DE19637756A1 - Multifunktionale Steuereinheit für ein Mikroskop - Google Patents
Multifunktionale Steuereinheit für ein MikroskopInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung ist allgemein auf die Steuerung von Funktionen gerichtet, die durch
rechnergestützte Einrichtungen ausgeführt werden und spezieller auf das Gebiet der Steuerung
von Funktionen, die durch ein optisches Mikroskop ausgeführt werden.
Der routinemäßige Betrieb eines optischen Mikroskops erfordert die häufige Einstellung von
mehrfachen Steuerungen einschließlich, aber nicht darauf beschränkt, derjenigen für die
Probenposition, die Bildschärfe und Auswahl der Vergrößerung. In traditionellen
Mikroskopkonstruktionen sind die Anordnungen dieser Steuerungen in erster Linie durch
funktionale und technische Überlegungen bestimmt worden. Steuerungen zum Positionieren der
Probe sind zum Beispiel typischerweise in der Ebene des Objekttisches, der die Probe hält,
angeordnet. Die Steuerungen der Position des Objekttisches in X- und Y-Richtung zum
Bewegung des Objekttisches sind typischerweise voneinander getrennt und befinden sich oft
rechtwinklig zueinander. Diese Möglichkeit hat zu einfachen, robusten Mikroskopkonstruktionen
geführt, die eine genaue Einstellbarkeit angeboten haben. Solche Konstruktionen sind jedoch auf
breiter Basis für einen Anwender schwierig zu gebrauchen infolge der Notwendigkeit für den
Anwender, die Stellung der Hand wiederholt zu ändern und um die über einen beträchtlichen
räumlichen Bereich verteilten Steuerungen zu erreichen. In vielen Fällen ist der Zugriff des
Anwenders zu diesen Steuerungen außerdem durch die Anordnung der Steuerung oder durch
Zugangswege beschränkt worden, die durch andere Bauteile des Mikroskops versperrt sind.
Neuere Mikroskopkonstruktionen enthalten Merkmale, die sich nach ergonomischen Aspekten
der Mikroskopbenutzung richten. Zum Beispiel sind die Positionssteuerungen für die Probe in
diesen Konstruktionen typischerweise eher senkrecht als in der Ebene des Objekttisches
angeordnet. Eine weitere Veränderung war, die Steuerungen der Position des Objekttisches in X-
und Y-Richtung koaxial herzustellen, so daß beide Steuerungen einer Hand, bei geringfügiger
Veränderung der Handstellung, leicht zugänglich gemacht werden können. Ähnlich sind
Steuerungen der Bildschärfe typischerweise eher in der Nähe des Untersatzes des
Mikroskoprahmens als in der herkömmlichen Lage weiter oben an der Stützsäule angeordnet.
Diese Veränderungen stellen arbeitsphysiologische Verbesserungen der Mikroskopanwendung dar
durch eine Bündelung der am häufigsten verwendeten Steuerungen in einem begrenzten
räumlichen Bereich zwischen der Arbeitsfläche und dem Objekttisch, der nicht durch andere
Bauteile des Mikroskops versperrt ist. Während diese neueren Konstruktionen eine wesentliche
arbeitsphysiologische Verbesserung gegenüber herkömmlichen Konstruktionen darstellt, ist
jedoch gut belegt worden, daß der ausgedehnte Gebrauch solcher Mikroskope zu einer sich
wiederholenden Bewegung und zu anderen ergonomisch bezogenen Schädigungen des
Anwenders führen kann.
Es wurden zahlreiche Versuche unternommen, um die ergonomischen Aspekte des
Mikroskopbetriebs zu verbessern durch Motorisierung der üblichsten Steuerfunktionen. Diese
Möglichkeiten ersetzen die manuellen Stellglieder für die Positionierung der Probe, die
Bildschärfe und gelegentlich die Auswahl der Vergrößerung durch elektrische (oder selten
hydraulische oder pneumatische) Stellglieder. Die Steuerungen des Anwenders für diese
"motorisierten" Mikroskope sind in einer oder mehreren Einheiten untergebracht, die von dem
Mikroskop physikalisch getrennt und mit ihm durch elektrische Kabel verbunden sind. Die
Regeleinheiten haben typischerweise die Form von die für den Anwender notwendigen
Steuerungen aufnehmenden Konsolen oder Kasten, haben aber gelegentlich die
Form einer Computertastatur oder ähnlichen Vorrichtung. Einige, aber keineswegs alle dieser
Vorrichtungen, weisen arbeitsphysiologische Verbesserungen der Anwendung eines Mikroskops
gegenüber der eines anderweitig identischen Mikroskops ohne Motorantrieb auf.
Eine Einschränkung von derartigen Vorrichtungen ist die Zunahme von Steuerungen, die für den
Anwender zugänglich sein müssen. Zum Beispiel wird die Auswahl einer Vergrößerung an einem
Mikroskop ohne Motorantrieb typischerweise durch das Drehen eines Rings per Hand gesteuert,
der am Objektivwechsler des Mikroskops angeordnet ist. Das Äquivalent mit Motorantrieb
verwendet typischerweise eine Auswahlsteuerung (zum Beispiel einen Druckknopf) für jede der
vier bis sechs Objektivwechselrevolver-Einstellungen. Die Anzahl der Steuerungen, mit denen der
Anwender zur Ausführung dieser Funktion umgehen muß, erhöht sich deshalb von einer bis vier
oder mehr. Ähnliche Überlegungen beziehen sich auf das Positionieren der Probe und die
Einstellung der Bildschärfe. Es sind einige Anstrengungen unternommen worden, um verwandte
Funktionen in einer einzigen Mehrfachfunktionssteuerung zu kombinieren. Beispiele enthalten die
Verwendung eines Mehrfachpositionsschalters zur Vergrößerungsauswahl oder Joysticks zum
Steuern der Geschwindigkeit des Objekttisches und der Einstellung der Bildschärfe. Jedoch macht
es selbst die am besten entwickelte dieser Mehrfachfunktions-Regeleinrichtungen erforderlich, daß
der Anwender häufig die Handstellung verschiebt, um auf die verschiedenen Steuerungen
zuzugreifen.
Die arbeitsphysiologischen Verbesserungen von Schaltreglern sind ebenfalls suboptimal. Joystick-
Regler erfordern zum Beispiel, daß die Hand des Anwenders in einer nicht neutralen Lage ruht,
und bei vielen Konstruktionen ist eher ein Gebrauch der feinen als der großen Muskelgruppen
erforderlich, um die Steuerung auszuüben. Beide dieser Faktoren belasten die Muskeln mit
Spannungen, die unmittelbar zu einer Schädigung durch wiederholte Bewegung führen kann.
Die übliche Praxis, solche Steuerungen in einer Konsole oder einem Kasten unterzubringen, hebt
die Höhen dieser Steuerungen beträchtlich über das Niveau der Arbeitsfläche und trägt ferner zur
Muskelverspannung bei. Bei den schlechtesten Konstruktionen hat der Übergang zwischen der
Arbeitsfläche und der Steuerfläche die Form eines Vorsprungs, an dem die Hand ruht, wenn die
Steuerungen benutzt werden. Bei einigen Verhältnissen ist dargestellt worden, daß dieser
ununterbrochene Druck gegen eine Kante zu einer neurologischen Schädigung des Anwenders
führt.
Es ist dementsprechend eine vorwiegende Aufgabe der vorliegenden Erfindung, alle Steuerungen
für ein Mikroskop mit Motorantrieb, auf die häufig zugegriffen wird, in einer einzigen
Mehrfachfunktions-Steuereinheit zu kombinieren.
Eine weitere Aufgabe ist es, eine multifunktionale Mikroskopsteuereinheit bereitzustellen, die alle
Steuerfunktionen, auf die häufig zugegriffen wird, ungefähr auf das Niveau der Arbeitsfläche zu
bringen. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung einer
multifunktionalen Steuereinheit für ein Mikroskop, die alle Steuerungen positioniert, auf die
häufig zugegriffen wird, um:
- a) die Anzahl der zur Ausführung einer beliebigen Steuerfunktion erforderlichen Handbewegungen auf ein Mindestmaß zu bringen;
- b) zur Betätigung der Steuerungen eher Bewegungen einer großen als einer feinen Muskelgruppe zu gebrauchen; und
- c) zu erlauben, daß die Hand des Anwenders in einer neutralen Ruhestellung bleibt, während diese Steuerfunktionen ausgeübt werden.
In einem vorwiegenden Aspekt hat die vorliegende Erfindung die Form einer multifunktionalen
Steuereinheit zur Steuerung mehrfacher Funktionen eines Mikroskops. Das Mikroskop enthält
einen Objekttisch mit Motorantrieb, eine Objektträgerhalterung und ein Objektiv. Die
multifunktionale Steuereinheit ist durch den Anwender des Mikroskops benutzbar, um alle
notwendigen Funktionen des Mikroskops zu steuern, wie das Laden eines Objektträgers in die
Objektträgerhalterung, das Bewegen der Objektträgerhalterung und des Objekttisches, um eine
zweidimensionale Bewegung der Probe unter dem Objektiv zu bewirken, das Auswählen eines
Objektivs, das Einleiten des Abtastens der Probe und einer Änderung der Abtastgeschwindigkeit,
das Stoppen des automatischen Abtastens, um einen manuellen Modus einzugeben, eine
Bewegung der Probe unter dem Objektiv per Hand zu bewirken und das Objektiv zu fokussieren.
Andere Funktionen des Mikroskops sind ebenfalls durch die multifunktionale Steuereinheit
steuerbar.
Vorzugsweise hat die multifunktionale Steuereinheit die Form einer Computermaus, die eine
kugelförmige Rolle für die Übertragung von Bewegungen in einer zweidimensionalen Ebene zum
Steuern einer seitlichen Bewegung der Probe und ein Daumenrad verwendet, um eine vertikale
Bewegung des Objektivs zum Fokussieren zu bewirken. Die Maus enthält eine Vielzahl von
Knöpfen zum Betätigen von unterschiedlichen Funktionen des Mikroskops. Die Maus kann
vorzugsweise auf einer Arbeitsfläche angeordnet sein, die sich für den Anwender in einer
bequemen Höhe befindet. Der Anwender kann das Mikroskop durch natürliche und
gefühlsmäßige Bewegungen der Hände steuern, die ihm die minimale Größe einer Spannung
erteilt. Infolgedessen verbessert sich die Produktivität des Anwenders, was zu einer genaueren
Analyse der auf dem Objektträger enthaltenen Probe führt.
Diese und andere Merkmale, Vorteile und Nutzen der vorliegenden Erfindung können durch das
Betrachten der folgenden ausführlichen Beschreibung von bestimmten bevorzugten
Ausführungsbeispielen der Erfindung besser verständlich werden. Im Verlaufe dieser
Beschreibung wird Bezug auf die angefügten Zeichnungen genommen.
Verschiedene Aufgaben, Merkmale und die mit der vorliegenden Erfindung verbundenen Vorteile
können besser gewürdigt werden, da sie mit Bezug auf die folgende detaillierte Beschreibung der
vorliegenden Erfindung besser verstanden werden kann, wenn sie in Verbindung mit den
beiliegenden Zeichnungen gesehen werden.
Fig. 1 ist eine schematische Ansicht eines bevorzugten Ausführungsbeispiels;
Fig. 2 ist ein Flußdiagramm, das durch ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel ausgeführte
Funktionen darstellt;
Fig. 3 ist ein Diagramm einer erfindungsgemäßen Ausführungsform eines Mikroskops mit
Motorantrieb;
Fig. 4 ist eine isometrische Ansicht einer manuellen Eingabevorrichtung;
Fig. 5 und 6 sind schematische Diagramme des Steuerpultes einer computergestützten
Einrichtung; und
Fig. 7 ist ein Diagramm, das den Ablauf der Arbeitsweise für das in Fig. 1 dargestellte
bevorzugte Ausführungsbeispiel zeigt.
Mit Bezug auf Fig. 1 bis 5 ist ein das optische Mikroskop (10) enthaltendes Mikroskopsystem
dargestellt, das durch die Steuerung einer multifunktionalen Steuereinheit (12) und eines
Datenmanagementsystems (DMS) (11) betrieben wird. Das optische Mikroskop (10) enthält einen
verstellbaren Objekttisch (14), eine Vielzahl von Objektiven (16), eine Objektträgerkassette (18),
einen Objektträgerhalter (19), ein Okular (20), einen Strichmarkierungsleser und Drucker (21)
und eine Lichtquelle (22). Ein Steuerpult innerhalb des Mikroskops (10) empfängt Signale von
der multifunktionalen Steuereinheit, steuert die Funktion und Bewegung der vorhergehend
erwähnten Komponenten des Mikroskops und übermittelt an und empfängt Informationen vom
DMS (11). Der Objekttisch (14) ist motorisiert und bewegt sich entlang einer Achse, hier
bezeichnet und zu sehen in Fig. 1 als die Y-Achse. Objektträgerhalter (19) hält den Objektträger
(24) und ist motorisiert, um sich entlang einer Achse, hier bezeichnet und zu sehen in Fig. 1 als
die X-Achse, zu bewegen. Daher erlaubt die Bewegung des Objekttisches und
Objektträgerhalters, den Objektträger in zwei Richtungen relativ zum Objektiv (16) zu bewegen.
Das Objektiv (16) ist aus einer Vielzahl von Objektiven unter motorisierter Steuerung wählbar.
Vorzugsweise werden 1 bis 6 Objektive zur Verfügung gestellt. Das Bedienpult (26) stellt eine
Vielzahl von Knöpfen (27) zur Verfügung, um einem Benutzer des Mikroskopsystems zu
erlauben, Präferenzen einzugeben, wie eine anfangliche Abtastrate, mit dem der Objektträger (24)
unter dem Objektiv (16) bewegt wird, die Anzahl der Überlappungen im Bildfeld während der
Abtastung, und ob die Probe auf dem Objektträger rechtwinkliger oder kreisförmiger Gestalt ist.
Das Anzeigefeld (28) stellt Informationen wie die Abtastgeschwindigkeit, Informationen gelesen
durch den Strichmarkierungsleser/Drucker (21) und ausgewählte Systemstatusinformationen zur
Verfügung. Das DMS (11) ist nicht zwingend und hat die Form eines für allgemeine Zwecke
programmierten Computers, der verschiedene Datenanalysenfunktionen hinsichtlich der durch das
Mikroskop (10) erfaßten Daten ausführt. Das DMS (11) ist mit dem Steuerpult des Mikroskops
(10) über einen seriellen Anschluß RS232 verbunden, der eine hohe Übertragungsgeschwindigkeit
der Daten liefert. Vorzugsweise ist das Mikroskop (10) ein Olympus BX-40 Mikroskopgehäuse,
dem ein Objekttisch mit Motorantrieb, eine motorisch gesteuerte Bildschärfe-Antriebseinrichtung
und ein Fünf-Positions-Objektivwechsler mit Motorantrieb hinzugefügt worden sind.
Fig. 2 der Zeichnungen ist ein Flußdiagramm, das die Beziehung der durch das
Mikroskopsystem ausgeführten Funktionen darstellt. Jede der zu beschreibenden Funktionen wird
eingeleitet und durch Verwendung der multifunktionalen Steuereinheit (12) gesteuert, die
ausführlicher beschrieben wird. Wie in Fig. 2 ersichtlich, wird ein Objektträger aus dem Magazin
bei Schritt 202 auf den Objekttisch (14) geladen. Nach Empfang eines Startbefehls wird die
Objektträgerhalterung dann zum Positionieren des Objektträgers unter den
Strichmarkierungsleser/Drucker (21) bewegt, der einen an dem Objektträger positionierten
Strichcode liest, um den zu dem Mikroskop gehörenden Objektträger zu erkennen. Wenn der
Strichcode einmal abgetastet worden ist, bewegt die Objektträgerhalterung (19) den Objektträger
automatisch in eine Startposition unterhalb des Objektivs (16).
Bei Schritt 208 wird ein automatischer Abtastablauf als Reaktion auf einen
wiederaufgenommenen Befehl durch den Anwender eingeleitet. Der automatische Abtastablauf
bewirkt, daß der Objekttisch den Objektträger unter das Objektiv in einem Serpentinenmuster mit
einer vorbestimmten Geschwindigkeit bewegt. Die Bewegung des Objektträgers entlang der
Y-Achse wird durch eine Bewegung des Objekttisches erreicht, und die Bewegung des
Objektträgers entlang der X-Achse wird durch eine Bewegung der Objektträgerhalterung erreicht.
Der Anwender betrachtet den Objektträger durch das Objektiv. Der Anwender stellt die
Geschwindigkeit ein, mit der der Objektträger unter dem Objektiv läuft und die Bildschärfe mit
Hilfe von Geschwindigkeits- bzw. Bildschärfebefehlen. Trotzdem kann der Anwender die
Koordinaten der interessierenden Objekte elektronisch aufzeichnen.
Nach Beendigung des automatischen Abtastablaufs wird als Reaktion auf einen
Wiederaufnahmebefehl die auf dem Objektträger enthaltene Probe durch das DMS (11)
klassifiziert. Nach Beendigung des Klassifizierungsablaufs bewegt der Objekttisch als Reaktion
auf einen weiteren Wiederaufnahmebefehl den Objektträger, um ihn unter dem
Strichmarkierungsleser/Drucker (21) zu positionieren, der Markierungen eindruckt, um die Stellen
der zuvor markierten interessierenden Objekte anzuzeigen und um die Gesetzmäßigkeiten und den
Status des Objektträgers optimal anzugeben. Falls das DMS (11) nicht mit dem Mikroskop
verbunden ist, wird der Klassifizierungsschritt 214 übersprungen, und nach Beendigung des
automatischen Abtastablaufs bei Schritt 212 wird der Schritt 216 ausgeführt.
Bei Schritt 210 gibt das Mikroskop als Reaktion auf einen Stoppbefehl vom Anwender einen beim
Schrift 218 ersichtlichen manuellen Modus ein, in welchem der Anwender die Bewegung des
Objekttisches und der Objektträgerhalterung über eine multifunktionale Steuereinheit (12) per
Hand steuern kann. Im manuellen Modus kann der Anwender den Objektträger per Hand unter
dem Objekttisch positionieren, die Bildschärfe einstellen und das Objektiv des Linsensystems
wechseln, um spezifische Zellen zu betrachten.
Wenn der Anwender, wie es bei Schritt 220 ersichtlich ist, eine anormale Zelle betrachtet, kann
die Lage dieser Zelle markiert werden, wobei in dem Fall ein Zellenklassifizierungsablauf durch
das DMS ausgeführt wird. Wenn das DMS nicht vorhanden ist, dann wird kein
Zellenklassifizierungsablauf ausgeführt. Statt dessen wird der manuelle Modus bei Schritt 218
erneut eingeleitet. Als Reaktion auf einen Wiederaufnahmebefehl nach einer Zellenklassifizierung
wird der manuelle Modus bei Schritt 218 fortgesetzt.
Das System wird konfiguriert, um zu gewährleisten, daß der Anwender alle Probenbereiche prüft.
Das sind jedoch Bedingungen, bei denen eine genaue diagnostische Schlußfolgerung vor einer
100%igen Prüfung erreicht werden kann. Wenn zumindest ein Objekt markiert und als anormal
klassifiziert worden ist, erlaubt es die voll ausgeschöpfte Steuerung, daß das System direkt zur
Probenklassifizierung weitergeht und ein Punktieren von Funktionen ohne eine vollständige,
100%ige Prüfung des Objektträgers vornimmt. Wenn die bei Schritt 220 betrachtete Zelle nicht
ungewöhnlich ist, kann der beim Schritt 208 ersichtliche automatische Abtastablauf mit Hilfe eines
Wiederaufnahmebefehls eingeleitet werden. Nach dem Punktieren beim Schritt 216 bewegt das
Mikroskop den Objektträger automatisch zur Kassette (18), nimmt den Objektträger in der
Kassette (18) auf und lädt einen neuen Objektträger zurück.
Wie in Fig. 1 ersichtlich, hat die multifunktionale Steuereinheit (12) vorzugsweise die Form einer
Computermaus. Fig. 3 der Zeichnungen stellt eine schematische Draufsicht der Maus dar, wobei
das Gehäuse (31) der Maus entfernt ist. Wie es in der Fig. 3 ersichtlich ist, enthält die Maus drei
Knöpfe (18), (19) und (20), die gedrückt werden können, um unterschiedliche Funktionen des
Mikroskops (10) zu steuern. Eine kugelförmige Rolle (30) dreht sich bei seitlicher Bewegung der
Maus entlang der Arbeitsfläche (9). Codiereinrichtungen (34) und (36), die senkrecht zueinander
positioniert sind, erfassen eine Bewegung der kugelförmigen Rolle entlang der X- bzw. Y-Achse.
Die Drehung eines Daumenrads (22) wird durch die Codiereinrichtung (38) erfaßt. Der
Mikroprozessor (39) empfangt Signale sowohl von den Codiereinrichtungen (34), (36) und (38)
als auch den Knöpfen (18), (19) und (20), formatiert die Signale und überträgt Informationen, die
sowohl die Position der Knöpfe (18), (19) und (20) als auch die von den Codiereinrichtungen
(34), (36) und (38) empfangenen Positionsinformation anzeigen. Die Informationen von den
Codiereinrichtungen (34), (36) und (38) stellen vorzugsweise eine dreidimensionale
Positionsinformation dar. Die Codiereinrichtung (34) erzeugt eine Positionsinformation in
Richtung der X-Achse. Die Codiereinrichtung (36) erzeugt eine Positionsinformation in Richtung
der Y-Achse und die Codiereinrichtung (38) erzeugt eine Positionsinformation in Richtung der
Z-Achse. Die durch den Mikroprozessor (39) übertragenen Daten werden vorzugsweise als serieller
Bitfluß entsprechend dem RS-232 Protokoll übertragen. Der Bitfluß weist vorzugsweise vier
8-Bit-Worte aufs wobei jedes ein Format einnimmt, wie es in der Tabelle unten dargestellt ist:
Wie aus der obenstehenden Tabelle ersichtlich ist, ist die der X-Achse und der Y-Achse
entsprechende Positionsinformation aus einem 8-Bit-Wort (X0-X7 und Y0-Y7)
zusammengesetzt, während die Positionsinformation für die Z-Achse aus einem 5-Bit-Wort (Z0-Z5)
zusammengesetzt ist. Die Buchstaben "L" und "R" bezeichnen die Position (nach oben oder
unten) des linken Mausknopfes (18) bzw. rechten Mausknopfes (20). Eine Betätigung des
mittleren Mausknopfes (19) wird durch Probe der gleichzeitig eingestellten Bits (18) und (20)
codiert. Dieser Kunstgriff wird durch den Gebrauch des Codierstandards von Microsoft
notwendig gemacht. Andere Standards erlauben es, jeden Knopf getrennt zu codieren.
Die Kombination der kugelförmigen Rolle, des Daumenrads und der Knöpfe auf der Maus stellen
eine leicht zu verwendende Steuereinheit bereit, die eine genaue Steuerung der
Mikroskopfunktionen mit einem Minimum an Spannung für den Anwender erlaubt. Das
Positionieren des Objekttisches und das Fokussieren können am effektivsten vollzogen werden,
wenn die durch den Objekttisch oder die Bildschärfeeinrichtung bewegte Entfernung proportional
der durch die entsprechende Steuerung bewegten Entfernung ist. Eine Bewegung der Maus über
die Arbeitsfläche kann angewendet werden, um eine entsprechende Bewegung des Objekttisches
zu bewirken. Die Drehung des Daumenrads kann angewendet werden, um eine Bewegung des
Objektivs zum genauen Fokussieren des Objektivs zu bewirken. Vorzugsweise wird eine
Bewegung des Objekttisches eher durch eine Maus als eine "Rollkugel" ausgeführt, weil die Maus
einen zusätzlichen Freiheitsgrad bereitstellt, d. h. eine Bewegung der Maus über der Arbeitsfläche,
die zu Steuerungszwecken verwendet werden kann. Diese Bewegung ist näher auf die
gewünschte Bewegung des Objekttisches bezogen und ist deshalb gefühlsmäßiger.
Weil die Anzahl der auszuführenden Funktionen die Anzahl von auf der Maus verfügbaren
Steuerungen überschreitet, kann die Steuereinrichtung, die die Ausgangssignale der Maus
auswertet und darauf anspricht, in vorteilhafter Weise so konstruiert sein, daß die einer
bestimmten Steuerung zugewiesene Funktion bei einer vorgegebenen Zeit durch den Rahmen
bestimmt wird, in welchem die Steuerung betätigt wurde. Diese Rahmenempfindlichkeit erlaubt
es, jeder Steuerung mehrfache Funktionen zuzuweisen. Weitere Einzelheiten dieses vorteilhaften
Merkmals sind in einer verwandten Patentanmeldung mit dem Titel "System zur Vereinfachung
der Ausführung bestimmter Funktionen" offenbart.
Wie in der die Fig. 2 begleitenden Beschreibung angemerkt ist, arbeitet das Mikroskopsystem
mit zwei verschiedenartigen Betriebsarten einer Objekttischbewegung, wobei jede von ihnen
unterschiedliche Steuerungsanforderungen auferlegt. Die Maus erlaubt dem Anwender
vorteilhafterweise, ungebunden zwischen diesen Betriebsarten zu schalten, ohne die
Steuereinrichtung freizugeben. Im manuellen Modus reflektiert die Position des Objekttisches die
Bewegung der Maus und folgt ihr. Sowohl Bildschärfe als auch Vergrößerung können im
manuellen Modus verändert werden. Im automatischen Modus folgt der Objekttisch einer
vorprogrammierten Wegstrecke über die Probe mit einer vorbestimmten Nenngeschwindigkeit.
Die Bildschärfe kann im automatischen Modus verändert werden, aber der Anwender kann eine
Vergrößerung nicht ändern. Im automatischen Modus hat der Anwender die Wahl, das
Abtastverfahren jederzeit zu unterbrechen. Nach einer Unterbrechung gibt der Objekttisch den
manuellen Modus ein und verbleibt im manuellen Modus, bis er vom Anwender instruiert wird,
das automatische Abtasten an dem Punkt wiederaufnehmen, an dem das Abtasten unterbrochen
wurde. Im automatischen Abtastmodus hat der Anwender außerdem die Wahlmöglichkeit, die
Abtastgeschwindigkeit interaktiv zu verändern oder die vorprogrammierte Geschwindigkeit fort
zusetzen/wiederaufzunehmen.
Eine Steuerung der oben beschriebenen Betriebsarten wird in vorteilhafter Weise vollzogen durch
das Zuweisen der Funktionen "Pause" und "Fortsetzen" an den linksseitigen Mausknopf (18) und
"Vergrößerung auswählen" an den rechtsseitigen Mausknopf (20). Diese Zuweisungen werden
auf eine Maus angewendet, die ausgelegt ist, um durch die rechte Hand gesteuert zu werden, und
werden in einer Maus ausgetauscht, die für einen Gebrauch mit der linken Hand beabsichtigt ist.
Der mittlere Mausknopf erlaubt das Markieren oder Aufzeichnen von Objekten. Eine Bewegung
der Maus auf der Arbeitsfläche wird in Änderungen der Position des Objekttisches oder der
Abtastgeschwindigkeit in Abhängigkeit vom derzeitigen Betriebsmodus umgewandelt. Die
Steuereinrichtung des Mikroskops verwendet eine Reihe von Statusparametern, um festzulegen
und zu steuern, welche aus der Vielfalt von Funktionen, die einer speziellen Steuerung
zugewiesen sind, zu irgendeinem bestimmten Zeitpunkt möglich gemacht wird.
Im Pausenstatus vollzieht der linksseitige Knopf eine Fortsetzfunktion. Der rechtsseitige Knopf
vollzieht eine Vergrößerungsauswahl durch schrittweises Verändern der Vergrößerung nach
Drücken des Knopfes. Eine Drehung des Daumenrads bewirkt eine Änderung der Bildschärfe,
und eine Bewegung der Maus bewirkt Änderungen im Positionieren des Objektträgers unter dem
Objektiv. Nach Drücken des Knopfes "Fortsetzen" (linksseitig) bestimmt das System erneut die
Funktion des linksseitigen Knopfes als "Fortsetzen", ermöglicht dem rechtsseitigen Knopf (eine
Vergrößerungsauswahl), bewirkt es, Mausverschiebungssignale als Geschwindigkeitsänderungs
befehle auszuwerten, und leitet eine vorprogrammierte Abtastfolge ein. Das Bewegen der Maus
bewirkt, daß die Abtastgeschwindigkeit relativ zu ihrer vorprogrammierten Voreinstellung
zunimmt oder abnimmt. Das entspricht dem zuvor festgelegten automatischen Modus.
Während in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel zwei Funktionsbetriebsarten vollzogen
worden sind, können die Prinzipien der vorliegenden Erfindung auf Anwendungen angewandt
werden, wo jeder Taste zusätzliche Funktionen zugewiesen sind. Der entscheidende Faktor im
Zuweisen von mehrfachen Funktionen an eine Steuervorrichtung besteht darin, zu gewährleisten,
daß alle einer Vorrichtung zugewiesenen Funktionen sich gegenseitig ausschließen. Das heißt, daß
nicht zwei einer Steuerung zugewiesenen Funktionen gleichzeitig aktiv sein können. Es ist
außerdem notwendig, daß das System, das gesteuert wird, dadurch deterministisch ist, daß
entweder der Arbeitsverlauf von Funktionen, die einer speziellen Steuerung zugewiesen sind,
einer festgelegten Reihenfolge folgen oder das System die zu aktivierende geeignete Funktion auf
der Grundlage des Systemstatus und -rahmens bestimmen kann. Aus ergonomischer Sicht und um
den Anwender einzuarbeiten, ist es wünschenswert, die Wirksamkeit der Steuerung zu
"konservieren". Das bedeutet, die gleichen (oder zumindest vergleichbaren) Funktionen in allen
möglichen Systembetriebsarten derselben Steuerung zuzuweisen. Die in der beispielhaften
Vorrichtung verwendeten Konventionen und ihre Ableitungen sind zum Beispiel die befohlenen
Zuweisungsfunktionen "Start/Stopp" an den linksseitigen Knopf, Funktionen "Auswählen" an den
mittleren Knopf, Funktionen "Abtastfolge" an den rechten Knopf, "proportionale
Objekttischsteuerung" an die Codiereinrichtungen der Maus und "andere proportionale
Funktionen" an die Codiereinrichtung des Daumenrads.
Die Fig. 4 ist ein schematisches Blockdiagramm der Mikroskopsteuereinrichtung, die die
Funktion des Mikroskops als Reaktion auf Signale steuert, die von der multifunktionalen
Steuereinheit (12), dem Bedienpult (26) und dem DMS (11) empfangen werden. Fig. 4 stellt ein
Steuerpult mit einem Mikroprozessor dar. Obwohl die Erfindung beabsichtigt, daß eine beliebige
Anzahl von Prozessoreinrichtungen verwendet werden könnte, stellen die in Fig. 4 gezeigten
Ausführungsbeispiele einen 8XC196 der KC- oder KD-Reihe von Intel Corporation, Santa Clara,
Californien, USA dar. Ein Übertragungsweg (504) und ein serieller Hochgeschwindigkeits
sensorbus (524) stehen mit dem Mikroprozessor (502) in Verbindung, was es erlaubt, mit anderen
Bauteilen zu kommunizieren. Solche anderen Bauteile enthalten eine Eingabevorrichtung (510),
um dem Anwender die Übertragung von Signalen zu erlauben, die spezifische Funktionen
darstellen, die der Anwender mit dem Mikroskopsystem (300) zu vollziehen wünscht, wie
beispielsweise eine multifunktionale Eingabevorrichtung (12).
Eine serielle Eingabeleitung (514) erlaubt es dem Mikroprozessor (502), Signale zu empfangen,
die die Betätigung eines Mausknopfes oder die Bewegung der Rollkugel unter der Maus
anzeigen, während die Fokusleitung (512) die Position des Daumenrads zur Verwendung beim
Fokussieren des Mikroskops anzeigt.
Noch mit Bezug auf Fig. 4 enthält ein EEPROM (506) das zum Bestimmen der geeigneten
Funktion verwendete Programm, die sich aus den Signalen ergibt, die von der Eingabevorrichtung
(510) empfangen werden. Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beabsichtigen, daß
ein serieller NM93C256 EEPROM von National Semiconductor, Santa Clara, Californien, USA
verwendet wird, obwohl eine beliebige Anzahl von unterschiedlichen EEPROM-Typen durch die
vorliegende Erfindung beabsichtigt ist. Außerdem könnte sich die Speicherung des Programms
auf einer beliebigen Anzahl von Speichervorrichtungen einschließlich verschiedener optischer,
magnetischer, biologischer oder atomischer Speichervorrichtungen befinden.
Die mit der vorliegenden Erfindung verwendete und im EEPROM (506) gespeicherte spezifische
Programmiersprache wird vom verwendeten Prozessortyp (502) abhängig sein. In den durch die
Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispielen ist beabsichtigt, daß die MCS96 Assemblersprache
verwendet wird. Natürlich könnte die in diesem und in anderen durch die vorliegende Erfindung
beabsichtigten Ausführungsbeispielen verwendete Programmiersprache auch eine entweder
umgewandelte oder in die geeignete Maschinensprache übersetzte höhere Programmiersprache
gewesen sein. In jedem Fall beabsichtigen die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung,
daß das verwendete Programm auf dem unten angegebenen höheren Pseudocode basieren kann:
Aus einer Anzahl von Gründen kann ein System RAM (568) einschließlich der zeitweiligen
Speicherung von Teilen des Programms in dem EEPROM 506 zur Nutzung durch den Prozessor
502 verwendet werden. Das System RAM (508) könnte eine große Zahl von unterschiedlichen
Typen eines DRAM oder SRAM sein, aber seine Funktion kann auch durch einen Signalspeicher,
magnetische, optische oder eine Vielzahl von anderen geeigneten Speichervorrichtungen
durchgeführt werden. Um eine Übertragungsverbindung mit einer externen Vorrichtung zu
erleichtern, wie es oben erörtert wurde, beabsichtigen Ausführungsbeispiele der vorliegenden
Erfindung die Verwendung eines R5232-Anschlusses (516) zur Verbindung mit dem
Datenanbieteranschluß (518) (d. h. dem Übertragungsanschluß der externen Vorrichtung). Man
stellt sich vor, daß die Erfassung einer externen Vorrichtung durch Senden einer Anfrage an den
R5232 und Überwachen, ob irgendeine Vorrichtung antwortet, erreicht werden kann.
Es sind außerdem zur Verwendung mit Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung eine
Stromleitung (526) beabsichtigt, um Strom zu den verschiedenen Bauteilen und verschiedenen
"logisch verbundenen "Bauteilen zu liefern, die durch den Block (522) angegeben sind. Ebenfalls
ist in der Fig. 4 dargestellt, wie sich verschiedene Bauteile der Fig. 5 mit dem "Fahrerpult" der
Fig. 6 kombinieren lassen.
Mit Bezug jetzt auf Fig. 5 steuern die X- und Y-Fahrerschaltungen (602) und (604) die
Bewegung des Objekttisches (304) entsprechend der vom Mikroprozessor (502) empfangenen
Signale. Somit beabsichtigen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung, daß die
Fahrerschaltungen (602) und (604) für die Bewegung in X- und Y-Richtung mit einigen Typen
von Servogeräten (nicht gezeigt) in Verbindung stehen, die die Bewegung des Objekttisches
steuern. Weder die genaue Anordnung der Servogeräte und wie sie physikalisch mit dem
Objekttisch selbst verbunden sind, noch der genaue Typ der verwendeten Fahrerschaltung ist für
die vorliegende Erfindung entscheidend. Ein Beispiel von dem was für die Fahrerschaltungen
(602) und (604) für die Bewegung in X- und Y-Richtung verwendet werden könnte, enthalten
jedoch die von SGS Thomson of Phoenix, Arizona, USA hergestellten SGS 6217 Schaltkreise.
Fahrerschaltungen (606) für die Bewegung in Z-Richtung stehen in ähnlicher Weise mit einem
oder mehreren Servogeräten (nicht gezeigt) in Verbindung, die das Fokussieren des
Mikroskopsystems (300) erlauben. Die Fahrerschaltungen (606) für die Bewegung in Z-Richtung
könnte zum Beispiel eine von Allegro of Worcester, Massachusetts, USA hergestellte "H-Brücke"
sein. Ähnlich wird ein Objektivantrieb (610) (z. B. eine "H-Brücke" mit einem von Intel
hergestellten 80C51-Prozessor) verwendet, um ein Servogerät anzutreiben, das die Veränderung
der Objektive steuert, und es wird ein Markierungsantrieb (608) (z. B. ein offener Verschluß mit
gemeinsamen Kontakt in TTL-Technik) verwendet, um den Mechanismus anzutreiben, um die
Probe physikalisch zu kennzeichnen. Ebenfalls ist in der Fig. 6 dargestellt eine
Übertragungsbuchse (614) und verschiedene andere PLDs (616) und (618), die zur "logischen
Verbindung" verwendet werden.
Es sollte wiederum verständlich sein, daß die Anordnung und Bauteile, die durch die Fig. 4 und
5 dargestellt sind, nur beispielhaft sind, und daß die Ausführungsbeispiele der vorliegenden
Erfindung beabsichtigen, daß verschiedene andere Anordnungen und Bauteile statt dessen
verwendet werden könnten.
Es ist hier ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel beschrieben worden. Es soll natürlich verständlich
sein, daß Änderungen und Modifizierungen in dem Ausführungsbeispiel vorgenommen werden
können, ohne vom wahren Umfang und Geist der vorliegenden Erfindung abzuweichen, wie es
durch die angefügten Patentansprüche bestimmt ist. Zum Beispiel können Form und
Konfiguration der dargestellten und beschriebenen, spezifischen multifunktionalen Steuereinheit
verändert werden. Anstelle einer Mausanordnung kann eine Rollkugeleinheit verwendet werden.
Darüber hinaus können die durch das Mikroskop ausgeführten Funktionen verschieden sein. Dem
Fachmann werden andere Variationen deutlich im Hinblick auf die vorangehende Offenbarung.
Claims (4)
1. Multifunktionale Mikroskopsteuereinheit zum Steuern des Betriebs eines optischen
Mikroskops, das ein Objektiv und einen mit Bezug zu dem Objektiv in einer ersten, zweiten und
dritten Dimension bewegbaren Objekttisch mit Motorantrieb enthält, wobei die Steuereinheit
durch einen Anwender des Mikroskops in einer einzigen Hand festhaltbar ist, und umfassend:
- a) Mittel zum Erzeugen einer Information der Position des Objekttisches zum Steuern der Position des Objekttisches in der ersten, zweiten und dritten Dimension;
- b) Mittel zum Erzeugen einer Information der Motordrehzahl zum Steuern der Geschwindigkeit einer Bewegung des Objekttisches; und
- c) Mittel zum Auswählen des Objektivs aus einer Vielzahl von auswählbaren Objektiven.
2. Multifunktionale Mikroskopsteuereinheit nach Anspruch 1, wobei die Einheit auf einer
Arbeitsfläche dem Mikroskop benachbart angeordnet ist.
3. Multifunktionale Mikroskopsteuereinheit nach Anspruch 1, weiter umfassend Mittel zum
Steuern eines automatischen Abtastmodus, um einen unter dem Objektiv angeordneten
Objektträger abzutasten, wobei der Abtastmodus einen vorprogrammierten Abtastmodus und
einen interaktiven Steuermodus einschließt, und die Steuereinheit Mittel zum Schalten zwischen
dem vorprogrammierten Modus und dem interaktiven Modus enthält.
4. Multifunktionale Mikroskopsteuereinheit nach Anspruch 3, wobei die Einheit auf einer
Arbeitsfläche dem Mikroskop benachbart angeordnet ist.
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