JP2020518027A - 自由に使用可能な接続部を備える、プログラム可能な顕微鏡制御ユニット、顕微鏡制御ユニットを備える顕微鏡システムおよび顕微鏡制御ユニットの動作方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、１つまたは複数の電気的に駆動制御可能な顕微鏡部品（２０１，２０２，２０３，２０４，３０１，３０２，３０３，３０４）または別の電気的に駆動制御可能な部品に接続可能な少なくとも１つの接続部（１０１）を備える顕微鏡制御ユニット（１００）に関する。ここで、少なくとも１つの接続部（１０１）の少なくとも１つの接続部パラメータは、プログラム技術によって設定可能であり、顕微鏡制御ユニット（１００）上にスクリプト命令を伴う少なくとも１つのスクリプトが提供されており、少なくとも１つの接続部（１０１）はスクリプト命令を用いて駆動制御可能である。本発明はさらに、そのような顕微鏡制御ユニット（１００）および少なくとも１つの顕微鏡部品または別の電気的に駆動制御可能な部品を備える顕微鏡システムに関する。

Description

本発明は、１つまたは複数の電気的に駆動制御可能な顕微鏡部品または別の電気的に駆動制御可能な部品に接続可能な少なくとも１つの接続部を備える顕微鏡制御ユニット、およびそのような顕微鏡制御ユニットを備える自動顕微鏡システムならびにそのような顕微鏡制御ユニットの動作方法に関する。

例えばデジタルカメラが検出器として機能し、画像がモニター上に表示される、または例えば光源が駆動制御可能である、１つまたは複数の電気的に駆動制御可能な部品を備える顕微鏡が通常、自動顕微鏡と称される。ここでこれはデジタル顕微鏡であってもよく、これは、顕微鏡画像の視覚的洞察のための筒が省かれ、デジタル顕微鏡画像だけを作成し、これをディスプレイまたはモニターに表示するという特徴を有している。

そのような自動顕微鏡は通常、電子ユニットと制御プログラム、いわゆるファームウェアを含む顕微鏡制御ユニットを有している。ファームウェアでは、電気的に駆動制御可能であるべき各顕微鏡部品に対してプログラム部分が存在していなくてはならない。これは例えば、カメラ、ｘ／ｙステージ、ズーム、照明等の部品に関する。別の駆動制御可能な部品が顕微鏡に接続されるべき場合、それぞれファームウェアが変更されてから、既存の顕微鏡で変更が行われなければならない。顕微鏡制御ユニットはここで入力機器、例えばつまみ、スイッチ、またはタッチスクリーンに接続されていてよいが、いわゆるヒューマンマシンインターフェース（英語でｈｕｍａｎ ｍａｃｈｉｎｅ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ用のＨＭＩ−Ｓｏｆｔｗａｒｅ）を用いて実行される、従来のＰＣ上のユーザー面とも接続されていてよい。

例えば、独国特許出願公開第１０２０１００６３３９２号明細書は、視覚的洞察を省略し、対象物画像を作成した、対象物の光学的検出およびデジタル検出用に構成されている画像検出装置と、表示領域における対象物画像の表示のために、かつ表示領域における入力の検出のために構成されているセンサモニタが装備されているデジタル顕微鏡を示しており、ここでこの顕微鏡は、センサモニタの表示領域において検出された入力に基づいて、顕微鏡の、電動機駆動式の顕微鏡部品および／または電気的に駆動制御可能な顕微鏡部品の調整を変更するように構成されている。

特に、近年の顕微鏡システムは、電気的に駆動制御可能な顕微鏡部品と操作のためのコンピュータ（ＰＣ）が接続されている顕微鏡制御ユニットを有している。ここでＰＣを制限内で、ソフトウェアにおいてユーザーに選択のために自動化された経過および境界条件を提供するために使用することもでき、これらは次に、顕微鏡制御ユニットによって実行される。その結果、提供されない経過は実行不可能である。

欧州特許出願公開第１４２６７５４号明細書は、画像撮影の制御に関し、ここでは制御ユニットが、画像撮影に必要な機器を駆動制御し、計算機ユニットが、撮影された画像のデータを処理する。画像撮影の速度、柔軟性および再現性を高めるために、画像撮影のための制御命令を少なくとも１つのスクリプトにまとめ、少なくとも１つのスクリプトを計算機ユニットから制御ユニットに伝送することが提案されている。

所定の自動化された経過におけるこれらの限界を無くし、任意の、電気的に駆動制御可能な部品を顕微鏡制御ユニットによって利用可能にすることが望まれている。

本発明では、独立請求項の特徴部分に記載されている構成を備えた１つまたは複数の電気的に駆動制御可能な顕微鏡部品または別の電気的に駆動制御可能な部品に接続可能な少なくとも１つの接続部を備える顕微鏡制御ユニット、そのような顕微鏡制御ユニットを備える顕微鏡システムおよびそのような顕微鏡制御ユニットの動作方法が提案される。有利な実施形態は、従属請求項および以下の明細書に記載されている。

本発明では、１つまたは複数の電気的に駆動制御可能な顕微鏡部品または別の電気的に駆動制御可能な部品に接続可能な少なくとも１つの接続部を備える顕微鏡制御ユニットが提示され、少なくとも１つの接続部の少なくとも１つの接続部パラメータは、プログラム技術によって設定可能であり、顕微鏡制御ユニット上に、スクリプト命令を伴う少なくとも１つのスクリプトが格納されており、少なくとも１つの接続部はこれらのスクリプト命令を用いて駆動制御可能である。本発明の顕微鏡制御ユニットは、少なくとも１つの接続部がユーザーにとって自由に使用可能であるという利点を有している。用語「接続部」は、顕微鏡システムの内部または外部に配置されている、電気的に駆動制御可能な部品への電気的な制御信号および／または電気的に駆動制御可能な部品からの電気的な制御信号に対する入力側または出力側として定義可能な電気的なインターフェースを指す。

「自由に」とは特に、該当する接続部が所定の目的を果たすのではなく、自由選択的に使用可能であり、特にその機能もしくはそのプロトコルが自由に定義可能であり、相応するスクリプト命令を用いて所期のように接続部が予め定められているように使用可能であることを意味している。このようにして特に、スクリプトを実行するときに、任意の電気的に駆動制御可能な顕微鏡部品または顕微鏡と関連して動作する別の部品を顕微鏡制御ユニットによって駆動制御することができる。

例えば、顕微鏡制御ユニットは、スクリプト命令を用いて、少なくとも１つの接続部を介して、以下に挙げた電気的に駆動制御可能な顕微鏡部品の１つまたは複数の任意の組み合わせを駆動制御するように構成されていてよい。
・電動機駆動式ＸＹテーブル
・対物レンズと試料の間の間隔を調整するための電動機駆動式Ｚドライブ
・光学部品を伴う電動機駆動式回転台、例えば、顕微鏡のビーム経路に選択的に挿入可能な複数の蛍光フィルターキューブを備える落射ターレット（英語でＩＬ Ｔｕｒｒｅｔ）
・電気的に切り替え可能な光源
・レーザー
・音響光学ビームスプリッター（ＡＯＢＳ）
・音響光学変調器（ＡＯＭ）
・デジタルカメラ
・検出器、例えばハイブリッド検出器または光電子増倍管

択一的または付加的に、顕微鏡制御ユニットは、スクリプト命令を用いて、別の電気的に駆動制御可能な部品を駆動制御するように構成されていてよい。この場合、顕微鏡およびそれによって実行されるテストと関連して動作可能である電気的に駆動制御可能な部品が考えられる。例えば、顕微鏡の周りのテストセットアップには、駆動制御可能な温度調整チャンバー、給水線路または排水線路または給気線路または排気線路（例えば、特定の低圧への真空化）が必要になる場合がある。このような場合には、例えば、電気的に駆動制御可能なウォーターポンプまたはガスポンプまたは真空ポンプまたは電気的に駆動制御可能な環境制御ユニットが、少なくとも１つの接続部を介して顕微鏡制御ユニットによって制御可能である。

本発明は、顕微鏡のユーザー自身が、どの電気的に駆動制御可能な部品を顕微鏡で使用し、顕微鏡に接続するかを選択することができるという利点を提供する。いわば新しく、顕微鏡に適合された顕微鏡部品による顕微鏡のこのような自由な設定およびこのような顕微鏡部品の駆動制御は、それらが顕微鏡の製造時点ですでに知られていたか否か、または顕微鏡制御ユニットの製造者のファームウェアによって定期的にサポートされている否かとは無関係に行われる。すなわちこれまでの解決方法の欠点は、駆動制御されるべき各部品が顕微鏡制御ユニット内に固定的に実装されなければならないということである。したがって、新たに使用される、電気的に駆動制御されるべき部品によるテストセットアップのあらゆる極めて小さい拡張は、顕微鏡制御ユニットの変更を結果としてもたらす。例えば、新たなトリガ動作を備える新たなカメラタイプは、必然的に、工場での顕微鏡制御ユニットの変更を必要とする。

したがって、従来の顕微鏡システムとは異なり、顕微鏡制御ユニット上で実行されるスクリプトにおいて、所定の顕微鏡部品のみが使用可能なのではなく、顕微鏡制御ユニットの少なくとも１つの接続部によって駆動制御可能である限りは、任意の、新たに付け加えられる顕微鏡部品または別の部品がプログラム経過において使用可能である。

有利には、少なくとも１つの接続部の少なくとも１つの接続部パラメータは、スクリプト命令を用いて、プログラム技術によって設定可能である。このようにして、接続部の設定とその後の駆動制御の両方を、同一のスクリプトを使用して実現することができる。これは非常にユーザーフレンドリーである。

択一的または付加的に、設定環境は、アプリケーションプログラムの形態で、例えば、以降に挙げるプログラミング機器またはＰＣの形態で提供されてよい。

少なくとも１つの、プログラム技術によって設定可能な接続部パラメータは、有利には、接続部を設定する、少なくとも１つのパラメータを含んでいる。
・入力側または出力側
・アナログまたはデジタル
・電流インターフェースまたは電圧インターフェース

少なくとも１つの、プログラム技術によって設定可能な接続部パラメータは、有利には、以下から選択される少なくとも１つのパラメータを含んでいる。
・通信プロトコル
・伝送速度
・信号振幅

設定は、パラメータの任意の組み合わせを含むことができる。

したがって、特に、少なくとも１つの接続部は入力側を含んでおり、自由選択的にアナログ入力側またはデジタル入力側として設定可能である。

択一的または付加的に、アナログ入力側として特別に構成された接続部も、デジタル入力側として特別に構成された接続部も含まれ、設定可能である。このような実施形態は製造がより容易である。

これに相当することが、有利には出力側にも当てはまる。有利には少なくとも１つの接続部は、出力側を含んでおり、自由選択的にアナログ出力側またはデジタル出力側として設定可能である。択一的または付加的に、アナログ出力側として特別に構成された接続部も、デジタル出力側として特別に構成された接続部も含まれ、設定可能である。

別の実施形態では、少なくとも１つの接続部は、いわゆる汎用入力／汎用出力接続部（英語でＧＰＩＯ−ｇｅｎｅｒａｌ ｐｕｒｐｏｓｅ ｉｎｐｕｔ／ｏｕｔｐｕｔ）を含んでいる。これは、入力側であるかまたは出力側であるかに関係なく、その動作がプログラム技術によって自由に設定可能な接続部である。このような実施形態は、大きな柔軟性を提供する。

有利な実施形態では、顕微鏡制御ユニットは、所定のスクリプト命令セットのスクリプト命令を処理することができるように構成されている。これによって、ユーザーによる後のプログラミングが容易になる。有利にはスクリプト命令セットには、少なくとも１つの接続部の機能は割り当てられていないが、別の機能、特にプログラムフロー演算（待機、繰り返し、ループ等）、算術演算（加算、乗算等）等が割り当てられているスクリプト命令も含まれている。

顕微鏡制御ユニットの別の有利な実施形態では、ユーザーによって、少なくとも１つのスクリプトのスクリプト命令がスクリプト命令セットから選択可能であり、スクリプト命令のシーケンスはスクリプトにおいてユーザーによって設定可能である。換言すれば、ユーザーは命令セットを使用して、スクリプトを実質的に自由に設計することができる。

別の実施形態では、顕微鏡制御ユニットは、データを伝送するように、ユーザーインターフェースに接続されるように構成されており、これを介して、ユーザーによって、スクリプト命令セットから少なくとも１つのスクリプトのスクリプト命令が選択可能であり、かつこれを介してスクリプト命令のシーケンスがスクリプトにおいてユーザーによって設定可能である。

この目的のために、顕微鏡制御ユニットは、ユーザーインターフェースがプログラミング機器のハードウェアベースの入力ユニットとして構成されるように構成されていてよい。

顕微鏡制御ユニットの別の構成では、ユーザーインターフェースが、別個の計算ユニット、特にＰＣ上で実行されるアプリケーションプログラムのユーザー面として構成されていてよい。アプリケーションプログラムは、特に、（純粋な）プログラミング環境または顕微鏡システムの操作プログラムであってよい。

この目的のために、顕微鏡制御ユニットは有利には、データを送信するようにＰＣに接続されるように構成されている。ＰＣでは特に、アプリケーションプログラムのユーザー面として構成されることによって、ユーザーインターフェースとして用いられるＨＭＩソフトウェアが実行可能である。そこから、顕微鏡制御ユニットへのスクリプトの伝達が行われ、これによって、顕微鏡システムが操作可能である。このようにして、顕微鏡システムのプログラミングおよび／または操作が極めて快適かつ容易になる。同時に、ＰＣは、例えば撮影画像もしくは任意の測定値の視覚化にも用いることが可能である。

スクリプトをまとめた後、これはキャッシュメモリ等の揮発性メモリ、操作ＰＣまたは顕微鏡制御ユニットの不揮発性メモリ、外部メモリまたはサーバーに格納されてもよい。

スクリプトがテキストファイルとして顕微鏡制御ユニットに伝送可能なように顕微鏡制御ユニットの別の形態が構成されていてよい。ここで有利には、スクリプトはＡＳＣＩＩ、ＡＮＳＩまたはＵｎｉｃｏｄｅ／ＵＴＦ等のテキスト形式で受信される。なぜなら、これは大きな互換性を保証するからである。

有利には顕微鏡制御ユニットは、スクリプト命令を少なくとも１つの接続部の機能に変換するスクリプトのインタープリターを使用して制御プログラムをそれに割り当てることによって、少なくとも１つの接続部の高速かつユーザーフレンドリーな駆動制御のために形成されている。これによって、スクリプトをわかりやすい形式または読み取り可能な形式で、すなわちテキスト形式のスクリプト命令のシーケンスとして顕微鏡制御ユニットに快適に伝送することができる。伝送前のコンパイルステップは省略できるため、特にプログラミング機器を異なるターゲットシステムのコンパイルに適合させる必要はない。制御プログラムに含まれるインタープリターがアプリケーションプログラムの一部ではないために、このような利点が得られる。

顕微鏡制御ユニットのある構成では、制御プログラムは顕微鏡制御ユニット自体に格納されている。択一的に、制御プログラムは、顕微鏡制御ユニット外のアセンブリに格納されている。

顕微鏡制御ユニットの別の構成では、顕微鏡制御ユニットは電子ユニットを有しており、スクリプトに対するインタープリターを伴う、割り当てられている制御プログラムを含んでいる。

本発明の顕微鏡制御ユニットは、新たに適合された電気的に駆動制御可能な顕微鏡部品またはテストセットアップの別の電気的に駆動制御可能な部品への少なくとも１つの接続部の機能割り当ての格段に容易な整合を可能にするだけではない。インタープリターの補助によって、コンパイルの削除とスクリプトによって、付加的に、少なくとも１つの接続部およびこれに接続されている電気的に駆動制御可能な顕微鏡部品または部品の駆動制御時の速度の大幅な上昇が実現可能である。この目的のために、顕微鏡制御ユニットの別の構成では、スクリプト命令は、少なくとも１つの接続部を駆動制御するためのリアルタイム命令として実行される。

スクリプト命令を選択することによって、顕微鏡制御ユニットの少なくとも１つの接続部の多数の機能割り当てを実現することができる。例えば、顕微鏡制御ユニットに対して、スクリプト命令を用いて、少なくとも１つの接続部に対するチャネルタイプが定められる。

同様に、顕微鏡制御ユニットにおいて、スクリプト命令を用いて、少なくとも１つの変数および／または少なくとも１つの命令および／または少なくとも１つのスクリプトおよび／または少なくとも１つの機能ブロックがチャネルによって提供されることが可能である。

本発明の別の利点および構成は、明細書および添付図面から明らかになる。

上述の特徴および以降でさらに説明されるべき特徴は、本発明の範囲から逸脱することなく、与えられた各組み合わせだけでなく、別の組み合わせまたは単独でも使用可能である、ということを理解されたい。

本発明を、図面の実施例に基づいて概略的に示し、図面を参照して以降で説明する。

本発明の有利な実施形態に即した顕微鏡システムの概略的なブロック図である。 図１の顕微鏡システムの別の概略図である。 本発明に即していない顕微鏡システムを使用した例示的な実験の経過の概略的なブロック図である。 本発明の有利な実施形態に即した顕微鏡システムを使用した実験の経過の概略的なブロック図である。

図１および図２には、本発明の有利な実施形態に即した顕微鏡システムが概略的に示されている。顕微鏡システムは、本発明の有利な実施形態に即した顕微鏡制御ユニット１００を有しており、これは、顕微鏡制御ユニット１００上で実行されるスクリプトを、入力側および出力側１０１の形態で自由に使用可能な接続部の使用のために有しており、これによって、ここで操作ＰＣ１０として構成されているヒューマン／マシンインターフェース（ＨＭＩ）と多数の顕微鏡部品２００、３００が信号を伝送するように接続されている。

顕微鏡部品は、例えば、内部の顕微鏡部品３００と外部の顕微鏡部品２００とに分けられる。しかし、このような区分けは本発明にとって重要ではない。内部の顕微鏡部品３００は、それらが顕微鏡台１に接して、または顕微鏡台１内に取り付けられており、顕微鏡の一部とみなされるということを特徴とする。これは例えば落射ターレット（英語でＩＬ−Ｔｕｒｒｅｔ）３０１、Ｚドライブ３０２、対象物レボルバー３０３等である。これに対して、例えば、ＸＹテーブル２０１、照明装置（シャッター付きの場合もある）２０２、カメラ２０３等が外部の顕微鏡部品２００としてみなされる。これらは顕微鏡台１に接して取り付けられていてもよいが、通常は「顕微鏡の」一部とはみなされない。顕微鏡部品２００、３００がそれぞれ駆動制御可能なアクチュエータ（例えば電動機）を有している限り、それらは本発明において、顕微鏡制御ユニット１００上で実行されるスクリプトにおいて駆動制御可能である。スクリプトは、顕微鏡制御ユニット１００の入力側および出力側の機能が割り当てられている選択されたスクリプト命令のシーケンスを含んでいる。このような機能には特に、読み取り機能および書き込み機能が含まれている。

したがって、これらの顕微鏡部品２００、３００の駆動制御は、「顕微鏡マスター」とも称される顕微鏡制御ユニット１００を介して行われる。顕微鏡マスターは、マイクロコントローラ、ＤＳＰ（デジタル信号プロセッサ）またはＦＰＧＡ（フィールドプログラマブルゲートアレイ）によって実現されてよい。

一部の部品は、別の部品に依存している。例えば、対物レンズとＸＹテーブルとの衝突を防ぐために、対象物レボルバーを動かす前にＺドライブを下げる必要があることがある。動作上の安全性を保証するために絶対に必要な依存性はクリチカルな依存性と称され、有利には顕微鏡マスター内に固定的に実装される。すなわち、対象物レボルバーの動きが駆動制御される場合、それに応じて顕微鏡マスターが自動的にＺドライブも駆動制御する。これには、ＸＹテーブルを下げ、次に、対象物レボルバーを回転させ、場合によっては次にＸＹテーブルを持ち上げることが含まれる。

本発明の有利な実施形態に即した解決方法によって、すべての部品（外部および内部）の駆動制御および依存性を自由に設定することが可能である。設定は有利には、使用されるべき接続部が、駆動制御されるべき部品に対して宣言され、接続部同士の依存性が設定されるＰＣ１０等のＨＭＩを介して行われる。設定は完全に実行されても、実行時間に対して部分的に実行されてもよい。

本明細書に記載された有利な実施形態では、個々の入力側および出力側（接続部）を使用するために、各接続部は、一義的な番号、チャネル番号を有している。これらのチャネル番号は、相応するスクリプト命令によって、顕微鏡制御ユニット１００の入力側および／または出力側に割り当てられる。特に、電気的に駆動制御可能な各顕微鏡部品に少なくとも１つのチャネルを割り当てることができる。ここで、スクリプト内の各チャネルは、相応するスクリプト命令によって、入力側および／または出力側として、シーケンシャルな処理またはパラレルな処理に対して設定される。

チャネル番号を介して、顕微鏡制御ユニット、すなわち顕微鏡マスター１００の制御プログラムの一部として構成されているスクリプトからのアクセスが行われる。スクリプトは、チャネル番号を使用してプログラムの経過を定義する。使用可能なスクリプト命令は、固定的に顕微鏡マスター１００内に実装されており、ここでは有利には顕微鏡マスター１００の制御プログラムで実行されるインタープリター内に実装され、基本的な指示、例えば「書き込み」、「読み取り」、「加算」または「乗算」を表し、これは特に、定義されたチャネルの処理に使用される。使用可能な指示のセットは、命令セット／インストラクションセットと称される。例えば、顕微鏡マスターは、顕微鏡制御ユニット１００の入力側および出力側の機能が部分的に割り当てられている以降の命令のうちの１つまたは複数を処理することができるように構成されていてよい。
・ＮＯＰ 演算を実行しない。このような指示は、最小の遅延を生じさせる。
・ＳＥＴ ＣＨＡＮＮＥＬ チャネルの値をセットする。
・ＷＡＩＴ ＣＨＡＮＮＥＬ 所定の値に達するまで待機する。
・ＳＥＴ ＣＨＡＮＮＥＬ ＣＯＮＤＩＴＩＴＩＯＮＡＬ 条件が満たされた場合にチャネルの値をセットする。
・ＣＯＰＹ ＣＨＡＮＮＥＬ ＶＡＬＵＥ あるチャネルの値を別のチャネルの値にコピーする。
・ＳＥＴ ＳＣＲＩＰＴ ＩＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮ 顕微鏡制御ユニット１００のメインプロセッサの命令カウンタ（英語でＩｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｐｏｉｎｔｅｒ）を所定の値にセットする。
・ＬＯＯＰ ＳＣＲＩＰＴ 現在のスクリプトを所定の回数繰り返す。
・ＷＡＩＴ ＴＩＭＥ 所定の時間待機する。
・ＴＩＭＥＳＴＡＭＰ タイムスタンプを作成する。
・ＡＤＤ ＣＨＡＮＮＥＬ ２つのチャネル値を加算し、結果を１つのチャネルに割り当てる。
・ＳＵＢ ＣＨＡＮＮＥＬ ２つのチャネル値を減算し、結果を１つのチャネルに割り当てる。

顕微鏡制御ユニット１００、すなわち顕微鏡マスターは、時間グリッドを備えるタイマーでスクリプトを実行し、ここで時間グリッドに対する時間間隔は自由に選択可能である。これによって、顕微鏡制御ユニット１００の実行中の制御プログラムにリアルタイム機能が提供される。リアルタイムシステムは、計算演算（例えばプロセスまたはタスク）の結果が、定義された時間間隔内で保証されて計算されること、すなわち特定の制限時間の前に存在することを特徴とする。リアルタイムシステムでは、このために例えば、顕微鏡制御ユニット１００のプロセッサ上で、異なるプロセスおよびタスクを調整する、いわゆるリアルタイムオペレーティングシステムが実行される。リアルタイムオペレーティングシステムを必要としない択一的な解決方法も知られている。これは、例えば、状態マシン（英語でＳｔａｔｅｍａｃｈｉｎｅ）と割り込みの使用によって可能になる。

スクリプトの数ならびにここで定義されるスクリプト命令の数は、本明細書に記載された有利な実施形態では、顕微鏡制御ユニット１００、すなわち顕微鏡マスターのメモリスペースによって制限されない、もしくはメモリスペースだけによって制限される。さらに、スクリプトは、例えばＰＣ１０からのユーザー入力によって開始および終了可能である。本明細書に記載された有利な実施形態では、別のスクリプトによって、あるスクリプトを開始させることも可能である。スクリプト自体は同様にインターフェースと自由に定義されるべきチャネル番号を有しており、その結果、スクリプトは、利用可能なすべての演算を備える各任意の別のチャネルのようにみなされ得る。

有利には、顕微鏡制御ユニット１００は、種々のチャネルタイプを提供するように構成されている。これは例えば、タイプである「変数」、「ハードウェア」、「命令」、「スクリプト」および「機能ブロック」のうちの１つまたは複数である。チャネルタイプの各インスタンスには、一義的なチャネル番号が割り当てられる。以下に、いくつかの例と定義を説明する。
・変数 変数の書き込みと読み取りが可能である。
・ハードウェア ハードウェアチャネルは、任意のアナログまたはデジタルの入力側／または出力側である。このようなチャネルタイプは、例えば外部の部品をトリガするために使用される。例えば、カメラ等の外部の部品との同期のために、例えばデジタル入力側ハードウェアチャネルとデジタル出力側ハードウェアチャネルが定義される。両方のチャネルを使用して、トリガ条件が実装される。
別の例は、光源等の外部の部品を制御するための任意の出力電圧の生成である。出力電圧の値はスクリプトからセットされる。
・命令 命令は、部品と通信するためのＡＳＣＩＩ文字列を記述する。使用されるべきＡＳＣＩＩ文字列は、使用前に定義され、静的部分と動的部分を有することができ、ここで動的部分は常にタイプ「変数」に割り当てられる。動的部分は、例えば部品の位置をセットするために使用される。
例えば、文字列「７６０２２ ｐｏｓｉｔｉｏｎ」は、対象物レボルバーの位置をセットするために使用される。ここで位置は、動的または静的のいずれかであり得る。
静的位置に対する例
「７６０２２ １」＝＞対象物レボルバーを位置１にセットする。
「７６０２２ ２」＝＞対象物レボルバーを位置２にセットする。
動的位置に対する例
「７６０２２ ｐｏｓｉｔｉｏｎ」＝＞変数としての「ｐｏｓｉｔｉｏｎ」。スクリプトにおける命令を使用する場合、変数の値が読み出され、位置設定として引き継がれる。
・Ｓｃｒｉｐｔ スクリプトは、チャネルを処理するための任意の数のシーケンシャルな命令から成る。
・Ｆｕｎｋｔｉｏｎｓｂｌｏｃｋ 機能ブロックはチャネルのリンクを記述する。ここで機能は、論理的な、例えば、「ＡＮＤ」または「ＯＲ」であってよく、または算術的な「ＡＤＤ」または「ＭＵＬＴＩＰＬＩＥＲ」ならびに固定的に定義されたまたは自由に定義可能なＬＵＴ（ルックアップテーブル）であってよい。

顕微鏡制御ユニット１００、すなわち顕微鏡マスター上で実行される制御プログラムによって例示的な実験を実行するために、はじめに（プログラミング中に）、使用されるべき部品とパラメータが選択され、時間シーケンスが設定される。所望の順序でのスクリプト命令の選択と設定、すなわちスクリプトの決定は、例えば、このために設けられた入力メニューにおいてＰＣ１０を介して行われる。このような入力メニューは、ユーザーインターフェースを表し、これは、スクリプト命令セットからの所望のスクリプト命令の選択を可能にし、スクリプトにおいてそのシーケンスの設定を可能にする、アプリケーションプログラムのユーザー面として構成されている。

次の例では、部品ＸＹテーブル３０１、照明３０２およびカメラ３０３からの実験の経過が示されている。このような経過は、実験内でｎ回繰り返される。このような経過には、（設定／宣言後に）、例えば以降のステップが含まれている。
１．ＸＹテーブルを位置決めする。
ａ）位置決めを開始する。
ｂ）位置決めが終了するまで待機する。
２．照明強度をセットする。
３．カメラの露出
ａ）シャッターを開く。
ｂ）カメラへのトリガ信号（有利には、ジッターを回避するためにａ）と同時）
ｃ）露出時間を待機する。
ｄ）シャッターを閉じる。
ｅ）カメラへのトリガ信号（有利には、ジッターを回避するためにｄ）と同時）
４．カメラが画像データをＰＣに伝送するまで待機する。
ａ）カメラから顕微鏡マスターへのトリガ信号を待機する。

本発明の有利な実施形態による方法では、これは、制御プログラムが、スクリプトに従って、はじめに、使用されるべき部品であるＸＹテーブル３０１、カメラ３０３、シャッター付き照明３０２を宣言することを意味している。これは制御プログラムにおいてインタープリターがスクリプトを、入力側および出力側への相当する（機械）命令に、すなわちインターフェースへの命令に変換することによって行われる。部品のインターフェースもしくはチャネル番号は、例えば次のようになる。
１．ＸＹテーブル 位置決めのためのコマンド
２．照明 強度をセットするためのコマンド
３．シャッター デジタル出力側としての顕微鏡マスターでのハードウェアＩ／Ｏ
４．カメラ露出 デジタル出力側としての顕微鏡マスターでのハードウェアＩ／Ｏ
５．カメラ画像伝送 デジタル入力側としての顕微鏡マスターでのハードウェアＩ／Ｏ
６．露出時間 変数

その後、ユーザーは、ＰＣで、ユーザーインターフェースを介して、例えば時間シーケンスを処理するために、指示を伴うスクリプトを作成する。スクリプトは次のようになる。
１．ＳＥＴ ＣＨ１、値０＝＞ＸＹテーブルの位置決めのためのコマンドをキャンセルする。
２．ＷＡＩＴ ＣＨ１、値１＝＞コマンドが実行されるまで待機する。
３．ＳＥＴ ＣＨ２、値０＝＞照明強度をセットするためのコマンドをキャンセルする。
４．ＷＡＩＴ ＣＨ２、値１＝＞コマンドが実行されるまで待機する。
５．ＳＥＴ ＣＨ３、値１＝＞シャッターを開く。
６．ＳＥＴ ＣＨ４、値１＝＞カメラの露出を開始する。
７．ＷＡＩＴ Ｔｉｍｅ、ＣＨ６からの値＝＞カメラの露出、時間が経過するまで待機する。
８．ＳＥＴ ＣＨ３、値０＝＞シャッターを閉じる。
９．ＳＥＴ ＣＨ４、値０＝＞カメラの露出を停止する。
１０．ＷＡＩＴ ＣＨ５、値１＝＞カメラ画像の伝送が終了するまで待機する。
１１．Ｌｏｏｐ、１００＝＞先の命令を１００回繰り返す。

以降において、上述した実験に対して、本発明に即していない解決方法（図３）を、本発明の有利な実施形態に即した解決方法（図４）と比較する。

本発明に即していない解決方法
このような解決方法の欠点は、顕微鏡マスター上で実行されている制御プログラムにおいて、特定の顕微鏡部品、例えばＸＹテーブル制御部、Ｚドライブ、ＩＬ−ターレットへのアクセスが不可能であるということである。これらは、ＰＣ上で実行されるアプリケーションプログラムによって制御される必要があるので、全体的にリアルタイム実験は不可能である。ここで、電気的に駆動制御可能な部品の種類と数は、顕微鏡システムもしくは顕微鏡制御ユニットの製造者が定めたファームウェアによって制限されている。

開始ループ
１．ＰＣは顕微鏡でのＸＹテーブルの移動のためのコマンドをセットする。
２．ＰＣは実行終了まで待機する。
３．ＰＣは顕微鏡でのＺドライブの移動のためのコマンドをセットする。
４．ＰＣは実行終了まで待機する。
５．ＰＣは顕微鏡でのＩＬ−ターレットの移動のためのコマンドをセットする。
６．ＰＣは実行終了まで待機する。
７．ＰＣはリアルタイム実験の開始のためのコマンドをキャンセルする。
＝＞顕微鏡におけるリアルタイム実験の開始。
ａ）顕微鏡マスターは実行する。
ｉ）シャッター
ｉｉ）カメラ
ｂ）顕微鏡マスター実行終了
８．ＰＣは実行終了まで待機する。
終了ループ
ステップ１〜８に対して、時間Ｔが必要である。

本発明の有利な実施形態に即した解決方法
顕微鏡制御ユニット１００、すなわち顕微鏡マスターは、スクリプト命令を伴うスクリプトを実行し、インタープリターによって、顕微鏡制御ユニット１００の制御プログラムにおいて、入力側および出力側の選択可能な機能をスクリプト命令に割り当てるように構成されているので、実験のすべてのステップは、顕微鏡制御ユニット１００上で経過する制御プログラムにおいて実行可能である。

ユーザーは、実験の前に、チャネルを割り当てるために、スクリプト命令を伴うスクリプトを定める。ここでは、使用されるべき接続部も、例えば使用されるべきプロトコル等に関して設定される。ユーザーによって準備されたスクリプトは、選択された順序で選択されたスクリプト命令を含んでいる。制御プログラムのインタープリターによって、スクリプトは、接続部を設定するための命令、顕微鏡制御ユニット１００の入力側および出力側のチャネルを定めるための命令、ひいては電気的に駆動制御可能なすべての部品を制御するための命令に変換される。これによって、リアルタイム実験としての実行が開始される。

１．ＰＣは、ユーザーによって準備されたスクリプトを顕微鏡制御ユニット１００、すなわち顕微鏡マスターに伝送する。
２．顕微鏡マスターはインタープリターとスクリプト実行を開始する。
３．顕微鏡マスターは、スクリプト実行に対するインタープリターを開始する。
開始ループ
ａ）スクリプト命令は部品を直接的に駆動制御する。
ｉ）ＸＹテーブルを移動する。
ｉｉ）Ｚドライブを移動する。
ｉｉｉ）落射ターレット（ＩＬ−ターレット）を移動する。
ｉｖ）照明をセットする。
ｖ）カメラの露出とシャッター制御
ｂ）スクリプトは顕微鏡マスターに通知する 実行終了
終了ループ
４．ＰＣへのフィードバックは省かれる。

ステップ１〜３には、時間Ｔ^＊が必要である。この時間は、上述した担当変更の減少によって、本発明に即していない実験に対する時間Ｔよりも格段に短い。

すなわち、ＰＣが、実験中にはじめに、各個々の実験ステップに対して順々にチャネルの割り当てを計算し、個々の現在の命令を順々に生成する必要はない。したがって、後続の各制御命令は、それぞれ、先行する各実験ステップの終了についてのフィードバックの後にはじめて、ＰＣによって顕微鏡制御ユニット１００に伝送される。これは、技術的には、ＰＣと顕微鏡制御ユニット１００との間の絶え間ない担当変更につながり、これによって時間が消費される。例えばｘｙ面におけるテーブル位置の多くの変更、ｚドライブの調整による焦点位置の多くの変更、および／または光源のオンとオフおよびカメラの撮影時間の相応するトリガを伴う多くの露出サイクル等の、多くの個々の実験ステップを伴う実験では、これは合算されて、かなりの時間損失になる。

本発明の顕微鏡制御ユニット１００では、実験前にユーザーによって自由に設定可能なスクリプトによって、スクリプト命令の形態の命令がリアルタイムで顕微鏡制御ユニット１００、ひいては顕微鏡システムに利用可能になる。これによって、実験の経過がより迅速になる。ファームウェア外にスクリプトを提供することによって、ユーザーはさらに、任意の、電気的に駆動制御可能な部品を自身の実験に組み込むことができる。

Claims (20)

1. 少なくとも１つの接続部（１０１）を備える顕微鏡制御ユニット（１００）であって、
   前記接続部（１０１）は、１つまたは複数の電気的に駆動制御可能な顕微鏡部品（２００，３００）または別の電気的に駆動制御可能な部品に接続可能であり、
   前記少なくとも１つの接続部（１０１）の少なくとも１つの接続部パラメータは、プログラム技術によって設定可能であり、
   前記顕微鏡制御ユニット（１００）上にスクリプト命令を伴う少なくとも１つのスクリプトが提供されており、
   前記少なくとも１つの接続部（１０１）は、前記スクリプト命令を用いて駆動制御可能である、
   顕微鏡制御ユニット（１００）。
2. 前記少なくとも１つの接続部パラメータは、前記スクリプト命令を用いて、プログラム技術によって設定可能である、
   請求項１記載の顕微鏡制御ユニット（１００）。
3. 前記少なくとも１つの接続部パラメータは、前記少なくとも１つの接続部を入力側または出力側として、および／または、アナログ接続部またはデジタル接続部として、および／または、電流インターフェースまたは電圧インターフェースとして設定する少なくとも１つのパラメータを含んでいる、
   請求項１または２記載の顕微鏡制御ユニット（１００）。
4. 前記少なくとも１つの接続部パラメータは、通信プロトコルおよび／または伝送速度および／または信号振幅を含んでいる、
   請求項１から３までのいずれか１項記載の顕微鏡制御ユニット（１００）。
5. 前記少なくとも１つの接続部（１０１）は、自由選択的に、アナログ入力側またはデジタル入力側として設定可能であり、かつ／または、前記少なくとも１つの接続部（１０１）は、アナログ入力側を含んでおり、かつ／または、前記少なくとも１つの接続部（１０１）は、デジタル入力側を含んでいる、
   請求項１から４までのいずれか１項記載の顕微鏡制御ユニット（１００）。
6. 前記少なくとも１つの接続部（１０１）は、自由選択的に、アナログ出力側またはデジタル出力側として設定可能であり、かつ／または、前記少なくとも１つの接続部（１０１）は、アナログ出力側を含んでおり、かつ／または、前記少なくとも１つの接続部（１０１）は、デジタル出力側を含んでいる、
   請求項１から５までのいずれか１項記載の顕微鏡制御ユニット（１００）。
7. 前記顕微鏡制御ユニット（１００）は、前記スクリプト命令を用いて、前記少なくとも１つの接続部（１０１）を介して、１つまたは複数の電気的に駆動制御可能な顕微鏡部品（２００，３００）または別の電気的に駆動制御可能な部品の任意の組み合わせを駆動制御するように構成されている、
   請求項１から６までのいずれか１項記載の顕微鏡制御ユニット（１００）。
8. 前記顕微鏡制御ユニット（１００）に対してスクリプト命令セットが存在し、
   ユーザーによって、前記スクリプト命令セットから前記少なくとも１つのスクリプトの前記スクリプト命令が選択可能であり、前記スクリプト命令のシーケンスは、前記スクリプトにおいて設定可能である、
   請求項１から７までのいずれか１項記載の顕微鏡制御ユニット（１００）。
9. 前記顕微鏡制御ユニット（１００）は、データ伝送するようにユーザーインターフェースに接続されるように構成されており、前記ユーザーインターフェースを介して、前記ユーザーによって、前記スクリプト命令セットから前記少なくとも１つのスクリプトの前記スクリプト命令が選択可能であり、前記スクリプト命令のシーケンスは、前記スクリプトにおいて設定可能である、
   請求項８項記載の顕微鏡制御ユニット（１００）。
10. 前記ユーザーインターフェースは、プログラミング機器（１０）のハードウェアベースの入力ユニットとして、または、別個の計算ユニット上で実行されるアプリケーションプログラムのユーザー面として形成されている、
    請求項９記載の顕微鏡制御ユニット（１００）。
11. 前記スクリプトは、テキストファイルとして前記顕微鏡制御ユニット（１００）に伝送可能である、
    請求項１から１０までのいずれか１項記載の顕微鏡制御ユニット（１００）。
12. 前記スクリプトに対するインタープリターを備える制御プログラムが割り当てられており、前記インタープリターは、前記スクリプト命令を前記少なくとも１つの接続部（１０１）の機能に変換する、
    請求項１から１１までのいずれか１項記載の顕微鏡制御ユニット（１００）。
13. 前記制御プログラムは、前記顕微鏡制御ユニット（１００）または前記顕微鏡制御ユニット（１００）の外部のアセンブリに格納されている、
    請求項１２記載の顕微鏡制御ユニット（１００）。
14. 前記顕微鏡制御ユニット（１００）は、電子ユニットを有しており、かつ、前記スクリプトに対するインタープリターを伴う、割り当てられた制御プログラムを含んでいる、
    請求項１２または１３記載の顕微鏡制御ユニット（１００）。
15. 前記顕微鏡制御ユニット（１００）において、前記スクリプト命令がリアルタイム命令として実行される、
    請求項１から１４までのいずれか１項記載の顕微鏡制御ユニット（１００）。
16. 前記顕微鏡制御ユニット（１００）において、前記スクリプト命令を用いて、前記少なくとも１つの接続部（１０１）に対するチャネルタイプが定められる、
    請求項１から１５までのいずれか１項記載の顕微鏡制御ユニット（１００）。
17. 前記顕微鏡制御ユニット（１００）において、前記スクリプト命令を用いて、少なくとも１つの変数および／または少なくとも１つの命令および／または少なくとも１つのスクリプトおよび／または少なくとも１つの機能ブロックがチャネルによって提供されている、
    請求項１から１６までのいずれか１項記載の顕微鏡制御ユニット（１００）。
18. 請求項１から１７までのいずれか１項記載の顕微鏡制御ユニット（１００）を有している顕微鏡システムであって、
    前記顕微鏡制御ユニット（１００）は、１つまたは複数の電気的に駆動制御可能な顕微鏡部品（２００，３００）または別の電気的に駆動制御可能な部品にデータを伝送するよう接続されている、
    顕微鏡システム。
19. １つまたは複数の電気的に駆動制御可能な顕微鏡部品（２００，３００）または別の電気的に駆動制御可能な部品に接続可能な少なくとも１つの接続部（１０１）を備える顕微鏡制御ユニット（１００）の動作方法であって、
    前記顕微鏡制御ユニット（１００）上にスクリプト命令を伴う少なくとも１つのスクリプトが格納されており、
    前記少なくとも１つの接続部の少なくとも１つの接続部パラメータがプログラム技術によって設定される、
    方法。
20. 請求項２から１７までのいずれか１項記載の顕微鏡制御ユニット（１００）が動かされる、
    請求項１９記載の方法。

Images