具有被弹性地支承的可枢转单元的数字显微镜

摘要

本发明涉及一种数字显微镜，其包括：固定的台架基座(12)，以及在台架基座(12)的轴(24)上能围绕所述轴(24)的纵轴线(26)枢转地支承的枢转单元(14)。所述枢转单元(14)包括用于对待显微检测的对象获取图像的成像单元。此外，所述显微镜(10)具有用于将枢转单元(14)制动和/或固定的制动单元(32至38)和用于脱开制动单元(32至38)的操作部件(44)。还设置有弹性元件(82)，所述弹性元件在枢转单元(14)枢转离开预定的零位置时对枢转单元(14)施加复位力矩(M

说明书

技术领域

本发明涉及一种数字显微镜，其包括固定的台架基座以及枢转单 元，该枢转单元可围绕台架基座的轴的纵轴线枢转地支承在该轴上。 该枢转单元还具有成像单元(Bilderfassung)，用于对待显微检测的 对象获取图像。此外，该显微镜具有用于制动和/或固定枢转单元的制 动单元和用于脱开制动单元的操作部件。

背景技术

高品质的数字显微镜包括固定的台架基座，显微镜通过该台架基 座支承其设置面，并且包括相对于台架基座可围绕转动轴线枢转的单 元，在该单元中尤其布置有数字显微镜的成像单元和物镜系统。通过 枢转尤其要实现的是，能够从不同的视角观察对象，这对于深度信息 的评价而言会是有利的。

如果枢转单元经过布置，使得枢转单元恰好布置在对象台(样本 台)上方，进而使得重力垂线穿过枢转单元的转动轴线延伸，即穿过 轴的纵轴线延伸，就不会有扭矩作用到枢转单元上，枢转单元也将在 无制动单元的情况下保持在其位置。相反，如果枢转单元从该位置枢 转(摆动)离开，枢转单元的重力就会引起围绕枢转单元转动轴线朝 向的扭矩，枢转单元从垂直的位置枢转离开得越远，该扭矩就越大， 因为重力的产生扭矩的切向分量越大。

就已知的数字显微镜而言，该扭矩由制动单元来承受。其缺点是， 在为了改变枢转单元的位置而脱开制动单元时，该扭矩必须由操作人 员来施加。操作人员并未注意到枢转单元会出现不受控的移动，这会 导致显微镜受损，或者导致伤及物品或人员。这还有如下缺点：制动 单元必须设计成相应的尺寸，使得它即使在枢转单元最大程度地枢转 时也能将该枢转单元可靠地保持在其位置上。为此需要足够大的制动 单元，因而要占用很大安装空间地设计其尺寸。

发明内容

本发明的任务是提出一种数字显微镜，其枢转单元能对操作者友 好地以最小的力耗费移动。

该任务通过具有权利要求1所述的特征的数字显微镜来解决。本 发明的有利的改进方案在从属权利要求中予以说明。

根据本发明，显微镜包括弹性元件，其在枢转单元枢转离开预定 的零位置时对枢转单元施加复位力矩，其中，该复位力矩反向于由枢 转单元的重力引起的扭矩即所谓的切向力矩。

由此实现在固定状态下，即在制动单元布置于制动位置情况下， 制动单元不必承受枢转单元的整个扭矩，而是至少一部分扭矩也由弹 性元件来承受。此外，当制动系统脱开时，为了使得枢转单元枢转， 相比于未设置弹性元件，操作人员只需施加较小的力，从而可以实现 简便的操作。特别地由此避免枢转单元并非所愿地、不受控地移动， 以致于造成伤及物品或人员。因为制动系统由此只需施加较小的制动 力，因而可以将其尺寸设计得比较小，从而实现紧凑的、成本低廉的 结构。

按照一种优选的实施方式，至少在枢转单元的枢转区域的部分区 域内，复位力矩相当于切向力矩的0.8倍到1.2倍。

弹性元件经过特殊选择，使得复位力矩在整个枢转区域内都相当 于切向力矩的0.8倍到1.2倍。

由此实现使得所产生的合力矩至少在部分区域内最大为切向力 矩的+/-20％，要由操作人员或制动单元施加的力因而较小，且避免在 脱开制动单元时枢转单元在两个方向上甩开。

零位置尤其是如下位置：在该位置中显微镜的光学轴线或显微镜 的光路垂直于显微镜载物台的表面布置，在该显微镜载物台上可以布 置待显微检测的对象。在零位置中，也校准显微镜相对于显微镜载物 台的表面的放缩。

在一种优选的实施形式中，弹性元件附装(befestigt)在台架基 座上，使得台架基座不必与枢转单元一起枢转。由此实现了特别简单 的结构。在本发明的一种可替选的实施形式中，弹性元件也可以是枢 转单元的一部分，并且因此与枢转单元一起枢转。

在一种特别优选的实施形式中，弹性元件以扭转弹簧形式设计。 由此实现了特别简单、低廉且稳定的结构。

扭转弹簧尤其布置为使得扭转弹簧的纵轴线与轴的纵轴线重合。 扭转弹簧的纵轴线尤其理解为圆柱体的纵轴线，其通过扭转弹簧的线 圈形成。由此实现的是，扭转弹簧始终张紧了枢转单元所枢转的角度。 尤其是因此实现的是，在枢转单元从零位置沿两个方向枢转时，扭转 弹簧分别相应相同地张紧并且因此施加相同的复位力并且由此施加 相同的反作用矩。反作用力矩尤其是如下力矩：该力矩通过扭转弹簧 的复位力围绕枢转单元的转动轴线即轴的纵轴线产生。

纵轴线在本申请的范畴内尤其理解为相应的数学术语“轴线”即 无限长的直线。纵轴线因此尤其也不限于部件的长度。

在一种特别优选的实施形式中，台架基座包括运动导路(Kulisse) 并且枢转单元包括棒，该棒与枢转单元牢固地连接并且伸入运动导路 中。由此一方面实现在枢转时将枢转单元相对于台架基座引导，而另 一方面实现对枢转单元从零位置的最大可能的枢转的限制。运动导路 尤其设计为，使得枢转单元可以在对称的枢转区域内沿两个相反的方 向从零位置枢转。尤其是，枢转单元分别沿两个方向从零位置枢转开 60°，使得尤其形成120°的枢转区域。该限制具有如下优点：在沿着 两个方向扳倒了60°时最大形成的重力的切向力即实现扭矩的力相对 于枢转单元所枢转的角度近似地成线性，使得通过具有线性特征曲线 的弹簧可以施加近似均匀的分量作为反作用力矩。

运动导路优选圆弧形地设计，其中圆的中心点在枢转单元的转动 轴线上即在轴的纵轴线上。

此外有利的是，扭转弹簧可转动地布置在轴头(Wellenstumpf) 上或轴上，并且当扭转弹簧的线材的端部相对于扭转弹簧的实际线圈 弯折，使得在其之间设计中间空间。在该中间空间中一方面至少部分 布置有在运动导路中引导的棒，而另一方面布置有台架壳体的突出部。

由此，实现的是，在枢转单元从零位置沿着第一方向枢转时扭转 弹簧的线材的第一端部支靠在突起部上，而扭转弹簧的线材的第二端 部受棒带动，使得扭转弹簧相应地随着枢转单元从零位置枢转越来越 远而张紧并且施加较大的复位力。相反，在枢转单元从零位置沿着与 第一方向相反的第二方向枢转时扭转弹簧的线材的第一端部受棒带 动，而扭转弹簧的线材的第二端部支靠在突起部上。相应地在此情况 下弹簧又越来越张紧，使得根据枢转单元的偏转角度形成增加的复位 力。尤其是，通过该结构也实现了，在沿着第一方向和第二方向相同 偏转时分别实现相同的复位力。此外，前面所描述的结构实现了简单 的安装，因为弹簧必须简单地插接而不必费事地固定。

此外有利的是，轴头的纵轴线与轴的纵轴线重合，使得得到特别 简单的结构并且确保前面所描述的力关系，其中在该轴上支承有枢转 单元。

在零位置中，棒尤其不接触扭转弹簧的两个端部，使得在零状态 下扭转弹簧并不张紧并且因此不施加复位力。在零位置中，这也是不 必要的，因为本来没有扭矩来自枢转单元。

特别有利的是，当枢转单元布置在零位置中时通常弹性元件未张 紧。由此尤其预防弹性元件的疲劳。

特别有利的是，弹性元件设计或布置为使得弹性元件的通过复位 力实现的复位力矩克服切向力矩，该切向力矩通过切向力实现，该切 向力在枢转单元的在枢转单元的重心中作用的重力划分成朝着轴的 纵轴线方向指向的径向力和该切向力时产生。切向力矩尤其通过切向 力与切向力距转动轴线的法向距离相乘得到。复位力矩对于枢转单元 的每一取向而言优选大致等于或大于切向力矩。

根据一种简化的模型，枢转单元的枢转力可以想象为在枢转单元 的重心中作用的力。重力在枢转单元的任何位置下都可以划分成切向 力和径向力，该径向力从枢转单元的重心朝向转动轴线，并且其因此 不产生围绕枢转单元的转动轴线的扭矩。在该划分中，得到另一力， 即切向力，该力相应地与朝向转动轴线的径向力正交，并且该力因此 与在枢转单元的重心与转动轴线之间的连接线正交。该切向力负责产 生切向力矩。复位力实现复位力矩，其逆着切向力矩，即具有相反的 转动方向。

复位力矩至少在枢转区域的部分区域中优选在整个枢转区域中 大于或者等于切向力矩。因此，枢转单元的特别简单的枢转运动是可 行的，其中用户不用耗费大的力就可以始终安全且精确地控制枢转单 元。

复位力矩尤其作为弹性元件的复位力与复位力距转动轴线的距 离之积而得到。相应地，切向力矩尤其是作为切向力与切向力距转动 轴线的距离之积而得到。

复位力矩(M_R)和切向力矩(M_T)尤其在枢转区域的至少部分 区域中满足如下等式：

M_R>＝M_T。

特别有利的是，对于枢转单元从零位置每次枢转最大枢转角度的 至少83％、优选至少67％、尤其至少50％而言满足该等式。因此，尤 其分别在枢转区域的端部处即在最大枢转角度的在83％到100％之间 或在67％到100％之间或在50％到100％之间的枢转中满足该等式。由 此，避免了强烈地抵靠到用于限制枢转区域的止挡上。

在一种特别优选的实施形式中对于整个枢转区域都满足该等式。

特别有利的是，对于枢转单元从零位置每次枢转至少50°、优选 至少40°、尤其至少30°而言满足该等式。在一种特别优选的实施形 式中对于整个枢转区域都满足该等式。

在60°的最大枢转角度的情况下，因此尤其在从零位置出来的至 少50°到60°之间或者在40°到60°之间或者在30°到60°之间的枢转 时满足上述的等式。

这在沿着任意方向从零位置出来的最大60°的偏转的情况下可看 到，尤其通过具有线性特征曲线的弹性元件来实现，因为切向力矩尽 管与枢转角度的正弦成比例但该正弦在围绕零点的60°的区域中大致 线性地伸展。

此外有利的是，枢转单元包括第一卡锁元件并且台架基座包括尤 其与第一卡锁元件互补地设计的第二卡锁元件。当枢转单元布置在预 定的零位置中并且操作元件布置在未操作的默认位置中时，第一卡锁 元件和第二卡锁元件彼此耦接。此外，当枢转单元布置在零位置中并 且操作元件在预定的第一操作区域中操作时，第一卡锁元件和第二卡 锁元件彼此耦接。尤其，第一卡锁元件卡接入第二卡锁元件中。

通过将第一卡锁元件和第二卡锁元件耦接实现了，显微镜的操作 人员可以在任何时间容易地找到零位置。尤其是，当枢转单元事先已 从零位置运动出来时，操作人员可在第一操作区域内对操作元件操作 时使枢转单元运动直至第一卡锁元件卡入第二卡锁元件中。通过卡入， 直接且直觉地用信号向操作人员表明，枢转单元布置在零位置中。

零位置尤其选择为使得枢转单元从零位置起沿着两个方向可以 枢转相同角度，使得零位置构成居中的位置。

制动单元尤其布置在枢转单元内，使得制动单元一起枢转。

特别有利的是，枢转单元布置在零位置中并且操作元件在预定的 第二操作区域内操作，第二操作区域与第一操作区域不同并且与第一 操作区域也不相交，使得第一卡锁元件因此不与第二卡锁元件耦接， 尤其是不卡入第二卡锁元件中。由此实现的是，操作人员可以根据其 对操作元件操作多远来选择在运动到零位置中时是否进行卡锁元件 的耦接。通过第二操作区域尤其确保了，枢转单元可从其中一个侧通 过零位置运动到另一侧，而不进行耦接。这尤其在通过成像单元进行 视频获取时非常有意义，因为要不然通过卡入会出现振动和冲击。此 外，耦接通常对于操作人员而言直觉地导致操作人员在该区域中改变 所施加的力并且因此改变操作人员使枢转单元运动的速度，这同样会 在视频获取中产生无规律性。

第一操作区域尤其布置在默认位置与第二操作区域之间。此外有 利的是，第一操作区域直接接着默认位置，而第二操作区域直接接着 第一操作区域。

根据对操作元件的操作尤其也可以将制动单元脱开不同远，即根 据将操作元件操作多远可以无级地调整所产生的制动力。因此，通过 在操作区域内预设两个操作区域而非仅仅单独的操作点可以分别地 调控制动力。

在第一操作区域内，制动单元尤其尽管施加制动力，但这仅大到 使枢转单元因此可以调整。而如果操作元件在其默认位置中，即未被 操作，则制动力强到使枢转单元不能枢转。

操作元件尤其可以被操作预定的最大操作路径。这两个操作区域 尤其选择为使得第一操作区域大致覆盖最大操作路径的接着默认位 置的第一半部，而第二操作区域覆盖最大操作路径的接着第一半部的 第二半部。

由此实现了，不仅针对第一操作区域而且针对第二操作区域提供 足够的裕量并且实现了由操作人员进行简单而直觉的操作。

在这两个操作区域之间的过渡尤其可以是平滑的。

此外，有利的是，在对操作元件操作时，不仅在第一操作区域内 而且在第二操作区域内操作单元至少脱开远到使枢转单元可能枢转。

在第一卡锁元件和第二卡锁元件之间的卡锁连接尤其设计为使 得该卡锁连接在枢转单元从零位置枢转时自动地脱开和/或相反在枢 转单元从零位置之外的位置枢转进入零位置中时自动建立卡锁连接， 只要操作元件分别在第一操作区域内操作。利用自动脱开和建立卡锁 连接实现了，为此并不需要操作，而是分别在运动进入零位置中或从 零位置运动离开而在枢转单元枢转时自动发生。因此，通过卡锁连接 不应产生固定作用，而是仅实现位置显示。

尤其是，卡锁连接设计为，在通过枢转单元枢转脱开和再次建立 卡锁连接时输出听觉、触觉和/或视觉信号尤其是“咔嗒”。为此，操 作人员可以非常容易且直觉地感知零位置。尤其是，该信号设计为， 为此不需要电部件，而是纯粹通过卡锁连接的机械建立来输出该信号。

卡锁连接尤其以所谓的点停形式设计，其通过相应的“咔嗒”显 示零位置。

在一种特别优选的实施形式中，第一卡锁元件可以沿着预定的路 径运动地，尤其线性移动地布置。当操作元件布置在其默认位置中时， 即在操作元件未操作时，只要枢转单元布置在零位置中，第一卡锁元 件布置在初始位置中，在该初始位置中第一卡锁元件接合到第二卡锁 元件中。此外，卡锁元件设计为和/或与操作元件耦接为使得在第一操 作区域内对操作元件操作时第一卡锁元件从其初始位置运动出来最 多远到使其至少部分卡入第二卡锁元件中，始终假设：枢转单元布置 在零位置中。特别有利的是，耦接纯机械地进行，使得没有电流也可 以调整。此外，特别有利的是，在第一操作区域内对操作元件操作时 第一卡锁元件完全保持在其初始位置中，使得始终建立卡锁连接。

而在第二操作区域内对操作元件操作时，第一卡锁元件从其初始 位置运动离开远到使得其不再卡入第二卡锁元件中，即使枢转单元布 置在零位置中。

以此方式可以简单地实现的是，仅在第一操作区域内操作时进行 卡入并且因此根据操作可以选择是否要“驶过”零位置或者是否要输 出信号。

特别有利的是，第一卡锁元件通过弹性元件预紧在初始位置中。 由此实现的是，第一卡锁元件自动地始终又向回运动到初始位置中。 此外由此实现的是，卡锁元件在其事先并未已布置在初始位置中时， 例如因为枢转单元并不布置在零位置中，而自动地运动到初始位置中。 如果枢转单元布置在零位置之外，则第一卡锁元件尤其克服弹性元件 的复位力通过与靠置面接触而从初始位置运动离开。如果使枢转单元 运动到零位置中使得第一卡锁元件到达第二卡锁元件的区域中，则通 过弹性元件的复位力将第一卡锁元件运动到第二卡锁元件中并且因 此运动到初始位置中。相应地相反在第一操作区域内对操作元件操作 的情况下在枢转单元从零位置中运动离开时第一卡锁元件通过与第 二卡锁元件和/或靠置面的接触克服弹簧的复位力又从初始位置运动 离开。

弹性元件尤其是弹簧，例如压力弹簧。由此实现了特别简单的结 构。

第一卡锁元件尤其设计为一个销。第二卡锁元件相应互补地设计 为凹进部，尤其是设计在相对于轴共轴地布置的板内的凹进部。如果 操作元件并未操作或仅在第一操作区域内操作，只要枢转单元布置在 零位置中则销卡入凹进部中。销尤其具有倒圆的尤其是半球形的端部， 该销利用该端部接合到凹进部中。相应地，凹进部也尤其具有斜切的、 倒圆的或半球形的形状。由此实现的是，在枢转单元从零位置运动离 开时第一卡锁元件通过斜切部从其初始位置运动离开。尤其是，因此 避免卡锁连接的歪斜和卡住作用。优选地通过斜切或倒圆确保了通过 卡锁连接不进行固定而是仅用信号表明零位置。

特别有利的是，销具有长孔，与操作元件牢固连接的另一销接合 到长孔中，其中长孔设计为使得在第一操作区域内对操作元件操作时 另一销在长孔内运动，而所述一个销即第一卡锁元件由此不运动。由 此实现的是，在第一操作区域内对操作元件操作时第一卡锁元件保留 在其初始位置中或因此建立对第二卡锁元件的卡锁连接。

在一种特别优选的实施形式中，制动单元包括至少一个制动元件， 该制动元件借助另一弹性元件预紧在制动位置中，在该制动位置中， 制动元件接触轴，并通过这种接触来产生制动力。通过对操作元件的 手动操作，制动元件可克服所述另一弹性元件的复位力从制动位置运 动到脱开的位置。操作元件与制动元件之间的耦接通过耦接单元来进 行。在该脱开的位置，尤其可以使枢转单元围绕轴的纵轴线枢转。

在一种优选的实施形式中，操作元件借助耦接单元纯粹机械地与 制动单元耦接。可替选地或附加地，磁性和/或电耦接也是可行的。

通过优选纯机械耦接实现如下优点：在未输送电流的情况下枢转 单元也可以枢转。通过弹性元件还确保了，制动单元始终自动地固定 枢转单元，其方式是：在不对操作元件操作的情况下，制动单元始终 布置在制动位置中并且因此施加必要的制动力。因此，不会发生枢转 单元无意地枢转，使得预防了物品和人员受伤。此外，这样纯机械耦 接的制动单元能实现制动力可由操作员根据其实际对操作元件操作 多远而无级地调节，其中制动元件通过与轴接触并且因此由此形成的 摩擦力产生制动作用。对此尤其可以精细调节枢转单元的位置。为此， 操作元件仅被最小地操作，使得还始终施加制动力，然而该制动力仅 大到使得仍能调整枢转单元，其中在此情况下不必由操作人员克服 (保持)枢转单元的全部重力，而是其大部分由制动力施加。因此， 操作人员可以集中注意力于具体精细定位并且与操作员必须保持整 个枢转单元的情况相比显著更精确地进行精细定位。

制动力尤其通过在制动元件与轴之间的摩擦连接来产生。在此情 况下，制动力尤其取决于利用何种力将制动元件压靠到轴上。该力又 通过弹性元件来施加，其中在对操作元件操作时，施加逆着弹性元件 的复位力的力，由此得到的由制动元件作用于轴的力减小，使得产生 更小的制动力。这能够实现前面所描述的对制动力的无级调节。

在本发明的一种特别优选的实施形式中，制动单元包括多个通过 弹性元件预紧在制动位置中的制动元件。在此情况下，所有制动元件 与操作元件耦接，使得制动元件可以借助操作元件从制动位置运动到 脱开的位置中。通过设置多个制动元件(所述制动元件尤其布置在轴 的不同部位处)实现的是，实现了更大且尤其均匀分布的制动力，使 得可以可靠且安全地制动和固定枢转单元。

制动元件尤其相同地设计。弹性元件也优选相同地设计。可替选 地，在一种实施形式中也可以使用不同的制动元件和/或不同的弹性元 件。随后描述的可用来改进制动元件和弹性元件的特征在具有多个制 动元件的实施形式中不仅可以用于所有制动元件而且可分别仅用于 制动单元的一部分。尤其，不同的制动元件可以与后续描述的特征的 一部分彼此组合。

通过将所有制动元件与唯一的操作元件耦接实现的是，操作人员 相应地也仅须对操作元件操作并且因此确保了特别简单的操作。一个 制动元件或多个制动元件尤其设计为径向柱塞，即活塞，只要其被压 靠到轴上，则径向指向的力施加到轴上。通过这样的径向柱塞一方面 实现了特别简单的结构，而另一方面确保了到轴上的非常好的力传递。

一个或多个径向柱塞优选分别具有用于接触轴的倾斜了预定的 角度的接触区域，其中力从径向柱塞尤其经由该接触区域来施加。在 倾斜的区域中，力传递尤其沿着直线进行。接触区域相对于径向柱塞 的外壳面倾斜了在20°到45°之间、尤其大约30°的角度。相应地，接 触区域具有关于端面，尤其是在45°到70°之间、优选60°的角度。

在本发明的一种可替选的实施形式中，接触区域也可以具有其他 形状。尤其是，接触区域也可以圆柱形分段形地设计并且尤其恰好与 轴的直径相协调，使得实现非常大的接触区域并且力因此不仅可以沿 着直线传递而且可以传递到大的面上。由此，实现了更安全且更均匀 的力传递并且实现了更好的制动和固定作用。

一个或多个弹性元件尤其设计为弹簧、优选为压力弹簧，其中通 过一个或多个弹性元件将制动元件预紧在制动位置中。由此实现了特 别简单且安全的结构。可替选地，例如也可以使用橡胶块。

在一种特别优选的实施形式中，制动元件可无级地从制动位置运 动到脱开的位置中，使得根据制动元件的位置分别施加不同的制动力。 由此实现的是，制动力可以无级地尤其是连续地调控。由此提高了操 作舒适性并且能够实现直觉的操作。

操作元件尤其包括围绕枢转轴线相对于枢转单元的壳体可枢转 的杆。杆尤其通过制动单元的弹性元件和/或其他弹性元件预紧在默认 位置中，其中默认位置是如下位置：在该位置中操作元件并未被操作 并且当一个制动元件或多个制动元件布置在制动位置中时操作元件 因此占据该位置。

特别有利的是，杆被朝向操作人员的方向牵拉用以从默认位置脱 开，使得能够实现特别简单且舒适的操作。

在一种特别优选的实施形式中，制动单元包括至少两个优选四个 设计为径向柱塞的制动元件，其中该径向柱塞的每两个径向柱塞关于 轴的中心平面对置地布置，其中对置布置的径向柱塞各通过一个弹性 元件沿着相反的方向即彼此相向地预紧。因此，优选数目为偶数的径 向柱塞譬如两个、四个、六个或八个径向柱塞，其中对应于前面所描 述的径向柱塞的两个径向柱塞分别对置地布置。

由此实现了特别简单且紧凑的结构。此外，产生了均匀的力输入。 尤其，径向柱塞布置和/或设计为使得其力导入部位对称地分布在轴的 环周上。

此外有利的是，在两个彼此相向地要预紧的径向柱塞之间分别布 置有与操作元件牢固连接的中间元件，并且这两个径向柱塞由于其预 紧通过相应的弹性元件压靠到该中间元件的对置的侧。在对操作元件 操作时，将该中间元件扳倒使得在径向柱塞之间的间距根据操作元件 的操作路径即根据操作元件运动离开其默认位置多远而增大，使得径 向柱塞从制动位置朝向脱开的位置运动。尤其通过扳倒中间元件，使 中间元件倾斜，使得中间元件用其边棱接触径向柱塞并且将径向柱塞 彼此压离。因此，实现非常安全的、简单设计的紧凑结构。此外，该 结构能够实现，操作元件通过在这两个预紧的径向柱塞之间夹入与操 作元件牢固连接的中间元件自动地经由径向柱塞预紧在其默认位置 中并且为此不必设置单独的弹性元件。

尤其围绕在杆操作中与杆的枢转相同的枢转轴线进行中间元件 的扳倒。尤其，中间元件和轴承一件式地设计使得实现特别简单的结 构和安全的操作，通过轴承将杆相对于壳体可转动地支承在壳体上。

当径向柱塞布置在制动位置中时，其端面接触中间元件，所述中 间元件相对于水平线成预定的角度布置。在中间元件扳倒时，其表面 同样相应地扳倒，使得相对于水平线的角度增大并且由此在彼此相向 地压紧的径向柱塞之间的间距增大。通过增大该间距又减小了用来将 径向柱塞挤压到轴上的力，使得制动力相应地减小。

在一种特别优选的实施形式中，当制动元件布置在制动位置中时， 操作元件通过用来将制动元件预紧在制动位置中的弹性元件预紧在 默认位置中，在该默认位置中布置有操作元件。可替选地或附加地， 操作元件也可以经由另外的独立的弹性元件例如弹簧预紧在默认位 置中。

在一种特别优选的实施形式中，轴空心地设计。这具有如下优点： 该轴可以用作线缆通道，在台架基座与布置在枢转单元中的组件之间 的布线可以通过线缆通道进行。这具有如下优点：即使在枢转单元枢 转时该布线也不会脱开并且不中断。

此外有利的是，枢转单元包括具有多个选择性可置于光路中的物 镜的变焦系统和/或物镜系统。根据物镜可以实现对对象的不同放大倍 率。

物镜尤其设计为等焦面物镜，这具有如下优点：可以更换不同的 物镜，而不出现焦点移动，使得不需要由操作人员进行再调节。

此外特别有利的是，物镜在工厂与在轴的纵轴线即枢转单元的转 动轴线与相应所选的物镜在其使用时所布置的位置(即运行位置)之 间的预定的距离相协调。通过使物镜与枢转系统的转动轴线相协调实 现了枢转单元的偏心枢转，使得操作人员在枢转单元枢转时不必重新 执行调节过程。

附图说明

本发明的其他特征和优点从如下的描述中得到，该描述参照实施 例结合所附的附图详细阐述了本发明。

在附图中：

图1示出了显微镜的示意性立体视图；

图2示出了在看到制动单元的情况下的显微镜的一部分的示意性 立体图；

图3示出了根据图1和图2的在看到布置在制动位置中的制动单 元的情况下的显微镜的一部分的剖视图；

图4示出了根据图1和图2的在侧向看到布置在制动位置中的制 动单元的情况下的显微镜的一部分的剖视图；

图5示出了根据图1和图2的在布置在脱开的位置中的制动单元 的情况下的显微镜的一部分的剖视图；

图6示出了根据图1和图2的在侧向看到布置在脱开的位置中的 制动单元的情况下的显微镜的一部分的剖视图；

图7示出了根据图1和图2的在看到点停机构(Klickstopp -mechanismus)的情况下的显微镜的一部分的另一示意性立体图；

图8示出了根据图1和图2的在布置在初始位置中的点停机构的 卡锁元件的情况下的显微镜的一部分的剖视图；

图9示出了根据图1和图2的在第一操作区域中对操作元件操作 的情况下的显微镜的一部分的剖视图；

图10示出了根据图1和图2的在第二操作区域内对操作元件操 作的情况下的显微镜的一部分的剖视图；

图11示出了根据图1和图2的在隐去壳体部分时看到显微镜的 背侧的情况下的显微镜的示意性立体图

图12示出了根据图1和图2的在枢转单元布置在零位置中的情 况下的显微镜的剖视图；

图13示出了根据图1和图2的在枢转单元从零位置运动到第一 位置中时的显微镜的另一剖视图；

图14示出了根据图1和图2的在枢转单元从零位置运动到第二 位置中的情况下的显微镜的另一剖视图；

图15示出了根据第一实施形式的根据枢转单元的枢转角度的作 用力的曲线图；

图16示出了根据第二实施形式的根据枢转单元的枢转角度的作 用力的曲线图；

图17示出了根据第三实施形式的根据枢转单元的枢转角度的作 用力的曲线图；以及

图18示出了根据第四实施形式的根据枢转单元的枢转角度的作 用力的曲线图。

具体实施方式

在图1中示出了数字显微镜10的示意性立体图。显微镜10包括 固定的台架基座12，借助其可以将显微镜10设置在表面上。

此外，显微镜10具有相对于台架基座12可枢转的枢转单元14。 以下还要结合图2详细地阐述可枢转的固定。

枢转单元14包括至少一个成像单元，借助其可以获取待显微检 测的对象的图像。尤其是，通过成像单元不仅可以获取单个图像而且 也可以获取视频，其能够实现从不同的视角观察待显微检测的对象。

此外，枢转单元14具有物镜系统和/或变焦系统，借助其可以调 节对待显微检测的对象的不同放大率。物镜系统尤其具有多个物镜， 其中每一个可以选择性地枢转入显微镜10的光路中，使得当前使用 所枢转入的物镜。显微镜10的光路或光学轴线在图1中用附图标记 15表示。

尤其涉及至少一个摄像机的成像单元和物镜系统在图1中不可见， 因为其被枢转单元14的壳体16遮盖。

物镜系统的物镜尤其是等焦面地构成，使得在变换物镜时不必由 操作人员进行再对焦。物镜在此情况下尤其与枢转单元14转动所围 绕的转动轴线与物镜的界面(即物镜所布置的区域)之间的间距相协 调，使得形成偏心系统，这导致在枢转单元14相对于台架基座12枢 转时不必重新对焦。

此外，在台架基座12上固定有对象载物台18，在其上放置待显 微检测的对象。显微镜载物台18可以借助调节轮20相对于台架基座 12沿着双箭头P1的方向调整，由此可以对待显微检测的对象进行对 焦。

在图2中示出了显微镜10的一部分的示意性立体图，其看向制 动单元22和示出了枢转单元14相对于台架基座12的支承。为此， 将枢转单元14的壳体16隐去。此外也未示出枢转单元14的上部分， 以便使位于内部的部件更清楚可见。

台架基座12包括轴24，在该轴上可围绕轴24的纵轴线26转动 地支承有枢转单元14。轴24的纵轴线26因此形成枢转单元14的转 动轴线。

枢转单元14包括棒28，该棒牢固地固定在枢转单元14上并且在 台架基座12的运动导路(Kulisse)30内引导。运动导路30尤其圆弧 形地设计，其中该圆的中心点在纵轴线26上。通过运动导路30和用 于接合的棒28一方面引导运动，而另一方面尤其限制最大可能的枢 转。

运动导路30尤其设计为，其覆盖120°的角度，这导致枢转单元 从图1和图2中所示的零位置(Nullposition)沿着双箭头P2的两个 方向可枢转60°。零位置是如下位置，在该位置中枢转单元笔直地取 向，即其居中地布置在显微镜载物台18之上并且壳体16的侧向壳体 部分垂直地取向。换言之，零位置是如下位置：在该位置中显微镜10 的光学轴线15垂直于显微镜载物台18的表面延伸。

为了将枢转单元14固定在期望的位置中并且对其运动制动，设 置有制动单元22，该制动单元具有总共四个径向柱塞32至38，其各 通过一个弹簧40来预紧，使得其压靠到轴24的表面，使得形成摩擦 连接，其中由此形成的力分别用作制动力或固定力。在图3和图4中 分别示出了枢转单元14和轴24的部分的剖视图，其中图3示出了俯 视图而图4示出了侧视图。在两个图中在此示出了制动位置，在其中 径向柱塞32至38接触轴24的表面并且因此固定枢转单元14。

径向柱塞32至38分别具有斜切的接触面42，其中该接触面尤其 与相应的径向柱塞的端侧32a至38a夹有在45°到70°之间的角度、 优选大约60°的角度。通过斜切的面实现了，径向柱塞沿着尽可能大 的接触线接触轴线24并且将力F1施加到轴上，通过该力施加必要的 摩擦并且因此固定制动单元22。

在一种可替选的实施形式中，也可以设置多于或少于四个的径向 柱塞32至38，例如两个径向柱塞或六个径向柱塞。此外，接触面42 也可以具有其他形状。例如，接触面的形状可以与轴24中的形状匹 配，使得力传递不仅沿着一条线进行而且面状地进行。

此外，也可以使用除了径向柱塞32至38之外的其他制动元件， 例如制动块。

此外，也可以利用其他弹性元件、例如橡胶或硅树脂块来代替弹 簧40。

制动单元22可以借助操作元件44来脱开。操作元件44包括杆 46，其背向制动单元22的端部可以被操作人员手动地操作。在例如 图1和图2中所示的默认位置(Grundposition)中，该操作元件44 未被操作。为了脱开制动单元22，必须由操作人员使杆46默认位置 运动离开所述默认位置。在图1和图2中所示的实施例中，杆46必 须由操作人员朝着自己牵拉，使得可以简单地操作。

此外，操作元件44包括两个中间元件48、50，通过所述中间元 件将杆46相对于壳体16可围绕枢转轴线52枢转地支承。此外，中 间元件48、50具有凸肩54、56，其分别布置在两个彼此对置布置的 径向柱塞32至38之间。在制动位置中，这些凸肩54、56的表面和 径向柱塞32至38的端侧大致彼此平行地取向。

如果杆46由操作者朝向本身即沿着箭头P3的方向(图6)操作， 则中间元件48、50与杆46一起枢转，这导致凸肩54、56被扳倒， 由此如在图5和图6的剖视图中所示的那样，径向柱塞32至38彼此 远离地运动离开制动位置，朝向脱开的位置运动。在图5和图6所示 的脱开的位置中，径向柱塞32至38彼此运动离开，使得它们完全不 再接触轴24，使得完全不再提供制动力。而如果杆46不如在图5和 图6中的极端情况下那么远地运动，则情况会是，径向柱塞32至38 尽管还接触轴24，但力小于制动位置的情况。因此，尽管有制动力， 但枢转单元14可以运动，其中制动力因此通过操作人员根据操作人 员牵拉杆46多远而能够无级地调节。因此，尤其可以毫无问题地对 枢转单元进行精细定位。

而如果操作人员松开杆46，则径向柱塞32至38通过弹簧40自 动地又运动回到制动位置中，使得制动单元22自动地被固定并且避 免无意地不受控地使枢转单元14枢转。

此外，径向柱塞32至38的弹簧40通过径向柱塞32至38与中 间元件48、50的接触实现了在松开杆46时该杆自动地又向回运动到 默认位置中，而为此不需要其他弹性元件。可替选地，因此也还可以 设置其他弹性元件来将杆46预紧在默认位置中。

在图7中示出了显微镜10的部分的另一示意性立体图，其中在 此情况下看向用作“点停机构”的卡锁连接。在设计为销60的第一 卡锁元件与设计为凹进部62的第二卡锁元件之间建立卡锁连接。销 60在此情况下是枢转单元14的部分，而凹进部62设置在台架基座 12的环64中。

在图8至图10中分别示出了在看到点停结构的情况下的显微镜 10的一部分的剖视图，其中剖面选择为使得销60被剖切。在图8至 图10中示出了销60的不同状态，其根据对操作元件44的操作而得 到。

在图8中示出了如下状态，在该状态中制动单元22布置在制动 位置中，而杆46因此未被操作并布置在其默认位置中。销60经由设 计为弹簧66的弹性元件预紧在初始位置中。当枢转单元14布置在其 零位置中时，则布置在初始位置中的销60接合到凹进部62中使得建 立卡锁连接。由于在杆46布置在默认位置中时制动单元22布置在制 动位置中，所以枢转单元14的枢转通常是不可能的。

杆46通过连接销68与销60连接，其中该连接销68伸入到销60 的长孔70中。

如果杆46在预定的第一操作区域内被操作离开默认位置，则连 接销68仅运动离开台架基座12仅足够远到使得其在长孔70内运动， 而销60并不能运动离开其初始位置。第一操作区域大致对应于杆46 的最大可能的操作路径的半部。

如果杆46在该第一操作区域内被操作，则制动单元22至少脱开 得远到使得枢转单元14的枢转是可能的。如果枢转单元14运动离开 零位置，则销60通过与离开其初始位置的环64接触运动离开其初始 位置并且相应地在环64上滑动。为了确保运动离开凹进部62，凹进 部62尤其具有斜切的边缘并且销尤其具有半球形的端部72，该端部 72接合到凹进部62中。

如果枢转单元14在根据前面那样在第一操作区域内操作杆46时 又向回运动到零位置，当到达零位置时，则销60由于弹簧66的复位 力自动地又向回运动到初始位置中并且因此到达凹进部62时因此卡 入凹进部62中。操作人员以触觉方式通过相应的振动和/或以声学方 式通过相应的“咔嗒”感受卡入，使得操作人员任何时刻又可以精确 地返回零位置。

然而如果操作人员比第一操作区域操作得更远而使得杆在预定 的第二操作区域内被操作，如例如在图10中所示出的那样，则销60 通过与连接销68接触而克服弹簧66的复位力已足够远离地运动离开 初始位置，情况如下：当枢转单元14布置在零位置中时，销60并未 卡入凹进部62中。这具有如下优点：枢转单元14可以运动通过零位 置，而不进行相应的卡入。因此，例如避免振动，这在枢转单元14 枢转时获取(拍摄)视频时是有利的。

在图11中示出了在看到其背侧的情况下的显微镜10的另一示意 性立体图，其中台架基座12的壳体的后壁被隐去，以便使内部的部 件可见。

在台架基座12的壳体内布置轴头80，该轴头尤其相对于轴24共 轴地布置。在一种可替选的实施形式中，轴头80和轴24也可以一体 式地设计。

在轴头80上支承扭转弹簧82，使得其线圈围绕轴头80环绕，使 得扭转弹簧82的轴线相对于轴头80共轴地布置并且因此相对于轴24 以及因此又相对于枢转单元14的转动轴线26共轴地布置。

扭转弹簧82的线材的两个端部84、86向上弯曲并且布置为使得 在其之间设计有中间空间88。棒28的背离枢转单元14的端部伸入该 中间空间88中。此外，在中间空间88中也布置有与台架基座12牢 固连接的突起90。

在图12至14中分别示出了显微镜10的剖视图，其中剖切面被 设置为使得剖切在从背侧的视向上看到的前端部86。在图12中枢转 单元14布置在零位置中。在该零位置中，突起部90不接触两个弹簧 端部84、86并且扭转弹簧82并不张紧，使得其并未将力并且将扭矩 施加到枢转单元14上。

如果将枢转单元14的重力视为集中的力G，其作用在枢转单元 14的重心S，则在零位置中该力G的垂线、即所谓的重力垂线100 延伸穿过枢转单元14的转动轴线26，使得通过重力G并不产生围绕 转动轴线26的扭矩。

在图13中，枢转单元14向左沿着第一方向从零位置枢转约60°。 扭转弹簧82用其第二端部86支靠在突起90上，其中扭转弹簧的其 他端部84通过棒28一起运动，使得扭转弹簧82被张紧并且复位力 F_F施加到棒28并且因此枢转单元14上。

当枢转单元14从零位置枢转时，则重心垂线100不再朝向为使 得其与转动轴线26相交。更确切地说，重力G可以根据力的平行四 边形划分成径向力F_R和切向力F_T。径向力F_R沿着朝转动轴线26的 方向，使得通过其并不产生围绕转动轴线26的扭矩。而切向力F_T产 生围绕转动轴线26的相应扭矩(切向力矩)M_T，通过该扭矩将枢转 单元14向下牵拉。

弹簧的复位力F_F与切向力F_T相反并且平行于该切向力，使得其 同样产生围绕转动轴线26的扭矩，所谓的复位力矩M_R，但是其中这 与切向力矩M_T相反并且因此称作反作用力矩。由通过切向力F_T产生 的扭矩M_T和反作用力矩合成得到的力矩因此小于通过切向力F_T产生 的切向力矩M_T。这导致，操作人员必须施加更小的力来使枢转单元 14朝向零位置运动。此外，制动单元22的尺寸可以设计得更小，因 为通过其因此只须施加更小的制动力来使将枢转单元14固定在期望 的位置中，即该制动力仅需补偿合力矩。

在图14中示出了枢转单元14在相对于根据图13的偏转看到的 相反的方向上的偏转。在该情况下，弹簧的第一端部84支靠在突起 90上，而弹簧的第二端部86通过棒28带动。通过扭转弹簧82的对 称构造和对称布置又产生复位力矩M_RF，该复位力矩与枢转单元14 的切向力矩M_T相反并且具有与沿着不同方向的相同偏转情况相同的 大小。通过所使用的扭转弹簧82的强度，可以调节复位力的大并且 因此可以调节复位力矩M_R以及因此剩余的合力矩的大小。

在图15所示的第一实施形式中，扭转弹簧82选择为：复位力矩 M_R在从零位置枢转50°时大致与切向力矩M_T等大，使得没有合力矩 剩余。在从零位置枢转大于50°时，复位力矩M_R大于切向力矩M_T， 使得得到负的合力矩。

在图16所示的第二实施形式中，扭转弹簧82选择为：复位力矩 M_R在从零位置枢转38°时大致与切向力矩M_T等大，使得没有合力矩 剩余。在从零位置枢转大于38°时，复位力矩M_R大于切向力矩M_T， 使得得到负的合力矩。

在图17所示的第三实施形式中，扭转弹簧82选择为使得复位力 矩M_R始终与切向力矩M_T等大或大于其，使得合力矩始终小于或者 等于零。

在图18所示的第四实施形式中，扭转弹簧82选择为使得复位力 矩M_R始终小于切向力矩M_T或等于切向力矩M_T，使得合力矩始终大 于零。不同于其他实施形式中，该实施形式中尽管未实现避免枢转单 元14抵靠到用于限制枢转单元14的最大枢转角度的止挡上，然而该 实施形式也实现了，操作人员必须施加更小的力来枢转并且制动单元 22的所需的制动力也较小。尤其是，在从零位置枢转最大可能的角度 时复位力矩M_R与切向力矩M_T一样大。

在所有实施形式中，扭转弹簧选择为：使得在整个枢转区域上复 位力矩M_R相当于0.8倍到1.2倍的切向力矩M_T。由此实现的是，合 力矩M_R始终最大为切向力矩M_T的+/-20％，并且因此由操作人员或 制动单元22施加的力始终是小的并且避免了在制动单元22脱开时枢 转单元14沿着两个方向甩开。

在本发明的一种可替选的实施形式中，也可以使用其他类型的弹 簧和其他弹性元件来代替扭转弹簧82。

附图标记清单

10显微镜

12台架基座

14枢转单元

15光学轴线

16壳体

18显微镜载物台

20调节轮

22制动单元

24轴

26转动轴线

28棒

30运动导路

32-38径向柱塞

32a-38a端面

40弹簧

42接触面

44操作元件

46杆

48、50中间元件

52枢转轴线

54、56凸肩

60销

62凹进部

64环

66弹簧

68连接销

70长孔

72端部

80轴头

82扭转弹簧

84、86端部

88中间空间

90突起

100重心垂线

F1、FF、FR、FT、G力

MR、MT力矩

S重心

P1-P3方向