CH687108A5

CH687108A5 - Bildstabilisierungseinrichtung.

Info

Publication number: CH687108A5
Application number: CH03435/93A
Authority: CH
Inventors: Hans Dr Baumann; Wolfgang Graczyk
Original assignee: Anschuetz & Co Gmbh
Priority date: 1992-12-24
Filing date: 1993-11-18
Publication date: 1996-09-13
Also published as: DE4342717A1; US5786936A; JP3504964B2; DE4342717B4; JPH07325270A

Description

1

CH 687 108 A5

2

Beschreibung

Optische Geräte sind Erschütterungen durch die Umwelt ausgesetzt. Diese Erschütterungen (ungewolltes Berühren, Gebäudeschwingungen usw.) erschweren die Arbeit an diesen insbesondere dann, wenn das zu beobachtende Objekt nicht fest mit dem Gerät verbunden ist.

Dies ist insbesondere auch bei Teleskopen, bei Kameras und bei Operationsmikroskopen der Fall auch wenn diese auf Stativen montiert sind, wobei letztere allgemein eine Vergrösserung < 30 x aufweisen. Bei Langzeitbeobachtungen durch Teleskope führen die durch die Umwelt erzeugten Erschütterungen insbesondere bei fotografischen Aufnahmen zu einer starken Reduzierung des Kontrastes und der Auflösung. Dasselbe gilt entsprechend für Kameras. Operationsmikroskope sind häufig über einen Ausleger am Fussboden bzw. an der Decke befestigt. Da der Ausleger nur eine begrenzte Steifigkeit hat, neigen insbesondere Operationsmikroskope bei entsprechender Anregung zum Schwingen, wodurch das Arbeiten mit diesen Geräten erheblich beeinträchtigt wird.

Bei hohen Vergrösserungen ist die Freihandanwendung bei Teleskopen und Kameras (Foto, Film) kaum möglich oder es kommt zu starken Verwacklungen.

Bildstabilisationseinrichtungen als solche sind bekannt. So ist insbes. aus der EP-PS 0 504 930 eine derartige Einrichtung bekannt, bei der ein x-y-Tisch über Spindeln durch einen Motor bewegt wird. Der indirekte Antrieb über Spindeln hat aber den Nachteil, dass die Verstellung nicht sofort und auch nicht exakt erfolgt, was den Gebrauchswert der Einrichtung stark herabsetzt. Ausserdem nutzt sich das Gewinde im Gebrauch ab, so dass man nach einiger Zeit mit einer Verschlechterung der Verstellgenauigkeit rechnen muss.

Es ist die Aufgabe der Erfindung eine Bildstabilisierungseinrichtung zu schaffen, bei welchem die durch das Schwingen (Wackeln) des optischen Gerätes hervorgerufenen Bildbewegungen, insbesondere die transversalen Bewegungen senkrecht zur optischen Achse, möglichst unterdrückt werden.

Diese Aufgabe wird durch den kennzeichnenden Teil des ersten Patentanspruchs gelöst.

Durch die Benutzung eines Linearmotors können die von einem Sensor gewonnenen Daten direkt in eine gegenphasige Verschiebebewegung umgesetzt werden, ohne dass ein wie auch immer ausgestaltetes Getriebe notwendig wird. Dies führt bei der Bildstabilisierungseinrichtung zu einer extrem kurzen Reaktionszeit, da nicht unnötige Massen bewegt werden müssen. Ausserdem ist die Reaktion extrem exakt, da man kein Getriebe zwischen dem Motor und dem zu verschiebenden Teil benötigt und jede Bewegung des Motors direkt zu einer linearen Bewegung am zu verschiebenden Teil führt, so dass keine Totzeiten und Hysterese existieren. Vorteihaft ist gerade für batteriebetriebene Geräte der hohe Wirkungsgrad ohne (bzw. mit nur sehr geringen) Reibungsverlusten.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, dass Linearmotore eine relativ kleines geometrisches Volumen benötigen und somit die gesamte Stabilisierungseinrichtung sehr klein gehalten werden kann.

Es ist vorteilhaft, wenn der Linearmotor in der Bildstabilisierungseinrichtung aus einer Spuleneinrichtung mit vielen Windungen, einem Stator und aus zwei Permanentmagneten aufgebaut ist. Dadurch erhält man einen besonders kleinen kompakten Linearmotor.

Dabei ist es vorteilhaft, wenn der Stator einen vorzugsweise geschlossenen U-förmigen Grundkörper besitzt. Auch dieses Merkmal fördert die Kompaktheit des Linearmotors durch Optimierung des magnetischen Flusses.

Eine weitere Förderung der Kompaktheit erhält man, wenn die beiden Permanentmagnete auf zwei Armen des Stators angebracht sind, wobei der Nordpol des einen Permanentmagneten dem Südpol des anderen Permanentmagneten gegenüberliegt.

Wenn die Spuleneinrichtung aus einer doppelten Rechteckspule besteht, unterstützt auch dieses die Kompaktheit des Linearmotors, wie später begründet wird.

Wenn die innere Breite der Spuleneinrichtung grösser ist als die äussere Breite des Stators, erlaubt dies eine kontrollierte Linearbewegung in einer Richtung, wobei zusätzlich in der dazu senkrechten Richtung eine Bewegung überlagert sein darf. Dies ist aber bei der Schwingungskompensation sehr häufig, da es normalerweise keine Vorzugsrichtung gibt.

Wenn die Spuleneinrichtung keinen Wickelkörper besitzt, kann der Linearmotor kompakter aufgebaut werden.

Wenn die Spuleneinrichtung eine Profilierung besitzt, ist die Wärmeabgabefähigkeit des Linearmotors besser und damit seine thermische Stabilität und seine Leistungsreserven.

Wenn der Spulendraht der Windungen der Spuleneinrichtung einen rechteckigen Querschnitt besitzt, benötigen die Windungen weniger Platz und der Linaermotor kann kompakter ausgeführt werden.

Wenn die kräfteausübende Einrichtung der Bildstabilisierungseinrichtung aus mindestens zwei Linearmotoren als Antriebselementen besteht, welche in einer Ebene senkrecht zur optischen Achse in einem Winkel von 90° zueinander angeordnet sind, ist eine Bildstabilisierung in den zwei Achsen senkrecht zur optischen Achse möglich.

Zu einer weiteren Platzreduzierung gelangt man, wenn man für jeden Bewegungsfreiheitsgrad je zwei sich gegenüberliegende Linearmotoren verwendet. Die zur Bewegung der beweglichen optischen Komponente benötigte Kraft teilt sich dann auf zwei Motore auf, was bei einer rotationssymmetrischen Anordnung zu einer weiteren Reduzierung des Bauvolumens beiträgt.

Damit die Bildstabilisierungseinrichtung auch an bereits vorhandenen optischen Geräten verwendet werden kann, ist es vorteilhaft, wenn der als Antriebselement dienende Linearmotor in einem Adapter vorhanden ist.

Wenn die Antriebsrichtung des Linearmotors in

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

2

3

CH 687 108 A5

4

einer Richtung senkrecht zur optischen Achse ausgerichtet ist, kann man sich ein Getriebe zwischen Motor und zu bewegender Vorrichtung sparen. Dies führt zu einer kompakten und insbesondere direkt wirkenden Anordnung, bei welcher die Reibungsverluste zwischen Linearmotor und zu bewegender Vorrichtung gering sind.

Der Verringerung von Reibungsverlusten dient es auch, wenn die Kopplung zwischen dem Linearmotor und dem angetriebenen Teil fest ist.

Es ist vorteilhaft, wenn in der Bildstabilisierungseinrichtung eine optische Komponente des optischen Gerätes (Objektiv, Bildumkehrsystem, Okular, usw.) durch mindestens einen Linearmotor gegenüber den anderen optischen Komponenten und dem Gerätegehäuse des optischen Gerätes entkoppelt ist.

Dadurch wird die Anzahl der optischen Komponenten durch die Bildstabilisierung nicht erhöht. Dies ist insbesondere bei Teleskopen vorteilhaft, da jedes zusätzliche optische Bauteil zu unerwünschten Lichtverlusten führt.

Dies kann vorteilhafter Weise dadurch geschehen, dass das Objektiv durch mindestens einen Linearmotor gegenüber dem Gerätegehäuse des optischen Gerätes und dem Okular entkoppelt ist.

Wenn das Objektiv in den zwei Freiheitsgraden senkrecht zur optischen Achse entkoppelt ist, können die störensten Auswirkungen durch auf die Umwelt einwirkenden Schwingungen eliminiert werden.

Betrachtet man bei Teleskopen die Fotoeinrichtung als Teil des optischen Systems, dann kann auch diese Komponente wie beschrieben entkoppelt werden.

Wenn sich die kräfteausübende Einrichtung im Innern des optischen Geräts befindet, kann das optische Gerät sehr kompakt gehalten werden.

Eine Bildstabilisierungseinrichtung, bei welcher eine, relativ zum Gehäuse in mindestens einer Richtung senkrecht zur optischen Achse bewegliche Objektivhalterung vorhanden ist und dass ein Teil des Antriebselementes mit dem Gehäuse und ein zweiter Teil mit der Objektivhalterung fest verbunden ist, führt zu einer sehr kompakten Anordnung.

Durch eine Bildstabilisierungseinrichtung, in welcher die Objektivlagerung im wesentlichen aus zwei sich in ihren Bewegungen nicht störenden Lagerungen (x-Lagerung und y-Lagerung) besteht, wobei die x- und y-Achse senkrecht zueinander und senkrecht zur optischen Achse orientiert sind, erhält man eine mechanisch sehr stabile Ausführung.

Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Lagerungen um eine optische Achse eine ausreichend freie optische Öffnung besitzen, da dann der optische Strahlengang durch die Bildstabilisierungseinrichtung gehen kann und so die äusseren Abmessungen klein bleiben können.

Eine mechanisch sehr stabile Bildstabilisierungseinrichtung erhält man, wenn jede Lagerung zwei sich gegenüberliegende Linearführungen besitzt, wobei die beiden Linearführungen einer Lagerung zu den beiden Linearführungen der anderen Lagerung um möglichst 90° versetzt angeordnet sind.

Der Stabilität der Bildstabilisierungseinrichtung ist es sehr dienlich, wenn zumindest eine Hauptobjektivlinse in einer Objektivlagerung befestigt ist und die Antriebselemente eine zur Schwingung gegen-phasige Auslenkung der Objektivlagerung mit dem Hauptobjektiv bewirkt.

Es ist vorteilhaft, wenn der Sensor zur Erfassung der Schwingungen der Bildstabilisierungseinrichtung ein Beschleunigungssensor ist.

Die Erfindung wird nachstehend in beispielhafter Weise anhand der Zeichnungen näher erläutert, wobei weitere wesentliche Merkmale, sowie dem besseren Verständnis dienende Erläuterungen und Ausgestaltungsmöglichkeiten des Erfindungsgedankens beschrieben sind.

Es zeigen:

Fig. 1a einen Linearmotor im Teilschnitt;

Fig. 1b den Linearmotor aus Fig. 1a in Draufsicht, Teilschnitt;

Fig. 1c den Linearmotor aus Fig. 1a in Vorderansicht, Teilschnitt;

Fig. 1d den Linearmotor aus Fig. 1a in perspektivischer Ansicht;

Fig. 2a eine stabilisierte Objektivlagerung in Draufsicht, Teilschnitt;

Fig. 2b Objektivlagerung in y-Richtung in Draufsicht aus Fig. 2a;

Fig. 2c Objektivlagerung in x-Richtung in Draufsicht aus Fig. 2a;

Fig. 2d eine Schnittdarstellung durch die Objektivlagerung aus Fig. 2a in y-Richtung;

Fig. 2e eine Schnittdarstellung durch die Objektivlagerung aus Fig. 2a in x-Richtung;

Fig. 3a ein Operationsmikroskop an einem Ständer; und

Fig. 3b ein Operationsmikroskop an einer Dek-kenaufhängung.

In den Fig. 1a-d ist ein als Antriebselement verwendeter Linearmotor (1) dargestellt. Dieser Linearmotor (1) besitzt als wesentliche Komponenten eine Spuleneinrichtung (4a), einen Stator (4b) und zwei Permanentmagnete (2, 3).

Der Stator (4b) besteht aus einem vorzugsweise geschlossenen U-förmigen Grundkörper aus einem hochpermeablen Material, wie z.B. Vacoflux. Auf der Innenseite der beiden rechteckförmigen Arme des Stators (4b) sind zwei rechteckförmige Permanentmagnete (2, 3) so angebracht, dass der Nordpol des Permanentmagneten (2) dem Südpol des anderen Permanentmagneten (3) gegenüberliegt. Dadurch bildet sich zwischen diesen beiden Permanentmagneten (2, 3) ein nahezu homogenes Magnetfeld mit senkrechtstehenden Feldlinien (4c) aus.

Die Spuleneinrichtung (4a), auch Rotor genannt, wird durch eine doppelte Rechteckspule gebildet, deren Windungen (in der Fig. nicht eingezeichnet) senkrecht zur aktiven Bewegungsrichtung (5a) der Spuleneinrichtung (4a) und senkrecht zu den Feldlinien (4c) der Permanentmagnete (2, 3) verlaufen. Die Form der Spuleneinrichtung (4a) ist dergestalt, dass die eine Hälfte der Spule (7a) über den Stator (4b) und die andere Hälfte der Spule (8a) unter den Stator (4b) hindurch geführt wird. Die Spulen5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

3

5

CH 687 108 A5

6

hälften (7a und 8a) sind freitragend einschliesslich der Befestigungseinrichtung (6) miteinander vergossen. Die innere Breite (L) der Spuleneinrichtung (4a) ist grösser als die äussere Breite (A) des Stators (4b). Dadurch besitzt die Spuleneinrichtung (4a) zwei Bewegungsfreiheitsgrade. Zum einen einen Freiheitsgrad in der Bewegungsrichtung (5a), die sich aus der Kraftwirkung des magnetischen Feldes der Permanentmagnete (2, 3) auf die stromdurchflossene Spuleneinrichtung (4a) ergibt (d.h. senkrecht zum Leiter) und zum anderen senkrecht hierzu in Bewegungsrichtung (5b) aufgrund der grösseren Spulenkörperinnenbreite (L), ohne dadurch die Wirkungsweise des Linearmotors (1) zu beeinflussen.

Die Spuleneinrichtung (4a) ist dabei ohne Wickelkörper ausgeführt, um bei gleichzeitiger Minimierung des Gewichts und des Volumens eine maximale Packungsdichte der Spuleneinrichtung (4a) bei minimierten Luftspalten zwischen Rotor und Stator insbesondere im Kraftfeld der Feldlinien (4c) mit dem Ziel zu erreichen, dass zwangsläufig die maximal möglichen Antriebskräfte der Linearmotoren (1) entstehen. Hergestellt ist die Spuleneinrichtung (4a) als doppelte Rechteckspule aus zwei einzelnen Rechteckspulen (7, 8), auf welchen sich je zur Hälfte die Windungen (7a, 8a) aufteilen. Jede dieser beiden Rechteckspulen (7, 8) ist dabei auf einem geeigneten Dorn mit erforderlichem Querschnitt gewickelt worden. Danach werden die Spulen (7, 8) einschliesslich der Bewegungseinrichtung (6) in einer Form zusammengefügt und dann gemeinsam vergossen. Die so erhaltene Spuleneinrichtung (4a) weist eine optimale mechanische Festigkeit und Wärmeleitfähigkeit bei maximaler Packungsdichte und minimiertem Bauvolumen auf.

Die für die Wärmeableitung wirksame Oberfläche erhöht sich bei diesem doppelten Spulenkörper (4a) um ca. 60% gegenüber einer einfachen Rechteckspule, bei der sich die Windungen nicht aufteilen.

Eine weitere Steigerung der Wärmeabgabe wird durch eine angedeutete Profilierung (4d) des Spulenkörpers (4a) erreicht, die durch eine entsprechende Vergussform realisiert wird.

Die Spuleneinrichtung (4a) weist eine unterschiedlichen Spulendicke (d1/d2) auf, d2 = d1/2.

Durch die Aufteilung der Windungen (7a, 8a) beim Herumführen um den Stator (4b) reduziert sich die Spulenbreite um d1 = 2 x d2.

Eine weitere Steigerung des Volumen/Leistungsverhältnisses wird durch Venwendung eines Spulendrahtes mit eckigem Querschnitt erreicht.

Die Windungen (7a, 8a) in der Spuleneinrichtung (4a) verlaufen aufgrund des notwendigen Vorschubes beim Wickeln nicht genau senkrecht zu der Begrenzungsrichtung (5a).

Die dadurch entstehende Querkomponente kann bei dem doppelten Spulenkörper dadurch weitgehend kompensiert werden, indem die beiden Spulenhälften mit unterschiedlichem Wicklungssinn gewickelt und nachfolgend vergossen werden. Die Querkomponente der einen Hälfte hebt dann die Querkomponente durch die Schieflage der Wicklung in der anderen Hälfte in entgegengesetzter Richtung weitgehend auf.

In den Fig. 2a-2e ist die Anbringung von zwei, in den Fig. 1a-d dargestellten Linearmotoren (11, 12) sowie die Objektivlagerung am Beispiel eines Operationsmikroskops beschrieben.

Um den Platzbedarf zu minimieren, sind die Motore (11, 12) um 45° versetzt zur Mittenebene (13) des Adapters angeordnet. Dadurch kann die Adapterbreite (B) minimal gehalten werden. Hierbei ist der Stator (11a bzw. 12a) fest mit der Grundplatte (15) des Adapters verbunden. Die Doppelspule (11b) ist über eine Befestigungseinrichtung (11c) mit dem als Tischführung in y-Richtung ausgeführten Zwischenring (16a) verbunden. Demhingegen ist die Doppelspule (12b) mit dem als Tischführung in x-Richtung ausgeführten Objektivhalter (16b) durch den Zwischenring (16a) hindurch über die Befestigungseinrichtung (12c) verbunden.

Das Objektiv (17) wird von dem innen liegenden achteckigen Objektivhalter (16b) aufgenommen, welcher eine Bewegung des Objektivs (17) in x-Richtung erlaubt. Die optische Achse (13a) des Objektivs (17) befindet sich genau im Zentrum des Objektivhalters (16b), in welchem das Objektiv (17) eingeschraubt ist. Der Objektivhalter (16b) ist über zwei Linearführungspaare (19a, 19b) möglichst reibungsarm mit dem Zwischenring (16a) verbunden. Eine Bewegung des inneren Objektivhalters (16b) relativ zum Zwischenring (16a) ist nur in einer Richtung, der x-Richtung möglich.

Hierbei hat der Objektivhalter (16b) in x-Richtung einen Freiraum (ai), welcher für eine Bewegung des Objektivs (17) innerhalb des Zwischenrings (16b) zur Verfügung steht. In der zur x-Richtung senkrecht stehenden y-Richtung hat der Zwischenring (16b) mit den an ihm angebrachten Linearfüh-rungspaaren (18a, 18b) einen Freiraum (a2), welcher für die Bewegung des Objektivs (17) in y-Rich-tung zur Verfügung steht.

Die sich gegenüberliegenden Linearführungspaare (18a, 18b) des Zwischenringes (16a), welche gegenüber den beiden Linearführungspaaren (19a, 19b) des Objektivhalters (16b) um 90° versetzt angeordnet sind, sind mit dem Gehäuse (15) des Adapters fest verbunden. Die Linearführungspaare (18a, 18b bzw. 19a, 19b) sind so ausgelegt, dass eine leichte Bewegung des Objektivs (17) sowohl in x- als auch in y-Richtung erfolgen kann.

Durch die oben beschriebene Anordnung wird eine x/y-Tischführung beschrieben, welche eine Bewegung des Objektivs (17) diagonal zu den äusseren Begrenzungen des Gehäuses (15) in diesen beiden Richtungen zulässt. Diese x/y-Tischführung besitzt eine hohe Steifigkeit bei minimalen Einbaumassen, wobei das Zentrum freibleibt, um den optischen Strahlengang durch das Objektiv (17) in z-Richtung nicht zu beschneiden.

Die dabei entstehende, verschachtelte Bauart ist in Fig. 2d, 2e dargestellt. Dabei trägt insbesondere der nach innen gezogene Kragen (16aa) des äusseren Zwischenrings (16a) zur Erhöhung der Steifigkeit bei, ohne dabei die Baugrösse zu beeinträchtigen. Dieser Kragen (16aa) kann entsprechend den gegebenen Einbaubedingungen in seiner Geometrie verändert und optimiert werden. Gleiches gilt für den konstruktiven Aufbau des inne-

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

4

7

CH 687 108 A5

8

ren Objektivringes (16b) und des an ihm befindlichen Versteifungskragens (16bb).

Die Komponenten der mechanischen Schwingungen werden über zwei senkrecht zueinander angeordnete Beschleunigungs-Sensoren gemessen (in den Fig. 2a-2e nicht dargestellt).

Über eine doppelte Integration wird aus den Beschleunigungswerten die zugehörigen Wegkomponenten berechnet.

Die so erhaltenen Werte stellen die Sollgrösse für einen PID-Regler dar. Der Regler steuert zwei den Komponenten zugeordnete Leistungsendstufen an, die die zwei Linearmotoren (11, 12) treiben.

Die Linearmotoren (11, 12) bewegen, das in einem x/y-Tisch gelagerte Objektiv (17) gegenphasig zur Schwingungsbewegung. Der momentane Ist-Wert wird durch, den Komponenten zugeordnete, lineare Wegsensoren erfasst und dem Regler als Stellgrösse zugeführt.

Die gegenphasige Auslenkung des Hauptobjektivs (17) (oder des optisch abbildenden Teils von diesem) führt in einem Mikroskop dazu, dass die sonst durch die Vibration des gesamten Mikroskops im Vergrösserungsbereich < 30 selbst bei ideal justiertem Mikroskop subjektiv empfundene Bildverschlechterung (das Auge des Beobachters in der Austrittspupille des Mikroskopes kann den um den Vergrösserungsfaktor vergrösserten Bildbewegungen nicht mehr folgen, so dass die Bildqualität subjektiv als sehr schlecht empfunden wird) zumindest sehr stark verbessert wird. Demgegenüber führt eine Relativbewegung des Hauptobjektivs (17) zwar objektiv zu einer geringfügig schlechteren Bildqualität, aber subjektiv im Gesamten betrachtet zu einem wesentlich besseren Bild, da die Bildbewegung so stark herabgesetzt wird, dass das Auge den Strukturdetails wieder folgen kann und somit überhaupt erst wieder ein Bild empfunden wird. Hinzu kommt, dass bei ruhendem, also nicht Vibrationen ausgesetztem Mikroskop, das Objektiv in der optischen Achse (13a) justiert ist und somit wie bei einem normalen Mikroskop die gleiche Bildqualität erreicht wird.

Das in den Fig. 2a-2e beschriebene Ausführungsbeispiel sorgt dafür, dass lediglich bei vibrierenden Mikroskopen, d.h. bei einem gemessenen Beschleunigungswert innerhalb einer zur optischen Achse des Objektivs senkrechten Ebene, ein Ansprechen (d.h. eine Gegenbewegung) erfolgt.

Das bedeutet, dass bei ca. konstanten Translationsbewegungen mit nicht auswertbaren Beschleunigungswerten keine Bewegungskompensation erfolgt, da das Auge den Bildwechsel folgen kann und andererseits bei ungewollten Schwingungen mit entsprechenden Beschleunigungswerten beispielsweise im höheren Vergrösserungsbereich durch die einsetzende Bewegungskompensation überhaupt subjektiv wieder ein Bild empfunden wird.

In den Fig. 3a und 3b ist ein Operationsmikroskop (31, 31a) in klassischen Aufhängungen, wie sie in einem Operationssaal üblich sind, dargestellt.

Ist das Operationsmikroskop (31) an einem Ständer (32) befestigt, so können sowohl axiale (34) als auch transversale (34a) Kräfte auf den Ständerfuss (35) einwirken. Diese Kräfte (34, 34a) führen dann zu einer entsprechenden Bewegung des Operationsmikroskops (31), da die Kräfte (34, 34a) durch die Bauteile (35a, 35b, 35c, 35d) des Ständers (32) übertragen werden.

Auch wenn das Operationsmikroskop (31a) an der Decke eines Operationssaals mit einer Deckenaufhängung befestigt ist, werden durch die Deckenverankerung (36) und die Komponenten (36a, 36b, 36c, 36d) der Deckenaufhängung (36) die axialen und transversalen Kräfte (37, 37a) auf das Operationsmikroskop (31a) übertragen.

Eine Entkopplung des Operationsmikroskops (31, 31a) kann nun erfolgen a) zwischen dem vertikalen Tragarm (35c, 36c) und dem horizontalen Tragarm (35b, 36b);

b) zwischen dem vertikalen Tragarm (35c, 36c) und dem Operationsmikroskop (31, 31a);

c) im Operationsmikroskop (31, 31a).

In den Ausführungsbeispielen in den Fig. 2a-e ist die Entkopplung im Operationsmikroskop (31, 31a) hinsichtlich der transversalen Schwingungen realisiert, da die Tiefenschärfe des Operationsmikroskops (31, 31a) eine Eliminierung der axialen Schwingungen in der optischen Achse des Operationsmikroskops (31, 31a) normalerweise unnötig macht. Sollten auch diese axialen Schwingungen eliminiert werden, so kann dies durch bekannte Autofokuseinrichtungen erfolgen.

Der besondere Vorteil der Eliminierung der transversalen Schwingungen im Operationsmikroskop (31, 31a) ist darin zu sehen, dass die zu bewegenden Massen sehr gering sind, die Kompensationseinrichtung damit sehr kompakt ausfallen und als Adapter ausgeführt werden kann. Dieser Vorteil wird zusätzlich ergänzt durch eine schnelle Reaktionszeit des Systems.

Claims

Patentansprüche

1. Bildstabilisierungseinrichtung für ein optisches Gerät, bei welcher mindestens ein Antriebselement zur Kompensation von auf die optische Anordnung von seiner Umgebung einwirkende Schwingungen vorhanden ist und bei welcher eine elektronische Schaltung vorhanden ist, welche das Signal eines Sensors in ein Signal für das mindestens eine Antriebselement (1, 11 12) umwandelt, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Antriebselement (1, 11, 12) einen Linearmotor umfasst.

2. Bildstabilisierungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Linearmotor (1, 11, 12) aus einer Spuleneinrichtung (4a) mit vielen Windungen, einem Stator (4b) und aus zwei Permanentmagneten (2, 3) aufgebaut ist.

3. Bildstabilisierungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (4b) einen vorzugsweise geschlossenen U-förmigen Grundkörper besitzt.

4. Bildstabilisierungseinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Permanentmagnete (2, 3) auf zwei Armen des Stators (4b) angebracht sind, wobei der Nordpol des einen Permanentmagneten (2) dem

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

5

9

CH 687 108 A5

10

Südpol des anderen Permanentmagneten (3) gegenüberliegt.

5. Bildstabilisierungseinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Spuleneinrichtung (4a) aus einer doppelten Rechteckspule besteht.

6. Bildstabilisierungseinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Breite (L) der Spuleneinrichtung (4a) grösser ist als die äussere Breite (A) des Stators (4b).

7. Bildstabilisierungseinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Spuleneinrichtung (4a) keinen Wickelkörper besitzt.

8. Bildstabilisierungseinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Spuleneinrichtung (4a) eine Profilierung (4d) besitzt.

9. Bildstabilisierungseinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Spulendraht der Windungen der Spuleneinrichtung (4a) einen rechteckigen Querschnitt besitzt.

10. Bildstabilisierungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Antriebselement (11, 12) in einem Adapter (15) vorhanden ist.

11. Bildstabilisierungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Antriebselemente (11, 12) vorgesehen sind, welche ungefähr einen Winkel von 90° relativ zur Senkrechten auf die optische Achse (13a, 33, 38) besitzen.

12. Bildstabilisierungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1-11, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsrichtung des Linearmotors (1, 11, 12) in einer Richtung senkrecht zur optischen Achse ausgerichtet ist.

13. Bildstabilisierungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1-12, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplung zwischen dem Linearmotor (1, 11, 12) und einem angetriebenen Teil fest ist.

14. Bildstabilisierungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1-13, dadurch gekennzeichnet, dass eine optische Komponente des optischen Gerätes durch mindestens einen Linearmotor (1, 11, 12) gegenüber den anderen optischen Komponenten und einem Gerätegehäuse des optischen Gerätes entkoppelt ist.

15. Bildstabilisierungseinrichtung nach Anspruch

14, dadurch gekennzeichnet, dass ein Objektiv durch mindestens einen Linearmotor (1, 11, 12) gegenüber dem Gerätegehäuse des optischen Gerätes und einem Okular entkoppelt ist.

16. Bildstabilisierungseinrichtung nach Anspruch

15, dadurch gekennzeichnet, dass das Objektiv in zwei Freiheitsgraden senkrecht zur optischen Achse (13a, 33, 38) entkoppelt ist.

17. Bildstabilisierungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1-16, dadurch gekennzeichnet, dass sich das mindestens eine Antriebselement (1, 11, 12) im Innern des optischen Geräts (31, 31a) befindet.

18. Bildstabilisierungseinrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass eine, relativ zu einem Gehäuse (15) in mindestens einer Richtung senkrecht zur optischen Achse (13a) bewegliche Objekivlagerung (16b) vorhanden ist und dass ein Teil des Antriebselementes (12b) mit dem Gehäuse (15) und ein zweiter Teil (12a, 12c) mit der Objektivlagerung (16b) fest verbunden ist.

19. Bildstabilisierungseinrichtung nach Anspruch

18, dadurch gekennzeichnet, dass die Objektivlagerung im wesentlichen aus zwei sich in ihren Bewegungen nicht störenden Lagerungen (16a, 16b) x-Lagerung und y-Lagerung besteht, wobei die x-und y-Achse senkrecht zueinander und senkrecht zur optischen Achse (13a, 33, 38) orientiert sind.

20. Bildstabilisierungseinrichtung nach Anspruch

19, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerungen (16a, 16b) um eine optische Achse (13a, 33, 38) eine ausreichend freie optische Öffnung besitzen.

21. Bildstabilisierungseinrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass jede Lagerung (16a, 16b) zwei sich gegenüberliegende Linearführungen (18a, 18b, 19a, 19b) besitzt, wobei die beiden Linearführungen (18a, 18b) einer Lagerung (16a) zu den beiden Linearführungen (19a, 19b) der anderen Lagerung (16b) um 90° versetzt angeordnet sind.

22. Bildstabilisierungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1-21, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Hauptobjektivlinse (17) in einer Objek-tivlagerung (16a, 16b) befestigt ist und das mindestens eine Antriebselement (1, 11, 12) eine zur Schwingung gegenphasige Auslenkung der Objektivlagerung (16a, 16b) mit dem Hauptobjektiv (17) bewirkt.

23. Bildstabilisierungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1-22, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor zur Erfassung der Schwingungen ein Beschleunigungssensor ist.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

6