EP3066510A1 - Digitalmikroskop mit schwenkstativ, verfahren zur kalibrierung und verfahren zur automatischen fokus- und bildmittennachführung für ein solches digitalmikroskop - Google Patents

Digitalmikroskop mit schwenkstativ, verfahren zur kalibrierung und verfahren zur automatischen fokus- und bildmittennachführung für ein solches digitalmikroskop

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Publication number
EP3066510A1
EP3066510A1 EP14790577.2A EP14790577A EP3066510A1 EP 3066510 A1 EP3066510 A1 EP 3066510A1 EP 14790577 A EP14790577 A EP 14790577A EP 3066510 A1 EP3066510 A1 EP 3066510A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
swivel
angle
axis
digital microscope
pivot
Prior art date
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Ceased
Application number
EP14790577.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Detlef Hein
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Carl Zeiss Microscopy GmbH
Original Assignee
Carl Zeiss Microscopy GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Carl Zeiss Microscopy GmbH filed Critical Carl Zeiss Microscopy GmbH
Publication of EP3066510A1 publication Critical patent/EP3066510A1/de
Ceased legal-status Critical Current

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    • F16M—FRAMES, CASINGS OR BEDS OF ENGINES, MACHINES OR APPARATUS, NOT SPECIFIC TO ENGINES, MACHINES OR APPARATUS PROVIDED FOR ELSEWHERE; STANDS; SUPPORTS
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    • F16M2200/02—Locking means
    • F16M2200/021—Locking means for rotational movement

Definitions

  • DIGITAL MICROSCOPE WITH SWIVEL STATE, METHOD OF CALIBRATION, AND METHOD FOR AUTOMATIC FOCUS AND PICTURE IMPLEMENTATION FOR SUCH A DIGITAL MICROSCOPE
  • the invention relates to a digital microscope having the features of the preamble of claim 1, a method for
  • DE 42 13 312 AI shows a surgical microscope in which the focusing speed is set in dependence on the magnification set to allow a focus, tilt or tilt adjustment.
  • the zoom motor setting serves as a control signal for the focus, the X or Y setting.
  • DE 697 16 018 T2 and US 5,825,536 disclose control devices for surgical microscopes with multipart articulated arms. Motors are driven to drive the plurality of sub-arms to execute predetermined ones
  • an operating force is determined in the direction of several axes, to control the arms and joints so that the operation is supported.
  • An angle sensor is used to determine the current angle of each joint to calculate the position and motion profile of the microscope.
  • US 2005/0117207 A1 shows a surgical microscope with a multi-part articulated arm and a controller that the
  • JP-2001059599-A2 and JP-2010102344-A2 a Schwenkarmstativ for digital microscopes is described, which includes a pivotable about a horizontal axis of rotation pivot arm.
  • the swivel arm contains an upper focusing unit, which can be moved roughly along the height of a pillar for pre-adjustment and clamped by a handwheel.
  • the above information refers to the vertical adjustment of the swivel arm, d. H. at around the
  • JP 2013-072996 describes a microscope system with which it is possible to correct a misplacement and focus shift of an observation point.
  • a memory unit status information about states are stored in which the focus adjustment with the axis of rotation of the
  • the calibration is elaborate because, due to manufacturing tolerances, wheelbases and axis positions may vary depending on the device.
  • the object of the invention is a digital microscope with a swivel stand and a method for its
  • the digital microscope is to be calibrated in such a way that it is also suitable for the inexperienced
  • the object is achieved by a digital microscope having the features of claim 1, by a method having the features of claim 7 and by a method having the features of claim 10.
  • the digital microscope initially comprises, in a known manner, an optical unit which has at least one objective and one
  • Image processing unit includes. A longitudinal axis of the
  • Lens forms an optical axis (Z-axis).
  • a pivoting stand has a pivotable about a pivot axis (Y-axis) pivoting arm on which a support for receiving the optical unit is preferably motorized
  • An object table is preferably motorized in at least two axes which are preferably perpendicular to one another
  • Swivel axis (Y-axis) is aligned.
  • Object table and swivel stand are preferably arranged on a base.
  • the digital microscope also has a control unit for controlling the optical unit, the swivel stand and the stage.
  • the pivoting stand comprises an angle sensor for determining a current pivoting angle of the pivoting arm. Using the determined pivoting angle is in the Control unit possibly a focus tracking and a
  • a method according to the invention for calibrating a digital microscope having a swivel stand comprises the steps
  • Swing arm (07) vertical axes (X, Y);
  • Image center tracking when operating the swivel arm is used.
  • This calibration procedure is preferably ex works
  • object coordinates are called
  • Relative coordinates are displayed which do not change during automatic focus and image center tracking.
  • the position of the pivot axis relative to the observed object detail is assumed to be unknown.
  • the height of the object that can be used for swiveling can be increased compared with the prior art.
  • the swivel stand is also more stable and cheaper to produce, as can be dispensed with additional adjustment points and / or tighter tolerance of all components relevant to the swivel function. Due to the substitution by the calibration method according to the invention, the user only needs to perform a likewise simplified set-up procedure. This allows the operation also for inexperienced with regard to adjustment processes users and shortens the time required to provide a deviation-minimized pivot function drastically.
  • the object plane or the focused object detail does not have to lie in the height of the actually effective rotation axis.
  • the method is not restricted to object heights which may not be greater than the usable guide path of the lower Z guide below the actually effective axis of rotation. This can possibly even one of the two Z-guides incl. Save control, provided that the traversing ranges of the X-axis and the remaining Z-axis are dimensioned sufficiently large.
  • inventive methods achieve cost savings and simplification of the operation with faster available results a significant optimization of the orientation of the product to the target audience.
  • the angle sensor is by means of two inertial sensors
  • the angle value of the inertial sensor of the moving part is to be set to the angle value of the inertial sensor of the stand within the framework of a one-time calibration, so that a differential angle of 0 ° for the detent position
  • Tripod with acceptable residual error can be used.
  • the angle sensor can of course be designed in other ways, for example, optoelectronic, magnetic and electrically operating angle encoders are suitable.
  • the carrier and the stage are motorized movable.
  • Deviations due to the then missing motorization can not be done automatically, but is done by the user on the basis of the then displayed as a target X and Z coordinates.
  • an object height can also be read directly.
  • the object plane is preferably positioned above the upper Z-guide in the height or Z-position of the actually effective rotation axis, the coordinate display for the upper Z-guide indicating the value NULL. Then the object height can be read directly via the coordinate display for the lower Z guide, which can be communicated to the user by a comment correspondingly displayed with the coordinates.
  • Object height for the pivoting movement can be increased according to the invention, so that a pivoting movement is also supported for object heights that are greater than the guide path of the lower Z-guide.
  • the object detail is preferably executed as a cross.
  • the legs of the cross in the X direction are preferably sufficiently long for all practically occurring deviations.
  • Fig. 1 a front view of an inventive
  • FIG. 2 a side view of the one shown in FIG.
  • FIG. 3 is a front view of that shown in FIG.
  • Fig. 4 a vectorial representation of the geometric
  • Digital microscope with a tilted swivel arm unc corrected focus a front view of the digital microscope shown in Figure 1 with a tilted swivel arm, corrected focus and corrected image center.
  • Fig. 9 the digital microscope with an extended usable
  • Fig. 10 the digital microscope with an extended usable
  • FIG. 12 shows steps of a customer-side method for using the swivel function
  • Fig. 13 Steps of a customer-side setting of the
  • FIG. 14 Steps of an automatic correction process in a Schwenkarmbetuschist.
  • Figures 1 to 3 show a digital microscope with a swivel stand in different views and with different inclined settings of a swivel tripod.
  • FIG. 1 contains a representation of the front view of the digital microscope as seen by the user
  • FIG. 2 shows a side view from the left to the swivel stand Ol.
  • a spatial coordinate system is introduced, which, viewed from the representation plane of FIG. 1, comprises a positive X-axis pointing to the right, a Y-axis pointing positively into the image plane, and a Z-axis facing upwards.
  • the pivoting stand Ol comprises a stand base 02, on which a bearing block 03 is mounted, in which a bearing for a pivotable about a pivot axis 04 joint part 06 is integrated with a fixed thereto pivot arm 07.
  • a bearing for a pivotable about a pivot axis 04 joint part 06 is integrated with a fixed thereto pivot arm 07.
  • a carrier 09 which accommodates an optical unit 11, can be adjusted in the Z position relative to a reference position Z Ro .
  • Reference position Z Ro of the (motorized) upper Z-guide 08 is indicated relative to the pivot axis 04 and is formed by the defined position approach via a suitable
  • This sensor device during the initialization process of the (motorized) upper Z-guide 08.
  • This sensor device is formed for example by a co-moving in the Z-movement switching flag and a fixedly mounted
  • Fork coupler (a light barrier), which stops the Z movement during the initialization process, as soon as the
  • Switching state of the fork coupler changes by the switching flag moved into the fork coupler.
  • FIGS. 1 and 2 by way of example, a first Z position Z 0 i of the carrier 09 relative to the reference position Z Ro for the parts movable via the (motorized) upper Z-guide 08 is shown, wherein the carrier 09 accommodates the optical unit 11, which includes a zoom system, an integrated illumination and camera (not shown), as well as a lens 12.
  • the optical unit 11 which includes a zoom system, an integrated illumination and camera (not shown), as well as a lens 12.
  • the first Z position Z 0 i is characterized in that an object detail 13, which is located on an upper side of an object 14, in the vertical position of the swivel arm 07 is imaged sharply on an image sensor, not shown, wherein the Z coordinates of the object detail 13 and the
  • Swivel axis 04 are not identical.
  • a preferably motorized lower Z-guide 16 is mounted, wherein the motorized lower Z-guide 16 could also be mounted alternatively on the bearing block 03.
  • the Rear side of the swivel stand Ol is preferably covered by a cover 17.
  • (Motorized) lower Z-guide 16 is a preferably motorized object table 18 is arranged, which includes a table top 19, in which an incident light insert plate 20, whose surface 21 serves as object support, is integrated.
  • About the (motorized) stage 18 can be an X position of the object detail 13 relative to a reference position X R and the Y position of the object detail 13 relative to a
  • Reference position Y R vary.
  • Z Ru , X R and Y R the above comments on
  • Object detail 13 of the placed on the surface 21 of the incident-light insert plate 20 object 14 should be located in the center of the image. Since the practically occurring here as well
  • FIGS 1 and 2 show the pivoting stand 01 in
  • Object 14 is located in an object plane of the imaging system, wherein the upper side also contains the object detail 13 and a compensation length a L describes the distance of an end face 22 of the objective 12 relative to the object plane in the focused state.
  • the object 14 has a height h up to the top side to be focussed or the object part 13.
  • the Schwenkarmamba is blocked by a not shown here, arranged around the pivot axis 04, high torque magnetic brake.
  • the blocking can be canceled for the duration of the key press of a button 23 according to Figure 1 on the release of the high torque magnetic brake.
  • an ergonomically shaped portion 24 with a handle surface 25 at the upper end of the pivot arm 07 can thus be a swivel angle quickly and continuously adjusted, with the most commonly used vertical orientation of the swing arm 07th Easy to ensure over a clearly noticeable during the pivoting locking arrangement or reproduce with sufficiently good accuracy.
  • the currently effective pivot angle w 0 °.
  • FIG. 3 shows the digital microscope according to FIG. 1 with a swivel arm 07 pivoted at an angle w2.
  • FIG. 4 shows a vector illustration of the geometric relationships between an ideal swivel axis 26 and the swivel axis 04 in the calibration operation according to the invention.
  • Vectors marked with an overline the amounts of the vectors bear the same designations as the vectors, but without overline.
  • Direction information relative to the representation contains.
  • a negative sign of such a one-dimensional variable in the calculation path corresponds in FIG. 4 to the exchange of the
  • the position of the pivot axis 04 relative to the ideal pivot axis 26 or the object detail 13 is determined by the vector MI described.
  • This vector can also be decomposed into the vectors MIX and MIZ arranged parallel to the coordinate axes, the vector MIZ ending at the point MAZ and the vector MIX beginning at the point MAZ. The not in Figure 4
  • a L between the object plane and the end face 22 of the lens 12 in the vertical adjustment of the pivot arm 07 can be described by a corresponding vector AL, which is also not shown in Figure 4 for reasons of clarity.
  • the vector AL can be decomposed into the vector MIZ and the vector A.
  • the vectors rotate correspondingly about the pivot axis 04.
  • the vector MIX the vector MIX from the vector MIZ the vector MIZ from the vector A the vector A from the vector AL the vector AL ⁇ and from the point MAZ the point MAZ ⁇ .
  • the object plane OE is pivoted about the pivot axis 04, so that therefrom a
  • pivoted object plane OE ⁇ results.
  • the vectors ⁇ ⁇ and ⁇ ⁇ lie on the tilted optical axis ⁇ ⁇ .
  • Piercing point 27 of the tilted optical axis ⁇ ⁇ through the tilted object plane OE ⁇ ends the vector dF, which is a measure of the defocusing and begins at the laterally offset object detail OD ⁇ .
  • MIX MIX '
  • MIX + MIZ dx + dF + MIZ '+ MIX' / -MIZ * sin (w2) + V MIZ * cos (w2), after transformation this results in: sin (w2)
  • MIX 0.5 * dx - 0.5 * dF *
  • MIZ -0.5 * dF + 0.5 * dx *
  • control and display unit can be integrated, for example, in the control and display unit, thus be assumed to be known. All calculated data can be stored in the control unit and used further if necessary.
  • FIGS. 5 and 6 show illustrations of the front view of the swivel arm 07 pivoted about the swivel angle w2 using the calibration method according to the invention.
  • MIX and MIZ is the location of
  • Swivel arm 07 is sharply displayed in the correction operation according to the invention.
  • Reference position Z Ro automatically positioned over the control device, so that the object detail 13 at each currently effective pivot angle w K after the correction according to the invention is arranged in the middle of the picture and is shown focused.
  • a reference mark which is preferably a component of the surface 21 of the reflected-light insert plate 20 or the upper side of the upper tabletop 19, is used.
  • a special calibration object which contains the reference mark and which can be reproducibly placed on the surface 21 of the incident light insert plate 20.
  • Fig. 7 shows the initial state before the acquisition of the required data for the calibration.
  • the object detail 13 is preferably transmitted by the user via the
  • the focus can be carried out automatically via an autofocus system, which is not explained in detail here.
  • MIX 0.5 * dx-0.5 * dF *
  • MIZ -0.5 * dF + 0.5 * dx *
  • (Motorized) object table 18 are moved over the (motorized) lower Z-guide 16 upwards, so that the observed object detail 13 is arranged at the height of the pivot axis 04.
  • FIG. 8 shows the initial state after the acquisition of the required data according to the description of FIG. 7 before the automatic focus and table tracking.
  • the object table 18 has been moved over the lower Z-guide 16 by the amount of the size DZ upwards, so that the observed object detail 13 is arranged at the height of the pivot axis 04.
  • a second Z position Z u2 results relative to the reference position Z Ru of the lower Z guide 16.
  • the Z position of the (motorized) upper Z-guide 08 must also be moved upward in order for the object detail 13 to continue to move in the Object level is arranged. According to FIG. 8, this results in a fifth Z position Z o5 relative to the reference position Z Ro of the upper Z guide 08.
  • the focus position of the objective 12 used for the calibration during focusing is also positioned at the height of the pivot axis 04
  • the position of the pivot axis 04 can be determined even after switching the system off and on again due to the given sufficiently good absolute positioning accuracy reproduce with sufficient accuracy.
  • the position of the pivot axis 04 with the Z position Z Ru is clearly described, since this Z reference position of the motorized lower guide 16 describes the position of the surface 21 of the incident light insert plate 20, which serves as object support, relative to the pivot axis 04 and for each pan stand 01 remains individually constant.
  • the focal position for focusing on the at the height of the factory is preferably already factory to each lens that is to be supplied to a digital microscope copy Swivel axis 04 positioned object detail 13 approached and stored.
  • the stored values are each unique to a lens
  • the data obtained during the calibration process can be used for the automatic correction process according to the invention, which can now be determined from the
  • this time gain can be further increased if the object detail 13 to be observed is already arranged automatically in the vertical position of the swivel arm 07 at the height of the swivel axis 04.
  • FIGS 9 and 10 show illustrations for
  • the ideal pivot axis 26 may also lie above the pivot axis 04, with the lower one driven all the way down
  • FIG. 11 shows an illustration of the calibration steps S1 to S18 according to the invention, which are preferably to be carried out in the factory before the delivery of the digital microscope system to the customer or the user in a first calibration operation in order to simplify the customer's operation and the user with regard to the required
  • the calibration process can also be carried out by the customer, provided the user interface is prepared for this. Then, the operation should still be aligned to a factory calibration, so that a customer feasible calibration to minimize accidental calls to this functionality is only indirectly accessible.
  • FIG. 12 to 14 show illustrations of
  • Steps according to the invention which are provided in the customer's use of the swivel function and are based on an already performed Clearkalibriervorgang according to Figure 11 and the foregoing description.
  • the calibration processes take place via
  • An automatic correction can be provided via the use of the probe signal or only after
  • controller provides a factory reset.
  • Adjustment length of the lens used (advantageous assignment via coding of the lenses) and use of the stored factory default Z position of the motorized upper Z axis for automatic access of the object details in the pivot axis possible.
  • This can optionally be selected via a Button and / or be provided on activation of the button.
  • All of the aforementioned embodiments relate to an optical axis (OA) of the imaging system, via which an object detail (13) arranged therein and in the object plane is always imaged independently of other influences in the center of the image.
  • OA optical axis
  • the remaining inaccuracies of the imaging system can practically result in that there is a deviating from the center of the image zoom center, which is maintained stationary with a change in the zoom factor in the image.
  • This then still corresponds to the position of the optical axis (OA), d. H.
  • the calibration and correction processes according to the invention would then have to relate to this zoom center in the image and not to the center of the image.
  • the object detail (13) would then have to be positioned in each case on a target mark in the image, which is located in the zoom center and not in the center of the image.
  • the term "centering the calibration mark with the optical axis (OA)" also includes this case.

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Abstract

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

Description

DIGITALMIKROSKOP MIT SCHWENKSTATIV, VERFAHREN ZUR KALIBRIERUNG UND VERFAHREN ZUR AUTOMATISCHEN FOKUS- UND BILDMITTENNACHFÜHRUNG FÜR EIN SOLCHES DIGITALMIKROSKOP
Die Erfindung betrifft ein Digitalmikroskop mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1, ein Verfahren zur
Kalibrierung eines Digitalmikroskopes und ein Verfahren zur automatischen Fokus- und Bildmittennachführung beim Betrieb eines solchen Digitalmikroskopes.
Idealerweise sollen bei einem Mikroskop mit einem
Schwenkstativ die optische Achse des Bildaufnahmesystems und die Schwenkachse des Stativs senkrecht zueinander angeordnet sein. Trotzdem kommt es beim Schwenkvorgang zu Bild- und
Fokusverschiebungen, wenn die Oberfläche des zu beobachtenden Objektes nicht in der Ebene der Schwenkachse, bzw. das zu beobachtende Detail nicht im Schnittpunkt der Achsen
angeordnet ist.
Aus dem Stand der Technik sind eine Vielzahl von
Operationsmikroskopen bekannt, welche mittels einer speziellen Aufhängung frei über dem zu mikroskopierenden Objekt
positionierbar sind. Beispielsweise zeigt die DE 42 13 312 AI ein Operationsmikroskop, bei dem in Abhängigkeit von der eingestellten Vergrößerung die Fokussiergeschwindigkeit eingestellt wird, um eine Fokus-, Neigungs- oder Verkantungs- Einstellung zu ermöglichen. Dabei dient die Zoom- Motoreinstellung als Stellsignal für die Fokus, die X- oder Y- Einstellung. Aus der DE 697 16 018 T2 und US 5 825 536 sind Steuervorrichtungen für Operationsmikroskope mit mehrteiligen gelenkigen Armen bekannt. Motoren werden angesteuert, um die Vielzahl der Teilarme zum Ausführen von vorbestimmten
Bewegungen zu veranlassen. Mittels eins Kraft/Momentsensors wird eine Bedienkraft in Richtung mehrerer Achsen ermittelt, um Teilarme und Gelenke so anzusteuern, dass die Bedienung unterstützt wird. Ein Winkelsensor dient dazu, den aktuellen Winkel jedes Gelenkes zu ermitteln, um daraus die Lage und das Bewegungsprofil des Mikroskopes zu berechnen.
US 2005/0117207 AI zeigt ein Operationsmikroskop mit einem mehrteiligen gelenkigen Arm und einer Steuerung, die die
Fokusregion unabhängig von der Armbewegung weitgehend konstant hält. Mittels Winkelsensoren werden auch hier die Lagen der Gelenke ermittelt und die Position des Mikroskopes zu
ermitteln .
In der JP-2001059599-A2 und der JP-2010102344-A2 wird ein Schwenkarmstativ für Digitalmikroskope beschrieben, das einen um eine horizontale Drehachse schwenkbaren Schwenkarm enthält. Der Schwenkarm enthält eine obere Fokussiereinheit, die sich zur Voreinstellung entlang einer Säule grob in der Höhe verschieben und über ein Handrad klemmen lässt. Parallel zur o. g. einfachen Säulenführung lässt sich ein Träger für eine Zoomkörper-Objektiv-Kombination zur Fokussierung feiner positionieren. Die vorgenannten Angaben beziehen sich auf die Senkrechteinstellung des Schwenkarms, d. h. bei um die
Drehachse geschwenktem Schwenkarm finden die
Fokussierbewegungen unter dem entsprechenden Schwenkwinkel statt. Zur Vermeidung von einem störenden Versatz muss der Benutzer drei Rändelschrauben so einstellen, dass sich die optische Achse mit der real wirksamen Drehachse schneidet. Für hinsichtlich solcher Justierprozesse ungeübte Benutzer ist es extrem schwierig, diese Justierung schnell und hinreichend genau durchzuführen. Das Lösen einer Rändelschraube erfordert dabei das Anziehen von mindestens einer der beiden anderen Rändelschrauben und die tatsächliche Einstellrichtung, die sich aus dem Anziehprozess ergibt, stimmt meistens nicht mit der gewünschten Einstellrichtung überein. Die Anordnung ist außerdem relativ teuer und schwächt die Steifigkeit des
Gesamtsystems erheblich, weshalb die Kamerabilder besonders während und direkt nach der Betätigung der Rändelschrauben zum Schwingen neigen, was den Justierprozess zusätzlich erschwert. Die Einstellungen können leicht verloren gehen, wenn die
Rändelschrauben versehentlich berührt oder mit der
Feststellschraube verwechselt werden.
Die JP 2013-072996 beschreibt ein Mikroskopsystem mit dem es möglich ist, eine Deplatzierung und Fokusverschiebung eines Beobachtungspunktes zu korrigieren. In einer Speichereinheit werden dazu Statusinformationen über Zustände gespeichert, in denen die Fokuseinstellung mit der Rotationsachse des
Schwenkstativs übereinstimmt. Diese Zustände können später definiert angefahren werden. Problematisch hierbei ist, dass für jeden nicht gespeicherten Zustand erneut aufwändige
Kalibriervorgänge erforderlich sind, so dass ein Ausgleich der durch die Schwenkwinkeländerung hervorgerufenen Abweichungen nicht über den gesamten Schwenkwinkelbereich möglich ist.
Im Allgemeinen gestaltet sich die Kalibrierung aufwändig, weil aufgrund von Herstellungstoleranzen bereits Achsstände und Achslagen je nach Gerät variieren können.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Digitalmikroskop mit einem Schwenkstativ und ein Verfahren zu dessen
Kalibrierung bereitzustellen. Dabei soll das Digitalmikroskop so kalibriert werden, dass sich eine auch für ungeübte
Benutzer leicht verständliche und einfach durchführbare
Handhabung des Systems ergibt, wobei eine schnelle
Bereitstellung einer fokussierten und gegenüber der
Senkrechteinstellung im Bild seitlich nicht versetzten
Abbildung eines Objektdetails für jeden beliebigen Schwenkwinkel gewährleistet sein soll. Dies soll auch im automatischen Betrieb möglich sein.
Die Aufgabe wird mit einem Digitalmikroskop mit den Merkmalen des Anspruchs 1, durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 7 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst.
Das Digitalmikroskop umfasst zunächst in bekannter Weise eine optische Einheit, welche zumindest ein Objektiv und eine
Bildverarbeitungseinheit umfasst. Eine Längsachse des
Objektivs bildet eine optische Achse (Z-Achse) .
Ein Schwenkstativ weist einen um eine Schwenkachse (Y-Achse) schwenkbaren Schwenkarm auf, an dem ein Träger zur Aufnahme der optischen Einheit vorzugsweise motorisiert
längsverschiebbar angeordnet ist.
Ein Objekttisch ist in mindestens zwei idealerweise senkrecht zueinander stehenden Achsen vorzugsweise motorisiert
verstellbar, wobei eine durch diese Achsen aufgespannte
Objekttischebene parallel oder nahezu parallel zur
Schwenkachse (Y-Achse) ausgerichtet ist.
Objekttisch und Schwenkstativ sind vorzugsweise an einer Basis angeordnet .
Das Digitalmikroskop weist weiterhin eine Steuereinheit zur Steuerung von optischer Einheit, Schwenkstativ und Objekttisch auf .
Erfindungsgemäß umfasst das Schwenkstativ einen Winkelsensor zur Ermittlung eines aktuellen Schwenkwinkels des Schwenkarms. Unter Verwendung des ermittelten Schwenkwinkels wird in der Steuereinheit ggf. eine Fokusnachführung und eine
Obj ekttischnachführung ermittelt, um bei einer
Schwenkwinkelbetätigung den Fokus und die Objekttischposition entsprechend zu korrigieren.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Kalibrierung eines ein Schwenkstativ aufweisendes Digitalmikroskopes umfasst die Schritte
Einstellen eines ersten Schwenkwinkels des Schwenkarms; Fokussieren einer auf dem Objekttisch platzierten
Kalibriermarkierung durch Verschieben des Trägers entlang der optischen Achse (OA) oder des Objekttisches in
vertikaler Richtung;
Zentrieren der Kalibriermarkierung mit der optischen Achse durch Verschieben des Objekttisches entlang zweier zur optischen Achse (OA) in der aufrechten Stellung des
Schwenkarms (07) senkrechten Achsen (X, Y) ;
Erfassen und Speichern aller ersten Achspositionen des Objekttisches und des Trägers sowie des ersten
Schwenkwinkels ;
Schwenken des Schwenkarms in einen zweiten Schwenkwinkel; zweites Fokussieren der Kalibriermarkierung;
zweites Zentrieren der Kalibriermarkierung;
Erfassen und Speichern aller zweiten Achspositionen des
Objekttisches und des Trägers sowie des zweiten
Schwenkwinkels ;
Ermitteln einer relativen Fokusdifferenz dF und einer relativen Schwenkachsendifferenz dx aus den ersten und zweiten Achspositionen;
Bestimmen einer vom Schwenkwinkel abhängigen Funktion zur Ansteuerung einer Steuereinheit des Digitalmikroskopes zum Zweck der Korrektur der relativen Fokusdifferenz und der relativen Schwenkachsendifferenz . Die im Kalibrierverfahren ermittelten Differenzen werden gespeichert und zur Bestimmung einer winkelabhängigen
Abweichung von Fokus und Zentrierposition verwendet, welche im Mikroskopbetrieb zur automatischen Fokus- und
Bildmittennachführung bei Betätigung des Schwenkarms dient.
Dieses Kalibrierverfahren wird vorzugsweise ab Werk
durchgeführt, so dass ein Endkunde ein bereits kalibriertes Gerät erhält.
Wahlweise sind kundenseitig weitere Kalibriervorgänge möglich.
Die Vorteile der Erfindung sind insbesondere darin zu sehen, dass sich ein Teil des kostengünstigen Kalibrierverfahrens bereits werksseitig durchführen lässt, so dass sich für den Benutzer ein gegenüber dem Stand der Technik extrem
reduzierter Einstell- und Justieraufwand ergibt. Insbesondere ist es möglich, den Schwenkwinkel des Schwenkarms eines
Schwenkstativs für Digitalmikroskope stufenlos zu variieren, ohne dass sich dabei das beobachtete Objektdetail hinsichtlich der Bildschärfe oder der im Bild angezeigten Position ändert. Vorteilhaferweise werden Objektkoordinaten als
Relativkoordinaten angezeigt, die sich bei einer automatischen Fokus- und Bildmittennachführung nicht ändern.
Dabei wird die Lage der Schwenkachse relativ zum beobachteten Objektdetail als unbekannt vorausgesetzt. Die zum Schwenken nutzbare Objekthöhe lässt sich gegenüber dem Stand der Technik vergrößern .
Das Schwenkstativ ist zudem stabiler und kostengünstiger herstellbar, da auf zusätzliche Justierstellen und/oder eine engere Tolerierung aller für die Schwenkfunktion relevanten Bauteile verzichtet werden kann. Aufgrund der Substitution durch das erfindungsgemäße Kalibrierverfahren braucht der Benutzer nur einen ebenfalls vereinfachten Einrichtvorgang durchführen. Das ermöglicht die Bedienung auch für hinsichtlich von Justierprozessen ungeübte Benutzer und verkürzt den Zeitaufwand bis zur Bereitstellung einer abweichungsminimierten Schwenkfunktion drastisch.
Durch die zusätzliche Berücksichtigung von Arbeitsschritten, die bei der üblichen Nutzung von Digitalmikroskopen sowieso durchgeführt werden müssen, lässt sich der Zeitbedarf vom Einschalten des Systems bis zur Nutzung einer
abweichungsminimierten Schwenkfunktion gegenüber dem Stand der Technik deutlich minimieren.
Prinzipiell braucht die Objektebene bzw. das anfokussierte Objektdetail nicht in der Höhe der real wirksamen Drehachse liegen. Das Verfahren ist somit im Gegensatz zum Stand der Technik nicht auf Objekthöhen beschränkt, die nicht größer sein dürfen, als der nutzbare Führungsweg der unteren Z- Führung unterhalb der real wirksamen Drehachse. Dadurch lässt sich ggf. sogar eine der beiden Z-Führungen incl . Ansteuerung einsparen, sofern die Verfahrbereiche der X-Achse und der verbliebenen Z-Achse hinreichend groß dimensioniert werden.
Gegenüber dem Stand der Technik bedeuten die mit dem
erfindungsgemäßen Verfahren erreichbaren Kosteneinsparungen und Vereinfachungen der Bedienung bei schneller verfügbaren Ergebnissen eine signifikante Optimierung der Ausrichtung des Produktes auf die Zielgruppe.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Digitalmikroskopes ist der Winkelsensor mit mittels zwei Inertialsensoren
(Beschleunigungs- bzw. Lagesensoren) realisiert, die jeweils (bezogen auf die Schwenkfunktion) auf einer Platine im
ortsfesten Stativ und im bewegten Teil (in der Optical Engine bzw. im Zoomkörper) angeordnet sind. Eine Senkrechteinstellung des Schwenkarms ist durch eine spürbare Rast gekennzeichnet. In dieser Raststellung ist der Winkelwert des Inertialsensors des bewegten Teils im Rahmen einer einmaligen Kalibrierung auf den Winkelwert des Inertialsensors des Stativs zu setzen, so dass sich für die Raststellung ein Differenzwinkel von 0°
(NULL) ergibt. Der Schwenkwinkel wird also aus diesem
Differenzwinkel ermittelt. Das hat den Vorteil, dass sich diese kostengünstigen Sensoren auch bei schräg stehendem
Stativ mit vertretbarem Restfehler benutzen lassen.
Der Winkelsensor kann selbstverständlich auf andere Arten gestaltet sein, beispielsweise sind optoelektronische, magnetische und elektrisch arbeitende Winkelgeber geeignet.
Vorzugsweise sind der Träger und der Objekttisch motorisiert verfahrbar. Alternativ kann auch auf den elektrischen Antrieb verzichtet werden, sofern eine Codierung der Achsantriebe vorgesehen ist. Diese Codierung ist dann auch nur in
mindestens einer zum Fokussieren vorgesehen Achse und der X- Achse des Objekttisches erforderlich, die jeweils für den Korrekturvorgang vorgesehen sind (obere, untere oder beide Z- Achsen) , wobei die Einstellung zur Kompensation der
Abweichungen aufgrund der dann fehlenden Motorisierung nicht mehr automatisch erfolgen kann, sondern vom Benutzer auf Basis der dann als Zielvorgabe anzuzeigenden X- und Z-Koordinaten vorzunehmen ist.
Vorteilhaft ist ein Übergang auf anzuzeigende
Objektkoordinaten, da die ausschließlich durch die aktuelle Systemumgebung bedingten Abweichungen für den Benutzer nicht relevant sind, sofern sie vom System automatisch korrigiert werden. Somit bleiben nach einer Änderung des Schwenkwinkels nicht nur die im Bild sichtbare Position und Schärfe des anfokussierten Objektdetails erhalten, sondern auch alle angezeigten XYZ-Koordinaten .
Sofern eine obere und eine untere codierte oder motorisierte Z-Achse vorhanden ist, lässt sich dabei auch eine Objekthöhe direkt ablesen. Vorzugsweise wird hierzu die Objektebene über die obere Z-Führung in der Höhe bzw. Z-Position der real wirksamen Drehachse positioniert, wobei die Koordinatenanzeige für die obere Z-Führung den Wert NULL anzeigt. Dann ist die Objekthöhe direkt über die Koordinatenanzeige für die untere Z-Führung ablesbar, was dem Benutzer durch einen entsprechend mit den Koordinaten angezeigten Kommentar mitgeteilt werden kann .
Die Erfassung der Daten zur Fokusnachführung für den
automatischen Korrekturvorgang sollte vorzugsweise in einem Zustand erfolgen, in dem sich die Objektebene in der Näher der Schwenkachse befindet, da die Abweichungen dann kleiner werden und entsprechend kleinere Verfahrwege zur Kompensation der Abweichungen erforderlich sind, was diese schneller macht. Trotzdem ist es sehr vorteilhaft, dass die bisher durch den Führungsweg der unteren Z-Führung beschränkte nutzbare
Objekthöhe für die Schwenkbewegung erfindungsgemäß vergrößert werden kann, so dass eine Schwenkbewegung auch für Objekthöhen unterstützt wird, die größer sind als der Führungsweg der unteren Z-Führung.
Im Hinblick auf eine angestrebte Kostenreduzierung ist es aufgrund der sogar bei größeren Abweichungen zwischen der idealen Schwenkachse und der Schwenkachse realisierbaren
Funktionsfähigkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens möglich, das Schwenkstativ nur mit einer einzigen Z-Führung
auszustatten, bzw. auf die zweite Z-Führung zu verzichten. Dann müsste die motorisierte X-Achse des motorisierten XY- Tischs und die verbleibende Z-Führung zur Korrektur zwar größere Verfahrwege zurücklegen, allerdings ergäbe sich insgesamt eine deutliche Kosteneinsparung, zumal sich dadurch auch der Aufwand für die Elektronik bzw. die Ansteuerung der entsprechenden Z-Achse reduzieren lässt. Dabei ist es
prinzipiell möglich die obere oder die untere Z-Führung entfallen zu lassen. Bei Nutzung einer oberen Z-Führung und fehlender unterer Z-Führung ergibt sich eine insgesamt
stabilere Anordnung und das Objekt braucht nicht in der Höhe bewegt werden.
Das Objektdetail ist vorzugsweise als Kreuz ausgeführt. Die Schenkel des Kreuzes in X-Richtung sind dabei vorzugsweise hinreichend lang für alle praktisch vorkommenden Abweichungen.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist in den
Figuren dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1: eine Vorderansicht eines erfindungsgemäßen
Digitalmikroskops mit einem Schwenkstativ in aufrechter Position eines Schwenkarms;
Fig. 2: eine Seitenansicht des in Fig. 1 gezeigten
Digitalmikroskopes ;
Fig. 3: eine Vorderansicht des in Fig. 1 gezeigten
Digitalmikroskopes mit einem geneigten Schwenkarm ohne Kalibrierung;
Fig. 4: eine vektorielle Darstellung der geometrischen
Zusammenhänge in einem erfindungsgemäßen
Digitalmikroskop nach einem Schwenkvorgang; g. 5: eine Vorderansicht des in Fig. 1 gezeigten
Digitalmikroskopes mit einem geneigten Schwenkarm unc korrigiertem Fokus; eine Vorderansicht des in Fig. 1 gezeigten Digitalmikroskopes mit einem geneigten Schwenkarm, korrigiertem Fokus und korrigiertem Bildzentrum; eine Vorderansicht des in Fig. 1 gezeigten Digitalmikroskopes mit einem aufrechten Schwenkarm vor der Erfassung der erforderlichen Kalibrierdaten
Fig. 8: einen Zustand des Digitalmikroskops mit einem auf die
Höhe der Schwenkachse ausgerichteten Objekttisch;
Fig. 9: das Digitalmikroskop mit einer erweiterten nutzbaren
Objekthöhe mit aufrechtem Schwenkarm;
Fig. 10: das Digitalmikroskop mit einer erweiterten nutzbaren
Objekthöhe mit geneigtem Schwenkarm;
Fig. 11: Schritte eines Erstkalibriervorganges ;
Fig. 12: Schritte eines kundenseitigen Verfahrens zur Nutzung der Schwenkfunktion;
Fig. 13: Schritte eines kundenseitigen Einrichtvorgangs des
Digitalmikroskopes ;
Fig. 14: Schritte eines automatischen Korrekturvorgangs bei einer Schwenkarmbetätigung. Die Figuren 1 bis 3 zeigen ein Digitalmikroskop mit einem Schwenkstativ in verschiedenen Ansichten und mit verschieden geneigtem Einstellungen eines Schwenkstatives.
Die Figur 1 enthält eine Darstellung der vom Benutzer aus gesehenen Vorderansicht des Digitalmikroskops mit einem
Schwenkstativ Ol. Fig. 2 zeigt eine Seitenansicht von links zum Schwenkstativ Ol.
Zur Orientierung wird ein räumliches Koordinatensystem eingeführt, welches von der Darstellungsebene der Fig. 1 aus gesehen eine positiv nach rechts weisende X-Achse, eine positiv in die Bildebene hinein weisende Y-Achse und eine positiv nach oben weisenden Z-Achse umfasst.
Das Schwenkstativ Ol umfasst einen Stativfuß 02, auf dem ein Lagerbock 03 montiert ist, in dem eine Lagerung für einen um eine Schwenkachse 04 schwenkbaren Gelenkteil 06 mit einem daran fest angeordnetem Schwenkarm 07 integriert ist. Am Schwenkarm 07 ist eine vorzugsweise motorisierte obere Z- Führung 08 angeordnet, über die ein Träger 09, der eine optische Einheit 11 aufnimmt, in der Z-Position relativ zu einer Referenzposition ZRo verstellt werden kann. Die
Referenzposition ZRo der (motorisierten) oberen Z-Führung 08 wird relativ zur Schwenkachse 04 angegeben und entsteht durch die definierte Positionsanfahrt über eine geeignete
Sensoreinrichtung während des Initialisierungsprozesses der (motorisierten) oberen Z-Führung 08. Diese Sensoreinrichtung wird beispielsweise gebildet durch eine bei der Z-Bewegung mitbewegte Schaltfahne und einen ortsfest angebrachten
Gabelkoppler (eine Lichtschranke) , der die Z-Bewegung während des Initialisierungsprozesses stoppt, sobald sich der
Schaltzustand des Gabelkopplers durch die in den Gabelkoppler hineinbewegte Schaltfahne ändert. Alternativ lassen sich auch andere technische Lösungen, die dem Fachmann bekannt sind und eine hinreichend gute Reproduzierbarkeit bieten, als
Sensoreinrichtung verwenden. Beispielsweise lässt sich auch ein Hall-Sensor und ein Magnet einsetzen, der Hall-Sensor ersetzt dann den Gabelkoppler und der Magnet die Schaltfahne. Die mit der Sensoreinrichtung erreichbare Reproduzierbarkeit als maximale Abweichung von der tatsächlichen Referenzposition ist um Größenordnungen kleiner, als durch Justierprozesse oder typische Fertigungsungenauigkeiten bei einer kostenoptimierten Fertigung sicherzustellen wäre.
Bei einer hinreichend genauen (motorisierten) oberen Z-Führung 08, wie sie an Digitalmikroskopen vorausgesetzt werden kann, weisen somit auch die Z-Positionen relativ zur
Referenzposition ZRo nur entsprechend geringe Abweichungen auf.
In den Figuren 1 und 2 ist beispielhaft eine erste Z-Position Z0i der Trägers 09 relativ zur Referenzposition ZRo für die über die (motorisierte) obere Z-Führung 08 bewegbaren Teile dargestellt, wobei der Träger 09 die optische Einheit 11 aufnimmt, welche ein Zoomsystem, eine integrierte Beleuchtung und Kamera (nicht dargestellt), sowie ein Objektiv 12 umfasst.
Die erste Z-Position Z0i ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Objektdetail 13, das sich an einer Oberseite eines Objektes 14 befindet, in der Senkrechtstellung des Schwenkarms 07 auf einem nicht dargestellten Bildsensor scharf abgebildet wird, wobei die Z-Koordinaten des Objektdetails 13 und der
Schwenkachse 04 nicht identisch sind.
Am Stativfuß 02 ist eine vorzugsweise motorisierte untere Z- Führung 16 angebracht, wobei die motorisierte untere Z-Führung 16 auch alternativ am Lagerbock 03 angebracht sein könnte. Die Rückseite des Schwenkstativs Ol wird vorzugsweise durch eine Abdeckhaube 17 abgedeckt.
An der hinsichtlich der Z-Position relativ zu einer
Referenzposition ZRu (siehe Fig. 3) variierbaren
(motorisierten) unteren Z-Führung 16 ist ein vorzugsweise motorisierter Objekttisch 18 angeordnet, der eine Tischplatte 19 beinhaltet, in die eine Auflicht-Einlegeplatte 20, deren Oberfläche 21 als Objektauflage dient, integriert ist. Über den (motorisierten) Objekttisch 18 lässt sich eine X-Position des Objektdetails 13 relativ zu einer Referenzposition XR und die Y-Position des Objektdetails 13 relativ zu einer
Referenzposition YR variieren. Für die Referenzpositionen ZRu, XR und YR gelten die vorstehenden Ausführungen zur
Referenzposition ZRo analog, d.h., auch hier sind die maximalen Reproduzierbarkeitsabweichungen hinreichend klein.
Gemäß der Figuren 1 und 2 ist an der (motorisierten) unteren Z-Führung 16 eine dritte Z-Position ZU3 <0 relativ zur
Referenzposition ZRu eingestellt, in der die Z-Position des Objektdetails 13 nicht identisch ist mit der Z-Position der Schwenkachse 04 (ZRu und ZU3 sind in Fig. 3 dargestellt) .
Gemäß der Figuren 1 und 2 ist an der X-Achse des
(motorisierten) Objekttischs 18 eine erste X-Position X i > 0 relativ zur Referenzposition XR eingestellt, bei der sich bei senkrechter Ausrichtung des Schwenkarms 07 das zum gesamten Verfahrbereich des Objekttischs 18 in der X-Richtung mittig positionierte Objektdetail 13 des auf die Oberfläche 21 der Auflicht-Einlegeplatte 20 aufgelegten Objektes 14 in der
Bildmitte befinden soll.
Praktisch treten gemäß Figur 1 durch unterschiedliche X- Koordinaten zwischen dem Objektdetail 13, das sich in der Bildmitte befinden soll, und der Schwenkachse 04 Abweichungen auf .
An der Y-Achse des (motorisierten) Objekttischs 18 ist eine erste Y-Position Y i > 0 relativ zur Referenzposition YR
eingestellt, bei der sich bei senkrechter Ausrichtung des Schwenkarms 07 das zum gesamten Verfahrbereich des
Objekttischs 18 in der Y-Richtung mittig positionierte
Objektdetail 13 des auf die Oberfläche 21 der Auflicht- Einlegeplatte 20 aufgelegten Objektes 14 in der Bildmitte befinden soll. Da die auch hier praktisch auftretenden
Abweichungen für die erfindungsgemäße Betrachtung nicht relevant sind, wurden die Abweichungen in Figur 2 nicht dargestellt, nur deshalb gilt gemäß Figur 2 : Y1 = - YR .
Die Figuren 1 und 2 zeigen das Schwenkstativ 01 im
fokussierten Zustand, d. h. die Oberseite des auf die
Oberfläche 21 der Auflicht-Einlegeplatte 20 aufgelegten
Objektes 14 befindet sich in einer Objektebene des abbildenden Systems, wobei die Oberseite auch das Objektdetail 13 enthält und eine Abgleichlänge aL den Abstand einer Stirnfläche 22 des Objektivs 12 relativ zur Objektebene im fokussierten Zustand beschreibt. Das Objekt 14 weist bis zur anzufokussierenden Oberseite, bzw. dem Objektdeteil 13 eine Höhe h auf.
Die Schwenkarmbewegung wird durch eine hier nicht weiter dargestellte, um die Schwenkachse 04 angeordnete, High Torque- Magnetbremse blockiert. Die Blockierung kann für die Dauer des Tastendrucks eines Tasters 23 gemäß Figur 1 über das Lösen der High Torque-Magnetbremse aufgehoben werden. Durch einen ergonomisch geformten Bereich 24 mit einer GriffOberfläche 25 am oberen Ende des Schwenkarms 07 lässt sich ein Schwenkwinkel somit schnell und stufenlos einstellen, wobei sich die am häufigsten benutzte senkrechte Ausrichtung des Schwenkarms 07 über eine beim Schwenkvorgang deutlich spürbare Rastanordnung leicht sicherstellen bzw. mit hinreichend guter Genauigkeit reproduzieren lässt. In den Figuren 1 und 2 ist der aktuell wirksame Schwenkwinkel w=0°.
Da der Fokussiervorgang prinzipiell sowohl über die
(motorisierte) obere Z-Führung 08 als auch über die
(motorisierte) untere Z-Führung 16 durchführbar ist, kann die
Z-Koordinate der Schwenkachse 04 relativ zur Z-Koordinate der des Objektdetails 13 abweichen, obwohl sich das Objektdetail
13 in der Objektebene befindet.
Figur 3 zeigt das Digitalmikroskop gemäß Fig. 1 mit einem um einen Winkel w2 geschwenkten Schwenkarm 07. Figur 4 zeigt dazu eine vektorielle Darstellung der geometrischen Zusammenhänge zwischen einer idealen Schwenkachse 26 und der Schwenkachse 04 im erfindungsgemäßen Kalibrierbetrieb. Nachfolgend sind
Vektoren mit einem Überstrich gekennzeichnet, die Beträge der Vektoren tragen dieselben Bezeichnungen wie die Vektoren, jedoch ohne Überstrich.
Im Gegensatz zur üblichen mathematischen Betrachtungsweise enthalten die Beträge hier aber ein Vorzeichen, das die
Richtungsinformation relativ zur Darstellung enthält. Ein negatives Vorzeichen einer solchen eindimensionalen Größe im Berechnungsweg entspricht in Figur 4 dem Vertauschen des
Start- und des Endpunktes des entsprechenden Vektors. In Figur 4 werden Vektoren nur durch Pfeile symbolisiert. Die
Bezeichnungen entsprechen den Bezeichnungen aus den Figuren 1 und 3. Die neu hinzu gekommenen Bezugszeichen werden
nachfolgend beschrieben.
Die Lage der Schwenkachse 04 relativ zur idealen Schwenkachse 26 bzw. dem Objektdetail 13 wird durch den Vektor MI beschrieben. Dieser Vektor lässt sich auch in die parallel zu den Koordinatenachsen angeordneten Vektoren MIX und MIZ zerlegen, wobei der Vektor MIZ im Punkt MAZ endet und der Vektor MIX im Punkt MAZ beginnt. Die in Figur 4 nicht
dargestellte Abgleichlänge aL zwischen der Objektebene und der Stirnfläche 22 des Objektivs 12 in der Senkrechteinstellung des Schwenkarms 07 lässt sich durch einen entsprechenden Vektor AL beschreiben, der in Figur 4 aus Übersichtsgründen aber ebenfalls nicht dargestellt ist. Der Vektor AL lässt sich zerlegen in den Vektor MIZ und den Vektor A.
Durch das Schwenken des Schwenkarms 07 um den Winkel w2 rotieren die Vektoren entsprechend um die Schwenkachse 04. Dabei entsteht aus dem Vektor MIX der Vektor MIX aus dem Vektor MIZ der Vektor MIZ aus dem Vektor A der Vektor A aus dem Vektor AL der Vektor AL λ und aus dem Punkt MAZ der Punkt MAZ λ . Außerdem wird auch die Objektebene OE um die Schwenkachse 04 geschwenkt, so dass sich daraus eine
geschwenkte Objektebene OE λ ergibt. Die Vektoren ΜΙΖλ und Αλ liegen auf der geschwenkten optischen Achse ΟΑλ. Am
Durchstoßpunkt 27 der geschwenkten optischen Achse ΟΑλ durch die geschwenkte Objektebene OE λ endet der Vektor dF, der ein Maß für die Defokussierung ist und der bei dem seitlich versetzten Objektdetail OD λ beginnt.
Gemäß Figur 4 und der vorstehenden Beschreibung zu Figur 4 gilt somit:
A = A'
AL = AL'
MIX = MIX'
MIZ = MIZ'
A=~ÄL- ~MIZ
A~' = ~ÄT - MIZ'
MIX + MIZ = dx + dF + MIZ' + MIX' /-MIZ * sin(w2) + V MIZ * cos(w2) , nach Umformung ergibt sich daraus: sin(w2)
MIX = 0,5 * dx - 0,5 * dF *
1— cos(w2)
sin(w2)
MIZ = -0,5 * dF + 0,5 * dx *
1— cos(w2)
Mit diesen vorzeichenbehafteten eindimensionalen Größen MIX und MIZ wird die Lage der Schwenkachse 04 relativ zur idealen Schwenkachse 26 abhängig vom Schwenkwinkel w2 eindeutig beschrieben und kann nach der Berechnung und Speicherung dieser Größen MIX und MIZ in der Steuereinheit, die
beispielsweise in der Bedien- und Anzeigeeinheit integriert sein kann, somit als bekannt vorausgesetzt werden. Alle errechneten Daten lassen sich in der Steuereinheit speichern und bei Bedarf weiter nutzen.
Die Figuren 5 und 6 zeigen Darstellungen der Vorderansicht des um den Schwenkwinkel w2 geschwenkten Schwenkarms 07 unter Anwendung des erfindungsgemäßen Kalibrierverfahrens. Die
Bezeichnungen entsprechen den Bezeichnungen aus der Figur 1.
Im Unterschied zur Darstellung gemäß Fig. 3 wurde der
Defokussierabstand dF durch das Verfahren der motorisierten oberen Z-Führung 08 in die Z-Position Zo2 relativ zur
Referenzposition ZRo ausgeglichen. Aus der Differenz zwischen der noch nicht nachfokussierten Z-Position Zol nach dem
Schwenken und der nachfokussierten Position Zo2 lässt sich der Defokussierabstand dF als vorzeichenbehaftete eindimensionale Größe leicht ermitteln, es gilt dF = Zol - Zo2. In Figur 6 ist dargestellt, wie der seitliche Objektversatz dx durch das Verfahren des motorisierten Objekttischs 18 in der X-Richtung in die X-Position X2 relativ zur Referenzposition XR korrigiert worden ist. Aus der Differenz zwischen der noch nicht korrigierten X-Position XI und der korrigierten Position X2 lässt sich der Bildmittenabstand dx als vorzeichenbehaftete eindimensionale Größe leicht ermitteln, es gilt dx = XI - X2.
Aus den vorzeichenbehafteten eindimensionalen Größen dF und dx unter Berücksichtigung des Schwenkwinkels w2 lassen sich gemäß des vorstehenden Berechnungsschemas die ebenfalls
vorzeichenbehafteten eindimensionalen Größen MIX und MIZ ermitteln. Mit den vorliegenden vorzeichenbehafteten
eindimensionalen Größen MIX und MIZ ist die Lage der
Schwenkachse 04 relativ zur idealen Schwenkachse 26
vollständig beschrieben.
Im erfindungsgemäßen Korrekturbetrieb ist es möglich, auf Basis einer weiteren Umrechnung der bisher errechneten Größen den seitlichen Objektversatz dx und den Defokussierabstand dF für jeden beliebigen Schwenkwinkel zu kompensieren. Hierzu werden abhängig vom aktuell wirksamen Schwenkwinkel wK im Korrekturbetrieb die Größen dxK und dFK in der
Steuereinrichtung berechnet, die dem Objektversatz und dem Defokussierabstand entgegenwirken. Die für einen beliebigen Schwenkwinkel jeweils gültigen Korrekturgrößen wK, dxK und dFK sind in den Figuren nicht dargestellt.
Aus den Beziehungen zur Ermittlung der vorzeichenbehafteten Größen MIX und MIZ gemäß Figur 4 lassen sich nach Umformung analog die ebenfalls vorzeichenbehafteten Größen dxK und dFK für den erfindungsgemäßen Korrekturbetrieb ermitteln, es gelten die folgenden Zusammenhänge: cos(wK) — 1
dxK = MIX * + MIZ * tan(w/T)
cos(w/T)
1— cos(w/T)
dFK = MIZ * - MIX * tan(wK)
cos(w/T)
Aus dem Zusammenhang
XK = XI - dxK
ergibt sich eine X-Position XK der X-Achse des (motorisierten) Objekttisches 18 relativ zur Referenzposition XR, bei der sich ein bei senkrechter Ausrichtung des Schwenkarms 07 mittig zum gesamten Verfahrbereich des Objekttisches 18 in der X-Richtung auf die Oberfläche 21 der Auflicht-Einlegeplatte 20
aufgelegtes Objekt 14 mit einem Objektdetail 13 nach dem
Schwenken des Schwenkarms 07 um den Schwenkwinkel wK im
erfindungsgemäßen Korrekturbetrieb wieder in der Bildmitte befindet .
Aus dem Zusammenhang
ZoK = Zol - dFK
ergibt sich eine Z-Position ZoK der (motorisierten) oberen Z- Führung 08 relativ zur Referenzposition ZRo, bei der das
Objektdetail 13 bei um den Schwenkwinkel wK geschwenktem
Schwenkarm 07 im erfindungsgemäßen Korrekturbetrieb scharf abgebildet wird.
Abhängig vom aktuell wirksamen Schwenkwinkel wK im
erfindungsgemäßen Korrekturbetrieb werden der (motorisierte) Objekttisch 18 in die entsprechende X-Position XK relativ zur Referenzposition XR und die (motorisierte) obere Z-Führung 08 in die entsprechende Z-Position ZoK relativ zur
Referenzposition ZRo über die Steuereinrichtung automatisch positioniert, so dass das Objektdetail 13 bei jedem aktuell wirksamen Schwenkwinkel wK nach der erfindungsgemäßen Korrektur in der Bildmitte angeordnet ist und fokussiert abgebildet wird .
Bei einem erfindungsgemäßen Kalibriervorgang befindet sich vorzugsweise kein Objekt auf dem Objekttisch 18. Anfokussiert wird dabei eine Referenzmarke, die vorzugsweise Bestandteil der Oberfläche 21 der Auflicht-Einlegeplatte 20 oder der Oberseite der oberen Tischplatte 19 ist. Alternativ hierzu lässt sich auch ein spezielles Kalibrierobjekt benutzen, das die Referenzmarke enthält und das sich reproduzierbar auf die Oberfläche 21 der Auflicht-Einlegeplatte 20 auflegen lässt.
Fig. 7 zeigt den Ausgangszustand vor der Erfassung der erforderlichen Daten für die Kalibrierung. Ausgehend von einer prinzipiell beliebigen Z-Position Zul der (motorisierten) unteren Z-Führung 16 relativ zur Referenzposition ZRu wird das Objektdetail 13 vorzugsweise vom Benutzer über die
motorisierte obere Z-Führung 08 anfokussiert, so dass sich daraus eine vierte Z-Position Zo4 relativ zur Referenzposition ZRo ergibt. Alternativ hierzu lässt sich die Fokussierung über ein hier nicht näher erläutertes Autofokussystem automatisch durchführen .
Nun wird die erfindungsgemäße Ermittlung der Größe MIZ gemäß Figur 4 gestartet. Hierzu wird die vorstehend beschriebene Prozedur zur Kalibrierung durchgeführt und die Größen MIZ und MIX aus den Zusammenhängen
sin(w2)
MIX = 0,5 *dx- 0,5 *dF*
cos(w2)
sin(w2)
MIZ = -0,5 *dF + 0,5 * dx *
1— cos(w2) berechnet . Dann entspricht die Abweichung DZ des Objektdetails 13 relativ zur Schwenkachse 04 in der Z-Richtung, die zur Ermittlung der
Daten für eine automatische Fokusnachführung benutzt werden kann, dem negativen Wert von MIZ, d. h. es gelten folgende
Zusammenhänge :
DZ = -MIZ
Zui = DZ - ZRu < 0
Daraus ergibt sich
ZRu = -MIZ - Zui
Da die Referenzposition ZRu relativ zur Schwenkachse 04 angegeben wird, lassen sich alle anderen Z-Positionen der
(motorisierten) unteren Z-Führung 16, die relativ zu dieser Referenzposition ZRu angegeben werden, in Z-Positionen relativ zur Schwenkachse 04 umrechnen. Gemäß Figur 7 befindet sich das Objektdetail 13 um die nun bekannte Größe DZ < 0 zu weit unten, d. h. um den Betrag dieser Größe muss der
(motorisierte) Objekttisch 18 über die (motorisierte) untere Z-Führung 16 nach oben gefahren werden, damit das beobachtete Objektdetail 13 in der Höhe der Schwenkachse 04 angeordnet ist .
Figur 8 zeigt den Ausgangszustand nach der Erfassung der erforderlichen Daten gemäß der Beschreibung zu Figur 7 vor der automatischen Fokus- und Tischnachführung. Der Objekttisch 18 wurde über die untere Z-Führung 16 um den Betrag der Größe DZ nach oben gefahren, so dass das beobachtete Objektdetail 13 in der Höhe der Schwenkachse 04 angeordnet ist. Dabei ergibt sich eine zweite Z-Position Zu2 relativ zur Referenzposition ZRu der unteren Z-Führung 16.
Da das beobachtete Objektdetail 13 um den Betrag der Größe DZ nach oben bewegt worden ist, muss auch die Z-Position der (motorisierten) oberen Z-Führung 08 entsprechend nach oben bewegt werden, damit das Objektdetail 13 weiterhin in der Objektebene angeordnet ist. Gemäß Figur 8 ergibt sich dabei eine fünfte Z-Position Zo5 relativ zur Referenzposition ZRo der oberen Z-Führung 08. Damit ist auch die Fokusposition des bei der Kalibrierung benutzten Objektivs 12 für die Fokussierung auf das in der Höhe der Schwenkachse 04 positionierte
Objektdetail 13 eindeutig beschrieben.
Sofern die Lage der Schwenkachse 04 bereits einmal relativ zu einer idealen Schwenkachse 26, deren Koordinaten vollständig bekannt waren, ermittelt und gespeichert worden ist, lässt sich die Lage der Schwenkachse 04 aufgrund der gegebenen hinreichend guten absoluten Positioniergenauigkeit auch nach dem Aus- und Wiedereinschalten des Systems mit ausreichender Genauigkeit reproduzieren. Gemäß Figur 8 ist die Lage der Schwenkachse 04 mit der Z-Position ZRu eindeutig beschrieben, da diese Z-Referenzposition der motorisierten unteren Führung 16 die Lage der Oberfläche 21 der Auflicht-Einlegeplatte 20, die als Objektauflage dient, relativ zur Schwenkachse 04 beschreibt und für jedes Schwenkstativ 01 individuell konstant bleibt. Außerdem ist die Fokusposition des bei der
Kalibrierung benutzten Objektivs 12 für die Fokussierung auf das in der Höhe der Schwenkachse 04 positionierte Objektdetail 13 bekannt.
Werden verschiedene Objektivvarianten vorgesehen, lassen sich diese codieren, so dass das System das aktuell wirksame
Objektiv beim Einschalten des Systems und bei jedem weiteren Objektivwechsel erkennt und diese Information für weitere Aktionen nutzen kann. Dazu gehört auch der erfindungsgemäße automatische Korrekturvorgang, der gegenüber dem Stand der Technik einen erheblichen Zeitvorteil bringt. Hierzu wird vorzugsweise bereits werksseitig zu jedem Objektiv, das zu einem Digitalmikroskop-Exemplar mitgeliefert werden soll, die Fokusposition für die Fokussierung auf das in der Höhe der Schwenkachse 04 positionierte Objektdetail 13 angefahren und abgespeichert. Durch die Codierung der Objektive sind die gespeicherten Werte jeweils einem Objektiv eindeutig
zugeordnet .
Ausgehend vom Kalibrierprozess , der vorzugsweise bereits werksseitig durchgeführt wird, lassen sich die während des Kalibriervorgangs gewonnenen Daten für den erfindungsgemäßen automatischen Korrekturvorgang nutzen, der aus der nun
bekannten Lage der Schwenkachse 04 und dem aktuell verwendeten Objektiv die entsprechenden erforderlichen Korrekturen zum Ausgleich der durch die Schwenkbewegung hervorgerufenen
Abweichungen vollständig übernimmt und so dem Anwender einen erheblichen Zeitgewinn verschafft. Dieser Zeitgewinn lässt sich erfindungsgemäß noch weiter vergrößern, wenn das zu beobachtende Objektdetail 13 bereits in der Senkrechtstellung des Schwenkarms 07 automatisch in der Höhe der Schwenkachse 04 angeordnet wird.
Die Figuren 9 und 10 zeigen Darstellungen zur
erfindungsgemäßen Erweiterung der nutzbaren Objekthöhe H. Es ist sehr vorteilhaft, wenn sich die bisher durch den unterhalb der Schwenkachse 04 wirkenden Führungsweg der unteren Z- Führung 16 beschränkte nutzbare Objekthöhe für die
Schwenkbewegung vergrößern lässt, so dass eine Schwenkbewegung auch für Objekthöhen H unterstützt wird, die größer sind als der Führungsweg der unteren Z-Führung 16. Praktisch darf die ideale Schwenkachse 26 nämlich auch oberhalb der Schwenkachse 04 liegen, bei ganz nach unten gefahrener unterer
(motorisierter) Z-Führung 16 lassen sich entsprechend große Objekthöhen unterstützen. Bei einer Kollisionsgefahr kann eine Schwenkwinkelbegrenzung erfolgen . Figur 11 zeigt eine Darstellung der erfindungsgemäßen Kalibrierschritte Sl bis S18, die vorzugsweise werksseitig vor der Auslieferung des Digitalmikroskopsystems an den Kunden bzw. den Benutzer in einem Erstkalibriervorgang durchzuführen sind, um die kundenseitige Bedienung vereinfachen zu können und den Benutzer hinsichtlich des erforderlichen
Justieraufwands vor der Nutzung der Schwenkfunktion zu
entlasten. Selbstverständlich lässt sich der Kalibrierprozess auch kundenseitig durchführen, sofern die Benutzeroberfläche hierfür vorbereitet ist. Dann sollte die Bedienung dennoch auf eine werksseitige Kalibrierung ausgerichtet sein, so dass eine kundenseitig durchführbare Kalibrierung zur Minimierung von versehentlichen Aufrufen dieser Funktionalität nur indirekt aufrufbar ist.
Die Figuren 12 bis 14 zeigen Darstellungen der
erfindungsgemäßen Schritte, die bei der kundenseitigen Nutzung der Schwenkfunktion vorgesehen sind und auf einem bereits durchgeführten Erstkalibriervorgang gemäß Figur 11 und der vorangegangenen Beschreibung basieren.
Vorteilhafterweise erfolgen die Kalibrierprozesse über
menügesteuerte Abfragen. Eine automatische Korrektur kann über Nutzung des Tastersignals vorgesehen sein oder erst nach
Bestätigung durch den Nutzer vorgenommen werden.
Selbstverständlich sieht die Steuerung ein Zurücksetzen auf Werkseinstellungen vor.
Weiterhin ist eine einmalige Vorab-Bestimmung der
Abgleichlänge des benutzten Objektivs (vorteilhafte Zuordnung über Codierung der Objektive) und Nutzung der gespeicherten werksseitig eingestellten Default-Z-Position der motorisieren oberen Z-Achse zur automatischen Anfahrt des Objektdetails in die Schwenkachse möglich. Dies kann ggf. als Anwahl über eine Schaltfläche und/oder über Aktivierung des Tasters vorgesehen sein. Selbstverständlich können zum Anfokussieren auch
Autofokusfunktionalitäten des Digitalmikroskopsystems
verwendet werden.
Alle vorgenannten Ausführungen beziehen sich auf eine optische Achse (OA) des abbildenden Systems, über die ein darin und in der Objektebene angeordnetes Objektdetail (13) unabhängig von anderen Einflüssen stets in der Bildmitte abgebildet wird. Die verbleibenden Ungenauigkeiten des abbildenden Systems können aber praktisch dazu führen, dass es ein von der Bildmitte abweichendes Zoomzentrum gibt, das bei einer Änderung des Zoomfaktors im Bild ortsfest erhalten bleibt. Dies entspricht dann noch immer der Position der optischen Achse (OA) , d. h. die erfindungsgemäßen Kalibrier- und Korrekturvorgänge müssten sich dann auf dieses Zoomzentrum im Bild beziehen und nicht auf die Bildmitte. Das Objektdetail (13) müsste dann somit jeweils auf eine Zielmarkierung im Bild positioniert werden, die im Zoomzentrum und nicht in der Bildmitte angeordnet ist. Der Begriff "Zentrieren der Kalibriermarkierung mit der optischen Achse (OA) " schließt auch diesen Fall mit ein.
Selbstverständlich umfasst der Schutzbereich dieser Anmeldung auch die entsprechende Nutzung von Zielmarkierungen im Bild, die von der Bildmitte abweichen.
Bezugs zeichenliste
01 Schwenkstativ
02 Stativfuß
03 Lagerbock
04 Schwenkachse
05 -
06 Gelenkteil
07 Schwenkarm
08 obere Z-Führung
09 Träger
10 -
11 optische Einheit
12 Objektiv
13 Objektdetail
14 Objekt
15 -
16 untere Z-Führung
17 Abdeckhaube
18 Objekttisch
19 obere Tischplatte
20 Auflicht-Einlegeplatte
21 Oberfläche
22 Stirnfläche
23 Taster
24 Bereich
25 GriffOberfläche
26 ideale Schwenkachse
27 Durchstoßpunkt

Claims

Patentansprüche
1. Digitalmikroskop mit
einer optischen Einheit (11), welche zumindest ein Objektiv (12) und eine Bildverarbeitungseinheit umfasst, wobei eine Längsachse des Objektives eine optische Achse (OA) definiert;
einem Schwenkstativ mit einem, um eine Schwenkachse (04) schwenkbaren Schwenkarm (07), an dem ein Träger (09) zur Aufnahme der optischen Einheit (11) angeordnet ist ;
einem in mindestens zwei senkrecht zueinander stehenden Verschiebeachsen (X, Y) verstellbaren Objekttisch (18), wobei eine der Verschiebeachsen parallel mit der Schwenkachse (Y) ausgerichtet ist;
einer Steuereinheit zur Steuerung und Positionierung von optischer Einheit (11), Schwenkarm (07) und Objekttisch (18) ;
wobei der Träger (09) und/oder der Objekttisch (18) verschiebbar sind/ist;
dadurch gekennzeichnet, dass das Schwenkstativ einen
Winkelsensor zur Ermittlung eines aktuellen Schwenkwinkels des Schwenkarms (07) umfasst, wobei der aktuelle
Schwenkwinkel in der Steuereinheit verarbeitet wird, um eine automatische Fokusnachführung und/oder
Zentrumsnachführung bei Betätigen des Schwenkarms (07) aus zuführen .
2. Digitalmikroskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkelsensor zwei Intertialsensoren umfasst, die auf jeweils einer Platine relativ zueinander beweglich angeordnet sind.
Digitalmikroskop nach Anspruch 1 oder 2, dass der Träger (09) motorisiert in Richtung der optischen Achse (OA) verfahrbar ist.
Digitalmikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Objekttisch (18) motorisiert in vertikaler Richtung verfahrbar ist.
Digitalmikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwenkarm (07) in einer ersten Stellung mit einem Schwenkwinkel NULL rastend angeordnet ist.
Digitalmikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Schwenkstativ (01) eine High-Torque-Magnetbremse umfasst, mit der der Schwenkarm (07) in jeder beliebigen Schwenkstellung fixierbar ist.
7. Verfahren zur Kalibrierung einer Schwenkachse (4) und einer Bildmitte in einem Digitalmikroskop nach Anspruch 1, folgende Schritte umfassend:
Einstellen eines ersten Schwenkwinkels des Schwenkarms (07) ;
Fokussieren einer auf dem Objekttisch (18) platzierten Kalibriermarkierung durch Verschieben des Trägers (09) entlang der optischen Achse (OA) oder des Objekttisches (18) in vertikaler Richtung;
Zentrieren der Kalibriermarkierung mit der optischen Achse (OA) durch Verschieben des Objekttisches entlang zweier zur optischen Achse (OA) in der aufrechten
Stellung des Schwenkarms (07) senkrechten Achsen (X, Y) ;
Erfassen und Speichern aller ersten Achspositionen des Objekttisches (18) und des Trägers (09) sowie des ersten Schwenkwinkels;
Schwenken des Schwenkarms (07) in einen zweiten Schwenkwinkel (w2);
zweites Fokussieren der Kalibriermarkierung;
zweites Zentrieren der Kalibriermarkierung;
Erfassen und Speichern aller zweiten Achspositionen des
Objekttisches (18) und des Trägers (09) sowie des zweiten Schwenkwinkels (w2);
Ermitteln einer relativen Fokusdifferenz (dF) und einer relativen Schwenkachsendifferenz (dx) aus den ersten und zweiten Achspositionen;
Bestimmen einer vom Schwenkwinkel abhängigen Funktion zur Ansteuerung einer Steuereinheit des
Digitalmikroskopes zum Zweck der Korrektur der relativen Fokusdifferenz (dFK) und der relativen Schwenkachsendifferenz (dxK) ·
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Schwenkwinkel (w2) relativ zum ersten
Schwenkwinkel bestimmt wird, wobei der erste
Schwenkwinkel als Referenzstellung definiert ist.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit den Objekttisch (18) und/oder den Träger (09) ansteuert, um einen Koordinatenursprung eines aus der optischen Achse (OA) in der aufrechten Stellung des Schwenkarms (07) und den Verschiebachsen (X, Y) gebildeten rechtwinkligen Koordinatensystems derart zu verschieben, dass es mit der Position der
Kalibriermarkierung übereinstimmt .
10. Verfahren zur automatischen Fokusnachführung und
Bildmittennachführung in einem Digitalmikroskop mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bei Betätigung des Schwenkarms (07), bei dem ein Schenkwinkel des Schwenkarms (07) erfasst wird und ein Fokusabstand und eine
Bildmittenposition automatisch in Abhängigkeit von dem erfassten Schwenkwinkel eingestellt wird.
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Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101816886B1 (ko) 2014-10-22 2018-01-09 사회복지법인 삼성생명공익재단 호흡 유도 시스템 및 방법
US10514532B1 (en) 2015-09-27 2019-12-24 Caliber Imaging & Diagnostics, Inc. Confocal microscope having a positionable imaging head mounted on a boom stand
CN105511051B (zh) * 2016-01-18 2018-02-27 杭州瑞杰珑科技有限公司 一种快速对焦的折叠式助视器
JP6800698B2 (ja) * 2016-10-21 2020-12-16 株式会社キーエンス 拡大観察装置および拡大観察装置の制御方法
CN110268299A (zh) * 2016-11-12 2019-09-20 凯利博成像和诊断公司 带有可定位成像头的共焦显微镜
DE102017114562A1 (de) 2017-06-29 2019-01-03 Carl Zeiss Microscopy Gmbh Mikroskop und Verfahren zum Mikroskopieren einer Probe unter einem veränderbaren mechanischen Parameter
RU181208U1 (ru) * 2018-01-09 2018-07-06 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Башкирский государственный медицинский университет" Министерства здравоохранения Российской Федерации Устройство для цифровой микроскопии
EP3514594A1 (de) * 2018-01-19 2019-07-24 Leica Instruments (Singapore) Pte. Ltd. Verfahren zum automatisierten ausrichten eines stativs für ein mikroskop, stativ für ein mikroskop und mikroskopanordnung
EP3759540A4 (de) 2018-02-26 2022-03-16 Caliber Imaging & Diagnostics, Inc. System und verfahren zur makroskopischen und mikroskopischen abbildung von ex-vivo-gewebe
CN109681753B (zh) * 2019-02-01 2023-07-04 桂林智神信息技术股份有限公司 一种斜轴防碰撞手持稳定器
DE102020123562A1 (de) 2020-09-09 2022-03-10 Carl Zeiss Microscopy Gmbh Mikroskopiesystem und verfahren zum überprüfen einer mikroskopkalibrierung
DE102020124416A1 (de) * 2020-09-18 2022-03-24 Carl Zeiss Microscopy Gmbh Mikroskopiesystem, verfahren und computerprogramm zum ausrichten eines probenträgers
TWI759880B (zh) * 2020-09-25 2022-04-01 由田新技股份有限公司 多功能性半導體光學系統以及光學檢測方法
DE102020126549A1 (de) 2020-10-09 2022-04-14 Carl Zeiss Microscopy Gmbh Mikroskopiesystem und verfahren zur kalibrierungsüberprüfung
US20230057023A1 (en) * 2021-08-18 2023-02-23 Phoseon Technology, Inc. High Throughput Quantitative Microscopy System
DE102022102219A1 (de) 2022-01-31 2023-08-03 Carl Zeiss Microscopy Gmbh Mikroskopiesystem und Verfahren zum Bearbeiten von Übersichtsbildern

Family Cites Families (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3434116C2 (de) * 1984-09-17 1986-11-20 Fa. Carl Zeiss, 7920 Heidenheim Elektromagnetische Bremse
DE4213312A1 (de) * 1992-04-23 1993-10-28 Moeller J D Optik Operationsmikroskop
US5825536A (en) * 1994-09-12 1998-10-20 Olympus Optical Co., Ltd. Surgical microscope unit
EP0849053B1 (de) * 1996-12-16 2002-10-02 Kabushiki Kaisha Sankyo Seiki Seisakusho Verfahren und Steuerungsgerät zur Steuerung einer Krafthilfeeinrichtung
US6677565B1 (en) * 1998-08-18 2004-01-13 Veeco Tucson Inc. High speed autofocus and tilt for an optical imaging system
JP4648987B2 (ja) 1999-06-15 2011-03-09 株式会社キーエンス 拡大観察装置及び拡大観察方法
JP4473992B2 (ja) 1999-06-15 2010-06-02 株式会社キーエンス 拡大観察用のスタンド装置および拡大観察方法
GB0112392D0 (en) 2001-05-22 2001-07-11 Medical Res Council Optical imaging appartus and associated specimen support means
DE10224211B4 (de) 2002-05-31 2008-04-10 Möller-Wedel GmbH Trägersystem für Operationsmikroskope
DE10232242A1 (de) * 2002-07-17 2004-02-05 Leica Microsystems Semiconductor Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Rastern einer Probe mit einem optischen ab Bildungssystem
DE10232688B4 (de) * 2002-07-18 2006-03-16 Carl Zeiss Mundschalteranordnung und Mikroskop mit Mundschalteranordnung
JP2005013715A (ja) * 2003-06-05 2005-01-20 Olympus Corp 観察システム
US20050036674A1 (en) 2003-08-13 2005-02-17 Bar Ilan University Method and system for determining shape of an object from a planar top view thereof
DE10353961B4 (de) * 2003-11-19 2005-09-22 Carl Zeiss Mikroskopiesystem und Verfahren zum Steuern eines Mikroskopiesystems
JP4119828B2 (ja) * 2003-12-16 2008-07-16 オリンパス株式会社 光学部材検査装置による球面部の検査方法
US7268938B2 (en) * 2004-04-07 2007-09-11 Olympus Coporation In-vivo examination apparatus
JP4681834B2 (ja) * 2004-07-29 2011-05-11 オリンパス株式会社 生体観察装置
JP2006300553A (ja) * 2005-04-15 2006-11-02 Nikon Corp 検査装置
JP4436278B2 (ja) * 2005-05-31 2010-03-24 株式会社キーエンス 拡大観察用のスタンド装置およびそれを備えた顕微鏡
DE102008012301A1 (de) * 2008-03-03 2009-09-10 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur Steuerung und Regelung der Position eines Arbeitsarmes einer Arbeitsmaschine und Vorrichutng zur Durchführung des Verfahrens
JP5732353B2 (ja) 2011-08-31 2015-06-10 株式会社キーエンス 拡大観察装置、拡大観察方法および拡大観察プログラム
JP5893313B2 (ja) 2011-09-27 2016-03-23 オリンパス株式会社 顕微鏡システム
JP5841398B2 (ja) * 2011-10-07 2016-01-13 株式会社キーエンス 拡大観察装置
US8739627B2 (en) * 2011-10-26 2014-06-03 Freescale Semiconductor, Inc. Inertial sensor with off-axis spring system

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
None *
See also references of WO2015063047A1 *

Also Published As

Publication number Publication date
WO2015063047A1 (de) 2015-05-07
US20160231552A1 (en) 2016-08-11
DE102013222295A1 (de) 2015-05-07
CN105683802A (zh) 2016-06-15
CN105683802B (zh) 2018-06-22
JP2016538581A (ja) 2016-12-08
US9817223B2 (en) 2017-11-14
JP6510502B2 (ja) 2019-05-08

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