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Die Erfindung betrifft eine Schaltung zum Erzeugen von periodischen Steuersignalen, insbesondere für ein Mikroskop, wobei die Schaltung zum Erzeugen und Ausgeben mindestens zweier gegeneinander phasenverschobener Steuersignale ausgebildet ist. Die Erfindung betrifft ferner ein entsprechendes Verfahren.
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Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Mikroskop mit mehreren elektrisch und/oder elektronisch steuerbaren Komponenten sowie ein Verfahren zum Steuern eines Mikroskops.
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Gegeneinander phasenverschobene Steuersignale werden in der Technik vielfach benötigt. Bei der Erzeugung der periodischen, gegeneinander phasenverschobener Steuersignale ist es notwendig, dass die Phasenbeziehung zwischen den Steuersignalen wohl definiert ist. In der Praxis bedeutet dies meist, dass die Steuersignale synchron sein müssen, d. h. die Steuersignale weisen die gleiche Periodenlänge auf oder zumindest Periodenlängen, die ein ganzzahliges Vielfaches voneinander sind.
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Ein Anwendungsbereich, bei dem Steuersignale mit großer Genauigkeit notwendig sind, sind Mikroskope, insbesondere Konfokalmikroskope, beispielsweise STED- und FLIM-Mikroskope. Dort werden zwei oder mehr phasenverschobene, synchrone Steuersignale benötigt, um die Beleuchtungslaser und gegebenenfalls die Detektionseinrichtung zu steuern.
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STED(Stimulated Emission Depletion)-Mikroskope erlauben Auflösungen, die über die theoretisch mögliche Grenze von optischen Mikroskopen hinausgehen, d. h. es können Strukturen aufgelöst werden, die kleiner als λ/2 des Beleuchtungslichts sind. Dabei wird der Effekt ausgenutzt, dass eine fluoreszierende Probe bei Beleuchtung mit einer Wellenlänge nahe der Fluoreszenzwellenlänge zu einem Übergang von einem angeregten Zustand in einen abgeregten Zustand veranlasst wird. Bei einem STED-Mikroskop wird eine fluoreszierende Probe zunächst mit einem kurzwelligen Laserstrahl angeregt und danach mit einem langwelligen Laserstrahl abgeregt, wobei der langwellige Laserstrahl eine ringförmige Intensitätsverteilung hat mit einer Intensität nahe Null im Zentrum. Auf diese Weise lassen sich Auflösungen bis zu 30 nm und weniger erreichen. Wesentlich für das Erzielen derart hoher Auflösungen ist eine möglichst genaue zeitliche Steuerung der Laser.
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Entsprechendes gilt bei FLIM(Fluorescence Lifetime Imaging Microscopy)-Mikroskopen, bei denen die „Lebensdauer” eines angeregten Zustands eines Fluoreszenzmoleküls gemessen wird. Bei FLIM mit PIE (Pulse Interleaved Excitation) wird die Probe abwechselnd mit Lasern unterschiedlicher Wellenlänge angeregt. Auch dort müssen Laser mit einer wohl definierten zeitlichen Beziehung zueinander gesteuert werden.
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Zum Erzeugen derartiger Steuersignale ist aus dem Stand der Technik eine Schaltung bekannt, wie sie in 1 schematisch dargestellt ist. Ein Taktsignal CLK wird auf einen Pulsgenerator A gegeben, der häufig als Aufwärtszähler ausgestaltet ist. Bei Erreichen eines Vergleichswerts B, der in einem Register C gespeichert ist, wird am Ausgang D des Pulsgenerators A ein Puls mit der Breite eines aktiven Pegels des Taktsignals CLK ausgegeben und der Zähler zurückgesetzt. Die an Ausgang D ausgegebene Pulsfolge und eine mittels eines Taktteilers aus dieser Pulsfolge erzeugtes weiteres Signal werden an eine Schaltung E gegeben, die die Steuersignale erzeugt und ausgibt. Die Schaltung E wird im Wesentlichen durch einen Multiplexer und eine Schaltlogik gebildet, wobei die Schaltung E in gewissen Grenzen durch eine Konfiguration F eingestellt werden kann. Je nach Konfiguration F wird an den Ausgängen der Schaltung E Steuersignale PULSE_OUT1 bis n ausgegeben. Meist werden lediglich an zwei der Ausgänge gegeneinander phasenverschobene Signale benötigt.
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2 zeigt zur bessern Erkennbarkeit des zugrundeliegenden Prinzips ein stark vereinfachtes Beispiel verschiedener Pulsfolgen. In 2A ist eine Pulsfolge dargestellt, wie sie durch Pulsgenerator A an Ausgang D ausgegeben wird. Der Einfachheit wegen ist die Pulsfolge identisch zu dem anliegenden Taktsignals CLK angenommen. Dies kann dadurch erreicht werden, dass in Register C ein Vergleichswert gleich 1 abgelegt ist. Dadurch erreicht der Zähler bei jeder steigenden Taktflanke den Vergleichswert und es wird eine Pulsgenerierung und ein Zurücksetzen des Zählers veranlasst Die Pulsfolge hat eine Periodenlänge T; jeder aktive Pegel der Pulsfolge hat eine Breite tA.
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Die Schaltung E erzeugt aus dieser Pulsfolge die in 2B und 2C dargestellten Pulsfolgen, wobei die in 2C dargestellte Pulsfolge um 180° phasenverschoben zu der Pulsfolge nach 2B ist.
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Nachteilig bei der aus dem Stand der Technik bekannten Schaltung ist deren geringe Flexibilität. Durch Definition der Schaltung E sind – abgesehen von den geringfügigen Konfigurationsmöglichkeiten – die Ausgabesignale der Schaltung festgelegt. Andere als die derart festgelegten Ausgabesignale können nicht erzeugt werden. Für jede über die Konfigurationsmöglichkeiten hinausgehende Änderung muss die Schaltung E grundlegend überarbeitet werden.
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Die
US 2009/0066390 A1 offenbart eine Timingschaltung zum Ansteuern von Pipeline-Registern eines SDRAM genutzt werden. Aus einem Grundtakt werden mittels Verzögerungsschaltungen verzögerte Taktsignale erzeugt, die als Steuersignale in eine Speicherarray-Steuerschaltung gegeben werden. Jede Verzögerungsschaltung ist mit einer Befehlsdekodierschaltung verbunden, die einen Aktivierungsbefehl an die einzelnen Generatorschaltungen ausgibt. Dabei ist das Triggern der Verzögerungsschaltungen ausschließlich der Befehlsdekodierschaltung überlassen, was in vielen Anwendungen zu unflexibel ist.
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Aus der
US 6,906,571 B1 ist eine zählerbasierte Taktgeneratorschaltung bekannt, bei der mittels einer Kaskade von Zählern und Flipflops zusammen mit einem Addierer vier gegeneinander phasenverschobene Taktsignale erzeugt werden. Die Schaltung enthält Register, in denen Zählerstände eingeladen und für Vergleiche herangezogen werden. Die relative Phasenlage wird durch die Schaltung bzw. die verwendeten Bits der Register bestimmt.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Schaltung und ein Verfahren der eingangs genannten Art derart auszugestalten und weiterzubilden, dass flexibel mindestens zwei gegeneinander phasenverschobene Steuersignale erzeugbar sind. Ein entsprechendes Verfahren soll angegeben werden. Des Weiteren soll ein Mikroskop und ein Verfahren zum Steuern eines Mikroskops angegeben werden, bei dem eine flexible Einstellung der gegeneinander phasenverschobenen Steuersignale möglich ist.
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Erfindungsgemäß wird die voranstehende Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Danach weist die in Rede stehende Schaltung mehrere Generatorschaltungen auf, wobei für die Erzeugung eines jeden durch die Schaltung ausgegebenen Steuersignals eine separate Generatorschaltung ausgebildet ist,
wobei jede Generatorschaltung einen Phasenwertspeicher zur Speicherung eines Phasenwertes aufweist, wobei der Phasenwert eine Phasenverschiebung definiert,
wobei jede Generatorschaltung einen Aktivierungseingang aufweist, wobei die Generatorschaltung bei Anliegen eines Aktivierungspegels am Aktivierungseingang ein Steuersignal erzeugt, das um die durch den Phasenwert definierte Phasenverschiebung verschoben ist,
wobei die Aktivierungseingänge der Generatorschaltungen gemeinsam mit einer Aktivierungsschaltung zur gleichzeitigen Ausgabe eines Aktivierungspegels an die Generatorschaltungen verbunden sind,
wobei die Generatorschaltungen gemeinsam durch ein Taktsignal getaktet sind,
wobei jede Generatorschaltung einen Zähler aufweist, dessen Zählerstand sich bei einer Flanke des Taktsignals ändert und der bei Erreichen eines vorgebbaren Zählerstandes einen Puls ausgibt, und
wobei die Generatorschaltungen derart ausgebildet sind, dass bei Anliegen eines Aktivierungspegels an dem Aktivierungseingang der Phasenwert aus dem Phasenwertspeicher als Startwert in den Zähler geladen wird.
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In verfahrensmäßiger Hinsicht ist die voranstehende Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 7 gelöst. Danach umfasst das in Rede stehende Verfahren die Schritte:
Anlegen eines Aktivierungspegels an Aktivierungseingängen der Generatorschaltungen zum Aktivieren der Generatorschaltungen,
Laden eines Phasenwertes aus einem Phasenwertspeicher als Startwert in einen Zähler einer jeden Generatorschaltungen,
Ändern des Zählerstands der Zähler bei einer Flanke eines Taktsignals, mit dem die Generatorschaltungen gemeinsam getaktet werden, und
Erzeugen eines Steuersignals, das um eine durch den Phasenwert definierte Phasenverschiebung verschoben ist, wobei bei Erreichen eines vorgebbaren Zählerstandes ein Puls erzeugt und als Steuersignal ausgegeben wird.
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Hinsichtlich eines Mikroskops ist die zuvor aufgezeigte Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 9 gelöst. Danach ist ein Mikroskop angegeben, wobei das Mikroskop eine Schaltung zum Erzeugen von periodischen Steuersignalen umfasst, wobei die Steuersignale gegeneinander phasenverschoben sind, wobei die Steuersignale dem Steuern der Komponenten dienen und wobei die Schaltung zum Erzeugen der periodischen Steuersignale durch eine Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 gebildet ist.
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Hinsichtlich eines Verfahrens zum Steuern eines Mikroskops ist die voranstehende Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 11 gelöst. Danach ist ein Verfahren zum Steuern eines Mikroskops mit mehreren elektrisch und/oder elektronisch steuerbaren Komponenten unter Verwendung von periodischen Steuersignalen, beansprucht, wobei die periodischen Steuersignale unter Verwendung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 7 oder 8 erzeugt werden
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In erfindungsgemäßer Weise ist zunächst erkannt worden, dass es für das Erzielen einer definierten Phasenbeziehung zwischen den einzelnen ausgegebenen Steuersignalen nicht zwangsläufig notwendig ist, dass die einzelnen Steuersignale durch ein gemeinsames Schaltwerk erzeugt werden. Erfindungsgemäß weist die Schaltung vielmehr mehrere separate Generatorschaltungen auf, die jeweils eines der gegeneinander phasenverschobenen Steuersignale erzeugen. Dabei können die Generatorschaltungen unabhängig voneinander ausgestaltet sein, sodass eine wesentlich freiere Konfigurierbarkeit erreichbar ist.
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Zum Definieren der Phasenlage der einzelnen Steuersignale weist jede Generatorschaltung einen Phasenwertspeicher auf, der einen Phasenwert speichert. Dieser Phasenwert definiert eine Phasenverschiebung des durch die jeweilige Generatorschaltung erzeugten Steuersignals. Durch die Verwendung eines Phasenwertspeichers für jede Generatorschaltung kann eine Phasenverschiebung relativ zu einem gemeinsamen Zeitpunkt über alle Generatorschaltungen definiert werden. Zwar kann prinzipiell bei einer der Generatorschaltungen auf den Phasenwertspeicher verzichtet und diese Generatorschaltung als „Referenz” verwendet werden, allerdings reduziert sich dadurch die Flexibilität der Schaltung.
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Jede Generatorschaltung weist ferner einen Aktivierungseingang auf, über den die Generatorschaltung in einen definierten Grundzustand versetzt werden kann. Bei Anliegen eines Aktivierungspegels am Aktivierungseingang startet die jeweilige Generatorschaltung die Erzeugung eines Steuersignals, das um die durch den Phasenwert definierte Phasenverschiebung verschoben ist. Damit wird unabhängig von dem Zustand einer Generatorschaltung vor dem Anliegen des Aktivierungssignals ein definiertes Ausgangssignal mit definierter Phasenlage erzeugt.
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Ein Aktivierungspegel am Aktivierungseingang kann die Generatorschaltung aktivieren und dadurch erst eine Ausgabe eines Steuersignals starten. Alternativ kann die Generatorschaltung bereits ein Steuersignal ausgeben. Das Anliegen eines Aktivierungspegels am Aktivierungseingang sorgt dann dafür, dass die Generatorschaltung in einen definierten Grundzustand (zurück-)versetzt wird. Dies kann beispielsweise zum nochmaligen Synchronisieren bereits laufender Generatorschaltungen genutzt werden.
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Es sei darauf hingewiesen, dass der Aktivierungspegel nicht dauerhaft an dem Aktivierungseingang anliegen muss. Vielmehr ist es ausreichend, wenn der Aktivierungspegel zu einem definierten Ereignis anliegt, beispielsweise einer steigenden Taktflanke. Prinzipiell könnte auch eine steigende Flanke am Aktivierungseingang für das (Zurück-)Versetzen der Generatorschaltung in einen Grundzustand genutzt werden.
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Erfindungsgemäß sind ferner die Aktivierungseingänge der einzelnen Generatorschaltungen mit einer Aktivierungsschaltung verbunden. Die Aktivierungsschaltung gibt gleichzeitig einen Aktivierungspegel an die Generatorschaltungen aus, wodurch die Generatorschaltungen gleichzeitig mit der Erzeugung der Steuersignale beginnen. Durch diese Maßnahmen werden durch die Generatorschaltungen Steuersignale mit einer definierten relativen Phasenlage erzeugt und ausgeben. Gleichzeitig entsteht eine Schaltung, die äußerst flexibel eingestellt und genutzt werden kann. Insbesondere ist die Schaltung nahezu beliebig skalierbar. Durch Ergänzung der Schaltung um eine weitere Generatorschaltung kann ein weiteres Steuersignal erzeugt werden. Da auch die weitere Generatorschaltung mit der Aktivierungsschaltung verbunden ist und damit gleichzeitig mit allen Generatorschaltungen einen Aktivierungspegel erhält, ist das weitere Steuersignal ohne zusätzliche Maßnahmen synchron. Auf diese Weise ist eine hochgradig skalierbare Gesamtschaltung erreicht.
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Zur noch weiteren Verbesserung der Synchronität der einzelnen Steuersignale können die Generatorschaltungen durch ein gemeinsames Taktsignal getaktet sein. Auf diese Weise erzeugen die Generatorschaltungen stets auf definierte Art und Weise Steuersignale, die nicht nur gemeinsam starten sondern auch auf einen gemeinsamen Grundtakt beruhen. Wenn zusätzlich die einzelnen Generatorschaltungen identisch aufgebaut sind, kann das Verhalten der Gesamtschaltung noch weiter verbessert werden. Vorzugsweise ist das Taktsignal ein periodisches Rechtecksignal.
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Als Steuersignale lassen sich prinzipiell verschiedenste periodische Signalfolgen erzeugen. Ausschlaggebend ist lediglich, dass eine definierte Phasenlage erzeugbar ist. In einer bevorzugten Ausgestaltung der Schaltung sind die ausgegebenen Steuersignale jedoch periodische Pulsfolgen. Dabei weist jeder Puls der Pulsfolge vorzugsweise eine Breite eines aktiven Pegels des Taktsignals auf. Dabei kann während der verbleibenden Periodendauer das Steuersignal einen Low-Pegel annehmen.
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Prinzipiell lassen sich durch die erfindungsgemäße Schaltung Steuersignale mit den verschiedensten Periodenlängen erzeugen. Dabei können auch bei der Ausgabe von mehreren Steuersignalen Steuersignale mit unterschiedlichen Periodenlängen erzeugt werden. Durch die modulare Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Schaltung können die Periodenlängen für jede Generatorschaltung separat gesteuert werden. Vorzugsweise werden durch die erfindungsgemäße Schaltung jedoch Steuersignale ausgegeben, die gleiche Periodenlänge aufweisen oder bei denen die Periodenlängen ganzzahlige Vielfach voneinander sind.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der Generatorschaltungen weisen die Generatorschaltungen einen Zähler auf, dessen Zählerstand sich bei einer Flanke des Taktsignals ändert und der bei Erreichen eines vorgebbaren Zählerstands einen Puls ausgibt. Dabei können Aufwärtszähler ebenso eingesetzt werden wie Abwärtszähler. Auch können die Zähler auf steigende und/oder fallende Flanken mit einer Änderung des Zählerstandes reagieren.
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Bevorzugter Weise kommt jedoch ein Abwärtszähler zum Einsatz, dessen Zählerstand bei jeder steigenden Flanke des Taktsignals dekrementiert wird. Als „vorgebbarer Zählerstand” wird dann ein Zählerstand von 0 verwendet. Durch diese Ausgestaltung lässt sich die Generatorschaltung besonders einfach und mit geringem schaltungstechnischem Aufwand aufbauen.
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Bei Ausgestaltung der Generatorschaltungen mit einem Abwärtszähler kann die Generatorschaltung zusätzlich einen Startwertspeicher aufweisen, in dem ein Startwert gespeichert ist. Im Betrieb würde der Zähler beispielsweise mit jeder steigenden Flanke des Taktsignals dekrementiert und bei Erreichen eines Zählerstandes von 0 würde der Startwert aus dem Startwertspeicher geladen. Bei der nächsten steigenden Flanke des Taktsignals würde ausgehend von dem Startwert der Zählerstand weiter dekrementiert. Auf diese Weise lassen sich Pulsfolgen mit konstanter Periodenlänge erzeugen.
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Zur Festlegung einer definierten Phasenlage der einzelnen Steuersignale könnten die Generatorschaltungen derart ausgebildet sein, dass bei Anliegen eines Aktivierungspegels an dem Aktivierungseingang der Phasenwert aus dem jeweiligen Phasenwertspeicher in den Zähler geladen wird. Auf diese Weise ist der Zähler in Abhängigkeit des Phasenwerts mehr oder weniger „nahe” an dem vorgebbaren Zählerstand, bei dem eine Pulsgenerierung ausgelöst wird. Dadurch kann auf einfache Art und Weise eine Phasenlage der einzelnen Steuersignale festgelegt werden.
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In einer besonders einfachen Ausgestaltung der Aktivierungsschaltung könnte die Aktivierungsschaltung mittels einer ODER-Verknüpfung die Schreibzugriffe auf die Startwertspeicher und/oder Phasenwertspeicher der Generatorschaltungen auswerten. Auf diese Weise würde durch jede Veränderung eines Startwerts und/oder eines Phasenwerts die Generatorschaltungen zurückgesetzt und die einzelnen Generatorschaltungen entsprechend des gespeicherten Phasenwertes in einen definierten Grundzustand gebracht.
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Zusätzlich oder alternativ kann die Aktivierungsschaltung externe Ereignisse auswerten und basierend hierauf die Aktivierungssignale an die Generatorschaltungen erzeugen. Hierzu können die verschiedensten wohldefinierten Ereignisse verwendet werden. Bei dem bevorzugten Einsatz der erfindungsgemäßen Schaltung bei einem Scanmikroskop können externe Ereignisse durch den Scanvorgang ausgelöst werden. Bei Scanmikroskopen werden Proben im Allgemeinen mäanderförmig durch einen Beleuchtungslaserstrahl abgetastet. Ein externes Ereignis, das die Ausgabe eines Aktivierungspegels auslösen kann, kann in dem Erreichen eines Umkehrpunkts beim Wechsel von einer Scanzeile in die nächste Scanzeile bestehen. Ein anderes externes Ereignis kann darin bestehen, dass der Scan eines Bildes abgeschlossen ist und der Beleuchtungslaser ein einen Anfangszustand zurückverfahren wird. Während des Zurückverfahrens können die Generatorschaltungen durch Erzeugen eines Aktivierungssignals zurückgesetzt werden.
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Vorzugsweise kommt die erfindungsgemäße Schaltung im Zusammenhang mit einem Konfokalmikroskop zum Einsatz, insbesondere bei einem FLIM(Fluorescence Lifetime Imaging Microscopy)-Mikroskopen oder STED(Stimulated Emission Depletion)-Mikroskopen. Die Steuersignale steuern dabei die Laserstrahlen des Mikroskops. STED- und FLIM-Mikroskope sind speziell ausgebildete konfokale Mikroskope, bei denen eine zu untersuchende Probe mit einem Laserstrahl abgetastet wird. Die Steuersignale können aber auch zum Steuern von Peripherie Verwendung finden.
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Vorzugsweise sind die Startwertspeicher und/oder die Phasenwertspeicher als Register ausgebildet. Auf diese Weise kann das Anliegen definierter Zahlen in den Speichern gewährleistet werden. Andererseits kann dann – bei entsprechendes Ausgestaltung der Aktivierungsschaltung – der für den Schreibzugriff notwendige Schreibpegel direkt durch die Aktivierungsschaltung ausgewertet werden und auf diese Weise ein eindeutiges Aktivierungssignal erzeugt werden.
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Das erfindungsgemäße Mikroskop umfasst mehrere elektrisch und/oder elektronisch steuerbare Komponenten. Zur Steuerung der Komponenten kommt eine erfindungsgemäße Schaltung zum Einsatz, mit der periodische Steuersignale an die betreffenden Komponenten ausgebbar sind. Dabei kann durch die Schaltung die Phasenlage zwischen den einzelnen Steuersignalen eingestellt werden.
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Die Komponenten des Mikroskops können durch eine Vielzahl von Komponenten gebildet sein. Sehr häufig werden die Komponenten eine oder mehrere Laserlichtquellen und gegebenenfalls eine Detektionseinrichtung umfassen. Die Komponenten können ferner Aktuatoren umfassen, die in oder bei dem Mikroskop vorgesehen sind. Diese Aktuatoren können beispielsweise zum Bewegen einer Scanvorrichtung des Mikroskops oder zum Bewegen der Probe, beispielsweise durch Bewegen des Probentisches, eingesetzt werden. Des Weiteren können die Komponenten Register oder Speicher umfassen, wobei durch ein Steuersignal der Schreib- oder Lesezugriff auf das Register oder den Speicher gesteuert wird. So kann ein Steuersignal beispielsweise das Laden eines Wertes in ein Register auslösen. Ein anderes Steuersignal kann den Zugriff auf einen Bildspeicher, beispielsweise der Detektionseinrichtung freigeben oder den Zugriff für eine Recheneinheit sperren. Andere Komponenten des Mikroskops können durch Recheneinheiten, insbesondere Mikroprozessoren, gebildet sein. Hierbei kann ein Steuersignal die Bearbeitung oder das Analysieren von Daten anstoßen oder eine Übermittlung von Daten an eine interne oder externe Anzeigevorrichtung auslösen. Wie die Auflistung bereits zeigt, können eine Vielzahl weitere, aus der Praxis bekannte Komponenten des Mikroskops gesteuert werden.
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Es sei nochmal ausdrücklich darauf hingewiesen, dass es nicht zwangsläufig notwendig ist, dass jedes durch die Schaltung erzeugte Steuersignal eine identische und lediglich mit einer Phasenverschiebung verschobene Pulsfolge ist. Vielmehr lassen sich die Generatorschaltungen derart flexibel anpassen, dass die verschiedensten, untereinander synchronen Steuersignale ausgegeben werden. So können beispielweise bei der Verwendung eines FLIM-Mikroskops mit PIE ein Steuersignal zur Erzeugung eines Laserlichtstrahls mit einer ersten Wellenlänge, das zweite, dazu phasenverschobene Steuersignal zur Aktivierung eines zweiten Laserstrahls mit einer zweiten Wellenlänge verwendet werden. Ein drittes Steuersignal kann zur Weiterbewegung der Scanvorrichtung um einen Bildpunkt verwendet werden. Ein weiteres Steuersignal kann Schreibzugriffe auf einzelne Register der Schaltung aktivieren, während ein weiteres Steuersignal das Auslesen von Bildspeichern aus der Detektionseinrichtung steuert. Diese relativ einfache Aufzählung verdeutlicht sehr genau, wie flexibel die erfindungsgemäße Schaltung einsetzbar ist.
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Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu ist einerseits auf die dem Anspruch 1, 10 bzw. 13 nachgeordneten Ansprüche und andererseits auf die nachfolgende Erläuterung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung zu verweisen. In Verbindung mit der Erläuterung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung werden auch im Allgemeinen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert. In der Zeichnung zeigen
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1 eine aus dem Stand der Technik bekannte Schaltung zum Erzeugen von Steuersignalen,
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2 beispielhafte Verläufe für Steuersignale,
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3 ein Ausführungsbeispiel einer Generatorschaltung für die Verwendung in einer erfindungsgemäßen Schaltung zum Erzeugen von Steuersignalen,
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4 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltung zum Erzeugen mehrerer Steuersignale unter Verwendung der Generatorschaltungen nach 3 und
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5 ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Mikroskops unter Verwendung einer Schaltung nach 4.
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3 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Generatorschaltung 1, die zum Erzeugen und Ausgeben eines Steuersignals ausgestaltet ist. Die Generatorschaltung 1 ist entsprechend der Anzahl der auszugebenden Steuersignale n-mal vorgesehen. Alle n Generatorschaltungen bilden gemeinsam die erfindungsgemäße Schaltung zum Erzeugen der Steuersignale.
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Die Generatorschaltung 1 umfasst einen Zähler 3, der in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel als Abwärtszähler ausgestaltet ist. Der Zähler 3 wird durch ein Taktsignal CLK getaktet, durch das der Zähler bei jeder steigenden Flanke des Taktsignals CLK dekrementiert wird, d. h. der Zählerstand wird bei jeder steigenden Flanke um 1 reduziert. Dem Zähler sind zwei Register zugeordnet, die als Phasenwertspeicher 4 und Startwertspeicher 5 genutzt werden. Im Phasenwertspeicher 4 ist ein Phasenwert gespeichert, der Startwertspeicher enthält einen Startwert.
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Der Zähler enthält ferner einen Aktivierungseingang 6, über den ein Aktivierungssignal ACT auf den Zähler 3 geschaltet werden kann. Sobald an dem Aktivierungseingang 6 ein Aktivierungspegel anliegt, beginnt der Zähler 3. Hierzu wird zunächst aus dem Phasenwertspeicher 4 der Phasenwert als Zählerstand in den Zähler geladen. Mit der nächsten steigenden Taktflanke wird der Zählerstand dekrementiert. Sobald ein vorgebbarer Zählerstand – im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Zählerstand von 0 – erreicht ist, erzeugt der Zähler einen Puls, der als Steuersignal PULSE_OUT ausgegeben wird. Der ausgegebene Puls hat die Breite eines aktiven Pegels des Taktsignals. In 2A ist die Breite des aktiven Pegels des Taktsignals mit tA dargestellt. Zusätzlich zu der Erzeugung eines Pulses wird der im Startwertspeicher 5 abgelegte Startwert als neuer Zählerstand in den Zähler 3 geladen und danach bei der nächsten steigenden Flanke der Zählerstand erneut dekrementiert. Auf diese Weise entsteht eine Pulsfolge, deren Periodenlänge T über den Startwert im Startwertspeicher 5 gesteuert werden kann und dessen Phasenlage über den Phasenwert im Phasenwertspeicher beeinflussbar ist.
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Die Auflösung der Generatorschaltung hängt im Wesentlichen von der Frequenz des Taktsignals CLK und der Breite des Zählers, des Phasenwertspeichers und des Startwertspeichers ab. Je größer deren Bitbreite desto mehr steigende Flanken des Taktsignals können gezählt werden.
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Wie gut zu erkennen ist, kann das Taktsignal CLK im Wesentlichen durchlaufen, sodass keine zusätzlichen Schaltmittel für das Aktivieren und Deaktivieren des Taktes vorgesehen sein müssen. Über das Aktivierungssignal ACT wird der Zähler 3 gesteuert und die einzelnen Generatorschaltungen 1 untereinander synchronisiert. Weitere Mittel, die die Schaltung verkomplizieren, sind nicht notwendig.
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4 zeigt beispielhaft eine Schaltung 2, zur Erzeugung von 4 Steuersignal PULSE_OUT1 bis PULSE_OUT4. Hierzu sind 4 Generatorschaltungen, nämlich 1.1, 1.2, 1.3 und 1.4 vorgesehen, die jeweils eines der Steuersignale PULSE_OUT1 bis PULSE_OUT4 erzeugen und ausgeben. Die Generatorschaltungen 1.1, 1.2, 1.3 und 1.4 sind entsprechend 3 ausgestaltet.
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Die Generatorschaltungen 1.1, 1.2, 1.3 und 1.4 sind durch ein gemeinsames Taktsignal CLK getaktet, das von einem Taktgenerator 7 erzeugt wird. Es sollte klar sein, dass der Taktgenerator nicht zwangsläufig lediglich zur Versorgung der Generatorschaltungen vorgesehen sein muss. Vielmehr können durch den Taktgenerator weitere Schaltungsteile oder Schaltungen versorgt werden oder es kann der Taktgenerator von anderen Komponenten eines größeren Systems verwendet werden.
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Zur Erzeugung des Aktivierungssignals ACT umfasst die Schaltung 2 eine Aktivierungsschaltung 8, die eine gleichzeitige Erzeugung eines Aktivierungspegels an alle Generatorschaltungen 1 der erfindungsgemäßen Schaltung 2 erzeugt. In 4 ist dies durch eine gemeinsame Leitung an alle Generatorschaltungen 1 symbolisiert. Die Aktivierungsschaltung kann jedoch auch für jede Generatorschaltung eine eigene Treiberstufe enthalten, so dass jede Generatorschaltung mit einer separaten Leitung angesteuert wird. Die einzelnen Treiberstufen würden dennoch gemeinsam einen Aktivierungspegel erhalten.
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Mit der Aktivierungsschaltung 8 werden die einzelnen Generatorschaltungen 1 untereinander synchronisiert. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wertet die Aktivierungsschaltung 8 die Schreibzugriffe auf die Phasenwertspeicher 4 und/oder die Startwertspeicher 5 der Generatorschaltungen 1 aus. Bei dem in 4 dargestellten Beispiel würden acht Logikpegel mit einem logischen ODER verknüpft. Sobald ein Schreibzugriff auf eines der Register stattfindet, wird ein Aktivierungspegel erzeugt und die Generatorschaltungen in einen Ausgangszustand zurückversetzt.
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5 zeigt ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Mikroskops unter Verwendung einer erfindungsgemäßen Schaltung nach 4. Die Schaltung 2 erzeugt sechs verschiedene Steuersignale, die allesamt entsprechend dem zuvor beschriebenen Verfahren in Periodenlänge und Phasenlage anpassbar sind. Die Steuersignale steuern Komponenten des erfindungsgemäßen Mikroskops, die in dem beschriebenen Ausführungsbeispiel durch eine Laserlichtquelle 9, Aktuatoren 11 und 12 zum Bewegen der Probe, einer Detektionseinrichtung 13, einem Bildspeicher 14 und einer Steuerrichtung 15 für eine externe Anzeigeeinrichtung 16 umfassen.
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Beim Betrieb des Mikroskops steuert ein durch die Schaltung 2 ausgegebenes Steuersignal die Laserlichtquelle 9. Die Steuerung umfasst insbesondere das Verändern der Intensität. Die Laserlichtquelle erzeugt einen Beleuchtungslichtstrahl, der eine Probe 10 scannt. Die Probe kann durch Aktuatoren 11 und 12 in x- und y-Richtung verschoben werden. Hierzu werden Steuersignale durch die Schaltung 2 erzeugt, die in einer festen Phasenbeziehung zu dem Steuersignal zum Steuern der Laserlichtquelle stehen. Das von der Probe kommende Detektionslicht, das durch Reflektion des Beleuchtungslichtstrahl oder durch Fluoreszenz der Probe entsteht, gelangt durch eine Detektionseinrichtung 13, die in Abhängigkeit der Laserlichtquelle gesteuert wird. Die durch die Detektionseinrichtung 13 gewonnenen Bildinformationen werden in einem Bildspeicher abgelegt, deren Zugriff durch ein weiteres durch die Schaltung 2 erzeigtes Steuersignal gesteuert wird. Die in dem Bildspeicher abgelegten Bildinformationen können durch eine Steuereinrichtung 15 für eine Anzeigeeinrichtung 16 ausgelesen und geeignet für die Anzeige aufbereitet werden. Die Verarbeitung wird durch ein weiteres durch die Schaltung erzeugtes Steuersignal gesteuert.
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Hinsichtlich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Schaltung bzw. des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zur Vermeidung von Wiederholungen auf den allgemeinen Teil der Beschreibung sowie auf die beigefügten Patentansprüche verwiesen.
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Schließlich sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die voranstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Schaltung lediglich zur Erörterung der beanspruchten Lehre dienen, diese jedoch nicht auf die Ausführungsbeispiele einschränken.
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Bezugszeichenliste
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- A
- Pulsgenerator
- B
- Vergleichswert
- C
- Register (für Vergleichswert)
- D
- Ausgang (des Pulsgenerators)
- E
- Schaltung
- F
- Konfiguration (für Schaltung F)
- CLK
- Taktsignal
- PULSE_OUT
- Steuersignal
- ACT
- Aktivierungssignal
- 1
- Generatorschaltung
- 2
- Schaltung
- 3
- Zähler
- 4
- Phasenwertspeicher
- 5
- Startwertspeicher
- 6
- Aktivierungseingang
- 7
- Taktgenerator
- 8
- Aktivierungsschaltung
- 9
- Laserlichtquelle
- 10
- Probe
- 11
- Aktuator zum Bewegen der Probe in x-Richtung
- 12
- Aktuator zum Bewegen der Probe in y-Richtung
- 13
- Detektionseinrichtung
- 14
- Bildspeicher
- 15
- Steuereinrichtung für Anzeige
- 16
- externe Anzeigeeinrichtung
