DE10014636A1 - Vorrichtung und Verfahren für die Bilderfassung - Google Patents

Abstract

Eine Bilderfassungsvorrichtung weist eine Drehscheibe (1) mit Pinholes (1a) auf, die das Hindurchtreten von Licht gestatten, einen Photosensor (3) zum Erfassen der Drehung der Scheibe (1), eine CCD-Kamera (4) zum Aufnehmen einer durch die Pinholes (1a) der Drehscheibe (1) hindurchgetretenen konfokalen Abbildung einer Probe, einen bürstenlosen Gleichstrommotor (2) zum Drehen der Scheibe (1) mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit und eine PFGA (7), die ein impulsartiges Bremssignal mit zwei Pegeln zum Beschleunigen bzw. Verlangsamen der Scheibe (1) und einer variabel eingestellten Impulsbreite erzeugt und es an den Gleichstrommotor (2) ausgibt, wodurch die Synchronisation der Drehung der Scheibe (1) mit dem Bildaufnahmetakt der CCD-Kamera (4) ermöglicht wird.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren für die Bilderfassung zum Beobachten und Messen der Formen von Mikrostrukturen bzw. Mikrogefügen oder dreidimensionalen Strukturen von Proben.

Herkömmlicherweise wurden konfokale Mikroskope als Bilderfassungs­ vorrichtungen verwendet. Ein typisches konfokales Mikroskop ist ein solches, das eine Scheibe mit einer großen Anzahl von spiralförmig angeordneten Pinholes aufweist, d. h. eine Nipkow-Scheibe. Bei einem solchen konfokalen Mikroskop wird eine Probe zum Erzeugen einer konfokalen Abbildung der Probe unter Drehen der Nipkow-Scheibe mit einem Lichtstrahl abgetastet. Falls bei der Aufnahme der konfokalen Abbildung der Probe durch eine CCD-Kamera oder dergleichen die Abtastung der Probe mittels der Scheibe und die Bildaufnahme durch die Kamera nicht einwandfrei miteinander synchronisiert sind, können auf aufgenommenen Abbildungen helle und dunkle Balken auftreten.

Um ein solches Problem zu lösen, wurde ein Verfahren vorgeschlagen, das die Scheibendrehung unter Verwendung eines Videosignals von der CCD-Kamera mit der Kamera synchronisiert, wie in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 9-297267 beschrieben ist.

Die meisten herkömmlichen Vorrichtungen verwenden einen bürstenlosen Gleichstrommotor, der vergleichsweise kostengünstig und einfach in der Anwendung ist. In der Regel wird die Regelung der Geschwindigkeit eines solchen bürstenlosen Gleichstrommotors bewerkstelligt, indem man die Größe eines an einen Motortreiber eingegebenen Motoransteuersignals und somit die Größe des Stroms in der Ständerwicklung des Motors verändert. Bei zunehmender Größe des Ansteuersignals erhöht sich die Motordrehzahl mit einem zunehmenden Strom in der Ständerwicklung des Motors, und umgekehrt.

Als eine Erfindung bezüglich der Steuerung eines Ständerwicklungsstroms eines Motors gibt es eine Motorsteuervorrichtung gemäß der Offenlegung in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 7-250492.

Fig. 1 zeigt die Anordnung einer solchen Vorrichtung. Ein (im nachfolgenden vereinfacht als Motor bezeichneter) bürstenloser Gleichstrommotor 111 ist mit Ständerwicklungen 112a, 112b und 112c in Dreieckschaltung und einem mit vier Magnetpolen ausgebildeten Rotor 113 versehen. Hall-Elemente 114a, 114b und 114c sind den Ständerwicklungen 112a, 112b bzw. 112c des Motors gegenüberliegend angeordnet. Hall-Signale E1, E2 und E3 werden von den Hall-Elementen 114a, 114b bzw. 114c ausgegeben. Jedes der Hall-Signale wird bei Vorbeibewegung der Magnetpole des Rotors 113 an dem entsprechenden Hall-Element nach jeweils 180° invertiert. Die Hall-Signale sind zueinander um 60° phasenverschoben.

Ein Motorkontroller 115 weist einen Digitalsignalprozessor auf. Der Motorkontroller besitzt eine Sinusamplituden-Regelsektion 116 zum Einregeln des Motors 111 in den stetigen Zustand nach dem Anfahren. Die Regelsektion regelt in Verbindung mit einem als externe Schaltung vorgesehenen Taktgenerator 117 die Amplitude eines Sinussignals, um den Motor auf der Grundlage der Hall-Signale von den Hall-Elementen 114a bis 114c auf einer bestimmten Geschwindigkeit zu halten.

DA-Umsetzer 118a, 118b und 118c sind mit dem Motorkontroller 115 verbunden, welche von der Regelsektion 116 ausgegebene dreiphasige Sinusamplituden-Di­ gitaldaten mit einer Phasenverschiebung von 60° in Analogsignale umsetzen.

Die DA-Umsetzer 118a, 118b und 118c sind mit Separationsschaltungen 119a, 119b bzw. 119c verbunden, die Sinussignale E16, E17 und E18 von den jeweiligen DA-Um­ setzern in Ansteuersignale aufteilen. Die Ansteuersignale sind Signale zum Ansteuern von Paaren von in einer Treiberschaltung 120 vorgesehenen Schaltelementen mit einander entgegengesetzter Ansteuerpolarität. Die Treiberschaltung ist mit drei Reihenschaltungen versehen, von denen jede ein P-Kanal-FET und ein N-Kanal-FET in Entsprechung zu den Ständerwicklungen 112a, 112b und 112c des Gleichstrommotors 111 ist. Ein Schaltnetz 121 ist mit sechs analogen Schaltern 121a bis 121f versehen. Das Schaltnetz 121 ist an seinen Anschlüssen a mit den Separationsschaltungen 119a bis 119c und an seinen Anschlüssen b mit einem Startkontroller 122 verbunden. Die jeweiligen Schalter des Schaltnetzes 121 werden beim Start des Motors durch den Motorkontroller 115, der Ansteuersignale vom Startkontroller 122 an die Treiber­ schaltung 120 legt, in die Position b gestellt.

Wenn der Motor als Resultat der Startsteuerung durch den Startkontroller 122 eine bestimmte Geschwindigkeit erreicht, wird von diesem Kontroller ein Geschwindigkeitsverriegelungssignal erhalten. Als Reaktion auf das Geschwin­ digkeitsverriegelungssignal stellt der Motorkontroller 115 die Schalter im Schaltnetz 121 auf die Position a. Als Resultat werden die Ansteuersignale von den Separationsschaltungen 119a bis 119c an die Treiberschaltung 120 gelegt.

Der Startkontroller 122 ist mit einer Rechteckimpuls-Amplitudenregelsektion 123 versehen, welche im Ansprechen auf die Hall-Signale E1 bis E3 von den Hall- Elementen 114 bis 114c die Amplitude von Rechteckimpulsen regelt, um die bestimmte Motordrehung zu erzielen. Die Amplitudenverstärkung der Rechteckimpulssignale wird so geregelt, daß die Differenz zwischen der über die Hall-Signale erfaßten tatsächlichen Drehung und der vorgegebenen Bezugsdrehung auf der Grundlage eines Bezugstaktes Null wird.

Die Sinusamplituden-Regelsektion 116 selbst im Motorkontroller 115 stellt keine Regelverstärkung zur Verfügung. Ein vom Startkontroller 122 ausgegebenes Ansteuersignal E11, dessen Amplitudenverstärkung in Abhängigkeit von den Hall- Elementen 114 bis 114c geregelt wird, wird durch einen A/D-Umsetzer 124 in den Motorkontroller 115 eingegeben. Die Sinusamplituden-Regelsektion 116 betrachtet die Amplitude des Ansteuersignals E11 als die Regelverstärkung für den Motor 111 und bestimmt die Amplituden von sinusförmigen Signalen.

Somit wird die Geschwindigkeit des bürstenlosen Gleichstrommotors durch Verändern der Motorständerströme auf analoge Weise verändert. Hierdurch wird es ermöglicht, daß der Motor mit einer Soll-Geschwindigkeit dreht.

Der Versuch, die Regelung der Motorgeschwindigkeit durch Verändern der Motorständerströme zu verwirklichen, resultiert jedoch unausweichlich in einem Bedarf nach analogen Schaltungen. Selbst wenn ein Hochgeschwindigkeits-Digitalprozessor verwendet wird, um die Differenz zwischen einer spezifizierten Geschwindigkeit und einer tatsächlich vorliegenden Geschwindigkeit zu erfassen und digitale Ansteuersignale zu erzeugen, ergibt sich die Notwendigkeit, die Motorständerströme in der Endstufe analog zu verändern. Somit werden analoge Schaltungen wie etwa D/A-Umsetzer benötigt. Üblicherweise unterliegt die Motoransteuerschaltung einem starken Rauschen von dem bürstenlosen Gleichstrommotor selbst und von verschiedenen Komponenten her. Analogsignale werden durch Rauschen leicht verzerrt. Eine Steuerung der Ströme in den Ständerwicklungen des bürstenlosen Gleichstrommotors mittels verzerrter Analogsignale führt nicht zu den angestrebten Ströme in den Ständerwicklungen, wodurch die Drehung des Gleichstrommotors instabil wird.

Eine Reduzierung der Ständerwicklungsströme in dem bürstenlosen Gleichstrommotor gestattet eine Reduzierung der Drehgeschwindigkeit des Motors; gleichzeitig wird jedoch das Drehmoment verringert. Somit ergibt sich das Problem, daß die Drehzahl des Gleichstrommotors mit einem variierenden Drehmoment stark variiert.

KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Bilderfassungsvorrichtung zur Verfügung zu stellen, die rauschbeständig ist und eine Regulierung der Drehgeschwindigkeit eines Motors gegen Drehmomentschwankungen gestattet.

Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Bild­ erfassungsverfahren zur Verfügung zu stellen, das rauschbeständig ist und eine Regulierung der Drehgeschwindigkeit eines Motors gegen Drehmomentschwankungen gestattet.

Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Bild­ erfassungsvorrichtung zur Verfügung gestellt, welche aufweist: einen drehenden Körper mit einem lichtdurchlässigen Muster; einen Drehungszustand-Erfassungsmechanismus zum Erzeugen eines Signals, das den Drehungszustand des drehenden Körpers angibt; einen Bildaufnahmemechanismus zum Aufnehmen einer durch das lichtdurchlässige Muster übertragenen Abbildung und Liefern eines Bildsignals; einen an dem drehenden Körper angebrachten Motor zum Drehen des drehenden Körpers mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit; einen Motortreiber zum Ansteuern des Motors; und einen Motor­ kontroller, der im Ansprechen auf den Drehungszustand-Erfassungsmechanismus ein impulsartiges Bremssignal zum Synchronisieren der Drehung des Motors mit dem Bildaufnahmetakt des Bildaufnahmemechanismus an den Motortreiber ausgibt, wobei das Bremssignal zwei Pegel zum Beschleunigen bzw. Verlangsamen des Motors besitzt und seine Impulsbreite variabel eingestellt ist.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Bilderfassungsvorrichtung zur Verfügung gestellt, welche aufweist: einen drehenden Körper mit einem reflektierenden Muster; einen Drehungszustand-Er­ fassungsmechanismus zum Ausgeben des Drehungszustands des drehenden Körpers; einen Bildaufnahmemechanismus zum Aufnehmen einer von dem reflektierenden Muster reflektierten Abbildung; einen an dem drehenden Körper angebrachten Motor zum Drehen des drehenden Körpers mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit; einen Motortreiber zum Ansteuern des Motors; und einen Motorkontroller, der im Ansprechen auf den Drehungszustand-Erfassungsmechanismus ein impulsartiges Bremssignal zum Synchronisieren der Drehung des Motors mit dem Bildaufnahmetakt des Bildaufnahmemechanismus an den Motortreiber ausgibt, wobei das Bremssignal zwei Pegel zum Beschleunigen bzw. Verlangsamen des Motors besitzt und seine Impulsbreite variabel eingestellt ist.

Die vorliegende Erfindung beseitigt die Notwendigkeit, analoge Schaltungen für die Steuerung der Motorgeschwindigkeit zu verwenden, was es gestattet, Schwankungen der Motorgeschwindigkeit aufgrund von Rauschen und Drehmomentschwankungen zu unterdrücken.

Bei der vorliegenden Erfindung sollte der Motorkontroller vorzugsweise einen Mechanismus zum Variieren der Impulsbreite enthalten, der ein Impulssignal mit einer vorgegebenen Frequenz erzeugt und es ermöglicht, daß das Impulssignal in ausgewählten Abschnitten einen Abschnitt mit festgelegter Impulsbreite und einen Abschnitt mit variabler Impulsbreite besitzt. Dies ermöglicht eine Feinsteuerung der Motorgeschwindigkeit. Die verwendete Schaltungsanordnung kann sehr einfach sein und daher mit geringen Kosten ausgeführt werden.

Weitere Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden in der nachfolgenden Beschreibung erläutert und sind zum Teil aus der Beschreibung offensichtlich bzw. sind durch Ausführen der Erfindung erfahrbar. Die Aufgaben und Vorteile der Erfindung können vermittels der im nachfolgenden insbesondere bezeichneten Instrumentalitäten und Kombinationen verwirklicht und erhalten werden.

KURZBESCHREIBUNG DER MEHRFACHEN ANSICHTEN DER ZEICHNUNG

Die beigefügte Zeichnung, die in die Beschreibung einbezogen ist und einen Teil davon darstellt, veranschaulicht gegenwärtig bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung und dient in Verbindung mit der obenstehend gegebenen allgemeinen Beschreibung und der nachfolgend gegebenen detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen zur Erklärung der Grundgedanken der Erfindung.

Fig. 1 ist ein Blockdiagramm einer herkömmlichen Motorsteuer­ einrichtung zur Verwendung in einem konfokalen Mikroskop.

Fig. 2 ist ein Blockdiagramm einer Motorsteuereinrichtung für ein konfokales Mikroskop gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Fig. 3 ist eine Darstellung der Pinhole-Scheibe zur Verwendung mit der Motorsteuereinrichtung von Fig. 2.

Fig. 4 zeigt die relative Anordnung des Photosensors und der Pinhole-Scheibe in Fig. 2.

Fig. 5 ist ein Blockdiagramm der FPGA von Fig. 2.

Fig. 6 zeigt eine Beziehung zwischen dem Videosignal b und dem ODD/EVEN-Identifikationssignal c in Fig. 2.

Fig. 7 ist ein Diagramm zur Verwendung bei der Erläuterung des Betriebs des in Fig. 5 gezeigten Drehzahlerfassungsabschnitts.

Fig. 8A und 8B zeigen Beziehungen zwischen dem erfaßten Signal a und dem ODD/EVEN-Identifikationssignal c in Fig. 2.

Fig. 9A bis 9F zeigen Bremssignale d in Fig. 2.

Fig. 10 ist ein Blockdiagramm der FPGA gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Fig. 11 zeigt eine in einem Speicher der zweiten Ausführungsform gespeicherte Datentabelle.

Fig. 12A ist eine schematische Darstellung eines Zentrifugalmikroskops gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Fig. 12B zeigt das von einer Geschwindigkeitssignal-Erzeugungsschaltung erzeugte Geschwindigkeitssignal.

Fig. 12C und 12D zeigen einen Zustand, in dem die Drehgeschwindigkeit der Scheibe der durch den Geschwindigkeitsbezeichner bezeichneten Drehgeschwindigkeit entspricht.

Fig. 13 ist eine schematische Darstellung eines Endoskops gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Fig. 14A zeigt einen Aufbau einer RGB-Scheibe im Detail.

Fig. 14B und 14C zeigen einen Synchronisationszustand.

Fig. 15 zeigt eine mögliche Modifikation der Pinhole-Scheibe im Rahmen der vorliegenden Erfindung.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG Erste Ausführungsform

Unter Bezugnahme auf Fig. 2 ist dort eine Anordnung der Bild­ erfassungsvorrichtung veranschaulicht, die den Hauptteil eines erfindungsgemäßen konfokalen Mikroskops darstellt.

Wie in Fig. 2 gezeigt ist, ist eine Pinhole-Scheibe 1 an der Drehachse eines bürstenlosen Gleichstrommotors 2 angebracht.

Die Konfiguration der Pinhole-Scheibe 1 ist im einzelnen in Fig. 3 gezeigt. Die Scheibe ist eine Nipkow-Scheibe mit einer darin ausgebildeten großen Anzahl von Pinholes 1a. Diese Pinholes 1a sind in spiraliger Anordnung von der Mitte der Scheibe nach außen hin ausgebildet. Die Scheibe 1 ist des weiteren an ihrer Außenkante mit einem lichtabschirmenden Abschnitt 1b und einem lichtdurchlässigen Abschnitt 1c ausgebildet. Die Pinholes 1a, der lichtabschirmende Abschnitt 1b und der lichtdurchlässige Abschnitt 1c sind durch Aufdampfen von Chrom auf ein Scheibensubstrat aus Glas gebildet.

Gemäß der Darstellung von Fig. 2 ist ein Photosensor 3 in Zuordnung zur Außenkante der Scheibe 1 vorgesehen, der dazu ausgelegt ist, den lichtabschirmenden Abschnitt 1b und den lichtdurchlässigen Abschnitt 1c der Scheibe zu erfassen. Die Seitenansicht des Photosensors ist in Fig. 4 gezeigt. Der Photosensor hat die Form eines auf eine Seite hin offenen Rechtecks bzw. eines auf der Seite liegenden "U" und ist so angeordnet, daß sich die Außenkante der Scheibe zwischen seinen Armen befindet. Bei der Drehung der Scheibe 1 erzeugt der Photosensor jedes Mal, wenn der lichtdurchlässige Bereich 1c an ihm vorbeiläuft, ein impulsartiges Drehungserfassungssignal a. Dieses Signal a wird dann an eine FPGA ("field­ programmable gate array"; frei programmierbare Gatteranordnung) 7 gelegt.

Der bürstenlose Gleichstrommotor 2, bei dem es sich um einen dreiphasigen, vierpoligen Motor handelt, wird von dreiphasigen Treibersignalen U, V und W angesteuert. Obgleich hier nicht dargestellt, sind drei Hall-ICs mit Dreieckskonfiguration in den Motor eingebaut, um die Drehung des Läufers zu erfassen und der FPGA 7 Hall-Signale Ha, Hb und Hc zuzuführen, die zueinander um 120° phasenverschoben sind.

Eine verwendungsübliche CCD-Kamera 4 vom NTSC-Typ liefert ein Videosignal b an einen Monitor 5 und einen Video-Separator 6. Der Video-Separator konvertiert das Videosignal b in ein ODD/EVEN-Identifikationssignal c zum Identifizieren der ungerad- und geradzahligen Halbbilder ("fields") des Videosignals, das wiederum an die FPGA 7 gelegt wird. Bei dieser Ausführungsform wird das Signal c in den Perioden von ungeradzahligen Halbbildern auf einen hohen Pegel gesetzt und in den Perioden von geradzahligen Halbbildern auf einen niedrigen Pegel gesetzt. Bei dem Video-Separator 6 kann es sich um einen verwendungsüblichen handeln, der kostengünstig und einfach verfügbar ist. Eine von der CCD-Kamera 4 aufgenommene konfokale Abbildung wird auf dem Monitor 5 dargestellt.

Die FPGA 7 ist gemäß der Darstellung in Fig. 5 aus einem Geschwindig­ keitsdetektor 71, einem Commander 72, einem Phasenverschiebungsdetektor 73, einem Bremssignalkontroller 74, einer Einrichtung 75 zum Beseitigen von Chatter und einem Ausgangskontroller 76 aufgebaut. Der Geschwindigkeitsdetektor 71 versorgt den Commander 72 mit einem Zählwert g auf der Grundlage des Erfassungssignals a vom Photosensor 3.

Der Commander 72 stellt einen Vergleich zwischen der Bildfolgefrequenz des Videosignals und dem Zählwert g an. Als Alternative kann die Bildfolgefrequenz von einem in den Phasenverschiebungsdetektor 73 eingebauten Zähler (nicht gezeigt) abgezählt werden, an den das ODD/EVEN-Identifikationssignal c gelegt wird. In diesem Fall wird die Bildfolgefrequenz an den Commander ausgegeben.

Beim Auftreten einer Koinzidenz zwischen dem Zählwert g und der Bild­ folgefrequenz erkennt der Commander 72, daß die Periode der Drehung der Pinhole- Scheibe 1 den Sollwert erreicht hat und gibt dann ein Signal k an den Bremssignalkontroller 74 aus. Das Signal k weist den Bremssignalkontroller 74 an, auf der Grundlage der Informationen vom Geschwindigkeitsdetektor 71 und vom Phasenverschiebungsdetektor 73 zwischen dem freigegebenen und dem angesteuerten Zustand der Bremse umzuschalten. Der Commander 72 gibt ein Freigabesignal i an den Phasenverschiebungsdetektor 73 aus, um die Phasenlage zwischen den Anstiegflanken des ODD/EVEN-Identifikationssignals c vom Video-Separator 6 und der Anstiegflanke des Erfassungssignals a vom Photosensor 3 zu erfassen.

Der Phasenverschiebungsdetektor 73 gibt ein Beschleunigungs-/Verzögerungs-Be­ fehlssignal j sowie ein Zählwertsignal 1 aus, das den Betrag der Phasenlage und Phasenverschiebung zwischen den Signalen a und c angibt. Das Beschleunigungs-/Ver­ zögerungs-Befehlssignal j ist ein zweiwertiges Signal, wobei der niedrige Pegel Verzögerung und der hohe Pegel Beschleunigung angibt.

Wenn der Bremssignalkontroller 74 durch das Signal k angewiesen wird, in den Bremssignal-Ausgabemodus umzuschalten, erzeugt er ein Bremssignal d auf der Grundlage des Beschleunigungs-/Verzögerungs-Befehlssignals j und des Zählwertsignals 1 und gibt es an den Motortreiber 9 aus.

Die Einrichtung 75 zum Beseitigen von Chatter sendet ein Signal dir input durch einen in Fig. 2 gezeigten Richtungsumschalter 10 als Richtungssignal f an den Motortreiber 9. Der Richtungsumschalter 10 ist zum Bestimmen der Drehrichtung des bürstenlosen Gleichstrommotors 2 ausgelegt. Ein Endwiderstand R ist mit dem Verbindungspunkt des Richtungsumschalters 10 und der FPGA 7 verbunden. Der Widerstand R ist an die Versorgungsspannung V angeschlossen.

Die aus Flipflops und Verknüpfungsgliedern aufgebaute Einrichtung 75 zum Beseitigen von Chatter ist dazu ausgelegt, das Auftreten von Chatter digital zu verhindern, wenn der Schalter 10 umgeschaltet wird, um die Drehrichtung des Gleichstrommotors zu ändern.

Der Ausgangskontroller 76 ist dazu ausgelegt, die Phasenlage zwischen Hall-Signalen des Motortreibers 9 und Ansteuersignalen und die Phasenlage zwischen Hall-Signalen von dem bürstenlosen Gleichstrommotor 2 und den Ansteuersignalen einander gegenüberzustellen. Die Hall-Signale Ha, Hb und Hc werden über den Ausgangskontroller als Signale Ha', Hb' und Hc' an den Motortreiber 9 ausgegeben.

Die FPGA 7 arbeitet auf der Grundlage eines Taktsignals e von beispielsweise 3,2768 MHz, das von einem Taktgenerator 8 erzeugt wird. Die Komponenten 71 bis 76 der FPGA 7 sind sämtlich aus Flipflops und Verknüpfungsgliedern aufgebaut und in einen einzigen Halbleiterchip integriert.

Der Motortreiber 9 ist für einen dreiphasigen bürstenlosen Gleichstrommotor ausgelegt und weist Eingangsanschlüsse auf, die für den Empfang der Signale Ha', Hb' und Hc' vom Ausgangskontroller 76 verbunden sind. Der Motortreiber gibt an die Motorständerwicklungen Ansteuersignale U, V und W aus, die eine geeignete Phase auf der Grundlage der Phasenlage zwischen den Signalen Ha', Hb' und Hc' aufweisen.

Der Motortreiber 9 wird an seinem Leistungsanschluß über einen DC-DC-Um­ richter (nicht gezeigt) mit einer Nennspannung von 12 V für den bürstenlosen Gleichstrommotor versorgt. Der Motortreiber 9 weist des weiteren Eingangsanschlüsse für den Empfang des Richtungssignals f, das die Drehrichtung des Motors angibt, und des Bremssignals d auf. Bei Empfang des Bremssignals d mit niedrigem Pegel von der FPGA 8 gestattet der Motortreiber 9, daß die Ansteuersignale U, V und W des Gleichstrommotors 2 auf niedrigen Pegel gehen, wodurch die Drehgeschwindigkeit des Motors 2 herabgesetzt wird. Diese Ansteuersignale dürfen während des Intervalls, in dem das Bremssignal d auf dem niedrigen Pegel ist, auf dem niedrigen Pegel sein.

Es wird nun der Betrieb der auf diese Weise angeordneten Ausführungsform erläutert.

Wenn die Leistung an das System angelegt wird, beginnt der Taktgenerator mit 3,2768 MHz zu schwingen und legt ein Taktsignal e an die FPGA 7. Die CCD-Kamera 4 beginnt eine durch die Pinholes 1a der Pinhole-Scheibe 1 hindurchgetretene Abbildung einer Probe (nicht gezeigt) aufzunehmen, mit dem Ergebnis, daß ein Videosignal b an den Monitor 5 und den Video-Separator 6 ausgegeben wird. Der Video-Separator konvertiert das Videosignal b in ein ODD/EVEN-Identifikationssignal c, das wiederum an die FPGA 7 gelegt wird.

Die Beziehung zwischen dem Videosignal b und dem ODD/EVEN-Iden­ tifikationssignal c ist in Fig. 6 veranschaulicht. Wie gezeigt ist, wechselt das Videosignal b zwischen geradzahligen und ungeradzahligen Halbbildern hin und her. Das ODD/EVEN-Identifikationssignal geht zu Beginn eines ungeradzahligen Halbbildes, genauer gesagt mitten in der vertikalen Rücklaufperiode unmittelbar nach einem geradzahligen Halbbild, auf den hohen Pegel, und geht zu Beginn eines geradzahligen Halbbildes, genauer gesagt mitten in der vertikalen Rücklaufperiode unmittelbar nach einem ungeradzahligen Halbbild, auf den niedrigen Pegel.

Die FPGA 7 gibt die Hall-Signale Ha, Hb und Hc vom Gleichstrommotor 2 durch den Ausgangskontroller 76 als Ha', Hb' und Hc' an den Motortreiber 9 aus. Des weiteren sendet die FPGA 7 ein Signal dir, das die Drehrichtung des Motors angibt, durch die Einrichtung 75 zum Beseitigen von Chatter als Richtungssignal f an den Motortreiber 9. Des weiteren gibt die FPGA 7 ein Bremssignal d an den Motortreiber 9 aus. Zu diesem Zeitpunkt weist der Commander 72 den Bremssignalkontroller 74 über ein Signal k an, das Bremssignal d auf Hoch zu stellen. Als Ergebnis wird der bürstenlose Gleichstrommotor 2 in den ungebremsten Zustand versetzt und mit voller Leistung beschleunigt.

Wenn der bürstenlose Gleichstrommotor 2 zu drehen beginnt, laufen der lichtabschirmende Abschnitt 1b und der lichtdurchlässige Abschnitt 1c der Scheibe 1 an dem Photosensor 3 vorbei. Wenn der lichtabschirmende Abschnitt 1b an dem Photosensor 3 vorbeiläuft, wird ein Signal a mit einem niedrigen Pegel vom Photosensor 3 ausgegeben. Wenn andererseits der lichtdurchlässige Abschnitt 1c an dem Photosensor 3 vorbeiläuft, geht das Signal a auf Hoch.

Es folgt nun eine Beschreibung des Drehungserfassungssignals a vom Photosensor 3 und des Betriebs des Geschwindigkeitsdetektors 71 unter Bezugnahme auf Fig. 7. Die Zeitintervalle A, B, C und D zeigen jeweils die Länge der Zeit an, die die Scheibe 1 für eine Umdrehung benötigt. A1, B1, C1 und D1 sind Zeitintervalle, während denen der lichtdurchlässige Abschnitt 1c am Photosensor 3 vorbeiläuft, weshalb das Signal a hoch ist. A2, B2, C2 und D2 sind Zeitintervalle, während denen der lichtabschirmende Abschnitt 1b am Photosensor 3 vorbeiläuft, weshalb das Signal a niedrig ist.

Wenn die Pinhole-Scheibe 1 sich zu drehen beginnt, beginnt der im Geschwindigkeitsdetektor 71 in der FPGA 7 eingebaute Zähler (nicht gezeigt), das Taktimpulssignal e vom Taktgenerator 8 auf einer Anstiegflanke (a-1) des Erfassungssignals a zu zählen. Beim Auftreten der nächsten Anstiegflanke (a-2) gibt der Geschwindigkeitsdetektor den Zählwert g in den Zähler aus, stellt dann zurück, und startet den Zähler erneut. Der Zähler hat eine Auflösung von einer Periode des Taktsignals e. Bei dieser Ausführungsform wird der Zähler mit einer Zeitauflösung von ca. 305 ns betrieben, da das Taktsignal eine Frequenz von 3,2768 MHz besitzt.

Wenn der Zählwert g vom Geschwindigkeitsdetektor 71 der Bildfolgefrequenz des Videosignals b entspricht, erkennt der Commander 72, daß die Drehgeschwindigkeit der Pinhole-Scheibe 1 den Sollwert erreicht hat. Genauer gesagt, da die Bildfolgefrequenz des Videosignals b 29,97 Hz beträgt und der Zähler im Geschwindigkeitsdetektor 71 mit einer Zeitauflösung von ca. 305 ns betrieben wird, zählt der Zähler 109336, wenn die Scheibe 1 entsprechend der Videobildfolgefrequenz von 29,97 Hz 29,97 Umdrehungen pro Sekunde vollführt. Wenn der Zählwert g im Geschwindigkeitsdetektor 71 109336 erreicht, weist der Commander 72 den Bremssignalkontroller 74 über ein Signal k an, in den Modus umzuschalten, in dem auf der Grundlage von Informationen vom Phasenlagendetektor 73 ein Bremssignal ausgegeben wird.

Des weiteren gibt der Commander 72 ein Freigabesignal i an den Phasenverschiebungsdetektor 73 aus, um ihn zu veranlassen, die Phasenlage zwischen dem ODD/EVEN-Identifikationssignal c vorn Video-Separator 6 und dem Drehungserfassungssignal a vom Photosensor 3 zu erfassen.

Im nachfolgenden wird der Betrieb des Phasenverschiebungsdetektors 73 beschrieben.

Bei Empfang des ODD/EVEN-Identifikationssignals c betätigt der Phasenverschiebungsdetektor 73 seinen Zähler, der einen Zählbetrieb an einer Abfallflanke des Identifikationssignals c beginnt und den nächsten Zählbetrieb an der nächsten Abfallflanke neu beginnt. Der Phasenverschiebungsdetektor 73 speichert daraufhin Zählwerte im Zähler bei einer Anstiegflanke des ODD/EVEN-Identi­ fikationssignals c und einer Anstiegflanke des Drehungserfassungssignals a in die Speicher A und B (nicht gezeigt). Auf der Grundlage dieser Zählwerte in den Speichern A und B bestimmt der Phasenverschiebungsdetektor 73 die Phasenlage zwischen den Anstiegflanken der Signale und berechnet die Differenz zwischen den Zählwerten, und sendet dann an den Bremssignalkontroller 74 ein Beschleunigungs-/Verzögerungs-Be­ fehlssignal j auf der Grundlage der Phasenlage und ein Signal 1, das die Zählwertdifferenz angibt.

Die Zusammenhänge zwischen dem Drehungserfassungssignal a und dem ODD/EVEN-Identifikationssignal c beim Betrieb des Phasenverschiebungsdetektors 73 sind in Fig. 8A und 8B dargestellt. Im Fall von Fig. 8A weist eine Anstiegflanke (t-3) des Drehungserfassungssignals a eine bezüglich einer Anstiegflanke (t-2) des ODD/EVEN-Identifikationssignals c vorauseilende Phase auf.

Der Phasenverschiebungsdetektor 73 startet seinen Zähler an der Abfallflanke (t-1) des ODD/EVEN-Identifikationssignals c. Bei Erfassung der Anstiegflanke (t-3) des Drehungserfassungssignals a speichert der Detektor 73 den Zählwert im Zähler zu diesem Zeitpunkt in den Speicher B.

Bei Erfassung der Anstiegflanke (t-2) des ODD/EVEN-Identifikationssignals c lädt der Phasenverschiebungsdetektor 73 den Zählwert im Zähler zu diesem Zeitpunkt in den Speicher A. Nach dem Laden des Zählwerts wird der Verschiebungsbetrag zwischen den Anstiegflanken durch Berechnung (Speicher A - Speicher B) bestimmt und als ein Signal 1 an den Bremssignalkontroller 74 gesendet. Gleichzeitig wird das Beschleunigungs-/Verzögerungs-Signal j auf den niedrigen Pegel gesetzt, um den Bremssignalkontroller 74 anzuweisen, den Gleichsstrommotor 2 abzubremsen.

Im Fall von Fig. 8B tritt die Anstiegflanke (t-2) des Signals c früher als die Anstiegflanke (t-3) des Signals a auf, was anzeigt, daß das ODD/EVEN-Identifi­ kationssignal c eine bezüglich des Drehungserfassungssignals a vorauseilende Phase aufweist. In diesem Fall wird (Speicher B - Speicher A) entgegengesetzt zu dem Fall von Fig. 8A berechnet. Die Differenz wird als das Signal 1 an den Bremssignalkontroller 74 gesendet. Gleichzeitig wird das Beschleunigungs-/Verzögerungs-Signal j auf den hohen Pegel gesetzt, um den Bremssignalkontroller 74 anzuweisen, den Gleichsstrommotor 2 zu beschleunigen.

Als nächstes folgt eine Beschreibung des von dem Bremssignalkontroller 74 ausgegebenen Bremssignals d.

Wie in Fig. 9A gezeigt ist, wird das Bremssignal d mit einer Frequenz von ca. 20 kHz ausgegeben. Je höher die Frequenz des Bremssignals d, desto mehr können durch das An- und Abschalten der Ströme in den Ständerwicklungen erzeugte Vibrationen verringert werden. Eine zu hohe Einstellung der Bremssignalfrequenz führt jedoch dazu, daß die FETs im Motortreiber 9 nicht mehr nachfolgen können, infolgedessen keine Steuerung der Drehzahl des Motors 2 mehr möglich ist. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird die Bremssignalfrequenz deshalb als ca. 20 kHz gewählt, wobei es sich um eine in der Nähe der Obergrenze liegende Frequenz handelt, unterhalb derer ein problemloser Betrieb der FETs möglich ist.

In Fig. 9A bis 9F ist angenommen, daß das Bremssignal d bei niedrigem Pegel den Motor 2 abbremst, und bei hohem Pegel die Bremse freigibt und den Motor beschleunigt.

Der Motor 2 hat eine solche Kennlinie, daß er mit einer Frequenz in der Nähe von 29,97 Hz - der Bildfolgefrequenz - dreht, wenn der Tastgrad des Ansteuersignals, der den Prozentsatz von Intervallen mit hohem Pegel angibt, 50% beträgt, wie in Fig. 9A gezeigt ist. Mit einem Bremssignal, wie es in Fig. 9B gezeigt ist, beginnt der Motor 2 zu verlangsamen, denn selbst wenn das Signal eine Frequenz von 20 kHz aufweist, ist das Intervall, in dem es sich auf niedrigem Pegel befindet, d. h. das Intervall, währenddessen der Motor 2 abgebremst wird, länger als im Fall von Fig. 9A. Im Fall von Fig. 9C wird der Motor 2 weiter verlangsamt, da die Bremszeit länger als in Fig. 9B ist. Im Fall der Fig. 9D ist im Gegensatz zu Fig. 9B die Bremszeit kürzer als in Fig. 9A eingestellt, so daß der Motor 2 beschleunigt wird und mit einer Rate von mehr als 29,97 Hz dreht. Im Fall der Fig. 9E ist die Bremszeit kürzer als in Fig. 9D eingestellt, was dem Motor 2 gestattet, mit einer höheren Geschwindigkeit zu drehen.

Der in dieser Ausführungsform verwendete Motor 2 hat eine solche Kennlinie, daß er im ungebremsten Zustand, d. h. wenn das Bremssignal d konstant auf Hoch gehalten wird, mit ca. 3600 U/min (60,00 Hz) dreht.

Der Betrieb des Bremssignalkontrollers 74 und des Motors 2 wird auf der Grundlage des obenstehend erwähnten Zusammenhangs zwischen dem Bremssignal d und dem Motor 2 beschrieben.

In dem in Fig. 8A beschriebenen Zustand weist die Anstiegflanke (t-3) des Drehungserfassungssignals a eine bezüglich der Anstiegflanke (t-2) des ODD/EVEN- Identifikationssignals c vorauseilende Phase auf. Der Phasenverschiebungsdetektor 73 stellt das Beschleunigungs-/Verzögerungs-Befehlssignal j auf Niedrig, um den Bremssignalkontroller 74 anzuweisen, die Geschwindigkeit des Motors 2 herabzusetzen, und gibt den Verschiebungsbetrag zwischen den beiden Flanken als das Signal 1 aus.

Als Reaktion auf die Signale j und 1 gibt der Bremssignalkontroller 74 ein Bremssignal d wie das in Fig. 9C gezeigte aus, bei dem die Bremsungszeit lang ist, wodurch der Motor verlangsamt wird. Als Resultat beginnt sich die Anstiegflanke (t-3) des Drehungserfassungssignals a an die Anstiegflanke (t-2) des Identifikationssignals c anzunähern. Der Phasenverschiebungsdetektor 73 führt die obenstehende Verarbeitung jedesmal durch, wenn die Scheibe 1 eine Umdrehung vollführt.

Sobald sich die Anstiegflanke (t-3) des Drehungserfassungssignals a an die Anstiegflanke (t-2) des ODD/EVEN-Identifikationssignals c annähert, verringert der Bremssignalkontroller 74 die Verzögerungsrate des Motors 2, indem er die Bremsungszeit des Bremssignals d allmählich gegenüber Fig. 9C verkürzt, wie in Fig. 9B gezeigt ist. Auf diese Weise werden die Anstiegflanken des Drehungserfassungssignals a so getaktet, daß sie gleichzeitig mit denjenigen des ODD/EVEN-Identifikationssignals c stattfinden.

Falls die Anstiegflanke (t-3) des Drehungserfassungssignals a aufgrund einer übermäßigen Verzögerung während der Verarbeitung eine gegenüber der Anstiegflanke des ODD/EVEN-Identifikationssignals c nacheilende Phase aufweist, oder wenn das Drehungserfassungssignal a gemäß der Darstellung in Fig. 8B schon beim Beginn der Steuerung eine bezüglich des ODD/EVEN-Identifikationssignals c nacheilende Phase aufwies, wird der Motor 2 beschleunigt, indem das Bremssignal d gemäß der Darstellung von Fig. 9D oder 9E eingestellt wird. Hierdurch wird Phasengleichheit zwischen dem Drehungserfassungssignal a und dem ODD/EVEN-Identifikationssignal c hergestellt.

Falls das Drehungserfassungssignal a nach bereits hergestellter Phasengleichheit eine geringfügige Phasenverschiebung bezüglich des ODD/EVEN-Identifikationssignals c aufweist, und daher eine Feinsteuerung der Geschwindigkeit erforderlich ist, wird eine Bremsensteuerung mit größerer Genauigkeit durchgeführt. Insbesondere wird gemäß der Darstellung von Fig. 9F eine Geschwindigkeitsregelung durchgeführt, indem in einigen Abschnitten eines Bremssignals d der Tastgrad verändert wird, dessen Tastgrad in anderen Bereichen gemäß der Darstellung von Fig. 9A auf 50% eingestellt ist. Dies ermöglicht eine sehr feine Regelung der Motorgeschwindigkeit im Vergleich mit dem Fall, in dem die Bremszeitintervalle gleichförmig variiert werden, wie in Fig. 9B bis 9E gezeigt ist, da die Bremszeitintervalle nur zum Teil variiert werden. Die Regelung der Motorgeschwindigkeit kann durchgeführt werden, indem der Tastgrad in allen Abschnitten des Bremssignals d variiert wird, im Gegensatz zu einer Festlegung des Tastgrads auf 50% in einigen Abschnitten des Bremssignals d, wie in Fig. 9F gezeigt ist.

Somit beseitigt die vorliegende Ausführungsform durch Variieren der Impulsbreite im Bremssignal d die Notwendigkeit von Analogschaltungen zum Variieren der Drehgeschwindigkeit des Motors 2. Des weiteren können Schwankungen der Drehgeschwindigkeit des Motors 2 infolge von Schwankungen des Drehmoments verringert werden, da der Motor 2 durch das Aus-/An-Steuern von Ansteuerströmen und nicht durch Veränderung der Amplitude der Ansteuerströme gesteuert wird. Des weiteren kann die Schaltungsanordnung einfach und kostengünstig gehalten werden, da die Geschwindigkeitsregelung unter Verwendung einer aus einem einzigen Halbleiterchip bestehenden FPGA durchgeführt werden kann.

Zweite Ausführungsform

Eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Modifikation der ersten Ausführungsform und unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform nur in der Anordnung der in Fig. 5 gezeigten FPGA.

Fig. 10 ist ein Blockdiagramm der FPGA gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei der zweiten Ausführungsform ist ein Bremssignal- Frequenzkontroller 111 zu der in Fig. 5 gezeigten Anordnung der FPGA hinzugefügt. Der Frequenzkontroller 111 weist einen eingebauten Speicher 111a auf, der unterschiedlichen Signalsystemen bzw. Signalformaten wie NTSC, PAL usw. zugeordnete Abtastwerte oder Frequenzen speichert. Diese Frequenzen werden in die Frequenzen von Bremssignalen umgesetzt und in Form einer Tabelle gespeichert, beispielsweise in Fig. 11.

Der Bremssignal-Frequenzkontroller 111 ist so verbunden, daß er ein von dem Video-Separator 6 ausgegebenes ODD/EVEN-Identifikationssignal c empfängt und das Signalsystem (NTSC, PAL o. dgl.) identifiziert, dem das Signal c zugeordnet ist. Der Kontroller 111 sendet daraufhin an den Bremssignalkontroller 74 ein Bremssignalfrequenz-Entscheidungssignal c' als Befehl, die Bremssignalfrequenz entsprechend dem identifizierten Signalsystem zu wählen.

Somit identifiziert der Bremssignal-Frequenzkontroller 111 die Frequenz des Signals c auf der Seite der CCD-Kamera 4, und der Bremssignal-Frequenzkontroller 74 erzeugt das entsprechende Bremssignal. Diese Anordnung gestattet es, die Geschwindigkeitsregelung der Pinhole-Scheibe 1 derart durchzuführen, daß sie mit CCD-Kameras konform ist, die auf unterschiedlichen Signalsystemen basieren. In der vorliegenden Ausführungsform sind die Frequenzen der Signale c in 1 : 1-Entsprechung in die Frequenzen der Signale c' umgesetzt, wie in Fig. 11 gezeigt ist; dies ist jedoch nicht zwingend. Beispielsweise kann eine Funktion zum Konvertieren der Signale c in die Signale c' bestimmt und dann im Speicher 111a gespeichert werden. Die Verwendung einer solchen Funktion gestattet es, ein Bremssignal zu erzeugen, das mit einem jeglichen der Signalsysteme konform ist.

Dritte Ausführungsform

Eine dritte Ausführungsform betrifft eine Anwendung der vorliegenden Erfindung auf ein Zentrifugalmikroskop.

Fig. 12A ist eine schematische Darstellung eines Zentrifugalmikroskops, auf das die vorliegende Erfindung angewendet wurde. Gemäß der Darstellung wendet das Mikroskop der vorliegenden Ausführungsform ein Auflicht-Beobachtungssystem an. D. h., ein halbdurchlässiger Spiegel 122 und ein Analysator 123 sind auf der optischen Achse einer Objektivlinse 121 angeordnet. Ein halbdurchlässiger Spiegel 122 und ein Polarisator 124, ein Strahlspreizer 125 und das Lichtausgabeende 127 einer Lichtleitfaser 126 sind auf der optischen Achse b senkrecht zur optischen Achse a angeordnet. Das andere Ende der Lichtleitfaser 126 ist mit einem Impulslaser 128 verbunden. Auf diese Weise ist ein optisches System für die Auflicht-Polarisierungs-Be­ obachtung angeordnet.

Eine Scheibe 129 ist unter der Objektivlinse 121 angeordnet. Bei der Drehung der Scheibe 129 bewegt sich eine Probenkammer 130 durch die optische Achse a der Objektivlinse 121. Zu dem Zeitpunkt, zu dem sich die Probenkammer 130 durch die optische Achse a der Objektivlinse 121 bewegt (der Zeitpunkt ist durch eine Taktsteuerschaltung [nicht gezeigt] gesteuert), gibt der Impulslaser 128 einen Laserlichtstrahl in einer Richtung parallel zur optischen Achse b aus. Der Laserlichtstrahl ist auf den Polarisator 124 und den halbdurchlässigen Spiegel 122 gerichtet.

Der halbdurchlässige Spiegel 122 kann durch ein Spiegelpaar, ein "Bake"-Prisma oder dergleichen ersetzt werden.

Eine Hilfskammer 131 ist in der bezüglich der Drehachse der Scheibe 129 symmetrischen Position zur Probenkammer 130 angeordnet. Aufgrund der symmetrischen Anordnung der Probenkammer 130 und der Hilfskammer 131 zueinander ist die Stabilität der Drehung der Scheibe 129 selbst dann gewährleistet, wenn die Scheibe 129 mit hoher Geschwindigkeit dreht.

Die dritte Ausführungsform verwendet einen Geschwindigkeitsbezeichner 201. Dies ermöglicht die Einstellung der Drehgeschwindigkeit der Scheibe 129 auf einen angemessenen Wert. Genauer gesagt ist der Geschwindigkeitsbezeichner 201 mit einem DIP-Schalter (nicht gezeigt) versehen, und die Drehgeschwindigkeit kann in 64 Schritten variiert werden. Die durch diesen Schalter bestimmte Drehgeschwindigkeit ist durch ein 6-Bit-Signal x bezeichnet, und dieses 6-Bit-Signal x wird an eine Geschwindigkeitssignal-Erzeugungsschaltung 202 geliefert.

Die Geschwindigkeitssignal-Erzeugungsschaltung 202 ist mit einer Scheibendrehungs-Geschwindigkeitentabelle versehen, in der 6-Bit-Signale x mit konkreten Drehgeschwindigkeiten korreliert sind. Wenn beispielsweise vom Geschwindigkeitsbezeichner 201 die Dezimalzahl "32" eingegeben wird, zeigt die Tabelle, daß der hierzu entsprechende Wert dezimal "100" ist. Dieser Wert wird als die Drehgeschwindigkeit (Umdrehungen/Sekunde) der Scheibe 129 verwendet. D. h., ein Ansteuersignal mit 100 Hz wird erzeugt und als Signal c ausgegeben. Fig. 12B zeigt das Signal c.

Auf die oben beschriebene Weise verwendet die dritte Ausführungsform eine FPGA ähnlich derjenigen der ersten Ausführungsform, und die Umdrehungsperiode des bürstenlosen Gleichstrommotors 2 wird durch die Ausführung von Digitalsignalverarbeitung auf ähnliche Weise wie in der ersten Ausführungsform gesteuert.

Fig. 12C und 12D zeigen einen Zustand, in dem die Drehgeschwindigkeit der Scheibe 129 der vom Geschwindigkeitsbezeichner 201 bezeichneten Geschwindigkeit entspricht. Fig. 12C zeigt das Signal c, und Fig. 12D zeigt das dem Signal c in Fig. 12C entsprechende Signal a.

Aufgrund der obenstehend beschriebenen Merkmale stellt die dritte Aus­ führungsform ein Zentrifugalmikroskop zur Verfügung, das nur unter Verwendung eines einfachen Schaltungsmechanismus auf eine angemessene Drehgeschwindigkeit eingestellt werden kann.

Vierte Ausführungsform

Die Anwendung der vorliegenden Erfindung ist nicht auf einen drehenden Körper vom obenstehend beschriebenen Typ beschränkt, sondern auch auf die RGB-Scheibe einer CCD-Kamera anwendbar, die ein Farbbild durch ein Zeitfolgeverfahren ("field sequential system") bildet.

Das Zeitfolgeverfahren unter Verwendung der RGB-Scheibe wird im Detail beschrieben, wobei eine in Fig. 13 dargestellte Bilderfassungsvorrichtung als Beispiel genommen wird. Gleiche Bezugszeichen werden verwendet, um Bestandteilen in der ersten Ausführungsform entsprechende Bestandteile zu bezeichnen, und auf eine detaillierte Beschreibung solcher Bestandteile wird verzichtet.

Die Bilderfassungsvorrichtung 132 weist eine Lampe 141 für die Ausgabe von Beleuchtungslicht 137, einen halbdurchlässigen Spiegel 138 zum Ablenken des von der Lampe 141 ausgegebenen Beleuchtungslichts 137 auf ein Objekt 139 hin, eine Objektivlinse 135 zum Kondensieren des von dem halbdurchlässigen Spiegel 138 abgelenkten Beleuchtungslichts 137 auf der Objektivlinse 135, und eine CCD-Kamera 4 zum Erfassen einer Abbildung von dem Objekt 139 auf. Die CCD-Kamera 4 erfaßt die Abbildung mittels eines halbdurchlässigen Spiegels 138, einer RGB-Scheibe 140 (nachfolgend detailliert beschrieben) und einer Abbildungslinse 134.

Die RGB-Scheibe 140 ist auf der optischen Achse des Beleuchtungslichts 137 angeordnet und durch einen bürstenlosen Gleichstrommotor 2 drehbar.

Ein detaillierter Aufbau dieser RGB-Scheibe 140 ist in Fig. 14A gezeigt.

Wie in Fig. 14A gezeigt ist, sind ein R-Filter 140a, ein G-Filter 140b und ein B-Filter 140c derart angeordnet, daß sie bezüglich des Rotationsmittelpunkts der RGB-Scheibe 140 um 120° voneinander beabstandet sind. Diese Filter 140a bis 140c gestatten den Durchtritt von Lichtstrahlen mit unterschiedlichen Wellenlängen.

Der Umfang der RGB-Scheibe 140 besteht aus drei lichtabschirmenden Abschnitten 140d (d. h. lichtabschirmenden Abschnitten) und drei lichtdurchlässigen Abschnitten 140e (d. h. einem lichtdurchlässigen Abschnitt). Wie die Filter sind die lichtabschirmenden Abschnitte 140d um 120° voneinander beabstandet, wie auch die lichtdurchlässigen Abschnitte 140e.

Von der Innenfläche der Scheibe dienen die Abschnitte außer den Filtern 140a bis 140c als lichtabschirmende Abschnitte.

Abbildungen des Objekts 139 werden von einer CCD-Kamera 4 durch die Aufnahme von darauf einfallenden Lichtstrahlen durch die Filter 140a bis 140c aufgenommen. Die Abbildungen sind in der zeitlichen Aufeinanderfolge intermit­ tierend.

Die Signalleitungen der CCD-Kamera 4 sind mit einem Video-SYNC-Separator 6 sowie einem Bildsynthesizer 133 verbunden. Der Bildsynthesizer 133 kann in der zeitlichen Aufeinanderfolge eingefangene Abbildungen synthetisieren.

Die Drehung der RGB-Scheibe 140 ist derart gesteuert, daß die Bildauf­ nahmeperiode der CCD-Kamera 4 und der Zeitpunkt, an dem der lichtdurchlässige Abschnitt 140e der RGB-Scheibe 140 an einem Lichterfassungselement vorbeiläuft, miteinander synchron sind.

Der Synchronisierungszustand ist in Fig. 14B und 14C gezeigt. Fig. 14B zeigt das Signal c, und Fig. 14C zeigt das dem Signal c entsprechende Signal a. Von der CCD- Kamera eingefangene Abbildungen werden an den Bildsynthesizer 133 geliefert. Durch diesen Bildsynthesizer 133 werden die drei in zeitlicher Abfolge aufgenommenen Abbildungen als eine RGB-Farbabbildung des Objekts 139 synthetisiert.

Bei der obenstehend beschriebenen Bilderfassungsvorrichtung 132 werden die lichtabschirmenden und lichtdurchlässigen Abschnitte 140d bzw. 140e am Umfang der RGB-Scheibe 140 verwendet, um eine Motorsteuerung ähnlich derjenigen der ersten Ausführungsform durchzuführen. Wie bei der ersten Ausführungsform werden daher das Videosignal und die Drehgeschwindigkeit der Scheibe miteinander synchronisiert, ohne von Rauschen oder Drehmomentschwankungen beeinträchtigt zu werden.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die obenstehend genannten Aus­ führungsformem beschränkt. Obgleich die Ausführungsformen im Hinblick auf ein konfokales oder zentrifugales Mikroskop beschrieben wurden, ist die vorliegende Erfindung auf jegliche Apparatur anwendbar, die Abbildungen synchron mit der Drehung eines drehenden Körpers einfängt.

Bei den Ausführungsbeispielen wird als Pinhole-Scheibe eine Scheibe eingesetzt, in der Pinholes in Spiralform ausgebildet sind. Dies ist nicht zwingend. Da die CCD-Kamera und die Scheibe nicht nur im Hinblick auf Geschwindigkeit, sondern auch im Hinblick auf Position auf der Scheibe miteinander synchronisiert sind, kann eine Pinhole-Scheibe wie die in Fig. 15 gezeigte verwendet werden. Diese Pinhole-Scheibe 101 weist einen Pinhole-Abschnitt 101a und einen Fensterabschnitt 101b auf, die in einander gegenüberliegenden Positionen ausgebildet sind. Die Scheibe ist des weiteren mit lichtabschirmenden Abschnitten 101c bzw. 101d zwischen dem Pinhole-Abschnitt und dem Fensterabschnitt ausgebildet. Im Pinhole-Abschnitt 101a sind Pinholes von der Mitte der Scheibe spiralförmig nach außen hin angeordnet. Die Pinholes sind so angeordnet, daß sie die gleichförmige Beleuchtung einer Probe durch Beleuchtungslicht zulassen, wenn die Scheibe zum Abtasten der Probe dreht.

Die Scheibe 101 ist des weiteren an der Außenkante mit einem lichtdurchlässigen Abschnitt 101e und einem lichtabschirmenden Abschnitt 101f ausgebildet, was es einem Photosensor gestattet, die Drehung wie bei der Scheibe 1 zu erfassen.

Die Verwendung dieser Scheibe 101 bei der Geschwindigkeitsregelung gestattet es der CCD-Kamera, in dem geradzahligen Halbbild eines Vollbildes eine Abbildung einzufangen, die dem Pinhole-Abschnitt 101a entspricht, d. h. eine konfokalen Abbildung, sowie in dem ungeradzahligen Halbbild eine Abbildung, die dem Fensterabschnitt 101b entspricht, d. h. eine Hellfeld-Abbildung. Aufgrund der Durchführung der Bildverarbeitung, die die gerad- und ungeradzahligen Halbbilder eines Vollbildes voneinander trennt, werden die konfokale Abbildung und die Hellfeld-Abbildung gleichzeitig auf dem Monitor dargestellt.

Die vorliegende Erfindung ist auch auf eine Vorrichtung anwendbar, bei der eine erste Scheibe mit einem Pinhole-Abschnitt und einem Fensterabschnitt ausgebildet ist, und eine mit einem lichtdurchlässigen Abschnitt und einem reflektierenden Abschnitt ausgebildete zweite Scheibe im Strahlengang angeordnet ist, von wo aus die mittels der ersten Scheibe erhaltene konfokale Abbildung betrachtet werden kann. In diesem Fall kann eine durch den Pinhole-Abschnitt der ersten Scheibe erhaltene konfokale Abbildung durch den lichtdurchlässigen Abschnitt der ersten Scheibe hindurchtreten und wird dann von einer ersten CCD-Kamera eingefangen. Eine durch den Fensterabschnitt der ersten Scheibe erhaltene nicht-konfokale Abbildung wird von dem reflektierenden Abschnitt der zweiten Scheibe reflektiert und dann von einer zweiten CCD-Kamera eingefangen. Die erste wie auch die zweite Scheibe sind wie im Fall der obenstehend erwähnten Scheiben an ihrer Außenkante mit einem lichtdurchlässigen Abschnitt und einem lichtabschirmenden Abschnitt ausgebildet. Die Motoren zum Drehen der ersten und der zweiten Scheibe sind mit der ersten und zweiten CCD-Kamera synchronisiert. Die Effektivität dieser Anordnung unterscheidet sich nicht von derjenigen der obenstehend erwähnten Ausführungsformen.

Bei der vorliegenden Erfindung ist die Scheibenkonfiguration nicht zwingend. Zusätzlich zu den bisher beschriebenen Scheibenkonfigurationen kann jegliche andere Konfiguration angewendet werden. Beispielsweise können Pinholes regellos angeordnet sein. Des weiteren können anstelle von Pinhole-Mustern Linienmuster ausgebildet sein.

Des weiteren muß die Scheibe nicht vom flächigen Typ sein, sondern kann zylinderförmig ausgebildet sein. In diesem Fall ist eine große Anzahl von Pinholes in den Kreisebenen des Zylinders ausgebildet.

Gemäß der obenstehend beschriebenen Erfindung besteht keine Notwendigkeit der Verwendung von Analogschaltungen, da die Regelung der Motorgeschwindigkeit durchgeführt wird, indem die Impulsbreite des Bremssignals variabel gemacht wird. Somit kann die Scheibe mit der Kamera synchronisiert werden, ohne von Rauschen und Schwankungen des Motordrehmoments beeinträchtigt zu werden, die aus der Veränderung der Amplitude von Motoransteuerströmen resultieren.

Zusätzlich kann eine sehr feine Regelung der Motorgeschwindigkeit durchgeführt werden, indem es ermöglicht wird, daß ein Bremssignal einen Abschnitt mit variabler Impulsbreite und einen Abschnitt mit festgelegter Impulsbreite aufweist.

Weitere Vorteile und Modifikationen sind für den Fachmann sofort ersichtlich. Die Erfindung ist daher in ihren weiteren Aspekten nicht auf die hier gezeigten und beschriebenen konkreten Details und repräsentativen Ausführungsformen beschränkt. Es können daher verschiedentlich Modifikationen vorgenommen werden, ohne von dem durch die beigefügten Ansprüche und ihre Äquivalente definierten Grundgedanken oder Rahmen der Erfindung abzuweichen.

Claims (17)

1. Bilderfassungsvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß sie aufweist:
einen drehenden Körper (1) mit einem lichtdurchlässigen Muster (1a);
einen Drehungszustand-Erfassungsmechanismus (3) zum Erzeugen eines Signals, das den Drehungszustand des drehenden Körpers (1) angibt;
einen Bildaufnahmemechanismus (4) zum Aufnehmen einer durch das lichtdurchlässige Muster (1a) übertragenen Abbildung und Liefern eines Bild­ signals;
einen an dem drehenden Körper (1) angebrachten Motor (2) zum Drehen des drehenden Körpers (1) mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit;
einen Motortreiber (9) zum Ansteuern des Motors (2); und
einen Motorkontroller (7), der im Ansprechen auf den Drehungszustand-Er­ fassungsmechanismus (3) ein impulsartiges Bremssignal zum Synchronisieren der Drehung des Motors (2) mit dem Bildaufnahmetakt des Bildaufnahme­ mechanismus (4) an den Motortreiber (9) ausgibt, wobei das Bremssignal zwei Pegel zum Beschleunigen bzw. Verlangsamen des Motors (2) besitzt und seine Impulsbreite variabel eingestellt ist.

2. Bilderfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die durch das lichtdurchlässige Muster (1a) des drehenden Körpers (1) übertragene Abbildung eine konfokale Abbildung ist.

3. Bilderfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Motorkontroller (7) einen Impulsbreiten-Variiermechanismus (74) aufweist, der ein Impulssignal mit einer vorgegebenen Frequenz erzeugt und es ermöglicht, daß das Impulssignal einen Abschnitt aufweist, in dem die Impulsbreite auf einen vorgegebenen Wert festgelegt ist, sowie einen Abschnitt, in dem die Impulsbreite von dem vorgegebenen Wert in ausgewählten Abschnitten davon verschieden ist.

4. Bilderfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie des weiteren einen Phasenlagendetektor (73) aufweist, der die Phasendifferenz zwischen dem Bildsignal und dem den Drehungszustand des drehenden Körpers (1) angebenden Signal erfaßt und diese an den Motorkontroller (7) ausgibt.

5. Bilderfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie des weiteren einen Bremssignalkontroller (74) aufweist, der auf die Frequenz des Bildsignals anspricht, um die Frequenz des Bremssignals zu variieren.

6. Bilderfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie des weiteren einen Bremssignalfrequenz-Kontroller (111) aufweist, der auf die Frequenz des Bildsignals anspricht, um die Frequenz des Bremssignals zu variieren, wobei der Bremssignal-Frequenzkontroller (111) einen Speicher (111a) aufweist, in dem Bildsignalfrequenzen in Bremssignalfrequenzen umgesetzt sind.

7. Bilderfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie des weiteren einen Phasenlagendetektor (73) aufweist, der die Phasendifferenz zwischen dem Bildsignal und dem den Drehungszustand des drehenden Körpers (1) angebenden Signal erfaßt und diese an den Motorkontroller (7) ausgibt, wobei der Phasenlagendetektor (73) und der Motorkontroller (7) als ein einziger Halbleiterchip gefertigt sind.

8. Bilderfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das lichtdurchlässige Muster (140a, 140b, 140c) derart konfiguriert ist, daß es Licht in mindestens zwei Wellenlängenbereichen des Spektrums selektiv überträgt.

9. Bilderfassungsvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß sie aufweist:
einen drehenden Körper (129) mit einem reflektierenden Muster (130);
einen Drehungszustand-Erfassungsmechanismus (3) zum Ausgeben des Drehungszustands des drehenden Körpers (129);
einen Bildaufnahmemechanismus (4) zum Aufnehmen einer von dem reflektierenden Muster (130) reflektierten Abbildung;
einen an dem drehenden Körper (129) angebrachten Motor (2) zum Drehen des drehenden Körpers (129) mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit;
einen Motortreiber (9) zum Ansteuern des Motors (2); und
einen Motorkontroller (7), der im Ansprechen auf den Drehungszustand-Er­ fassungsmechanismus (3) ein impulsartiges Bremssignal zum Synchronisieren der Drehung des Motors (2) mit dem Bildaufnahmetakt des Bildaufnahme­ mechanismus (4) an den Motortreiber (9) ausgibt, wobei das Bremssignal zwei Pegel zum Beschleunigen bzw. Verlangsamen des Motors (2) besitzt und seine Impulsbreite variabel eingestellt ist.

10. Bilderfassungsvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Motorkontroller (7) einen Impulsbreiten-Variiermechanismus (74) aufweist, der ein Impulssignal mit einer vorgegebenen Frequenz erzeugt und es ermöglicht, daß das Impulssignal einen Abschnitt aufweist, in dem die Impulsbreite auf einen vorgegebenen Wert festgelegt ist, sowie einen Abschnitt, in dem die Impulsbreite von dem vorgegebenen Wert in ausgewählten Abschnitten davon verschieden ist.

11. Bilderfassungsvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß sie des weiteren einen Phasenlagendetektor (73) aufweist, der die Phasendifferenz zwischen einem Bildsignal vom Bildaufnahmemechanismus (4) und einem den Drehungszustand des drehenden Körpers (129) angebenden Signal erfaßt und diese an den Motorkontroller (7) ausgibt.

12. Bilderfassungsvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß sie des weiteren einen Bremssignalkontroller (7) aufweist, der auf die Frequenz eines Bildsignals vom Bildaufnahmemechanismus (4) zum Variieren der Frequenz des Bremssignals anspricht.

13. Bilderfassungsvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß sie des weiteren einen Bremssignalfrequenz-Kontroller (111) aufweist, der auf die Frequenz eines Bildsignals vom Bildaufnahmemechanismus (4) zum Variieren der Frequenz des Bremssignals anspricht, wobei der Bremssignal-Frequenzkontroller (111) einen Speicher (111a) aufweist, in dem Bildsignalfrequenzen in Bremssignalfrequenzen umgesetzt sind.

14. Bilderfassungsvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß sie des weiteren einen Phasenlagendetektor (73) aufweist, der die Phasendifferenz zwischen einem Bildsignal vom Bildaufnahmemechanismus (4) und einem den Drehungszustand des drehenden Körpers (129) angebenden Signal erfaßt und diese an den Motorkontroller (7) ausgibt, wobei der Phasenlagendetektor (73) und der Motorkontroller (7) als ein einziger Halbleiterchip gefertigt sind.

15. Bilderfassungsvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das reflektierende Muster (130) eine zu beobachtende Probe ist, wobei die Probe durch die Drehung des drehenden Körpers (129) einer Zentrifugierung unterzogen wird.

16. Verfahren für die Bilderfassung, dadurch gekennzeichnet, daß es die Schritte aufweist:
Drehen eines drehenden Körpers (1) mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit;
Aufnehmen einer durch den drehenden Körper (1) hindurch mittels eines Bildaufnahmemechanismus (4) erhaltenen Abbildung;
Steuern des Drehungszustands des drehenden Körpers (1) durch einen Motorkontroller (7); und
Ausgabe eines Bremssignals zum Synchronisieren der Drehung des Motors (2) mit dem Bildaufnahmetakt des Bildaufnahmemechanismus (4) an den Motorkontroller (7), wobei das Bremssignal zwei Pegel zum Beschleunigen bzw. Verlangsamen des Motors (2) besitzt und seine Impulsbreite variabel eingestellt ist.

17. Verfahren für die Bilderfassung, dadurch gekennzeichnet, daß es die Schritte aufweist:
Aufnehmen einer durch den drehenden Körper (129) hindurch erhaltenen Abbildung bei vorgegebenen Bildaufnahmetakten, wobei der drehende Körper (129) mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit gedreht wird;
Steuern eines Drehungszustands des drehenden Körpers (129) durch einen Motorkontroller (7); und
Steuern des Drehungszustands des drehenden Körpers (129) und des Bildaufnahmetakts durch Anlegen eines binären Bremssignals an den Motor­ kontroller (7), wobei das Bremssignal zwei Pegel zum Umschalten des drehenden Körpers (129) zwischen einem drehenden Steuerungszustand und einem nicht-dre­ henden Steuerungszustand aufweist und seine Impulsbreite variabel ist, wodurch es dem drehenden Körper ermöglicht wird, mit einer angestrebten Drehzahl zu drehen.