DE102013206546A1 - Arrangement for scanning a sample surface and corresponding method - Google Patents

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Abstract

Anordnung zum Abtasten einer Probenfläche (P) einer Probe mit einer zum Abtasten der Probenfläche (P) ausgebildeten Inspektionseinheit (1), mit der die Probenfläche (P) kennzeichnende Flächendaten (2) erzeugbar sind, einem Bildumsetzer (3), mit dem die die Probenfläche (P) kennzeichnenden Flächendaten (2) in einen Bilddatensatz (4) umsetzbar sind, einer bevorzugt flächigen Anzeigeeinheit (5) zur visuellen Darstellung (6) des Bilddatensatzes (4) und einer Interaktionseinheit (7), mit der eine oder mehrere die Abtastung der Probenfläche (P) kennzeichnende Abtasteinstellung(en) (8a bis 8f) der Inspektionseinheit (1) unter Heranziehen eines die visuelle Darstellung (6) des Bilddatensatzes (4) auf der Anzeigeeinheit (5) betrachtenden Benutzers (B) veränderbar ist/sind, wobei mit der Interaktionseinheit (7) ein Verhalten und/oder eine Reaktion des Benutzers (B) beim Betrachten der visuellen Darstellung (6) des Bilddatensatzes (4) auf der Anzeigeeinheit (5) erfassbar und auswertbar ist/sind und wobei mit der Interaktionseinheit (7) anhand des Auswertungsergebnisses die eine oder mehreren die Abtastung der Probenfläche (P) kennzeichnende(n) Abtasteinstellung(en) (8a bis 8f) veränderbar ist/sind.Arrangement for scanning a sample surface (P) of a sample with an inspection unit (1) designed to scan the sample surface (P), with which surface data (2) characterizing the sample surface (P) can be generated, an image converter (3) with which the Sample surface (P) characterizing surface data (2) in an image data set (4) can be implemented, a preferably flat display unit (5) for visual representation (6) of the image data set (4) and an interaction unit (7), with the one or more the sampling the sampling surface (P) indicative scanning setting (s) (8a to 8f) of the inspection unit (1) using a visual representation (6) of the image data set (4) on the display unit (5) contemplated user (B) is variable, is /, wherein with the interaction unit (7) a behavior and / or a response of the user (B) when viewing the visual representation (6) of the image data set (4) on the display unit (5) can be detected and evaluated i st / are and wherein with the interaction unit (7) on the basis of the evaluation result, the one or more the sampling of the sample surface (P) characterizing (s) scanning (s) (8a to 8f) is changeable / are.

Figure DE102013206546A1_0001
Figure DE102013206546A1_0001

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum Abtasten einer Probenfläche einer Probe sowie auf ein entsprechendes Verfahren zum Abtasten, insbesondere auf eine Anordnung (nachfolgend alternativ auch als Einrichtung bezeichnet) und ein entsprechendes Verfahren zur mikroskopischen Probenabtastung mittels vorzugsweise berührungsfreier oder berührungsarmer Interaktion und flächiger Anzeigen. Der Begriff des Abtastens der Probenoberfläche ist erfindungsgemäß sehr allgemein dahingehend zu verstehen, dass von der Probenoberfläche Daten gewonnen werden (Datenaufnahme), die diese Probenoberfläche, ihre Struktur und/oder ihre Eigenschaften kennzeichnen. Die Daten können mittels berührungsfreier Verfahren (z. B. optischen Aufnahme der Probenfläche mit einer Kamera) oder auch berührender Verfahren (z. B. mechanisches Abtasten der Probenoberfläche mit der feinen Nadel eines Rasterkraftmikroskops) gewonnen werden. Insbesondere ist der Begriff des Abtastens somit nicht einschränkend im Sinne des Erfassens einzelner Messwerte von der Probenoberfläche lediglich an diskreten, voneinander beabstandeten Stützstellen zu verstehen.The present invention relates to an arrangement for scanning a sample surface of a sample and to a corresponding method for scanning, in particular an arrangement (hereinafter alternatively referred to as device) and a corresponding method for microscopic sample scanning by means of preferably non-contact or low-contact interaction and areal displays , According to the invention, the concept of scanning the sample surface is understood to be very general in that data are obtained from the sample surface (data acquisition) which characterize this sample surface, its structure and / or its properties. The data can be obtained by means of non-contact methods (eg optical recording of the sample surface with a camera) or also touching methods (eg mechanical scanning of the sample surface with the fine needle of an atomic force microscope). In particular, the concept of scanning is thus not restrictive in the sense of detecting individual measured values from the sample surface only at discrete, spaced support points.

Bei der Inspektion von Proben ist in der Regel eine intensive Interaktion des Bedieners mit der Inspektionseinheit erforderlich (nachfolgend wird zur Beschreibung des Standes der Technik das Beispiel eines Mikroskops als Inspektionseinheit gewählt). Die vom Bediener passend zur Probe einzustellenden Parameter der Beobachtung (nachfolgend allgemein als Abtasteinstellungen bezeichnet) umfassen im Wesentlichen die Fokussierung (in der Regel durch Veränderung der vertikalen Position des Tubus mit dem Objektiv, dem Okular und ggf. einer Kamera relativ zur Probe), die Blendeneinstellung, die Wahl des Objektivs, die Belichtungssteuerung (für den Fall, dass eine Kamera zur Bildaufnahme verwendet wird) und die Einstellung einer geeigneten Beleuchtung (Art der Beleuchtung, Richtung und Intensität). Falls das Mikroskop einen x-y-Tisch zur lateralen Positionierung der Probe aufweist, werden auch diese beiden Freiheitsgrade zur passenden Einstellung des Mikroskops verwendet.In the inspection of samples, intensive interaction of the operator with the inspection unit is usually required (for the description of the prior art, the example of a microscope is chosen as the inspection unit in the following). The parameters of the observation to be set by the operator to suit the sample (hereinafter referred to generally as scanning settings) essentially comprise the focusing (usually by changing the vertical position of the tube with the objective, the eyepiece and possibly a camera relative to the sample) Aperture setting, lens selection, exposure control (in case a camera is used for image capture) and the setting of appropriate lighting (type of lighting, direction and intensity). If the microscope has an x-y stage for laterally positioning the sample, these two degrees of freedom will also be used to properly adjust the microscope.

In der Regel erfolgt die Einstellung dieser Beobachtungsparameter manuell durch den Bediener. Bei manchen Mikroskopen erfolgt die Bedienung einiger Parameter mittels einer besonderen Kontrolleinrichtung, bei denen die Parameter z. B. über Drehschalter oder eine mit Maus oder Tastatur zu bedienende Interaktionsfläche auf einem Bildschirm gewählt werden. Durch die manuelle Einstellung der Parameter unterliegt der Bediener zusätzlich zur eigentlichen Untersuchung der Probe einer starken Belastung, so dass mikroskopische Untersuchungen meist nicht über längere Arbeitszeiten hinweg durchgeführt werden können. Mindestens eine Hand des Bedieners ist mit der Einstellung eines oder mehrerer Parameter beschäftigt, so dass sie nicht für andere Aufgaben (z. B. Auslösung einer Kameraaufnahme, Anfertigung von Notizen) zur Verfügung steht. Für das korrekte Greifen des mechanischen Bedienelements muss der Bediener außerdem meist seinen Blick vom Untersuchungsobjekt nehmen, so dass der visuelle Inspektionsvorgang des Bedieners unterbrochen wird.As a rule, the setting of these observation parameters is done manually by the operator. In some microscopes, the operation of some parameters by means of a special control device in which the parameters z. B. on rotary switch or to be operated with mouse or keyboard interaction area on a screen. By manually adjusting the parameters, the operator is subject to heavy load in addition to the actual sample examination, so that microscopic examinations can not usually be performed over longer working hours. At least one hand of the operator is busy adjusting one or more parameters so that it is not available for other tasks (eg triggering a camera shot, taking notes). In addition, for the correct gripping of the mechanical operating element, the operator must usually take his eyes off the examination subject so that the visual inspection process of the operator is interrupted.

Zur Unterstützung des Bedieners sind automatisierte Einrichtungen verfügbar, die dem Bediener die korrekte Einstellung des Mikroskops erleichtern. Es existieren z. B. Autofokus-Einrichtungen, mithilfe derer das Mikroskop automatisch in die für einen Bereich optimale Fokuseinstellung gefahren wird. Dies erfolgt mittels einer gezielten Auswertung von Bildern, die durch eine angeschlossene Kamera erfasst worden sind, innerhalb dieses Bereichs. Relevante Bereiche sind z. B. die Bildmitte, aber auch andere. Auch existieren Einrichtungen, welche die Blende, die Belichtungseinstellung einer angeschlossenen Kamera oder die Intensität und/oder Konfiguration der verwendeten Beleuchtung automatisch optimal für einen bestimmten Bereich einstellen. Bei diesen Einrichtungen ist allerdings meist keine Interaktion des Bedieners mit dem Mikroskop möglich (ggf. bis auf den zuvor festzulegenden Bereich für die Optimierung). Insbesondere kann der Bediener (bis auf die im nächsten Abschnitt beschriebene Technologie) nicht flexibel und schnell zwischen unterschiedlichen Bereichen wählen, für welche die Optimierung der Erfassungsparameter erfolgen soll.Automated facilities are available to assist the operator in facilitating the correct adjustment of the microscope. There exist z. B. Autofocus facilities, by means of which the microscope is automatically driven in the optimal focus for a range focus. This is done by means of a targeted evaluation of images that have been detected by a connected camera, within this range. Relevant areas are z. B. the center of the picture, but also others. There are also devices which automatically adjust the aperture, the exposure setting of a connected camera or the intensity and / or configuration of the illumination used optimally for a particular area. In most cases, however, no interaction of the operator with the microscope is possible with these devices (possibly down to the previously defined range for the optimization). In particular, the operator (with the exception of the technology described in the next section) can not choose flexibly and quickly between different areas for which the optimization of the acquisition parameters is to take place.

Um dem Bediener die Wahl von Bereichen, in denen die Optimierung der Bilderfassung erfolgen soll, und die Steuerung des Mikroskops zu erleichtern, wurde von der Fa. Leica eine Technologie entwickelt, bei der die Interaktion des Bedieners mit dem Mikroskop mittels einer Blickerfassungseinrichtung realisiert wird. Das Patent US 6 005 710 beschreibt ein System, bei dem das Autofokussystem eines Mikroskops mittels des Blicks des Bedieners eingestellt wird. Bei der von der Fa. Leica beanspruchten Technologie erfolgt die Blickerfassung jedoch an einem Okular.In order to make it easier for the operator to select areas in which the optimization of image acquisition is to take place and the control of the microscope, Leica has developed a technology in which the interaction of the operator with the microscope is realized by means of a gaze detection device. The patent US 6,005,710 describes a system in which the autofocus system of a microscope is adjusted by means of the operator's gaze. In the case of the technology claimed by the Leica company, however, eye-tracking is performed on an eyepiece.

Ein Nachteil der üblichen Nutzung eines optischen Strahlengangs mittels eines Okulars, d. h. ohne eine elektronische Bildaufnahmeeinrichtung, besteht darin, dass nur solche Bilder vom Bediener gesehen werden können, die optisch erzeugt werden können. Insbesondere die geringe Schärfentiefe der mikroskopischen Abbildung bewirkt, dass oft nicht das gesamte Sichtfeld, das im Okular sichtbar ist, mit optimaler oder zumindest hinreichend guter Bildgüte abgebildet wird. In ähnlicher Weise ist oft keine Beleuchtung einstellbar, die den gesamten Bereich der Probe im Sichtfeld optimal oder zumindest hinreichend gut ausleuchtet.A disadvantage of the usual use of an optical beam path by means of an eyepiece, ie without an electronic image recording device, is that only such images can be seen by the operator, which can be generated optically. In particular, the shallow depth of field of the microscopic image causes often not the entire field of view, which is visible in the eyepiece, with optimal or at least sufficiently good image quality is displayed. Similarly, often no lighting is adjustable covering the entire area the sample in the field of view optimally or at least sufficiently well lit.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die oben beschriebenen Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden, insbesondere eine Anordnung zum Abtasten einer Probenfläche (sowie ein entsprechendes Verfahren) zur Verfügung zu stellen, mit der auf einfache und zuverlässige Art und Weise eine interaktive Bedienung (die bevorzugt berührungsfrei erfolgen soll) einer Inspektionseinheit, insbesondere eines Mikroskops, zum Abtasten einer Probe ermöglicht ist. Die Bedienung soll dabei interaktiv die Veränderung von Abtasteinstellungen (z. B. Beobachtungsparameter am Mikroskop) erlauben.The object of the present invention is therefore to avoid the above-described disadvantages of the prior art, in particular to provide an arrangement for scanning a sample surface (as well as a corresponding method) with which an interactive operation (in a simple and reliable manner) can be achieved. which is preferably to take place without contact) of an inspection unit, in particular of a microscope, for scanning a sample is made possible. The operation should interactively allow the modification of scanning settings (eg observation parameters on the microscope).

Diese Aufgabe wird durch eine Anordnung gemäß Anspruch 1 sowie das entsprechende Verfahren gemäß Anspruch 12 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsvarianten lassen sich dabei jeweils den abhängigen Ansprüchen entnehmen.This object is achieved by an arrangement according to claim 1 and the corresponding method according to claim 12. Advantageous embodiments can be found in each case the dependent claims.

Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung zunächst allgemein, dann anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben. Die einzelnen im Ausführungsbeispiel in Verbindung miteinander auftretenden Merkmale der erfindungsgemäßen Beispielanordnung müssen dabei im Rahmen der Erfindung nicht in der gezeigten Kombination verwirklicht werden. Insbesondere können einzelne der gezeigten Merkmale auch weggelassen werden oder mit anderen gezeigten Merkmalen auf andere Art und Weise kombiniert werden. insbesondere können bereits einzelne der gezeigten Merkmale für sich eine Bereicherung des Standes der Technik darstellen. Die in den abhängigen Ansprüchen beschriebenen Merkmale können dabei im Rahmen der Anspruchsstruktur in beliebigen Kombinationen miteinander verwirklicht werden.Hereinafter, the present invention will be described first in general, then by means of an embodiment. The individual features of the exemplary embodiment according to the invention which occur in conjunction with one another in the exemplary embodiment need not be realized within the scope of the invention in the combination shown. In particular, individual features shown may also be omitted or combined with other features shown in other ways. In particular, some of the features shown may represent an enrichment of the prior art. The features described in the dependent claims can be realized in the context of the claim structure in any combination with each other.

Grundidee der vorliegenden Erfindung ist es, die Inspektionseinheit (insbesondere: das Mikroskop) so mit einem die durch die Inspektionseinheit beim Abtasten der Probenfläche erfassten Daten (nachfolgend: Flächendaten) in ein Bild wandelnden Bildumsetzer (z. B. Kamera) zu kombinieren, dass die die Probenfläche kennzeichnenden Flächendaten als dieses Bild auf einer Anzeigeeinheit dargestellt werden können. Das Verhalten oder die Reaktion eines den auf der Anzeigeeinheit dargestellten Bilddatensatz des Bildumsetzers betrachtenden Benutzers der Anordnung wird/werden erfasst und interaktiv zur Änderung von Abtasteinstellungen (z. B. Beobachtungsparametern am Mikroskop) der Inspektionseinheit genutzt. Nach dieser Veränderung von Abtasteinstellungen kann die Probenfläche mit der Inspektionseinheit erneut abgetastet werden, so dass die entsprechend veränderten Flächendaten bzw. die daraus resultierenden Bilddaten erneut in einer entsprechenden Interaktion zwischen Benutzer und Inspektionseinheit verwendet werden können. Insbesondere erlaubt die vorliegende Erfindung den Einsatz einer Blickerfassung auf der/den Anzeigeeinheit(en) anstelle der Blickerfassung in einem Okular oder anstelle des Verwendens eines Okulars eines Mikroskops, bei der Blickrichtung und/oder Blickpunkt des die Anzeigeeinheit betrachtenden Benutzers erfasst und ausgewertet werden können.The basic idea of the present invention is to combine the inspection unit (in particular: the microscope) with an image converter (eg camera) that converts the data acquired by the inspection unit when scanning the sample surface (hereinafter: area data) into an image that the Area data characterizing the sample area can be displayed as this image on a display unit. The behavior or the response of a user of the device viewing the image data set of the image converter displayed on the display unit is / are detected and used interactively to change the scanning settings (eg observation parameters on the microscope) of the inspection unit. After this change of scanning settings, the sample surface can be scanned again with the inspection unit, so that the correspondingly changed area data or the resulting image data can be used again in a corresponding interaction between the user and the inspection unit. In particular, the present invention allows the use of gaze detection on the display unit (s) instead of gaze detection in an eyepiece or instead of using an eyepiece of a microscope, can be detected and evaluated at the viewing direction and / or viewpoint of the user viewing the display unit.

Eine erfindungsgemäße Anordnung ist im Anspruch 1 beschrieben.An inventive arrangement is described in claim 1.

Dabei kann die Probenfläche der gesamten abzutastenden Probe entsprechen oder auch Teilbereichen (Ausschnitten) derselben. Vorzugsweise ist die Anzeigeeinheit eine flächige (zweidimensionale) Anzeigeeinheit zum flächigen Darstellen des Bilddatensatzes (zweidimensionales Bild der abgetasteten Probenfläche). Grundsätzlich ist es jedoch auch denkbar, eine eindimensionale Anzeigeeinheit (Zeilenanzeige) zum Darstellen eines eindimensionalen Bilddatensatzes (z. B. in Form eines Zeilenhistogramms o. ä., das aus den die Probenfläche kennzeichnenden Flächendaten gewonnen wird) zu verwenden.In this case, the sample surface can correspond to the entire sample to be scanned, or even partial regions (cutouts) of the same. Preferably, the display unit is a flat (two-dimensional) display unit for displaying the image data set in two dimensions (two-dimensional image of the scanned sample surface). In principle, however, it is also conceivable to use a one-dimensional display unit (line display) for displaying a one-dimensional image data record (for example in the form of a line histogram or the like, which is obtained from the surface data characterizing the sample surface).

Die Veränderung der Abtasteinstellung(en) umfasst dabei jegliche, also auch die erstmalige Einstellung, Anpassung, Regelung etc. einer solchen bzw. solcher Abtasteinstellung(en). Unter der Kennzeichnung der Abtastung der Probenfläche durch eine Abtasteinstellung wird dabei ein beliebiger variabler Parameter verstanden, der die Art, Form, Durchführung, ... der Abtastung (z. B. der Bildaufnahme am Mikroskop) beeinflusst und/oder bestimmt.The change of the Abtasteinstellung (s) includes any, including the first time setting, adjustment, control, etc. of such or such Abtasteinstellung (s). The designation of the scanning of the sample surface by a scanning setting is understood to mean any variable parameter which influences and / or determines the type, shape, execution, ... of the scanning (for example the image recording on the microscope).

Unter Heranziehen des Benutzers wird subsumiert, dass der Benutzer selbst auf die Interaktionseinheit einwirkt und mit letzterer oder über letztere die mindestens eine Abtasteinstellung verändert. Im Regelfall wird unter dem Heranziehen des Benutzers jedoch eine automatisierte Arbeitsweise der Interaktionseinheit (in Verbindung mit der Inspektionseinheit) verstanden, bei der der Benutzer, sein Verhalten und/oder seine Reaktion (bzw. das Verhalten oder die Reaktion eines Körperteils des Benutzers wie beispielsweise das Durchführen einer bestimmten Bewegung oder Geste oder das Verändern des Blickes beim Betrachten der Anzeigeeinheit) und/oder Änderungen seines Verhaltens bzw. seiner Reaktion sensoriell (z. B. mit Kameras, Mikrofonen, ...) erfasst wird/werden. Die sensoriell erfassten Informationen werden dann ausgewertet (beispielsweise durch die Interaktionseinheit, die dazu mit einem entsprechenden Rechnersystem, das über geeignete Auswerteprogramme verfügt, versehen werden kann) und die Ergebnisse der Auswertung werden dazu verwendet, die Abtasteinstellung(en) der Inspektionseinheit in Abhängigkeit des Auswerteergebnisses zu verändern.Using the user, it is subsumed that the user himself interacts with the interaction unit and with the latter or via the latter changes the at least one scanning setting. As a rule, however, the user's being referred to is an automated mode of operation of the interaction unit (in connection with the inspection unit) in which the user, his behavior and / or his reaction (or the behavior or reaction of a body part of the user such as the Performing a certain movement or gesture or changing the gaze when viewing the display unit) and / or changes in its behavior or reaction are detected sensorially (eg with cameras, microphones, etc.). The sensorially recorded information is then evaluated (for example, by the interaction unit, which can be provided with a corresponding computer system that has suitable evaluation programs) and the results of the evaluation are used, the scanning setting (s) of the inspection unit depending on the evaluation result to change.

Die Interaktionseinheit ist in der Regel als getrennt von der Inspektionseinheit ausgebildete, separate Einheit vorgesehen; die Interaktionseinheit kann jedoch auch als Teil der Inspektionseinheit ausgebildet werden. The interaction unit is usually provided as separate unit formed from the inspection unit; however, the interaction unit may also be formed as part of the inspection unit.

Ein Verhalten oder eine Reaktion des Benutzers ist dabei in der Regel ein willentliches Verhalten bzw. eine willentliche Reaktion wie beispielsweise eine bestimmte Blickrichtung des Benutzers oder eine Änderung einer solchen Blickrichtung, ein Verweilen des Benutzerblicks auf einem Punkt auf der Anzeigeeinheit über eine vorbestimmte Zeit, das Erteilen eines Sprachbefehls durch den Benutzer oder auch das Durchführen einer definierten, mit einem Sensor (Kamera samt Bildnachverarbeitung) erfassbaren und auswertbaren Geste des Benutzers. Grundsätzlich ist es aber auch denkbar, nicht oder nur teilweise willensbeeinflusste Reaktionen oder Verhaltensweisen (z. B. den Moment wenn der Benutzer blinzelt, die Blinzelfrequenz des Benutzers oder ähnliches) zu erfassen. Die Interaktionseinheit umfasst bevorzugt ein Rechnersystem (z. B. PC) sowie entsprechende Sensoren mit geeignet ausgebildeten Programmen zum sensoriellen Erfassen und rechnergestützten Auswerten der erfassten Reaktion oder des erfassten Verhaltens des Benutzers. Mit diesem Rechnersystem der Interaktionseinheit kann dann auch das Steuern der Veränderung(en) der die Abtastung der Probe kennzeichnenden Abtasteinstellung(en) auf Basis der Auswertungsergebnisse erfolgen.In this case, a behavior or a reaction of the user is usually a voluntary behavior or a voluntary reaction, such as a specific line of sight of the user or a change of such a viewing direction, a lingering of the user's view at a point on the display unit over a predetermined time, the Issuing a voice command by the user or even performing a defined, with a sensor (camera including image post-processing) detectable and evaluable gesture of the user. In principle, however, it is also conceivable to detect reactions that are not or only partially influenced by the will (eg the moment when the user blinks, the blink frequency of the user or the like). The interaction unit preferably comprises a computer system (eg PC) and corresponding sensors with suitably designed programs for sensor-based detection and computer-aided evaluation of the detected reaction or the detected behavior of the user. With this computer system of the interaction unit, controlling the change (s) of the scanning setting (s) characterizing the scanning of the sample can then also be carried out on the basis of the evaluation results.

Erste vorteilhafte Merkmale, die im Rahmen der erfindungsgemäßen Anordnung realisiert werden können, beschreibt Anspruch 2. Die Berührungslosigkeit bezieht sich dabei in der Regel darauf, dass die Hände des Benutzers die Inspektionseinheit nicht berühren, also dem Benutzer anderweitig zur freien Verfügung stehen, während er über die Interaktionseinheit die Veränderung der Abtasteinstellung(en) steuert.First advantageous features that can be realized in the context of the inventive arrangement is described in claim 2. The non-contact refers to the rule that the user's hands do not touch the inspection unit, so the user otherwise at leisure, while he over the interaction unit controls the change in the scan setting (s).

Weitere vorteilhafte Merkmale der erfindungsgemäßen Anordnung sind in Anspruch 3 beschrieben.Further advantageous features of the arrangement according to the invention are described in claim 3.

Gemäß Anspruch 3 kann auch eine Mehrzahl von Blickrichtungen oder Blickpunkten erfasst werden. Ebenso ist es möglich, den zeitlichen Verlauf der Änderung des Ortes des Blickpunktes oder der Änderung der Blickrichtung zu erfassen. Als abgeleitete Größen der ersten Variante in Anspruch 3 können daher zum Beispiel die Verweildauer des Blicks an einem bestimmten Blickpunkt, eine bestimmte Bewegung bzw. Änderung der Blickrichtung, eine definierte Abfolge von Blickrichtungswechseln, die pro Zeiteinheit mit dem Blick überstrichene Fläche usw. ausgewertet werden. Der grundsätzliche Aufbau solcher Blickbestimmungseinrichtungen, z. B. auf Basis der Erfassung der Position der Pupille und auch von einem oder mehreren Lichtreflexionspunkten auf dem Auge des Benutzers mittels einer Kamera, die ein Bild vom Gesicht bzw. vom Auge des Benutzers aufnimmt und auswertet, ist dem Fachmann grundsätzlich bekannt. Siehe hierzu beispielsweise: Rötting, Matthias: Parametersystematik der Augen- und Blickbewegungen für arbeitswissenschaftliche Untersuchungen, Shaker Verlag 2001 oder Holmqvist, Kenneth et. al.: Eye tracking: A comprehensive guide to methods and measures, Oxford Verlag .According to claim 3, a plurality of viewpoints or viewpoints can be detected. It is also possible to record the time course of the change in the location of the viewpoint or the change in the viewing direction. As derived variables of the first variant in claim 3, therefore, for example, the dwell time of the gaze at a particular viewpoint, a specific movement or change in the viewing direction, a defined sequence of viewing direction changes, the area swept by the gaze per unit time, etc., can be evaluated. The basic structure of such Blickbestimmseinrichtungen, z. B. based on the detection of the position of the pupil and also of one or more light reflection points on the user's eye by means of a camera that receives and evaluates an image of the face or the user's eye, the skilled person is known in principle. See for example: Rötting, Matthias: Parameter system of eye and eye movements for work scientific investigations, Shaker Verlag 2001 or Holmqvist, Kenneth et. al .: Eye tracking: A comprehensive guide to methods and measures, Oxford Verlag ,

Die in Anspruch 3 beschriebene Gestenerfassungseinrichtung kann auch den zeitlichen Verlauf oder die Veränderung einer Geste des Benutzers (beispielsweise einer mit der Hand durchgeführten Geste) erfassen. Abgeleitete Größen können beispielsweise Veränderungen einer Geste über einen definierten Zeitraum hinweg sein. Auch eine solche Gestenerfassungseinrichtung ist hinsichtlich ihres Aufbaus (der z. B. eine CCD-Kamera mit verbundenem Rechnersystem und Bildnachverarbeitungsprogrammen verwenden kann) dem Fachmann grundsätzlich bekannt. Siehe hier beispielsweise Bader, Thomas: Multimodale Interaktion in Multi-Display-Umgebungen, KIT Scientific Publishing, 2011 .The gesture detection device described in claim 3 may also detect the timing or the change of a gesture of the user (for example, a gesture performed by hand). For example, derived quantities can be changes in a gesture over a defined period of time. Such a gesture detection device is also fundamentally known to a person skilled in the art in terms of its structure (which can use, for example, a CCD camera with a connected computer system and image post-processing programs). See here, for example Bader, Thomas: Multimodal Interaction in Multi-Display Environments, KIT Scientific Publishing, 2011 ,

Die im Anspruch 3 beschriebene Sprachsteuereinrichtung kann als abgeleitete Größe(n) auch eine Folge von Sprachbefehlen, einen zeitlichen Abstand einzelner aufeinanderfolgender Sprachbefehle, die Veränderung der Tonhöhe einer Lautäußerung des Benutzers oder dergleichen erfassen. Auch der Aufbau solcher Sprachsteuereinrichtungen (z. B. umfassend ein Mikrofon zum Aufnehmen der Sprach- oder Lautäußerung des Benutzers samt einem nachgeschalteten Rechnersystem mit Spracherkennungssoftware oder dergleichen) ist dem Fachmann grundsätzlich bekannt.The voice control device described in claim 3 may also detect as a derived quantity (s) a sequence of voice commands, a time interval of individual successive voice commands, the change of the pitch of a user's utterance, or the like. The construction of such voice control devices (eg comprising a microphone for recording the speech or utterance of the user together with a downstream computer system with speech recognition software or the like) is also known in principle to a person skilled in the art.

Selbstverständlich können auch mehrere solche Einheiten, also z. B. eine Blickbestimmungseinrichtung, eine Gestenerfassungseinrichtung und eine Sprachsteuereinrichtung (oder mehrere Exemplare eines Typs dieser Einrichtungen) in der Interaktionseinheit vorhanden sein, um beispielsweise eine gleichzeitige Blicksteuerung und sprachgestützte Interaktion zu ermöglichen. Auch das Verhalten mehrerer Benutzer kann zeitlich parallel erfasst und ausgewertet werden.Of course, several such units, ie z. Gaze detection means, gesture detection means and voice control means (or multiple instances of one type of these means) may be present in the interaction unit, for example to allow simultaneous gaze control and voice-based interaction. The behavior of several users can also be recorded and evaluated at the same time.

Weitere vorteilhafterweise realisierte Merkmale beschreibt Anspruch 4 (diese Merkmale können in Kombination mit den vorangehend beschriebenen vorteilhaften Merkmalen realisiert werden oder auch separat – dies gilt auch für alle nachfolgend noch beschriebenen vorteilhaften Merkmale entsprechend).Further advantageously realized features are described in claim 4 (these features can be realized in combination with the advantageous features described above or also separately - this also applies accordingly to all advantageous features described below).

Vorzugsweise erfolgt erfindungsgemäß ein mikroskopisches Abtasten der Probenfläche mit einer Mikroskop-Optik. Jedoch sind auch andere Abtastverfahren möglich. Es können auch mehrere unterschiedliche Inspektionseinheiten unterschiedlicher Modalität (also z. B. zur mechanischen, optischen, ... Abtastung geeignet) mit jeweils zugehörigem Bildumsetzer parallel vorhanden sein. Mit diesen können dann gleichzeitig mehrere Sätze von Flächendaten erzeugt werden (vergleiche auch die nachfolgenden Ansprüche). Erfolgt ein mikroskopisches optisches Abtasten, so können die Flächendaten einem optischen Abbild entsprechen, das beim optischen Abbilden der Probenfläche mit dem Objektiv des Mikroskops entsteht (z. B. dem Zwischenbild das an demjenigen Ort entsteht, der vom Okular abgebildet werden würde). Das Okular kann weggelassen werden, anstelle des Okulars kann der Bildumsetzer (Kamera) positioniert werden, der aus diesem optischen Abbild den Bilddatensatz erzeugt. Ebenso ist es jedoch möglich, als Flächendaten das endgültige, vom Okular erzeugte Bild des Mikroskops zu verwenden, das dann mithilfe des Bildumsetzers (Kamera) in den Bilddatensatz überführt wird. Auch andere optische Strahlengänge sind möglich, mit denen ein mikroskopisches Bild der Probenfläche erzeugt werden kann. Somit können die Flächendaten insbesondere optische Abbilder darstellen, die mit einer Kamera in (bevorzugt digitale) Bilddaten umgesetzt werden.Preferably, according to the invention, a microscopic scanning of the sample surface is carried out with a microscope optics. But there are others too Scanning possible. It is also possible for a plurality of different inspection units of different modality (that is to say, for example, suitable for mechanical, optical, ... scanning) to be present in parallel, each with an associated image converter. With these, several sets of surface data can then be generated simultaneously (see also the following claims). If a microscopic optical scanning is performed, the area data may correspond to an optical image produced when the specimen surface is optically imaged with the objective of the microscope (eg the intermediate image formed at the location that would be imaged by the eyepiece). The eyepiece can be omitted, instead of the eyepiece, the image converter (camera) can be positioned, which generates the image data record from this optical image. However, it is also possible to use as the area data the final image of the microscope produced by the eyepiece, which is then transferred by means of the image converter (camera) into the image data record. Other optical beam paths are also possible with which a microscopic image of the sample surface can be generated. Thus, the surface data can in particular represent optical images, which are converted by a camera into (preferably digital) image data.

Weitere vorteilhafte Merkmale lassen sich Anspruch 5 entnehmen. Das optische Abtasten kann dabei nicht nur im Wellenlängenbereich des sichtbaren Lichtes erfolgen, grundsätzlich können auch im Infrarotbereich oder im UV-Bereich erzeugte Flächendaten mithilfe geeigneter Bildumsetzer (IR-Kamera bzw. UV-Kamera) in Bilddatensätze gewandelt werden. Hierzu ist durch die Kamera eine geeignete Transformation anzuwenden, um die Daten der außerhalb des sichtbaren Bereichs liegenden Wellenlängenbereiche in Daten im Sichtbaren zu transformieren. Die transformierten Bilddatensätze können dann auf der Anzeigeeinheit (z. B. als Falschfarbenbilder) angezeigt werden und sind somit vom Benutzer wahrnehmbar.Further advantageous features can be found in claim 5. In this case, the optical scanning can not only take place in the wavelength range of the visible light, in principle, area data generated in the infrared range or in the UV range can also be converted into image data records by means of suitable image converters (IR camera or UV camera). For this purpose, a suitable transformation is to be used by the camera in order to transform the data of the wavelength ranges lying outside the visible range into data in the visible. The transformed image data sets can then be displayed on the display unit (eg as false color images) and are therefore perceptible by the user.

Ganz analog können beim Einsatz z. B. eines Rasterkraftmikroskops als Inspektionseinheit mechanisch erzeugte Flächendaten durch den Bildumsetzer (hier z. B. ein entsprechendes Rechnersystem, das die mechanisch erfassten Flächendaten geeignet wandelt) in einen Bilddatensatz in Form eines Falschfarbenbildes gewandelt werden. Entsprechende Bildumsetzer sind dem Fachmann bekannt.Quite analogously, when using z. B. an atomic force microscope as an inspection unit mechanically generated surface data by the image converter (here, for example, a corresponding computer system that converts the mechanically detected surface data suitably) into an image data set in the form of a false color image. Corresponding image converters are known to the person skilled in the art.

Weitere vorteilhafte Merkmale lassen sich den Ansprüchen 6 bis 8 entnehmen.Further advantageous features can be found in claims 6 to 8.

Gemäß Anspruch 8 können mehrere Inspektionseinheiten kombiniert geschaltet werden, um zeitlich nacheinander Daten von ein und derselben Probenfläche bzw. ein und demselben Probenbereich mit unterschiedlichen Modalitäten und/oder unterschiedlichen Einstellungen zu erfassen (z. B. aufzunehmen). Wird für diese unterschiedlichen Inspektionseinheiten lediglich ein einziger Bildumsetzer eingesetzt, ist dieser Bildumsetzer mit einer geeigneten Ankoppeloptik (z. B. Faseroptik) oder mit einer geeigneten Auswahloptik (z. B. schwenkbare Spiegel umfassend) an die verschiedenen Inspektionseinheiten anzukoppeln. Der einzelne Bildumsetzer kann dann durch Fusion von Flächendaten unterschiedlicher Inspektionseinheiten einen einzigen Bilddatensatz ausbilden (z. B. einen synthetischen, optischen, digitalen Bilddatensatz) der auf der Anzeigeeinheit abgebildet und vom Benutzer betrachtet werden kann.According to claim 8, a plurality of inspection units can be switched in combination in order to acquire (for example record) data from one and the same sample area or one and the same sample area with different modalities and / or different settings one after the other. If only a single image converter is used for these different inspection units, this image converter is to be coupled to the various inspection units with a suitable coupling optical system (eg fiber optics) or with a suitable selection optics (eg comprising pivotable mirrors). The individual image converter can then form a single image data set (eg a synthetic, optical, digital image data set) by merging surface data from different inspection units, which can be imaged on the display unit and viewed by the user.

Ebenso kann für jede der unterschiedlichen Inspektionseinheiten genau ein nachgeschalteter Bildumsetzer vorgesehen sein. Die dann von den einzelnen Bildumsetzern jeweils erzeugten Bilddatensätze können (z. B. durch eine die Bildumsetzer ansteuernde zentrale Steuereinheit) ebenfalls zu einem synthetischen Ergebnisbilddatensatz fusioniert werden.Likewise, exactly one downstream image converter can be provided for each of the different inspection units. The image data sets then respectively generated by the individual image converters can also be fused (for example by a central control unit which activates the image converters) to form a synthetic result image data record.

Weitere vorteilhafte Merkmale lassen sich Anspruch 9 entnehmen.Further advantageous features can be found in claim 9.

Gemäß Anspruch 9 kann auf jeder der Anzeigeeinheiten jeweils einer der erzeugten Bilddatensätze angezeigt werden. (Natürlich ist es auch möglich, wenn mehrere Benutzer gleichzeitig diese Anzeigeeinheiten betrachten, denselben Bilddatensatz auf mehreren unterschiedlichen Anzeigeeinheiten anzuzeigen, wobei die Interaktionseinheit dann die mehreren Benutzer heranzieht, um Abtasteinstellungen der unterschiedlichen Inspektionseinheiten zu verändern). Die Interaktionseinheit kann somit (z. B. mittels mehrere Blickbestimmungseinrichtungen, Gestenerfassungseinrichtungen und/oder Sprachsteuereinrichtungen) so ausgebildet sein, dass sie die die Abtastung der Probenfläche(n) kennzeichnende(n) Abtasteinstellung(en) der Inspektionseinheit(en) verändert, indem sie einen einzigen oder auch mehrere die visuellen Darstellungen der mehreren Bilddatensätze auf den mehreren Anzeigeeinheiten betrachtende(n) Benutzer heranzieht. Beispielsweise können gemäß Anspruch 2 beim nacheinander erfolgenden Betrachten unterschiedlicher visueller Darstellungen auf unterschiedlichen Anzeigeeinheiten nacheinander auftretende Benutzerreaktionen eines oder mehrerer Benutzer hinsichtlich ihrer Art, Abfolge, zeitlichen Abstände, ... erfasst und ausgewertet werden, um damit die Abtasteinstellung(en) der Inspektionseinheit(en) zu verändern. Auch die Reaktionen mehrerer Benutzer beim Betrachten unterschiedlicher Anzeigeeinheiten zu ein und demselben Zeitpunkt können ausgewertet und zum Verändern von Abtasteinstellungen verwendet werden.According to claim 9, one of the generated image data sets can be displayed on each of the display units. (Of course, it is also possible, when several users simultaneously view these display units, to display the same image data set on a plurality of different display units, the interaction unit then drawing on the multiple users to change scanning settings of the different inspection units). The interaction unit may thus be configured (eg by means of a plurality of gaze determination devices, gesture detection devices and / or voice control devices) such that it alters the sampling setting (s) of the inspection unit (s) characterizing the sampling of the sample surface (s) by use one or more users viewing the visual representations of the multiple image data sets on the multiple display units. For example, in successive viewing of different visual representations on different display units consecutively occurring user reactions of one or more users with respect to their nature, sequence, time intervals, ... can be detected and evaluated, so that the scanning setting (s) of the inspection unit (s ) to change. Also, the responses of multiple users viewing different display units at one and the same time can be evaluated and used to alter sampling settings.

Weitere vorteilhafte Merkmale lassen sich den Ansprüchen 10 und 11 entnehmen.Further advantageous features can be found in claims 10 and 11.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren ist in Anspruch 12 beschrieben. A method according to the invention is described in claim 12.

Erfindungsgemäß kann die Anordnung beispielsweise neben einem Mikroskop als Inspektionseinheit eine elektronische Kamera als Bildumsetzer aufweisen, wobei letztere anstelle des Okulars des Mikroskops (oder auch zusätzlich zu diesem) so angeordnet ist, dass das Abbild der Mikroskop-Optik, also des Objektivs erfasst wird. Ein Okular ist somit nicht unbedingt erforderlich; das durch die elektronische Kamera aufgenommene Bild wird auf einer oder mehreren flächigen Anzeigen dargestellt.According to the invention, the arrangement can have, for example, a microscope as an inspection unit an electronic camera as image converter, the latter instead of the eyepiece of the microscope (or in addition to this) is arranged so that the image of the microscope optics, so the lens is detected. An eyepiece is therefore not essential; The image taken by the electronic camera is displayed on one or more areal displays.

Die Interaktion des Bedieners mit dem Mikroskop kann im Wesentlichen anhand dieser flächigen Anzeige(n) erfolgen. Durch das Wegfallen der optischen Beobachtung des Mikroskop-Bildes durch ein Okular können auch synthetische Bilder generiert werden, die rein optisch nicht erzielbar wären. Insbesondere kann der Benutzer bzw. Bediener Einstellvorgänge, die er ständig, d. h. in der Regel für jede Probe vornehmen muss (wie beispielsweise die Einstellungen des Fokus, der Blende, der Beleuchtung, der Belichtungszeit, der lateralen Positionierung der Probe usw.), vorwiegend berührungslos durchführen, während er Einstellungen, die als Voreinstellungen nur selten getätigt werden müssen (beispielsweise die Festlegung der in einem Objektivrevolver verfügbaren Objektive, die maximalen Verfahrwege, den Bearbeiternamen, die Auswahl des für die Ablage der Bilddateien verwendeten Verzeichnisses usw.), auch auf dem aus dem Stand der Technik bekannten Weg, beispielsweise über einen mittels Maus und Tastatur zu bedienenden Auswahldialog, durchführen kann.The interaction of the operator with the microscope can essentially be done on the basis of this flat display (s). By eliminating the optical observation of the microscope image through an eyepiece synonymous synthetic images can be generated, which would be purely optically unreachable. In particular, the user or operator setting operations, he constantly, d. H. usually for each sample (such as the settings of the focus, aperture, illumination, exposure time, lateral positioning of the sample, etc.), mostly non-contact while performing settings that are rarely required as presets (For example, the definition of the lenses available in a nosepiece, the maximum trajectories, the processor name, the selection of the directory used for filing the image files, etc.), also in the way known from the prior art, for example via a mouse and keyboard to be operated selection dialog, can perform.

Um die berührungslose Interaktion zu realisieren, kann die Interaktionseinheit mehrere separate Bestandteile zur Interaktion mit der/den flächigen Anzeige(n) umfassen. Diese Bestandteile können beispielsweise Blickbestimmungseinrichtungen, die den Blickpunkt des Bedieners (oder gegebenenfalls auch mehrerer Bediener) auf der/den flächigen Anzeige(n) erfassen, gestengesteuerte Interaktionseinheiten (Gestenerfassungseinrichtungen) und/oder Sprachsteuereinrichtungen sein.In order to realize the non-contact interaction, the interaction unit may comprise several separate components for interacting with the area display (s). These components may be, for example, gaze-determining devices that capture the point of view of the operator (or optionally also of several operators) on the flat display (s), gesture-controlled interaction units (gesture detection devices) and / or voice control devices.

Als beispielhafte Veränderung einer die Abtastung der Probenfläche kennzeichnenden Abtasteinstellung (also die Datenaufnahme der Probenfläche kennzeichnenden Aufnahmeeinstellung) eines Mikroskops als Inspektionseinheit wird nachfolgend die Veränderung der Fokussierung vermittels einer Blickbestimmungseinrichtung (nachfolgend auch als Blickerfassungssystem bezeichnet) als Interaktionseinheit beschrieben. Selbstverständlich kann auch die Veränderung bzw. Einstellung anderer Abtasteinstellungen (also Aufnahmeeinstellungen) oder die Interaktion mittels anderer berührungsfreier interaktionsprinzipien (z. B. Sprachsteuerung) in gleicher Weise erfolgen.As an exemplary change of a scanning setting characterizing the scanning of the sample surface (ie recording of the sample surface characterizing a microscope) as an inspection unit, the change in focusing by means of a gaze determination device (hereinafter also referred to as gaze detection system) is described below as an interaction unit. Of course, the change or adjustment of other scanning settings (ie recording settings) or the interaction by means of other non-contact interaction principles (eg voice control) can also be carried out in the same way.

Im Beispiel der Blickerfassung wird zunächst mittels einer elektronischen Kamera als Bildumsetzer auf einer flächigen Anzeige als Anzeigeeinheit ein Bild (Bilddatensatz) dargestellt, bei dem die Fokussierung noch nicht an die Probe bzw. den interessierenden Bereich (Probenfläche) auf der Probe angepasst ist, so dass demnach das Mikroskop in Bezug auf seine Fokussierung noch nicht optimal eingestellt ist.In the example of the gaze detection, an image (image data set) is initially displayed by means of an electronic camera as image converter on a flat display as a display unit, in which the focus is not yet adapted to the sample or the region of interest (sample surface) on the sample, so that Accordingly, the microscope is not optimally adjusted in terms of its focus.

Zur berührungsfreien Veränderung der Fokuseinstellung zur Fokussierung schaut der Benutzer auf der Anzeige auf einen bestimmten Punkt (Blickpunkt), den er fokussiert sehen möchte. Mittels des Blickerfassungssystems wird diese Position auf der flächigen Anzeigeeinheit erfasst. Der Benutzer löst nun eine Fokussierung aus. Dies kann beispielsweise über eine längere Verweildauer des Blicks auf dem gewünschten Punkt oder eine Blickgeste (z. B. eine bestimmte Blinzelbewegung), über die Spracherfassung eines gesprochenen Kommandos oder auch über einen Taster (beispielsweise Hand- oder Fußtaster) erfolgen. Alternativ kann die Fokussierung auch zeitgesteuert, beispielsweise in Sekundenintervallen, ausgelöst werden. Die Fokussierung erfolgt, indem die zur Fokussierung vorgesehene Einrichtung am Mikroskop betätigt wird (beispielsweise Verschiebung der z-Achse) und simultan Bilder durch die elektronische Kamera erfasst werden, die auf eine korrekte Fokussierung an dem ausgewählten Punkt ausgewertet werden (beispielsweise mittels einer Auswertung des lokalen Kontrasts – lokale Kontrastauswerteverfahren sind dem Fachmann bekannt, vgl. z. B. Jähne, Berndt: Digitale Bildverarbeitung, Springer-Verlag, 2005 ). Die zur Veränderung der Fokussiereinstellung an der Inspektionseinheit vorgesehene Baugruppe wird nun (gesteuert über die Interaktionseinheit) solange betätigt, bis eine hinreichend gute Fokussierung erreicht ist. Dazu können auch serienweise Flächendaten aufgenommen, in Bilddatensätze umgesetzt und angezeigt werden, wobei nach jedem angezeigten Bilddatensatz der Benutzer durch die Interaktionseinheit erneut zur Veränderung der Fokussierung als Abtasteinstellung herangezogen werden kann.For non-contact change of the focus setting for focusing, the user looks at the display on a specific point (viewpoint) that he wants to see focused. By means of the gaze detection system, this position is detected on the flat display unit. The user now triggers a focus. This may, for example, take place over a longer dwell time of the view on the desired point or a gaze gesture (eg a certain blinking movement), via the speech detection of a spoken command or also via a button (for example a hand or foot switch). Alternatively, the focus can also be triggered in a time-controlled manner, for example in second intervals. Focusing is accomplished by operating the focusing device on the microscope (eg z-axis translation) and simultaneously capturing images by the electronic camera which are evaluated for correct focusing at the selected point (e.g. Contrasts - local contrast evaluation methods are known to the person skilled in the art, cf. Jähne, Berndt: Digital Image Processing, Springer-Verlag, 2005 ). The provided for changing the focus adjustment on the inspection unit assembly is now operated (controlled by the interaction unit) until a sufficiently good focus is achieved. For this purpose, area-by-area area data can also be recorded, converted into image data sets and displayed, wherein after each displayed image data set, the user can again be used by the interaction unit to change the focus as a scanning setting.

Anstelle eines einzigen (Blick-)Punktes kann der Bediener auch einen Blickbereich auswählen. Dies kann beispielsweise ein rechteckiger Bereich sein, der beispielsweise mittels der Blickerfassung zweier gegenüberliegender Eckpunkte definiert wird oder über die Blickerfassung des Bildmittelpunktes. Die Größe des Bereichs kann durch ein gesprochenes Kommando, die Verweildauer des Blicks des Benutzers oder die Länge der Betätigung eines Tasters bestimmt werden. Die Fokussierung kann dadurch erfolgen, dass in dem ausgewählten Bereich ein Fokusmaß (z. B. lokaler Kontrast) bestimmt wird und die Fokussiereinrichtung des Mikroskops solange betätigt wird, bis eine hinreichend korrekte Fokussierung in diesem Bereich erreicht ist.Instead of a single (visual) point, the operator can also select a viewing area. This can be, for example, a rectangular area, which is defined, for example, by means of the gaze detection of two opposite corner points or via the gaze detection of the image center. The size of the area can be determined by a spoken command, the dwell time of the user's gaze or the length of the operation of a button. Focusing can be done by inserting in the selected area Focusing (eg local contrast) is determined and the focusing device of the microscope is operated until a sufficiently correct focus is achieved in this area.

Als weiteres erfindungsgemäßes Beispiel kann die Erstellung eines synthetischen Bildes, das einen Bereich an allen Stellen scharf abbildet, dienen (auch hier ist die Inspektionseinheit ein Mikroskop und der Bildumsetzer eine elektronische Kamera): Eine überall scharfe Abbildung ist in der Mikroskopie auf optischem Weg oft nicht erreichbar, wenn der abzubildende Bereich unterschiedlich hohe Erhebungen (in Richtung der Optik = z-Achse des Mikroskops) enthält und die Schärfentiefe der Abbildungsoptik des Mikroskops kleiner ist als die Distanz in z-Richtung zwischen dem tiefsten und dem höchsten Punkt in diesem Bereich. In diesem Fall kann mittels der vorangehend dargestellten Methodik zur Auswahl eines Bereichs zunächst der betreffende Bereich berührungsfrei oder zumindest berührungsarm (beispielsweise mittels Blickerfassung) ausgewählt werden. Anschließend wird unter systematischer Variation der Fokuseinstellung des Mikroskops (z. B. Einstellung der z-Achse) eine Serie von Bildern derart erfasst, dass jeder Punkt in dem ausgewählten Bereich mindestens einmal mit hinreichender Schärfe erfasst wird. Dies setzt voraus, dass die Abtastung der Fokussierung (also die Differenz zwischen zwei benachbarten Einstellungen für die z-Achse) kleiner ist als die Schärfentiefe der Mikroskop-Optik.As a further example according to the invention, the creation of a synthetic image which sharply images an area at all points can serve (again, the inspection unit is a microscope and the image converter is an electronic camera): An image that is always sharp is often not optical in microscopy achievable if the region to be imaged contains differently high elevations (in the direction of the optics = z axis of the microscope) and the depth of field of the imaging optics of the microscope is smaller than the distance in the z direction between the lowest and the highest point in this area. In this case, by means of the above-described methodology for selecting a region, first the relevant region can be selected without contact or at least with little contact (for example by means of eye tracking). Subsequently, with systematic variation of the focus adjustment of the microscope (eg z-axis adjustment), a series of images is captured such that each point in the selected region is detected at least once with sufficient sharpness. This assumes that the focus sampling (that is, the difference between two adjacent z-axis settings) is less than the depth of field of the microscope optics.

In einer alternativen Vorgehensweise können die Bildbereiche, für die unterschiedliche Fokuseinstellungen erforderlich sind, mittels Blickerfassung nacheinander scharfgestellt werden. In jeder Fokuseinstellung kann eine Bilderfassung erfolgen. Die erfasste Bildserie kann mittels Verfahren der Bildfusion zusammengefügt werden, beispielsweise indem aus den Bildern der Serie solche Regionen ausgeschnitten werden, die scharf abgebildet sind, und anschließend zu einem Ergebnisbild zusammengefügt werden. Zusätzlich können dabei die Schnittkanten der einzelnen Regionen geglättet werden (entsprechende Bildverarbeitungsverfahren sind bekannt), so dass keine sichtbaren Übergänge zwischen den einzelnen ausgeschnittenen Regionen entstehen.In an alternative approach, the image areas for which different focus adjustments are required can be successively focused by eye-tracking. In each focus setting, image capture can be done. The captured image series can be merged by means of image fusion, for example, by cutting out of the images of the series such regions that are in focus and then merging them into a resulting image. In addition, the cut edges of the individual regions can be smoothed (corresponding image processing methods are known) so that there are no visible transitions between the individual cut-out regions.

Die erfindungsgemäße Anordnung und das erfindungsgemäße Verfahren zeichnen sich gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Anordnungen bzw. Verfahren insbesondere durch die folgenden Vorteile aus:

  • • Die Einstellung bzw. Variation der Abtasteinstellungen (also Aufnahmeeinstellungen) bzw. Erfassungsparameter (also Aufnahmeparameter) der Inspektionseinheit(en) ist erfindungsgemäß deutlich erleichtert. Insbesondere ist für die Einstellung der wichtigsten Parameter eines Mikroskops (beispielsweise Fokussierung, Blendeneinstellung, Belichtungseinstellung und Beleuchtungseinstellung) keine oder nur eine geringe manuelle Interaktion erforderlich.
  • • Die Interaktion für die wichtigsten Erfassungsparameter kann vielmehr berührungsfrei mit einer oder mehreren flächigen Anzeigeeinheit(en) (dies ist/sind beispielsweise ein/mehrere Monitor(e) oder Schirm(e), auf den/die ein oder mehrere Beamer ein oder mehrere Bild(er) projizieren) erfolgen.
  • • Durch die Erfassung von Bildserien, deren Erfassungsparameter dergestalt berührungsfrei bzw. berührungsarm vom Bediener gewählt werden, und die Fusion solcher Bildserien können außerdem Beobachtungsdaten verfügbar werden, die alleine auf optischem Weg nicht erfasst werden können, so dass eine erheblich gesteigerte Bildqualität verwirklicht werden kann.
  • • Die Bedienung der Inspektionseinheit ist mittels der beschriebenen Interaktion insbesondere im Vergleich zur Bedienung üblicher Mikroskope mittels mechanischer Stellelemente, der Maus oder der Tastatur deutlich weniger anstrengend für den Benutzer.
  • • Durch die berührungsfreie bzw. berührungsarme Interaktion ist nicht für jede einzelne Inspektionseinheit eine eigene spezielle Einrichtung erforderlich, sondern die Interaktion kann mittels flächiger Anzeigeeinheiten erfolgen, die Bilder von unterschiedlichen und gegebenenfalls mehreren Inspektionseinheiten simultan oder nacheinander anzeigen können.
  • • Die erfindungsgemäße Erzeugung synthetisch generierter Bilddatensätze bzw. Bilder aus Flächendaten der Inspektionseinheit(en) bietet außerdem den Vorteil, dass Bilder angezeigt und für die Inspektion verwendet werden können, die auf rein optischem Wege nicht erzeugbar sind. Solche Bilder lassen sich beispielsweise durch Fusion von Bildserien gewinnen, wobei systematisch Erfassungsparameter bzw. Abtasteinstellungen der verwendeten Inspektionseinheit(en) variiert werden können.
  • • Insbesondere ermöglicht die Anwendung der erfindungsgemäßen Kombination von berührungsfreier bzw. berührungsarmer Interaktion und Mikroskopie, dass die Erfassung der Bilddaten am Mikroskop und die Auswahl von Bereichen für die Fusion von Bilddaten schneller und für den Benutzer einfacher (z. B. geringere kognitive und motorische Beanspruchung) erfolgen kann als es bisher möglich war.
The arrangement according to the invention and the method according to the invention are distinguished from the arrangements or methods known from the prior art in particular by the following advantages:
  • The setting or variation of the scanning settings (ie recording settings) or acquisition parameters (ie recording parameters) of the inspection unit (s) is significantly facilitated according to the invention. In particular, little or no manual interaction is required to set the most important parameters of a microscope (such as focusing, iris adjustment, exposure adjustment, and illumination adjustment).
  • • The interaction for the most important acquisition parameters can rather contact with one or more areal display unit (s) (this is, for example, one / more monitor (s) or screen (s)) on which the one or more projectors one or more image (he) project).
  • • By capturing image series whose acquisition parameters are thus selected by the operator without contact or by contact, and the fusion of such image series, observation data can be made available which can not be detected by optical means alone, so that a significantly increased image quality can be achieved.
  • • The operation of the inspection unit by means of the described interaction, in particular compared to the operation of conventional microscopes by means of mechanical control elements, the mouse or the keyboard significantly less exhausting for the user.
  • • Due to the non-contact or low-contact interaction, a separate special device is not required for each individual inspection unit, but the interaction can take place by means of flat display units which can display images of different and possibly several inspection units simultaneously or in succession.
  • The generation according to the invention of synthetically generated image data records or images from surface data of the inspection unit (s) also offers the advantage that images can be displayed and used for the inspection which can not be generated by purely optical means. Such images can be obtained, for example, by merging image series, wherein systematically acquisition parameters or scanning settings of the inspection unit (s) used can be varied.
  • In particular, the application of the inventive combination of non-contact or low-touch interaction and microscopy makes it easier to acquire the image data on the microscope and to select regions for the fusion of image data faster and easier for the user (eg lower cognitive and motor stress ) can be done as it was previously possible.

Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels dargestellt.Hereinafter, the present invention will be illustrated with reference to an embodiment.

1 zeigt dieses Ausführungsbeispiel. 1 shows this embodiment.

Die in 1 gezeigte Anordnung zum Abtasten, also zur Datenaufnahme der Probenfläche P einer optisch zu mikroskopierenden Probe umfasst ein Auflichtmikroskop als Inspektionseinheit 1. Die Probenfläche P bzw. die Probe ist in der üblichen Weise auf dem Objektträger (Probenträger) 9 des Auflichtmikroskops 1 positioniert.In the 1 shown arrangement for scanning, so for data acquisition of the sample area P a sample to be optically microscoped comprises a reflected-light microscope as an inspection unit 1 , The sample surface P or the sample is in the usual way on the slide (sample carrier) 9 of reflected-light microscope 1 positioned.

Die Optik des Auflichtmikroskops 1 ist mit einem Revolver zum Objektivwechsel 12 ausgebildet, wobei jedoch das Okular entfernt ist und anstelle des Okulars als Bildumsetzer 3 eine Digitalkamera in Form einer CCD-Kamera positioniert ist. Das beim lichtoptischen Abtasten bzw. Aufnehmen (hier also Abbilden) der Probenfläche P erzeugte Zwischenbild 2 (das hier die die Probenfläche P kennzeichnenden Flächendaten der Inspektionseinheit 1 darstellt) wird somit vom gerade gewählten Objektiv 12 des Mikroskops 1 derart in das optische System der Kamera 3 abgebildet, dass das Zwischenbild 2 in einen einer scharfen Abbildung der Probenfläche P entsprechenden digitalen Bilddatensatz 4 der Kamera 3 umgesetzt wird. Dieser Bilddatensatz 4 wird der hier als Flachbildschirm ausgebildeten flächigen Anzeigeeinheit 5 (über die Datenleitung 21) übermittelt, um auf der Anzeigenfläche der Anzeigeeinheit 5 visuell als vergrößertes Abbild der Probenfläche P dargestellt zu werden 6.The optics of the reflected-light microscope 1 is with a revolver for lens change 12 formed, but with the eyepiece is removed and instead of the eyepiece as an image converter 3 a digital camera is positioned in the form of a CCD camera. The intermediate image generated in the light-optical scanning or recording (here, imaging) of the sample surface P. 2 (This here the area data of the inspection unit characterizing the sample area P) 1 represents) is thus of the currently selected lens 12 of the microscope 1 such in the optical system of the camera 3 pictured that the intermediate picture 2 in a digital image data record corresponding to a sharp image of the sample surface P. 4 the camera 3 is implemented. This image data set 4 is the flat display unit designed here as a flat screen 5 (via the data line 21 ) to the ad slot of the display unit 5 visually presented as an enlarged image of the sample area P. 6 ,

Das Mikroskop 1 weist darüber hinaus eine den Probenträger 9 in Auflicht beleuchtende Lampe 10 und in seinem Strahlengang eine Blende 11 auf.The microscope 1 also has a sample carrier 9 in incident light illuminating lamp 10 and in his beam a shutter 11 on.

Die Anordnung umfasst des Weiteren eine hier mit einem Rechnersystem (PC) mit mehreren Sensoreinheiten 71, 72 und 73 sowie mit einer Steuervorrichtung 74 versehene Interaktionseinheit 7 auf. Die Interaktionseinheit 7, die in einem Speicher über geeignete Auswerte- und Steuerprogramme verfügt, ist über ihre Steuervorrichtung 74 vermittels einer bidirektionalen Daten- und Steuerleitung 20 mit der Steuereinrichtung des Mikroskops 1 verbunden. Somit vermag die Interaktionseinheit 7 das Mikroskop 1 bzw. die Abtasteinstellungen 8a bis 8f (siehe nachfolgend) als die wesentlichen Abbildungsparameter (Abtasteinstellungen) desselben anzusteuern und zu verändern. Bestätigungssignale des Mikroskops 1, dass solche Veränderungen erfolgreich vorgenommen wurden, können über die Leitung 20 zurück an die Steuervorrichtung 74 bzw. die Interaktionseinheit 7 übermittelt werden.The arrangement further includes one here with a computer system (PC) having a plurality of sensor units 71 . 72 and 73 as well as with a control device 74 provided interaction unit 7 on. The interaction unit 7 which has suitable evaluation and control programs in a memory is via its control device 74 by means of a bidirectional data and control line 20 with the control device of the microscope 1 connected. Thus, the interaction unit can 7 the microscope 1 or the scanning settings 8a to 8f (see below) as the essential imaging parameters (scanning settings) to control the same and change. Confirmation signals from the microscope 1 That such changes have been made successfully can be over the line 20 back to the control device 74 or the interaction unit 7 be transmitted.

Die Interaktionseinheit 7 ist über bidirektionale Daten- und Steuerleitungen 71b, 72a und 73a mit ihren Sensoreinheiten 71, 72 und 73 verbunden. Die Sensoreinheit 71 ist eine Blickbestimmungseinrichtung, die von der Interaktionseinheit 7 über die Leitung 71b angesteuert werden kann und die die am Benutzer B erfassten Blickdaten R und BP (siehe nachfolgend) über die Leitung 71b zur Auswertung in der Interaktionseinheit 7 an letztere übermitteln kann. Die Blickbestimmungseinrichtung 71 umfasst dazu eine Infrarot-Lichtquelle und eine Kamera, die die Augen des Benutzers B im infraroten Spektralbereich aufnimmt. Das Bild der Augen wird der Interaktionseinheit 7 zur Auswertung der Blickrichtung R und des Blickpunktes BP zugeleitet. Bei der Auswertung wird die Blickposition (BP) des Benutzers B ermittelt. Dies basiert z. B. auf dem Abbild der Pupille, den auftretenden Reflexion 71a der Infrarot-Lichtquelle, die sich an bekannten Positionen im Raum befinden, sowie einem geometrischen Modell, welches basierend auf einem Kalibriervorgang zwischen Auge und Display berechnet wurde.The interaction unit 7 is via bidirectional data and control lines 71b . 72a and 73a with their sensor units 71 . 72 and 73 connected. The sensor unit 71 is a gaze determination device, that of the interaction unit 7 over the line 71b can be controlled and the view data R and BP acquired at the user B (see below) via the line 71b for evaluation in the interaction unit 7 can transmit to the latter. The eye determination device 71 includes an infrared light source and a camera that receives the eyes of the user B in the infrared spectral range. The image of the eyes becomes the interaction unit 7 for evaluating the line of sight R and the point of view BP forwarded. During evaluation, the viewing position (BP) of user B is determined. This is based z. B. on the image of the pupil, the reflection occurring 71a the infrared light source, which are located at known positions in space, and a geometric model, which was calculated based on a calibration process between eye and display.

Die Sensoreinheit 72 der Interaktionseinheit 7 ist eine Gestenerfassungseinrichtung, die mit einer nicht gezeigten Kamera von den Händen des Benutzers B durchgeführte Gesten G optisch aufzeichnet und mithilfe geeigneter Bildverarbeitungsprogramme in der Interaktionseinheit 7 auswerten lässt. Die aufgenommenen Bilddaten werden dazu über die Leitung 72a von der Kamera der Gestenerfassungseinrichtung 72 an das Rechnersystem der Interaktionseinheit 7 zur Auswertung übertragen. Die Kamera 72 wird durch über die Leitung 72a von der Interaktionseinheit 7 an die Gestenerfassungseinrichtung 72 übertragene Steuersignale gesteuert.The sensor unit 72 the interaction unit 7 is a gesture detection device that optically records gestures G performed by a user of the camera B with a camera, not shown, and by means of suitable image processing programs in the interaction unit 7 evaluate. The recorded image data are over the line 72a from the camera of the gesture detection device 72 to the computer system of the interaction unit 7 transferred for evaluation. The camera 72 gets through over the line 72a from the interaction unit 7 to the gesture detection device 72 controlled transmitted control signals.

Die dritte Sensoreinheit 73 der Interaktionseinheit 7 ist eine Sprachsteuereinrichtung, die ein hier nicht gezeigtes Mikrofon umfasst. Sprachliche Äußerungen und/oder Lautäußerungen SL des Benutzers B werden vom Mikrofon aufgenommen und über die Leitung 73a zur Auswertung an die Interaktionseinheit 7 übertragen. Die Ansteuerung der Sprachsteuereinrichtung 73 erfolgt ebenfalls über die Leitung 73a. Der Rechner der Interaktionseinheit 7 weist zur Auswertung der erfassten Äußerungen SL des Benutzers B geeignete Spracherkennungs- oder Lauterkennungsprogramme auf.The third sensor unit 73 the interaction unit 7 is a voice control device comprising a microphone, not shown here. Linguistic utterances and / or utterances SL of user B are picked up by the microphone and transmitted via the line 73a for evaluation to the interaction unit 7 transfer. The control of the voice control device 73 also takes place via the line 73a , The calculator of the interaction unit 7 For evaluating the detected utterances SL of the user B, has suitable speech recognition or recognition programs.

Somit werden die Flächendaten 2 durch die Kamera 3 in digitale Bilddaten 4 gewandelt, auf der Anzeigeeinheit 5 visuell dargestellt 6 und vom Benutzer B betrachtet. Bei der Betrachtung ruht der Blick des Benutzers B auf dem Blickpunkt BP auf der Oberfläche der flächigen Anzeigeeinheit 5 bzw. der visuellen Darstellung 6 derselben. Die momentane Blickrichtung des Benutzers beim Blick auf den Punkt BP ist durch das Bezugszeichen R bezeichnet.Thus, the area data becomes 2 through the camera 3 into digital image data 4 converted, on the display unit 5 presented visually 6 and viewed by user B. When viewed, the user B's gaze rests on the viewpoint BP on the surface of the flat display unit 5 or the visual representation 6 the same. The current viewing direction of the user looking at the point BP is denoted by the reference R.

Ist der Benutzer B mit dem momentan gezeigten Abbild 6 des Probenbereiches P nicht zufrieden, so stehen ihm unterschiedliche Möglichkeiten zur Verfügung.Is the user B with the image currently shown 6 of the sample area P not satisfied, he has different options available.

Beispielsweise kann (durch eine Steuereinheit des Mikroskops 1) ständig ein Bedienfeld (hier nicht gezeigt) in den Strahlengang des Mikroskops 1 und somit in die Anzeige 6 eingeblendet werden, mit dessen Hilfe eine Abtasteinstellung 8 wie beispielsweise die Fokussiereinstellung 8a des Mikroskops 1 geändert werden kann. Ruht beispielsweise der Blick des Benutzers (was durch die Lage von BP und/oder die Richtung R vermittels der Blickbestimmungseinrichtung 71 erfasst werden kann) für eine vorbestimmte Mindestzeitdauer auf dem eingeblendeten Bedienfeld der Fokussiereinstellung 8a, so vermag die entsprechende Signalverarbeitung und Signalweiterleitung über den Weg 71, 71b, 7, 74 und 20 sowie die zuständige Fokussteuereinheit im Mikroskop 1 die Fokussierung 8a des Mikroskops 1 entsprechend zu verändern.For example, (by a control unit of the microscope 1 ) constantly a control panel (not shown here) in the beam path of the microscope 1 and thus in the ad 6 fade in, with the help of which a scanning setting 8th as for example, the focus adjustment 8a of the microscope 1 can be changed. If, for example, the user's gaze (which is due to the position of BP and / or the direction R by means of the gaze determination device) is at rest 71 can be detected) for a predetermined minimum period of time on the focussing panel of the focussing setting 8a , so the corresponding signal processing and signal transmission over the way 71 . 71b . 7 . 74 and 20 as well as the responsible focus control unit in the microscope 1 the focus 8a of the microscope 1 change accordingly.

Ebenso ist es denkbar, dass der Benutzer B eine Veränderung der Fokussierung 8a als Abtasteinstellung über einen Sprachbefehl SL wie beispielsweise „Fokusebene näher zum Objektiv des Mikroskops 1 verschieben” vornimmt. Eine entsprechende Veränderung kann dabei schrittweise solange durchgeführt werden, bis der Benutzer B durch einen erneuten Befehl SL wie beispielsweise „stopp” diese Veränderung beendet. In diesem Fall erfasst die Sensoreinheit 73 das Signal, sendet es 73a an die Sprachauswertung der Interaktionseinheit 7 weiter, die den entsprechenden Befehl in Steuersignale umsetzt und diese über die Steuervorrichtung 74 und die Leitung 20 an die zuständige Fokussteuereinheit im Mikroskop 1 weiterleitet.It is also conceivable that the user B a change in the focus 8a as a scanning setting via a voice command SL such as "focal plane closer to the lens of the microscope 1 move ". A corresponding change can be carried out step by step until the user B ends this change by a renewed command SL such as "stop". In this case, the sensor unit detects 73 the signal, send it 73a to the language evaluation of the interaction unit 7 Next, which converts the corresponding command into control signals and these via the control device 74 and the line 20 to the responsible focus control unit in the microscope 1 forwards.

Weitere auf dieselbe Art und Weise veränderbare Abtasteinstellungen 8b bis 8f betreffen hier die Blendeneinstellung 8b im Strahlengang des Mikroskops 1, die Objektivwahl 8c am Revolver 12, die Belichtungseinstellung 8d an der Kamera 3 des Mikroskops 1, die laterale Positionierung 8e der Probenfläche P bzw. des Probenträgers 9 relativ zum gerade gewählten Objektiv des Revolvers 12 und die Beleuchtungseinstellung 8f (z. B. die Helligkeitseinstellung) der Lampe 10 des Mikroskops 1.Other scanning settings that can be changed in the same way 8b to 8f affect the aperture setting here 8b in the beam path of the microscope 1 , the lens option 8c on the revolver 12 , the exposure setting 8d at the camera 3 of the microscope 1 , the lateral positioning 8e the sample surface P or the sample carrier 9 relative to the currently selected lens of the revolver 12 and the lighting setting 8f (eg the brightness setting) of the lamp 10 of the microscope 1 ,

Beispielsweise kann der Benutzer B mit seinen beiden Händen eine Geste G wie folgt durchführen: Die zunächst weit auseinanderliegenden Hände werden von ihm auf die Hälfte ihres bisherigen Abstands zusammengeführt. Die Kamera 72 der Gestenerfassungseinrichtung 72 nimmt diese Bewegungsgeste G auf und übermittelt 72a die aufgenommenen Videobilddaten an die Interaktionseinheit 7. Die Videobilddaten werden durch eine geeignete Gesten-Erkennungssoftware der Interaktionseinheit 7 (oder der Kamera 72) ausgewertet und über die Steuervorrichtung 74 und die Leitung 20 an das Mikroskop 1 zur Veränderung der Abtasteinstellung 8f, hier also beispielsweise der Lampenhelligkeit übermittelt. Dabei kann die Reduktion des Handabstandes um 50% einem Dimmen der Lampenhelligkeit um 50% entsprechen.For example, the user B can carry out a gesture G with his two hands as follows: The hands, which are initially far apart, are brought together by him to half their previous distance. The camera 72 the gesture detection device 72 picks up this motion gesture G and transmits it 72a the captured video image data to the interaction unit 7 , The video image data is provided by appropriate gesture recognition software of the interaction unit 7 (or the camera 72 ) and via the control device 74 and the line 20 to the microscope 1 for changing the scanning setting 8f , so here, for example, the lamp brightness transmitted. The reduction of the hand distance by 50% can correspond to a dimming of the lamp brightness by 50%.

Nach dem Verändern einer Abtasteinstellung 8a bis 8f wird schließlich der Probenbereich unter den veränderten Bedingungen erfasst und gewandelt 2, 3, 4, so dass der Benutzer B den Erfolg der veränderten Einstellung am Bild 6 unmittelbar überprüfen kann.After changing a sampling setting 8a to 8f Finally, the sample area is detected and converted under the changed conditions 2 . 3 . 4 , so that the user B the success of the changed attitude on the picture 6 can check immediately.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • US 6005710 [0005] US6005710 [0005]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • Rötting, Matthias: Parametersystematik der Augen- und Blickbewegungen für arbeitswissenschaftliche Untersuchungen, Shaker Verlag 2001 oder Holmqvist, Kenneth et. al.: Eye tracking: A comprehensive guide to methods and measures, Oxford Verlag [0019] Rötting, Matthias: Parameter system of eye and eye movements for work scientific investigations, Shaker Verlag 2001 or Holmqvist, Kenneth et. al .: Eye tracking: A comprehensive guide to methods and measures, Oxford Verlag [0019]
  • Bader, Thomas: Multimodale Interaktion in Multi-Display-Umgebungen, KIT Scientific Publishing, 2011 [0020] Bader, Thomas: Multimodal Interaction in Multi-Display Environments, KIT Scientific Publishing, 2011 [0020]
  • Jähne, Berndt: Digitale Bildverarbeitung, Springer-Verlag, 2005 [0039] Jähne, Berndt: Digital Image Processing, Springer-Verlag, 2005 [0039]

Claims (12)

Anordnung zum Abtasten einer Probenfläche (P) einer Probe mit einer zum Abtasten der Probenfläche (P) ausgebildeten Inspektionseinheit (1), mit der die Probenfläche (P) kennzeichnende Flächendaten (2) erzeugbar sind, einem Bildumsetzer (3), mit dem die die Probenfläche (P) kennzeichnenden Flächendaten (2) in einen Bilddatensatz (4) umsetzbar sind, einer bevorzugt flächigen Anzeigeeinheit (5) zur visuellen Darstellung (6) des Bilddatensatzes (4) und einer Interaktionseinheit (7), mit der eine oder mehrere die Abtastung der Probenfläche (P) kennzeichnende Abtasteinstellung(en) (8a bis 8f) der Inspektionseinheit (1) unter Heranziehen eines die visuelle Darstellung (6) des Bilddatensatzes (4) auf der Anzeigeeinheit (5) betrachtenden Benutzers (B) veränderbar ist/sind, wobei mit der Interaktionseinheit (7) ein Verhalten und/oder eine Reaktion des Benutzers (B) beim Betrachten der visuellen Darstellung (6) des Bilddatensatzes (4) auf der Anzeigeeinheit (5) erfassbar und auswertbar ist/sind und wobei mit der Interaktionseinheit (7) anhand des Auswertungsergebnisses die eine oder mehreren die Abtastung der Probenfläche (P) kennzeichnende(n) Abtasteinstellung(en) (8a bis 8f) veränderbar ist/sind.Arrangement for scanning a sample surface (P) of a sample with an inspection unit designed to scan the sample surface (P) ( 1 ), with the surface data (P) characterizing the sample surface ( 2 ) can be generated, an image converter ( 3 ), with which the surface area (P) characterizing surface data ( 2 ) into an image data set ( 4 ) can be implemented, a preferred flat display unit ( 5 ) for visual presentation ( 6 ) of the image data set ( 4 ) and an interaction unit ( 7 ), with one or more of the sampling of the sample surface (P) characterizing scanning (s) ( 8a to 8f ) of the inspection unit ( 1 ) using a visual representation ( 6 ) of the image data set ( 4 ) on the display unit ( 5 user (B) is changeable, whereby with the interaction unit ( 7 ) a behavior and / or a response of the user (B) when viewing the visual representation ( 6 ) of the image data set ( 4 ) on the display unit ( 5 ) can be detected and evaluated, and wherein with the interaction unit ( 7 ) on the basis of the evaluation result, the one or more scanning the sample surface (P) characteristic (s) ( 8a to 8f ) is / are changeable. Anordnung nach dem vorhergehenden Anspruch dadurch gekennzeichnet, dass mit der Interaktionseinheit (7) ein Verändern der einen oder der mehreren die Abtastung der Probenfläche (P) kennzeichnenden Abtasteinstellung(en) (8a bis 8f) der Inspektionseinheit (1) ohne Berühren der Inspektionseinheit (1), insbesondere ohne Berühren eines Gehäuses der Inspektionseinheit (1), durch den Benutzer (B) ermöglicht ist.Arrangement according to the preceding claim, characterized in that with the interaction unit ( 7 ) changing the one or more sampling settings (s) characterizing the sampling of the sample surface (P) ( 8a to 8f ) of the inspection unit ( 1 ) without touching the inspection unit ( 1 ), in particular without touching a housing of the inspection unit ( 1 ) by which user (B) is allowed. Anordnung nach dem vorhergehenden Anspruch dadurch gekennzeichnet, dass die Interaktionseinheit (7) eine Blickbestimmungseinrichtung (71) umfasst, mit der eine Blickrichtung (R) des Benutzers (B) auf die und/oder ein Blickpunkt (BP) des Benutzers (B) auf der flächigen Anzeigeeinheit (5) bestimmbar ist und mit der anhand der/des bestimmten Blickrichtung (R) und/oder Blickpunkts (BP) und/oder mindestens einer davon abgeleiteten Größe die eine oder mehreren die Abtastung der Probenfläche (P) kennzeichnende(n) Abtasteinstellung(en) (8a bis 8f) veränderbar ist/sind, und/oder dass die Interaktionseinheit (7) eine Gestenerfassungseinrichtung (72) umfasst, mit der eine Geste (G) des Benutzers (B) erfassbar und identifizierbar ist und mit der anhand der erfassten und identifizierten Geste (G) und/oder mindestens einer davon abgeleiteten Größe die eine oder mehreren die Abtastung der Probenfläche (P) kennzeichnende(n) Abtasteinstellung(en) (8a bis 8f) veränderbar ist/sind, und/oder dass die Interaktionseinheit (7) eine Sprachsteuereinrichtung (73) umfasst, mit der eine sprachliche Äußerung und/oder Lautäußerung (SL) des Benutzers (B) erfassbar und identifizierbar ist/sind und mit der anhand der erfassten und identifizierten Äußerung(en) (SL) und/oder mindestens einer davon abgeleiteten Größe die eine oder mehreren die Abtastung der Probenfläche (P) kennzeichnende(n) Abtasteinstellung(en) (8a bis 8f) veränderbar ist/sind.Arrangement according to the preceding claim, characterized in that the interaction unit ( 7 ) a gaze device ( 71 ) with which a viewing direction (R) of the user (B) on the and / or a view point (BP) of the user (B) on the flat display unit ( 5 ) and with the size derived from the determined viewing direction (R) and / or viewpoint (BP) and / or at least one of them, the one or more scanning settings (S) characterizing the scanning of the sample surface (P) ( 8a to 8f ) is / are changeable, and / or that the interaction unit ( 7 ) a gesture detection device ( 72 ), with which a gesture (G) of the user (B) is detectable and identifiable, and with the size derived from the detected and identified gesture (G) and / or at least one derived therefrom, the one or more scanning the sample surface (P) distinctive scanning setting (s) ( 8a to 8f ) is / are changeable, and / or that the interaction unit ( 7 ) a voice control device ( 73 ), with which a verbal utterance and / or utterance (SL) of the user (B) is detectable and identifiable and with the size derived from the detected and identified utterance (s) (SL) and / or at least one derived therefrom one or more scanning setting (s) characterizing the scanning of the sample surface (P) ( 8a to 8f ) is / are changeable. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche gekennzeichnet durch eine zum optischen Abtasten der Probenfläche (P) ausgebildete Inspektionseinheit (1), bevorzugt ein Mikroskop, mit der/dem ein optisches Abbild der Probenfläche (P) als die Probenfläche (P) kennzeichnende Flächendaten (2) erzeugbar ist, und/oder eine zum mechanischen Abtasten der Probenfläche (P) ausgebildete Inspektionseinheit (1), bevorzugt ein Tastschnittgerät oder ein Rasterkraftmikroskop, mit der/dem ein mechanisch erzeugtes Abbild der Probenfläche (P) als die Probenfläche (P) kennzeichnende Flächendaten (2) erzeugbar ist, und/oder eine zum Abtasten der Probenfläche (P) mittels Korpuskularstrahlung ausgebildete Inspektionseinheit (1), bevorzugt ein Elektronenmikroskop, mit der/dem ein auf Basis der Korpuskularstrahlung erzeugtes Abbild der Probenfläche (P) als die Probenfläche (P) kennzeichnende Flächendaten (2) erzeugbar ist.Arrangement according to one of the preceding claims, characterized by an inspection unit designed for optically scanning the sample surface (P) ( 1 ), preferably a microscope with which an optical image of the sample surface (P) as the sample surface (P) characterizing surface data ( 2 ) and / or an inspection unit designed for mechanical scanning of the sample surface (P) ( 1 ), preferably a stylus instrument or an atomic force microscope, with the / a mechanically generated image of the sample surface (P) as the sample surface (P) characterizing surface data ( 2 ) can be generated, and / or an inspection unit designed to scan the sample surface (P) by means of corpuscular radiation ( 1 ), preferably an electron microscope, with which an image of the sample surface (P) generated on the basis of the corpuscular radiation serves as surface data characterizing the sample surface (P) ( 2 ) is producible. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Bildumsetzer (3) eine Kamera, insbesondere eine CCD-Kamera oder CMOS-Kamera, ist oder umfasst, mit der ein durch eine zum optischen Abtasten der Probenfläche (P) ausgebildete Inspektionseinheit (1), bevorzugt ein Mikroskop, erzeugtes optisches Abbild der Probenfläche (P) als die Probenfläche (P) kennzeichnende Flächendaten (2) aufnehmbar und in einen optischen Bilddatensatz (4), bevorzugt in einen Digitalbilddatensatz, umsetzbar ist.Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the image converter ( 3 ) is or comprises a camera, in particular a CCD camera or CMOS camera, with which an inspection unit formed by an optical unit for scanning the sample surface (P) ( 1 ), preferably a microscope, generated optical image of the sample surface (P) as the sample surface (P) characterizing surface data ( 2 ) and into an optical image data set ( 4 ), preferably in a digital image data set, can be implemented. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeigeeinheit (5) ein(en) Bildschirm oder ein(en) Projektor samt Projektionsfläche ist oder umfasst, wobei der Bilddatensatz (4) auf dem Bildschirm oder der Projektionsfläche als Bildschirm- oder Projektionsanzeige visuell darstellbar (6) ist.Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the display unit ( 5 ) is or comprises a screen or projector (s) and projection surface, the image data set ( 4 ) can be visually displayed on the screen or the projection screen as a screen or projection display ( 6 ). Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Abtasteinstellung(en) (8a bis 8f) eines oder mehrere der folgenden Merkmale der bevorzugt als Mikroskop ausgebildeten Inspektionseinheit (1) ist/sind oder umfasst/umfassen: • eine Fokussierungseinstellung (8a) der Inspektionseinheit (1), • eine Blendeneinstellung (8b) der Inspektionseinheit (1), • eine Objektivwahl (8c) an der Inspektionseinheit (1), • eine Belichtungseinstellung (8d) an einem/dem zur Aufnahme der Flächendaten (2) ausgebildeten Bildumsetzer (3) der Inspektionseinheit (1), • eine relative Positionseinstellung (8e) zwischen einer die Probenfläche (P) umfassenden Probe einerseits und der Inspektionseinheit (1), insbesondere eines Probenträgers (9) derselben, andererseits, und/oder • eine Beleuchtungseinstellung (8f) an einer zum Beleuchten der Probenfläche (P) ausgebildeten Beleuchtungseinrichtung, insbesondere einer Lampe (10), der Inspektionseinheit (1).Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the scanning setting (s) ( 8a to 8f ) one or more of the following features of the preferably formed as a microscope inspection unit ( 1 ) is / are or include / include: • a focus setting ( 8a ) of the inspection unit ( 1 ), • an aperture setting ( 8b ) of the inspection unit ( 1 ), • a lens selection ( 8c ) at the inspection unit ( 1 ), • an exposure setting ( 8d ) at one of the surface data ( 2 ) trained image converter ( 3 ) of the inspection unit ( 1 ), • a relative position setting ( 8e ) between a sample surface (P) comprising the sample on the one hand and the inspection unit ( 1 ), in particular a sample carrier ( 9 ) thereof, on the other hand, and / or • a lighting setting ( 8f ) on a lighting device designed for illuminating the sample surface (P), in particular a lamp ( 10 ), the inspection unit ( 1 ). Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche gekennzeichnet durch mehrere zum Abtasten von Probenflächen ausgebildete Inspektionseinheiten, mit denen jeweils Flächendaten erzeugbar sind, die ein und dieselbe Probenfläche kennzeichnen oder die verschiedene Probenflächen kennzeichnen, wobei entweder ein diesen Inspektionseinheiten nachgeschalteter Bildumsetzer (3) vorgesehen ist, mittels dessen die unterschiedlichen, dieselbe oder verschiedene der Probenfläche(n) kennzeichnenden Flächendaten in den Bilddatensatz (4) umsetzbar sind, oder mehrere diesen Inspektionseinheiten nachgeschaltete Bildumsetzer vorgesehen sind, mittels derer die unterschiedlichen, dieselbe oder verschiedene der Probenfläche(n) kennzeichnenden Flächendaten in Bilddatensätze umsetzbar sind.Arrangement according to one of the preceding claims, characterized by a plurality of inspection units designed for scanning sample surfaces, with each of which area data can be generated which identify one and the same sample area or which identify different sample areas, wherein either an image converter downstream of these inspection units (FIG. 3 ) is provided, by means of which the different, the same or different of the sample surface (s) characterizing surface data in the image data set ( 4 ) can be implemented, or a plurality of image converter downstream of these inspection units are provided, by means of which the different, the same or different of the sample surface (s) characterizing surface data can be converted into image data sets. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bevorzugt nach dem vorherigen Anspruch, gekennzeichnet durch mehrere flächige Anzeigeeinheiten zur gleichzeitigen visuellen Darstellung mehrerer Bilddatensätze, wobei diese Bilddatensätze bevorzugt durch Umsetzung von Flächendaten resultieren, die dieselbe, jedoch zu unterschiedlichen Abtastzeitpunkten mittels ein und derselben Inspektionseinheit und/oder durch unterschiedliche Inspektionseinheiten abgetastete Probenfläche betreffen und/oder die unterschiedliche, durch ein und derselben Inspektionseinheit und/oder durch unterschiedliche Inspektionseinheiten abgetastete Probenflächen betreffen.Arrangement according to one of the preceding claims, preferred according to the previous claim, marked by several flat display units for the simultaneous visual display of several image data sets, wherein these image data records preferably result from conversion of surface data which concern the same, but at different sampling times by means of one and the same inspection unit and / or sample surface scanned by different inspection units and / or the different sample surfaces scanned by one and the same inspection unit and / or by different inspection units affect. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass mit der Interaktionseinheit (7) mindestens eine der Abtasteinstellungen (8a bis 8f) der Inspektionseinheit (1) unter Heranziehen des Benutzers (B) veränderbar ist, dass mit der Inspektionseinheit (1) mit der/den veränderten Abtasteinstellungen (8a bis 8f) die Probenfläche (P) abtastbar ist, und dass die durch diese Abtastung, also mit der/den veränderten Abtasteinstellung(en) (8a bis 8f) von der Inspektionseinheit (1) erzeugten Flächendaten (2) mit dem Bildumsetzer (3) in einen Bilddatensatz (4) umsetzbar sind.Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that with the interaction unit ( 7 ) at least one of the sampling settings ( 8a to 8f ) of the inspection unit ( 1 ) is changeable using the user (B), that with the inspection unit ( 1 ) with the changed scanning settings ( 8a to 8f ) the sample surface (P) is scannable, and that by this scanning, so with the / the changed scanning (s) (s) ( 8a to 8f ) from the inspection unit ( 1 ) generated surface data ( 2 ) with the image converter ( 3 ) into an image data set ( 4 ) can be implemented. Anordnung nach dem vorhergehenden Anspruch dadurch gekennzeichnet, dass durch wiederholtes Verändern mindestens einer der Abtasteinstellungen (8a bis 8f), Abtasten der Probenfläche (P) mit der/den veränderten Abtasteinstellung(en) (8a bis 8f) und Umsetzen der damit erzeugten Flächendaten (2) in einen Bilddatensatz (4) eine Serie von Bilddatensätzen erzeugbar ist, dass Informationen aus mehreren unterschiedlichen Bilddatensätzen in dieser Serie von Bilddatensätzen zu einem synthetischen Bilddatensatz fusionierbar sind und dass dieser synthetische Bilddatensatz auf der Anzeigeeinheit (5) visuell darstellbar ist.Arrangement according to the preceding claim, characterized in that by repeatedly changing at least one of the scanning settings ( 8a to 8f ), Scanning the sample area (P) with the changed scanning setting (s) ( 8a to 8f ) and converting the surface data generated thereby ( 2 ) into an image data set ( 4 a series of image data records can be generated, that information from a plurality of different image data sets in this series of image data sets can be fused to form a synthetic image data record, and that this synthetic image data record is displayed on the display unit ( 5 ) is visually representable. Verfahren zum Abtasten einer Probenfläche (P) einer Probe wobei mit einer zum Abtasten der Probenfläche (P) ausgebildeten Inspektionseinheit (1) die Probenfläche (P) kennzeichnende Flächendaten (2) erzeugt werden, mit einem Bildumsetzer (3) die die Probenfläche (P) kennzeichnenden Flächendaten (2) in einen Bilddatensatz (4) umgesetzt werden, der Bilddatensatz (4) mit einer bevorzugt flächigen Anzeigeeinheit (5) visuell dargestellt wird (6), mit einer Interaktionseinheit (7) eine oder mehrere die Abtastung der Probenfläche (P) kennzeichnende Abtasteinstellung(en) (8a bis 8f) der Inspektionseinheit (1) unter Heranziehen eines die visuelle Darstellung (6) des Bilddatensatzes (4) auf der Anzeigeeinheit (5) betrachtenden Benutzers (B) verändert wird/werden, und mit der Interaktionseinheit (7) ein Verhalten und/oder eine Reaktion des Benutzers (B) beim Betrachten der visuellen Darstellung (6) des Bilddatensatzes (4) auf der Anzeigeeinheit (5) erfasst und ausgewertet wird/werden und anhand des Auswertungsergebnisses die eine oder mehreren die Abtastung der Probenfläche (P) kennzeichnende(n) Abtasteinstellung(en) (8a bis 8f) verändert wird/werden, wobei das Verfahren bevorzugt mit einer Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 11 durchgeführt wird.Method for scanning a sample surface (P) of a sample with an inspection unit designed to scan the sample surface (P) ( 1 ) surface data characterizing the sample surface (P) ( 2 ) with an image converter ( 3 ) the area data (P) characterizing the sample area ( 2 ) into an image data set ( 4 ), the image data set ( 4 ) with a preferably flat display unit ( 5 ) is displayed visually ( 6 ), with an interaction unit ( 7 ) one or more scanning setting (s) characterizing the scanning of the sample surface (P) ( 8a to 8f ) of the inspection unit ( 1 ) using a visual representation ( 6 ) of the image data set ( 4 ) on the display unit ( 5 ) user (B) is changed, and with the interaction unit ( 7 ) a behavior and / or a response of the user (B) when viewing the visual representation ( 6 ) of the image data set ( 4 ) on the display unit ( 5 ) is detected and evaluated and on the basis of the evaluation result, the one or more scanning the sample surface (P) characteristic (s) ( 8a to 8f ), wherein the method is preferably carried out with an arrangement according to one of claims 2 to 11.
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