨置入有效位置。該託架也可以是用於顯微鏡臺的帶彎角的固定件，其中在支架上部的垂直區域內該固定件或導軌具有用於連續垂直調節Z方向的精密限制和導向面。
除了諸如反射鏡、透鏡和光闌等光學元件外，託架還裝有一個已制好的迴轉裝置，它具有預先調好的和裝配完畢的同類元件，但它們具有不同的物理-光學功能，例如螢光分光器六面體。該託架也可以是插入式模塊結構，其中沿其光軸裝有多個光闌，例如位置固定或位置可變的固定光闌或形狀可變的光闌，它們通過所配屬的控制裝置被置入有效位置，並且必要時還可以調節這些光闌的量度。也可以有一個筒式透鏡中間模塊，它採用相應的精確限制面安裝在支架上部的起支撐作用的水平部分上，並且可以用另一中間模塊更換該模塊。除了筒式透鏡外還裝有一個可接入的和預調好的矽鈹石透鏡，更換中間模塊不會改變整個顯微鏡系統的觀測高度。另一個中間模塊的特徵是，它裝有一個非連續的放大變換器或一個變焦距系統或一個偏振裝置。
下面將根據附圖進一步說明本發明。
圖1a是本發明模塊式顯微鏡系統的透視圖;
圖1b是帶有輔助箱體模塊的圖1a所示系統另一角度的透視圖;
圖2a是部分切開的底座的透視圖;
圖2b是可推入的濾光器模塊的透視圖;
圖3a-3c是帶有精確限制面的錐形箱體外軸環;
圖3d是帶有精確限制面的壁式箱體內空間分隔器;
圖4a是支架上部的透視圖;
圖4b是帶有預校準元件的本發明的二維託架;
圖4c是附裝有燕尾形導軌的圖4b中所示的託架;
圖5是一個中間模塊。
圖1a和1b表示一個模塊式顯微鏡系統，包括一個顯微鏡基體，它由一個底座1，一個支架上部2和帶有可橫向安裝或置放安裝的雙目鏡室4的一個中間模3組成。底座1在其面向觀測者部分轉換成兩側配置的適於觀測人員的平的預置託板5。支架上部2具有一個垂直部分;在它的側面區域上或區域內裝有手動操作件6，用於控制運動或調節行程。在支架上部2的朝向使用者方向的垂直部分上具有一個用於臺角8的精密導軌，它與顯微鏡9以可拆卸方式連接在一起。
在中間模塊3及支架上部2的背離使用者側的垂直部分區域上適配有一個鏡盒10，它的一邊裝有燈箱11、12，另一邊裝有一個箱體模塊，其中如圖1b所示，容納有用於總系統的電力或電子電源裝置和調節裝置。
本發明的模塊結構、校整和安裝原理將在下面根據圖3a至圖3d並結合圖2a和圖4a至圖4c進一步描述為了提高成套組裝成的模塊結構的光學精密儀器、特別是顯微鏡的框架結構的強度，並且同時考慮到節約材料、易於生產、維修方便和便於安裝的結構方案，將底座1、支架上部2和中間模塊3等各顯微鏡-基體-模塊例如採用鋁或黃銅在一個製造過程中以整體結構製造出來，其中在它們每一個的內部區域中的橫隔板、橫肋、支柱、角或接點與實際的箱體模塊一起生產出來。它們在本申請中通常被稱作面向內部的「箱體-外軸環」。這些外軸環的定位和端部尺寸並不需要達到最後所要求的精度，這一點是重要的。在進一步的加工過程中，圖3a-3c所示的截頭圓錐形外軸環14-16或圖3d所示的壁式箱體-內空間-分隔器17要經過最終的精密機械加工，使它們最好配備有平的精密限制面18-20，並且與託架的經精密加工的對應面相吻合。因此如圖3b或3c中所示，外軸環也可以帶有多個精密的限制面。
出於對靜力結構的考慮，截頭圓錐形外軸環的縱向延伸最好對著重力方向，就外軸環是否在一個水平的箱體件的上頂蓋內壁上呈鐘乳石狀，或在一水平的基體件的內基面上呈石筍柱或支柱及接點狀，都是無關緊要的。也可以採用圖4a的形式，即在水平的基體件的內垂直壁上的成形件23，作為圓柱形或截頭圓錐形的成形件，沿其縱向側部分與垂直的內壁熔焊在一起，並且該成形件向下方也就是朝底座1的方向變細。由圖4b或4c可直接看出，圖中所示的託架24帶有相應的透孔25b，並且除此之外在其面向支座上部2的一側備有相應的法蘭連接面，該面與限制面22吻合。
儘管對於主要為兩維的託架24的精確校準定位來說，出於結構上考慮，三點接觸已是足夠的了，但在大面積尺寸的情況下，最好實現四點接觸或多點接觸。但在各種情況下涉及的僅是模塊、模塊部件及託架24的非連續接觸。這與傳統的燕尾導軌相比，存在一個重大差別，傳統的燕尾導軌必須沿推移方向連續縱嚮導引，這就必然導致前面已講述的缺陷。
圖4b中的託架24具有單獨的元件，例如一個偏轉鏡26、透鏡27-29、以及有時其它光束偏轉元件、光束調節元件及光束截面變化元件。對於本發明尤其重要的是，裝在託架24上的所有元件都是已預先校好和裝配完畢的，因此該託架24可以對於每個單獨定位的光學元件作為「插座部件」使用。所以僅有一點是必要的，即在此情況下此結構的託架24可以不受限制地置入支架上部2中，其中通過託架24上的以及支架上部2水平部分的內範圍中精密限制面，可以就整個系統而言實現每個元件26-29的精確定位和夾固。通過螺釘將託架24固定，當然也可以使用其它類似的固定手段，螺釘連接的優點在於該連接可拆卸開，例如為了將某個顯微觀察方式轉換為另一種而需改裝時。
圖4b中箭頭30指出了照明光束的入射方向;託架24的配置本身提供了一個反射光照明模塊，它與螢光-分光迴轉器31光學連接，該迴轉器配有四個螢光分光六面體32-35，螢光分光六面體34在本圖中恰好位於有效位置上，從30入射的光路沿箭頭36所示方向垂直向下偏轉到圖中未示出的物鏡迴轉器上，如圖4a示出，在支座上部2水平範圍內朝使用者側的部分插入作為推入模塊的螢光迴轉器，圖中箭頭37一目了然地給出了裝入方式。
在用符號38代表的插入口中可以採用公知的方式裝入濾光器模塊39，如圖2b所示。這個模塊39例如由四個可翻轉的濾光器40-43構成，這些濾光器是採用由外邊控制的調節件44-47先後可選擇地置入到光路中，它們的光軸處於模塊39或託架24的範圍內，用標號48表示。由於在光學照明光路中濾光器的定位是相對不太嚴格的，因此對模塊39可以不使用高精度的滑動導軌。
支架上部2的水平部件上的第二插入口49用於引入一個圖中未示出的光闌模塊，參用圖4b及圖4c中由箭頭50代表的推入方向。由圖4c看出，光闌模塊51通過一個燕尾形導軌52進入有效位置。燕尾與託架24在成整體連接，這一點很重要。這意味著精密導向裝置不是裝在插入口49本身的槓架上，而是裝在可調準定位的託架24上。因此插入口49本身，和已描述過的插入口38一樣，可以是相對「不精密」的，也不需要經過精細加工，因此允許用較大的公差容限制備，這是由於通過在託架24上裝有的燕尾形導軌52已滿足了所要求的精確定位。從而在總公差系列中取消一個環節，因為在第一模塊2內具有的插入口49可以帶有較小的公差，與此對應帶有精密限制面的呈精細公差配合製成的託架，與它的成一體導向的燕尾形導軌52相關僅需要修正精密加工。鑑於成套的光學系統裝置的便於製作和便於維護的組件總裝的目的是實現公差環節最小化，故採用本發明的使光闌模塊51插入和定位的方案在成本和製造方面有明顯的優點。
由圖4a和4b結合圖5可看出，在裝入託架24後，可以在支架上部2開口的上部裝入一個中間模塊3(圖5)。它配有一個筒式透鏡53，在它的上部和下部區域內，靠雙目鏡室4的附近配置合適的精確調準的限制面和安裝面。其它的中間模塊，例如除筒式透鏡外還具有一個矽鈹石(Bertrand)透鏡或放大倍數變換器，或為偏振模塊結構，在使用者選定後，這些中間模塊都是可適配的，它們的觀視高度並不改變。
支架上部2水平區域內側壁上的孔54或55用於置入一個偏振器和一個分析器。
如圖2a所示，在底座1的內部具有一個管形支管56，在其中安裝有作為預製和預校準單元的透鏡57、58，明場光闌59和孔徑光闌60。管形支架56用作固定件，並且構成一個模塊，它能夠通過本發明的帶有精密限制面的箱體外軸環精確調節定位在照明一側的光軸61上。光路在離開明場光闌59後打在一個偏轉鏡62上，該鏡具有兩個傾斜表面，在其精確限制面上相當準確地定位。一方面在圖4b或4c中所示的託架24主要是兩維(平面式)結構的，而另一方面支架56卻是圓柱管三維結構的。在這種空間形狀中，可以看出，至少帶有一個夾持機構，它至少部分地環繞圓柱形支架外圍，並且同樣具有精密的限制面，它與在箱體模塊中存在的精密限制面相一致。關於這種管形夾持的進一步細節可參閱與本申請同時提交的題目為「顯微鏡載片臺座」的專利申請文件的有關內容。
採用本發明的模塊式顯微鏡系統可以實現所有必要的和可選裝的推入式箱體模塊、或分模塊或託架，在其上裝有預先調好的和最終裝配的單獨元件或組件，分別僅在已備有的精密限制面或置放面上安裝，用螺釘旋緊固定，在裝配和總裝時進行附加的調校或光學平衡。在支架上部或在底座部件中裝有精確加工好的機械裝配面，用於裝配這些模塊，並與其它箱體部件相適配。
本發明具有下列總體優越性1.調準誤差或調整不精確性可提前檢測，即在單個模塊時確認，而不必在製成的總產品上進行上述調整。
2.可以同時地實現便於維護的組件安裝。
3.總系統的模塊化達到質量新水平所有組件易於更換。因此當從一種照明方式改裝成另一種方式時，可以不必改變人類工程或設計總體方案。例如濾光器模塊39可以裝在底座1(參見圖1b，圖2a和2b)或裝在支架上部2上的插入口38中。通過將託架精確定位在箱體-內壁的外軸環上，類似一種「高蹺」式或一種「積木」式結構，得出了一種甚至在考慮到熱效應的情況下的穩定的和不受幹擾的結構原理，這是因為恰恰在光學精密儀器結構範圍內，溫度將起著不利的決定性作用，這往往會造成不利的失調和誤測。通過採用「積木」式節省材料的結構方案，可明顯地避免流向託架的失控的熱流。所建議的多點接觸-夾持及懸掛作為非連續夾持或平移方向方案避免了根據燕尾方式的連續平移機理由系統造成的缺點。最後，本發有的設計提供了一種人類工程模塊化顯微鏡系統，其中可以可靠地並重複地實現對模塊或分模塊系統綜合加裝和拆裝，而不會帶來附帶的缺陷。
權利要求
1.模塊化顯微鏡系統，帶有包括一個底座，一個支架上部和一個帶有可裝配的雙目鏡室的中間模塊的組裝在一起的顯微鏡基體部分，其特徵在於所述基體為多元框架結構，它包含用於與託架(24，56)準確調節定位和裝配的精密限制面(18-22)，在託架上面或內部裝有光學的和/或機械的和/或電的和/或電子的預先調好和裝配好的單個元件(26-29；40-43；62)或裝有組裝成功能單元的預先調好的和裝配好的組件(31；57-60)。
2.按權利要求1所述的模塊式顯微鏡系統，其特徵在於這些精密限制面(18-22)是小尺寸平坦的接觸面或支承面，就其在平面或空間的配置而言，這些平面與定位固定託架(24或56)的平面尺寸或空間尺寸相匹配。
3.按權利要求1和2中至少一個所述的模塊式顯微鏡系統，其特徵在於所述精密限制面是非平面式接觸面或支承面。
4.按前述權利要求中至少一個所述的模塊式顯微鏡系統，其特徵在於所述精密限制面是點接觸面或點支承面。
5.按至少一個前述權利要求所述的模塊式顯微鏡系統，其特徵在於為了使託架(24，56)精確定位，至少備有一個成一體的組合限制面系統(15，16)，它至少具有兩個精密限制面(18-20)，它們在一定的空間配置中最好是在相互成垂直的平面上。
6.按前述權利要求中至少一個所述的模塊式顯微鏡系統，其特徵在於精密限制面(18-20)配置在圓柱式或截頭圓錐式箱體一外軸環(14，16)上，它們從基體部件的蓋板壁內面上呈鐘乳石狀倒掛。
7.按前述權利要求中至少一個所述的模塊式顯微鏡系統，其特徵在於精密限制面(18-20)布置在圓柱式或截頭圓錐式箱體一外軸環(14-16)上，它們從基體部件的底板內面呈石筍狀向上。
8.按前述權利要求中至少一個所述的模塊式顯微鏡系統，其特徵在於帶有限制面(18-21)的箱體-外軸環(14-16，23)沿著其縱向延伸，部分地被基體部件的側壁固定。
9.按前述權利要求中至少一個所述的模塊式顯微鏡系統，其特徵在於在基體部件的內部空間裡具有平坦的和/或帶彎角的壁式箱體-內空間-分隔器(17)，該分隔器有時配有精密限制面(21)。
10.按前述權利要求中至少一個所述的模塊式顯微鏡系統，其特徵在於支承面(21)只配置在箱體-內空間-分隔器(17)凸起的局部區域上。
11.按前述權利要求中至少一個所述的模塊式顯微鏡系統，其特徵在於幾個帶有限制面(18-22)的外軸環(14-16，23)及箱體-內空間-分隔器(17)具有沿其縱向延伸的孔(25a)，它與託架(24)內或託架上的相應的間隙(25b)(孔、半孔、長孔、縫、開槽口)相一致。
12.按前述權利要求中至少一個所述的模塊式顯微鏡系統，其特徵在於託架(24)主要是兩維的，例如臺式、板式或滑板，裝配到或插入顯微鏡-基體的局部系統(1-3)之一中。
13.按前述權利要求中至少一個所述的模塊式顯微鏡系統，其特徵在於託架採用三維箱體結構，例如管式、長方體、立方體、稜柱、並行管式或帶彎角的底架部件，裝入或插入或推入顯微鏡基體的局部系統(1-3)的至少一個中。
14.按前述權利要求中至少一個所述的模塊式顯微鏡系統，其特徵在於至少附加一個夾固機構，至少將託架(24，56)外圍部分夾持住，為使這一夾固機構準確定位，同樣在基體部件上或其內帶有相應的精密限制面。
15.按前述權利要求中至少一個所述的模塊式顯微鏡系統，其特徵在於託架為插入式模塊(39)結構，在其中沿光軸(48)按先後順序裝有多個濾光器(40-43)，它們通過所配屬的濾光器滑移件(44-47)有選擇地被單獨置入有效位置。
16.按前述權利要求中至少一個所述的模塊式顯微鏡系統，其特徵在於託架為顯微鏡臺(9)的被彎角的固定件(8)，其中在支架上部(2)的垂直範圍內該固定件具有精密限制面和導向面，它們用於連續垂直調節。
17.按前述權利要求中至少一個所述的模塊式顯微鏡系統，其特徵在於除偏轉鏡(26)、透鏡(27-29;57;58)和光闌(58，59)以外，託架還裝有已裝配好的迴轉裝置(31)，它包括應具有的同類的預調和裝好的元件，但具有不同的物理-光學性能，例如螢光分光器-六面體(32-35)。
18.按前述權利要求中至少一個所述的模塊式顯微鏡系統，其特徵在於託架為推入式模塊(51)結構，其中沿著其光軸裝有多個光闌，例如位置固定的或位置可變的固定光闌或形狀可變的光闌，它們通過所配屬的控制機構被置入有效位置，有時還可以調節這些光闌的量度。
19.按前述權利要求中至少一個所述的模塊式顯微鏡系統，其特徵在於裝有一個筒式透鏡(53)的中間模塊(3)，通過相應的精密限制面可安裝在支架上部(2)的起支撐作用的水平部分上，並且可以用另一中間模塊更換，該模塊除了筒式透鏡(53)外還裝有一個可接入的和預先調準的矽鈹石透鏡;更換中間模塊不會改變整個顯微鏡系統的觀察高度。
20.按前述權利要求中至少一個所述的模塊式量微鏡系統，其特徵在於還具有另一個中間模塊，它裝有一個非連接的放大變換器或一個變焦距系統。
21.按前述權利要求中至少一個所述的模塊式顯微鏡系統，其特徵在於還包括另一個中間模塊，該模塊為偏振模塊。
全文摘要
模塊式顯微鏡系統由組裝在一起的基本模塊組成。各基體模塊具有精密限制面，配置在與基體模塊成整體連接的箱體外軸環及箱體-內空間-分隔器上。各光學、機械、電氣和/或電子元件在平面或三維託架上預調整和裝配完畢。本發明模塊式結構顯微鏡系統以便於維護的組件裝配形式製造，從而避免了在總系統上進行昂貴的調校和平衡檢驗。通過對裝配好的託架、模塊簡單的再配裝，可以實現總系統的快速加裝、改裝和拆裝。
文檔編號G02B21/00GK1084643SQ9311784
公開日1994年3月30日 申請日期1993年9月18日 優先權日1992年9月19日
發明者K·-J·沙爾茨 申請人:萊卡顯微及系統有限公司