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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Mikroskop mit wenigstens zwei
Komponenten sowie eine Verwendung eines derartigen Mikroskops zur
Mikroskopie.
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Allgemeiner Stand der Technik
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Bereits
seit geraumer Zeit hat die Digitaltechnik in der Mikroskopie Einzug
gehalten. Dementsprechend können viele der Vorzüge,
die diese Technik bietet, bei der Arbeit mit Mikroskopen genutzt
werden. Für das breite Anwendungsgebiet der Mikroskopie
sind sowohl Standardprodukte als auch viele spezialisierte Teillösungen
entstanden.
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Digitale
Mikroskopie, insbesondere für automatisierte Mikroskope,
umfasst Mikroskopkomponenten, die in der Regel codiert, regelbar
oder steuerbar sind, eine Einrichtung zur Bildaufnahme, meist eine
Kamera, eine Einrichtung zur Kommunikation zwischen den Einheiten,
ein Steuerprogramm zur Steuerung der Abläufe zum Beispiel
bei der Bildaufnahme und -speicherung sowie eine Applikationssoftware
zur Bildauswertung. Diese Bestandteile werden nachfolgend näher
beschrieben. Hinsichtlich der Gerätestruktur eines motorisierten
Mikroskops sei auch auf die
DE 102 49 177 A1 der Anmelderin verwiesen.
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In
der Mikroskopie wird ein Präparat beleuchtet, um dessen
charakteristischen Merkmale sichtbar zu machen. Es wird dabei zwischen
Auflicht- und Durchlichtbeleuchtung unterschieden. Zusätzlich können
je nach Anwendung unterschiedliche Kontrastiermethoden mit oder
ohne Kontrastfärbung mittels Färbemitteln zum
Einsatz kommen. Übliche Kontrastiermethoden sind Hellfeld,
Dunkelfeld, Fluoreszenz, Phasenkontrast bzw. DIC (differential interference
contrast), Polarisation, TIRF (total internal reflection fluorescence).
Je nach Anwendung werden die verschiedenen Kontrastiermethoden auch
kombiniert eingesetzt.
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Zur
Bilderzeugung der Probe wird bei einem Mikroskop eine Optik mit
fester, stufenweise verstellbarer oder stufenlos verstellbarer Vergrößerung
eingesetzt. In der Regel besitzt ein digitales Mikroskop auch eine
Vorrichtung zur zur Betrachtung des Bildes mit dem menschlichen
Auge mit Hilfe des Okulars. Zur Bildgebung wird das erzeugte Bild
auf den Detektor einer Kamera abgebildet, auf einem Monitor dargestellt
und anschliessend weiterverarbeitet. Typischerweise handelt es sich
bei der Kamera um einen Matrix-Flächendetektor in CCD oder
CMOS Technologie. Durch anschließende Verstärkung,
Filterung (optisch und digital) und Digitalisierung wird das Bild in
ein geeignetes Datenformat zur Weiterverarbeitung, Darstellung oder
Speicherung aufbereitet. Unter Bilddaten wird nachfolgend ein derart
digitalisiertes Bild verstanden. In seltenen Fällen wird
jedoch vollständig auf Okulare verzichtet und das Mikroskop besitzt
nur noch (eine) Vorrichtung(en) zur Bildaufnahme. In allen anderen
Fällen muss die Möglichkeit bestehen, die Lichtmenge
innerhalb der Vorrichtung zur Bilderzeugung auf die verschiedenen
Mikroskopausgänge (Visueller Ausgang, ein oder mehrere
Kameraausgänge) in einem einstellbaren oder festen Verhältnis,
auch gleichzeitig, aufzuteilen. In der Regel besitzt jeder Mikroskopausgang
andere optische Eigenschaften, wobei dann das Mikroskop bzw. die Vorrichtung
zur Bilderzeugung mehrere optische Pfade, die teilweise oder vollständig
getrennt ausgeführt sind, aufweist. Durch gezielte Veränderung
der Einstellungen und Eigenschaften dieser optischen Pfade lassen
sich die optischen Eigenschaften der einzelnen Mikroskopausgänge
einzeln, in Gruppen oder gemeinsam verändern. Hierzu sei
bspw. auf die
DE 103
61 158 A1 der Anmelderin verwiesen.
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Zum
vollständigen Verständnis und der Interpretation
gespeicherter Bilder müssen nebst den Bilddaten auch die
Daten über die Bilderzeugung und die Bildaufnahme und daraus
abgeleitete Werte zur Weiterverarbeitung, Darstellung und Speicherung vorliegen.
Daten über die Bilderzeugung sind beispielhaft: Vergrößerung,
Numerische Apertur, Arbeitsabstand und Brennweite des/der verwendeten Objektiv(e);
Position des Objektivwechslers; Vergrößerung des
Zooms und dessen Bereich; Vergrößerungsfaktor
von zwischengeschaltetem Zubehör (Koaxialbeleuchtung, Vergrößerungswechsler,
etc.); Typ, Vergrößerungsfaktor, Stellung einer
Umschaltvorrichtung für den optischen Ausgang des Tubus; Vergrößerung
und Feldzahl der Okulare; Vergrößerungsfaktor
des/der Videoobjektive(s); Betriebszustände der Beleuchtungsvorrichtung
(Intensität/Helligkeit), Farbtemperatur, Blendenstellungen,
verwendete Spektral-, Polarisations- und Graufilter, Stellung der
Verschlüsse, und Spektral- und Polarisationsfilter bei
der Bilderzeugung. Daraus abgeleitete Größen sind
beispielhaft: optische Auflösung der bilderzeugenden Optik,
Bildfeldgröße, Objektfeldgröße, Schärfentiefe
und Perspektive bei Stereomikroskopen. Daten der Vorrichtung zur
Bildaufnahme sind beispielhaft: die digitale Auflösung
des Flächendetektors, elektronische Verstärkung,
Größe des Detektors, Betriebsmodus (Binning/High
sensitivity Binning, etc.), Belichtungszeit, Farbsättigung.
Auch Angaben über die Position des Präparats zum
Mikroskop sind bedeutsam. Typische Informationen dieser Art sind
die laterale Position des dargestellten Probenbereichs relativ zur
optischen Achse (z. B. bei der Verwendung eines XY-Tisches) und
die axiale Position des dargestellten Probenbereichs relativ zur
Fokusebene. Zudem ist es oft hilfreich, Informationen über
die Konfiguration und Betriebszustände des Mikroskops zusammen
mit den Bilddaten in einem sogenannten Bilddatensatz permanent vorliegend
zu haben.
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Zur
Detektion dieser Zustände und zur Berechnung der Informationen
werden bei einem motorisierten und codierten Mikroskopen in den
Mikroskopkomponenten Positions- und Bewegungssensoren mit entsprechender
Auswerteelektronik eingesetzt. Typischerweise sind dies Impulsgeber,
Lichtschranken, Magnetsensoren, Potentiometer oder Schrittzähler
von Schrittmotoren. In der
DE
102 49 904 A1 der Anmelderin wird die Verwendung von Transpondern
zur Detektion der Zustände, in diesem Fall von Filtern,
beschrieben. Auch der Zustand der Vorrichtung zur Bildaufnahme kann
von der Steuerelektronik mittels entsprechender Software ausgelesen
und eingestellt werden. Im Fall eines rein manuellen Gerätes
können diese Zustände und Informationen durch
Benutzereingaben erfasst werden. Für umfangreiche Anwendungsgebiete
der digitalen Mikroskopie ist es zudem möglich, weitere
Zusatzinformationen zum Präparat oder im Zusammenhang mit der
Bildaufnahme zu erfassen. Diese können durch den Bediener
beispielhaft manuell eingegeben, eingescannt (z. B. mit Barcode
Leser oder Transponder) oder in Form von Tonaufzeichnungen vorliegen
(Bezeichnung des Präparates, Name des Patienten, Diagnose, etc.)
oder automatisch gespeichert werden (Datum und Zeit der Bildaufnahme,
Name des Benutzers, etc.).
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Durch
Anzeige der in vorangehenden Abschnitten beschriebenen Informationen über
die Bilderzeugung und Bildaufnahme wird dem Benutzer ermöglicht,
gezielt Änderungen vorzunehmen, damit das gewünschte
Resultat bei der Bilderzeugung und der Bildaufnahme erreicht wird.
Diese Änderungen können durch entsprechende Bedienelemente
am Mikroskop (Drehknöpfe, Schieber, Schalter, Druckknöpfe,
Drehräder, Verstellhebel, berührungsempfindliche
Anzeigeelemente, etc.) vorgenommen werden. Diese Bedienelemente
können eine direkte mechanische Verstellung bewirken. Ebenso
können diese Bedienelemente mit Sensoren ausgestattet sein und
in einer integrierten oder externen Bedieneinheit untergebracht
werden. Die Signale dieser Sensoren werden aufbereitet und an die
entsprechenden Stellglieder (Gleichstrom-, Wechselstrom- oder Schrittmotoren,
elektronische Schalter, elektro-mechanisch betriebene Hebel und
Zylinder, Piezosteller, etc.) weitergeleitet, um die Einstellung
oder den Betriebszustand des Mikroskops entsprechend den Eingaben des
Benutzers anzupassen. In diesem Fall spricht man von einem teilweise
oder vollständig motorisierten Mikroskop. Nebst den Bedienelementen
können auch andere Komponenten des Mikroskops die Einstellungen
oder den Betriebszustand einer Komponente verändern.
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Ein
typisches Beispiel hierzu ist die automatische Helligkeitsanpassung
der Beleuchtungsvorrichtung mittels Veränderung der Intensität/Helligkeit, Blendenstellungen
oder Graufiltern bei veränderter Einstellung der Vorrichtung
zur Bilderzeugung (veränderte Vergrößerung,
Blendenstellung, Numerische Apertur, Filter, etc.) (vgl.
DE 10 2004 056 685
A1 und
DE
10 2006 022 073 A1 der Anmelderin). Diese automatische
Helligkeitsanpassung hat zum Ziel, dass das erzeugte Bild mit möglichst
konstanter Helligkeitsverteilung vorliegt, wobei in der Regel die
mittlere Helligkeit über das Bild maßgebend ist.
Für die Steuerung der Beleuchtungsvorrichtung sind zwei Vorgehensweisen
bekannt.
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Zum
einen kann die aktuelle Helligkeit detektiert werden (z. B. mit
dem Flächendetektor in der Vorrichtung zur Bildaufnahme
oder einem Punktdetektor in der Vorrichtung zur Bilderzeugung).
Anhand dieses aktuellen Helligkeitswertes kann bestimmt werden,
wie die Eigenschaften der Beleuchtungseinheit verändert
werden müssen, um den gewünschten Helligkeitswert
zu erreichen.
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Die
zweite Vorgehensweise besteht darin, die aktuellen optischen Eigenschaften
der Vorrichtung zur Bilderzeugung aufgrund ihrer Zustände
und Einstellungen zu verwenden, um die theoretisch vorliegenden
Helligkeitswerte der Bilddaten oder andere geeignete Hilfswerte
zu berechnen. Anschließend können aufgrund der
vorliegenden Abweichung zur gewünschten Helligkeit bzw.
zu dessen Hilfswert die notwendigen Einstellungen an der Vorrichtung
zur Bilderzeugung automatisch vorgenommen werden.
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Anstelle
einer automatischen Einstellung kann bei beiden Vorgehensweisen
auch dem Benutzer mitgeteilt werden (visuell, akustisch, etc.),
wie die Vorrichtung zur Bilderzeugung eingestellt werden muss, um
die gewünschte Helligkeitswerte der Bilddaten zu erreichen.
Anstelle der Bilddaten kann bei beiden Vorgehensweisen auch das
visuelle Bild des Betrachters verstanden werden. Die Vorgabe des
gewünschten Helligkeitswertes kann wiederum fest eingestellt
oder durch den Bediener mittels Eingabevorrichtung (Bedieneinheit
oder PC) veränderbar ausgeführt sein. Im gleichen
Maß wie die Veränderung der Einstellungen der
Beleuchtungsvorrichtung zur Helligkeitsanpassung verwendet werden
kann, ist dies auch mit den Einstellungen der Vorrichtung zur Bildaufnahme
(z. B. Belichtungszeit, Verstärkung, Aufnahmemodus) und
der Bilderzeugung (z. B. Blenden, Graufilter) möglich.
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Ein
weiteres Beispiel, wie die Eigenschaften der Komponenten eines digitalen
Mikroskops gegenseitig automatisch eingestellt werden können,
ist die Abhängigkeit der Verfahrgeschwindigkeit eines XY-Tisches
von der Objektfeldgröße der Vorrichtung zur Bilderzeugung.
Hierzu wird die Veränderung der Objektfeldgröße,
typischerweise durch Veränderung der Vergrößerung, überwacht
und bei kleinem Objektfeld eine kleine Geschwindigkeit, sowie bei
großem Objektfeld eine größere Geschwindigkeit
verwendet. Die Abhängigkeit der Geschwindigkeit von der
Objektfeldgröße kann dabei linear, quadratisch, exponentiell,
logarithmisch oder gemäß einer anderen mathematischen
Funktion sein.
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Eine ähnliche
Abhängigkeit besteht auch zwischen der Schärfentiefe
der Vorrichtung zur Bilderzeugung und der Verfahrgeschwindigkeit
des Fokussiertriebs. Durch gezielte Veränderung der Geschwindigkeit
kann der Bedienkomfort beim Fokussieren wesentlich gesteigert werden.
In der gleichen Art kann auch die Empfindlichkeit der Bedienelemente
zur Steuerung der Bewegung des XY-Tisch und des Fokussiertriebs
beeinflusst werden. Je nach Anwendung ist es auch notwendig, diese
automatische Anpassung der Ge schwindigkeiten auszuschalten um zum
Beispiel mit einer konstanten Geschwindigkeit zu fahren, z. B. zur
groben Navigation oder zur Be- und Entladung des Probentisches.
Die Umschaltung dieser Betriebsmodi (automatische Geschwindigkeit,
feste bzw. einstellbare Geschwindigkeit) kann typischerweise durch
Betätigung eines Bedienelementes durch den Bediener vorgenommen
werden oder Bestandteil eines festen Bedienablaufes sein.
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Aufgrund
neuer Funktionalität oder Fehlerbehebung in der Software
einer oder mehrerer Komponenten des Mikroskops kann die Aktualisierung der
Software dieser Komponente(n) notwendig sein. Durch Überprüfung
der Version jeder Komponente des Mikroskop durch eine andere Komponente
oder durch eine Bediensoftware auf dem PC wird festgestellt, bei
welcher Komponente die Software aktualisiert werden muss, um die
optimale bzw. neue Funktionalität zu garantieren. Die Überprüfung
kann dabei zum Beispiel Bestandteil des Startvorgangs sein, periodisch
ausgeführt werden oder auf Anfrage des Benutzers durchgeführt
werden. Durch Anzeige der Software-Version jeder Komponente des
Mikroskops kann zudem der Benutzer entscheiden, ob eine Aktualisierung
nötig bzw. möglich ist. Eine weitere Möglichkeit
zur Überprüfung der Aktualität der Software-Version
besteht in Form der Verwendung eines zentralen Software-Verzeichnisses.
Dieses kann sich zum Beispiel auf einem an das Mikroskop angeschlossenen
PC oder auf einem Web-Server des Herstellers des Mikroskops oder
bei einem durch den Hersteller autorisierten Drittanbieter befinden.
Bei vorhandener Internet Verbindung können die Software-Versionen
somit mittels dieses Web-Servers überprüft und
ggf. aktualisiert werden. Für diese Aktualisierung sind
verschiedene Vorgehensweisen denkbar. Eine sichere Mög lichkeit
ist die Übertragung der Software vom Software-Verzeichnis
in einen geschützten Bereich des Programmspeichers des
Prozessors der zu aktualisierenden Komponente. Da diese Übertragung über
einen seriellen Bus geschehen kann, dauert der Vorgang einige Sekunden
bis Minuten. Erst als letzter Schritt wird die Software in den durch
den Prozessor für die Anwendungs-Software verwendeten Bereich
kopiert. Dieser Vorgang kann in der Regel sehr schnell durchgeführt
werden. Diese Vorgehensweise bietet den Vorteil, dass eine Unterbrechung
während der Übertragung vom Software-Verzeichnis
keinen Einfluss auf die Funktionalität der Komponente hat.
Eine Unterbrechung kann dabei durch den Benutzer oder durch eine
Unterbrechung der Stromversorgung geschehen. Beim anschließenden
erneuten Startvorgang der Komponente wird die noch nicht aktualisierte
Originalkopie der Software verwendet. Der Startvorgang kann auch
die Konsistenzprüfung der Anwendungs-Software enthalten.
Bei fehlgeschlagener Prüfung kann der Bediener informiert
werden und/oder versucht werden, die ursprünglich für
die Aktualisierung der Software im geschützten Bereich
des Programmspeichers vorliegende Kopie der Software zur Wiederherstellung zu
verwenden.
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Aufgrund
funktioneller oder sicherheitstechnischer Anforderungen können
sich verschiedene Betriebszustände unterschiedlicher Mikroskopkomponenten
auch gegenseitig ausschließen. Ein Beispiel für
eine sicherheitstechnische Anforderung ist, dass sich der Verschluss
einer Beleuchtungsvorrichtung für die Fluoreszenz nicht öffnen
lassen darf, solange kein Emitterfilter im Strahlengang liegt. Hierzu wird
beispielhaft auf die
DE
102 49 904 B4 der Anmelderin verwiesen. Aus funktionellen
Gründen können zum Beispiel auch gewisse Stellungen
des Objektivwechslers ausgeschlossen werden, wenn ein bestimmtes
Kontrastierverfahren ausgewählt wird. Typischerweise ist
dies bei DIC (”Differential Interference Contrast”)
der Fall.
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Üblicherweise
kann durch die Auswahl eines Kontrastierverfahrens auch die Veränderung
der Eigenschaften anderer Komponenten des Mikroskops ausgelöst
werden. Zum Beispiel können Blenden- und Verschlusseinstellungen
entsprechend eingestellt werden oder Verschlüsse anderer,
für dieses Kontrastierverfahren nicht benötigter
Beleuchtungsvorrichtung geschlossen werden. Für bestimmte Kontrastierverfahren
werden zudem Filter in die Vorrichtung zur Bilderzeugung eingefügt
oder aus dieser entnommen. Zum Beispiel werden für die
Polarisation benötigte Polarisations- und Analysefilter
automatisch eingefügt.
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Nebst
diesen beiden Gründen für die gegenseitige Beeinflussung
der Betriebszustände der Komponenten eines Mikroskops gibt
es auch Gründe, die in der jeweiligen Anwendung des Mikroskops
liegen. So werden zum Beispiel Durchlichtbeleuchtungen und Fluoreszenzbeleuchtungen
oft im schnellen Wechsel betrieben. Es ist also durchaus sinnvoll, dass
sich bei der Betätigung des Bedienelementes für
das Öffnen und Schließen eines der beiden Verschlüsse
der Verschluss der anderen Beleuchtungsvorrichtung im Wechseltakt
oder Gleichtakt öffnet oder schließt. Anstelle
der Verschlüsse können auch die Lampen im gleichen
Sinn betätigt werden.
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Um
die gegenseitige Beeinflussung zu ermöglichen, werden zentrale
oder teilweise bzw. vollständig verteilte Anzeige-, Bedien-,
Auswerte- und Steuereinheiten vorausgesetzt.
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Im
letzteren Fall geschieht die Kommunikation typischerweise über
eine elektronische Kommunikationsschnittstelle (RS-232, RS-422,
CAN, IEEE 1394, USB, Ethernet, Bluetooth, WLAN, etc.), wie es bspw.
auch in der
DE 102
49 177 A1 der Anmelderin beschrieben ist. Dabei überwiegen
bei einem verteilten System die Vorteile eines Bussystems. Wesentlicher
Vorteil ist, dass eine Komponente des Mikroskops eine Änderung
der Betriebszustände oder der Eigenschaften von sich aus
auf dem Bus aussenden kann. Jede andere Komponente (Bedien-, Auswerte- und
Steuereinheiten) kann diese Änderung erfassen und weiterverarbeiten.
Im Fall einer Anzeigeeinheit kann dies die Aktualisierung der Anzeige
sein. Die Steuereinheit kann damit die Parameter für die
Steuerung anpassen (z. B. Geschwindigkeitsanpassung des Fokussiertriebs
bei geänderter Objektfeldgröße). Bei
einer Bedieneinheit kann dadurch die Empfindlichkeit der Bedienelemente
angepasst werden. Das zur Kommunikation verwendete Protokoll kann
nebst einer Kennung zur Identifikation des Absenders auch eine Kennung
zur Identifikation des Empfänger oder der Empfängergruppe
enthalten. Damit können auf dem Bus gesendete Nachrichten
gezielt adressiert werden. Dies verhindert, dass eine Komponente
unnötig Rechenleistung für die Verarbeitung nicht
relevanter Nachrichten einsetzen muss. Ist das Protokoll für
die Abfrage von Eigenschaften und Zuständen für alle
Komponenten vereinheitlicht, können mit einer Anfrage alle
Komponenten oder Gruppen von Komponenten angefragt werden. Zum Beispiel
kann durch Aussenden einer Anfrage, die an alle Komponenten adressiert
ist, die Kennung (Name) jeder Komponente angefordert werden. Jede
Komponente antwortet eigenständig auf diese Anfrage.
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Es
ist eine Vielzahl von Möglichkeiten denkbar, wie die zu
den Bilddaten soweit beschriebenen Information verwendet werden
können. Eine naheliegende Form der Verwendung ist die Darstellung
der Informationen. Die Darstellung auf einer Anzeige (PC Bildschirm,
Anzeige am Mikroskop, externe Anzeige) kann dabei gleichzeitig oder
unabhängig von den Bilddaten geschehen. Dabei ist eine
Darstellung mittels einer fest vorgegebenen oder für einen
oder mehrere Benutzer frei konfigurierbaren Bildschirmmaske (Formular,
Liste, Tabelle, Baumstruktur) möglich. Ebenso können
die Informationen zu einem oder mehreren Bilddatensätzen
gleichzeitig dargestellt werden. Bekannt ist auch die Verwendung
von Vorschaubildern niedriger Auflösung, Listen-, Tabellen oder
als Baumstruktur von einzelnen Informationen mehrerer Bilddatensätze
und Anzeige der vollständigen Bilddaten bzw. Information
nach der Auswahl mittels dieser Vorschaubildern, Listen-, Tabelleneinträgen
oder Einträgen in der Baumstruktur. Für die Anzeige
dieser Vorschaubilder, Listen oder Tabellen könnten auch
Filter auf einzelne Informationen angewendet werden, wie sie aus
der Datenbanktechnik hinreichend bekannt sind. Zudem ist auch bekannt, dass
die Informationen und Bilddaten an vordefinierte Berichtsvorlagen übergeben
werden können (z. B. Microsoft Word Vorlagen). Dies kann
wiederum in fest vorgegebener Art und Weise oder durch den Benutzer
konfigurierbar ausgeführt sein. Dabei können die
Berichtsdaten eingebettet oder nur referenziert werden. Letzterer
Ansatz hat den Vorteil, dass keine Daten dupliziert werden und die Änderungen
sofort an jeder Stelle, an der sie verwendet oder dargestellt werden,
aktualisiert sind.
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Die
Eigenschaften und Betriebszustände der Vorrichtung zur
Bilderzeugung und Bildaufnahme können sowohl gemeinsam
mit den zugehörigen Bilddaten oder ohne Bilddaten gespeichert
werden. Im letzteren Fall kann die Speicherung in einer Komponente
oder verteilt in den einzelnen Komponenten erfolgen (z. B. Tischposition
im Tisch, Position des Fokussiertriebs in der Fokussiervorrichtung,
etc.) und mittels gemeinsamer Referenz (z. B. Speicherplatz Nummer)
logisch verknüpft sein. Die so gespeicherten Werte können
einem Bedienelement (Druckknopf, Drehknopf, Schalter, Drehrad, berührungssensitives
Anzeigeelement, etc.) des Mikroskops oder einer PC Software zugeordnet
werden oder als Auswahlliste verfügbar sein. Durch Betätigung
des Bedienelementes oder Auswahl eines Eintrags in dieser Auswahlliste
werden die gespeicherten Eigenschaften und Betriebszustände
in den Komponenten des Mikroskops eingestellt. Dabei können
durch wiederholtes Betätigen des Bedienelementes die Eigenschaften
und Betriebszustände eingestellt werden, die als nächstes
referenziert werden (z. B. die jeweils nächste Speicherplatz
Nummer). Zudem ist auch bekannt, dass die wiederherzustellenden
Eigenschaften und Betriebszustände anhand der dazugehörigen Bilddaten
ausgewählt werden (vgl. hierzu die
DE 10 2005 053 703 A1 der
Anmelderin).
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Aufgrund
von sicherheitstechnischen Anforderungen oder Anforderungen der
Anwendung können einzelne dieser Eigenschaften und/oder
Betriebszustände von diesem Wiederherstellungsvorgang ausgenommen
werden. Zum Beispiel kann die Position der Fokussiervorrichtung
bei der Wiederherstellung ignoriert werden, um einer allfälligen
Kollision mit dem Präparat vorzubeugen. Ebenso kann aufgrund
der Anforderung der Anwendung das Öffnen des Fluoreszenz- Verschlusses
ignoriert werden, um das Ausbleichen des Präparates zu
verhindern.
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Bekannt
ist auch, dass dem Bild in mindestens einem Mikroskopausgang zusätzliche
Informationen künstlich überlagert werden. Im
einfachsten Fall sind dies Strichplatten mit einem festen Muster. Neuere
Vorrichtungen ermöglichen auch die Überlagerung
veränderbarer Information. Dies kann im Durchlichtverfahren
mittels Flüssigkristallanzeige (ohne Hintergrundbeleuchtung)
geschehen. Dabei wird durch die gezielte Ansteuerung einzelner Bildpunkte
das Bild lokal abgedunkelt und es können Informationen
als Schattenbild eingeblendet werden. Ebenso ist eine selektive
Einspiegeln von Bildpunkten mittels homogen ausgeleuchteter Mikrospiegelmatrix
möglich. Nebst den bereits bekannten Strichmustern in veränderbarer
Größe können dies Messbalken mit einer
auf das Objektfeld abgestimmten Skalenteilung sein. Zur Überlagerung
der Bilder mit Messbalken sei auf die
DE 102 26 275 A1 der Anmelderin
und zur Größenkalibrierung einer Kamera sei auf
die
DE 102 42 628
A1 der Anmelderin hingewiesen.
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Ebenso
können Informationen und Betriebszustände der
Vorrichtungen zur Bilderzeugung und Bildaufnahme sowie der Beleuchtungsvorrichtung(en)
dargestellt werden. Eine durch den Benutzer frei konfigurierbare
sowie eine fest vorgegebene Darstellung der Information ist bekannt.
Ebenfalls bekannt ist, dass bei der Darstellung der Bilddaten (z.
B. auf einem PC mit geeigneter Software) weitere Informationen eingeblendet
werden können. Nebst den Betriebszuständen und
Eigenschaften der Vorrichtungen zur Bilderzeugung und -aufnahme
können dies auch die vorgängig beschriebenen,
durch den Benutzer frei bestimmbaren Daten sein. Durch die in der
Regel höhere Auflösung der Bilddaten-Anzeige im
Vergleich zur Einspiegelung in die Vorrichtung zur Bilderzeugung
können die Informationen bei der Bilddaten-Anzeige komplexer
bzw. umfangreicher sein. Handelt es sich bei der Bilddaten-Anzeige
um eine Livebild-Anzeige können die angezeigten Informationen
bei geändertem Inhalt aktualisiert werden. So kann zum
Beispiel die Skalierung der Bilddaten in Bezug auf das Objektfeld
oder die Länge eines Messbalkens bei Veränderung
der Vergrößerung oder des Modus der Vorrichtung
zur Bildaufnahme angepasst werden. Damit kann zum Beispiel ein Objekt
im Objektfeld direkt bei der Live-Anzeige der Bilddaten vermessen
werden. Handelt es sich beim Objekt um einen Maßstab bekannter
Länge, kann dieser auch zur Bestimmung eines Korrekturwertes
verwendet werden. Dieser Korrekturwert kann dann für die
Anpassung an die tatsächliche Objektfeldgröße
verwendet werden. Ebenso kann die Live-Anzeige der Bilddaten mit
speziell auf das Objekt angepassten Strichmasken (Nominalwerte und/oder
Toleranzen) auch als Lehre verwendet werden. Die so eingeblendeten
Informationen können als getrennte Objekte gespeichert
werden. In diesem Fall ist ein Ein- und Ausblenden von einzelnen,
Gruppen von Informationen oder allen Informationen jederzeit möglich.
Ebenso ist eine nachträgliche Änderung der Informationen
dadurch möglich. Es kann die Änderung der Betriebszustände
und der Eigenschaften der Vorrichtung zur Bilderzeugung und -gebung
unterdrückt werden, um unzulässige oder unbeabsichtigte
Manipulation zu verhindern. Es lassen sich in diesem Fall nur noch einzelne
oder alle durch den Benutzer frei definierbare Daten ändern.
In einem weiteren Anwendungsfall können die Informationen
in die Bilddaten eingebettet werden. Somit können die Informationen
nachträglich nicht mehr verän dert werden. Dies
bietet zudem den Vorteil, dass die Bilddaten zusammen mit den Zusatzinformationen
in einer Standard-Software ohne Wissen über die Form und
den Inhalt der Zusatzinformationen betrachtet werden können.
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Einige
Anwendungen in der Mikroskopie erfordern die Kombination von Bilddaten,
die unter verschiedenen Eigenschaften und Betriebszuständen der
Vorrichtung zur Bilderzeugung und/oder Bildaufnahme erzeugt wurden.
Zum Beispiel werden Bilddaten von zwei oder mehr Fluoreszenzaufnahmen
mit Anregungs- bzw. Betrachtungsfiltern bei verschiedenen Wellenlängen
zur Anzeige oder Speicherung überlagert. Zur Überlagerung
können die einzelnen Bilddaten nachträglich eingefärbt
werden. Dadurch können die Unterschiede der charakteristischen Merkmale
des Präparates zusätzlich verstärkt werden.
Bei der Überlagerung kann der anteilige Beitrag der Helligkeit
der Einzelbilder zur Helligkeit eines Bildpunktes des überlagerten
Bildes durch einen Mischfaktor durch den Bediener beeinflusst werden.
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Viele
der angesprochenen Themen sind in den User Manuals der Leica Applikationssoftware behandelt,
worauf hier ausdrücklich verwiesen werden soll. Es sind
dies die Schriften Online Hilfe LAS EZ und Online Hilfe LAS. Die
Schriften werden mit momentan erhältlichen Mikroskopen
der Anmelderin ausgeliefert. Die Beschreibungen zum Leica LAS Modul
sind in den Dateien
P2943_Leica_Help_LAS_Module.pdf,
P2943_Leica_Help_LAS_Application.pdf,
P2943_Leica_Help_LAS_Core.pdf
und
P2943_Leica_Help_LAS_EZ.pdf
gespeichert und unter
der Internetadresse ftp://patdoc:leica@ftp.leica.de/Patdoc/ allgemein
zugänglich hinterlegt. Der angegebene Link soll den Einschluss dieser
Schriften in der vorliegenden Anmeldung ersetzen.
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Näherer Stand der
Technik
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Mittels
eines XY-Tisches kann der durch die Vorrichtung zur Bilderzeugung
und -aufnahme in Form von Bilddaten erfasste Objektbereich verfahren werden.
Durch beidseitiges oder einseitiges Abfahren des gesamten Präparates
und anschließendes Zusammensetzen der jeweils aufgenommenen
Einzelbilder zu einem Gesamtbild kann der Objektbereich der Vorrichtung
zur Bilderzeugung künstlich vergrößert
werden. Das Zusammensetzen kann aufgrund der Positionsdaten vom
XY-Tisch des in den Bilddaten sichtbaren Objektbereichs geschehen. Dies
setzt einen XY-Tisch mit relativ hoher Genauigkeit voraus. Ebenso
kann das Gesamtbild nebst der Verwendung der Positionsdaten zusätzlich
anhand charakteristischer Merkmale des Objektes in den Bilddaten
der Einzelbilder durch gegenseitigen Vergleich zusammengesetzt werden.
Dies ist allerdings nur möglich, falls diese charakteristischen
Merkmale auch mit genügendem Kontrast in den Bilddaten
vorliegen. Durch Erfassung von Bilddaten desselben Objektbereichs
bei unterschiedlicher Fokussierung kann anschließend jeder
Teilbereich des Objektbereichs mit der höchsten Bildschärfe
bestimmt werden. Durch Kombination dieser Teilbereiche entstehen
Bilddaten die das Präparat im ganzen Objektfeld mit bestmöglicher
Fokussierung zeigen.
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In
der Regel werden die Bildfolgen für diese Vorgänge
durch Anfahren einer bestimmten Position, Anhalten an dieser Position
und Bildaufnahme durch die Vorrichtung zur Bildaufnahme erzeugt.
Ebenso ist bekannt, dass bei kontinuierlicher Verstellung der Position
und Verwendung eines geeigneten Synchronisationssignals für
die Vorrichtung zur Bildaufnahme die Bildfolge erzeugt wird. Auch
ist bekannt, dass bei konstanter Bildaufnahmefrequenz der Vorrichtung zur
Bildaufnahme die Geschwindigkeit der Positionsverstellung so angepasst
wird, dass sich die Einzelbilddaten geeignet überlappen
oder aneinandergereiht sind.
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Ein
komplexer Bildaufnahmevorgang in der Mikroskopie kann zum Beispiel
das Erfassen eines Bildstapels in axialer Richtung für
mehrere Positionen des Objekttisches umfassen. Aus jedem Bildstapel
wird dabei ein Bild erzeugt, das jeden Teil des jeweiligen Objektbereichs
im Fokus zeigt. Dieses Bild wird auch Multifokusbild genannt (vgl.
hierzu
EP 02 777 053.6 der
Anmelderin). Dies wird erreicht, indem jedes Einzelbild im Bildstapel
auf Bereiche untersucht wird, die sich im Fokus befinden. Diese
Bereiche werden anschließend zu einem Bild kombiniert. Nachdem
für jeden Bildstapel bei einer Position des Objekttisches
dieses Multifokusbild erzeugt wurde, können diese zu einem
Großflächenbild des Objektes kombiniert werden.
Dieses Bild zeigt ein Vielfaches des Objektfeldes bei gleichzeitig
hoher Auflösung. Der Bildaufnahmevorgang besteht üblicherweise
aus dem Anfahren einer Position mit dem Objekttisch, dem Stoppen
an dieser Position, Aufnehmen des Bildstapels und Anfahren der nächsten
Position, bis der vorgewählte Objekttischbereich abgefahren ist.
Dazu sendet der PC nach erfolgter Bilderfassung des Einzelbildes
ein Steuersignal, damit der Fokusantrieb den nächsten Schritt
in axialer Richtung ausführen kann bzw. der Antrieb des
Tisches an die nächste Position fahren kann. Dies wird
für den voreingestellten Fokussierbereich (Objekthöhe)
von einer ersten bis zu einer zweiten Extremposition wiederholt.
Die Erfassung eines Einzelbildes mit der Vorrichtung zur Bildaufnahme
und die anschließende Übertragung der Bilddaten
beinhaltet jeweils eine Initialisierungsphase, die bei einer Vielzahl
von Bildern im Bildstapel den Vorgang maßgeblich verlangsamen.
Ebenso verlangsamt das mehrfache Abfahren des Fokussierbereichs
und das Anfahren und Abbremsen bei jeden Schritt den Bildaufnahmevorgang.
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Neuere
Vorrichtungen an Mikroskopen erlauben ein kontinuierliches Verfahren
des Fokussierantriebes bei gleichzeitiger kontinuierlicher Erfassung der
Bilddaten mit höchstmöglicher Geschwindigkeit (”free-running
mode”). Durch Aussenden eines Triggersignals der Kamera
an den Fokussiertrieb kann dieser exakt während der Belichtung
des Bildsensors die Position speichern, damit diese später
den entsprechenden Bilddaten zugeordnet werden kann. Dabei ist die
Verfahrgeschwindigkeit des Fokussiertriebs so zu wählen,
dass zwei aufeinanderfolgende Bilder jeweils ein Bild eines sich
angrenzenden Schärfentiefenbereichs zeigen. Zudem muss
die Belichtungszeit des Bildsensors genügend kurz eingestellt
sein, so dass sich die Fokussierung für jeden Bildpunkt
während der Belichtung nicht ändert. Diese Vorrichtung
eliminiert die Zeit zur Initialisierung für die Aufnahme
der Bilddaten der Einzelbilder und die Verzögerung beim
Anfahren und Abbremsen für jeden Schritt. Bestehen bleibt
der Nachteil, dass der Objekttisch zum Anfahren jeder lateralen
Position beschleunigt und wieder abgebremst werden muss. Dies kann
sich bei kleinem Objektfeld und einem großen abgefahrenen Objekttischbereich
maßgeblich auf die totale Aufnahmezeit auswirken.
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Aufgabe vorliegender Erfindung
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Es
stellt sich daher die Aufgabe, ein Mikroskop mit Mikroskopkomponenten
und eine entsprechende Verwendung dieses Mikroskops anzugeben, das
die genannten Nachteile nicht mehr aufweist.
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Erfindung und Vorteile
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Erfindungsgemäß wird
ein Mikroskop umfassend wenigstens zwei Komponenten vorgeschlagen, wobei
jede der wenigstens zwei Komponenten wenigstens eine zumindest als
Eingang und Ausgang konfigurierbare Triggerschnittstelle aufweist.
Weiterhin wird ein Verfahren zur Mikroskopie gemäß Patentanspruch
12 vorgeschlagen. Es sei klargestellt, dass unter dem hier verwendeten
Begriff ”Mikroskop” auch sog. Makroskope sowie
Systeme zu verstehen sind, die ein Mikroskop bzw. Makroskop enthalten.
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Jede
Triggerschnittstelle ist erfindungsgemäß grundsätzlich
als Eingang bzw. Ausgang konfigurierbar, d. h. weist beide Konfigurationsmöglichkeiten
auf, wobei zu einem Zeitpunkt höchstens eine der Konfigurationsmöglichkeiten
aktiv ist. Der Mikroskopbediener hat somit die Möglichkeit,
jede der Komponenten bzw. deren Triggerschnittstellen den momentanen
Anforderungen entsprechend als Eingang oder als Ausgang zu konfigurieren,
wobei weitere Konfigurationsmöglichkeiten im Rahmen der
Erfindung liegen.
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Mit
der erfindungsgemäßen Lösung ist eine flexible
Konfiguration des Mikroskops auf unterschiedlichste Anforderungen
möglich.
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Es
bietet sich an, auch einen PC mit einer derartigen Triggerschnittstelle
auszustatten und mit dem erfindungsgemäßen Mikroskop
zu verbinden. Auf diese Weise kann die Konfiguration und Steuerung
des Mikroskops vereinfacht werden.
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Zweckmäßigerweise
ist wenigstens eine Triggerschnittstelle der wenigstens zwei Komponenten
abschaltbar bzw. inaktiv konfigurierbar ausgebildet. Ist eine Triggerschnittstelle
inaktiv konfiguriert, ist sie somit weder als Eingang noch als Ausgang konfiguriert.
Auf diese Weise sind insbesondere alle Komponenten eines Mikroskops
mit Triggerschnittstellen ausstattbar, wobei weiterhin jede beliebige Gesamtkonfiguration
des Mikroskops in Abhängigkeit vom beabsichtigten Verwendungszweck
für den Bediener einstellbar bleibt.
-
Vorteilhafterweise
sind die Triggerschnittstellen der wenigstens zwei Komponenten über
eine erste Datenverbindung. verbunden. Die erste Datenverbindung
wird im weiteren als Triggerbus, Synchronisationsbus oder Signalbus
zur Synchronisation bezeichnet. Die erste Datenverbindung kann insbesondere
wenigstens zwei elektrische Datenleitungen bzw. eine elektrische
Datenleitung mit gemeinsamer Bezugsmasse aufweisen. Sie kann ebenso
als optische Datenleitung oder als Funkübertragungsstrecke ausgebildet
sein.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform ist von einer als Ausgang konfigurierten
Triggerschnittstelle einer Kompo nente ein Synchronisationssignal
auf die erste Datenverbindung ausgebbar.
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Es
bietet sich an, dass von der als Ausgang konfigurierten Triggerschnittstelle
einer Komponente bei Beginn oder Ende einer Aktion dieser Komponente
das Synchronisationssignal nach einer frei definierbaren Verzögerungszeit
auf die erste Datenverbindung ausgebbar ist. Insbesondere kann die
frei definierbare Verzögerungszeit auch zu ”Null” definiert werden,
so dass die Ausgabe unmittelbar bei Beginn oder Ende der Aktion
erfolgt.
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Zweckmäßigerweise
ist ein Synchronisationssignal auf der ersten Datenverbindung von
einer als Eingang konfigurierten Triggerschnittstelle einer Komponente
empfangbar.
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Es
ist besonders vorteilhaft, dass das von einer als Eingang konfigurierten
Triggerschnittstelle einer Komponente empfangene Synchronisationssignal
eine Aktion dieser Komponente, insbesondere nach einer frei definierbaren
Verzögerungszeit, auslost oder beendet. Es versteht sich,
dass auch diese frei definierbare Verzögerungszeit zu ”Null” definiert werden
kann.
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Vorteilhafterweise
umfasst die Aktion der Komponente das Umschalten der Konfiguration
dieser Komponente und/oder der Konfiguration der Triggerschnittstelle
dieser Komponente. Die Triggerschnittstelle kann somit mittels eines
Synchronisationssignals insbesondere von ”Eingang” auf ”Ausgang” oder
auf ”inaktiv” usw. umgeschaltet werden. Auch die
Konfiguration der Komponente selbst ist somit vorteilhafterweise
veränderbar. Schließlich kann auch die genannte
Verzögerungszeit hierdurch verändert werden.
-
Es
bietet sich an, wenn ein digitales Signal, insbesondere mit TTL-Pegel,
als Synchronisationssignal verwendet wird. Ein derartiges Signal
ist auf einfache Weise bereitstellbar und kann ebenso auf einfache
Weise von der empfangenden Schnittstelle eingelesen und ausgewertet
werden.
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Zweckmäßigerweise
sind die wenigstens zwei Komponenten über eine zweite Datenverbindung
verbunden, wobei zur Datenübertragung über die
zweite Datenverbindung ein Protokoll behaftetes Signal, insbesondere
ein CAN-, I2C-, IEEE1394-, RS232-Signal, verwendet wird. Die zweite
Datenverbindung kann insbesondere zur Konfiguration der Komponenten
und/oder zur Konfiguration der Triggerschnittstellen und/oder zur
Datenübertragung, beispielsweise von Steuer-, Bild- und/oder
Positionsdaten an einen oder von einem PC, verwendet werden. Ebenso
kann über die zweite Datenverbindung ein Bediengerät
für das Mikroskop angeschlossen sein. Die erste Datenverbindung
kann insbesondere im Vergleich zur zweiten Datenverbindung den Vorteil
bieten, dass sie als echtzeitfähig betrachtet werden kann
und somit zu vernachlässigbaren Verzögerungen
in der Synchronisation der Mikroskopkomponenten führt.
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Bei
einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die wenigstens
zwei Komponenten aus einer Gruppe, die Mikroskoptisch, Fokussiertrieb, Zoom-System,
Filterwechsler, Vorrichtung zur Bildaufnahme, insbesondere Kamera,
umfasst, ausgewählt.
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Vorteilhafterweise
umfasst das Mikroskop einen Mikroskoptisch, einen Fokussiertrieb
und eine Kamera, die jeweils mit wenigstens einer Triggerschnittstelle
ausgestattet sind.
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Das
erfindungsgemäße Mikroskop ist insbesondere zur
Durchführung verschiedener Mikroskopieverfahren geeignet.
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Bei
einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Mikroskopie
wird ein erfindungsgemäßes Mikroskop verwendet.
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Bei
einer bevorzugten Ausgestaltung sind die wenigstens zwei Komponenten
als wenigstens ein angetriebener, zumindest horizontal verfahrbarer Mikroskoptisch,
ein angetriebener Fokussiertrieb sowie eine Vorrichtung zur Bildaufnahme
ausgebildet, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:
- – Konfigurieren der Triggerschnittstelle
der Vorrichtung zur Bildaufnahme als Ausgang, so dass bei Beginn
der Aufnahme eines Bildes ein Synchronisationssignal ausgegeben
wird,
- – Konfigurieren der Triggerschnittstelle des Mikroskoptisches
und des Fokussiertriebs als Eingang, so dass bei Empfang eines Synchronisationssignals
die momentane Position des Mikroskoptisches bzw. des Fokussiertriebs
abgespeichert wird,
- – kontinuierliches Bewegen des Mikroskoptisches
- – kontinuierliches Bewegen des Fokussiertriebs von
einer ersten Fokusposition zu einer zweiten Fokusposition und gleichzeitiges
Aufnehmen von Bildern durch die Vorrichtung zur Bildaufnahme.
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Vorteilhafterweise
umfasst das Verfahren weiterhin die Schritte:
- – Anhalten
der Bildaufnahme bei Erreichen der zweiten Fokusposition und Bewegen
des Fokussiertriebs von der zweiten Fokusposition zu der ersten
Fokusposition,
- – erneutes kontinuierliches Bewegen des Fokussiertriebs
von der ersten Fokusposition zu der zweiten Fokusposition und gleichzeitiges
Aufnehmen von Bildern durch die Vorrichtung zur Bildaufnahme.
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Vorteilhafterweise
wird ein als Stereomikroskop ausgebildetes erfindungsgemäßes
Mikroskop verwendet, um einen Bildstapels in axialer Richtung zu
erfassen. Bei Stereomikroskopen ist die Strahlachse zur Objektebene
geneigt, weshalb Einzelbilder in verschiedenen Fokusebenen seitlich
versetzt erscheinen. Daher ist üblicherweise eine aufwendige Nachbearbeitung
der Bilder erforderlich. Durch synchrone Verschiebung des (X/Y-)Mikroskoptisches während
der Verstellung des Fokussiertriebs zur Aufnahme eines Bildstapels
lässt sich die laterale Verschiebung der Einzelbilder bereits
bei der Aufnahme vermeiden.
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Vorteilhafterweise
wird ein erfindungsgemäßes Mikroskop verwendet,
um einen Bildstapel in axialer Richtung für mehrere unterschiedliche
Fluoreszenzanregungen zu erfassen. Hierbei kann die Folge der Synchronisationssignale
der Vorrichtung zur Bildaufnahme zudem dazu dienen, die Geschwindigkeit der
kontinuierlichen Bewegung des Filterwechslers zu steuern. Einfach
kann dies mit einer PLL (Phase Locked Loop) Schaltung geschehen.
Dazu wird das Synchronisationssignal von der Triggerschnittstelle der
Vorrichtung zur Bildaufnahme an diese Schaltung weitergegeben. Zudem
kann die Eingangsverzögerung der Triggerschnittstelle des
Filterwechslers zur Steuerung der Phasenlage genutzt werden.
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Durch
die freie Konfigurierbarkeit der Triggerschnittstellen des erfindungsgemäßen
Mikroskops können diese zwei Verfahren kombiniert oder unabhängig
voneinander mit demselben Mikroskop durchgeführt werden. Ähnliche
Kombinationen können auch mit verschiedenen Beleuchtungsverfahren (z.
B. verschiedene Kontrastierverfahren und Variationen von Helligkeitsniveaus)
realisiert werden.
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Es
versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend
noch zu erläuternden Merkmale nicht nur die 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 Ausführungsbeispiels 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 schematische Darstellung einer bevorzugten Ausgestaltung eines
erfindungsgemäßen Mikroskops;
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2 zeigt
schematisch eine Konfigurationseinstellung mehrerer Triggerschnittstellen
einer Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Mikroskops;
-
3a zeigt
die Aufnahme eines schrägen Bildstapels durch gleichzeitiges,
kontinuierliches Verfahren von Mikroskoptisch und Fokussiertrieb
gemäß ei ner Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen
Verfahrens;
-
3b zeigt
die Aufnahme mehrerer schräger Bildstapel gemäß einer
bevorzugten Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen
Verfahrens; und
-
4 zeigt die Aufnahme eines Bildstapels durch
gleichzeitiges, kontinuierliches Verfahren von Mikroskoptisch und
Fokussiertrieb gemäß einer Ausgestaltung eines
erfindungsgemäßen Verfahrens bei einem Stereomikroskop.
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In 1 ist
eine bevorzugte Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen
Mikroskops (Mikroskopsystems) schematisch dargestellt und insgesamt
mit 100 bezeichnet. Das Mikroskop weist eine als Digitalkamera 110 ausgebildete
Vorrichtung zur Bildaufnahme auf, die an einem Tubus 120 angebracht
ist. Unterhalb des Tubus 120 befindet sich eine (optionale) Fluoreszenzachse 130 und
daran anschließend ein Zoom-System 140. Das Mikroskop 100 ist
weiterhin mit einem Fokussiertrieb 150 ausgestattet. Unterhalb des
Zoom-Systems 140 befindet sich ein Objektivwechsler 160.
Das Mikroskop weist weiterhin einen als XY-Tisch 170 ausgebildeten
horizontal verfahrbaren Mikroskoptisch auf, der auf einer Durchlichtbasis 180 angeordnet
ist. Schließlich weist das Mikroskop eine Datenschnittstelle 190 auf,
die beispielsweise zur Verbindung mit einem Computer, einer Bedieneinheit
o. a. geeignet ist. Die Datenschnittstelle 190 wird vorzugsweise
mittels eines Datenbusses wie z. B. RS-232, RS-422, CAN, IEEE 1394,
I2C betrieben.
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Vorteilhafterweise
sind die eben beschriebenen Mikroskopkomponenten 110 bis 180 jeweils
mit mindestens einer Triggerschnittstelle ausgestattet. Die Triggerschnittstelle
ist als Eingang und Ausgang und vorzugsweise weiterhin als inaktiv
konfigurierbar ausgebildet.
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In 2 sind
mehrere Triggerschnittstellen 210 bis 240 schematisch
dargestellt. Die Triggerschnittstellen sind über eine erste
Datenverbindung 250, die beispielsweise als elektrische
Datenverbindung ausgebildet sein kann, verbunden. Die schematische
Darstellung umfasst unterschiedliche Konfigurationszustände
der Triggerschnittstellen 210 bis 240. Gemäß dem
dargestellten Beispiel sind die Triggerschnittstellen 210 und 230 als
Eingang ”E” konfiguriert. Die Triggerschnittstelle 220 ist
als inaktiv konfiguriert und die Triggerschnittstelle 240 ist
als Ausgang ”A” konfiguriert.
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Bei
der dargestellten Konfiguration wird von der Triggerschnittstelle 240 ein
Synchronisationssignal auf die Datenverbindung 250 ausgegeben
und von den Triggerschnittstellen 210 und 230 über
die Datenverbindung 250 empfangen. Da die Triggerschnittstelle 220 als
inaktiv konfiguriert ist, erfolgt weder eine Ausgabe noch ein Empfang
eines Synchronisationssignals.
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Vorteilhafterweise
ist es möglich, die Konfiguration der Triggerschnittstellen
durch ein Triggersignal umzustellen. Bspw. kann bei der eben beschriebenen
Beispielskonfiguration die der Triggerschnittstelle 240 zugehörige
Komponente derart konfiguriert sein, dass nach Ausgabe einer vorgegebenen
Anzahl N von Synchronisationssignalen eine Umkonfiguration der Triggerschnittstelle 240 von
Ausgang zu Eingang oder zu inaktiv erfolgt. Ebenso können
die den Triggerschnittstellen 210 bzw. 230 zugehörigen Komponenten
derart konfiguriert sein, dass nach Empfang einer vorgegebenen Anzahl
von M Synchronisationssignalen eine Umkonfiguration der Triggerschnittstellen 210 bzw. 230 von
Eingang zu Ausgang oder zu inaktiv erfolgt.
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Die 3a und 3b werden
nachfolgend übergreifend beschrieben. In 3a ist
die Aufnahme eines schrägen Bildstapels 300 durch
gleichzeitiges, kontinuierliches Verfahren von Mikroskoptisch und
Fokussiertrieb gemäß einer Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen
Verfahrens dargestellt.
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Unter
beispielhafter Bezugnahme auf 1 ist zur
Durchführung dieses Verfahrens die Triggerschnittstelle
der Kamera 110 als Ausgang konfiguriert. Die Triggerschnittstellen
des Tisches 170 sowie des Fokussiertriebs 150 sind
als Eingang konfiguriert. Alle anderen Triggerschnittstellen sind
als inaktiv konfiguriert. Es versteht sich, dass das Verfahren nicht
auf die Durchführung auf einem Mikroskop gemäß 1 beschränkt
ist.
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Die
Konfiguration der Kamera ist derart gewählt, dass zu Beginn
der Belichtungszeit ein Synchronisationssignal von der Triggerschnittstelle
an die Datenverbindung ausgegeben wird. Die Konfigurationen des
Tisches sowie des Fokussiertriebs sind derart gewählt,
dass ein eintreffendes Synchronisationssignal das Speichern der
jeweils aktuellen Position ohne relevante Zeitverzögerung
auslöst. Diese Positionen können später
bspw. über die Kommunikationsstelle jeder Komponente des
Mikroskops vom PC ausgelesen und den entsprechenden Bilddaten zugeordnet
werden.
-
Dieser
Vorgang kann mit beliebiger Zeitverzögerung und ohne hohe
Anforderungen an die Übertragungsgeschwindigkeit durchgeführt
werden.
-
Das
Verfahren startet mit der Aufnahme eines Einzelbildes 301 an
einer ersten Fokusposition z1 sowie einer ersten Position des Tisches
x1. Die Triggerschnittstelle der Kamera gibt in der Folge zu Beginn
einer jeden Belichtungszeit der Aufnahme der Bilder 302, 303,
... ein Synchronisationssignal an die Datenverbindung aus, das ein
Abspeichern der Positionen x2, x3, ..., z2, z3, ... auslöst.
Mit Aufnahme des Einzelbilds 309 bei Erreichen einer zweiten
Fokusposition zn ist die Aufnahme des Bildstapels 300 abgeschlossen.
-
Die
Geschwindigkeit der Achse des Objekttisches ist bevorzugt so einzustellen,
dass die Objektfelder des Bildes an der ersten Position des Fokussiertriebs
z1 und an der zweiten Position zn leicht überlappen (Tisch
bei x1 bzw. xn).
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Während
dieser besonders bevorzugten erweiterten Bilddatenerfassung verfährt
nicht nur der Fokussiertrieb in Richtung der Achse z, sondern auch der
Tisch kontinuierlich in Richtung der Achse x. Es entstehen schräge
Bildstapel 300, 310, 320, 330 usw.,
die entsprechend ausgewertet werden können.
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Wie
in 3b gezeigt ist, ist die Geschwindigkeit der Achse
des Objekttisches bevorzugt so einzustellen, dass die Objektfelder
des Bildes an der ersten Position des Fokussiertriebs z1 und an
der zweiten Position zn leicht überlappen (Tisch bei x11 bzw.
x1n) und die Objektfelder benachbarter Bilder an einer beliebigen
Position des Fokussiertriebs (z. B. z1) aneinandergrenzen (z. B.
Tisch bei x11 bzw. x21). Die Überlappung ist dabei durch
die Zeit für die Rückstellung des Fokussiertriebs
von der Position zn zu der Position z1 multipliziert mit der Verfahrgeschwindigkeit
(hier in x-Richtung) des Objekttisches gegeben. Diese Rückstellung
wird mit maximaler Geschwindigkeit ausgeführt.
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Damit
während dieser Rückstellung keine zusätzlichen
Bilddaten entstehen, besitzen die Triggerschnittstellen der Mikroskopkomponenten
vorteilhaft zudem die Möglichkeit, die Konfiguration aufgrund
eines Synchronisationssignals umzuschalten. Im vorliegenden Fall
bedeutet dies, dass die Anzahl der Bilder in einem Bildstapel 310, 320, 330 bekannt sein
muss, was üblicherweise durch die Voreinstellung gewährleistet
ist.
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Nachdem
die Triggerschnittstelle der Kamera diese Anzahl Synchronisationssignale
ausgesendet hat, wird sie als Eingang konfiguriert. Die Konfiguration
der Triggerschnittstelle der Kamera wird derart gewählt,
dass ein eintreffendes Synchronisationssignal eine Rekonfiguration
auslöst als Ausgang. Die Triggerschnittstelle des Fokussiertriebs
wird als Ausgang konfiguriert, wobei diese ein Synchronisationssignal
aussendet, sobald die erste Fokusposition wieder erreicht ist. Dieses
Synchronisationssignal schaltet die Konfiguration der Triggerschnittstellen sowie
der Komponenten wieder in die ursprüngliche Konfiguration
zurück und der nächste Bildstapel kann erfasst
werden.
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Neben
der Zeiteinsparung aufgrund der nicht mehr nötigen Beschleunigung
und Abbremsung des Objekttisches können auch mechanische
Eigenschaften, die sich ansonsten negativ auf die Qualität des
Ergebnisses auswirken, minimiert werden. Dies sind insbesondere
Vibrationen des Objekttisches nach dem Abbremsen und Ungenauigkeiten
durch die mehrfache Positionsregelung.
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Die
vertikale Rückstellung des Fokussiertriebs mit anschließendem
Anfahren in die entgegengesetzte Richtung kann beim beschriebenen
Verfahren unter Nutzung der erfindungsgemäßen
Vorrichtung zwar auch zu Vibrationen führen, diese Schwingungen
treten aber im Gegensatz zum Verfahren des Objekttisches nicht in
lateraler, sondern naturgemäß hauptsächlich
in axialer Richtung auf. Da die Kamera eine ausreichende Schärfentiefe
besitzt, führen Schwingungen in diesem Bereich zu weit
geringeren Bildstörungen. Bei stärkeren Vibrationen
ist es zudem vorteilhaft, bei der Rückstellung weiter als
die erste Position des Fokussiertriebs zu verfahren und diese dadurch
entstehende Vorlaufstrecke zum Aus- und Einschwingen zu benutzen.
Da das Ein- und Ausschwingverhalten in der Regel durch entsprechende
Zeiten definiert und gemessen werden, kann es vorteilhaft sein,
diese Zeiten direkt den Triggerschnittstellen vorzugeben. Dazu besitzt
eine Triggerschnittstelle vorteilhafterweise die Möglichkeit
eine Ein- bzw. Ausgangsverzögerung zu definieren. Im vorliegenden
Beispiel kann diese dazu dienen, die Konfiguration der Triggerschnittstelle
umzuschalten. Diese Umschaltung erfolgt nach abgelaufener Eingangsverzögerungszeit,
wobei das Synchronisationssignal, das das Ende der Rückfahrt
darstellt, den Startpunkt für die Eingangsverzögerungszeit
bildet.
-
In 4a ist
die Aufnahme eines Bildstapels 400 mit einem Stereomikroskop
im Stand der Technik dargestellt. Stereomikroskope weisen die Eigenschaft
auf, dass die Fokussierrichtung und der Beobachtungsstrahlengang
nicht parallel verlaufen. Bei dem gezeigten Beispiel verläuft
somit der Beobachtungsstrahl 401 in einem Winkel zur Fokussierrichtung 402.
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Wird
nun zur Aufnahme des Bildstapels 400 der Fokussiertrieb
in Richtung z verstellt, führt dies zu einer horizontalen
Verschiebung der jeweils betrachteten Einzelbilder. Eine Verstellung
in z-Richtung hat somit eine Horizontalverschiebung der Einzelbilder zur
Folge.
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In 4b ist
nun die Aufnahme eines Bildstapels 410 dargestellt, die
unter Verwendung eines erfindungsgemäßen Mikroskops
durchgeführt wird. Die Konfiguration der Triggerschnittstellen
der Mikroskopkomponenten wird wie bei den in den 3a und 3b beschriebenen
Verfahren vorgenommen. Die Geschwindigkeit des Objekttisches in
Richtung x wird so eingestellt, dass die seitliche Verschiebung
aufgrund der Fokusänderung korrigiert wird. Auf diese Weise
kann eine nachträgliche, aufwendige Korrektur der Einzelbilder
vermieden werden, da die Beobachtungsstrahlen 401 nun jeweils
auf dieselbe x-Position des Objektes gerichtet sind.
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Es
wird vorbehalten, dass auf die konkret geschilderten Ausführungsformen
der Erfindung selbständig Schutz beansprucht wird.
-
Es
versteht sich, dass in den dargestellten Figuren nur besonders bevorzugte
Ausführungsformen der Erfindung dargestellt sind. Daneben
sind andere Ausführungsformen der Erfindung denkbar, ohne
den Rahmen dieser Erfindung zu verlassen.
-
- 100
- Mikroskop
- 110
- Digitalkamera
- 120
- Tubus
- 130
- Fluoreszenzachse
- 140
- Zoom-System
- 150
- Fokussiertrieb
- 160
- Objektivwechsler
- 170
- XY-Tisch
- 180
- Durchlichtbasis
- 190
- Datenschnittstelle
- 210
bis 240
- Triggerschnittstellen
- 250
- Datenverbindung
- 300,
310, 320, 330
- Bildstapel
- 301,
302, 303, 309
- Einzelbild
- x1,
x2, x3, xn, x11, x1n, x21
- x-Position
- z1,
z2, z3, zn,
- z-Position
- 400,
410
- Bildstapel
- 401
- Beleuchtungsstrahlengang
- 402,
412
- Beobachtungsstrahlengänge
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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Zitierte Patentliteratur
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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