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Die vorliegende Erfindung betrifft ein aufrechtes Mikroskop umfassend einen Mikroskoptisch sowie einen daran angebrachten Probenträger zur Aufnahme eines Probenhalters.
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Stand der Technik
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Beispielsweise in der Metallographie und der Geologie werden mikroskopische Untersuchungen üblicherweise mit inversen Mikroskopen durchgeführt. Die Proben werden zur Politur und zur anschließenden Untersuchung in Einbettmaterial eingebracht. Die zu untersuchende Seite der Probe wird eben poliert und auf das inverse Mikroskop gelegt. Ist das Mikroskop einmal eingestellt, d. h. insbesondere fokussiert, können auf diese Weise unterschiedliche Proben durch einfaches Auswechseln der aufgelegten Probe ohne Nachfokussieren untersucht werden.
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Häufig müssen solche Untersuchungen jedoch in aufrechten Mikroskopen durchgeführt werden, welche verbreiteter sind als inverse Mikroskope. Die Untersuchung in einem aufrechten Mikroskop ist jedoch mit Problemen verbunden.
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Bei der Untersuchung mit dem Mikroskop sollte die Probenoberfläche senkrecht zur optischen Achse des Mikroskops ausgerichtet werden, um ohne Nachfokussieren die gesamte laterale Ausdehnung der Probe untersuchen zu können. Daher muss die Probe so präpariert werden, dass sie zwei planparallele Seiten aufweist, von denen eine untersucht wird und die andere als Standfläche dient, um eine definierte Ausrichtung der Probe auf dem Probentisch und damit bezüglich der optischen Achse zu gewährleisten. Es ist sehr aufwendig, zwei Außenflächen der Probe so zu bearbeiten, dass sie genau planparallel sind.
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Ein beispielhafter Probenhalter für ein aufrechtes Mikroskop, der eine Aufnahmefläche zur Aufnahme einer präparierten Probe mit planparallelen Seiten zur Verfügung stellt, ist in der
US 6,989,927 B2 offenbart.
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Es ist daneben auch bekannt, die erforderliche Parallelität durch Aufpressen der Probe auf eine Basisplatte mit dazwischen eingebrachtem, zähen Klebstoff zu erreichen. Die bereits polierte Probenoberfläche ist dabei einer erhöhten Beschädigungsgefahr ausgesetzt. Weiterhin führt diese Art der Probenvorbereitung zu einer großen Gesamthöhe. Reicht der zwischen Mikroskoptisch und Objektiv zur Verfügung stehende Platz nicht für größere Proben aus, so müssen diese entsprechend verkleinert werden.
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Neben der Probenpräparation ist auch die Untersuchung mit Nachteilen behaftet. Die für die Untersuchung präparierten Proben sind in aller Regel unterschiedlich hoch. Aus diesem Grund muss das Mikroskop immer nach einem Probenwechsel auch nachfokussiert werden, was insbesondere Reihenuntersuchungen zeitaufwendig macht.
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Es ist somit wünschenswert, einen verbesserten Probenhalter zur einfacheren Untersuchung derartiger Proben in einem aufrechten Mikroskop anzugeben.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß wird ein aufrechtes Mikroskop mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
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Vorteile der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung macht sich zunutze, dass die Probenpräparation für eine Untersuchung in einem aufrechten Mikroskop wesentlich erleichtert werden kann, wenn der Schritt des Präparierens zweier planparalleler Probenflächen ersetzt wird durch das Bereitstellen zweier Referenzflächen auf dem Probenhalter. Damit ist es möglich, die Präparation der Unterseite bzw. Standfläche der Probe, die im Stand der Technik notwendig ist, einzusparen. Dieser Lösungsansatz reduziert die Anzahl der zu überarbeitenden Flächen der Probe auf die einzige Fläche, die ohnehin zum Zweck der Untersuchung präpariert, meistens poliert, werden muss. Dies reduziert den Präparationsaufwand erheblich.
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Anstelle der Probe ist nun der Probenhalter so ausgebildet, dass er zwei Referenzflächen in definierter Ausrichtung, insbesondere parallel, zur Verfügung stellt, von denen eine erste Referenzfläche zum definierten Ausrichten des Probenhalters relativ zur optischen Achse des Mikroskops und eine zweite Referenzfläche zum definierten Ausrichten einer im Probenhalter aufgenommenen Probe bzw. deren Probenoberfläche relativ zu der ersten Referenzfläche dient.
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Die eben polierte, zu betrachtende Seite der Probe wird durch, insbesondere elastische, Druckmittel, beispielsweise mittels Federkraft, auf die zweite Referenzfläche des Probenhalters gedrückt, um auf diese Weise zugleich eine vordefinierte Ausrichtung zur ersten Referenzfläche des Probenhalters einzunehmen. Diese Art der Ausführung schafft große Flexibilität für unterschiedlich hohe Proben, da die Druckmittel die zu untersuchende Fläche immer gegen die zweite Referenzfläche drücken. Die Notwendigkeit des Nachfokussierens nach einem Probenwechsel wird dadurch stark vermindert.
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Da keine großen Kräfte wirken, kann der erfindungsgemäße Probenhalter dünnwandig und insbesondere auch als Drehteil kostengünstig und mit hoher Präzision hergestellt werden. Eine schlanke Ausführung gestattet die x- und/oder y-Verstellbarkeit, auch wenn der Probenhalter bspw. in einer Öffnung eines Mikroskoptisches versenkt ist.
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Ein bevorzugter Probenhalter weist einen zylindrischen, dünnwandigen Hohlkörper mit standardisiertem Innendurchmesser auf, um die Probe eng zu umfassen. Auch andere Hohlkörper, wie hohle Quader oder Prismen, sind denkbar. Bspw. in der Metallographie und der Geologie haben sich, angetrieben durch den Polierprozess, einige Standarddurchmesser der Proben durchgesetzt (bspw. in 0,25''– oder 5 mm-Schritten). Zweckmäßigerweise ist der Hohlkörper so ausgebildet, dass er entsprechende Standardprobendurchmesser aufnehmen kann.
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Die wenigstens eine erste Referenzfläche ist besonders einfach bereitzustellen, wenn sie an wenigstens einer Außenseite des Hohlkörpers, z. B. als Kragen, Ring u. ä., definiert ist.
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Zweckmäßigerweise umfasst der Probenhalter zum einen ein Abdeckelement, das eine zweite Referenzfläche an seiner Innenseite sowie eine Sichtöffnung aufweist, sowie ein Bodenelement, das die Druckmittel an seiner Innenseite aufweist. Auf diese Weise kann eine in dem Hohlkörper aufgenommene Probe besonders einfach gegen das Abdeckelement bzw. die daran definierte innenliegende zweite Referenzfläche gedrückt werden, wobei der Druck an dem Bodenelement abgestützt wird. Hierbei verschließt die ebene Probenoberfläche ganz oder teilweise die Sichtöffnung an dem Abdeckelement. Vorzugsweise umschließt der Probenhalter die Probe bis auf die untersuchende Probenoberfläche vollständig.
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In einer Ausgestaltung weist die Außenseite des Bodenelementes des Hohlkörpers wenigstens eine erste Referenzfläche auf bzw. definiert eine solche. Beispielsweise kann die Außenseite des Bodenelements selbst als erste Referenzfläche dienen. In der Folge kann ein entsprechender Probenhalter besonders einfach in einem aufrechten Mikroskop verwendet werden, indem er auf den Mikroskoptisch gestellt wird.
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Weist die zweite Referenzfläche einen vorgegebenen Abstand von der ersten Referenzfläche auf, können Probenuntersuchungen im schnellen Wechsel ohne Nachfokussieren durchgeführt werden, indem mehrere Proben vorbereitet und in unterschiedlichen Probenhaltern platziert werden. Bei der Untersuchung müssen dann nur noch die Probenhalter auf den Mikroskoptisch gestellt oder in eine entsprechende Aufnahmevorrichtung eingesetzt werden.
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In bevorzugter Ausgestaltung wird das Abdeckelement durch einen abnehmbaren Deckel definiert. Das Bodenelement kann dabei fest mit dem Hohlkörper verbunden oder ebenfalls abnehmbar sein. Im ersten Fall kann der Probenhalter durch Abnehmen des Deckels geöffnet werden, so dass eine Probe in diesen einbringbar ist. Die Probe wird auf die Druckmittel gesetzt und durch Verschließen des Probenhalters mit dem Deckel, bspw. mittels einer Schraub- oder Gewindeverbindung, gegen die Druckmittel verspannt. So kann eine besonders robuste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Probenhalters geschaffen werden.
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In bevorzugter Ausgestaltung weist der Deckel wenigstens eine erste Referenzfläche an einem im verschlossenen Zustand des Probenhalters außerhalb des Hohlkörpers befindlichen Bereich auf. Bei dieser Ausgestaltung sind somit beide Referenzflächen an dem Deckel definiert, was besondere Vorteile bei der Herstellung bietet. Insbesondere kann die gegenseitige, definierte Ausrichtung der beiden Referenzflächen einfach erreicht werden, da die Herstellung an demselben Bauteil insbesondere in einer Aufspannung möglich ist.
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In einer weiteren Ausgestaltung wird das Bodenelement durch einen abnehmbaren Boden definiert. Das Bodenelement ist bspw. mit als Federmittel ausgestalteten Druckmitteln versehen. Der Boden kann besonders vorteilhaft durch eine Verschraubung mit dem Hohlköper verbunden werden. Ist der Hohlkörper in dieser Ausgestaltung fest mit dem Abdeckelement verbunden, kann die definierte Ausrichtung von erster und zweiter Referenzfläche wiederum besonders einfach erreicht werden, wenn beide Referenzflächen an dem Hohlkörper mit Abdeckelement vorgesehen sind.
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Ein erfindungsgemäßer Probenträger ist zur Anbringung an einem Mikroskop, insbesondere an einem Mikroskoptisch, sowie zur Aufnahme eines erfindungsgemäßen Probenhalters vorgesehen und definiert vorzugsweise eine dritte Referenzfläche zur Wechselwirkung mit der ersten Referenzfläche, um den Probenhalter definiert bezüglich der optischen Achse des Mikroskops anzuordnen. Somit kann auch beim Auswechseln des Probenhalters immer wieder eine definierte Position in x-, y- und z-Richtung erreicht werden. Auch eine x-y-z-Verstellung ist bei entsprechendem Mikroskoptisch vorteilhaft möglich. Der Probenträger kann insbesondere so ausgebildet sein, dass der Probenhalter im Mikroskoptisch versenkbar ist. Das erlaubt die Verwendung von Mikroskoptischen mit geringem Fokussierweg auch für hohe Probenhalter bzw. hohe gehaltene Proben. Der Probenhalter und damit die Probe kann einfach und schnell gewechselt werden, was insbesondere Reihenuntersuchungen vereinfacht.
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Der Probenträger kann zur Erweiterung der Funktionalität herkömmlicher Mikroskoptische von aufrechten Mikroskopen dienen. Mit herkömmlichen Kreuztischen wird das Präparat in y-Richtung durch die Tischplatte verschoben, in x-Richtung durch einen auf der Tischplatte befestigten Objektführer, wobei das Präparat auf der Tischoberfläche über der Öffnung des Tisches gleitet. Herkömmliche Objektführer bieten keine Referenzflächen zur Aufnahme des Probenhalters. Daher kann beispielsweise ein erfindungsgemäßer Probenträger anstelle eines vorhandenen Objektführers für Auflicht- oder Durchlichtuntersuchungen montiert werden.
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Der Probenträger kann vorzugsweise eine U-förmige Ausnehmung zum Aufnehmen des Probenhalters aufweisen, wobei der Probenhalter vorzugsweise seitlich in die Ausnehmung einführbar und aus dieser entfernbar ist, so dass die zu untersuchende Probe im Beobachtungsstrahlengang des Mikroskops zur Anordnung kommt. Vorteilhafterweise kann das Einführen und Entfernen im Wesentlichen senkrecht zur optischen Achse erfolgen, so dass die vertikale Einstellung des Probenträgers und/oder des Objektivs beibehalten werden kann und keine vertikale Verstellung des Probenträgers und/oder des Objektivs nötig ist. Weiter ist von Vorteil, wenn der Probenhalter drehbar in dem Probenträger aufgenommen ist, was die Ausrichtung der Probe erleichtert. Hierzu ist insbesondere eine zylindrische Form des Hohlkörpers von Vorteil.
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Zum Untersuchen einer Probe wird ein erfindungsgemäßer Probenhalter, in welchem diese Probe aufgenommen ist, in den Probenträger eingeführt. Zum Untersuchen einer weiteren Probe kann der erste Probenhalter aus dem Probenträger entfernt und ein zweiter Probenhalter enthaltend die zweite Probe in den Probenträger eingeführt werden. Auf diese Weise können mehrere Proben schnell und einfach untersucht werden. Weisen alle verwendeten Probenhalter dabei denselben Abstand zwischen erster und zweiter Referenzfläche auf, sind Reihenuntersuchungen möglich, ohne die Fokuseinstellung des Mikroskops verändern zu müssen.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispieles in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
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Figurenbeschreibung
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1 zeigt eine erste bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Probenhalters in einer ersten Stellung an einem Mikroskoptisch.
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2 zeigt die Ausführungsform des Probenhalters gemäß
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1 in einer zweiten Stellung auf einem Mikroskoptisch.
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3 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Probenträgers an einem Mikroskoptisch in einer Draufsicht.
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4 zeigt eine Querschnittsansicht des Probenträgers gemäß 3.
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5 zeigt eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Mikroskops.
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In den 1 bis 5 sind gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen. Bei gleichwirkenden Elementen ist das Bezugszeichen mit einem versehen.
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In 1 ist eine erste bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Probenhalters 100 schematisch in einer Querschnittsansicht dargestellt. Der Probenhalter weist einen dünnwandigen, zylinderförmigen Hohlkörper 105 auf, in dem eine zu betrachtende Probe 200 aufgenommen ist. Die Probe 200 ist so präpariert, dass sie eine eben polierte Oberseite 210 aufweist, welche in dem Mikroskop, von dem nur ein Mikroskoptisch 300 abgebildet ist, untersucht werden soll.
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Der Probenhalter 100 weist weiterhin ein Bodenelement 110 auf, an dessen Innenseite 111 ein hier als Feder ausgebildetes, elastisches Druckmittel 120 vorgesehen ist. Eine Außenseite 112 des Bodenelements 110 definiert eine erste Referenzfläche 112. Der zylinderförmige Hohlkörper 105 weist einen Innendurchmesser D auf, der an standardisierte Probengrößen angepasst ist. Beispielsweise in der Metallographie haben sich Probendurchmesser von 25 mm bis 50 mm in 5 mm-Schritten bzw. von 1 Zoll bis 2 Zoll in ¼-Zoll-Schritten durchgesetzt.
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Der Probenhalter 100 weist weiterhin ein Abdeckelement mit einer Sichtöffnung 135 auf, die durch einen kreisringförmigen Deckel 130 definiert wird. Der Deckel 130 kann beispielsweise mittels einer Gewindeverbindung 140 mit dem Hohlkörper 105 verbunden werden, um den Probenhalter 100 zu verschließen. Der Deckel 130 definiert an einem im verschlossenen Zustand des Probenhalters 100 innenliegenden Bereich eine zweite Referenzfläche 150, die ebenfalls kreisringförmig ausgebildet ist. Hierbei sind die erste Referenzfläche 112 und die zweite Referenzfläche 150 zueinander parallel.
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Beim Einsetzen der Probe 200 in den Probenhalter 100 wird zunächst der Deckel 130 vom Hohlkörper 105 abgeschraubt. Anschließend wird die Probe 200 in den Hohlkörper 105 eingeführt und gegen die Feder 120 gedrückt. Danach wird der Deckel 130 auf den Hohlkörper 105 aufgeschraubt, um den Probenhalter 100 zu verschließen. In der Folge drückt die Feder 120 die Probe bzw. deren Oberfläche 210 gegen die zweite Referenzfläche 150, wodurch eine definierte Ausrichtung der Probe 200 erreicht wird.
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Der Deckel 130 weist eine weitere erste Referenzfläche 136 auf, welche in 1 mit einer dritten, am Mikroskoptisch 300 vorgesehenen Referenzfläche 301 zusammenwirkt, um den Probenhalter definiert im Mikroskop anzuordnen. Auf diese Weise wird bei der Anordnung gemäß 1 eine definierte Ausrichtung der Probenoberfläche 210 über die zweite Referenzfläche 150, die erste Referenzfläche 136 sowie die dritte Referenzfläche 301 zur optischen Achse OA des Mikroskops erzeugt.
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Die Anordnung des Probenhalters 100 kann dann, wie in 1 gezeigt, durch Positionierung in der Öffnung eines entsprechend ausgeschnittenen Mikroskoptischs 300 erfolgen. Alternativ kann der Probenhalter 100 mit der ersten Referenzfläche 112 auf einem Mikroskoptisch 310, wie in 2 dargestellt, positioniert werden. Hier wird die Ausrichtung der Probenoberfläche 210 über die zweite Referenzfläche 150, die erste Referenzfläche 112 sowie eine dritte Referenzfläche 301' zur optischen Achse OA des Mikroskops erzeugt. Weiterhin ist in 2 erkennbar, dass der Probenhalter 100 zur Aufnahme unterschiedlich großer Proben 200, 200' geeignet ist, ohne dabei den Abstand von einem Objektiv zur betrachteten Probenoberfläche 210 bzw. 210' zu verändern. Eine Nachfokussierung des Mikroskops ist somit nicht notwendig.
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In 3 ist eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Probenträgers schematisch in Draufsicht dargestellt und insgesamt mit 400 bezeichnet. Der Probenträger 400 ist im vorliegenden Beispiel in x-Richtung verschiebbar an einem in y-Richtung verschiebbaren Mikroskoptisch 300'' angebracht.
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Der Probenträger 400 weist eine U-förmige Ausnehmung 410 zur Aufnahme eines erfindungsgemäßen Probenhalters 100 auf. Der Mikroskoptisch 300'' weist eine ausreichend dimensionierte Aussparung 310 auf, welche sowohl eine Verschiebung eines in den Probenträger 400 eingeführten Probenhalters 100 in x-Richtung als auch das Einführen und Entfernen des Probenhalters 100 in den bzw. aus dem Probenträger 400 in y-Richtung erlaubt.
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Der Probenträger 400 definiert eine dritte Referenzfläche 420 zur Wechselwirkung mit der ersten Referenzfläche 136, wie aus der Seitenansicht in 4 ersichtlich. Auf diese Weise wird bei der Anordnung gemäß den 3 und 4 eine definierte Ausrichtung der Probenoberfläche 210' der Probe 200' über die zweite Referenzfläche 150, die erste Referenzfläche 136 sowie die dritte Referenzfläche 420 zur optischen Achse OA des Mikroskops erzeugt.
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In der in 4 dargestellten Querschnittsansicht ist erkennbar, dass die dargestellte Ausführungsform des Probenträgers 400 ein Versenken des Probenhalters 100 in dem Mikroskoptisch 300'' ermöglicht, so dass die vertikale Erstreckung des Probenhalters 100 größer als der maximale Abstand zwischen Objektiv 500 (nur schematisch dargestellt) und Mikroskoptisch 300'' sein kann, was die Untersuchung auch größerer Proben erlaubt.
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In 5 ist ein Mikroskop zur Untersuchung einer Probe in einer Querschnittsansicht schematisch dargestellt und insgesamt mit 10 bezeichnet. Das Mikroskop weist einen Mikroskopkörper 4 auf, an dem ein Mikroskoptisch 300'' angebracht ist. Die Probe ist in einem erfindungsgemäßen Probenhalter 100 aufgenommen und in einem Probenträger 400 auf dem Mikroskoptisch 300'' positioniert. Bezüglich des Probenträgers 400 sowie des Probenhalters 100 sei im Übrigen auf die Beschreibung zu den 1 bis 4 verwiesen.
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Der Mikroskoptisch 300'' kann mittels einer als Drehrad 3a ausgebildeten Verstelleinrichtung vertikal in z-Richtung verschoben werden. Der Mikroskoptisch 300'' ist überdies in der Zeichenebene in y-Richtung verstellbar. Die x-Verstellbarkeit des Probenhalters senkrecht zur Zeichenebene ist durch Verstellen des Probenträgers 400 relativ zum Mikroskoptisch 300'' gegeben.
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An einem Objektivrevolver 6 sind einzelne Objektive 500 vorgesehen. Zur Beleuchtung der Probe 1 ist eine Auflicht-Beleuchtungseinrichtung 5 vorgesehen. Das von der Probenoberfläche 210' reflektierte Beleuchtungslicht erreicht im Beobachtungsstrahlengang über einen Tubus 8 das Okular 9. Die optische Achse des Beobachtungsstrahlengangs ist mit OA bezeichnet.
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Die Auflicht-Beleuchtungseinrichtung 5 umfasst eine Beleuchtungsquelle 11, eine Aperturblende 14, eine Leuchtfeldblende 15 und ein oder mehrere Linsensysteme 16. Die optische Achse der Auflicht-Beleuchtungseinrichtung 5 ist mit OA2 bezeichnet. Die optische Achse OA2 trifft an einem Strahlteiler 17 auf die optische Achse OA des Abbildungsstrahlengangs.
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Erfindungsgemäß kann somit ein Probenhalter für ein Mikroskop bereitgestellt werden, der sowohl die Probenpräparation als auch die Probenuntersuchung vereinfacht.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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