CN105683802A - 包括枢转支架的数码显微镜，该数码显微镜的校准方法和自动对焦及图像中心跟踪的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有枢转支架的数码显微镜、校准上述支架的方法以及驱动该枢转支架后自动对焦跟踪和图像中心跟踪的方法。根据本发明，该枢转支架包括用于确定枢转臂(07)的当前枢转角度的角度传感器。当前枢转角度在控制单元中被处理以在驱动枢转臂(07)之后执行自动对焦跟踪和/或中心跟踪。校准是使用两个枢转角度来进行的，其中偏离焦点和图像中心位置被确定，且据此确定用于对焦和图像中心位置的枢转角度相关函数。

Description

包括枢转支架的数码显微镜，该数码显微镜的校准方法和自动对焦及图像中心跟踪的方法

本公开总体涉及本文所述的数码显微镜，数码显微镜的校准方法，以及该数码显微镜操作过程中自动对焦和图像中心跟踪的方法。

理论上，在具有枢转支架的显微镜中，成像系统的光学轴和支架的枢转轴应设置为彼此垂直。然而，在枢转过程中，当观察的物体不在枢转轴的平面中或当观察的细节不在轴的交点上时成像和对焦会发生变化。

在先技术包括多个操作显微镜，其可通过显微物体上方的特定悬挂机制来自由定位。例如，DE4213312A1公开了一种操作显微镜，其中，根据放大倍率调整，对焦速度可调整使得可进行对焦调整、偏转调整或倾斜调整。在此情况下，缩放马达调整用作对焦以及X和Y调整的设置信号。在DE69716018T2和US5825536中，已知具有多部件铰接臂的操作显微镜的控制机制。马达被启动以使多个臂部执行预定的动作。力/扭矩传感器被用于确定在多个轴方向上的作用力，以使臂部和关节被致动以协助操作。角度传感器被用于检测每个关节的当前角度，以使可由此计算显微镜的定位和移动模式。

美国专利公开2005/0117207A1公开了一种操作显微镜，其具有多部件铰接臂和控制机制，该控制机制大体上维持对焦区域大体恒定地独立于臂运动。在此情况下，角度传感器也被用于检测关节的定位以便于确定显微镜的定位。

JP-2001059599-A2和JP-2010102344-A2描述了一种用于数码显微镜的枢转臂支架，其包括可绕水平转轴枢转的枢转臂。枢转臂包括上部对焦单元，其可沿一柱子垂直移动以初步粗调并通过手轮夹紧到位。与上述简单的导柱相平行的缩放元件/目标组合的支撑可被更精细地定位用于对焦。上述说明涉及到枢转臂的垂直调整，即当枢转臂绕转轴枢转时，在相应的枢转角度下发生对焦运动。为了避免破坏性错位，使用者必须调整三个旋钮直至光学轴与涉及的实际转轴相交。对于不熟悉上述调整过程的使用者而言，极其难以快速并足够准确地进行上述调整。为了松开一个旋钮，至少其他两个旋钮中的一个必须旋紧，且在绝大多数情况下通过旋紧过程得到的实际调整方向与所需的调整方向并不相同。此外，该组件相当昂贵且极大地降低了该系统作为一个整体的稳定性；因此，相机成像尤其在操作旋钮之时或紧随其操作之后容易振荡，从而进一步妨碍了调整程序。如果旋钮被无意触碰或被误以为调节螺丝时调整也可很容易丢失。

JP2013-072996描述了一种显微镜系统，其中观察点的移位和离焦可被修正。为了达到这一点，关于对焦调整和枢转支架的转轴相一致的阶段的状态信息被存储在存储单元中。这些阶段可在以后被具体调集。这种情况下的问题是，对于未存储的每个阶段，有必要进行昂贵的校准程序，且因此枢转角度的改变所导致的偏差不能在整个枢转角度范围内得到补偿。

总之，校准成本很高，因为轴定位和轴对齐在各个设备中可由于制造公差而不同。

本发明的目的是提供一种具有枢转支架的数码显微镜，以及校准该显微镜的方法。数码显微镜应被校准以使其系统可容易被甚至是没有经验的使用者理解和易于操作，且使得在任何枢转角度均可确保标本细节能快速生成聚焦图像，且其相对于水平调整不会在图像中横向位移。这一点甚至在自动操作时也应能实现。

这一目标通过具有权利要求1中特征的数码显微镜、具有权利要求7中特征的方法以及具有权利要求10中特征的方法得以实现。

该数码显微镜以已知的方式包括光学单元，其包括至少一个目标和图像处理单元。目标的纵轴(Z轴)。

枢转支架具有枢转臂，其可绕枢转轴(Y轴)枢转，在其上设置有用于承载光学单元的支撑，优选地以便于通过电动机制纵向移动。

样品台可优选地通过电动机制在至少两个轴上调整，这两个轴理论上彼此垂直，其中被这些轴跨越的样品台平面被定向为与枢转轴(Y轴)平行或接近平行。

样品台和枢转支架优选地设置在基底上。

数码显微镜还具有用于控制光学单元、枢转支架和样品台的控制单元。

根据本发明，枢转支架包括用于确定枢转臂当前的枢转角度的角度传感器。所确定的枢转角度被控制单元选择性地用于确定聚焦跟踪和样品台跟踪，从而使得可根据驱动枢转角度修正对焦和标本台位置。

一种根据本发明校准具有枢转支架的数码显微镜的方法包括以下步骤：调整枢转臂的第一枢转角度；通过沿光学轴(OA)移动支撑或通过沿垂直方向移动标本台将位于标本台上的校准标记纳入焦点；在枢转臂(07)为垂直位置时通过沿与光学轴(OA)垂直的两个轴(X、Y)移动标本台，利用光学轴来使校准标记居中；检测并存储标本台的所有第一轴向位置和支撑以及第一枢转角度；枢转枢转臂至第二枢转角度；再次将校准标记纳入焦点；第二次将校准标记居中；检测和存储标本台和支撑的所有第二轴向位置以及第二枢转角度；从第一和第二轴向位置确定相对焦距差dF以及相对枢转轴差dx；确定枢转角度相关函数用于启动数码显微镜的控制元件以便于修正相对焦距差和相对枢转轴向差。

在校准程序中确定的差被存储且用于确定对焦和中心化位置的角度相关公差，其随后在显微操作中被用于在启动枢转臂之后自动对焦跟踪和图像中心跟踪。

这种校准程序优选地在工厂中进行，以使顾客收到预校准的设备。

顾客可选择性地进行其他的校准程序。

本发明的某些优点尤其包括如下事实，即部分经济高效的校准方法可在工厂进行，从而相对于在先技术而言导致必须由使用者进行的调整和对齐工作量的极大的减少。更具体地，数码显微镜的枢转支架的枢转臂的枢转角度可无限地改变，而所观察到的标本细节无论在图像锐度或其在图像中的显示位置均不改变。目标坐标有利地显示为相对坐标，其不随自动对焦跟踪和图像中心跟踪改变。

在此程序中，枢转轴相对于所观察的标本细节的位置被假定为未知。可用于枢转的标本高度相比于在先技术而言可增加。

枢转支架也更稳定，且以更经济高效的方式制备，因为与枢转功能有关的所有组件的额外的对齐点和/或更窄的公差范围可以不用。

当使用本发明的校准方法时，使用者仅需执行设定程序，该程序被同样简化。这使得即使是不熟悉调整程序的使用者也可操作显微镜，且极大地减少了取得最小化偏差枢转功能所需的时间。

通过将在任何情况下必须在数码显微镜的常规使用过程中进行的操作步骤在工厂中进行，开启使用最小化偏差枢转功能的系统所需的时间相比于在先技术而言可极大地减少。

原则上，纳入焦点的标本平面或标本细节不必位于实际使用的转轴的高度。因此，相比于在先技术而言，该方法不限制标本高度为不高于实际使用的转轴下的下Z导件的可使用的导向路径。这使得在X轴和剩下的Z轴的运动范围足够大的情况下可放弃两个Z导件及其控制中的一个。

相比于在先技术而言，使用本发明的方法可达到的成本节省以及能更快生成结果的简化操作意味着产品朝向目标组的方向的极大地优化。

在数码显微镜的一优选实施例中，角度传感器由两个惯性传感器(加速或定位传感器)来实施，其中一个设置(关于枢转功能)在固定支架上的安装板上，且另一个在运动部中(在光学引擎或缩放元件中)。枢转臂的垂直定位的特征是可感知锁定。在该锁定位置，运动部的惯性传感器的角度值应在一次性校准的框架内设定为支架的惯性传感器的角度值，以使该锁定位置产生的角度差为0°(零)。枢转角度因此根据该角度差来确定。此处的优点是，这些经济高效的传感器还可用于倾斜支架，且残余误差可接受。

当然，其他角度传感器也是可以的，例如光电、磁性和电动操作角度传感器也是合适的。

支撑和标本台优选地可通过电动机制来移动。替代性地，在提供轴驱动的编码时，也可不用电驱动。且该编码仅在提供至少一个用于对焦的轴时以及在标本台的X轴中是必须的，其中每一个均是提供用于修正程序(上部、下部或两个Z轴)，在此情况下，由于缺少电动机制，补偿偏差的调整不再自动执行，且相反地必须由使用者根据X和Z坐标来进行，其随后被称为目标设定值。

过渡到标本坐标的指示是有利的，因为仅由系统当前环境所导致的偏差如果被系统自动修正的话，其与使用者无关。因此在枢转角度变化之后，不仅被对焦和在图像中观察的标本细节的位置和锐度被保持，所有指示的XYZ坐标也被保持。

如果存在上部和下部编码或电动Z轴，标本高度也可从此直接读取。为此，标本平面优选地定位在下Z导件上的实际使用的转轴的高度或Z位置，其中下Z导件的坐标显示示出的值为零。标本高度随后可通过下Z导件的坐标显示直接读取，且使用者可通过根据坐标显示的提示知晓这一点。

自动修正程序中对焦跟踪数据的取得优选地应在标本平面位于枢转轴附近的状态下进行，因为在此情况下偏差将更小，且相应地补偿该偏差所需的移动距离更短，从而使之更快。然而，非常有利的是，可使用的标本高度(在此之前由下Z导件的导向路径来限制)可增加以利于根据本发明的枢转运动，以使枢转运动也被支撑用于比下Z导件的导向路径更大的标本高度。

在所需降低成本的角度上，由于根据本发明的方法的效率可在理想的枢转轴和枢转轴之间存在甚至是较大偏差的情况下实现，枢转支架可仅设置单一的Z导件，或可以不用第二个Z导件。

在此情况下，电动XY台的电动X轴和其他的Z导件将需要移动更远的距离进行修正，然而，将极大地减少总体成本，尤其是因为电子器件的成本和驱动相应的Z轴的成本也可因此减少。原则上，也可淘汰下或下Z导件。使用下Z导件而不使用下Z导件总体上导致更稳定的组件，且标本不需要垂直移动。

标本细节优选地体现为一交叉。X方向的交叉的臂优选地为足够长以应对实际使用中可能发生的任何偏差。

图1：根据本发明的数码显微镜的主视图，其具有枢转支架，其枢转臂在直立位置；

图2：图1中所示的数码显微镜的侧视图；

图3：图1中所示的具有倾斜枢转臂未校准的数码显微镜的主视图；

图4：根据本发明的数码显微镜在枢转程序后的几何关系的矢量表示；

图5：图1中所示的具有倾斜枢转臂和修正焦点的数码显微镜的主视图；

图6：图1中所示的具有倾斜枢转臂、修正焦点和修正图像中心的数码显微镜的主视图；

图7：图1中所示的具有直立枢转臂、未取得所需的校准数据之前的数码显微镜的主视图；

图8：数码显微镜的一种状态，其中标本台与枢转轴的高度对齐；

图9：具有延伸可用的标本高度且枢转臂直立的数码显微镜；

图10：具有延伸可用的标本高度且枢转臂倾斜的数码显微镜；

图11：初始校准程序的步骤；

图12：将由顾客操作的使用枢转功能的方法的步骤；

图13：将由顾客操作的设定数码显微镜的程序的步骤；

图14：启动枢转臂之后自动修正程序的步骤。

图1-3显示具有各种高度的枢转支架和各种倾斜度的枢转支架调整的数码显微镜。

图1是从使用者的视角看过去的具有枢转支架01的数码显微镜的主视图。图2显示的是从左面看过去的枢转支架01的侧视图。

为了定向，空间坐标系统被确立，如图1中示意平面图所示，其包括正向指向右的X轴、正向指向图像平面的Y轴以及正向指向上的Z轴。

枢转支架01包括支架基底02，其上安装有底座03，其中一体形成有轴承用作铰接部06，其可绕枢转轴04枢转且枢转臂07固定地设置在其上。在枢转臂07上，优选地设置有电动上Z导件08，通过该Z导件08，支撑光学元件11的支撑可相对于参考位置Z_Ro在Z位置中移动。(电动)上Z导件08的参考位置Z_Ro相对于枢转轴04被标示，且在(电动)上部Z导件08的初始化程序过程中通过合适的传感器装置经由限定移动到位来得出。该传感器装置是例如通过标靶和混合耦合器(光电屏障)来形成的，标靶在Z移动过程中随之移动，混合耦合器安装成保持固定，，一旦标靶移动到混合耦合器中改变了混合耦合器的切换状态时立即阻止初始化程序中的Z移动。替代性地，本领域技术人员已知且有足够的可重复性的其他技术方案也可用作传感器装置。例如，也可使用霍尔传感器和磁体，在此情况下霍尔传感器代替混合耦合器而磁体代替标靶。利用该传感器装置能达到的可重复性，作为与实际参考位置最大偏差，比通过校准程序或通常的制造不精确和成本优化的生产可确保的可重复性要小还几个数量级。

假设在数码显微镜中使用足够精确的(电动)上Z导件08，Z位置因此也相对于参考位置Z_Ro具有相应地小偏差。

在图1和2中，相对于参考位置Z_Ro和支撑09的第一Z位置Z_o1显示用于可通过(电动)上Z导件08移动的部件，其中支撑09支撑光学元件11，其包括缩放系统、整合光源和相机(未示出)以及物镜12。

第一Z位置的特征在于，位于标本14上侧的标本细节13在图像传感器(未示出)上形成锐利聚焦的图像，其中枢转臂07为直立位置，其中标本细节13的Z坐标与枢转轴04的不相同。

优选地电动下Z导件16安装在支架基底02上，尽管电动下Z导件16也可替代性地安装在基座03上。枢转支架01背面优选地由防尘罩17覆盖。

在相对于参考位置Z_Ru可改变Z位置的(电动)下导件16上(见图3)，优选地设置了电动标本台18，其包括台板19，其中整合了反射光插入板20，反射光插入板20的上表面21用作标本表面。(电动)标本台18允许标本细节13的X位置相对于参考位置X_R改变，且标本细节13的Y位置相对于参考位置Y_R改变。上述关于参考位置Z_Ro的说明同样适用于参考位置Z_Ru、X_R和Y_R，即在此情况下，可重复性中的最大偏差足够小。

根据图1和2，第三Z位置Z_u3<0通过(电动)下Z导件16相对于参考位置Z_Ru设定，其中标本细节13的Z位置不同于枢转轴04的Z位置(Z_Ru和Z_u3如图3所示)。

根据图1和2，第一X位置X₁>0相对于参考位置X_R在(电动)标本台18的X轴上设定，其中，当枢转臂07垂直定向时，放置在反射光插入板20的上表面21上的标本14的标本细节13被定位成相对于X方向上的标本台18的全部移动区域的中心，该标本细节13应位于图像的中心。

事实上，根据图1，应居于图像中心的标本细节13和枢转轴04之间不同的X坐标导致了偏差。

在(电动)标本台18的Y轴上，第一Y位置Y₁>0相对于参考位置Y_R被设定，其中，当枢转臂07垂直对齐时，放置在反射光插入板20的上表面21上的标本14的标本细节13被定位成相对于Y方向上的标本台18的全部移动区域的中心，该标本细节13应位于图像的中心。由于同样在此处实际发生的偏差根据本发明的观点而言是不相关的，偏差未在图2中示出，且对于图2而言，适用以下：Y₁＝-Y_R。

图1和2显示枢转支架01处于对焦状态，即放置在反射光插入板20的上表面21上的标本14的上侧位于成像系统的标本平面中，其中上侧还包括标本细节13，且工作距离a_L描述在对焦状态下物镜12的端面22与标本平面的距离。标本14距将被纳入焦点的上侧(或标本细节13)具有高度h。

枢转臂运动被绕枢转轴04设置且未示出细节的高转矩磁力制动器所阻断。通过释放高转矩磁力制动器将压力施加在图1中的按钮23上，该阻断可被移除。使用枢转臂07的上端上以人体工程学方式形成的带有手柄表面25的区域24，利用最常使用的枢转臂07的垂直对齐，枢转角度因此可被迅速和无限调节，可容易确保或通过锁定组件的方式来足够精确的重复，且可在枢转运动过程中清楚察觉。在图1和2中，当前有效的枢转角度为0°。

原则上，由于对焦程序可通过(电动)上Z导件18和(电动)下Z导件16来进行，枢转轴04的Z坐标可相对于标本细节13的Z坐标偏移，即使是标本细节13位于标本平面中。

图3显示根据图1的数码显微镜，其中枢转臂07绕角度w2枢转。图4显示理想的枢转轴26和根据本发明在校准操作中的枢转轴04之间的几何关系的矢量表示。在下文中，矢量由上划线(overline)表示，矢量的量与矢量具有相同的标记但是没有上划线。

然而，与通常的数学方法不同，此处的量包括符号，其包含相对于图面的方向信息。计算中的一维变量的负号在图4中表示相应矢量的起点和终点的换位。在图4中，矢量仅由箭头表示。其命名与图1和3中的命名相对应。下文中将对新添加的参考符号进行说明。

枢转轴04相对于理想枢转轴26或标本细节13的位置由矢量MI描述。该矢量也可分解成矢量MIX和MIZ，其设置为与坐标轴平行，其中矢量MIZ在点MAZ终止且矢量MIX在点MAZ起始。当枢转臂07为直立对齐时(未在图4中示出)标本平面和物镜的端面22之间的工作距离a_L可由相应的矢量AL描述，为了清楚起见，其也未在图4中示出。矢量AL可分解成矢量MIZ和矢量A。

绕角度w2的枢转臂07使矢量绕枢转轴04相应地转动。通过这样做，矢量MIX变为矢量MIX’，矢量MAZ变为矢量MAZ’，矢量A变为矢量A’，矢量AL变为矢量AL’，且点MAZ变为点MAZ’。此外，标本平面OE绕枢转轴04枢转，形成枢转标本平面OE’。矢量MIZ’和A’位于枢转光学轴OA’上。在枢转光学轴OA’穿越枢转标本平面OE’的切入点27处，矢量dF终止，其是对离焦的测量且其起始于横向抵消的标本细节OD’。

根据图4以及上述关于图4的说明，可得出以下为真：

A＝A′

AL＝AL′

MIX＝MIX′

MIZ＝MIZ′

$\stackrel{\&OverBar;}{A}=\stackrel{\&OverBar;}{AL}-\stackrel{\&OverBar;}{MIZ}$

$\stackrel{\&OverBar;}{A^{\&prime;}}=\stackrel{\&OverBar;}{{\mathrm{AL}}^{\&prime;}}-\stackrel{\&OverBar;}{{\mathrm{MIZ}}^{\&prime;}}$

$\stackrel{\&OverBar;}{MIX}+\stackrel{\&OverBar;}{MIZ}=\stackrel{\&OverBar;}{dx}+\stackrel{\&OverBar;}{dF}+\stackrel{\&OverBar;}{{\mathrm{MIZ}}^{\&prime;}}+\stackrel{\&OverBar;}{{\mathrm{MIX}}^{\&prime;}}$

或

$\left(\begin{array}{c}MIX\\ MIZ\end{array}\right)=\left(\begin{array}{c}dx\\ 0\end{array}\right)+\left(\begin{array}{c}-dF*sin\left(w2\right)\\ dF*\cos \left(w2\right)\end{array}\right)+\left(\begin{array}{c}MIX*cos\left(w2\right)\\ MIX*sin\left(w2\right)\end{array}\right)+\left(\begin{array}{c}-MIZ*sin\left(w2\right)\\ MIZ*\cos \left(w2\right)\end{array}\right)$

经过转换，得出以下：

$MIX=0,5*dx-0,5*dF*\frac{\sin \left(w2\right)}{1-\cos \left(w2\right)}$

$MIZ=-0,5*dF+0,5*dx*\frac{\sin \left(w2\right)}{1-\cos \left(w2\right)}$

通过这些带符号的一维变量MIX和MIZ，枢转轴04相对于理想枢转轴26的位置清楚地描述为枢转角度w2的函数，且可在这些变量MIX和MIZ被计算并存储在控制单元中后被假定为已知，其中控制单元可整合在例如操作和显示单元中。所有计算数据可存储在控制单元中并在需要的时候进一步使用。

图5和6显示根据本发明的校准方法绕枢转角度w2枢转的枢转臂07的主视图。命名与图1的命名相一致。

与图3相比，离焦距离dF通过将电动上Z导件08相对于参考位置ZRo移至Z位置Zo2的方法被调整。通过枢转后未被重新对焦的Z位置Zo1与重新对焦的位置Zo2之间的差，离焦距离dF作为带符号的一维变量可很容易确定，其中，dF＝Zo1–Zo2。

图6显示如何通过将X方向的电动标本台18相对于参考位置XR移至X位置X2的方法来修正横向标本偏移dx。通过未经修正的X位置X1与经修正的位置X2之间的差，图像中心距离dx作为带符号的一维变量可很容易地确定，其中dx＝x1-x2。

通过将带符号的一维变量dF和dx作为枢转角度w2中的因子，类似的带符号的一维变量MIX和MIZ可根据上述计算程序确定。当前的带符号一维变量MIX和MIZ完整描述了枢转轴04相对于理想枢转轴26的位置。

使用根据本发明的修正操作，可通过进一步转换横向标本偏移dx和离焦距离dF的之前计算变量来补偿任何枢转角度。为达到这一点，基于当前枢转角度w_K，在修正程序中抵消标本偏移和离焦距离的变量dx_K和dF_K在控制装置中被计算。对于任何枢转角度均有效的每个修正变量w_K、dx_K和dF未在附图中示出。

通过根据图4中用于确定带符号变量MIX和MIZ的关系，类似的根据本发明用于修正操作的带符号变量dx_K和dF_K可在转换之后以相同的方式确定，其中适用以下关系式：

${\mathrm{dx}}_K=MIX*\frac{\cos \left(wK\right)-1}{\cos \left(wK\right)}+MIZ*tan\left(wK\right)$

${\mathrm{dF}}_K=MIZ*\frac{1-\cos \left(wK\right)}{\cos \left(wK\right)}-MIX*\tan \left(wK\right)$

关系式X_K＝X1-dx_K得出(电动)标本台18的x轴相对于参考位置X_R的X位置X_K，其中放置在反射光插入板21的上表面21上的标本14相对于标本台18在X方向上的整个移动范围处于中心，其中枢转臂07垂直对齐，带标本细节13的标本14在枢转臂07在本发明的修正操作中绕枢转角度w_K枢转之后再次位于图像中心。

关系式Zo_K＝Zo1-dF_K得出(电动)上Z导件08相对于参考位置Z_Ro的Z位置Zo_K，其中标本细节13在枢转臂07在本发明的修正操作中绕枢转角度w_K枢转之后呈锐利的图像。

根据在本发明的修正操作中的当前绕枢转角度w_K，(电动)标本台18自动定位在相对于参考位置X_R的相应X位置X_K且(电动)上Z导件08通过控制装置自动定位在相对于参考位置Z_Ro的相应Z位置Zo_K，以使标本细节13在本发明的修正之后位于图像中心且在每一当前枢转角度w_K的情况下均对焦成像。

在根据本发明的校准程序中，优选地没有标本位于标本台18上。在此程序中，参考标记被纳入焦点，其优选地为反射光插入板20的上表面21或上台板19的上侧的组件。替代性地，特定校准物体可用于此目的，其包括参考标记且其可重复放置在反射光插入板20的上表面21上。

图7显示在获取校准所需的数据之前的初始状态。从相对于参考位置Z_Ru的(电动)Z导件16的基本上任何Z位置Zu1开始，标本细节13优选地被使用者通过电动上Z导件08的方式纳入焦点，得到相对于参考位置Z_Ro的第四Z位置Z_o4。替代性地，对焦可通过自动对焦系统(在此未详细说明)来自动进行。

根据本发明对变量MIZ的确定随后如图4所示的那样开始。为此，上述校准程序被实施且变量MIZ和MIX使用下述关系式来计算：

$MIX=0,5*dx-0,5*dF*\frac{\sin \left(w2\right)}{1-\cos \left(w2\right)}$

$MIZ=-0,5*dF+0,5*dx*\frac{\sin \left(w2\right)}{1-\cos \left(w2\right)}$

标本细节13在Z方向上相对于枢转轴04的偏差DZ(其可用于确定用来自动对焦跟踪的数据)随后与MIZ的负值相一致，即以下关系式为真：

DZ＝-MIZ

Zu1＝DZ–ZRu<0,

从而得到

ZRu＝-MIZ–Zu1

由于参考位置Z_Ru是相对于枢转轴04给出的，相对于该参考位置Z_Ru标示的(电动)下Z导件16的所有其他Z位置可转换成相对于枢转轴04的Z位置。根据图7，标本细节13也低了目前已知的变量DZ<0，即(电动)标本台18应通过(电动)下Z导件16向上移动该变量的量，以使正在观察的标本细节13位于枢转轴04的高度上。

图8显示获得根据关于图7的说明所需的数据之后自动对焦跟踪和台跟踪之前的初始状态。标本台18通过下Z导件16向上移动了变量DZ的量，以使正在观察的标本细节13位于枢转轴04的高度上。这得出相对于下Z导件16的参考位置Z_Ru的第二Z位置Z_u2。

由于正在观察的标本细节13已向上移动变量DZ的量，(电动)上Z导件08的Z位置也应相应地向上移动，以使标本细节13将持续性地位于标本平面上。根据图8，这得出相对于上Z导件08的参考位置Z_Ro的第五Z位置Z_o5。在校准中用于聚焦定位在枢转轴04的高度上的标本细节的物镜12的对焦位置也因此被清楚地描述。

只要相对于理想枢转轴26(其坐标全部已知)的枢转轴04的位置已被确定并存储，枢转轴04的位置可由于提供了足够精确的绝对定位精度而可足够精确地重复，即使系统被关掉并再次开启之后。根据图8，枢转轴04的位置由Z位置Z_Ru清楚描述，因为电动下导件16的该Z参考位置描述反射光插入板20的上表面21的位置，且对每个枢转支架01而言保持单独固定不变。此外，定位在枢转轴04的高度上的在校准中用于聚焦标本细节13的望远镜的对焦位置是已知的。

如果提供不同的物镜变量，这些可被编码，以使系统在系统被开启和每次物镜被改变时识别哪个物镜正在被使用，且可将该信息用于进一步动作。这还包括根据本发明的自动修正程序，其相比于在先技术而言提供极大的时间优势。为此，对于将提供用于数码显微镜的每个物镜而言，用于对定位在枢转轴04高度上的标本细节13对焦的对焦位置优选地在工厂就已设定和存储。对物镜进行编码允许每一存储值被特定地分配给一个物镜。

从优选地在工厂进行的校准程序中开始，校准程序中获得的数据可用于本发明的自动修正程序，其完全取代从现有已知的枢转轴04和当前使用的物镜的位置的相应必要修正，以补偿因枢转运动所导致的偏差，因此向使用者提供极大的时间优势。当正在观察的标本细节13已经自动位于枢转轴04的高度上且枢转臂07为在垂直位置时，该时间优势可根据本发明进一步增加。

图9和10显示根据本发明增加可用标本高度H。如果可以增加之前被枢转轴04下方的下Z导件16的活动导向路径所限制的枢转运动的可用标本高度，以使枢转运动也可由比下Z导件16的导向路径更大的标本高度H所支持，那将是非常有利的。尤其是在特定意义上，理想的枢转轴26也可位于枢转轴04上方，且当下(电动)Z导件16已经移至其最低点，相应地大的标本高度可被支持。当存在碰撞的风险时，可以进行枢转角度限定。

图11显示根据本发明的校准步骤S1-S8，其优选地在数码显微镜被递送至顾客或使用者之前的工厂的初始校准程序中进行，以简化顾客的操作并减轻使用者在枢转功能可被使用之前所必须进行的调整的负担。当然，校准程序也可由顾客来进行，只要用于校准的使用者界面已被设定。在此情况下，操作应仍然配置成基于工厂校准，以最小化无意间的功能性恢复。

图12-14显示根据本发明提供的当顾客使用枢转功能且基于已根据图11或上述说明进行的初始校准的步骤。

有利地，校准程序通过菜单控制询问来进行。自动修正可使用按键信号来提供或仅了在使用者确认之后进行。当然，控制器提供恢复工厂设置。

此外，一次性预定正在使用的物镜(有利地通过编码物镜来分配)的工作距离以及使用存储的、工厂设置默认的电动上Z导件的Z位置来自动移动至枢转轴中的标本细节也是可能的。这可选择性地通过选择按钮和/或通过激活按键提供作为选项。当然，数码显微镜系统的自动对焦功能也可使用对焦。

所有上述说明是关于成像系统的光学轴(OA)，通过该成像系统的光学轴设置在其中以及在标本平面中的标本细节(13)总是在在图像中心成像，而不受其他影响。然而，成像系统的其他不精确在实际中可导致缩放中心偏移图像中心，且缩放中心在缩放因素改变时在图像中保持静止。这随之总是与光学轴(OA)向对应，即根据本发明的校准和修正程序将随之必须涉及该图像中的缩放中心而非图像中心。因此标本细节(13)将在每一情况下必须定位在图像中的目标标记上，该标记设置在缩放中心处而非图像中心处。术语“通过光学轴(OA)将校准标记居中”也涵盖这一情况。

当然，本申请的保护范围也包括在图像中偏移图像中心的目标标记的相应使用。

参考符号清单：

01枢转支架

02支架基底

03基座

04枢转轴

05-

06铰接部

07枢转臂

08下Z导件

09支撑

10-

11光学单元

12物镜

13标本细节

14标本

15-

16下Z导件

17防尘罩

18标本台

19上部台板

20反射光插入板

21上表面

22端面

23按键

24区域

25手柄表面

26理想枢转轴

27切入点

Claims (10)

1.一种数码显微镜，包括：

光学单元(11)，其包括至少一个物镜(12)和图像处理单元，其中所述物镜的纵轴限定光学轴(OA)；

枢转支架，其具有可绕枢转轴(04)枢转的枢转臂(07)，且在所述枢转支架上设置有用于支撑所述光学单元(11)的支撑(09)；

标本台(18)，其在至少两个相互垂直的位移轴(X，Y)上可调节，其中所述位移轴中的一个与所述枢转轴(Y)平行对齐；

控制单元，其用于控制和定位所述光学单元(11)、枢转臂(07)和标本台(18)；

其中，所述支撑(09)和/或所述标本台(18)可位移；

特征在于，所述枢转支架包括用于确定所述枢转臂(07)的当前枢转角度的角度传感器，其中所述当前枢转角度在所述控制单元中处理，以在启动所述枢转臂(07)后执行自动对焦跟踪和/或中心跟踪。

2.如权利要求1中所述的数码显微镜，特征在于所述角度传感器包括两个惯性传感器，其中每一个设置在一个板上以使其可相对于另一个移动。

3.如权利要求1或2中所述的数码显微镜，所述支撑(09)可通过电动机制在所述光学轴(OA)的方向上移动。

4.如权利要求1-3中任一所述的数码显微镜，特征在于所述标本台(18)可通过电动机制在垂直方向上移动。

5.如权利要求1-4中任一所述的数码显微镜，特征在于所述枢转臂(07)被设置锁定在具有枢转角度为零的第一位置上。

6.如权利要求1-5中任一所述的数码显微镜，特征在于所述枢转支架(01)包括高转矩磁力制动器，通过所述高转矩磁力制动器所述枢转臂(07)可固定在任何枢转位置。

7.一种在根据权利要求1所述的数码显微镜中校准枢转轴(04)和图像中心的方法，包括以下步骤：

调整所述枢转臂(07)的第一枢转角度；

通过沿所述光学轴(OA)移动所述支撑(09)或通过在垂直方向上移动所述标本台(18)将位于所述标本台(18)上的校准标记纳入焦点；

当所述枢转臂(07)在直立位置时通过沿与所述光学轴(OA)垂直的所述两个轴(X，Y)移动所述标本台，利用所述光学轴(OA)使校准标记居中；

检测并存储所述标本台(18)和所述支撑(09)以及所述第一枢转角度的所有第一轴向位置；

枢转所述枢转臂(07)至第二枢转角度(w2)；

第二次将所述校准标记纳入焦点；

第二次将所述校准标记居中；

检测并存储所述标本台(18)和所述支撑(09)以及所述第二枢转角度(w2)的所有第二轴向位置；

根据所述第一和第二轴向位置确定相对焦距差(dF)和相对枢转轴向差(dx)；

确定用于驱动所述数码显微镜的控制单元的枢转角度相关函数，用于修正所述相对焦距差(dF_K)和相对枢转轴向差(dx_K)。

8.如权利要求7中所述的方法，特征在于，所述第二枢转角度(w2)相对于所述第一枢转角度来确定，其中所述第一枢转角度被限定为参考位置。

9.如权利要求7或8中所述的方法，特征在于所述控制单元驱动所述标本台(18)和/或所述支撑(09)，以移动由所述枢转臂(07)位于直立位置时的所述光学轴(OA)与位移轴(X，Y)形成的垂直坐标系统的原点使其与所述校准标记的位置重合。

10.一种在具有如权利要求1中所述特征的数码显微镜中驱动所述枢转臂(07)后自动对焦跟踪和图像中心跟踪的方法，其中所述枢转臂(07)的枢转角度被检测且焦点距离和图像中心位置基于所述检测的枢转角度被自动调整。