DE102014113188A1

DE102014113188A1 - Digitales Mikroskop und Verfahren zu dessen Inbetriebnahme

Info

Publication number: DE102014113188A1
Application number: DE102014113188.6A
Authority: DE
Inventors: Alexander GAIDUK
Original assignee: Carl Zeiss Microscopy GmbH
Current assignee: Carl Zeiss Microscopy GmbH
Priority date: 2014-09-12
Filing date: 2014-09-12
Publication date: 2016-03-17
Anticipated expiration: 2034-09-13
Also published as: CN105425376A; DE102014113188B4; CN105425376B

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein digitales Mikroskop und ein Verfahren zu dessen Inbetriebnahme, z. B. zum Kalibrieren einer Farbwiedergabe oder einer Winkeleinstellung. Gemäß diesem Verfahren wird ein optisches Modifikationselement (01), insbesondere ein Dispersionselement oder ein winkelabhängiges Streuelement, in einem sich von einer Mikroskopbeleuchtung (11) zu einer Bildaufnahmeeinheit (13) erstreckenden Strahlengang (02, 04) angeordnet. Es wird ein Winkel (β; θ) zwischen dem Modifikationselement (01) und zumindest einer der die Mikroskopbeleuchtung (11) und die Bildaufnahmeeinheit (13) umfassenden Komponenten eingestellt, um einen modifizierten Ausschnitt (04) des von der Mikroskopbeleuchtung (11) erzeugten Lichtes (02) auf die Bildaufnahmeeinheit (13) zu richten. In einem weiteren Schritt wird das den modifizierten Ausschnitt (04) aufweisende Licht mit der Bildaufnahmeeinheit (13) aufgenommen, wodurch ein Farbsignal erhalten wird. Es erfolgt ein Zuordnen der den eingestellten Winkel (β; θ) und das Farbsignal umfassenden Größen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft zunächst ein Verfahren zur Inbetriebnahme eines digitalen Mikroskops; insbesondere zum Kalibrieren und/oder Prüfen einer Farbwiedergabe oder einer Winkeleinstellung des digitalen Mikroskops oder zum Ausrichten einer Bildaufnahmeeinheit des digitalen Mikroskops gegenüber einer zu mikroskopierenden Probe. Im Weiteren betrifft die Erfindung ein digitales Mikroskop, welches zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist.
Die US 2012/0050727 A1 zeigt ein Abbildungssystem, welches beispielsweise als Mikroskop ausgebildet ist und eine Korrektureinheit umfasst, welche zur Korrektur von Bildern der abzubildenden Probe dient. Diese Korrektur basiert auf spektralen Informationen, welche mit einem spektralen Sensor erfasst wurden.
Die US 2011/0249155 A1 zeigt ein Bildaufnahmesystem, welches insbesondere als Mikroskop ausgebildet ist und eine Farbtonkorrektureinheit umfasst, die zur Korrektur von mit einem Zeilensensor aufgenommenen Bildern der abzubildenden Probe dient. Diese Korrektur basiert auf spektralen Informationen, welche mit einem spektralen Sensor erfasst wurden.
Die JP 2012-189342 A lehrt eine mikrospektrometrische Vorrichtung, welche ein Mittel zum Erfassen des optischen Spektrums eines reflektierten Beleuchtungslichtes umfasst.
Es ist aus dem Stand der Technik bekannt, Farbreferenzen, beispielsweise in Form von Farbreferenztafeln (Color Checker) für die Kalibrierung und Überprüfung der Farbwiedergabe von Mikroskopen zu verwenden. Derartige Farbreferenztafeln sind für die Auflicht- und für die Durchlichtmikroskopie bekannt. Typische Farbreferenztafeln stellen eine Mehrzahl von Referenzfarben in matrixartig angeordneten Feldern zur Verfügung. Solche Farbreferenztafeln können prinzipiell nur eine begrenzte Anzahl an Referenzfarben aufweisen.
Ferner sind aus dem Stand der Technik Grautafeln mit Feldern unterschiedlicher Graustufen bekannt. Diese Grautafeln können für einen Weißabgleich verwendet werden, der mit unterschiedlichen Beleuchtungsstärken des aufgenommenen Lichtes durchgeführt wird.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Verwendung von Farbreferenzen für die Inbetriebnahme eines digitalen Mikroskops zu erleichtern.
Die genannte Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß dem beigefügten Anspruch 1 sowie durch ein digitales Mikroskop gemäß dem beigefügten nebengeordneten Anspruch 10.
Das erfindungsgemäße Verfahren dient der Inbetriebnahme eines digitalen Mikroskops. Das Verfahren ist insbesondere zum Kalibrieren und/oder Prüfen einer Farbwiedergabe oder einer Winkeleinstellung des digitalen Mikroskops und/oder zum Ausrichten einer Bildaufnahmeeinheit gegenüber einer zu mikroskopierenden Probe vorgesehen. Das erfindungsgemäße Verfahren kann grundsätzlich auch für andere Vorgänge zur Inbetriebnahme des digitalen Mikroskops ausgebildet sein.
Das digitale Mikroskop ist dafür vorgesehen, dass eine Probe mit einer Bildaufnahmeeinheit aufgenommen wird und dass die gewonnene Bildinformation digital verarbeitet und zur Anzeige auf einer Bildwiedergabeeinheit gebracht wird. Die Bildaufnahmeeinheit umfasst bevorzugt eine Kamera, während die Bildwiedergabeeinheit bevorzugt durch einen Monitor gebildet ist. Im Sinne der Erfindung wird unter einem digitalen Mikroskop jedes Mikroskop mit einem elektronischen Bildwandler verstanden.
In einem Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt ein Anordnen eines optischen Modifikationselementes in einem sich von einer Mikroskopbeleuchtung zu der Bildaufnahmeeinheit erstreckenden Strahlengang. Das optische Modifikationselementes modifiziert das Licht der Mikroskopbeleuchtung quantitativ oder qualitativ in Abhängigkeit von einem Winkel zwischen dem Modifikationselement und zumindest einer der die Mikroskopbeleuchtung und die Bildaufnahmeeinheit umfassenden Komponenten. Die Modifikation ist bevorzugt durch eine Dispersion oder durch eine Streuung gebildet. Das Licht der Mikroskopbeleuchtung fällt über bzw. durch das Modifikationselement zu der Bildaufnahmeeinheit, sodass es von dem Modifikationselement z. B. gebeugt oder gestreut wird und somit gebeugtes bzw. gestreutes Licht auf die Bildaufnahmeeinheit trifft. Insofern das digitale Mikroskop nach dem Auflichtprinzip arbeitet, reflektiert das Modifikationselement das Licht der Mikroskopbeleuchtung. Insofern das digitale Mikroskop nach dem Durchlichtprinzip arbeitet, transmittiert das Modifikationselement das Licht der Mikroskopbeleuchtung. Das Modifikationselement wird wie eine zu mikroskopierende Probe in dem sich von der Mikroskopbeleuchtung zu der Bildaufnahmeeinheit erstreckenden Strahlengang angeordnet. Hierfür wird das Modifikationselement bevorzugt auf einem Probenträger des digitalen Mikroskops angeordnet. Die Mikroskopbeleuchtung ist bevorzugt im digitalen Mikroskop integriert. Die Mikroskopbeleuchtung kann aber auch eine externe Lichtquelle oder Tageslicht umfassen.
In einem weiteren Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt ein Einstellen eines Winkels zwischen dem Modifikationselement und zumindest einer der die Mikroskopbeleuchtung und die Bildaufnahmeeinheit umfassenden Komponenten, um einen modifizierten Ausschnitt des von der Mikroskopbeleuchtung erzeugten Lichtes auf die Bildaufnahmeeinheit zu richten. Es werden somit der Winkel zwischen dem Modifikationselement und der die Mikroskopbeleuchtung und/oder der Winkel zwischen dem Modifikationselement und der Bildaufnahmeeinheit eingestellt. Das Einstellen des Winkels erfolgt bevorzugt durch ein Verändern dieses Winkels. Dies bewirkt, dass der modifizierte Ausschnitt des von der Mikroskopbeleuchtung erzeugten Lichtes, z. B. ein quantitativer Anteil oder ein spektraler Ausschnitt, d. h. eine gewünschte Farbe, auf die Bildaufnahmeeinheit gerichtet wird. Insofern das Modifikationselement das Licht der Mikroskopbeleuchtung beugt, treffen in Abhängigkeit vom eingestellten Winkel unterschiedliche Farben auf die Bildaufnahmeeinheit. Diese Farben dienen erfindungsgemäß als Referenzfarben. Insofern das Modifikationselement das Licht der Mikroskopbeleuchtung winkelabhängig streut, trifft in Abhängigkeit vom eingestellten Winkel weißes Licht mit unterschiedlichen Beleuchtungsstärken auf die Bildaufnahmeeinheit. Dieses weiße Licht mit unterschiedlichen Beleuchtungsstärken dient erfindungsgemäß als Referenzgraustufen. Bei dem Winkel handelt es sich bevorzugt um einen Neigungswinkel, insbesondere um einen Tilt-Winkel.
In einem weiteren Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt ein Aufnehmen des den modifizierten Ausschnitt aufweisenden Lichtes mit der Bildaufnahmeeinheit, wodurch ein Farbsignal erhalten wird. Insofern das Modifikationselement das Licht der Mikroskopbeleuchtung beugt, so wird das den spektralen Ausschnitt aufweisende Licht, d. h. die gewünschte Farbe bzw. die Referenzfarbe, mit der Bildaufnahmeeinheit aufgenommen. Im Ausgangssignal der Bildaufnahmeeinheit bewirkt diese Farbe das genannte Farbsignal, welches dann als zu vergleichende Größe verwendet wird. Insofern das Modifikationselement das Licht der Mikroskopbeleuchtung winkelabhängig streut, so wird das den quantitativen Anteil aufweisende Licht, d. h. die gewünschte Graustufe bzw. das weiße Licht mit der gewünschten Beleuchtungsstärke, mit der Bildaufnahmeeinheit aufgenommen. Im Ausgangssignal der Bildaufnahmeeinheit bewirkt diese Graustufe das genannte Farbsignal, welches dann als zu vergleichende Größe verwendet wird.
Erfindungsgemäß erfolgt ein Zuordnen der den eingestellten Winkel und das Farbsignal umfassenden Größen. Somit wird der eingestellte Winkel dem Farbsignal zugeordnet oder das Farbsignal wird dem eingestellten Winkel zugeordnet, je nachdem, ob der eingestellte Winkel oder das Farbsignal als Referenz fungiert. Insofern beispielsweise die Farbwiedergabe des digitalen Mikroskops kalibriert oder überprüft werden soll, so dient der eingestellte Winkel als Referenz. Es wird somit vorausgesetzt, dass der eingestellte Winkel zu einer vorbestimmten Referenzfarbe bzw. zu einer bestimmten Graustufe führt. Entspricht bei einer Farbkalibrierung das Farbsignal nicht der vorbestimmten Referenzfarbe, so wird die Farbwiedergabe des digitalen Mikroskops so kalibriert, dass das Farbsignal der vorbestimmten Referenzfarbe entspricht. Bei einem Weißabgleich wird die Farbwiedergabe des digitalen Mikroskops so kalibriert, dass das Farbsignal dem weißen Licht insbesondere bei der durch die jeweilige Graustufe hervorgerufenen Beleuchtungsstärke entspricht.
Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass durch die Verwendung des Modifikationselementes aufwandsarm beliebige Referenzfarben bzw. beliebige Graustufen erzeugt werden können. Der Anwender kann spezifische Referenzfarben bzw. spezifische Graustufen erzeugen, um für seinen konkreten Anwendungsfall eine optimale Kalibrierung oder Einstellung vornehmen zu können.
Bei bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind die Mikroskopbeleuchtung und die Bildaufnahmeeinheit innerhalb des Strahlenganges gleich ausgerichtet. Das Licht der Mikroskopbeleuchtung fällt somit immer in demjenigen Winkel auf das Modifikationselement bzw. auf die Probe, in welchem auch die Bildaufnahmeeinheit auf das Modifikationselement bzw. auf die Probe gerichtet ist. Die Mikroskopbeleuchtung und die Bildaufnahmeeinheit können alternativ auch verschieden voneinander ausgerichtet sein.
Bei bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Mikroskopbeleuchtung und die Bildaufnahmeeinheit gemeinsam gegenüber dem auf einen Probenhalter befindlichen Modifikationselement geneigt, um den Winkel zwischen dem Modifikationselement und der von der Mikroskopbeleuchtung und von der Bildaufnahmeeinheit gebildeten Einheit einzustellen. Diese Ausführungsform ist bevorzugt dann gegeben, wenn die Mikroskopbeleuchtung in die Bildaufnahmeeinheit integriert ist, beispielsweise in Form eines Ringes um ein Objektiv der Bildaufnahmeeinheit. Die Mikroskopbeleuchtung und die Bildaufnahmeeinheit können alternativ auch unabhängig voneinander ausgerichtet sein.
Die von der Mikroskopbeleuchtung und der Bildaufnahmeeinheit gebildete Einheit wird bevorzugt elektromotorisch geneigt, um den Winkel zwischen dem Modifikationselement und dieser Einheit einzustellen. Diese Elektromotorik bildet bevorzugt die Tilt-Einstellung bzw. die Tilt-Motorik des digitalen Mikroskops. Insoweit wird erfindungsgemäß die Tilt-Einstellung zum Kalibrieren bzw. Prüfen der Farbwiedergabe verwendet, oder die Farbwiedergabe dient zum Kalibrieren bzw. Prüfen der Tilt-Einstellung. Die Tilt-Einstellung kann alternativ auch für ein manuelles Einstellen des Tilt-Winkels, d. h. des Neigungswinkels zwischen dem Modifikationselement und der Bildaufnahmeeinheit ausgebildet sein.
Bei einer ersten Gruppe bevorzugter Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens ist das Modifikationselement durch ein Dispersionselement gebildet. Entsprechend ist der modifizierte Ausschnitt des von der Mikroskopbeleuchtung erzeugten Lichtes durch einen spektralen Ausschnitt des von der Mikroskopbeleuchtung erzeugten Lichtes gebildet.
Das Dispersionselement bewirkt eine Dispersion des von der Mikroskopbeleuchtung erzeugten Lichtes, d. h. es tritt eine Abhängigkeit der Wellenlänge des reflektierten bzw. transmittierten Lichtes vom Winkel zwischen dem Dispersionselement und zumindest einer der die Mikroskopbeleuchtung und die Bildaufnahmeeinheit umfassenden Komponenten auf. Das Dispersionselement bewirkt eine Beugung des von der Mikroskopbeleuchtung erzeugten Lichtes. Das Dispersionselement ist bevorzugt durch ein optisches Gitter, durch ein digitales Hologramm, durch ein Prisma, durch eine Kombination aus einem Spiegel und einem optischen Gitter oder durch eine Kombination aus einem Prisma und einem optischen Gitter gebildet.
Das Dispersionselement weist bevorzugt eine nano-, submikro- oder mikrostrukturierte Oberfläche auf. Es besteht bevorzugt aus einem Polymer, aus Metall, aus Papier, aus Glas, aus einer Mischung eines Fluids mit Nanopartikeln oder aus Keramik.
Der spektrale Ausschnitt des von der Mikroskopbeleuchtung erzeugten Lichtes, welcher von der Bildaufnahmeeinrichtung aufgenommen wird, ist bevorzugt durch eine einzelne Farbe, wie beispielsweise ein Rot, ein Gelb oder ein Grün gebildet. Bei dieser Farbe handelt es sich bevorzugt um eine Referenzfarbe.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dieses zum Kalibrieren einer Farbwiedergabe des digitalen Mikroskops ausgebildet. Bei dieser Ausführungsform ist der einzustellende Winkel zwischen dem Dispersionselement und zumindest einer der die Mikroskopbeleuchtung und die Bildaufnahmeeinheit umfassenden Komponenten vordefiniert, um einen vordefinierten spektralen Ausschnitt des von der Mikroskopbeleuchtung erzeugten Lichtes auf die Bildaufnahmeeinheit zu richten. Jedem zu erzielenden spektralen Ausschnitt des von der Mikroskopbeleuchtung erzeugten Lichtes, d. h. jeder Referenzfarbe, ist ein bestimmtes Maß des einzustellenden Winkels zugeordnet, sodass durch die Einstellung des Winkels der gewünschte spektrale Ausschnitt, d. h. die gewünschte Referenzfarbe auf die Bildaufnahmeeinheit trifft. Die Farbwiedergabe wird dann so abgeglichen, dass das Farbsignal dem vordefinierten spektralen Ausschnitt entspricht. Der bei dieser Ausführungsform auszuführende mindestens eine Abgleich ist einem Zustand des digitalen Mikroskops zugeordnet, welcher durch ein Spektrum der Mikroskopbeleuchtung, durch eine Geometrie der Mikroskopbeleuchtung, durch eine Geometrie der Detektion, durch eine spektrale Empfindlichkeit der Bildaufnahmeeinrichtung und durch eine optische Lichtdurchlässigkeit gekennzeichnet ist. Bevorzugt werden mehrere Winkeleinstellungen vorgenommen, sodass unterschiedliche spektrale Ausschnitte auf die Bildaufnahmeeinheit gerichtet werden und eine entsprechende Anzahl an Abgleichvorgängen vorgenommen wird.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dieses zum Prüfen einer Farbwiedergabe des digitalen Mikroskops ausgebildet. Hierfür ist der einzustellende Winkel zwischen dem Dispersionselement und zumindest einer der die Mikroskopbeleuchtung und die Bildaufnahmeeinheit umfassenden Komponenten vordefiniert, um einen vordefinierten spektralen Ausschnitt des von der Mikroskopbeleuchtung erzeugten Lichtes, d. h. eine Referenzfarbe auf die Bildaufnahmeeinheit zu richten. Es wird geprüft, ob das Farbsignal dem vordefinierten spektralen Ausschnitt entspricht. Die bei dieser Ausführungsform auszuführende Prüfung ist einem Zustand des digitalen Mikroskops zugeordnet, welcher durch ein Spektrum der Mikroskopbeleuchtung, durch eine Geometrie der Mikroskopbeleuchtung, durch eine Geometrie der Detektion, durch eine spektrale Empfindlichkeit der Bildaufnahmeeinrichtung und durch eine optische Lichtdurchlässigkeit gekennzeichnet ist. Bevorzugt werden mehrere Winkeleinstellungen vorgenommen, sodass unterschiedliche spektrale Ausschnitte auf die Bildaufnahmeeinheit gerichtet werden und eine entsprechende Anzahl an Prüfungen vorgenommen wird. Diese Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann manuell, halbautomatisch oder automatisch durchgeführt werden.
Bei alternativ bevorzugten Ausführungsformen wird nicht die Farbwiedergabe durch die Einstellung des genannten Winkels kalibriert bzw. geprüft, sondern es wird die Einstellung des genannten Winkels mithilfe der Farbwiedergabe kalibriert bzw. geprüft. Auch diese Ausführungsformen basieren darauf, dass jedem erzielbaren spektralen Ausschnitt des von der Mikroskopbeleuchtung erzeugten Lichtes, d. h. jeder Referenzfarbe, ein bestimmtes Maß des eingestellten Winkels zugeordnet ist, sodass durch das Erkennen des jeweiligen spektralen Ausschnittes, d. h. der jeweiligen Referenzfarbe im Farbsignal auf den tatsächlich eingestellten Winkel rückgeschlossen werden kann.
Bei einer dieser alternativ bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dieses zum Kalibrieren einer Winkeleinstellung zwischen einem das Dispersionselement tragenden Probenhalter und zumindest einer der die Mikroskopbeleuchtung und die Bildaufnahmeeinheit umfassenden Komponenten ausgebildet. Die Winkeleinstellung ist bevorzugt durch eine elektromotorische Einheit zum Neigen der Bildaufnahmeeinheit gebildet. Die Winkeleinstellung wird so abgeglichen, dass das Farbsignal demjenigen vordefinierten spektralen Ausschnitt entspricht, welcher durch den einzustellenden Winkel auf die Bildaufnahmeeinheit gerichtet wird. Der bei dieser Ausführungsform auszuführende Abgleich ist einem Zustand des digitalen Mikroskops zugeordnet, welcher durch ein Spektrum der Mikroskopbeleuchtung, durch eine Geometrie der Mikroskopbeleuchtung, durch eine Geometrie der Detektion, durch eine spektrale Empfindlichkeit der Bildaufnahmeeinrichtung und durch eine optische Lichtdurchlässigkeit gekennzeichnet ist. Bevorzugt werden mehrere unterschiedliche Maße des genannten Winkels mit der Winkeleinstellung eingestellt, sodass mehrere Referenzfarben auf die Bildaufnahmeeinheit gerichtet werden und die Winkeleinstellung über ein Intervall hinweg kalibriert wird. Diese Ausführungsform ist insbesondere zur Kalibrierung einer Tilt-Einstellung des digitalen Mikroskops geeignet, d. h. die Winkeleinstellung ist bevorzugt durch eine Tilt-Einstellung des digitalen Mikroskops gebildet. Diese Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann manuell, halbautomatisch oder automatisch durchgeführt werden.
Bei einer weiteren der alternativ bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dieses zum Prüfen einer Winkeleinstellung zwischen einem das Dispersionselement tragenden Probenhalter und zumindest einer der die Mikroskopbeleuchtung und die Bildaufnahmeeinheit umfassenden Komponenten ausgebildet. Die Winkeleinstellung ist bevorzugt durch eine elektromotorische Einheit zum Neigen der Bildaufnahmeeinheit gebildet. Mithilfe der Winkeleinstellung wird ein bestimmtes Maß des Winkels eingestellt und es wird geprüft, ob das Farbsignal demjenigen vordefinierten spektralen Ausschnitt entspricht, welcher durch den einzustellenden Winkel auf die Bildaufnahmeeinheit gerichtet wird. Die bei dieser Ausführungsform auszuführende Prüfung ist einem Zustand des digitalen Mikroskops zugeordnet, welcher durch ein Spektrum der Mikroskopbeleuchtung, durch eine Geometrie der Mikroskopbeleuchtung, durch eine Geometrie der Detektion, durch eine spektrale Empfindlichkeit der Bildaufnahmeeinrichtung und durch eine optische Lichtdurchlässigkeit gekennzeichnet ist. Diese Ausführungsform ist insbesondere zur Prüfung einer Tilt-Einstellung des digitalen Mikroskops geeignet, d. h. die Winkeleinstellung ist bevorzugt durch eine Tilt-Einstellung des digitalen Mikroskops gebildet. Bevorzugt werden mehrere unterschiedliche Maße des genannten Winkels mit der Winkeleinstellung eingestellt, sodass mehrere Referenzfarben auf die Bildaufnahmeeinheit gerichtet werden und die Winkeleinstellung über ein Intervall hinweg geprüft wird. Diese Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann manuell, halbautomatisch oder automatisch durchgeführt werden.
Die Winkeleinstellung ist bevorzugt durch eine Neigevorrichtung zum Neigen zumindest einer der die Mikroskopbeleuchtung und die Bildaufnahmeeinheit umfassenden Komponenten gebildet ist. Die Neigevorrichtung ist bevorzugt zum Neigen einer die Mikroskopbeleuchtung und die Bildaufnahmeeinheit umfassenden Einheit ausgebildet.
Bei weiteren alternativ bevorzugten Ausführungsformen wird die durch die Einstellung des genannten Winkels erzielbare Farbwiedergabe zum Ausrichten der Bildaufnahmeeinheit gegenüber einer zu mikroskopierenden Probe genutzt. Diese Ausführungsformen basieren darauf, dass jedem erzielbaren spektralen Ausschnitt des von der Mikroskopbeleuchtung erzeugten Lichtes, d. h. jeder Referenzfarbe, ein bestimmtes Maß des gegenüber dem Dispersionselement eingestellten Winkels zugeordnet ist, sodass durch das Erkennen und Lokalisieren des jeweiligen spektralen Ausschnittes, d. h. der jeweiligen Referenzfarbe im Farbsignal auch auf den Ort des Dispersionselementes rückgeschlossen werden kann. Bei einer der weiteren alternativ bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dieses zum Ausrichten der Bildaufnahmeeinheit gegenüber einer zu mikroskopierenden Probe ausgebildet. Das mindestens eine Dispersionselement ist auf der zu mikroskopierenden Probe angeordnet. Ein Lokalisieren des mindestens einen Farbsignals im Bild der Bildaufnahmeeinheit führt zu einer örtlichen Information über das Dispersionselement und somit auch über die Probe. Diese örtliche Information wird zum Ausrichten der Bildaufnahmeeinheit gegenüber der zu mikroskopierenden Probe verwendet. Das Ausrichten der Bildaufnahmeeinheit gegenüber der zu mikroskopierenden Probe erfolgt bevorzugt dadurch, dass die zu mikroskopierende Probe gegenüber der Bildaufnahmeeinheit bewegt wird, wobei die Bildaufnahmeeinheit fix ist. Alternativ bevorzugt wird die Bildaufnahmeeinheit gegenüber der zu mikroskopierenden Probe bewegt, sodass die Probe fix ist.
Auf der Probe sind bevorzugt mehrere der Dispersionselemente angeordnet, welche unterschiedliche Winkel gegenüber zumindest einer der die Mikroskopbeleuchtung und die Bildaufnahmeeinheit umfassenden Komponenten aufweisen. Somit führen die mehreren Dispersionselemente zu unterschiedlichen spektralen Ausschnitten des von der Mikroskopbeleuchtung erzeugten Lichtes, d. h. zu unterschiedlichen Farbsignalen, welche im Bild der Bildaufnahmeeinheit zu lokalisieren sind. Diese mehreren Lokalisationen führen zu weiteren örtlichen Informationen, sodass das Ausrichten der Bildaufnahmeeinheit gegenüber der zu mikroskopierenden Probe sicherer und genauer erfolgen kann.
Bei einer zweiten Gruppe bevorzugter Ausführungsformen ist das Modifikationselement durch ein winkelabhängiges Streuelement gebildet. Entsprechend ist der modifizierte Ausschnitt des von der Mikroskopbeleuchtung erzeugten Lichtes durch einen quantitativen Anteil des von der Mikroskopbeleuchtung erzeugten Lichtes gebildet. Das winkelabhängige Streuelement reflektiert bzw. transmittiert das von der Mikroskopbeleuchtung erzeugte Licht und streut dieses. Die Streuung ist von dem Winkel zwischen dem Streuelement und zumindest einer der die Mikroskopbeleuchtung und die Bildaufnahmeeinheit umfassenden Komponenten abhängig, d. h. es wird in Abhängigkeit von diesem Winkel unterschiedlich viel Licht vom Streuelement abgegeben, sodass unterschiedliche Beleuchtungsstärken, d. h. unterschiedliche Graustufen erzeugt werden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der zweiten Gruppe ist das erfindungsgemäße Verfahren für einen Weißabgleich einer Farbwiedergabe des digitalen Mikroskops ausgebildet. Hierfür ist der einzustellende Winkel zwischen dem Streuelement und zumindest einer der die Mikroskopbeleuchtung und die Bildaufnahmeeinheit umfassenden Komponenten vordefiniert, um einen vorbestimmten Anteil des von der Mikroskopbeleuchtung erzeugten weißen Lichtes auf die Bildaufnahmeeinheit zu richten. Die Farbwiedergabe wird so eingestellt, dass das Farbsignal dem weißen Licht entspricht. Der bei dieser Ausführungsform auszuführende Abgleich ist einem Zustand des digitalen Mikroskops zugeordnet, welcher durch ein Spektrum der Mikroskopbeleuchtung, durch eine Geometrie der Mikroskopbeleuchtung, durch eine Geometrie der Detektion, durch eine spektrale Empfindlichkeit der Bildaufnahmeeinrichtung und durch eine optische Lichtdurchlässigkeit gekennzeichnet ist.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist weiterhin zum Ausrichten eines Polarisators in dem sich von der Mikroskopbeleuchtung zu der Bildaufnahmeeinheit erstreckenden Strahlengang ausgebildet. Hierzu ist das Modifikationselement ergänzend als ein Referenzpolarisator ausgebildet. Bei dieser Ausführungsform wird weiterhin ein Drehwinkel des Modifikationselementes eingestellt. Es handelt sich dabei um einen Drehwinkel gegenüber dem von der Mikroskopbeleuchtung erzeugten Licht, welches über das Modifikationselement, d. h. auch über den Referenzpolarisator zur Bildaufnahmeeinheit gelangt. Der Referenzpolarisator polarisiert dieses Licht, wobei der Drehwinkel die Richtung der Polarisation bestimmt. Der Drehwinkel weist also eine den Strahlengang umfassende Achse auf. Bei dieser Ausführungsform wird das durch den Polarisator und den Referenzpolarisator tretende Licht mit der Bildaufnahmeeinheit aufgenommen, wodurch ein Helligkeitssignal erhalten wird. Die Stellung des Referenzpolarisators zum Polarisator bestimmt, ob und wieviel Licht bis zur Bildaufnahmeeinheit gelangt. Entsprechend dieser Stellung ist das Helligkeitssignal mehr oder weniger groß. Es erfolgt ein Zuordnen der den eingestellten Drehwinkel und das Helligkeitssignal umfassenden Größen, d. h. der eingestellte Drehwinkel wird dem gewonnenen Helligkeitssignal zugordnet oder das gewonnene Helligkeitssignal wird dem eingestellten Drehwinkel zugeordnet. Es kann also beispielsweise eine Kalibrierung bzw. Prüfung des eingestellten Drehwinkels oder eine Kalibrierung bzw. Prüfung des Helligkeitssignals erfolgen. Über den Drehwinkel kann auf die Ausrichtung des den Referenzpolarisator umfassenden Modifikationselementes rückgeschlossen werden.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dieses zum rotativen Ausrichten der Bildaufnahmeeinheit gegenüber einer zu mikroskopierenden Probe in einer den Strahlengang umfassenden Achse ausgebildet. Es wird somit der Drehwinkel der zu mikroskopierenden Probe im Strahlengang eingestellt. Hierzu ist das Modifikationselement weiterhin als mindestens ein Referenzpolarisator ausgebildet. Es erfolgt ein Aufnehmen des durch den Referenzpolarisator und einen weiteren im Strahlengang befindlichen Polarisator tretenden Lichtes mit der Bildaufnahmeeinheit, wodurch ein Helligkeitssignal erhalten wird. Das Helligkeitssignal dient zum rotativen Ausrichten der Bildaufnahmeeinheit gegenüber der zu mikroskopierenden Probe in der den Strahlengang umfassenden Achse.
Das erfindungsgemäße digitale Mikroskop weist ein Modifikationselement auf, welches der Inbetriebnahme des digitalen Mikroskops dient. Das Modifikationselement dient insbesondere dazu, eine Farbwiedergabe oder eine Winkeleinstellung am digitalen Mikroskop zu kalibrieren und/oder zu prüfen oder Ausrichtungen am digitalen Mikroskop vorzunehmen. Das digitale Mikroskop ist zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens konfiguriert. Bevorzugt ist das digitale Mikroskop zur Ausführung bevorzugter Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens konfiguriert. Im Übrigen weist das digitale Mikroskop bevorzugt auch solche Merkmale auf, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren angegeben sind.
Weitere Vorteile, Einzelheiten und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung, unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen:
1: ein gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zu verwendendes Dispersionselement;
2: ein gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zu verwendendes Dispersionselement;
3: eine Darstellung der Winkelverhältnisse bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens;
4: eine Darstellung der Winkelverhältnisse bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens; und
5: eine Darstellung der Winkelverhältnisse bei einer alternativ bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
1 zeigt ein gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zu verwendendes Modifikationselement 01 in Form eines Dispersionselementes. Das Dispersionselement 01 ist dafür vorgesehen, auf einem Probenträger (nicht gezeigt) eines digitalen Mikroskops angeordnet zu werden, um das digitale Mikroskop zu kalibrieren oder zu prüfen oder um Einstellungen am digitalen Mikroskop vorzunehmen.
Bei der gezeigten Ausführungsform reflektiert das Dispersionselement 01 einfallendes Licht 02 einer Mikroskopbeleuchtung 11, 12 (gezeigt in 3) an einem Beugungsgitter 03. Hierdurch wird das einfallende Licht 02 wellenlängenabhängig reflektiert, sodass die Wellenlänge eines reflektierten Lichtes 04 abhängig vom Winkel θ ist.
Die gezeigte Ausführungsform des Dispersionselementes 01 ist insbesondere für Mikroskope geeignet, die gemäß dem Auflichtprinzip arbeiten.
2 zeigt das gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zu verwendende Dispersionselement 01. Bei der gezeigten Ausführungsform ist das Dispersionselement 01 optisch transparent, sodass das einfallende Licht 02 durch das Dispersionselement 01 hindurchtritt. Das einfallende Licht 02 tritt in Form von gebrochenen Lichtstrahlen 06 durch das transparente Dispersionselement 01 hindurch und tritt am Beugungsgitter 03 wieder aus, wo austretendes Licht 07 in Richtung eines Objektivs einer Bildaufnahmeeinheit 13 (gezeigt in 3) ausgerichtet ist.
Die gezeigte Ausführungsform des Dispersionselementes 01 ist insbesondere für Mikroskope geeignet, die gemäß dem Durchlichtprinzip arbeiten.
3 veranschaulicht die Winkelverhältnisse bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. Bei dem gezeigten Modifikationselement 01 kann es sich um ein Dispersionselement oder um ein Streuelement handeln. Bei der gezeigten Ausführungsform werden eine erste Lichtquelle 11 und eine zweite Lichtquelle 12 verwendet, welche gemeinsam die Mikroskopbeleuchtung 11, 12 bilden. Das von der Mikroskopbeleuchtung 11, 12 erzeugte Licht 02 wird bei der gezeigten Ausführungsform vom Modifikationselement 01 reflektiert und auf die Bildaufnahmeeinheit 13 gerichtet.
Zwischen den Strahlen des Lichtes 02, welches von der ersten Lichtquelle 11 auf das Modifikationselement 01 einfällt, und einer Normalen auf dem Modifikationselementes 01 ist ein Winkel β ausgebildet. Zwischen den Strahlen des Lichtes 02, welches von der ersten Lichtquelle 11 auf das Modifikationselement 01 einfällt, und den Strahlen des Lichtes 04, welches vom Modifikationselement 01 auf die Bildaufnahmeeinheit 13 gerichtet ist, ist ein Winkel α ausgebildet. Zwischen den Strahlen des Lichtes 04, welches vom Modifikationselement 01 auf die Bildaufnahmeeinheit 13 gerichtet ist, und einer Normalen auf dem Modifikationselementes 01 ist ein Winkel θ ausgebildet.
Bei der gezeigten Ausführungsform werden zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sämtliche Winkel β, α, θ gemeinsam und gleichzeitig geändert bzw. eingestellt, da die beiden Lichtquellen 11, 12 der Mikroskopbeleuchtung und die Bildaufnahmeeinheit 13 eine bauliche Einheit bilden.
Grundsätzlich können zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sämtliche Winkel β, α, θ individuell oder auch gemeinsam und gleichzeitig geändert bzw. eingestellt werden. Dies kann in Abhängigkeit von der Ausführung des Modifikationselementes, der Bildaufnahmeeinheit, der Mikroskopbeleuchtung und den geometrischen und spektralen Parametern entschieden werden.
4 veranschaulicht die Winkelverhältnisse bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die gezeigte Ausführungsform gleicht zunächst der in 3 gezeigten Ausführungsform, jedoch ist nur die Lichtquelle 11 als Mikroskopbeleuchtung vorhanden, welche keine bauliche Einheit mit der Bildaufnahmeeinheit 13 bildet, sodass die Winkel β und θ individuell eingestellt werden. Auch kann beispielsweise der Winkel β zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens konstant gelassen werden, während nur der Winkel θ geändert wird.
5 veranschaulicht die Winkelverhältnisse bei einer alternativ bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die gezeigte Ausführungsform gleicht zunächst der in 4 gezeigten Ausführungsform, jedoch ist das Modifikationselement 01 optisch transparent, sodass sich die Bildaufnahmeeinheit 13 und die Mikroskopbeleuchtung 11 auf unterschiedlichen Seiten des Modifikationselementes 01 befinden. Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es lediglich notwendig, den Winkel θ zu einzustellen.
Bezugszeichenliste

01: Modifikationselement/Dispersionselement
02: einfallendes Licht
03: Beugungsgitter
04: reflektiertes Licht
05
06: gebrochene Lichtstrahlen
07: austretendes Licht
08
09
10
11: erste Lichtquelle der Mikroskopbeleuchtung
12: zweite Lichtquelle der Mikroskopbeleuchtung
13: Bildaufnahmeeinheit

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2012/0050727 A1 [0002]
US 2011/0249155 A1 [0003]
JP 2012-189342 A [0004]

Claims

Verfahren zur Inbetriebnahme eines digitalen Mikroskops, folgende Schritte umfassend: – Anordnen eines optischen Modifikationselementes (01) in einem sich von einer Mikroskopbeleuchtung (11, 12) zu einer Bildaufnahmeeinheit (13) erstreckenden Strahlengang (02, 04, 06, 07); – Einstellen eines Winkels (β; θ) zwischen dem Modifikationselement (01) und zumindest einer der die Mikroskopbeleuchtung (11, 12) und die Bildaufnahmeeinheit (13) umfassenden Komponenten, um einen modifizierten Ausschnitt (04, 07) des von der Mikroskopbeleuchtung (11, 12) erzeugten Lichtes (02) auf die Bildaufnahmeeinheit (13) zu richten; – Aufnehmen des den modifizierten Ausschnitt (04, 07) aufweisenden Lichtes mit der Bildaufnahmeeinheit (13), wodurch ein Farbsignal erhalten wird; und – Zuordnen der den eingestellten Winkel (β; θ) und das Farbsignal umfassenden Größen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Modifikationselement (01) durch ein Dispersionselement gebildet ist und dass der modifizierte Ausschnitt des von der Mikroskopbeleuchtung (11, 12) erzeugten Lichtes (02) durch einen spektralen Ausschnitt (04, 07) des von der Mikroskopbeleuchtung (11, 12) erzeugten Lichtes (02) gebildet ist.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Dispersionselement (01) durch ein optisches Gitter, durch ein digitales Hologramm, durch ein Prisma, durch eine Kombination aus einem Spiegel und einem optischen Gitter oder durch eine Kombination aus einem Prisma und einem optischen Gitter gebildet ist.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass es zum Kalibrieren einer Farbwiedergabe des digitalen Mikroskops ausgebildet ist, wofür der einzustellende Winkel (β; θ) vordefiniert ist, um einen vordefinierten spektralen Ausschnitt (04, 07) des von der Mikroskopbeleuchtung (11, 12) erzeugten Lichtes (02) auf die Bildaufnahmeeinheit (13) zu richten und wobei die Farbwiedergabe so abgeglichen wird, dass das Farbsignal dem vordefinierten spektralen Ausschnitt (04, 07) entspricht.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass es zum Kalibrieren einer Winkeleinstellung zwischen einem das Dispersionselement (01) tragenden Probenhalter und zumindest einer der die Mikroskopbeleuchtung (11, 12) und die Bildaufnahmeeinheit (13) umfassenden Komponenten ausgebildet ist, wobei die Winkeleinstellung so abgeglichen wird, dass das Farbsignal demjenigen vordefinierten spektralen Ausschnitt (04, 07) entspricht, welcher durch den einzustellenden Winkel (β; θ) auf die Bildaufnahmeeinheit (13) gerichtet wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Winkeleinstellung durch eine Neigevorrichtung zum Neigen einer die Mikroskopbeleuchtung (11, 12) und die Bildaufnahmeeinheit (13) umfassenden Einheit gebildet ist.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass es zum Ausrichten der Bildaufnahmeeinheit (13) gegenüber einer zu mikroskopierenden Probe ausgebildet ist, wobei das mindestens eine Dispersionselement (01) auf der zu mikroskopierenden Probe angeordnet ist, und wobei ein Lokalisieren des mindestens einen Farbsignals zu einer örtlichen Information über die Probe führt, welche zum Ausrichten der Bildaufnahmeeinheit (13) gegenüber der zu mikroskopierenden Probe verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Modifikationselement (01) durch ein winkelabhängiges Streuelement gebildet ist und dass der modifizierte Ausschnitt des von der Mikroskopbeleuchtung (11, 12) erzeugten Lichtes (02) durch einen quantitativen Anteil (04) des von der Mikroskopbeleuchtung (11, 12) erzeugten Lichtes (02) gebildet ist.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass es für einen Weißabgleich einer Farbwiedergabe des digitalen Mikroskops ausgebildet ist, wofür der einzustellende Winkel (β; θ) vordefiniert ist, um einen vorbestimmten quantitativen Anteil des von der Mikroskopbeleuchtung (11, 12) erzeugten weißen Lichtes (02) auf die Bildaufnahmeeinheit (13) zu richten und wobei die Farbwiedergabe so eingestellt wird, dass das Farbsignal dem weißen Licht entspricht.
Digitales Mikroskop mit einem zu dessen Inbetriebnahme verwendbaren optischen Modifikationselement (01), wobei das digitale Mikroskop zur Ausführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 konfiguriert ist.