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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.
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Hintergrund der Erfindung
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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.
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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.
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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
Kästen,
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.
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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.
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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.
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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.
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JP 05288993 A beschreibt
die Steuerung der Position eines motorisierten Objekttisches mittels
einer Kombination, die aus einer arithmetischen Vorrichtung (Computer),
einem Monitor und einer Maus besteht. Dabei folgt der motorisierte
Objekttisch nicht unmittelbar der Bewegung der Maus, sondern es
ist eine Wechselwirkung des Anwenders mit einer auf dem Monitor
dargestellten graphischen Benutzeroberfläche einer Software erforderlich.
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DE 36 07 379 C1 offenbart
ein Mikroskop, das mittels eines separaten Bedienpults gesteuert
wird. Das Bedienpult umfasst ein Handrad für die Feineinstellung der Fokussierung
sowie einen Schalter zum Auswählen
der Objektive durch Drehung des Objektivrevolvers.
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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.
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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.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die
Erfindung stellt eine multifunktionale Einhandsteuerung für ein Mikroskop
bereit. Das Mikroskop weist mehrere Objektive und einen Objekttisch
auf, der vermittels eines von der Einhandsteuerung angesteuerten
Tischantriebs dreidimensional verfahrbar ist. Für die Bewegung des Objekttisches
mittels der Einhandsteuerung ist entweder ein automatischer, vorprogrammierter
Abtastmodus oder ein interaktiver Steuermodus einstellbar. Vermittels
der Einhandsteuerung ist im Abtastmodus die Abtastgeschwindigkeit
einstellbar und im interaktiven Steuermodus die Position des Objekttisches
und/oder die Fahrgeschwindigkeit einstellbar, mit der diese Position
angefahren wird.
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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.
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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.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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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.
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1 ist
eine schematische Ansicht eines bevorzugten Ausführungsbeispiels;
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2 ist
ein Flußdiagramm,
das durch ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
ausgeführte
Funktionen darstellt;
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3 ist
ein Diagramm einer erfindungsgemäßen Ausführungsform
eines Mikroskops mit Motorantrieb;
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4 ist
eine isometrische Ansicht einer manuellen Eingabevorrichtung;
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5 und 6 sind
schematische Diagramme des Steuerpultes einer computergestützten Einrichtung;
und
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7 ist
ein Diagramm, das den Ablauf der Arbeitsweise für das in 1 dargestellte
bevorzugte Ausführungsbeispiel
zeigt.
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Ausführliche
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
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Mit
Bezug auf 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 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 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 anfängliche
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.
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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 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).
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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.
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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.
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Bei
Schritt 210 gibt das Mikroskop als Reaktion auf einen Stoppbefehl
vom Anwender einen beim Schritt 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.
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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.
Stattdessen 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.
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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.
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Wie
in
1 ersichtlich, hat die multifunktionale Steuereinheit
(
12) vorzugsweise die Form einer Computermaus.
3 der
Zeichnungen stellt eine schematische Draufsicht der Maus dar, wobei
das Gehäuse
(
31) der Maus entfernt ist. Wie es in der
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) empfängt
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
auf wobei jedes ein Format einnimmt, wie es in der Tabelle unten
dargestellt ist:
| BiT | 7 | 6 | 5 | 4 | 3 | 2 | 1 | 0 |
| Wort
1 | 1 | 1 | L | R | Y7 | Y6 | X7 | X6 |
| Wort
2 | 1 | 0 | X5 | X4 | X3 | X2 | X1 | X0 |
| Wort
3 | 1 | 0 | Y5 | Y4 | Y3 | Y2 | Y1 | Y0 |
| Wort
4 | 1 | 0 | Z5 | Z4 | Z3 | Z2 | Z1 | Z0 |
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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.
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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.
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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.
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Wie
in der die 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
wiederaufzunehmen, an dem das Abtasten unterbrochen wurde. Im automatischen
Abtastmodus hat der Anwender außerdem
die Wahlmöglichkeit,
die Abtastgeschwindigkeit interaktiv zu verändern oder die vorprogrammierte
Geschwindigkeit fortzusetzen/wiederaufzunehmen.
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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.
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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 Obkjektiv. 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 Geschwindigkeitsänderungsbefehle
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.
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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.
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Die 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. 4 stellt
ein Steuerpult mit einem Mikroprozessor dar. Obwohl die Erfindung
beabsichtigt, daß eine
beliebige Anzahl von Prozessoreinrichtungen verwendet werden könnte, stellen
die in 4 gezeigten Ausführungsbeispiele einen 8XC196
der KC- oder KD-Reihe von Intel Corporation, Santa Clara, Californien,
USA dar. Ein Übertragungsweg
(504) und ein serieller Hochgeschwindigkeitssensorbus (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).
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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.
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Noch
mit Bezug auf 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.
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Die
mit der vorliegenden Erfindung verwendete und im EEPROM (
506)
gespeicherte spezifische Programmiersprache wird vom verwendeten
Prozessortyp (
502) abhängig
sein. In den durch die
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:
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Aus
einer Anzahl von Gründen
kann ein System RAM (508) 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 RS232-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 RS232 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 4 dargestellt, wie sich verschiedene
Bauteile der 5 mit dem ”Fahrerpult” der
-
6 kombinieren
lassen.
-
Mit
Bezug jetzt auf 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 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 4 und 5 dargestellt
sind, nur beispielhaft sind, und daß die Ausführungsbeispiele der vorliegenden
Erfindung beabsichtigen, daß verschiedene
andere Anordnungen und Bauteile stattdessen verwendet werden könnten.
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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.
