顯微鏡的制作方法
【專利摘要】在此提供了一種包括記錄單元(4)的顯微鏡，該記錄單元具有放大成像光學(xué)單元(2)和圖像模塊(3)，用于以第一圖像頻率記錄樣品(6)的多個(gè)圖像，以及數(shù)字評估單元(7)，所記錄的這些圖像被提供給該數(shù)字評估單元，并且該數(shù)字評估單元基于所記錄的這些圖像執(zhí)行預(yù)先確定的圖像處理，并結(jié)果以第二圖像頻率產(chǎn)生多個(gè)輸出圖像(B)，該第二圖像頻率小于該第一圖像頻率或等于該第一圖像頻率，并且可以將其轉(zhuǎn)移至輸出單元(11)以進(jìn)行表示。
【專利說明】顯微鏡
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種顯微鏡，具體涉及一種數(shù)字顯微鏡。
[0002]這種類型的顯微鏡常用于分析材料。為此，通常生成并展示樣品的圖像。
[0003]本發(fā)明的一個(gè)目的是使改進(jìn)的顯微鏡可用。
[0004]該目的是通過一種包括記錄單元的顯微鏡實(shí)現(xiàn)的，該記錄單元具有放大成像光學(xué)單元和圖像模塊，用于以第一頻率(或第一圖像頻率)記錄樣品的多個(gè)圖像，以及數(shù)字評估單元，所記錄的這些圖像被提供給該數(shù)字評估單元，并且該數(shù)字評估單元對所記錄的這些圖像執(zhí)行預(yù)先確定的圖像處理，并結(jié)果以第二頻率(或第二圖像頻率)產(chǎn)生多個(gè)輸出圖像，該第二頻率小于該第一頻率或等于該第一頻率，并且可以將其轉(zhuǎn)移至輸出單元進(jìn)行展示。
[0005]根據(jù)本發(fā)明的顯微鏡因此用于比其被展示得更快地記錄圖像數(shù)據(jù)，這樣使得結(jié)果可以提供進(jìn)一步的功能。
[0006]具體地，數(shù)字評估單元具有至少一個(gè)FPGA (現(xiàn)場可編程門陣列)。FPGA從而是數(shù)字技術(shù)的集成電路，其中，可以通過編程結(jié)構(gòu)規(guī)則來確定單獨(dú)的通用塊的基本功能及其互連。因此，將其稱為FPGA的配置也是合適的。這種FPGA可以用于使得用于執(zhí)行所希望的圖像處理所必需的計(jì)算能力是可用的。具體地，處理是可能的，該處理如此快速以致于可以實(shí)時(shí)地展示輸出圖像。
[0007]在根據(jù)本發(fā)明的顯微鏡中，圖像模塊可以包括具有本地接口的圖像傳感器，其中，通過本地接口將圖像傳感器數(shù)據(jù)(即，圖像傳感器的數(shù)據(jù))直接轉(zhuǎn)移到FPGA。從而可以保證快速的圖像處理。
[0008]例如，第二頻率可以至少為24Hz或25Hz。此外，第一頻率優(yōu)選地至少是第二頻率的兩倍，并且可以在高達(dá)300Hz的范圍內(nèi)。
[0009]數(shù)字評估單元可以進(jìn)而具有至少一個(gè)數(shù)字信號處理器。這進(jìn)而增強(qiáng)了圖像處理的計(jì)算能力和輸出圖像的生成。
[0010]該評估單元被具體配置為顯微鏡中所提供的硬件，并且具體地并非常規(guī)計(jì)算機(jī)，而是針對預(yù)定圖像處理而配置和優(yōu)化的專用硬件。
[0011]數(shù)字評估單元可以基于至少兩個(gè)已記錄的圖像生成(單獨(dú)的)輸出圖像。具體地，所述數(shù)字評估單元可以生成例如HDR輸出圖像。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的顯微鏡可以具有用于固定樣品的樣品臺和用于在該樣品臺和該記錄單元之間進(jìn)行相對移動的移動單元，其中，以該第一頻率進(jìn)行的圖像記錄和該相對移動彼此同步。另外，該數(shù)字評估單元可以使得可供用于選擇若干圖像記錄模式，這些圖像記錄模式在預(yù)先確定的有待執(zhí)行的圖像處理方面不同。
[0013]輸出單元可以是顯微鏡的組成部分。顯微鏡可以進(jìn)而還具有輸入單元。
[0014]此外，數(shù)字評估單元還可以充當(dāng)顯微鏡的控制單元。具體地，數(shù)字評估單元可以控制樣品臺和記錄單元之間的相對移動、照明環(huán)境、光學(xué)放大率、和顯微鏡的任何其他設(shè)置。它還可以控制記錄單元以及具體地圖像模塊。
[0015]圖像模塊可以具有一個(gè)或多個(gè)圖像傳感器。該或這些圖像傳感器可以例如是(XD傳感器或CMOS傳感器。
[0016]數(shù)字評估單元可以實(shí)現(xiàn)或使得可供選為預(yù)先確定的圖像數(shù)據(jù)處理，例如動態(tài)壓縮、白平衡、自動對焦、圖像穩(wěn)定化、z形堆棧圖像的記錄(即，若干具有不同焦點(diǎn)設(shè)置的記錄)、具有增加的場深度的圖像展示、不同的對比方法等。具體地，還可以使得所述圖像處理模式中的各種可供用于彼此組合。
[0017]顯微鏡可以具有本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的操作顯微鏡必需的進(jìn)一步元件。
[0018]應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到的是，在不背離本發(fā)明的范圍的情況下，之前所提到的特征和下文中將解釋的特征不僅可以用于所述的組合，還可以用于其他組合或單獨(dú)地使用。
[0019]下面將通過示例參照附圖更詳細(xì)地解釋本發(fā)明，附圖還披露了本發(fā)明中的必要特征，并且在附圖中:
[0020]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的顯微鏡的實(shí)施例的示意性圖解，
[0021]圖2示出了用于解釋根據(jù)本發(fā)明的顯微鏡的操作的示意性圖解，
[0022]圖3示出了用于解釋根據(jù)本發(fā)明的顯微鏡的操作的進(jìn)一步的圖解，以及
[0023]圖4示出了根據(jù)圖1的顯微鏡的數(shù)字評估單元7的多個(gè)部分的示意性圖解。
[0024]在圖1的實(shí)施例中，根據(jù)本發(fā)明的顯微鏡(或數(shù)字顯微鏡)1包括具有放大成像光學(xué)單元2和圖像模塊3的記錄單元4、用于固定樣品6的樣品臺5、以及數(shù)字評估單元7。此夕卜，顯微鏡1包括:用類似支架的結(jié)構(gòu)表示的移動單元8，該移動單元8可以相對于成像光學(xué)單元2在z軸方向、在X軸方向和在垂直于圖面的方向移動樣品臺5 ；以及用于照亮樣品6的照明單元22。
[0025]針對成像光學(xué)單元2而示意性繪出的為具有三個(gè)物鏡的物鏡座。圖像模塊3包括圖像傳感器9 (例如(XD傳感器或CMOS傳感器)并與數(shù)字評估單元7連接。
[0026]在顯微鏡1的操作過程中，圖像模塊3以第一頻率記錄樣品6的圖像，并且這些圖像(或數(shù)字圖像數(shù)據(jù))被提供給執(zhí)行數(shù)字圖像處理的評估單元7。具有比第一頻率小的第二頻率的輸出圖像由評估單元7所生成并被傳遞至輸出單元11 (在目前情況下，例如屏幕)，該輸出單元然后可以通過接口 10以第二頻率展示這些輸出圖像，該接口可以是評估單元7的組成部分。
[0027]在根據(jù)本發(fā)明的顯微鏡1中，從而在數(shù)字評估單元7中以比然后生成輸出圖像的頻率或圖像頻率更高的頻率(或更好地圖像頻率)執(zhí)行數(shù)據(jù)采集(對圖像的記錄)和數(shù)據(jù)處理。這然后可以用于擴(kuò)展根據(jù)本發(fā)明的顯微鏡的功能。例如，然后可以通過計(jì)算和產(chǎn)生輸出圖像B例如(在各種情況下)從三個(gè)連續(xù)的記錄Al、A2和A3 (圖2)將這些輸出圖像產(chǎn)生為所謂的HDR圖像(具有高動態(tài)范圍的圖像)。圖2示意性展示了所記錄的圖像A1、A2和A3以及沿著時(shí)間軸t的輸出圖像B。當(dāng)然以不同的曝光條件(例如曝光時(shí)間)優(yōu)選地記錄單獨(dú)的圖像A1-A3，以便然后能夠計(jì)算所希望的HDR輸出圖像B。然后可以實(shí)時(shí)地生成輸出圖像B，并且可以實(shí)時(shí)地以第二頻率通過輸出單元11將其展示為視頻或視頻流。
[0028]還可以結(jié)合多種功能。例如，此外可以從記錄A1-A3以所希望的第二頻率生成HDR圖像B。同時(shí)，在每個(gè)HDR圖像的圖像記錄的時(shí)間內(nèi)，可以將進(jìn)一步的記錄或圖像A4用于執(zhí)行自動對焦，并且可以將進(jìn)一步的記錄或圖像A5用于執(zhí)行圖像穩(wěn)定化，這樣使得HDR輸出圖像B的圖像質(zhì)量進(jìn)一步提高。在圖3中對此進(jìn)行了示意性展示。
[0029]可以根據(jù)本發(fā)明為數(shù)字評估單元7提供其必需的計(jì)算能力，因?yàn)樵u估單元7優(yōu)選地具有至少一個(gè)FPGA 12 (現(xiàn)場可編程門陣列)和優(yōu)選地至少一個(gè)數(shù)字信號處理器13。通過使用FPGA 12，用戶可以提供所希望的功能并且可以選擇多種功能中的一種，并且該功能然后還可以具體地通過示意性地示出的輸入單元21立即實(shí)現(xiàn)。輸入單元21可以例如是常規(guī)計(jì)算機(jī)、平板計(jì)算機(jī)、智能電話或另一設(shè)備。輸入單元21與數(shù)字評估單元7之間的、以及輸出單元11與數(shù)字評估單元7之間的連接可以是無線的或有線的。
[0030]圖4示出了在各種情況下可以訪問存儲器14、15的FPGA 12的和數(shù)字信號處理器13的示意性功能圖解。通過幀格式單元16將圖像傳感器9的數(shù)據(jù)提供給各種功能塊17、18、19，這些功能塊可以與寄存器單元20和存儲器14通信并且可以執(zhí)行所希望的圖像處理。還可以在信號處理器13的功能塊23、24、25中執(zhí)行相應(yīng)的處理。如果那樣，可以通過各種接口輸出數(shù)據(jù)。為此，在信號處理器中提供了用于無線傳輸?shù)腤1-Fi編碼器26和用于作為HDMI信號輸出的HDMI格式單元27，并在FPGA 12中提供了邏輯門28和用于通過USB3接口傳遞輸出圖像的USB3格式單元29。
[0031]由于數(shù)字評估單元7具有FPGA 12和數(shù)字信號處理器13，可以實(shí)時(shí)地執(zhí)行所描述的圖像數(shù)據(jù)處理。這用常規(guī)計(jì)算機(jī)幾乎是不可能的，因?yàn)榇蠖鄶?shù)操作系統(tǒng)根本不是實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，并且因此不能保證相應(yīng)較快的實(shí)時(shí)處理。
[0032]數(shù)字評估單元7被作為根據(jù)本發(fā)明的顯微鏡1中單獨(dú)的硬件單元提供，并輸出所希望的輸出圖像。
[0033]而且，數(shù)字評估單元7還可以用作顯微鏡1的控制單元，該控制單元控制例如光學(xué)放大率、照明條件、樣品臺移動或其他顯微鏡設(shè)置。
[0034]進(jìn)一步的功能可以配備有根據(jù)本發(fā)明的顯微鏡以及具體地?cái)?shù)字評估單元7。例如，可以進(jìn)行自動白平衡，可以執(zhí)行所生成的圖像的動態(tài)壓縮，并且例如可以執(zhí)行所謂的顏色共站采樣。在顏色共站采樣中，樣品被記錄多次，其中，在記錄之間，在一個(gè)方向(例如使用壓電致動器)將圖像傳感器9移動一個(gè)像素。因此，如果那樣的話，可以獲得針對每個(gè)像素的完整的顏色信息，因?yàn)閳D像傳感器通常被配置成使得它們具有濾色器，從而使得每個(gè)像素可以僅記錄三原色紅、綠或藍(lán)中的一種。通過適當(dāng)?shù)匾苿訄D像傳感器，然后由相應(yīng)的像素來記錄每個(gè)像點(diǎn)，這樣使得可以完整地記錄每個(gè)像點(diǎn)處的所有顏色通道。
[0035]此外可以實(shí)現(xiàn)不同的對比度和/或記錄方法，例如可以執(zhí)行亮場記錄、暗場照明、差分干涉對比和分段照明。
[0036]用于圖像記錄的第一頻率可以具體為第二頻率的倍數(shù)。第二頻率例如可以至少為24或25或30Hz，并且第一頻率因此可以為至少48、50、60Hz。它還可以例如是100、150或300Hz。
[0037]在此結(jié)合圖1所描述的顯微鏡的構(gòu)造應(yīng)該被純粹地理解為示例。使用數(shù)字評估單元7的根據(jù)本發(fā)明的配置可以在任何已知的顯微鏡類型中實(shí)現(xiàn)。在此所描述的顯微鏡1被優(yōu)選地配置成用于材料分析。
[0038]在根據(jù)本發(fā)明的顯微鏡中，與然后將用于生成輸出圖像的記錄區(qū)域相比，此外可以使用圖像傳感器9記錄更大的區(qū)域。在輸出圖像中未展示的記錄那些部分可以用于顯微鏡的其他功能，例如用于自動聚焦和/或自動圖像穩(wěn)定化。
【權(quán)利要求】
1.一種顯微鏡，包括 記錄單元(4)，具有放大成像光學(xué)單元(2)和圖像模塊(3)，用于以第一圖像頻率記錄樣品(6)的多個(gè)圖像以及 數(shù)字評估單元(7)，所記錄的這些圖像被提供給該數(shù)字評估單元，并且該數(shù)字評估單元基于所記錄的這些圖像執(zhí)行預(yù)先確定的圖像處理，并以第二圖像頻率作為結(jié)果產(chǎn)生多個(gè)輸出圖像(B)，該第二圖像頻率小于該第一圖像頻率或等于該第一圖像頻率，并且可以將其轉(zhuǎn)移至輸出單元(11)以進(jìn)行展示。
2.如權(quán)利要求1所述的顯微鏡，其中，該數(shù)字評估單元(7)具有至少一個(gè)FPGA(12)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的顯微鏡，其中，該圖像模塊(3)具有圖像傳感器(9)，該圖像傳感器具有本地接口，其中，通過該本地接口將該圖像傳感器數(shù)據(jù)直接傳輸至該FPGA (12)。
4.如前述權(quán)利要求之一所述的顯微鏡，其中，該數(shù)字評估單元(7)具有至少一個(gè)數(shù)字信號處理器(13)。
5.如前述權(quán)利要求之一所述的顯微鏡，其中，該數(shù)字評估單元(7)被配置為該顯微鏡(I)內(nèi)所提供的硬件。
6.如前述權(quán)利要求之一所述的顯微鏡，其中，該第二圖像頻率至少為24Hz。
7.如前述權(quán)利要求之一所述的顯微鏡，其中，該第一圖像頻率至少為該第二圖像頻率的兩倍。
8.如前述權(quán)利要求之一所述的顯微鏡，其中，該數(shù)字評估單元(7)實(shí)時(shí)地生成并輸出這些輸出圖像(B)。
9.如前述權(quán)利要求之一所述的顯微鏡，其中，該數(shù)字評估單元(7)基于至少兩個(gè)已記錄的圖像(A1、A2、A3)生成輸出圖像(B)。
10.如前述權(quán)利要求之一所述的顯微鏡，包括用于固定該樣品(6)的樣品臺(5)和用于在該樣品臺(5)和該記錄單元(4)之間進(jìn)行相對移動的移動單元(8)，其中，以該第一圖像頻率進(jìn)行的圖像記錄和該相對移動彼此同步。
11.如前述權(quán)利要求之一所述的顯微鏡，其中，該數(shù)字評估單元(7)使得可供選擇若干圖像記錄模式，這些圖像記錄模式在預(yù)先確定的有待執(zhí)行的圖像處理方面不同。
【文檔編號】G02B21/36GK104423027SQ201410390400
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2014年8月8日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月19日
【發(fā)明者】恩里科·蓋勒, 亞歷山大·伽杜克, 多米尼克·斯特爾, 馬庫斯·賈格爾 申請人:卡爾蔡司顯微鏡有限公司