CN106324818B

CN106324818B - 具有包括至少一个光学元件的光学模块的光学器件

Info

Publication number: CN106324818B
Application number: CN201610437635.7A
Authority: CN
Inventors: 斯蒂芬·施泰因博尔恩; 斯特芬·雷登巴赫; 克里斯托夫·文道夫
Original assignee: Carl Zeiss Microscopy GmbH
Current assignee: Carl Zeiss Microscopy GmbH
Priority date: 2015-07-03
Filing date: 2016-06-17
Publication date: 2022-10-14
Anticipated expiration: 2036-06-17
Also published as: DE102015110795A1; EP3112919A1; US10222602B2; EP3112919B1; CN106324818A; US20170003489A1

Abstract

提供一种具有光学模块(12)的光学器件，所述光学模块包括至少一个光学元件(4、14)和用于控制光学器件的控制模块(10)，其中光学模块(12)包括具有存储器(15)以及致动器(11)和传感器中的至少一个的子系统(3)，其中用于设定子系统(3)的致动器(11)和/或传感器的指示被存储在存储器(15)中，其中以如下方式形成控制模块(10)，即在光学器件的操作过程中控制模块从子系统(3)的存储器(15)中读取指示，并且根据所述指示启动子系统(3)的致动器(11)和/或传感器。

Description

具有包括至少一个光学元件的光学模块的光学器件

技术领域

本发明涉及一种具有包括至少一个光学元件的光学模块的光学器件，例如显微镜。

背景技术

在这种光学器件的发展中，总是遭遇如下挑战，即在完整系统中存在用于实施复杂过程的子系统，而关于该子系统，完整系统在开始时并不确切知道在子系统中如何执行所述过程。

在发展过程中，该完整系统可以配备有完整的子系统的能力和使用的知识。此种作法的缺点是随着在发展过程中进行的子系统的特性的每一个改变完整系统也必须被修订，以便能够应用新特性。

此外，能够为子系统完全配备计算能力，结果是其能够在完整系统本身中实施其过程。然后完整系统将必须在适当时刻通过合适的指令启动子系统的过程的执行。此种作法的缺点是子系统的发展变得异常复杂。需要引入相应的计算能力，需要发展指令结构以便能够与外部世界通信，并且如果子系统的新的或修改的功能被发展，子系统和完整系统与相关指令都需要被修订。

发明内容

由于这个原因，本发明的目的因此是进一步开发一种具有包括至少一个光学元件和子模块的光学模块的光学器件，使得在开头描述的困难尽可能彻底地得到解决。

根据本发明所述目的通过一种具有光学模块的光学器件实现，所述光学模块包括至少一个光学元件和子系统和用于控制光学器件的控制模块，其中子系统包括具有存储器以及致动器和/或传感器，其中用于设定致动器和/或子系统的指示(或规定)被存储在存储器中，其中以如下方式形成控制模块，即在光学器件的操作过程中控制模块从子系统的存储器中读取指示，并且根据所述指示启动子系统的致动器和/或传感器。

因而可以非常容易地开发子系统。可以专注于致动器和/或传感器的使用设计子系统。不必使用将会导致更高成本和更大复杂度的扩展的计算能力。也不需要附加的指令结构。

然而，虽然如此作为完整系统的光学器件能够在复杂情境下有效地使用子系统。

根据本发明，可以以如下方式形成子系统，即所述子系统提供两个基本功能。一方面，它提供其致动器和/或其传感器的(非常基础的)控制。致动器的控制或启动可以为通过电机进行的移动和位置设定。另一方面，子系统提供存储能力。

在根据本发明的光学器件中，所述指示(或规定)可以为数学规定(或数学公式)，并且控制模块可以包括运算单元，所述运算单元在光学器件的操作过程中计算数学指示的结果，并且在子系统的致动器和/或传感器的启动(或控制)过程中考虑所述结果。

此外，描述子系统的特性并且在所述指示中被考虑的(至少)一个第一参数可以被存储在存储器中，并且可以以如下方式形成控制模块，即在光学器件的操作过程中控制模块读取第一参数或多个第一参数，并且在根据所述指示的子系统的致动器和/或传感器的启动(或控制)过程中考虑它/它们。

此外，(至少)一个第二参数可以被提供给控制模块，所述第二参数描述光学器件的特性或者在光学器件的操作过程中待被考虑的特性但是不是子系统的特性，并且在所述指示中被考虑，并且可以以如下方式形成控制模块，即在光学器件的操作过程中控制模块在根据所述指示启动(或控制)子系统的致动器和/或传感器中考虑所述第二参数或多个第二参数。

此外，所述指示可以以文本形式存储在子系统的存储器中。特别地，它们可以作为XML文件存储。

可以通过控制模块读取和解释文本形式。子系统本身不需要也能够执行该解释。因而可以说子系统无需知晓它自身在完整系统中的作用。

特别地，子系统可以以能够被更换的方式设置在光学器件中。

此外，可以以如下方式形成子系统，即子系统本身不能执行存储在其存储器中的指示(或多个指示)。

根据本发明的光学器件例如可以被形成为测量装置、捕获装置和/或处理装置。特别地，根据本发明的光学器件可以被形成为显微镜。子系统可以为显微镜的物镜。第一参数例如可以为物镜的校准参数。第二参数例如可以为承载待检查的样品的保护玻璃的厚度或样品所位于的容器的基部的厚度。

应当理解，在不偏离本发明的范围的情况下，上述特征以及将在下面解释的那些特征不仅可以以给出的组合方式使用，而且可以以其它组合方式或者单独地使用。

附图说明

在下文中，参照附图通过示例的方式更详细地解释本发明，所述附图也公开了对本发明来说必不可少的特征。在附图中示出：

图1为根据本发明的光学器件的实施例的示意图；

图2为用于解释根据图1的发明的光学器件的操作的示意性的功能图；

图3为由光学设备1的控制模块10产生的用户界面E1；

图4为用于解释光学器件的操作的流程图；和

图5为可由控制模块10产生的进一步的用户界面E2的视图。

具体实施方式

在图1所示的实施例中，根据本发明的光学器件被形成为显微镜，所述显微镜包括支架2、物镜3、第一局部透镜系统4以及摄像机5。此外，显微镜1包括第一光源6，第一光源的照明光通过布置在物镜3和第一部分透镜系统4之间的部分透明反射镜7被耦合进入成像光束路径中，并且因而通过物镜3被引导到安装在支架2中的样品8上。样品8例如可以被布置在安装在支架2中的样品支架或保护玻璃9上。可以在物镜3和保护玻璃之间提供浸没介质(例如，水、油或甘油)(未示出)。替代地，也可以省掉浸没介质。在该实例中，例如，在物镜3和保护玻璃9之间具有空气。

此外，显微镜1包括控制模块10，所述控制模块在显微镜的操作过程中用来控制显微镜1。物镜3包括示意性地绘制的修正环11，所述修正环是电机驱动的并且可以通过控制模块10调节和设定。

使用光源6的光照明的样品8以已知的方式通过物镜3和第一局部透镜系统被成像、放大在摄像机5上。为了产生清晰图像，可以移动物镜3，例如沿着z方向，如图1中的双箭头P1所示。以这种方式，物镜3的焦点位置或摄像机5上的对应图像可以沿z方向被移动，使得其吻合待成像的样品8。

物镜3与第一局部透镜系统4一起形成显微镜1的光学模块12，所述模块包括作为子系统的物镜3。在这里描述的实施例中，除了电机驱动的修正环11，物镜3还包括(如图2的示意图所示的)控制单元13，所述控制单元响应于指令设置包含在指令中的修正环11的位置、示意性地图示为透镜的成像光学系统14和存储内部参数的存储器15。内部参数可以存储在存储器15中，但是并不是必须的。其也可以另外地存储在物镜3中。内部参数例如可以为校准值Cal0，所述校准值Cal0在物镜3的制造过程中被单独地校准，并且然后存储在物镜3中。

指示(例如，数学公式)被存储在存储器15中，所述指示表示依赖于校准值Cal0的修正环的位置CR0，待输入的保护玻璃9的厚度(变量名CBT)以及景深(变量名ID)。对应的公式1例如可以读为：

CR0＝Cal0+136.892*(CBT–170)+140.562*ID (1)

该概念在图2中阐明。

控制模块10读取存储在存储器15中的公式(箭头P2)以及从物镜3(这里从存储器15)中读取内部参数CR0(箭头P2)，并且然后用它和外部输入的保护玻璃的厚度CBT(箭头P4)计算修正环11的位置CR0，并且相应地启动修正环(箭头P5)，使得它进入计算的位置并且产生期望的修正。

因而，用于调节物镜3的修正环的说明被存储在物镜3本身中(而不是控制模块10中)。由于物镜3其自身不包括用于评估数学公式的运算单元，因此它本身不能评估数学公式。为此提供了在显微镜1的操作过程中以所描述的方式读取和评估数学公式的控制模块10。因为物镜3仅仅提供修正环11的基本启动和通过存储器15提供存储能力，因此它可以非常容易地被开发。因而，在物镜3中不必使用将会导致更高成本和更大复杂度的扩展的计算能力。具体地，不需要附加的指令结构，而如果公式在物镜3本身中被评估这将是必需的。在这种情况下，这将需要在显微镜的操作过程中在正确的时刻通过控制模块10被启动。

仅需要以如下方式设计控制模块10，即它可以评估存储在存储器中的公式。例如，公式可以以文本格式(例如，XML)存储在物镜3中。然后，以如下方式设计控制模块10，即它可以读取并解释公式以及对应的参数，并且从其中为修正环11计算对应的设定值。为此，控制模块10可以通过解析器将以文本呈现的公式编译成机器代码并且执行它。计算的结果直接被控制模块10用作修正环11需要被调节成的位置值。物镜3可以包括用于通过控制单元13启动修正环11(前进到位置x)的固件。响应于控制模块10的问询，固件依赖于外部和内部参数为XML文本提供用于调节修正环的数学指示。XML文本例如可以读为：

该XML文本显示物镜3可以以模式“Thin glass 23℃”(薄玻璃23℃)被控制。这里外部参数“Cover glass thickness”(保护玻璃厚度，变量名CBT)具有范围从130-210μm的可能值，并且“Depth of field”(景深，变量名ID)具有范围从0μm至50μm的可能值。外部参数是其值没有存储在物镜3中的参数。外部参数的值因此必须来自物镜3之外。

使用上面给出的公式1计算修正环的调节CR0。使用进一步的公式2，也可以如下计算通过调节的工作距离WD的改变。

WD＝1698.51–0.20061*(CBT–170)–0.290045x ID (2)

控制模块10或运行在其上的软件从物镜固件上读取该XML文本和校准值Cal0，解释它们并且因而处于通过监视器16(图1)(例如，图3所示的用于启动物镜3的用户界面E1)显示的状态。

这里，外部参数“保护玻璃厚度”和“景深”的值可以通过示意性示出的滑动控制而被设定。在每一个实例中，设定值被示出在右侧挨着设定值布置的框中。如果挨着文本“参数”的“应用”按钮被选定，那么用于保护玻璃厚度和景深的设定值被用于公式1，并且修正环11通过给物镜固件的指令而被设定为确定值。此外，设定值被应用于公式2，并且结果显示在挨着文本“工作距离”的框中。在“应用”按钮的选定之后，其由挨着文本“已应用”的框中的记号表示。

该过程将结合图4的流程图被再次详细描述。

在步骤S1中，在控制模块10中启动对应的程序。在步骤S2中，从物镜3中读取XML文件。在步骤S3中，检查是否包含用于CR0的XML文本。如果不包含，程序结束，否则它前进到步骤S4。在步骤S4中，从用于CR0的XML文本中读取变量的名称和值范围。在步骤S5中，生成和显示(E1)输入界面。在步骤S6中，从存储器15中读取校准值Cal0。在步骤S7中，解析用于CR0的公式。在步骤S8中，通过用户界面E1取回用于保护玻璃厚度和景深的设定值，并且在步骤S9中使用它们计算用于修正环11的位置。在步骤S10中，设定物镜3的修正环11的电机为计算值，并且通过步骤S11过程结束。

在这里描述的实施例中，物镜3以如下方式设置在显微镜1中，即它可被更换。因而，可以使用包括与已经描述的物镜3相同固件的另外的物镜3。然而，其在特定于示例的数学指示和校准值方面不同。在该物镜的实例中，只有保护玻璃厚度影响修正环调节。然而，为此，设置两个修正环(CR0和CR1)。对应的XML文本在下面显示。

基于该XML文本，控制模块10可以显示如图5所示的用户界面E2。为此，在控制模块10中无需进行改变。其使用与也产生根据图3的用户界面的软件相同的软件被实现。

通过选定挨着文本“参数”的“应用”按钮，在对应的公式中使用保护玻璃厚度的设定值。该对应值被赋予物镜固件，使得其将修正环CR0和CR1设定为这些值。

Claims

1.一种具有光学模块(12)的显微镜，所述光学模块包括至少一个光学元件(4)，并且

其中所述显微镜包括用于控制显微镜的控制模块(10)，

其中光学模块(12)包括具有存储器(15)、成像光学系统(14)以及致动器(11)和传感器中的至少一个的子系统(3)，使得所述子系统(3)形成物镜，

其中用于设定子系统(3)的致动器(11)和/或传感器的指示被存储在存储器(15)中，

其中以如下方式形成控制模块(10)，即在显微镜的操作过程中控制模块从子系统(3)的存储器(15)中读取指示，并且根据所述指示启动子系统(3)的致动器(11)和/或传感器，

并且，其中子系统(3)以能够被更换的方式设置在显微镜中。

2.根据权利要求1所述的显微镜，其中所述指示为数学指示，并且控制模块(10)包括运算单元，所述运算单元在显微镜的操作过程中计算数学指示的结果，并且在子系统(3)的致动器(11)和/或传感器的启动过程中考虑所述结果。

3.根据权利要求1所述的显微镜，其中作为物镜(3)的校准参数、描述子系统(3)的特性并且在所述指示中被考虑的第一参数被存储在存储器(15)中，并且以如下方式形成控制模块(10)，即在显微镜的操作过程中控制模块读取第一参数，并且在根据所述指示的子系统(3)的致动器(11)和/或传感器的启动过程中考虑所述第一参数。

4.根据权利要求2所述的显微镜，其中作为物镜(3)的校准参数、描述子系统(3)的特性并且在所述指示中被考虑的第一参数被存储在存储器(15)中，并且以如下方式形成控制模块(10)，即在显微镜的操作过程中控制模块读取第一参数，并且在根据所述指示的子系统(3)的致动器(11)和/或传感器的启动过程中考虑所述第一参数。

5.根据权利要求1所述的显微镜，其中为承载待检查的样品的保护玻璃的厚度或样品位于其中的容器的基部的厚度的第二参数被提供给控制模块(10)，所述第二参数描述显微镜的特性或者在显微镜的操作过程中待被考虑的特性但是不是子系统(3)的特性，并且在所述指示中被考虑，并且以如下方式形成控制模块(10)，即在显微镜的操作过程中控制模块在根据所述指示启动子系统的致动器(11)和/或传感器中考虑所述第二参数。

6.根据权利要求2所述的显微镜，其中为承载待检查的样品的保护玻璃的厚度或样品位于其中的容器的基部的厚度的第二参数被提供给控制模块(10)，所述第二参数描述显微镜的特性或者在显微镜的操作过程中待被考虑的特性但是不是子系统(3)的特性，并且在所述指示中被考虑，并且以如下方式形成控制模块(10)，即在显微镜的操作过程中控制模块在根据所述指示启动子系统的致动器(11)和/或传感器中考虑所述第二参数。

7.根据权利要求3所述的显微镜，其中为承载待检查的样品的保护玻璃的厚度或样品位于其中的容器的基部的厚度的第二参数被提供给控制模块(10)，所述第二参数描述显微镜的特性或者在显微镜的操作过程中待被考虑的特性但是不是子系统(3)的特性，并且在所述指示中被考虑，并且以如下方式形成控制模块(10)，即在显微镜的操作过程中控制模块在根据所述指示启动子系统的致动器(11)和/或传感器中考虑所述第二参数。

8.根据权利要求4所述的显微镜，其中为承载待检查的样品的保护玻璃的厚度或样品位于其中的容器的基部的厚度的第二参数被提供给控制模块(10)，所述第二参数描述显微镜的特性或者在显微镜的操作过程中待被考虑的特性但是不是子系统(3)的特性，并且在所述指示中被考虑，并且以如下方式形成控制模块(10)，即在显微镜的操作过程中控制模块在根据所述指示启动子系统的致动器(11)和/或传感器中考虑所述第二参数。

9.根据权利要求1所述的显微镜，其中所述指示以文本形式存储在子系统(3)的存储器(15)中。

10.根据权利要求3所述的显微镜，其中所述指示以文本形式存储在子系统(3)的存储器(15)中。

11.根据权利要求5所述的显微镜，其中所述指示以文本形式存储在子系统(3)的存储器(15)中。

12.根据权利要求1所述的显微镜，其中以如下方式形成子系统(3)，即子系统本身不能执行存储在其存储器(15)中的指示。

13.根据权利要求3所述的显微镜，其中以如下方式形成子系统(3)，即子系统本身不能执行存储在其存储器(15)中的指示。

14.根据权利要求5所述的显微镜，其中以如下方式形成子系统(3)，即子系统本身不能执行存储在其存储器(15)中的指示。