DE102013222295A1

DE102013222295A1 - Digitalmikroskop, Verfahren zur Kalibrierung und Verfahren zur automatischen Fokus- und Bildmittennachführung für ein solches Digitalmikroskop

Info

Publication number: DE102013222295A1
Application number: DE102013222295.5A
Authority: DE
Inventors: Detlef Hein
Original assignee: Carl Zeiss Microscopy GmbH
Current assignee: Carl Zeiss Microscopy GmbH
Priority date: 2013-11-04
Filing date: 2013-11-04
Publication date: 2015-05-07
Also published as: WO2015063047A1; US20160231552A1; CN105683802A; CN105683802B; JP2016538581A; US9817223B2; JP6510502B2; EP3066510A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Digitalmikroskop mit einem Schwenkstativ, ein Verfahren zu dessen Kalibrierung und ein Verfahren zur automatischen Fokus- und Bildmittennachführung bei einer Betätigung des Schwenkstatives. Erfindungsgemäß umfasst das Schwenkstativ einen Winkelsensor zur Ermittlung eines aktuellen Schwenkwinkels des Schwenkarms (07). Der aktuelle Schwenkwinkel wird in der Steuereinheit verarbeitet, um eine automatische Fokusnachführung und/oder Zentrumsnachführung bei Betätigen des Schwenkarms (07) auszuführen. Eine Kalibrierung erfolgt unter Verwendung zweier Schwenkwinkel, wobei abweichende Fokus- und Bildmittenpositionen ermittelt werden und daraus eine schwenkwinkelabhängige Funktion für den Fokus und die Bildmittenposition bestimmt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Digitalmikroskop mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1, ein Verfahren zur Kalibrierung eines Digitalmikroskopes und ein Verfahren zur automatischen Fokus- und Bildmittennachführung beim Betrieb eines solchen Digitalmikroskopes.
Idealerweise sollen bei einem Mikroskop mit einem Schwenkstativ die optische Achse des Bildaufnahmesystems und die Schwenkachse des Stativs senkrecht zueinander angeordnet sein. Trotzdem kommt es beim Schwenkvorgang zu Bild- und Fokusverschiebungen, wenn die Oberfläche des zu beobachtenden Objektes nicht in der Ebene der Schwenkachse, bzw. das zu beobachtende Detail nicht im Schnittpunkt der Achsen angeordnet ist.
In der JP-2001059599-A2 und der JP-2010102344-A2 wird ein Schwenkarmstativ für Digitalmikroskope beschrieben, das einen um eine horizontale Drehachse schwenkbaren Schwenkarm enthält. Der Schwenkarm enthält eine obere Fokussiereinheit, die sich zur Voreinstellung entlang einer Säule grob in der Höhe verschieben und über ein Handrad klemmen lässt. Parallel zur o. g. einfachen Säulenführung lässt sich ein Träger für eine Zoomkörper-Objektiv-Kombination zur Fokussierung feiner positionieren. Die vorgenannten Angaben beziehen sich auf die Senkrechteinstellung des Schwenkarms, d. h. bei um die Drehachse geschwenktem Schwenkarm finden die Fokussierbewegungen unter dem entsprechenden Schwenkwinkel statt. Zur Vermeidung von einem störenden Versatz muss der Benutzer drei Rändelschrauben so einstellen, dass sich die optische Achse mit der real wirksamen Drehachse schneidet. Für hinsichtlich solcher Justierprozesse ungeübte Benutzer ist es extrem schwierig, diese Justierung schnell und hinreichend genau durchzuführen. Das Lösen einer Rändelschraube erfordert dabei das Anziehen von mindestens einer der beiden anderen Rändelschrauben und die tatsächliche Einstellrichtung, die sich aus dem Anziehprozess ergibt, stimmt meistens nicht mit der gewünschten Einstellrichtung überein. Die Anordnung ist außerdem relativ teuer und schwächt die Steifigkeit des Gesamtsystems erheblich, weshalb die Kamerabilder besonders während und direkt nach der Betätigung der Rändelschrauben zum Schwingen neigen, was den Justierprozess zusätzlich erschwert. Die Einstellungen können leicht verloren gehen, wenn die Rändelschrauben versehentlich berührt oder mit der Feststellschraube verwechselt werden.
Die JP 2013-072996 beschreibt ein Mikroskopsystem mit dem es möglich ist, eine Deplatzierung und Fokusverschiebung eines Beobachtungspunktes zu korrigieren. In einer Speichereinheit werden dazu Statusinformationen über Zustände gespeichert, in denen die Fokuseinstellung mit der Rotationsachse des Schwenkstativs übereinstimmt. Diese Zustände können später definiert angefahren werden. Problematisch hierbei ist, dass für jeden nicht gespeicherten Zustand erneut aufwändige Kalibriervorgänge erforderlich sind, so dass ein Ausgleich der durch die Schwenkwinkeländerung hervorgerufenen Abweichungen nicht über den gesamten Schwenkwinkelbereich möglich ist.
Im Allgemeinen gestaltet sich die Kalibrierung aufwändig, weil aufgrund von Herstellungstoleranzen bereits Achsstände und Achslagen je nach Gerät variieren können.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Digitalmikroskop mit einem Schwenkstativ und ein Verfahren zu dessen Kalibrierung bereitzustellen. Dabei soll das Digitalmikroskop so kalibriert werden, dass sich eine auch für ungeübte Benutzer leicht verständliche und einfach durchführbare Handhabung des Systems ergibt, wobei eine schnelle Bereitstellung einer fokussierten und gegenüber der Senkrechteinstellung im Bild seitlich nicht versetzten Abbildung eines Objektdetails für jeden beliebigen Schwenkwinkel gewährleistet sein soll. Dies soll auch im automatischen Betrieb möglich sein.
Die Aufgabe wird mit einem Digitalmikroskop mit den Merkmalen des Anspruchs 1, durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 7 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst.
Das Digitalmikroskop umfasst zunächst in bekannter Weise eine optische Einheit, welche zumindest ein Objektiv und eine Bildverarbeitungseinheit umfasst. Eine Längsachse des Objektivs bildet eine optische Achse (Z-Achse).
Ein Schwenkstativ weist einen um eine Schwenkachse (Y-Achse) schwenkbaren Schwenkarm auf, an dem ein Träger zur Aufnahme der optischen Einheit vorzugsweise motorisiert längsverschiebbar angeordnet ist.
Ein Objekttisch ist in mindestens zwei idealerweise senkrecht zueinander stehenden Achsen vorzugsweise motorisiert verstellbar, wobei eine durch diese Achsen aufgespannte Objekttischebene parallel oder nahezu parallel zur Schwenkachse (Y-Achse) ausgerichtet ist.
Objekttisch und Schwenkstativ sind vorzugsweise an einer Basis angeordnet.
Das Digitalmikroskop weist weiterhin eine Steuereinheit zur Steuerung von optischer Einheit, Schwenkstativ und Objekttisch auf.
Erfindungsgemäß umfasst das Schwenkstativ einen Winkelsensor zur Ermittlung eines aktuellen Schwenkwinkels des Schwenkarms. Unter Verwendung des ermittelten Schwenkwinkels wird in der Steuereinheit ggf. eine Fokusnachführung und eine Objekttischnachführung ermittelt, um bei einer Schwenkwinkelbetätigung den Fokus und die Objekttischposition entsprechend zu korrigieren.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Kalibrierung eines ein Schwenkstativ aufweisendes Digitalmikroskopes umfasst die Schritte

– Einstellen eines ersten Schwenkwinkels des Schwenkarms;
– Fokussieren einer auf dem Objekttisch platzierten Kalibriermarkierung durch Verschieben des Trägers entlang der optischen Achse (OA) oder des Objekttisches in vertikaler Richtung;
– Zentrieren der Kalibriermarkierung mit der optischen Achse durch Verschieben des Objekttisches entlang zweier zur optischen Achse (OA) in der aufrechten Stellung des Schwenkarms (07) senkrechten Achsen (X, Y);
– Erfassen und Speichern aller ersten Achspositionen des Objekttisches und des Trägers sowie des ersten Schwenkwinkels;
– Schwenken des Schwenkarms in einen zweiten Schwenkwinkel;
– zweites Fokussieren der Kalibriermarkierung;
– zweites Zentrieren der Kalibriermarkierung;
– Erfassen und Speichern aller zweiten Achspositionen des Objekttisches und des Trägers sowie des zweiten Schwenkwinkels;
– Ermitteln einer relativen Fokusdifferenz dF und einer relativen Schwenkachsendifferenz dx aus den ersten und zweiten Achspositionen;
– Bestimmen einer vom Schwenkwinkel abhängigen Funktion zur Ansteuerung einer Steuereinheit des Digitalmikroskopes zum Zweck der Korrektur der relativen Fokusdifferenz und der relativen Schwenkachsendifferenz.

Die im Kalibrierverfahren ermittelten Differenzen werden gespeichert und zur Bestimmung einer winkelabhängigen Abweichung von Fokus und Zentrierposition verwendet, welche im Mikroskopbetrieb zur automatischen Fokus- und Bildmittennachführung bei Betätigung des Schwenkarms dient.
Dieses Kalibrierverfahren wird vorzugsweise ab Werk durchgeführt, so dass ein Endkunde ein bereits kalibriertes Gerät erhält.
Wahlweise sind kundenseitig weitere Kalibriervorgänge möglich.
Die Vorteile der Erfindung sind insbesondere darin zu sehen, dass sich ein Teil des kostengünstigen Kalibrierverfahrens bereits werksseitig durchführen lässt, so dass sich für den Benutzer ein gegenüber dem Stand der Technik extrem reduzierter Einstell- und Justieraufwand ergibt. Insbesondere ist es möglich, den Schwenkwinkel des Schwenkarms eines Schwenkstativs für Digitalmikroskope stufenlos zu variieren, ohne dass sich dabei das beobachtete Objektdetail hinsichtlich der Bildschärfe oder der im Bild angezeigten Position ändert. Vorteilhaferweise werden Objektkoordinaten als Relativkoordinaten angezeigt, die sich bei einer automatischen Fokus- und Bildmittennachführung nicht ändern.
Dabei wird die Lage der Schwenkachse relativ zum beobachteten Objektdetail als unbekannt vorausgesetzt. Die zum Schwenken nutzbare Objekthöhe lässt sich gegenüber dem Stand der Technik vergrößern.
Das Schwenkstativ ist zudem stabiler und kostengünstiger herstellbar, da auf zusätzliche Justierstellen und/oder eine engere Tolerierung aller für die Schwenkfunktion relevanten Bauteile verzichtet werden kann.
Aufgrund der Substitution durch das erfindungsgemäße Kalibrierverfahren braucht der Benutzer nur einen ebenfalls vereinfachten Einrichtvorgang durchführen. Das ermöglicht die Bedienung auch für hinsichtlich von Justierprozessen ungeübte Benutzer und verkürzt den Zeitaufwand bis zur Bereitstellung einer abweichungsminimierten Schwenkfunktion drastisch.
Durch die zusätzliche Berücksichtigung von Arbeitsschritten, die bei der üblichen Nutzung von Digitalmikroskopen sowieso durchgeführt werden müssen, lässt sich der Zeitbedarf vom Einschalten des Systems bis zur Nutzung einer abweichungsminimierten Schwenkfunktion gegenüber dem Stand der Technik deutlich minimieren.
Prinzipiell braucht die Objektebene bzw. das anfokussierte Objektdetail nicht in der Höhe der real wirksamen Drehachse liegen. Das Verfahren ist somit im Gegensatz zum Stand der Technik nicht auf Objekthöhen beschränkt, die nicht größer sein dürfen, als der nutzbare Führungsweg der unteren Z-Führung unterhalb der real wirksamen Drehachse. Dadurch lässt sich ggf. sogar eine der beiden Z-Führungen incl. Ansteuerung einsparen, sofern die Verfahrbereiche der X-Achse und der verbliebenen Z-Achse hinreichend groß dimensioniert werden.
Gegenüber dem Stand der Technik bedeuten die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erreichbaren Kosteneinsparungen und Vereinfachungen der Bedienung bei schneller verfügbaren Ergebnissen eine signifikante Optimierung der Ausrichtung des Produktes auf die Zielgruppe.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Digitalmikroskopes ist der Winkelsensor mit mittels zwei Inertialsensoren (Beschleunigungs- bzw. Lagesensoren) realisiert, die jeweils (bezogen auf die Schwenkfunktion) auf einer Platine im ortsfesten Stativ und im bewegten Teil (in der Optical Engine bzw. im Zoomkörper) angeordnet sind. Eine Senkrechteinstellung des Schwenkarms ist durch eine spürbare Rast gekennzeichnet. In dieser Raststellung ist der Winkelwert des Inertialsensors des bewegten Teils im Rahmen einer einmaligen Kalibrierung auf den Winkelwert des Inertialsensors des Stativs zu setzen, so dass sich für die Raststellung ein Differenzwinkel von 0° (NULL) ergibt. Der Schwenkwinkel wird also aus diesem Differenzwinkel ermittelt. Das hat den Vorteil, dass sich diese kostengünstigen Sensoren auch bei schräg stehendem Stativ mit vertretbarem Restfehler benutzen lassen.
Der Winkelsensor kann selbstverständlich auf andere Arten gestaltet sein, beispielsweise sind optoelektronische, magnetische und elektrisch arbeitende Winkelgeber geeignet.
Vorzugsweise sind der Träger und der Objekttisch motorisiert verfahrbar. Alternativ kann auch auf den elektrischen Antrieb verzichtet werden, sofern eine Codierung der Achsantriebe vorgesehen ist. Diese Codierung ist dann auch nur in mindestens einer zum Fokussieren vorgesehen Achse und der X-Achse des Objekttisches erforderlich, die jeweils für den Korrekturvorgang vorgesehen sind (obere, untere oder beide Z-Achsen), wobei die Einstellung zur Kompensation der Abweichungen aufgrund der dann fehlenden Motorisierung nicht mehr automatisch erfolgen kann, sondern vom Benutzer auf Basis der dann als Zielvorgabe anzuzeigenden X- und Z-Koordinaten vorzunehmen ist.
Vorteilhaft ist ein Übergang auf anzuzeigende Objektkoordinaten, da die ausschließlich durch die aktuelle Systemumgebung bedingten Abweichungen für den Benutzer nicht relevant sind, sofern sie vom System automatisch korrigiert werden. Somit bleiben nach einer Änderung des Schwenkwinkels nicht nur die im Bild sichtbare Position und Schärfe des anfokussierten Objektdetails erhalten, sondern auch alle angezeigten XYZ-Koordinaten.
Sofern eine obere und eine untere codierte oder motorisierte Z-Achse vorhanden ist, lässt sich dabei auch eine Objekthöhe direkt ablesen. Vorzugsweise wird hierzu die Objektebene über die obere Z-Führung in der Höhe bzw. Z-Position der real wirksamen Drehachse positioniert, wobei die Koordinatenanzeige für die obere Z-Führung den Wert NULL anzeigt. Dann ist die Objekthöhe direkt über die Koordinatenanzeige für die untere Z-Führung ablesbar, was dem Benutzer durch einen entsprechend mit den Koordinaten angezeigten Kommentar mitgeteilt werden kann.
Die Erfassung der Daten zur Fokusnachführung für den automatischen Korrekturvorgang sollte vorzugsweise in einem Zustand erfolgen, in dem sich die Objektebene in der Näher der Schwenkachse befindet, da die Abweichungen dann kleiner werden und entsprechend kleinere Verfahrwege zur Kompensation der Abweichungen erforderlich sind, was diese schneller macht. Trotzdem ist es sehr vorteilhaft, dass die bisher durch den Führungsweg der unteren Z-Führung beschränkte nutzbare Objekthöhe für die Schwenkbewegung erfindungsgemäß vergrößert werden kann, so dass eine Schwenkbewegung auch für Objekthöhen unterstützt wird, die größer sind als der Führungsweg der unteren Z-Führung. Im Hinblick auf eine angestrebte Kostenreduzierung ist es aufgrund der sogar bei größeren Abweichungen zwischen der idealen Schwenkachse und der Schwenkachse realisierbaren Funktionsfähigkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens möglich, das Schwenkstativ nur mit einer einzigen Z-Führung auszustatten, bzw. auf die zweite Z-Führung zu verzichten. Dann müsste die motorisierte X-Achse des motorisierten XY-Tischs und die verbleibende Z-Führung zur Korrektur zwar größere Verfahrwege zurücklegen, allerdings ergäbe sich insgesamt eine deutliche Kosteneinsparung, zumal sich dadurch auch der Aufwand für die Elektronik bzw. die Ansteuerung der entsprechenden Z-Achse reduzieren lässt. Dabei ist es prinzipiell möglich die obere oder die untere Z-Führung entfallen zu lassen. Bei Nutzung einer oberen Z-Führung und fehlender unterer Z-Führung ergibt sich eine insgesamt stabilere Anordnung und das Objekt braucht nicht in der Höhe bewegt werden.
Das Objektdetail ist vorzugsweise als Kreuz ausgeführt. Die Schenkel des Kreuzes in X-Richtung sind dabei vorzugsweise hinreichend lang für alle praktisch vorkommenden Abweichungen.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist in den Figuren dargestellt. Es zeigen:
1: eine Vorderansicht eines erfindungsgemäßen Digitalmikroskops mit einem Schwenkstativ in aufrechter Position eines Schwenkarms;
2: eine Seitenansicht des in 1 gezeigten Digitalmikroskopes;
3: eine Vorderansicht des in 1 gezeigten Digitalmikroskopes mit einem geneigten Schwenkarm ohne Kalibrierung;
4: eine vektorielle Darstellung der geometrischen Zusammenhänge in einem erfindungsgemäßen Digitalmikroskop nach einem Schwenkvorgang;
5: eine Vorderansicht des in 1 gezeigten Digitalmikroskopes mit einem geneigten Schwenkarm und korrigiertem Fokus;
6: eine Vorderansicht des in 1 gezeigten Digitalmikroskopes mit einem geneigten Schwenkarm, korrigiertem Fokus und korrigiertem Bildzentrum;
7: eine Vorderansicht des in 1 gezeigten Digitalmikroskopes mit einem aufrechten Schwenkarm vor der Erfassung der erforderlichen Kalibrierdaten
8: einen Zustand des Digitalmikroskops mit einem auf die Höhe der Schwenkachse ausgerichteten Objekttisch;
9: das Digitalmikroskop mit einer erweiterten nutzbaren Objekthöhe mit aufrechtem Schwenkarm;
10: das Digitalmikroskop mit einer erweiterten nutzbaren Objekthöhe mit geneigtem Schwenkarm;
11: Schritte eines Erstkalibriervorganges;
12: Schritte eines kundenseitigen Verfahrens zur Nutzung der Schwenkfunktion;
13: Schritte eines kundenseitigen Einrichtvorgangs des Digitalmikroskopes;
14: Schritte eines automatischen Korrekturvorgangs bei einer Schwenkarmbetätigung.
Die 1 bis 3 zeigen ein Digitalmikroskop mit einem Schwenkstativ in verschiedenen Ansichten und mit verschieden geneigtem Einstellungen eines Schwenkstatives.
Die 1 enthält eine Darstellung der vom Benutzer aus gesehenen Vorderansicht des Digitalmikroskops mit einem Schwenkstativ 01. 2 zeigt eine Seitenansicht von links zum Schwenkstativ 01.
Zur Orientierung wird ein räumliches Koordinatensystem eingeführt, welches von der Darstellungsebene der 1 aus gesehen eine positiv nach rechts weisende X-Achse, eine positiv in die Bildebene hinein weisende Y-Achse und eine positiv nach oben weisenden Z-Achse umfasst.
Das Schwenkstativ 01 umfasst einen Stativfuß 02, auf dem ein Lagerbock 03 montiert ist, in dem eine Lagerung für einen um eine Schwenkachse 04 schwenkbaren Gelenkteil 06 mit einem daran fest angeordnetem Schwenkarm 07 integriert ist. Am Schwenkarm 07 ist eine vorzugsweise motorisierte obere Z-Führung 08 angeordnet, über die ein Träger 09, der eine optische Einheit 11 aufnimmt, in der Z-Position relativ zu einer Referenzposition Z_Ro verstellt werden kann. Die Referenzposition Z_Ro der (motorisierten) oberen Z-Führung 08 wird relativ zur Schwenkachse 04 angegeben und entsteht durch die definierte Positionsanfahrt über eine geeignete Sensoreinrichtung während des Initialisierungsprozesses der (motorisierten) oberen Z-Führung 08. Diese Sensoreinrichtung wird beispielsweise gebildet durch eine bei der Z-Bewegung mitbewegte Schaltfahne und einen ortsfest angebrachten Gabelkoppler (eine Lichtschranke), der die Z-Bewegung während des Initialisierungsprozesses stoppt, sobald sich der Schaltzustand des Gabelkopplers durch die in den Gabelkoppler hineinbewegte Schaltfahne ändert. Alternativ lassen sich auch andere technische Lösungen, die dem Fachmann bekannt sind und eine hinreichend gute Reproduzierbarkeit bieten, als Sensoreinrichtung verwenden. Beispielsweise lässt sich auch ein Hall-Sensor und ein Magnet einsetzen, der Hall-Sensor ersetzt dann den Gabelkoppler und der Magnet die Schaltfahne. Die mit der Sensoreinrichtung erreichbare Reproduzierbarkeit als maximale Abweichung von der tatsächlichen Referenzposition ist um Größenordnungen kleiner, als durch Justierprozesse oder typische Fertigungsungenauigkeiten bei einer kostenoptimierten Fertigung sicherzustellen wäre.
Bei einer hinreichend genauen (motorisierten) oberen Z-Führung 08, wie sie an Digitalmikroskopen vorausgesetzt werden kann, weisen somit auch die Z-Positionen relativ zur Referenzposition Z_Ro nur entsprechend geringe Abweichungen auf.
In den 1 und 2 ist beispielhaft eine erste Z-Position Z_o1 der Trägers 09 relativ zur Referenzposition Z_Ro für die über die (motorisierte) obere Z-Führung 08 bewegbaren Teile dargestellt, wobei der Träger 09 die optische Einheit 11 aufnimmt, welche ein Zoomsystem, eine integrierte Beleuchtung und Kamera (nicht dargestellt), sowie ein Objektiv 12 umfasst.
Die erste Z-Position Z_o1 ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Objektdetail 13, das sich an einer Oberseite eines Objektes 14 befindet, in der Senkrechtstellung des Schwenkarms 07 auf einem nicht dargestellten Bildsensor scharf abgebildet wird, wobei die Z-Koordinaten des Objektdetails 13 und der Schwenkachse 04 nicht identisch sind.
Am Stativfuß 02 ist eine vorzugsweise motorisierte untere Z-Führung 16 angebracht, wobei die motorisierte untere Z-Führung 16 auch alternativ am Lagerbock 03 angebracht sein könnte. Die Rückseite des Schwenkstativs 01 wird vorzugsweise durch eine Abdeckhaube 17 abgedeckt.
An der hinsichtlich der Z-Position relativ zu einer Referenzposition Z_Ru (siehe 3) variierbaren (motorisierten) unteren Z-Führung 16 ist ein vorzugsweise motorisierter Objekttisch 18 angeordnet, der eine Tischplatte 19 beinhaltet, in die eine Auflicht-Einlegeplatte 20, deren Oberfläche 21 als Objektauflage dient, integriert ist. Über den (motorisierten) Objekttisch 18 lässt sich eine X-Position des Objektdetails 13 relativ zu einer Referenzposition X_R und die Y-Position des Objektdetails 13 relativ zu einer Referenzposition Y_R variieren. Für die Referenzpositionen Z_Ru, X_R und Y_R gelten die vorstehenden Ausführungen zur Referenzposition Z_Ro analog, d.h., auch hier sind die maximalen Reproduzierbarkeitsabweichungen hinreichend klein.
Gemäß der 1 und 2 ist an der (motorisierten) unteren Z-Führung 16 eine dritte Z-Position Z_u3 < 0 relativ zur Referenzposition Z_Ru eingestellt, in der die Z-Position des Objektdetails 13 nicht identisch ist mit der Z-Position der Schwenkachse 04 (Z_Ru und Z_u3 sind in 3 dargestellt).
Gemäß der 1 und 2 ist an der X-Achse des (motorisierten) Objekttischs 18 eine erste X-Position X₁ > 0 relativ zur Referenzposition X_R eingestellt, bei der sich bei senkrechter Ausrichtung des Schwenkarms 07 das zum gesamten Verfahrbereich des Objekttischs 18 in der X-Richtung mittig positionierte Objektdetail 13 des auf die Oberfläche 21 der Auflicht-Einlegeplatte 20 aufgelegten Objektes 14 in der Bildmitte befinden soll. Praktisch treten gemäß 1 durch unterschiedliche X-Koordinaten zwischen dem Objektdetail 13, das sich in der Bildmitte befinden soll, und der Schwenkachse 04 Abweichungen auf.
An der Y-Achse des (motorisierten) Objekttischs 18 ist eine erste Y-Position Y₁ > 0 relativ zur Referenzposition Y_R eingestellt, bei der sich bei senkrechter Ausrichtung des Schwenkarms 07 das zum gesamten Verfahrbereich des Objekttischs 18 in der Y-Richtung mittig positionierte Objektdetail 13 des auf die Oberfläche 21 der Auflicht-Einlegeplatte 20 aufgelegten Objektes 14 in der Bildmitte befinden soll. Da die auch hier praktisch auftretenden Abweichungen für die erfindungsgemäße Betrachtung nicht relevant sind, wurden die Abweichungen in 2 nicht dargestellt, nur deshalb gilt gemäß 2: Y₁ = –Y_R.
Die 1 und 2 zeigen das Schwenkstativ 01 im fokussierten Zustand, d. h. die Oberseite des auf die Oberfläche 21 der Auflicht-Einlegeplatte 20 aufgelegten Objektes 14 befindet sich in einer Objektebene des abbildenden Systems, wobei die Oberseite auch das Objektdetail 13 enthält und eine Abgleichlänge a_L den Abstand einer Stirnfläche 22 des Objektivs 12 relativ zur Objektebene im fokussierten Zustand beschreibt. Das Objekt 14 weist bis zur anzufokussierenden Oberseite, bzw. dem Objektdeteil 13 eine Höhe h auf.
Die Schwenkarmbewegung wird durch eine hier nicht weiter dargestellte, um die Schwenkachse 04 angeordnete, High Torque-Magnetbremse blockiert. Die Blockierung kann für die Dauer des Tastendrucks eines Tasters 23 gemäß 1 über das Lösen der High Torque-Magnetbremse aufgehoben werden. Durch einen ergonomisch geformten Bereich 24 mit einer Griffoberfläche 25 am oberen Ende des Schwenkarms 07 lässt sich ein Schwenkwinkel somit schnell und stufenlos einstellen, wobei sich die am häufigsten benutzte senkrechte Ausrichtung des Schwenkarms 07 über eine beim Schwenkvorgang deutlich spürbare Rastanordnung leicht sicherstellen bzw. mit hinreichend guter Genauigkeit reproduzieren lässt. In den 1 und 2 ist der aktuell wirksame Schwenkwinkel w = 0°.
Da der Fokussiervorgang prinzipiell sowohl über die (motorisierte) obere Z-Führung 08 als auch über die (motorisierte) untere Z-Führung 16 durchführbar ist, kann die Z-Koordinate der Schwenkachse 04 relativ zur Z-Koordinate der des Objektdetails 13 abweichen, obwohl sich das Objektdetail 13 in der Objektebene befindet.
3 zeigt das Digitalmikroskop gemäß 1 mit einem um einen Winkel w2 geschwenkten Schwenkarm 07. 4 zeigt dazu eine vektorielle Darstellung der geometrischen Zusammenhänge zwischen einer idealen Schwenkachse 26 und der Schwenkachse 04 im erfindungsgemäßen Kalibrierbetrieb. Nachfolgend sind Vektoren mit einem Überstrich gekennzeichnet, die Beträge der Vektoren tragen dieselben Bezeichnungen wie die Vektoren, jedoch ohne Überstrich.
Im Gegensatz zur üblichen mathematischen Betrachtungsweise enthalten die Beträge hier aber ein Vorzeichen, das die Richtungsinformation relativ zur Darstellung enthält. Ein negatives Vorzeichen einer solchen eindimensionalen Größe im Berechnungsweg entspricht in 4 dem Vertauschen des Start- und des Endpunktes des entsprechenden Vektors. In 4 werden Vektoren nur durch Pfeile symbolisiert. Die Bezeichnungen entsprechen den Bezeichnungen aus den 1 und 3. Die neu hinzu gekommenen Bezugszeichen werden nachfolgend beschrieben.
Die Lage der Schwenkachse 04 relativ zur idealen Schwenkachse 26 bzw. dem Objektdetail 13 wird durch den Vektor MI beschrieben. Dieser Vektor lässt sich auch in die parallel zu den Koordinatenachsen angeordneten Vektoren MIX und MIZ zerlegen, wobei der Vektor MIZ im Punkt MAZ endet und der Vektor MIX im Punkt MAZ beginnt. Die in 4 nicht dargestellte Abgleichlänge a_L zwischen der Objektebene und der Stirnfläche 22 des Objektivs 12 in der Senkrechteinstellung des Schwenkarms 07 lässt sich durch einen entsprechenden Vektor AL beschreiben, der in 4 aus Übersichtsgründen aber ebenfalls nicht dargestellt ist. Der Vektor AL lässt sich zerlegen in den Vektor MIZ und den Vektor A. Durch das Schwenken des Schwenkarms 07 um den Winkel w2 rotieren die Vektoren entsprechend um die Schwenkachse 04. Dabei entsteht aus dem Vektor MIX der Vektor MIX‘, aus dem Vektor MIZ der Vektor MIZ‘, aus dem Vektor A der Vektor A‘, aus dem Vektor AL der Vektor AL‘ und aus dem Punkt MAZ der Punkt MAZ‘. Außerdem wird auch die Objektebene OE um die Schwenkachse 04 geschwenkt, so dass sich daraus eine geschwenkte Objektebene OE‘ ergibt. Die Vektoren MIZ‘ und A‘ liegen auf der geschwenkten optischen Achse OA‘. Am Durchstoßpunkt 27 der geschwenkten optischen Achse OA‘ durch die geschwenkte Objektebene OE‘ endet der Vektor dF, der ein Maß für die Defokussierung ist und der bei dem seitlich versetzten Objektdetail OD‘ beginnt.
Gemäß 4 und der vorstehenden Beschreibung zu 4 gilt somit: A = A′ AL = AL′ MIX = MIX′ MIZ = MIZ′ A = AL – MIZ A' = AL' – MIZ' MIX + MIZ = dx + dF + MIZ' + MIX' bzw. ( MIX / MIZ) = ( dx / 0) + ( –dF·sin(w2) / dF·cos(w2)) + ( MIX·cos(w2) / MIX·sin(w2)) + ( –MIZ·sin(w2) / MIZ·cos(w2)) nach Umformung ergibt sich daraus: MIX = 0,5·dx – 0,5·dF· sin(w2) / 1 – cos(w2) MIZ = –0,5·dF + 0,5·dx· sin(w2) / 1 – cos(w2)
Mit diesen vorzeichenbehafteten eindimensionalen Größen MIX und MIZ wird die Lage der Schwenkachse 04 relativ zur idealen Schwenkachse 26 abhängig vom Schwenkwinkel w2 eindeutig beschrieben und kann nach der Berechnung und Speicherung dieser Größen MIX und MIZ in der Steuereinheit, die beispielsweise in der Bedien- und Anzeigeeinheit integriert sein kann, somit als bekannt vorausgesetzt werden. Alle errechneten Daten lassen sich in der Steuereinheit speichern und bei Bedarf weiter nutzen.
Die 5 und 6 zeigen Darstellungen der Vorderansicht des um den Schwenkwinkel w2 geschwenkten Schwenkarms 07 unter Anwendung des erfindungsgemäßen Kalibrierverfahrens. Die Bezeichnungen entsprechen den Bezeichnungen aus der 1.
Im Unterschied zur Darstellung gemäß 3 wurde der Defokussierabstand dF durch das Verfahren der motorisierten oberen Z-Führung 08 in die Z-Position Zo2 relativ zur Referenzposition ZRo ausgeglichen. Aus der Differenz zwischen der noch nicht nachfokussierten Z-Position Zo1 nach dem Schwenken und der nachfokussierten Position Zo2 lässt sich der Defokussierabstand dF als vorzeichenbehaftete eindimensionale Größe leicht ermitteln, es gilt dF = Zo1 – Zo2.
In 6 ist dargestellt, wie der seitliche Objektversatz dx durch das Verfahren des motorisierten Objekttischs 18 in der X-Richtung in die X-Position X2 relativ zur Referenzposition XR korrigiert worden ist. Aus der Differenz zwischen der noch nicht korrigierten X-Position X1 und der korrigierten Position X2 lässt sich der Bildmittenabstand dx als vorzeichenbehaftete eindimensionale Größe leicht ermitteln, es gilt dx = X1 – X2.
Aus den vorzeichenbehafteten eindimensionalen Größen dF und dx unter Berücksichtigung des Schwenkwinkels w2 lassen sich gemäß des vorstehenden Berechnungsschemas die ebenfalls vorzeichenbehafteten eindimensionalen Größen MIX und MIZ ermitteln. Mit den vorliegenden vorzeichenbehafteten eindimensionalen Größen MIX und MIZ ist die Lage der Schwenkachse 04 relativ zur idealen Schwenkachse 26 vollständig beschrieben.
Im erfindungsgemäßen Korrekturbetrieb ist es möglich, auf Basis einer weiteren Umrechnung der bisher errechneten Größen den seitlichen Objektversatz dx und den Defokussierabstand dF für jeden beliebigen Schwenkwinkel zu kompensieren. Hierzu werden abhängig vom aktuell wirksamen Schwenkwinkel w_K im Korrekturbetrieb die Größen dx_K und dF_K in der Steuereinrichtung berechnet, die dem Objektversatz und dem Defokussierabstand entgegenwirken. Die für einen beliebigen Schwenkwinkel jeweils gültigen Korrekturgrößen w_K, dx_K und dF_K sind in den Figuren nicht dargestellt.
Aus den Beziehungen zur Ermittlung der vorzeichenbehafteten Größen MIX und MIZ gemäß 4 lassen sich nach Umformung analog die ebenfalls vorzeichenbehafteten Größen dx_K und dF_K für den erfindungsgemäßen Korrekturbetrieb ermitteln, es gelten die folgenden Zusammenhänge: dx_K = MIX· cos(wK) – 1 / cos(wK) + MIZ·tan(wK) dF_K = MIZ· 1 – cos(wK) / cos(wK) – MIX·tan(wK)
Aus dem Zusammenhang X_K = X1 – dx_K ergibt sich eine X-Position X_K der X-Achse des (motorisierten) Objekttisches 18 relativ zur Referenzposition X_R, bei der sich ein bei senkrechter Ausrichtung des Schwenkarms 07 mittig zum gesamten Verfahrbereich des Objekttisches 18 in der X-Richtung auf die Oberfläche 21 der Auflicht-Einlegeplatte 20 aufgelegtes Objekt 14 mit einem Objektdetail 13 nach dem Schwenken des Schwenkarms 07 um den Schwenkwinkel w_K im erfindungsgemäßen Korrekturbetrieb wieder in der Bildmitte befindet.
Aus dem Zusammenhang Zo_K = Zo1 – dF_K ergibt sich eine Z-Position Zo_K der (motorisierten) oberen Z-Führung 08 relativ zur Referenzposition Z_Ro, bei der das Objektdetail 13 bei um den Schwenkwinkel w_K geschwenktem Schwenkarm 07 im erfindungsgemäßen Korrekturbetrieb scharf abgebildet wird.
Abhängig vom aktuell wirksamen Schwenkwinkel w_K im erfindungsgemäßen Korrekturbetrieb werden der (motorisierte) Objekttisch 18 in die entsprechende X-Position X_K relativ zur Referenzposition X_R und die (motorisierte) obere Z-Führung 08 in die entsprechende Z-Position Zo_K relativ zur Referenzposition Z_Ro über die Steuereinrichtung automatisch positioniert, so dass das Objektdetail 13 bei jedem aktuell wirksamen Schwenkwinkel w_K nach der erfindungsgemäßen Korrektur in der Bildmitte angeordnet ist und fokussiert abgebildet wird.
Bei einem erfindungsgemäßen Kalibriervorgang befindet sich vorzugsweise kein Objekt auf dem Objekttisch 18. Anfokussiert wird dabei eine Referenzmarke, die vorzugsweise Bestandteil der Oberfläche 21 der Auflicht-Einlegeplatte 20 oder der Oberseite der oberen Tischplatte 19 ist. Alternativ hierzu lässt sich auch ein spezielles Kalibrierobjekt benutzen, das die Referenzmarke enthält und das sich reproduzierbar auf die Oberfläche 21 der Auflicht-Einlegeplatte 20 auflegen lässt.
7 zeigt den Ausgangszustand vor der Erfassung der erforderlichen Daten für die Kalibrierung. Ausgehend von einer prinzipiell beliebigen Z-Position Zu1 der (motorisierten) unteren Z-Führung 16 relativ zur Referenzposition Z_Ru wird das Objektdetail 13 vorzugsweise vom Benutzer über die motorisierte obere Z-Führung 08 anfokussiert, so dass sich daraus eine vierte Z-Position Z_o4 relativ zur Referenzposition Z_Ro ergibt. Alternativ hierzu lässt sich die Fokussierung über ein hier nicht näher erläutertes Autofokussystem automatisch durchführen.
Nun wird die erfindungsgemäße Ermittlung der Größe MIZ gemäß 4 gestartet. Hierzu wird die vorstehend beschriebene Prozedur zur Kalibrierung durchgeführt und die Größen MIZ und MIX aus den Zusammenhängen MIX = 0,5·dx – 0,5·dF· sin(w2) / 1 – cos(w2) MIZ = –0,5·dF + 0,5·dx· sin(w2) / 1 – cos(w2) berechnet.
Dann entspricht die Abweichung DZ des Objektdetails 13 relativ zur Schwenkachse 04 in der Z-Richtung, die zur Ermittlung der Daten für eine automatische Fokusnachführung benutzt werden kann, dem negativen Wert von MIZ, d. h. es gelten folgende Zusammenhänge: DZ = –MIZ Z_u1 = DZ – Z_Ru < 0
Daraus ergibt sich Z_Ru = –MIZ – Z_u1
Da die Referenzposition Z_Ru relativ zur Schwenkachse 04 angegeben wird, lassen sich alle anderen Z-Positionen der (motorisierten) unteren Z-Führung 16, die relativ zu dieser Referenzposition Z_Ru angegeben werden, in Z-Positionen relativ zur Schwenkachse 04 umrechnen. Gemäß 7 befindet sich das Objektdetail 13 um die nun bekannte Größe DZ < 0 zu weit unten, d. h. um den Betrag dieser Größe muss der (motorisierte) Objekttisch 18 über die (motorisierte) untere Z-Führung 16 nach oben gefahren werden, damit das beobachtete Objektdetail 13 in der Höhe der Schwenkachse 04 angeordnet ist.
8 zeigt den Ausgangszustand nach der Erfassung der erforderlichen Daten gemäß der Beschreibung zu 7 vor der automatischen Fokus- und Tischnachführung. Der Objekttisch 18 wurde über die untere Z-Führung 16 um den Betrag der Größe DZ nach oben gefahren, so dass das beobachtete Objektdetail 13 in der Höhe der Schwenkachse 04 angeordnet ist. Dabei ergibt sich eine zweite Z-Position Z_u2 relativ zur Referenzposition Z_Ru der unteren Z-Führung 16. Da das beobachtete Objektdetail 13 um den Betrag der Größe DZ nach oben bewegt worden ist, muss auch die Z-Position der (motorisierten) oberen Z-Führung 08 entsprechend nach oben bewegt werden, damit das Objektdetail 13 weiterhin in der Objektebene angeordnet ist. Gemäß 8 ergibt sich dabei eine fünfte Z-Position Z_o5 relativ zur Referenzposition Z_Ro der oberen Z-Führung 08. Damit ist auch die Fokusposition des bei der Kalibrierung benutzten Objektivs 12 für die Fokussierung auf das in der Höhe der Schwenkachse 04 positionierte Objektdetail 13 eindeutig beschrieben.
Sofern die Lage der Schwenkachse 04 bereits einmal relativ zu einer idealen Schwenkachse 26, deren Koordinaten vollständig bekannt waren, ermittelt und gespeichert worden ist, lässt sich die Lage der Schwenkachse 04 aufgrund der gegebenen hinreichend guten absoluten Positioniergenauigkeit auch nach dem Aus- und Wiedereinschalten des Systems mit ausreichender Genauigkeit reproduzieren. Gemäß 8 ist die Lage der Schwenkachse 04 mit der Z-Position Z_Ru eindeutig beschrieben, da diese Z-Referenzposition der motorisierten unteren Führung 16 die Lage der Oberfläche 21 der Auflicht-Einlegeplatte 20, die als Objektauflage dient, relativ zur Schwenkachse 04 beschreibt und für jedes Schwenkstativ 01 individuell konstant bleibt. Außerdem ist die Fokusposition des bei der Kalibrierung benutzten Objektivs 12 für die Fokussierung auf das in der Höhe der Schwenkachse 04 positionierte Objektdetail 13 bekannt.
Werden verschiedene Objektivvarianten vorgesehen, lassen sich diese codieren, so dass das System das aktuell wirksame Objektiv beim Einschalten des Systems und bei jedem weiteren Objektivwechsel erkennt und diese Information für weitere Aktionen nutzen kann. Dazu gehört auch der erfindungsgemäße automatische Korrekturvorgang, der gegenüber dem Stand der Technik einen erheblichen Zeitvorteil bringt. Hierzu wird vorzugsweise bereits werksseitig zu jedem Objektiv, das zu einem Digitalmikroskop-Exemplar mitgeliefert werden soll, die Fokusposition für die Fokussierung auf das in der Höhe der Schwenkachse 04 positionierte Objektdetail 13 angefahren und abgespeichert. Durch die Codierung der Objektive sind die gespeicherten Werte jeweils einem Objektiv eindeutig zugeordnet.
Ausgehend vom Kalibrierprozess, der vorzugsweise bereits werksseitig durchgeführt wird, lassen sich die während des Kalibriervorgangs gewonnenen Daten für den erfindungsgemäßen automatischen Korrekturvorgang nutzen, der aus der nun bekannten Lage der Schwenkachse 04 und dem aktuell verwendeten Objektiv die entsprechenden erforderlichen Korrekturen zum Ausgleich der durch die Schwenkbewegung hervorgerufenen Abweichungen vollständig übernimmt und so dem Anwender einen erheblichen Zeitgewinn verschafft. Dieser Zeitgewinn lässt sich erfindungsgemäß noch weiter vergrößern, wenn das zu beobachtende Objektdetail 13 bereits in der Senkrechtstellung des Schwenkarms 07 automatisch in der Höhe der Schwenkachse 04 angeordnet wird.
Die 9 und 10 zeigen Darstellungen zur erfindungsgemäßen Erweiterung der nutzbaren Objekthöhe H. Es ist sehr vorteilhaft, wenn sich die bisher durch den unterhalb der Schwenkachse 04 wirkenden Führungsweg der unteren Z-Führung 16 beschränkte nutzbare Objekthöhe für die Schwenkbewegung vergrößern lässt, so dass eine Schwenkbewegung auch für Objekthöhen H unterstützt wird, die größer sind als der Führungsweg der unteren Z-Führung 16. Praktisch darf die ideale Schwenkachse 26 nämlich auch oberhalb der Schwenkachse 04 liegen, bei ganz nach unten gefahrener unterer (motorisierter) Z-Führung 16 lassen sich entsprechend große Objekthöhen unterstützen. Bei einer Kollisionsgefahr kann eine Schwenkwinkelbegrenzung erfolgen.
11 zeigt eine Darstellung der erfindungsgemäßen Kalibrierschritte S1 bis S18, die vorzugsweise werksseitig vor der Auslieferung des Digitalmikroskopsystems an den Kunden bzw. den Benutzer in einem Erstkalibriervorgang durchzuführen sind, um die kundenseitige Bedienung vereinfachen zu können und den Benutzer hinsichtlich des erforderlichen Justieraufwands vor der Nutzung der Schwenkfunktion zu entlasten. Selbstverständlich lässt sich der Kalibrierprozess auch kundenseitig durchführen, sofern die Benutzeroberfläche hierfür vorbereitet ist. Dann sollte die Bedienung dennoch auf eine werksseitige Kalibrierung ausgerichtet sein, so dass eine kundenseitig durchführbare Kalibrierung zur Minimierung von versehentlichen Aufrufen dieser Funktionalität nur indirekt aufrufbar ist.
Die 12 bis 14 zeigen Darstellungen der erfindungsgemäßen Schritte, die bei der kundenseitigen Nutzung der Schwenkfunktion vorgesehen sind und auf einem bereits durchgeführten Erstkalibriervorgang gemäß 11 und der vorangegangenen Beschreibung basieren.
Vorteilhafterweise erfolgen die Kalibrierprozesse über menügesteuerte Abfragen. Eine automatische Korrektur kann über Nutzung des Tastersignals vorgesehen sein oder erst nach Bestätigung durch den Nutzer vorgenommen werden. Selbstverständlich sieht die Steuerung ein Zurücksetzen auf Werkseinstellungen vor.
Weiterhin ist eine einmalige Vorab-Bestimmung der Abgleichlänge des benutzten Objektivs (vorteilhafte Zuordnung über Codierung der Objektive) und Nutzung der gespeicherten werksseitig eingestellten Default-Z-Position der motorisieren oberen Z-Achse zur automatischen Anfahrt des Objektdetails in die Schwenkachse möglich. Dies kann ggf. als Anwahl über eine Schaltfläche und/oder über Aktivierung des Tasters vorgesehen sein. Selbstverständlich können zum Anfokussieren auch Autofokusfunktionalitäten des Digitalmikroskopsystems verwendet werden.
Alle vorgenannten Ausführungen beziehen sich auf eine optische Achse (OA) des abbildenden Systems, über die ein darin und in der Objektebene angeordnetes Objektdetail (13) unabhängig von anderen Einflüssen stets in der Bildmitte abgebildet wird. Die verbleibenden Ungenauigkeiten des abbildenden Systems können aber praktisch dazu führen, dass es ein von der Bildmitte abweichendes Zoomzentrum gibt, das bei einer Änderung des Zoomfaktors im Bild ortsfest erhalten bleibt. Dies entspricht dann noch immer der Position der optischen Achse (OA), d. h. die erfindungsgemäßen Kalibrier- und Korrekturvorgänge müssten sich dann auf dieses Zoomzentrum im Bild beziehen und nicht auf die Bildmitte. Das Objektdetail (13) müsste dann somit jeweils auf eine Zielmarkierung im Bild positioniert werden, die im Zoomzentrum und nicht in der Bildmitte angeordnet ist. Der Begriff "Zentrieren der Kalibriermarkierung mit der optischen Achse (OA)" schließt auch diesen Fall mit ein.
Selbstverständlich umfasst der Schutzbereich dieser Anmeldung auch die entsprechende Nutzung von Zielmarkierungen im Bild, die von der Bildmitte abweichen.
Bezugszeichenliste

01: Schwenkstativ
02: Stativfuß
03: Lagerbock
04: Schwenkachse
05
06: Gelenkteil
07: Schwenkarm
08: obere Z-Führung
09: Träger
10
11: optische Einheit
12: Objektiv
13: Objektdetail
14: Objekt
15
16: untere Z-Führung
17: Abdeckhaube
18: Objekttisch
19: obere Tischplatte
20: Auflicht-Einlegeplatte
21: Oberfläche
22: Stirnfläche
23: Taster
24: Bereich
25: Griffoberfläche
26: ideale Schwenkachse
27: Durchstoßpunkt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2001059599 A2 [0003]
JP 2010102344 A2 [0003]
JP 2013-072996 [0004]

Claims

Digitalmikroskop mit – einer optischen Einheit (11), welche zumindest ein Objektiv (12) und eine Bildverarbeitungseinheit umfasst, wobei eine Längsachse des Objektives eine optische Achse (OA) definiert; – einem Schwenkstativ mit einem, um eine Schwenkachse (04) schwenkbaren Schwenkarm (07), an dem ein Träger (09) zur Aufnahme der optischen Einheit (11) angeordnet ist; – einem in mindestens zwei senkrecht zueinander stehenden Verschiebeachsen (X, Y) verstellbaren Objekttisch (18), wobei eine der Verschiebeachsen parallel mit der Schwenkachse (Y) ausgerichtet ist; – einer Steuereinheit zur Steuerung und Positionierung von optischer Einheit (11), Schwenkarm (07) und Objekttisch (18); wobei der Träger (09) und/oder der Objekttisch (18) verschiebbar sind/ist; dadurch gekennzeichnet, dass das Schwenkstativ einen Winkelsensor zur Ermittlung eines aktuellen Schwenkwinkels des Schwenkarms (07) umfasst, wobei der aktuelle Schwenkwinkel in der Steuereinheit verarbeitet wird, um eine automatische Fokusnachführung und/oder Zentrumsnachführung bei Betätigen des Schwenkarms (07) auszuführen.
Digitalmikroskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkelsensor zwei Intertialsensoren umfasst, die auf jeweils einer Platine relativ zueinander beweglich angeordnet sind.
Digitalmikroskop nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (09) motorisiert in Richtung der optischen Achse (OA) verfahrbar ist.
Digitalmikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Objekttisch (18) motorisiert in vertikaler Richtung verfahrbar ist.
Digitalmikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwenkarm (07) in einer ersten Stellung mit einem Schwenkwinkel NULL rastend angeordnet ist.
Digitalmikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Schwenkstativ (01) eine High-Torque-Magnetbremse umfasst, mit der der Schwenkarm (07) in jeder beliebigen Schwenkstellung fixierbar ist.
Verfahren zur Kalibrierung einer Schwenkachse (4) und einer Bildmitte in einem Digitalmikroskop nach Anspruch 1, folgende Schritte umfassend: – Einstellen eines ersten Schwenkwinkels des Schwenkarms (07); – Fokussieren einer auf dem Objekttisch (18) platzierten Kalibriermarkierung durch Verschieben des Trägers (09) entlang der optischen Achse (OA) oder des Objekttisches (18) in vertikaler Richtung; – Zentrieren der Kalibriermarkierung mit der optischen Achse (OA) durch Verschieben des Objekttisches entlang zweier zur optischen Achse (OA) in der aufrechten Stellung des Schwenkarms (07) senkrechten Achsen (X, Y); – Erfassen und Speichern aller ersten Achspositionen des Objekttisches (18) und des Trägers (09) sowie des ersten Schwenkwinkels; – Schwenken des Schwenkarms (07) in einen zweiten Schwenkwinkel (w2); – zweites Fokussieren der Kalibriermarkierung; – zweites Zentrieren der Kalibriermarkierung; – Erfassen und Speichern aller zweiten Achspositionen des Objekttisches (18) und des Trägers (09) sowie des zweiten Schwenkwinkels (w2); – Ermitteln einer relativen Fokusdifferenz (dF) und einer relativen Schwenkachsendifferenz (dx) aus den ersten und zweiten Achspositionen; – Bestimmen einer vom Schwenkwinkel abhängigen Funktion zur Ansteuerung einer Steuereinheit des Digitalmikroskopes zum Zweck der Korrektur der relativen Fokusdifferenz (dF_K) und der relativen Schwenkachsendifferenz (dx_K).
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Schwenkwinkel (w2) relativ zum ersten Schwenkwinkel bestimmt wird, wobei der erste Schwenkwinkel als Referenzstellung definiert ist.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit den Objekttisch (18) und/oder den Träger (09) ansteuert, um einen Koordinatenursprung eines aus der optischen Achse (OA) in der aufrechten Stellung des Schwenkarms (07) und den Verschiebachsen (X, Y) gebildeten rechtwinkligen Koordinatensystems derart zu verschieben, dass es mit der Position der Kalibriermarkierung übereinstimmt.
Verfahren zur automatischen Fokusnachführung und Bildmittennachführung in einem Digitalmikroskop mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bei Betätigung des Schwenkarms (07), bei dem ein Schenkwinkel des Schwenkarms (07) erfasst wird und ein Fokusabstand und eine Bildmittenposition automatisch in Abhängigkeit von dem erfassten Schwenkwinkel eingestellt wird.