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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Mikroskop mit wenigstens zwei
Komponenten.
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Allgemeiner Stand der Technik
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Bereits
seit geraumer Zeit hat die Digitaltechnik in der Mikroskopie Einzug
gehalten. Dementsprechend können
viele der Vorzüge,
die diese Technik bietet, bei der Arbeit mit Mikroskopen genutzt
werden. Für
das breite Anwendungsgebiet der Mikroskopie sind sowohl Standardprodukte
als auch viele spezialisierte Teillösungen entstanden.
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Digitale
Mikroskopie, insbesondere für
automatisierte Mikroskope, umfasst Mikroskopkomponenten, die in
der Regel codiert, regelbar oder steuerbar sind, eine Einrichtung
zur Bildaufnahme, meist eine Kamera, eine Einrichtung zur Kommunikation zwischen
den Einheiten, ein Steuerprogramm zur Steuerung der Abläufe zum
Beispiel bei der Bildaufnahme und -speicherung sowie eine Applikationssoftware
zur Bildauswertung. Diese Bestandteile werden nachfolgend näher beschrieben.
Hinsichtlich der Gerätestruktur
eines motorisierten Mikroskops sei auch auf die
DE 102 49 177 A1 der Anmelderin verwiesen.
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In
der Mikroskopie wird ein Präparat
beleuchtet, um dessen charakteristischen Merkmale sichtbar zu machen.
Es wird dabei zwischen Auflicht- und Durchlichtbeleuchtung unterschieden.
Zusätzlich können je
nach Anwendung unter schiedliche Kontrastiermethoden mit oder ohne
Kontrastfärbung
mittels Färbemitteln
zum Einsatz kommen. Übliche
Kontrastiermethoden sind Hellfeld, Dunkelfeld, Fluoreszenz, Phasenkontrast
bzw. DIC (differential interference contrast), Polarisation, TIRF
(total internal reflection fluorescence). Je nach Anwendung werden die
verschiedenen Kontrastiermethoden auch kombiniert eingesetzt.
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Zur
Bilderzeugung der Probe wird bei einem Mikroskop eine Optik mit
fester, stufenweise verstellbarer oder stufenlos verstellbarer Vergrößerung eingesetzt.
In der Regel besitzt ein digitales Mikroskop auch eine Vorrichtung
zur zur Betrachtung des Bildes mit dem menschlichen Auge mit Hilfe
des Okulars. Zur Bildgebung wird das erzeugte Bild auf den Detektor
einer Kamera abgebildet, auf einem Monitor dargestellt und anschliessend
weiterverarbeitet. Typischerweise handelt es sich bei der Kamera
um einen Matrix-Flächendetektor
in CCD oder CMOS Technologie. Durch anschließende Verstärkung, Filterung (optisch und
digital) und Digitalisierung wird das Bild in ein geeignetes Datenformat
zur Weiterverarbeitung, Darstellung oder Speicherung aufbereitet.
Unter Bilddaten wird nachfolgend ein derart digitalisiertes Bild
verstanden. In seltenen Fallen wird jedoch vollständig auf
Okulare verzichtet und das Mikroskop besitzt nur noch (eine) Vorrichtung(en)
zur Bildaufnahme. In allen anderen Fällen muss die Möglichkeit bestehen,
die Lichtmenge innerhalb der Vorrichtung zur Bilderzeugung auf die
verschiedenen Mikroskopausgänge
(Visueller Ausgang, ein oder mehrere Kameraausgänge) in einem einstellbaren
oder festen Verhältnis,
auch gleichzeitig, aufzuteilen. In der Regel besitzt jeder Mikroskopausgang
andere optische Eigenschaften, wobei dann das Mikroskop bzw. die Vorrichtung
zur Bilderzeugung mehrere optische Pfade, die teilweise oder vollständig getrennt
ausgeführt sind,
aufweist. Durch gezielte Veränderung
der Einstellungen und Eigenschaften dieser optischen Pfade lassen
sich die optischen Eigenschaften der einzelnen Mikroskopausgänge einzeln,
in Gruppen oder gemeinsam verändern.
Hierzu sei bspw. auf die
DE 103
61 158 A1 der Anmelderin verwiesen.
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Zum
vollständigen
Verständnis
und der Interpretation gespeicherter Bilder müssen nebst den Bilddaten auch
die Daten über
die Bilderzeugung und die Bildgaufnahme und daraus abgeleitete Werte
zur Weiterverarbeitung, Darstellung und Speicherung vorliegen. Daten über die
Bilderzeugung sind beispielhaft: Vergrößerung, Numerische Apertur,
Arbeitsabstand und Brennweite des/der verwendeten Objektiv(e); Position
des Objektivwechslers; Vergrößerung des
Zooms und dessen Bereich; Vergrößerungsfaktor
von zwischengeschaltetem Zubehör
(Koaxialbeleuchtung, Vergrößerungswechsler,
etc.); Typ, Vergrößerungsfaktor,
Stellung einer Umschaltvorrichtung für den optischen Ausgang des
Tubus; Vergrößerung und
Feldzahl der Okulare; Vergrößerungsfaktor
des/der Videoobjektive(s); Betriebszustände der Beleuchtungsvorrichtung
(Intensität/Helligkeit),
Farbtemperatur, Blendenstellungen, verwendete Spektral-, Polarisations-
und Graufilter, Stellung der Verschlüsse, und Spektral- und Polarisationsfilter bei
der Bilderzeugung. Daraus abgeleitete Größen sind beispielhaft: optische
Auflösung
der bilderzeugenden Optik, Bildfeldgröße, Objektfeldgröße, Schärfentiefe
und Perspektive bei Stereomikroskopen. Daten der Vorrichtung zur
Bildaufnahme sind beispielhaft: die digitale Auflösung des
Flächendetektors,
elektronische Verstärkung,
Größe des Detektors,
Betriebsmodus (Binning/High sensitivity Binning, etc.), Belichtungszeit,
Farbsättigung.
Auch Angaben über
die Position des Präparats
zum Mikroskop sind bedeutsam. Typische Informationen dieser Art
sind die laterale Position des dargestellten Probenbereichs relativ
zur optischen Achse (z. B. bei der Verwendung eines XY-Tisches)
und die axiale Position des dargestellten Probenbereichs relativ
zur Fokusebene. Zudem ist es oft hilfreich, Informationen über die
Konfiguration und Betriebszustände
des Mikroskops zusammen mit den Bilddaten in einem sogenannten Bilddatensatz
permanent vorliegend zu haben.
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Zur
Detektion dieser Zustände
und zur Berechnung der Informationen werden bei einem motorisierten
und codierten Mikroskopen in den Mikroskopkomponenten Positions-
und Bewegungssensoren mit entsprechender Auswerteelektronik eingesetzt.
Typischerweise sind dies Impulsgeber, Lichtschranken, Magnetsensoren,
Potentiometer oder Schrittzähler
von Schrittmotoren. In der
DE
102 49 904 A1 der Anmelderin wird die Verwendung von Transpondern
zur Detektion der Zustände,
in diesem Fall von Filtern, beschrieben. Auch der Zustand der Vorrichtung
zur Bildaufnahme kann von der Steuerelektronik mittels entsprechender
Software ausgelesen und eingestellt werden. Im Fall eines rein manuellen
Gerätes
können
diese Zustände
und Informationen durch Benutzereingaben erfasst werden. Für umfangreiche
Anwendungsgebiete der digitalen Mikroskopie ist es zudem möglich, weitere
Zusatzinformationen zum Präparat
oder im Zusammenhang mit der Bildaufnahme zu erfassen. Diese können durch den
Bediener beispielhaft manuell eingegeben, eingescannt (z. B. mit
Barcode Leser oder Transponder) oder in Form von Tonaufzeichnungen
vorliegen (Bezeichnung des Präparates,
Name des Patienten, Diagnose, etc.) oder automatisch gespeichert
werden (Datum und Zeit der Bildaufnahme, Name des Benutzers, etc.).
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Durch
Anzeige der in vorangehenden Abschnitten beschriebenen Informationen über die
Bilderzeugung und Bildaufnahme wird dem Benutzer ermöglicht,
gezielt Änderungen
vorzunehmen, damit das gewünschte
Resultat bei der Bilderzeugung und der Bildaufnahme erreicht wird.
Diese Änderungen können durch
entsprechende Bedienelemente am Mikroskop (Drehknöpfe, Schieber,
Schalter, Druckknöpfe,
Drehräder,
Verstellhebel, berührungsempfindliche
Anzeigeelemente, etc.) vorgenommen werden. Diese Bedienelemente
können
eine direkte mechanische Verstellung bewirken. Ebenso können diese
Bedienelemente mit Sensoren ausgestattet sein und in einer integrierten
oder externen Bedieneinheit untergebracht werden. Die Signale dieser
Sensoren werden aufbereitet und an die entsprechenden Stellglieder
(Gleichstrom-, Wechselstrom- oder Schrittmotoren, elektronische
Schalter, elektro-mechanisch betriebene Hebel und Zylinder, Piezosteller,
etc.) weitergeleitet, um die Einstellung oder den Betriebszustand
des Mikroskops entsprechend den Eingaben des Benutzers anzupassen.
In diesem Fall spricht man von einem teilweise oder vollständig motorisierten
Mikroskop. Nebst den Bedienelementen können auch andere Komponenten
des Mikroskops die Einstellungen oder den Betriebszustand einer
Komponente verändern.
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Ein
typisches Beispiel hierzu ist die automatische Helligkeitsanpassung
der Beleuchtungsvorrichtung mittels Veränderung der Intensität/Helligkeit, Blendenstellungen
oder Graufiltern bei veränderter Einstellung
der Vorrichtung zur Bilderzeugung (veränderte Vergrößerung,
Blendenstellung, Numerische Apertur, Filter, etc.) (vgl.
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DE 10 2004 056 685
A1 und
DE
10 2006 022 073 A1 der Anmelderin). Diese automatische
Helligkeitsanpassung hat zum Ziel, dass das erzeugte Bild mit möglichst
konstanter Helligkeitsverteilung vorliegt, wobei in der Regel die
mittlere Helligkeit über das
Bild maßgebend
ist. Für
die Steuerung der Beleuchtungsvorrichtung sind zwei Vorgehensweisen bekannt.
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Zum
einen kann die aktuelle Helligkeit detektiert werden (z. B. mit
dem Flächendetektor
in der Vorrichtung zur Bildaufnahme oder einem Punktdetektor in
der Vorrichtung zur Bilderzeugung). Anhand dieses aktuellen Helligkeitswertes
kann bestimmt werden, wie die Eigenschaften der Beleuchtungseinheit
verändert
werden müssen,
um den gewünschten Helligkeitswert
zu erreichen.
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Die
zweite Vorgehensweise besteht darin, die aktuellen optischen Eigenschaften
der Vorrichtung zur Bilderzeugung aufgrund ihrer Zustände und Einstellungen
zu verwenden, um die theoretisch vorliegenden Helligkeitswerte der
Bilddaten oder andere geeignete Hilfswerte zu berechnen. Anschließend können aufgrund
der vorliegenden Abweichung zur gewünschten Helligkeit bzw. zu
dessen Hilfswert die notwendigen Einstellungen an der Vorrichtung
zur Bilderzeugung automatisch vorgenommen werden.
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Anstelle
einer automatischen Einstellung kann bei beiden Vorgehensweisen
auch dem Benutzer mitgeteilt werden (visuell, akustisch, etc.),
wie die Vorrichtung zur Bilderzeugung eingestellt werden muss, um
die gewünschte
Helligkeitswerte der Bilddaten zu erreichen. Anstelle der Bilddaten
kann bei beiden Vorgehensweisen auch das visuelle Bild des Betrachters
verstanden werden. Die Vorgabe des gewünschten Helligkeitswertes kann
wiederum fest eingestellt oder durch den Bediener mittels Eingabevorrichtung
(Bedieneinheit oder PC) veränderbar
ausgeführt
sein. Im gleichen Maß wie
die Veränderung
der Einstellungen der Beleuchtungsvorrichtung zur Helligkeitsanpassung
verwendet werden kann, ist dies auch mit den Einstellungen der Vorrichtung
zur Bildaufnahme (z. B. Belichtungszeit, Verstärkung, Aufnahmemodus) und der
Bilderzeugung (z. B. Blenden, Graufilter) möglich.
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Ein
weiteres Beispiel, wie die Eigenschaften der Komponenten eines digitalen
Mikroskops gegenseitig automatisch eingestellt werden können, ist
die Abhängigkeit
der Verfahrgeschwindigkeit eines XY-Tisches von der Objektfeldgröße der Vorrichtung zur
Bilderzeugung. Hierzu wird die Veränderung der Objektfeldgröße, typischerweise
durch Veränderung der
Vergrößerung, überwacht
und bei kleinem Objektfeld eine kleine Geschwindigkeit, sowie bei
großem
Objektfeld eine größere Geschwindigkeit
verwendet. Die Abhängigkeit
der Geschwindigkeit von der Objektfeldgröße kann dabei linear, quadratisch, exponentiell,
logarithmisch oder gemäß einer
anderen mathematischen Funktion sein.
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Eine ähnliche
Abhängigkeit
besteht auch zwischen der Schärfentiefe
der Vorrichtung zur Bilderzeugung und der Verfahrgeschwindigkeit
des Fokussiertriebs. Durch gezielte Veränderung der Geschwindigkeit
kann der Bedienkomfort beim Fokussieren wesentlich gesteigert werden.
In der gleichen Art kann auch die Empfindlichkeit der Bedienelemente
zur Steuerung der Bewegung des XY-Tisch und des Fokussiertriebs
beeinflusst werden. Je nach Anwendung ist es auch notwendig, diese
automatische Anpassung der Ge schwindigkeiten auszuschalten um zum
Beispiel mit einer konstanten Geschwindigkeit zu fahren, z. B. zur
groben Navigation oder zur Be- und Entladung des Probentisches.
Die Umschaltung dieser Betriebsmodi (automatische Geschwindigkeit,
feste bzw. einstellbare Geschwindigkeit) kann typischerweise durch
Betätigung
eines Bedienelementes durch den Bediener vorgenommen werden oder
Bestandteil eines festen Bedienablaufes sein.
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Aufgrund
neuer Funktionalität
oder Fehlerbehebung in der Software einer oder mehrerer Komponenten
des Mikroskops kann die Aktualisierung der Software dieser Komponente(n)
notwendig sein. Durch Überprüfung der
Version jeder Komponente des Mikroskop durch eine andere Komponente
oder durch eine Bediensoftware auf dem PC wird festgestellt, bei
welcher Komponente die Software aktualisiert werden muss, um die
optimale bzw. neue Funktionalität
zu garantieren. Die Überprüfung kann
dabei zum Beispiel Bestandteil des Startvorgangs sein, periodisch
ausgeführt
werden oder auf Anfrage des Benutzers durchgeführt werden. Durch Anzeige der Software-Version
jeder Komponente des Mikroskops kann zudem der Benutzer entscheiden,
ob eine Aktualisierung nötig
bzw. möglich
ist. Eine weitere Möglichkeit
zur Überprüfung der
Aktualität
der Software-Version besteht in Form der Verwendung eines zentralen
Software-Verzeichnisses.
Dieses kann sich zum Beispiel auf einem an das Mikroskop angeschlossenen
PC oder auf einem Web-Server
des Herstellers des Mikroskops oder bei einem durch den Hersteller
autorisierten Drittanbieter befinden. Bei vorhandener Internet Verbindung
können
die Software-Versionen
somit mittels dieses Web-Servers überprüft und ggf. aktualisiert werden.
Für diese
Aktualisierung sind verschiedene Vorgehensweisen denkbar. Eine sichere
Mög lichkeit
ist die Übertragung
der Software vom Software-Verzeichnis
in einen geschützten
Bereich des Programmspeichers des Prozessors der zu aktualisierenden
Komponente. Da diese Übertragung über einen
seriellen Bus geschehen kann, dauert der Vorgang einige Sekunden
bis Minuten. Erst als letzter Schritt wird die Software in den durch
den Prozessor für
die Anwendungs-Software verwendeten Bereich kopiert. Dieser Vorgang kann
in der Regel sehr schnell durchgeführt werden. Diese Vorgehensweise
bietet den Vorteil, dass eine Unterbrechung während der Übertragung vom Software-Verzeichnis
keinen Einfluss auf die Funktionalität der Komponente hat. Eine
Unterbrechung kann dabei durch den Benutzer oder durch eine Unterbrechung
der Stromversorgung geschehen. Beim anschließenden erneuten Startvorgang
der Komponente wird die noch nicht aktualisierte Originalkopie der Software
verwendet. Der Startvorgang kann auch die Konsistenzprüfung der
Anwendungs-Software enthalten. Bei fehlgeschlagener Prüfung kann
der Bediener informiert werden und/oder versucht werden, die ursprünglich für die Aktualisierung
der Software im geschützten
Bereich des Programmspeichers vorliegende Kopie der Software zur
Wiederherstellung zu verwenden.
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Aufgrund
funktioneller oder sicherheitstechnischer Anforderungen können sich
verschiedene Betriebszustände
unterschiedlicher Mikroskopkomponenten auch gegenseitig ausschließen. Ein
Beispiel für
eine sicherheitstechnische Anforderung ist, dass sich der Verschluss
einer Beleuchtungsvorrichtung für
die Fluoreszenz nicht öffnen
lassen darf, solange kein Emitterfilter im Strahlengang liegt. Hierzu wird
beispielhaft auf die
DE
102 49 904 B4 der Anmelderin verwiesen. Aus funktionellen
Gründen
können
zum Beispiel auch gewisse Stellungen des Objektivwechslers ausgeschlossen
werden, wenn ein bestimmtes Kontrastierverfahren ausgewählt wird. Typischerweise
ist dies bei DIC ("Differential
Interference Contrast")
der Fall.
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Üblicherweise
kann durch die Auswahl eines Kontrastierverfahrens auch die Veränderung
der Eigenschaften anderer Komponenten des Mikroskops ausgelöst werden.
Zum Beispiel können
Blenden- und Verschlusseinstellungen entsprechend eingestellt werden
oder Verschlüsse
anderer, für
dieses Kontrastierverfahren nicht benötigter Beleuchtungsvorrichtung
geschlossen werden. Für
bestimmte Kontrastierverfahren werden zudem Filter in die Vorrichtung
zur Bilderzeugung eingefügt
oder aus dieser entnommen. Zum Beispiel werden für die Polarisation benötigte Polarisations-
und Analysefilter automatisch eingefügt.
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Nebst
diesen beiden Gründen
für die
gegenseitige Beeinflussung der Betriebszustände der Komponenten eines Mikroskops
gibt es auch Gründe,
die in der jeweiligen Anwendung des Mikroskops liegen. So werden
zum Beispiel Durchlichtbeleuchtungen und Fluoreszenzbeleuchtungen
oft im schnellen Wechsel betrieben. Es ist also durchaus sinnvoll, dass
sich bei der Betätigung
des Bedienelementes für
das Öffnen
und Schließen
eines der beiden Verschlüsse
der Verschluss der anderen Beleuchtungsvorrichtung im Wechseltakt
oder Gleichtakt öffnet oder
schließt.
Anstelle der Verschlüsse
können
auch die Lampen im gleichen Sinn betätigt werden.
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Um
die gegenseitige Beeinflussung zu ermöglichen, werden zentrale oder
teilweise bzw. vollständig
verteilte Anzeige-, Bedien-, Auswerte- und Steuereinheiten vorausgesetzt.
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Im
letzteren Fall geschieht die Kommunikation typischerweise über eine
elektronische Kommunikationsschnittstelle (RS-232, RS-422, CAN,
IEEE 1394, USB, Ethernet, Bluetooth, WLAN, etc.), wie es bspw. auch
in der
DE 102 49 177
A1 der Anmelderin beschrieben ist. Dabei überwiegen
bei einem verteilten System die Vorteile eines Bussystems. Wesentlicher
Vorteil ist, dass eine Komponente des Mikroskops eine Änderung
der Betriebszustände
oder der Eigenschaften von sich aus auf dem Bus aussenden kann.
Jede andere Komponente (Bedien-, Auswerte- und Steuereinheiten)
kann diese Änderung
erfassen und weiterverarbeiten. Im Fall einer Anzeigeeinheit kann
dies die Aktualisierung der Anzeige sein. Die Steuereinheit kann
damit die Parameter für
die Steuerung anpassen (z. B. Geschwindigkeitsanpassung des Fokussiertriebs
bei geänderter
Objektfeldgröße). Bei
einer Bedieneinheit kann dadurch die Empfindlichkeit der Bedienelemente
angepasst werden. Das zur Kommunikation verwendete Protokoll kann
nebst einer Kennung zur Identifikation des Absenders auch eine Kennung
zur Identifikation des Empfänger
oder der Empfängergruppe
enthalten. Damit können
auf dem Bus gesendete Nachrichten gezielt adressiert werden. Dies
verhindert, dass eine Komponente unnötig Rechenleistung für die Verarbeitung
nicht relevanter Nachrichten einsetzen muss. Ist das Protokoll für die Abfrage
von Eigenschaften und Zuständen
für alle
Komponenten vereinheitlicht, können
mit einer Anfrage alle Komponenten oder Gruppen von Komponenten
angefragt werden. Zum Beispiel kann durch Aussenden einer Anfrage,
die an alle Komponenten adressiert ist, die Kennung (Name) jeder Komponente
angefordert werden. Jede Komponente antwortet eigenständig auf
diese Anfrage.
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Es
ist eine Vielzahl von Möglichkeiten
denkbar, wie die zu den Bilddaten soweit beschriebenen Information
verwendet werden können.
Eine naheliegende Form der Verwendung ist die Darstellung der Informationen.
Die Darstellung auf einer Anzeige (PC Bildschirm, Anzeige am Mikroskop,
externe Anzeige) kann dabei gleichzeitig oder unabhängig von
den Bilddaten geschehen. Dabei ist eine Darstellung mittels einer
fest vorgegebenen oder für
einen oder mehrere Benutzer frei konfigurierbaren Bildschirmmaske
(Formular, Liste, Tabelle, Baumstruktur) möglich. Ebenso können die
Informationen zu einem oder mehreren Bilddatensätzen gleichzeitig dargestellt werden.
Bekannt ist auch die Verwendung von Vorschaubildern niedriger Auflösung, Listen-,
Tabellen oder als Baumstruktur von einzelnen Informationen mehrerer
Bilddatensätze
und Anzeige der vollständigen
Bilddaten bzw. Information nach der Auswahl mittels dieser Vorschaubildern,
Listen-, Tabelleneinträgen
oder Einträgen
in der Baumstruktur. Für
die Anzeige dieser Vorschaubilder, Listen oder Tabellen könnten auch
Filter auf einzelne Informationen angewendet werden, wie sie aus
der Datenbanktechnik hinreichend bekannt sind. Zudem ist auch bekannt, dass
die Informationen und Bilddaten an vordefinierte Berichtsvorlagen übergeben
werden können
(z. B. Microsoft Word Vorlagen). Dies kann wiederum in fest vorgegebener
Art und Weise oder durch den Benutzer konfigurierbar ausgeführt sein.
Dabei können die
Berichtsdaten eingebettet oder nur referenziert werden. Letzterer
Ansatz hat den Vorteil, dass keine Daten dupliziert werden und die Änderungen
sofort an jeder Stelle, an der sie verwendet oder dargestellt werden,
aktualisiert sind.
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Die
Eigenschaften und Betriebszustände
der Vorrichtung zur Bilderzeugung und Bildaufnahme können sowohl
gemeinsam mit den zugehörigen Bilddaten
oder ohne Bilddaten gespeichert werden. Im letzteren Fall kann die
Speicherung in einer Komponente oder verteilt in den einzelnen Komponenten erfolgen
(z. B. Tischposition im Tisch, Position des Fokussiertriebs in der
Fokussiervorrichtung, etc.) und mittels gemeinsamer Referenz (z.
B. Speicherplatz Nummer) logisch verknüpft sein. Die so gespeicherten
Werte können
einem Bedienelement (Druckknopf, Drehknopf, Schalter, Drehrad, berührungssensitives
Anzeigeelement, etc.) des Mikroskops oder einer PC Software zugeordnet
werden oder als Auswahlliste verfügbar sein. Durch Betätigung des
Bedienelementes oder Auswahl eines Eintrags in dieser Auswahlliste
werden die gespeicherten Eigenschaften und Betriebszustände in den
Komponenten des Mikroskops eingestellt. Dabei können durch wiederholtes Betätigen des
Bedienelementes die Eigenschaften und Betriebszustände eingestellt
werden, die als nächstes
referenziert werden (z. B. die jeweils nächste Speicherplatz Nummer).
Zudem ist auch bekannt, dass die wiederherzustellenden Eigenschaften
und Betriebszustände
anhand der dazugehörigen Bilddaten
ausgewählt
werden (vgl. hierzu die
DE 10 2005 053 703 A1 der Anmelderin).
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Aufgrund
von sicherheitstechnischen Anforderungen oder Anforderungen der
Anwendung können
einzelne dieser Eigenschaften und/oder Betriebszustände von
diesem Wiederherstellungsvorgang ausgenommen werden. Zum Beispiel
kann die Position der Fokussiervorrichtung bei der Wiederherstellung
ignoriert werden, um einer allfälligen
Kollision mit dem Präparat
vorzubeugen. Ebenso kann aufgrund der Anforderung der Anwendung
das Öffnen des
Fluoreszenz- Verschlusses
ignoriert werden, um das Ausbleichen des Präparates zu verhindern.
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Bekannt
ist auch, dass dem Bild in mindestens einem Mikroskopausgang zusätzliche
Informationen künstlich überlagert
werden. Im einfachsten Fall sind dies Strichplatten mit einem festen
Muster. Neuere Vorrichtungen ermöglichen
auch die Überlagerung
veränderbarer
Information. Dies kann im Durchlichtverfahren mittels Flüssigkristallanzeige (ohne
Hintergrundbeleuchtung) geschehen. Dabei wird durch die gezielte
Ansteuerung einzelner Bildpunkte das Bild lokal abgedunkelt und
es können
Informationen als Schattenbild eingeblendet werden. Ebenso ist eine
selektive Einspiegeln von Bildpunkten mittels homogen ausgeleuchteter
Mikrospiegelmatrix möglich.
Nebst den bereits bekannten Strichmustern in veränderbarer Größe können dies
Messbalken mit einer auf das Objektfeld abgestimmten Skalenteilung
sein. Zur Überlagerung
der Bilder mit Messbalken sei auf die
DE 102 26 275 A1 der Anmelderin
und zur Größenkalibrierung
einer Kamera sei auf die
DE
102 42 628 A1 der Anmelderin hingewiesen.
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Ebenso
können
Informationen und Betriebszustände
der Vorrichtungen zur Bilderzeugung und Bildaufnahme sowie der Beleuchtungsvorrichtung(en)
dargestellt werden. Eine durch den Benutzer frei konfigurierbare
sowie eine fest vorgegebene Darstellung der Information ist bekannt.
Ebenfalls bekannt ist, dass bei der Darstellung der Bilddaten (z.
B. auf einem PC mit geeigneter Software) weitere Informationen eingeblendet
werden können.
Nebst den Betriebszuständen
und Eigenschaften der Vorrichtungen zur Bilderzeugung und -aufnahme
können dies
auch die vorgängig
beschriebenen, durch den Benutzer frei bestimmbaren Daten sein.
Durch die in der Regel höhere
Auflösung
der Bilddaten-Anzeige im Vergleich zur Einspiegelung in die Vorrichtung
zur Bilderzeugung können
die Informationen bei der Bilddaten-Anzeige komplexer bzw. umfangreicher
sein. Handelt es sich bei der Bilddaten-Anzeige um eine Livebild-Anzeige
können
die angezeigten Informationen bei geändertem Inhalt aktualisiert
werden. So kann zum Beispiel die Skalierung der Bilddaten in Bezug
auf das Objektfeld oder die Länge
eines Messbalkens bei Veränderung
der Vergrößerung oder
des Modus der Vorrichtung zur Bildaufnahme angepasst werden. Damit
kann zum Beispiel ein Objekt im Objektfeld direkt bei der Live-Anzeige
der Bilddaten vermessen werden. Handelt es sich beim Objekt um einen
Maßstab
bekannter Länge,
kann dieser auch zur Bestimmung eines Korrekturwertes verwendet
werden. Dieser Korrekturwert kann dann für die Anpassung an die tatsächliche
Objektfeldgröße verwendet werden.
Ebenso kann die Live-Anzeige der Bilddaten mit speziell auf das
Objekt angepassten Strichmasken (Nominalwerte und/oder Toleranzen)
auch als Lehre verwendet werden. Die so eingeblendeten Informationen
können
als getrennte Objekte gespeichert werden. In diesem Fall ist ein
Ein- und Ausblenden von einzelnen, Gruppen von Informationen oder allen
Informationen jederzeit möglich.
Ebenso ist eine nachträgliche Änderung
der Informationen dadurch möglich.
Es kann die Änderung
der Betriebszustände
und der Eigenschaften der Vorrichtung zur Bilderzeugung und -gebung
unterdrückt
werden, um unzulässige
oder unbeabsichtigte Manipulation zu verhindern. Es lassen sich
in diesem Fall nur noch einzelne oder alle durch den Benutzer frei
definierbare Daten ändern.
In einem weiteren Anwendungsfall können die Informationen in die
Bilddaten eingebettet werden. Somit können die Informationen nachträglich nicht
mehr verän dert
werden. Dies bietet zudem den Vorteil, dass die Bilddaten zusammen
mit den Zusatzinformationen in einer Standard-Software ohne Wissen über die
Form und den Inhalt der Zusatzinformationen betrachtet werden können.
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Einige
Anwendungen in der Mikroskopie erfordern die Kombination von Bilddaten,
die unter verschiedenen Eigenschaften und Betriebszuständen der
Vorrichtung zur Bilderzeugung und/oder Bildaufnahme erzeugt wurden.
Zum Beispiel werden Bilddaten von zwei oder mehr Fluoreszenzaufnahmen
mit Anregungs- bzw. Betrachtungsfiltern bei verschiedenen Wellenlängen zur
Anzeige oder Speicherung überlagert.
Zur Überlagerung
können
die einzelnen Bilddaten nachträglich
eingefärbt
werden. Dadurch können
die Unterschiede der charakteristischen Merkmale des Präparates
zusätzlich
verstärkt
werden. Bei der Überlagerung
kann der anteilige Beitrag der Helligkeit der Einzelbilder zur Helligkeit
eines Bildpunktes des überlagerten
Bildes durch einen Mischfaktor durch den Bediener beeinflusst werden.
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Viele
der angesprochenen Themen sind in den User Manuals der Leica Applikationssoftware behandelt,
worauf hier ausdrücklich
verwiesen werden soll. Es sind dies die Schriften Online Hilfe LAS EZ
und Online Hilfe LAS. Die Schriften werden mit momentan erhältlichen
Mikroskopen der Anmelderin ausgeliefert. Die Beschreibungen zum
Leica LAS Modul sind in den Dateien P2943_Leica _Help_ LAS_EZ.pdf,
P2943_Leica_Help_LAS_Module.pdf,
P2943_Leica_Help_LAS_Application.pdf
und
P2943_Leica_Help_LAS_Core.pdf
gespeichert und frei
zugänglich
unter der Internetadresse ftp://patdoc:leica@ftp.leica.de/Patdoc/
hinterlegt. Der angegebene Link soll den Einschluss dieser Schriften
in der vorliegenden Anmeldung ersetzen. Die Schriften sind auch
in der vorliegenden Gebrauchsmusterakte enthalten und öffentlich
einsehbar.
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Näherer Stand der Technik
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Mittels
eines XY-Tisches kann der durch die Vorrichtung zur Bilderzeugung
und -aufnahme in Form von Bilddaten erfasste Objektbereich verfahren werden.
Durch beidseitiges oder einseitiges Abfahren des gesamten Präparates
und anschließendes Zusammensetzen
der jeweils aufgenommenen Einzelbilder zu einem Gesamtbild kann
der Objektbereich der Vorrichtung zur Bilderzeugung künstlich vergrößert werden.
Das Zusammensetzen kann aufgrund der Positionsdaten vom XY-Tisch
des in den Bilddaten sichtbaren Objektbereichs geschehen. Dies setzt
einen XY-Tisch mit relativ hoher Genauigkeit voraus. Ebenso kann
das Gesamtbild nebst der Verwendung der Positionsdaten zusätzlich anhand charakteristischer
Merkmale des Objektes in den Bilddaten der Einzelbilder durch gegenseitigen
Vergleich zusammengesetzt werden. Dies ist allerdings nur möglich, falls
diese charakteristischen Merkmale auch mit genügendem Kontrast in den Bilddaten
vorliegen. Durch Erfassung von Bilddaten desselben Objektbereichs
bei unterschiedlicher Fokussierung kann anschließend jeder Teilbereich des
Objektbereichs mit der höchsten
Bildschärfe
bestimmt werden. Durch Kombination dieser Teilbereiche entstehen
Bilddaten die das Präparat
im ganzen Objektfeld mit bestmöglicher
Fokussierung zeigen.
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In
der Regel werden die Bildfolgen für diese Vorgänge durch
Anfahren einer bestimmten Position, Anhalten an dieser Position
und Bildaufnahme durch die Vorrichtung zur Bildaufnahme erzeugt.
Ebenso ist bekannt, dass bei kontinuierlicher Verstellung der Position
und Verwendung eines geeigneten Synchronisationssignals für die Vorrichtung
zur Bildaufnahme die Bildfolge erzeugt wird. Auch ist bekannt, dass
bei konstanter Bildaufnahmefrequenz der Vorrichtung zur Bildaufnahme
die Geschwindigkeit der Positionsverstellung so angepasst wird,
dass sich die Einzelbilddaten geeignet überlappen oder aneinandergereiht
sind.
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Ein
komplexer Bildaufnahmevorgang in der Mikroskopie kann zum Beispiel
das Erfassen eines Bildstapels in axialer Richtung für mehrere
Positionen des Objekttisches umfassen. Aus jedem Bildstapel wird
dabei ein Bild erzeugt, das jeden Teil des jeweiligen Objektbereichs
im Fokus zeigt. Dieses Bild wird auch Multifokusbild genannt (vgl.
hierzu
EP 02 777 053.6 der
Anmelderin). Dies wird erreicht, indem jedes Einzelbild im Bildstapel
auf Bereiche untersucht wird, die sich im Fokus befinden. Diese
Bereiche werden anschließend
zu einem Bild kombiniert. Nachdem für jeden Bildstapel bei einer
Position des Objekttisches dieses Multifokusbild erzeugt wurde, können diese
zu einem Großflächenbild
des Objektes kombiniert werden. Dieses Bild zeigt ein Vielfaches
des Objektfeldes bei gleichzeitig hoher Auflösung. Der Bildaufnahmevorgang
besteht üblicherweise
aus dem Anfahren einer Position mit dem Objekttisch, dem Stoppen
an dieser Position, Aufnehmen des Bildstapels und Anfahren der nächsten Position, bis
der vorgewählte
Objekttischbereich abgefahren ist. Dazu sendet der PC nach erfolgter
Bilderfassung des Einzelbildes ein Steuersignal, damit der Fokusantrieb
den nächsten
Schritt in axialer Richtung ausführen
kann bzw. der Antrieb des Tisches an die nächste Position fahren kann.
Dies wird für
den voreingestellten Fokussierbereich(-Objekthöhe) von einer ersten bis zu
einer zweiten Extremposition wiederholt. Die Erfassung eines Einzelbildes
mit der Vorrichtung zur Bildaufnahme und die anschließende Übertragung
der Bilddaten beinhaltet jeweils eine Initialisierungsphase, die
bei einer Vielzahl von Bildern im Bildstapel den Vorgang maßgeblich
verlangsamen. Ebenso verlangsamt das mehrfache Abfahren des Fokussierbereichs
und das Anfahren und Abbremsen bei jeden Schritt den Bildaufnahmevorgang.
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Neuere
Vorrichtungen an Mikroskopen erlauben ein kontinuierliches Verfahren
des Fokussierantriebes bei gleichzeitiger kontinuierlicher Erfassung der
Bilddaten mit höchstmöglicher
Geschwindigkeit ("free-running
mode"). Durch Aussenden
eines Triggersignals der Kamera an den Fokussiertrieb kann dieser
exakt während
der Belichtung des Bildsensors die Position speichern, damit diese
später
den entsprechenden Bilddaten zugeordnet werden kann. Dabei ist die
Verfahrgeschwindigkeit des Fokussiertriebs so zu wählen, dass
zwei aufeinanderfolgende Bilder jeweils ein Bild eines sich angrenzenden Schärfentiefenbereichs
zeigen. Zudem muss die Belichtungszeit des Bildsensors genügend kurz
eingestellt sein, so dass sich die Fokussierung für jeden Bildpunkt
während
der Belichtung nicht ändert.
Diese Vorrichtung eliminiert die Zeit zur Initialisierung für die Aufnahme
der Bilddaten der Einzelbilder und die Verzögerung beim Anfahren und Abbremsen
für jeden Schritt.
Bestehen bleibt der Nachteil, dass der Objekttisch zum Anfahren
jeder lateralen Position beschleunigt und wieder abgebremst werden
muss. Dies kann sich bei kleinem Objektfeld und einem großen abgefahrenen Objekttischbereich
maßgeblich auf
die totale Aufnahmezeit auswirken.
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Aufgabe vorliegender Erfindung
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Es
stellt sich daher die Aufgabe, ein Mikroskop mit Mikroskopkomponenten
und eine entsprechende Verwendung dieses Mikroskops anzugeben, das
die genannten Nachteile nicht mehr aufweist.
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Erfindung und Vorteile
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Erfindungsgemäß wird ein
Mikroskop umfassend wenigstens zwei Komponenten vorgeschlagen, wobei
jede der wenigstens zwei Komponenten wenigstens eine zumindest als
Eingang und Ausgang konfigurierbare Triggerschnittstelle aufweist.
Es sei klargestellt, dass unter dem hier verwendeten Begriff "Mikroskop" auch sog. Makroskope
sowie Systeme zu verstehen sind, die ein Mikroskop bzw. Makroskop enthalten.
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Jede
Triggerschnittstelle ist erfindungsgemäß grundsätzlich als Eingang bzw. Ausgang
konfigurierbar, d. h. weist beide Konfigurationsmöglichkeiten
auf, wobei zu einem Zeitpunkt höchstens
eine der Konfigurationsmöglichkeiten
aktiv ist. Der Mikroskopbediener hat somit die Möglichkeit, jede der Komponenten
bzw. deren Triggerschnittstellen den momentanen Anforderungen entsprechend
als Eingang oder als Ausgang zu konfigurieren, wobei weitere Konfigurationsmöglichkeiten
im Rahmen der Erfindung liegen.
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Mit
der erfindungsgemäßen Lösung ist
eine flexible Konfiguration des Mikroskops auf unterschiedlichste
Anforderungen möglich.
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Es
bietet sich an, auch einen PC mit einer derartigen Triggerschnittstelle
auszustatten und mit dem erfindungsgemäßen Mikroskop zu verbinden. Auf
diese Weise kann die Konfiguration und Steuerung des Mikroskops
vereinfacht werden.
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Zweckmäßigerweise
ist wenigstens eine Triggerschnittstelle der wenigstens zwei Komponenten
abschaltbar bzw. inaktiv konfigurierbar ausgebildet. Ist eine Triggerschnittstelle
inaktiv konfiguriert, ist sie somit weder als Eingang noch als Ausgang konfiguriert.
Auf diese Weise sind insbesondere alle Komponenten eines Mikroskops
mit Triggerschnittstellen ausstattbar, wobei weiterhin jede beliebige Gesamtkonfiguration
des Mikroskops in Abhängigkeit
vom beabsichtigten Verwendungszweck für den Bediener einstellbar
bleibt.
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Vorteilhafterweise
sind die Triggerschnittstellen der wenigstens zwei Komponenten über eine
erste Datenverbindung. verbunden. Die erste Datenverbindung wird
im weiteren als Triggerbus, Synchronisationsbus oder Signalbus zur
Synchronisation bezeichnet. Die erste Datenverbindung kann insbesondere
wenigstens zwei elektrische Datenleitungen bzw. eine elektrische
Datenleitung mit gemeinsamer Bezugsmasse aufweisen. Sie kann ebenso
als optische Datenleitung oder als Funkübertragungsstrecke ausgebildet
sein.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform ist
von einer als Ausgang konfigurierten Triggerschnittstelle einer
Kompo nente ein Synchronisationssignal auf die erste Datenverbindung
ausgebbar.
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Es
bietet sich an, dass von der als Ausgang konfigurierten Triggerschnittstelle
einer Komponente bei Beginn oder Ende einer Aktion dieser Komponente
das Synchronisationssignal nach einer frei definierbaren Verzögerungszeit
auf die erste Datenverbindung ausgebbar ist. Insbesondere kann die
frei definierbare Verzögerungszeit
auch zu "Null" definiert werden,
so dass die Ausgabe unmittelbar bei Beginn oder Ende der Aktion
erfolgt.
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Zweckmäßigerweise
ist ein Synchronisationssignal auf der ersten Datenverbindung von
einer als Eingang konfigurierten Triggerschnittstelle einer Komponente
empfangbar.
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Es
ist besonders vorteilhaft, dass das von einer als Eingang konfigurierten
Triggerschnittstelle einer Komponente empfangene Synchronisationssignal
eine Aktion dieser Komponente, insbesondere nach einer frei definierbaren
Verzögerungszeit,
auslöst
oder beendet. Es versteht sich, dass auch diese frei definierbare
Verzögerungszeit
zu "Null" definiert werden
kann.
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Vorteilhafterweise
umfasst die Aktion der Komponente das Umschalten der Konfiguration
dieser Komponente und/oder der Konfiguration der Triggerschnittstelle
dieser Komponente. Die Triggerschnittstelle kann somit mittels eines
Synchronisationssignals insbesondere von "Eingang" auf "Ausgang" oder auf "inaktiv" usw. umgeschaltet werden. Auch die
Konfiguration der Komponente selbst ist somit vorteilhafterweise
veränderbar.
Schließlich
kann auch die genannte Verzögerungszeit
hierdurch verändert
werden.
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Es
bietet sich an, wenn ein digitales Signal, insbesondere mit TTL-Pegel,
als Synchronisationssignal verwendet wird. Ein derartiges Signal
ist auf einfache Weise bereitstellbar und kann ebenso auf einfache
Weise von der empfangenden Schnittstelle eingelesen und ausgewertet
werden.
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Zweckmäßigerweise
sind die wenigstens zwei Komponenten über eine zweite Datenverbindung
verbunden, wobei zur Datenübertragung über die
zweite Datenverbindung ein Protokoll behaftetes Signal, insbesondere
ein CAN-, I2C-, IEEE1394-, RS232-Signal, verwendet wird. Die zweite
Datenverbindung kann insbesondere zur Konfiguration der Komponenten
und/oder zur Konfiguration der Triggerschnittstellen und/oder zur
Datenübertragung, beispielsweise
von Steuer-, Bild- und/oder Positionsdaten an einen oder von einem
PC, verwendet werden. Ebenso kann über die zweite Datenverbindung ein
Bediengerät
für das
Mikroskop angeschlossen sein. Die erste Datenverbindung kann insbesondere im
Vergleich zur zweiten Datenverbindung den Vorteil bieten, dass sie
als echtzeitfähig
betrachtet werden kann und somit zu vernachlässigbaren Verzögerungen
in der Synchronisation der Mikroskopkomponten führt.
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Bei
einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die wenigstens
zwei Komponenten aus einer Gruppe, die Mikroskoptisch, Fokussiertrieb, Zoom-System,
Filterwechsler, Vorrichtung zur Bildaufnahme, insbesondere Kamera,
umfasst, ausgewählt.
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Vorteilhafterweise
umfasst das Mikroskop einen Mikroskoptisch, einen Fokussiertrieb
und eine Kamera, die jeweils mit wenigstens einer Triggerschnittstelle
ausgestattet sind.
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Das
erfindungsgemäße Mikroskop
ist insbesondere zur Durchführung
verschiedener Mikroskopieverfahren geeignet.
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Bei
einer bevorzugten Ausgestaltung sind die wenigstens zwei Komponenten
als wenigstens ein angetriebener, zumindest horizontal verfahrbarer Mikroskoptisch,
ein angetriebener Fokussiertrieb sowie eine Vorrichtung zur Bildaufnahme
ausgebildet, wobei ein beispielhaftes Mikroskopierverfahren folgende
Schritte umfasst:
- – Konfigurieren der Triggerschnittstelle
der Vorrichtung zur Bildaufnahme als Ausgang, so dass bei Beginn
der Aufnahme eines Bildes ein Synchronisationssignal ausgegeben
wird,
- – Konfigurieren
der Triggerschnittstelle des Mikroskoptisches und des Fokussiertriebs
als Eingang, so dass bei Empfang eines Synchronisationssignals die
momentane Position des Mikroskoptisches bzw. des Fokussiertriebs
abgespeichert wird,
- – kontinuierliches
Bewegen des Mikroskoptisches
- – kontinuierliches
Bewegen des Fokussiertriebs von einer ersten Fokusposition zu einer
zweiten Fokusposition und gleichzeitiges Aufnehmen von Bildern durch
die Vorrichtung zur Bildaufnahme.
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Das
beispielhafte Mikroskopierverfahren kann weiterhin die Schritte
umfassen:
- – Anhalten
der Bildaufnahme bei Erreichen der zweiten Fokusposition und Bewegen
des Fokussiertriebs von der zweiten Fokusposition zu der ersten
Fokusposition,
- – erneutes
kontinuierliches Bewegen des Fokussiertriebs von der ersten Fokusposition
zu der zweiten Fokusposition und gleichzeitiges Aufnehmen von Bildern
durch die Vorrichtung zur Bildaufnahme.
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Vorteilhafterweise
wird ein als Stereomikroskop ausgebildetes erfindungsgemäßes Mikroskop verwendet,
um einen Bildstapels in axialer Richtung zu erfassen. Bei Stereomikroskopen
ist die Strahlachse zur Objektebene geneigt, weshalb Einzelbilder in
verschiedenen Fokusebenen seitlich versetzt erscheinen. Daher ist üblicherweise
eine aufwendige Nachbearbeitung der Bilder erforderlich. Durch synchrone
Verschiebung des (X/Y-)Mikroskoptisches während der Verstellung des Fokussiertriebs
zur Aufnahme eines Bildstapels lässt
sich die laterale Verschiebung der Einzelbilder bereits bei der
Aufnahme vermeiden.
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Vorteilhafterweise
wird ein erfindungsgemäßes Mikroskop
verwendet, um einen Bildstapel in axialer Richtung für mehrere
unterschiedliche Fluoreszenzanregungen zu erfassen. Hierbei kann
die Folge der Synchronisationssignale der Vorrichtung zur Bildaufnahme
zudem dazu dienen, die Geschwindigkeit der kontinuierlichen Bewegung
des Filterwechslers zu steuern. Einfach kann dies mit einer PLL
(Phase Locked Loop) Schaltung geschehen. Dazu wird das Synchronisationssignal
von der Triggerschnittstelle der Vorrichtung zur Bildaufnahme an
diese Schaltung weitergegeben. Zudem kann die Eingangsverzögerung der
Triggerschnittstelle des Filterwechslers zur Steuerung der Phasenlage
genutzt werden.
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Durch
die freie Konfigurierbarkeit der Triggerschnittstellen des erfindungsgemäßen Mikroskops
können
diese zwei Verfahren kombiniert oder unabhängig voneinander mit demselben
Mikroskop durchgeführt
werden. Ähnliche
Kombinationen können
auch mit verschiedenen Beleuchtungsverfahren (z. B. verschiedene
Kontrastierverfahren und Variationen von Helligkeitsniveaus) realisiert
werden.
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Es
versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend
noch zu erläuternden Merkmale
nicht nur die jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen
Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der
vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Die
Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels
in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im folgenden unter
Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
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Figurenbeschreibung
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1 zeigt
eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausgestaltung eines
erfindungsgemäßen Mikroskops;
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2 zeigt
schematisch eine Konfigurationseinstellung mehrerer Triggerschnittstellen
einer Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Mikroskops;
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3a zeigt
die Aufnahme eines schrägen Bildstapels
durch gleichzeitiges, kontinuierliches Verfahren von Mikroskoptisch
und Fokussiertrieb;
-
3b zeigt
die Aufnahme mehrerer schräger
Bildstapel; und
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4 zeigt die Aufnahme eines Bildstapels durch
gleichzeitiges, kontinuierliches Verfahren von Mikroskoptisch und
Fokussiertrieb bei einem Stereomikroskop.
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In 1 ist
eine bevorzugte Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Mikroskops
(Mikroskopsystems) schematisch dargestellt und insgesamt mit 100 bezeichnet.
Das Mikroskop weist eine als Digitalkamera 110 ausgebildete
Vorrichtung zur Bildaufnahme auf, die an einem Tubus 120 angebracht
ist. Unterhalb des Tubus 120 befindet sich eine (optionale) Fluoreszenzachse 130 und
daran anschließend
ein Zoom-System 140. Das Mikroskop 100 ist weiterhin mit
einem Fokussiertrieb 150 ausgestattet. Unterhalb des Zoom-Systems 140 befindet
sich ein Objektivwechsler 160. Das Mikroskop weist weiterhin
einen als XY-Tisch 170 ausgebildeten horizontal verfahrbaren
Mikroskoptisch auf, der auf einer Durchlichtbasis 180 angeordnet
ist. Schließlich
weist das Mikroskop eine Datenschnittstelle 190 auf, die
beispielsweise zur Verbindung mit einem Computer, einer Bedieneinheit
o. ä. geeignet
ist. Die Datenschnittstelle 190 wird vorzugsweise mittels
eines Datenbusses wie z. B. RS-232, RS-422, CAN, IEEE 1394, I2C
betrieben.
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Vorteilhafterweise
sind die eben beschriebenen Mikroskopkomponenten 110 bis 180 jeweils
mit mindestens einer Triggerschnittstelle ausgestattet. Die Triggerschnittstelle
ist als Eingang und Ausgang und vorzugsweise weiterhin als inaktiv
konfigurierbar ausgebildet.
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In 2 sind
mehrere Triggerschnittstellen 210 bis 240 schematisch
dargestellt. Die Triggerschnittstellen sind über eine erste Datenverbindung 250,
die beispielsweise als elektrische Datenverbindung ausgebildet sein
kann, verbunden. Die schematische Darstellung umfasst unterschiedliche
Konfigurationszustände
der Triggerschnittstellen 210 bis 240. Gemäß dem dargestellten
Beispiel sind die Triggerschnittstellen 210 und 230 als
Eingang "E" konfiguriert. Die
Triggerschnittstelle 220 ist als inaktiv konfiguriert und
die Triggerschnittstelle 240 ist als Ausgang "A" konfiguriert.
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Bei
der dargestellten Konfiguration wird von der Triggerschnittstelle 240 ein
Synchronisationssignal auf die Datenverbindung 250 ausgegeben
und von den Triggerschnittstellen 210 und 230 über die Datenverbindung 250 empfangen.
Da die Triggerschnittstelle 220 als inaktiv konfiguriert
ist, erfolgt weder eine Ausgabe noch ein Empfang eines Synchronisationssignals.
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Vorteilhafterweise
ist es möglich,
die Konfiguration der Triggerschnittstellen durch ein Triggersignal
umzustellen. Bspw. kann bei der eben beschriebenen Beispielskonfiguration
die der Triggerschnittstelle 240 zugehörige Komponente derart konfiguriert sein,
dass nach Ausgabe einer vorgegebenen Anzahl N von Synchronisationssignalen
eine Umkonfiguration der Triggerschnittstelle 240 von Ausgang
zu Eingang oder zu inaktiv erfolgt. Ebenso können die den Triggerschnittstellen 210 bzw. 230 zugehörigen Komponenten
derart konfiguriert sein, dass nach Empfang einer vorgegebenen Anzahl
von M Synchronisationssignalen eine Umkonfiguration der Triggerschnittstellen 210 bzw. 230 von
Eingang zu Ausgang oder zu inaktiv erfolgt.
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Die 3a und 3b werden
nachfolgend übergreifend
beschrieben. In 3a ist die Aufnahme eines schrägen Bildstapels 300 durch
gleichzeitiges, kontinuierliches Verfahren von Mikroskoptisch und
Fokussiertrieb dargestellt.
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Unter
beispielhafter Bezugnahme auf 1 ist zur
Durchführung
dieses Verfahrens die Triggerschnittstelle der Kamera 110 als
Ausgang konfiguriert. Die Triggerschnittstellen des Tisches 170 sowie des
Fokussiertriebs 150 sind als Eingang konfiguriert. Alle
anderen Triggerschnittstellen sind als inaktiv konfiguriert. Es
versteht sich, dass das Verfahren nicht auf die Durchführung auf
einem Mikroskop gemäß 1 beschränkt ist.
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Die
Konfiguration der Kamera ist derart gewählt, dass zu Beginn der Belichtungszeit
ein Synchronisationssignal von der Triggerschnittstelle an die Datenverbindung
ausgegeben wird. Die Konfigurationen des Tisches sowie des Fokussiertriebs
sind derart gewählt,
dass ein eintreffendes Synchronisationssignal das Speichern der
jeweils aktuellen Position ohne relevante Zeitverzögerung auslöst. Diese Positionen
können
später
bspw. über
die Kommunikationsstelle jeder Komponente des Mikroskops vom PC
ausgelesen und den entsprechenden Bilddaten zugeordnet werden. Dieser
Vorgang kann mit beliebiger Zeitverzögerung und ohne hohe Anforderungen an
die Übertragungsgeschwindigkeit
durchgeführt werden.
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Das
Verfahren startet mit der Aufnahme eines Einzelbildes 301 an
einer ersten Fokusposition z1 sowie einer ersten Position des Tisches
x1. Die Triggerschnittstelle der Ka mera gibt in der Folge zu Beginn
einer jeden Belichtungszeit der Aufnahme der Bilder 302, 303,
... ein Synchronisationssignal an die Datenverbindung aus, das ein
Abspeichern der Positionen x2, x3, ..., z2, z3, ... auslöst. Mit
Aufnahme des Einzelbilds 309 bei Erreichen einer zweiten
Fokusposition zn ist die Aufnahme des Bildstapels 300 abgeschlossen.
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Die
Geschwindigkeit der Achse des Objekttisches ist bevorzugt so einzustellen,
dass die Objektfelder des Bildes an der ersten Position des Fokussiertriebs
z1 und an der zweiten Position zn leicht überlappen (Tisch bei x1 bzw.
xn).
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Während dieser
besonders bevorzugten erweiterten Bilddatenerfassung verfährt nicht
nur der Fokussiertrieb in Richtung der Achse z, sondern auch der
Tisch kontinuierlich in Richtung der Achse x. Es entstehen schräge Bildstapel 300, 310, 320, 330 usw.,
die entsprechend ausgewertet werden können.
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Wie
in 3b gezeigt ist, ist die Geschwindigkeit der Achse
des Objekttisches bevorzugt so einzustellen, dass die Objektfelder
des Bildes an der ersten Position des Fokussiertriebs z1 und an
der zweiten Position zn leicht überlappen
(Tisch bei x11 bzw. x1n) und die Objektfelder benachbarter Bilder an
einer beliebigen Position des Fokussiertriebs (z. B. z1) aneinandergrenzen
(z. B. Tisch bei x11 bzw. x21). Die Überlappung ist dabei durch
die Zeit für
die Rückstellung
des Fokussiertriebs von der Position zn zu der Position z1 multipliziert
mit der Verfahrgeschwindigkeit (hier in x-Richtung) des Objekttisches ge geben.
Diese Rückstellung
wird mit maximaler Geschwindigkeit ausgeführt.
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Damit
während
dieser Rückstellung
keine zusätzlichen
Bilddaten entstehen, besitzen die Triggerschnittstellen der Mikroskopkomponenten
vorteilhaft zudem die Möglichkeit,
die Konfiguration aufgrund eines Synchronisationssignals umzuschalten. Im
vorliegenden Fall bedeutet dies, dass die Anzahl der Bilder in einem
Bildstapel 310, 320, 330 bekannt sein
muss, was üblicherweise
durch die Voreinstellung gewährleistet
ist.
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Nachdem
die Triggerschnittstelle der Kamera diese Anzahl Synchronisationssignale
ausgesendet hat, wird sie als Eingang konfiguriert. Die Konfiguration
der Triggerschnittstelle der Kamera wird derart gewählt, dass
ein eintreffendes Synchronisationssignal eine Rekonfiguration auslöst als Ausgang.
Die Triggerschnittstelle des Fokussiertriebs wird als Ausgang konfiguriert,
wobei diese ein Synchronisationssignal aussendet, sobald die erste
Fokusposition wieder erreicht ist. Dieses Synchronisationssignal schaltet
die Konfiguration der Triggerschnittstellen sowie der Komponenten
wieder in die ursprüngliche Konfiguration
zurück
und der nächste
Bildstapel kann erfasst werden.
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Neben
der Zeiteinsparung aufgrund der nicht mehr nötigen Beschleunigung und Abbremsung
des Objekttisches können
auch mechanische Eigenschaften, die sich ansonsten negativ auf die
Qualität des
Ergebnisses auswirken, minimiert werden. Dies sind insbesondere
Vibrationen des Objekttisches nach dem Abbremsen und Ungenauigkeiten
durch die mehrfache Positionsregelung.
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Die
vertikale Rückstellung
des Fokussiertriebs mit anschließendem Anfahren in die entgegengesetzte
Richtung kann beim beschriebenen Verfahren unter Nutzung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
zwar auch zu Vibrationen führen,
diese Schwingungen treten aber im Gegensatz zum Verfahren des Objekttisches
nicht in lateraler, sondern naturgemäß hauptsächlich in axialer Richtung
auf. Da die Kamera eine ausreichende Schärfentiefe besitzt, führen Schwingungen
in diesem Bereich zu weit geringeren Bildstörungen. Bei stärkeren Vibrationen
ist es zudem vorteilhaft, bei der Rückstellung weiter als die erste
Position des Fokussiertriebs zu verfahren und diese dadurch entstehende
Vorlaufstrecke zum Aus- und Einschwingen zu benutzen. Da das Ein-
und Ausschwingverhalten in der Regel durch entsprechende Zeiten
definiert und gemessen werden, kann es vorteilhaft sein, diese Zeiten
direkt den Triggerschnittstellen vorzugeben. Dazu besitzt eine Triggerschnittstelle
vorteilhafterweise die Möglichkeit
eine Ein- bzw. Ausgangsverzögerung
zu definieren. Im vorliegenden Beispiel kann diese dazu dienen,
die Konfiguration der Triggerschnittstelle umzuschalten. Diese Umschaltung
erfolgt nach abgelaufener Eingangsverzögerungszeit, wobei das Synchronisationssignal,
das das Ende der Rückfahrt
darstellt, den Startpunkt für
die Eingangsverzögerungszeit
bildet.
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In 4a ist
die Aufnahme eines Bildstapels 400 mit einem Stereomikroskop
im Stand der Technik dargestellt. Stereomikroskope weisen die Eigenschaft
auf, dass die Fokussierrichtung und der Beobachtungsstrahlengang
nicht parallel verlaufen. Bei dem gezeigten Beispiel verläuft somit
der Beobachtungsstrahl 401 in einem Winkel zur Fokussierrichtung 402.
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Wird
nun zur Aufnahme des Bildstapels 400 der Fokussiertrieb
in Richtung z verstellt, führt
dies zu einer horizontalen Verschiebung der jeweils betrachteten
Einzelbilder. Eine Verstellung in z-Richtung hat somit eine Horizontalverschiebung
der Einzelbilder zur Folge.
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In 4b ist
nun die Aufnahme eines Bildstapels 410 dargestellt, die
unter Verwendung eines erfindungsgemäßen Mikroskops durchgeführt wird. Die
Konfiguration der Triggerschnittstellen der Mikroskopkomponenten
wird wie bei den in den 3a und 3b beschriebenen
Verfahren vorgenommen. Die Geschwindigkeit des Objekttisches in
Richtung x wird so eingestellt, dass die seitliche Verschiebung
aufgrund der Fokusänderung
korrigiert wird. Auf diese Weise kann eine nachträgliche,
aufwendige Korrektur der Einzelbilder vermieden werden, da die Beobachtungsstrahlen 401 nun
jeweils auf dieselbe x-Position des Objektes gerichtet sind.
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Es
wird vorbehalten, dass auf die konkret geschilderten Ausführungsformen
der Erfindung selbständig
Schutz beansprucht wird.
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Es
versteht sich, dass in den dargestellten Figuren nur besonders bevorzugte
Ausführungsformen
der Erfindung dargestellt sind. Daneben sind andere Ausführungsformen
der Erfindung denkbar, ohne den Rahmen dieser Erfindung zu verlassen.
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- 100
- Mikroskop
- 110
- Digitalkamera
- 120
- Tubus
- 130
- Fluoreszenzachse
- 140
- Zoom-System
- 150
- Fokussiertrieb
- 160
- Objektivwechsler
- 170
- XY-Tisch
- 180
- Durchlichtbasis
- 190
- Datenschnittstelle
- 210
bis 240
- Triggerschnittstellen
- 250
- Datenverbindung
- 300,
310, 320, 330
- Bildstapel
- 301,
302, 303, 309
- Einzelbild
- x1,
x2, x3, xn, x11, x1n, x21
- x-Position
- z1,
z2, z3, zn,
- z-Position
- 400,
410
- Bildstapel
- 401
- Beleuchtungsstrahlengang
- 402,
412
- Beobachtungsstrahlengänge