DE10143855B4

DE10143855B4 - Method and device for phase correction of position and detection signals in scanning microscopy and scanning microscope

Info

Publication number: DE10143855B4
Application number: DE2001143855
Authority: DE
Inventors: Bernd Widzgowski
Original assignee: Leica Microsystems Heidelberg GmbH; Leica Microsystems CMS GmbH
Current assignee: Leica Microsystems CMS GmbH
Priority date: 2001-09-07
Filing date: 2001-09-07
Publication date: 2004-06-09
Anticipated expiration: 2021-09-08
Also published as: DE10143855A1

Abstract

Verfahren zur Phasenkorrektur von Positions- und Detektionssignalen in der Scanmikroskopie, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
– Erzeugen eines analogen Positionssignals (25) aus der Stellung einer Strahlablenkeinrichtung (7) und Erzeugen mindestens eines zum analogen Positionssignal (25) gehörenden analogen Detektionssignals (21) aus dem von einem Objekt (15) ausgehenden Detektionslicht (17),
– Übergeben des analogen Positionssignals (25) an einen ersten Analog-Digital-Wandler (27) und Übergeben des analogen Detektionssignals (21) an einen zweiten Analog-Digital-Wandler (29),
– Ermitteln mindestens eines Korrekturwertes, Erzeugen eines ersten und eines zweiten Wandelsignals (37, 39),
– Verzögern des zweiten Wandelsignals (39) gegenüber dem ersten Wandelsignal (37) um eine aus dem Korrekturwert ermittelte Verzögerungszeit (51) und
– Übergeben des ersten Wandelsignals (37) an den ersten Analog-Digital-Wandler (27) und Übergeben des verzögerten zweiten Wandelsignals (39) an den zweiten Analog-Digital-Wandler (29), wobei das erste Wandelsignal (37) ein Umwandeln des analogen Positionssignals (25) in ein digitales Positionssignal und das zweite...Method for phase correction of position and detection signals in scanning microscopy, characterized by the following steps:
- generating an analog position signal (25) from the position of a beam deflection device (7) and generating at least one analog detection signal (21) belonging to the analog position signal (25) from the detection light (17) emanating from an object (15),
- transferring the analog position signal (25) to a first analog-digital converter (27) and transferring the analog detection signal (21) to a second analog-digital converter (29),
- determining at least one correction value, generating a first and a second conversion signal (37, 39),
- Delaying the second conversion signal (39) with respect to the first conversion signal (37) by a delay time (51) and determined from the correction value
- Transferring the first conversion signal (37) to the first analog-digital converter (27) and transferring the delayed second conversion signal (39) to the second analog-digital converter (29), the first conversion signal (37) converting the analog position signal (25) into a digital position signal and the second ...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Phasenkorrektur von Positions- und Detektionssignalen in der Scanmikroskopie. Das Scanmikroskop kann auch als konfokales Mikroskop ausgestaltet sein.The invention relates to a method for phase correction of position and detection signals in the Scanning microscopy. The scanning microscope can also be used as a confocal microscope be designed.

Weiterhin betrifft die Erfindung ein Scanmikroskop mit einer Strahlablenkeinrichtung und einer Einheit zur Ermittlung der Stellung der Strahlablenkeinrichtung, mit einer Lichtquelle, die einen Lichtstrahl zur Beleuchtung eines Objektes emittiert, wobei der Lichtstrahl mit der Strahlablenkeinrichtung über das Objekt führbar ist, mit einem Detektor, der von dem Objekt ausgehendes Detektionslicht empfängt.The invention further relates to a scanning microscope with a beam deflection device and a unit to determine the position of the beam deflection device, with a Light source that uses a beam of light to illuminate an object emitted, the light beam with the beam deflecting device over the Object feasible with a detector, the detection light emanating from the object receives.

In der Scanmikroskopie wird eine Probe mit einem Lichtstrahl beleuchtet, um das von der Probe emittierte Reflexions- oder Fluoreszenzlicht zu beobachten. Der Fokus des Beleuchtungslichtstrahles wird mit Hilfe einer steuerbaren Strahlablenkeinrichtung, im Allgemeinen durch Verkippen zweier Spiegel, in einer Objektebene bewegt, wobei die Ablenkachsen meist senkrecht aufeinander stehen, so daß ein Spiegel in x-, der andere in y-Richtung ablenkt. Die Verkippung der Spiegel wird beispielsweise mit Hilfe von Galvanometer-Stellelementen bewerkstelligt. Die Leistung des vom Objekt kommenden Lichtes wird in Abhängigkeit von der Position des Abtaststrahles gemessen. Üblicherweise werden die Stellelemente mit Sensoren zur Ermittlung der aktuellen Spiegelstellung ausgerüstet.In scanning microscopy, one Sample illuminated with a beam of light around that emitted by the sample Observe reflection or fluorescent light. The focus of the illuminating light beam is using a controllable beam deflector, in general by tilting two mirrors, moving in an object plane, whereby the deflection axes are usually perpendicular to each other, so that a mirror in x-, the other deflects in y-direction. The tilting of the mirror is accomplished, for example, with the help of galvanometer actuators. The power of the light coming from the object becomes dependent measured from the position of the scanning beam. Usually the control elements equipped with sensors to determine the current mirror position.

Speziell in der konfokalen Scanmikroskopie wird ein Objekt mit dem Fokus eines Lichtstrahles in drei Dimensionen abgetastet.Especially in confocal scanning microscopy an object with the focus of a light beam in three dimensions sampled.

Ein konfokales Rastermikroskop umfaßt im allgemeinen eine Lichtquelle, eine Fokussieroptik, mit der das Licht der Quelle auf eine Lochblende – die sog. Anregungsblende – fokussiert wird, einen Strahlteiler, eine Strahlablenkeinrichtung zur Strahlsteuerung, eine Mikroskopoptik, eine Detektionsblende und die Detektoren zum Nachweis des Detektions- bzw. Fluoreszenzlichtes. Das Beleuchtungslicht wird über einen Strahlteiler eingekoppelt. Das vom Objekt kommende Fluoreszenz- oder Reflexionslicht gelangt über die Strahlablenkeinrichtung zurück zum Strahlteiler, passiert diesen, um anschließend auf die Detektionsblende fokussiert zu werden, hinter der sich die Detektoren befinden. Detektionslicht, das nicht direkt aus der Fokusregion stammt, nimmt einen anderen Lichtweg und passiert die Detektionsblende nicht, so daß man eine Punktinformation erhält, die durch sequentielles Abtasten des Objekts zu einem dreidimensionalen Bild führt. Meist wird ein dreidimensionales Bild durch schichtweise Detektionssignalaufnahme erzielt.A confocal scanning microscope generally includes a light source, a focusing lens with which the light of the source focused on a pinhole - the so-called excitation diaphragm a beam splitter, a beam deflection device for beam control, a microscope optics, a detection aperture and the detectors for Detection of the detection or fluorescent light. The illuminating light is over a Beam splitter coupled. The fluorescence from the object or reflected light passes through the beam deflector back to the beam splitter, passes this and then onto the detection diaphragm to be focused behind which the detectors are located. Detection light, that does not come directly from the focus region takes another Light path and does not pass the detection aperture, so that one Receives point information, by sequentially scanning the object into a three-dimensional Image leads. A three-dimensional image is usually obtained by recording detection signals in layers achieved.

Idealer Weise beschreibt die Bahn des Abtastlichtstrahles auf bzw. in dem Objekt einen Mäander. (Abtasten einer Zeile in x-Richtung bei konstanter y-Position, anschließend x-Abtastung anhalten und per y-Verstellung, auf die nächste abzutastende Zeile schwenken und dann bei konstanter y-Position diese Zeile in negative x-Richtung abtasten u.s.w.).The web ideally describes of the scanning light beam on or in the object a meander. (Scan a line in the x direction with a constant y position, then stop the x scan and by y adjustment, to the next one Swivel the line to be scanned and then with a constant y position Scan line in negative x-direction, etc.).

Die Leistung des vom Objekt kommenden Lichtes wird in festen Zeitabständen während des Abtastvorganges gemessen und so Rasterpunkt für Rasterpunkt abgetastet. Der Meßwert muss eindeutig der dazugehörigen Scanposition zugeordnet werden, um aus den Meßdaten ein Bild erzeugen zu können. Zweckmäßiger Weise werden hierfür die Zustandsdaten der Verstellelemente der Strahlablenkeinrichtung laufend mitgemessen oder, was allerdings weniger genau ist, direkt die Steuersolldaten der Strahlablenkeinrichtung verwendet.The power of the light coming from the object is at fixed intervals while of the scanning process and so raster dot by raster dot sampled. The measured value must clearly be the associated one Scan position can be assigned to generate an image from the measurement data can. Appropriately be for this the status data of the adjustment elements of the beam deflection device continuously measured or, which is less accurate, directly the control target data of the beam deflection device is used.

Die genaue Zuordnung der Positionssignale zu den Detektionssignalen ist von besonderer Wichtigkeit. Bei der Zuordnung sind Laufzeitunterschiede und die unterschiedlichen Verarbeitungszeiten der die Signale erfassenden Detektoren, beispielsweise mit Hilfe von Verzögerungselementen, zu berücksichtigen. Hierbei müssen sehr hohe Anforderungen an die Stabilität gestellt werden. Beispielsweise müssen bei einer Bildbreite von 1000 Bildpunkten die Laufzeitschwankungen deutlich unter 1 ‰ bleiben.The exact assignment of the position signals to the detection signals is of particular importance. When assigning are runtime differences and the different processing times of the detectors detecting the signals, for example with the help of delay elements, to consider. Here you have to very high demands are placed on stability. For example have to at an image width of 1000 pixels, the runtime fluctuations remain well below 1 ‰.

Die Abtastbahn weicht bei zunehmend höherer Abtastgeschwindigkeit mehr und mehr von der Mäanderform ab. Dieses Phänomen ist im Wesentlichen auf die Massenträgheit der bewegten Elemente zurückzuführen. Bei schnellem Abtasten ähnelt die Abtastbahn eher einer Sinuskurve, wobei es jedoch oft vorkommt, dass sich die Teil-Bahnkurve für die Abtastung in positive x-Richtung von der Teil-Bahnkurve bei der Abtastung in negative x-Richtung unterscheidet.The scan path is increasingly giving way higher Scanning speed more and more from the meander shape. This phenomenon is essentially on inertia of the moving elements. at similar to fast scanning the trajectory is more of a sine curve, although it often happens that the partial trajectory for the scan in the positive x direction from the partial trajectory when scanning in the negative x direction different.

Selbst wenn elektronische Elemente zum Abgleich von Laufzeitunterschieden und Verarbeitungszeiten vorgesehen sind, so erfolgt ein Abgleich jedoch nur bei der Herstellung des Scanmikroskops. Diese Einstellung ist jedoch streng genommen nur für eine Abtastgeschwindigkeit gültig.Even if electronic elements to compare runtime differences and processing times are, however, a comparison is only made during the production of the Scanning microscope. However, this setting is strictly speaking only for one Scanning speed valid.

Leider sind sowohl die signalführenden Elemente, als auch die elektronischen Bauteile, die zum Abgleich verwendet werden, sowie die die Meßwerte erfassenden Detektoren temperaturempfindlich, so dass es schon bei leicht veränderlicher Temperatur zu Zuordnungsfehlern kommt.Unfortunately, both are signal leaders Elements, as well as the electronic components used for comparison are used, as well as the detectors recording the measured values temperature sensitive, making it slightly variable Temperature comes to allocation errors.

Zusätzlich zu dem Problem des nur für eine Abtastgeschwindigkeit geltenden Abgleichs kommt erschwerend hinzu, dass dieser auch nur für die bei der Herstellung des Scanmikroskops herrschende Temperatur gültig ist.In addition to the problem of only for a scanning speed current comparison complicates the fact that this only for the prevailing temperature during the manufacture of the scanning microscope is valid.

Ganz besonders störend zeigen sich Abgleichsfehler bei mäanderförmiger Abtastung; denn der Abgleichsfehler bei Abtastung in positiver x-Richtung und bei Abtastung in negativer x-Richtung wirken in entgegengesetzten Richtungen, was zu besonders kammartig verzerrten Bildern führt.Calibration errors are particularly disruptive with meandering scanning; because the adjustment error when scanning in the positive x-direction and when scanning in the negative x-direction act in opposite Directions, which leads to particularly comb-like distorted images.

Die DE 100 37 783 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Phasenkorrektur von Positions- und Detektionssignalen in der Scanmikroskopie. Das Verfahren umfasst die Schritte: Erzeugen eines Positionssignals aus der Stellung einer Strahlablenkeinrichtung und Erzeugen eines zum Positionssignal gehörenden Detektionssignals aus dem vom Objekt ausgehenden Licht. Anschließend werden Positionssignal und Detektionssignal an eine Verarbeitungseinheit übergeben. In der Verarbeitungseinheit wird ein Korrekturwert ermittelt. Der Korrekturwert wird an einen Rechner zum Abgleich von Zeitdifferenzen zwischen dem Positionssignal und dem Detektionssignal übergeben.The DE 100 37 783 A1 discloses a procedure ren and a device for phase correction of position and detection signals in scanning microscopy. The method comprises the steps: generating a position signal from the position of a beam deflection device and generating a detection signal belonging to the position signal from the light emanating from the object. The position signal and detection signal are then transferred to a processing unit. A correction value is determined in the processing unit. The correction value is transferred to a computer for comparing time differences between the position signal and the detection signal.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, das besonders exakt und zuverlässig auch bei wechselnden Abtast- und Umgebungsparametern eine Phasenkorrektur von Positions- und Detektionsignalen ermöglicht.The invention is therefore the object based on specifying a method that is also particularly precise and reliable with changing scanning and environmental parameters, a phase correction of Position and detection signals enabled.

Die objektive Aufgabe wird durch ein Verfahren gelöst, das durch die folgenden Schritte gekennzeichnet ist:

– Erzeugen eines analogen Positionssignals aus der Stellung einer Strahlablenkeinrichtung und Erzeugen mindestens eines zum Positionssignal gehörenden analogen Detektionssignals aus dem von einem Objekt ausgehenden Licht,
– Übergeben des analogen Positionssignals an einen ersten Analog-Digital-Wandler und Übergeben des analogen Detektionssignals an einen zweiten Analog-Digital-Wandler,
– Ermitteln mindestens eines Korrekturwertes,
– Erzeugen eines ersten und eines zweiten Wandelsignals,
– Verzögern des zweiten Wandelsignals gegenüber dem ersten Wandelsignal um eine aus dem Korrekturwert ermittelte Verzögerungszeit und
– Übergeben des ersten Wandelsignals an den ersten Analog-Digital-Wandler und Übergeben des verzögerten weiten Wandelsignals an den zweiten Analog-Digital-Wandler, wobei das erste Wandelsignal ein Umwandeln des analogen Positionssignals in ein digitales Positionssignal und das zweite Wandelsignal ein Umwandeln des analogen Detektionssignals in ein digitales Detektionssignals auslöst.

The objective task is solved by a procedure, which is characterized by the following steps:

Generating an analog position signal from the position of a beam deflecting device and generating at least one analog detection signal belonging to the position signal from the light emitted by an object,
Transferring the analog position signal to a first analog-digital converter and transferring the analog detection signal to a second analog-digital converter,
Determining at least one correction value,
Generating a first and a second conversion signal,
- Delaying the second conversion signal with respect to the first conversion signal by a delay time determined from the correction value and
- Transferring the first conversion signal to the first analog-digital converter and transferring the delayed wide conversion signal to the second analog-digital converter, the first conversion signal converting the analog position signal into a digital position signal and the second conversion signal converting the analog detection signal triggers in a digital detection signal.

Es ist außerdem eine Aufgabe der Erfindung ein Scanmikroskop anzugeben, das besonders exakt und zuverlässig auch bei wechselnden Abtast- und Umgebungsparametern eine Phasenkorrektur von Positions- und Detektionssignalen und somit eine optimale Zuordnung von Positionssignalen und Detektionssignalen und verzerrungsfreie Abbildung des zu Untersuchenden Objekts ermöglicht.It is also an object of the invention Specify the scanning microscope, which is also particularly precise and reliable a phase correction for changing scanning and environmental parameters of position and detection signals and thus an optimal allocation of position signals and detection signals and distortion-free Imaging of the object to be examined is possible.

Diese Aufgabe wird durch ein Scanmikroskop gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, dass ein erster Analog-Digital-Wandler vorgesehen ist, der von der Einheit zur Ermittlung der Stellung der Strahlablenkeinrichtung ein analoges Positionssignal und von einer Steuereinheit ein erstes Wandelsignal empfängt und ein zweiter Analog-Digital-Wandler vorgesehen ist, der von dem Detektor ein analoges Detektionssignal und von der Steuereinheit ein zweites Wandelsignal empfängt, wobei das zweite Wandelsignal zeitlich gegenüber dem ersten Wandelsignal um eine Verzögerungszeit verzögerbar ist.This task is done through a scanning microscope solved, which is characterized in that a first analog-to-digital converter is provided by the unit for determining the position the beam deflection device has an analog position signal and a control unit receives a first conversion signal and a second analog-digital converter is provided which is an analog detection signal from the detector and from the control unit receives a second conversion signal, the second conversion signal opposite in time the first conversion signal can be delayed by a delay time.

Die Erfindung hat den Vorteil, dass Fehler in der Abbildung durch unexakte Zuordnung von Positions- und Detektionssignalen weitgehend vermieden sind. Weiterhin ist es ein Vorteil der Erfindung, dass die Phasenkorrektur bei Scanmikroskopen mit digitaler Signalverarbeitung nicht auf die Periodendauer des Systemtaktes beschränkt ist, sondern beliebig feinere Korrekturwerte einstellbar sind.The invention has the advantage that Errors in the mapping due to inexact assignment of position and detection signals are largely avoided. Furthermore is It is an advantage of the invention that phase correction in scanning microscopes with digital signal processing not on the period of the System clock limited is, but any finer correction values can be set.

In einer bevorzugen Ausgestaltung ist das Verzögern des zweiten Wandelsignals gegenüber dem ersten Wandelsignal mit einem FIFO-Speicher (first-in-first-out-Speicher) realisiert.In a preferred embodiment is the delay of the second change signal compared to first conversion signal with a FIFO memory (first-in-first-out memory) realized.

In einer anderen Ausführungsvariante ist das Verzögern des zweiten Wandelsignals gegenüber dem ersten Wandelsignal mit einem Dual-Ported-RAM-Speicher mit vorzugsweise getrennten Schreib- und Lesepointern realisiert, wobei der Lesezeiger dem Schreibzeiger um einen einstellbaren Wert hinterherhinkt.In another design variant is the delay of the second change signal compared to preferably first conversion signal with a dual-ported RAM memory separate write and read pointers realized, the read pointer lagging behind the write pointer by an adjustable value.

Vorzugsweise beinhaltet das Verfahren den weiteren Verfahrensschritt des Verzögerns des digitalen Detektionssignals gegenüber dem digitalen Positionssignal um eine aus dem Korrekturwert und der Verzögerungszeit ermittelten weiteren Verzögerungszeit. Das Verfahren ist vorzugsweise so auszuführen, dass durch das Verzögern des zweiten Wandelsignals gegenüber dem ersten Wandelsignal eine Fein-Phasenkorrektur und durch das Verzögerns des digitalen Detektionssignals gegenüber dem digitalen Positionssignal eine Grob-Phasenkorrektur bewirkt wird. Sowohl die Fein-Phasenkorrektur, als auch die Grob-Phasenkorrektur werden aus dem Korrekturwert ermittelt.The method preferably includes the further step of delaying the digital detection signal across from the digital position signal by one from the correction value and the delay time determined further delay time. The method should preferably be carried out so that by delaying the second change signal the first change signal a fine phase correction and by that delaying of the digital detection signal compared to the digital position signal a rough phase correction is effected. Both fine phase correction, as well as the rough phase correction are determined from the correction value.

In einer bevorzugten Ausgestaltung wird der Korrekturwert aus der Einstellung von an einem Display dargestellten Stellelementen und des daraus resultierenden Gesamteindrucks eines auf dem Display dargestellten Abbildes des Objekts ermittelt. In einer anderen Ausgestaltung wird der Korrekturwert aus der Einstellung von Stellvorrichtungen und des daraus resultierenden Gesamteindrucks eines auf einem Display dargestellten Abbildes des Objekts ermittelt. Die Stellvorrichtung kann beispielsweise als Drehregler, Schiebregler, Touchpanel oder als Panelbox mit einem Drehregler realisiert sein.In a preferred embodiment is the correction value from the setting on a display shown control elements and the resulting overall impression an image of the object shown on the display is determined. In another embodiment, the correction value becomes the setting of adjusting devices and the resulting overall impression an image of the object shown on a display is determined. The adjusting device can be used, for example, as a rotary controller, slide controller, Be implemented as a touch panel or as a panel box with a rotary control.

In einer besonders bevorzugten Ausführung wird der Korrekturwert automatisch ermittelt. In einer anderen Variante wird der Korrekturwert durch eine Temperaturmessung und Vergleich mit Kalibrierungsdaten ermittelt. Ganz besonders bevorzugt ist eine Ausführungsvariante, bei der der Korrekturwert mittels einer Bildverarbeitungseinheit aus dem aktuellen Verzerrungsgrad des Abbildes ermittelt wird.In a particularly preferred embodiment, the correction value is determined automatically. In another variant, the correction value is replaced by a Temperature measurement and comparison with calibration data determined. A particularly preferred embodiment variant is one in which the correction value is determined by means of an image processing unit from the current degree of distortion of the image.

Eine andere Ausführung des Verfahrens sieht vor, dass die Verzögerungszeit zwischen dem zweiten und ersten Wandelsignal in Abhängigkeit von der Ablenkgeschwindigkeit der Strahlablenkeinrichtung gesteuert und/oder geregelt wird.See another execution of the procedure before that the delay time depending on the second and first conversion signal controlled by the deflection speed of the beam deflection device and / or is regulated.

In einer bevorzugten Ausgestaltung werden das digitale Detektionssignal und das digitale Positionssignal einander als zu derselben Scanposition gehörend zugeordnet. Aus den einander zugeordneten digitalen Detektionssignalen und den digitalen Positionssignalen ergibt sich ein Datensatz, der von einem Computer auf einem Display als Abbild von zumindest eines Teils des Objektes des Objekts darstellbar ist. Hierzu werden die Daten nach einem vorgebbaren Algorithmus verarbeitet. In einer Variante ist ein weiteres Verzögern des digitalen Detektionssignals, insbesondere damit die Daten wieder synchron zum Wandlersignal sind, vorgesehen.In a preferred embodiment become the digital detection signal and the digital position signal assigned to each other as belonging to the same scan position. From each other assigned digital detection signals and the digital position signals results in a data set from a computer on a display can be represented as an image of at least a part of the object of the object is. For this purpose, the data is generated using a predefinable algorithm processed. In a variant, a further delay of the digital detection signal, in particular the data again are provided in synchronism with the converter signal.

Das erfindungsgemäße Scanmikroskop umfasst vorzugsweise eine Vorrichtung zur Ermittlung eines Korrekturwertes, die mit einer Einheit verbunden ist, mit der die Verzögerungszeit aus dem Korrekturwert ermittelbar ist. In einer bevorzugten Ausgestaltung besteht die Vorrichtung zur Ermittlung eines Korrekturwertes aus auf einem Display dargestellten Stellelementen, durch deren Einstellung der Korrekturwert aus dem daraus resultierenden Gesamteindruck eines auf dem Display dargestellten Abbildes des Objekts ermittelbar ist. In einer anderen Ausführung beinhaltet die Vorrichtung zur Ermittlung eines Korrekturwertes eine Stellvorrichtung, die beispielsweise als Drehregler, Schiebregler, Touchpanel oder als Panelbox mit einem Drehregler realisiert sein kann.The scanning microscope according to the invention preferably comprises a device for determining a correction value with a Unit connected with which the delay time from the correction value can be determined. In a preferred embodiment, the Device for determining a correction value from on a display shown control elements, by setting the correction value from the resulting overall impression of one on the display shown image of the object can be determined. Included in another version the device for determining a correction value, an adjusting device, which, for example, as a rotary control, slide control, touch panel or can be implemented as a panel box with a rotary control.

Vorzugsweise sind Mittel vorgesehen, die den Korrekturwert automatisch ermitteln. Die Mittel zum automatischen Ermitteln des Korrekturwertes können einen Temperaturfühler umfassen.Means are preferably provided which automatically determine the correction value. The means for automatic Can determine the correction value a temperature sensor include.

In einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst die Vorrichtung zur Ermittlung eines Korrekturwertes eine Bildverarbeitungseinheit, die den Korrekturwert aus dem aktuellen Verzerrungsgrad des Abbildes ermittelt.In a preferred embodiment comprises the device for determining a correction value Image processing unit that the correction value from the current Degree of distortion of the image determined.

In einer ganz besonders bevorzugten Ausgestaltung ist das digitale Positionssignal gegenüber dem digitalen Detektionssignal um eine aus dem Korrekturwert und der Verzögerungszeit ermittelten weiteren Verzögerungszeit mit Hilfe eines Verzögerungselements verzögerbar. Bei digital arbeitenden Scanmikroskopen ist es von besonderem Vorteil, die Verzögerung um eine weitere Verzögerungszeit zur Grob-Phasenkorrektur zu ergänzen, wobei sich die kürzeste einstellbare Verzögerungszeit aus der Periodendauer des Pixeltaktes, dem Takt mit dem aufeinanderfolgende Scanpunkte abgetastet werden, ergibt. Durch Verzögern des zweiten Wandelsignals ist insbesondere eine Fein-Phasenkorrektur ermöglicht, wobei eine wesentlich höhere Taktrate, beispielsweise die Systemtaktrate des Verarbeitungssystems, das beispielsweise als programmierbarer Logikbaustein wie FPGA oder als Computer oder PC ausgeführt sein kann, zugrunde gelegt wird. In a very particularly preferred Design is the digital position signal compared to digital detection signal by one of the correction value and the Delay Time determined further delay time with the help of a delay element be delayed. With digitally operating scanning microscopes, it is particularly advantageous the delay by another delay time for rough phase correction, being the shortest adjustable delay time from the period of the pixel clock, the clock with the successive Scan points are scanned. By delaying the second change signal In particular, fine phase correction is made possible, one essential higher Clock rate, for example the system clock rate of the processing system, the for example as a programmable logic device such as FPGA or executed as a computer or PC can be used as a basis.

Vorzugsweise ist eine Verarbeitungseinheit vorgesehen, die eine Zuordnung von Positions- und Detektionssignal vornimmt.A processing unit is preferably provided, which assigns the position and detection signal.

In einer bevorzugten Ausgestaltung ist das Scanmikroskop als konfokales Scanmikroskop ausgeführt.In a preferred embodiment the scanning microscope is designed as a confocal scanning microscope.

In einer vorteilhaften Ausführungsform wird die Phasenkorrektur direkt vom Benutzer vorgenommen. Hierzu sind an einer Bedienkonsole entsprechende Schieber oder Drehregler angeordnet. Es können auch auf einem der Displays Slider dargestellt sein und die Einstellung erfolgt in der Weise, dass der Benutzer z.B. mit der Maus die Stellung der Slider derart verändert, dass zwischen dem Positionssignal und dem Detektionssignal keine Zeitdifferenz mehr auftritt. Auf dem Display wird das Ergebnis der neuen Einstellung in Echtzeit dargestellt. So ist z.B. ein scharfes Abbild auf dem Display zu sehen, wenn Positionssignal und Detektionssignal phasengleich aufgenommen oder entsprechend korrigiert werden.In an advantageous embodiment the phase correction is made directly by the user. For this are corresponding sliders or rotary controls on a control console arranged. It can also be shown on one of the displays slider and the setting takes place in such a way that the user e.g. position with the mouse the slider changed so that between the position signal and the detection signal none Time difference occurs more. The result of the new setting shown in real time. For example, a sharp one Image shown on the display when position signal and detection signal recorded in phase or corrected accordingly.

Auch eine automatische Einstellung der Zeitdifferenz ist möglich. Hierzu ist ein Steuerkreis mit einem Temperaturtühler und einer Datenspeichereinheit vorgesehen. In der Datenspeichereinheit sind die zu jeder Abtastgeschwindigkeit und Temperatur gehörigen Korrekturfaktoren, die in einer Kalibrationsmessreihe ermittelt wurden, abgespeichert. Die Temperatur wird laufend oder in festen Zeitabständen gemessen und der zur gemessenen Temperatur und zur aktuellen Abtastgeschwindigkeit gehörige Korrekturwert aus der Datenspeichereinheit ausgelesen und die Elemente zum Abgleich der Laufzeitunterschiede und Meßwertverarbeitungszeiten eingestellt. Die Korrekturwerte können z.B. in Form einer Tabelle abgelegt werden.Also an automatic setting the time difference is possible. For this purpose there is a control circuit with a temperature sensor and a data storage unit intended. They are in the data storage unit at every scanning speed and temperature Correction factors determined in a calibration measurement series were saved. The temperature becomes constant or in fixed intervals measured and the measured temperature and the current scanning speed associated Correction value read from the data storage unit and the elements set to compare the runtime differences and measured value processing times. The Correction values can e.g. be filed in the form of a table.

Eine weitere Ausführungsform zur automatischen Phasenkorrektur beinhaltet einen Regelkreis mit einer Bildverarbeitungssoftware, wie sie beispielsweise auch aus Autofokussystemen bekannt ist, die die optimale Einstellung des Laufzeitabgleichs hinsichtlich optimaler Bildschärfe aus dem aktuellen Abbild des Objekts ermittelt. Dies könnte beispielsweise durch Korrelationsvergleich der Detektionssignale benachbarter Zeilen erfolgen.Another embodiment for automatic Phase correction includes a control loop with image processing software, as it is also known, for example, from autofocus systems that the optimal setting of the runtime adjustment with regard to optimal definition determined from the current image of the object. For example by comparing the correlation of the detection signals of adjacent lines respectively.

In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand schematisch dargestellt und wird anhand der Figuren nachfolgend beschrieben. Dabei zeigen:In the drawing is the subject of the invention is shown schematically and is based on the figures below described. Show:

1 ein erfindungsgemäßes Scanmikroskop, 1 a scanning microscope according to the invention,

2 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Signalverarbeitung, 2 1 shows a schematic representation of the signal processing according to the invention,

3 eine weitere schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Signalverarbeitung und 3 another schematic representation development of the signal processing according to the invention and

4 eine erfindungsgemäße Realisierung der Signalverzögerung. 4 an implementation of the signal delay according to the invention.

1 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes Scanmikroskop, das als konfokales Scanmikroskop ausgeführt ist. Der von einer Lichtquelle 1 kommende Lichtstrahl 3 wird von einem Strahlteiler 5 zur Strahlablenkeinrichtung 7 reflektiert, die einen kardanisch aufgehängten Scanspiegel 9 beinhaltet, der den Strahl durch die Mikroskopoptik 13 hindurch über bzw. durch das Objekt 15 führt. Der Lichtstrahl 3 wird bei nicht transparenten Objekten 15 über die Objektoberfläche geführt. Bei biologischen Objekten 15 (Präparaten) oder transparenten Objekten kann der Lichtstrahl 3 auch durch das Objekt 15 geführt werden. Dies bedeutet, dass verschiedene Fokusebenen des Objekts nacheinander durch den Lichtstrahl 3 abgetastet werden. Die nachträgliche Zusammensetzung ergibt dann ein dreidimensionales Bild des Objekts. Der vom Beleuchtungssystem 1 kommende Lichtstrahl 3 ist als durchgezogene Linie dargestellt. Das vom Objekt 15 ausgehende Detektionslicht 17 gelangt durch die Mikroskopoptik 13 und über das Scanmodul 7 zum Strahlteiler 5, passiert diesen und trifft auf Detektor 19, der als Photomultiplier ausgeführt ist. Das vom Objekt 15 ausgehende Licht 17 ist als gestrichelte Linie dargestellt. Im Detektor 19 werden elektrische, zur Leistung des vom Objekt ausgehenden Lichtes 17 proportionale analoge Detektionssignale 21 erzeugt und an die Verarbeitungseinheit 23 weitergegeben. Die in der Strahlablenkeinrichtung 9 mit Hilfe einer induktiv oder kapazitiv arbeitenden Einheit zur Ermittlung der Stellung 11 der Strahlablenkeinrichtung 9 erfassten analogen Positionssignale 25 werden ebenfalls an die Verarbeitungseinheit 23 übergeben. Es ist für einen Fachmann selbstverständlich, dass die Position des Scanspiegels 9 auch über die Verstellsignale ermittelt werden kann. Die Verarbeitungseinheit 23 umfasst einen ersten Analog-Digital-Wandler 27 und einen zweiten Analog-Digital-Wandler 29, wobei der erste Analog-Digital-Wandler 27 die analogen Positionssignale 25 in digitale Positionssignale 31 umwandelt und der zweiten Analog-Digital-Wandler 29 die analogen Detektionssignale 21 in digitale Detektionssignale 33 umwandelt. Der Zeitpunkt des Wandelns in dem ersten Analog-Digital-Wandler 27 und dem zweiten Analog-Digital-Wandler 29 wird durch den Zeitpunkt des Eintreffens eines ersten Wandelsignals 37 bzw. zweiten Wandelsignals 39 bestimmt, die in einer Steuereinheit 35 erzeugt werden. Das erste Wandelsignal 37 wird an den ersten Analog-Digital-Wandler 27 übergeben. Das zweite Wandelsignal 39 gelangt zu einer Verzögerangseinheiten 41, in der es zeitlich gegenüber dem ersten Wandelsignal 37 verzögert wird, und anschließend zu dem zweiten Analog-Digital-Wandler 29. Die Verzögerungszeit 51 wird in einem PC 53 aus einem vom Benutzer eingestellten Korrekturwert errechnet. Der Benutzer nimmt die Eingabe über den PC 53, an dem eine Eingabeeinheit 55 angeschlossen ist, vor. Auf einem Display 57 ist ein Slider 59 dargestellt, über den der Korrekturwert eingestellt wird. Der PC 53 gibt die Verzögerungszeit 51 an die Verarbeitungseinheit 23 weiter, in der die Verzögerungszeit 51 zu der Verzögerungseinheit 41 gelangt. Die digitalen Positions- und Detektionssignale werden in einer Zuordnungseinheit 61, die Bestandteil der Verarbeitungseinheit ist, einander zugeordnet und dem PC 53 zugeführt, der die Daten zu einem Abbild 63 zusammensetzt, das auf dem Display 57 angezeigt wird. Der Benutzer kann die Auswirkungen der Verstellung des Sliders 59 gleichzeitig an der Schärfe des Abbildes 63 ablesen. Der Slider 59 fungiert als Stellelement 65. Für die Erfindung ist es unerheblich in welcher Form das Stellelement 65 auf dem Display 63 dargestellt wird. Das bei einem konfokalen Scanmikroskop üblicherweise vorgesehene Beleuchtungspinhole 67 und das Detektionspinhole 69 sind der Vollständigkeit halber schematisch eingezeichnet. Weggelassen sind wegen der besseren Anschaulichkeit hingegen einige optische Elemente zur Führung und Formung der Lichtstrahlen. Diese sind einem auf diesem Gebiet tätigen Fachmann hinlänglich bekannt. 1 schematically shows a scanning microscope according to the invention, which is designed as a confocal scanning microscope. The one from a light source 1 coming beam of light 3 is from a beam splitter 5 to the beam deflection device 7 reflecting a gimbaled scan mirror 9 includes the beam through the microscope optics 13 through or through the object 15 leads. The beam of light 3 is used for non-transparent objects 15 guided over the object surface. For biological objects 15 (Specimens) or transparent objects can be the light beam 3 also through the object 15 be performed. This means that different levels of focus of the object are successively through the light beam 3 be scanned. The subsequent composition then gives a three-dimensional image of the object. The one from the lighting system 1 coming beam of light 3 is shown as a solid line. That of the object 15 outgoing detection light 17 passes through the microscope optics 13 and via the scan module 7 to the beam splitter 5 , passes this and meets the detector 19 , which is designed as a photomultiplier. That of the object 15 outgoing light 17 is shown as a dashed line. In the detector 19 become electrical, the power of the light emanating from the object 17 proportional analog detection signals 21 generated and sent to the processing unit 23 passed. The one in the beam deflector 9 with the help of an inductive or capacitive unit for determining the position 11 the beam deflector 9 detected analog position signals 25 are also sent to the processing unit 23 to hand over. It is obvious to a person skilled in the art that the position of the scanning mirror 9 can also be determined via the adjustment signals. The processing unit 23 comprises a first analog-to-digital converter 27 and a second analog-to-digital converter 29 , the first analog-to-digital converter 27 the analog position signals 25 into digital position signals 31 converts and the second analog-to-digital converter 29 the analog detection signals 21 into digital detection signals 33 transforms. The time of the conversion in the first analog-to-digital converter 27 and the second analog-to-digital converter 29 is determined by the time a first change signal arrives 37 or second conversion signal 39 determined in a control unit 35 be generated. The first change signal 37 is connected to the first analog-digital converter 27 to hand over. The second change signal 39 arrives at a delay unit 41 , in which it is temporal compared to the first change signal 37 is delayed, and then to the second analog-to-digital converter 29 , The delay time 51 is in a PC 53 calculated from a correction value set by the user. The user takes the input on the PC 53 on which an input unit 55 is connected before. On a display 57 is a slider 59 with which the correction value is set. The computer 53 gives the delay time 51 to the processing unit 23 next in the delay time 51 to the delay unit 41 arrives. The digital position and detection signals are in an assignment unit 61 , which is part of the processing unit, assigned to each other and the PC 53 fed the data to an image 63 that is on the display 57 is shown. The user can see the effects of adjusting the slider 59 at the same time on the sharpness of the image 63 read off. The slider 59 acts as a control element 65 , It is irrelevant for the invention in what form the control element 65 on the display 63 is pictured. The illumination pinhole usually provided in a confocal scanning microscope 67 and the detection pinhole 69 are shown schematically for completeness. On the other hand, some optical elements for guiding and shaping the light beams have been omitted because of the better clarity. These are well known to a person skilled in the art in this field.

2 zeigt eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Signalverarbeitung. 2 shows a schematic representation of the signal processing according to the invention.

Das Scansystem 71 liefert analoge Positionssignale 25 und analoge Detektionssignale 21, welche die Stellung einer Strahlablenkeinrichtung und die Leistung des Detektionslichtes an der zur Stellung der Strahlablenkeinrichtung gehörenden Scanposition wiedergeben. Die analogen Positionssignale 25 und Detektionssignale 21 werden mit einem ersten und einem zweiten Analog-Digitalwandler 27, 29 in digitale Positions- und Detektionssignale 31, 33 umgesetzt. Der Takt der Wandelsignale 37, 39 Ts für die Analog-Digital-Wandler 27, 29, wird von der Steuereinheit 35 erzeugt. Um eine feine Verschiebung des Wandelzeitpunktes der Detektionssignale relativ zu dem der Positionsdaten zu ermöglichen, werden die Wandelsignale, die das Umsetzen der analogen Positionssignale bewirken, mit einer Verzögerungseinheit 41 um ΔT verzögert. Hierbei muss gelten, ΔT < Ts. Die von dem ersten Analog-Digital-Wandler 27 gewandelten digitalen. Detektionssignale werden in der weiteren Verzögerungseinheit 73 um die weitere Verzögerungszeit Ts-ΔT verzögert. Damit wird sichergestellt, dass die digitalen Detektionssignale phasengleich zu den digitalen Positionsdaten bezüglich des Wandeltaktes sind. Die verzögerten digitalen Detektionssignale werden nochmals durch ein Verzögerungsglied 75 geschickt. Dieses Glied kann die Daten jedoch nur um ganzzahlige Vielfache des Wandeltaktes verzögern. Nach diesen Verzögerungsgliedern sind die Unterschiede in den Verzögerungen der analogen Signalpfade für die Detektions- und die Positionssignale ausgeglichen.The scanning system 71 delivers analog position signals 25 and analog detection signals 21 , which represent the position of a beam deflection device and the power of the detection light at the scan position belonging to the position of the beam deflection device. The analog position signals 25 and detection signals 21 with a first and a second analog-digital converter 27 . 29 into digital position and detection signals 31 . 33 implemented. The clock of the change signals 37 . 39 Ts for the analog-to-digital converter 27 . 29 , is from the control unit 35 generated. In order to enable a fine shift in the time of change of the detection signals relative to that of the position data, the change signals which convert the analog position signals are provided with a delay unit 41 delayed by ΔT. The following must apply here, ΔT <Ts. That of the first analog-digital converter 27 changed digital. Detection signals are delayed in the further delay unit 73 by the further delay time Ts-ΔT. This ensures that the digital detection signals are in phase with the digital position data with respect to the change cycle. The delayed digital detection signals are again by a delay element 75 cleverly. However, this link can only delay the data by integer multiples of the change cycle. After these delay elements, the differences in the delays of the analog signal paths for the detection and the position signals are equalized.

3 zeigt eine weitere schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Signalverarbeitung. Das Scansystem 71 liefert analoge Positions- 25 und analoge Detektionssignale 21, welche die Stellung einer Strahlablenkeinrichtung und die Leistung des Detektionslichtes an der zur Stellung der Strahlablenkeinrichtung gehörenden Scanposition wiedergeben, die mit den Verstärkern 77, 79 an den Eingangsspannungsbereich der folgenden Analog-Digital-Wandler 27, 29 angepasst werden. Die analogen Positionssignale 25 und Detektionssignale 21 werden mit einem ersten und einem zweiten Analog-Digitalwandler 27, 29 in digitale Positions- und Detektionssignale 31, 33 umgesetzt. Der Wandeltakt mit der Periodendauer Ts wird von einer Steuereinheit erzeugt, die einen Oszillator 80 beinhaltet dessen Ausgangstakt Tosc mittels eines Teilers 81 mit einstellbarem Teilverhältnis um einen Faktor heruntergeteilt wurde. Im konkreten Fall wurde der Faktor 4 gewählt. Der von dieser Einheit generierte erste Wandeltakt 83 wird direkt in den ersten Analog-Digital-Wandler 27 eingespeist. Der zweite Wandeltakt 85 für die Detektionssignale wird von Ts abgeleitet, indem Ts von einer Flip-Flop Kette 87 einstellbarer Länge verzögert wird. Die Flip-Flop Kette wird der höheren Oszillatorfrequenz Tosc getaktet. Die Länge der Kette 87 und damit die Dauer der Verzögerung wird von dem Inhalt eines ersten Registers 89 bestimmt. Der verzögerte Wandeltakt 85 wird an den zweiten Analog-Digital-Wandler 29 weitergeleitet. Hier bestimmt er den Zeitpunkt, an dem die analogen Detektionssignale 21 in digitale Detektionssignale 33 umgesetzt werden. Die digitalen Detektionssignale 33 werden nun durch eine weitere Flip-Flop Kette 91 einstellbarer Länge verzögert. Die Länge der Kette wird durch den Inhalt eines zweiten Registers 93 bestimmt. Nach dieser erneuten Verzögerung sind die digitalen Detektionssignale 33 wieder synchron zum Wandeltakt Ts. Eine weitere, einstellbare Verzögerung wird erreicht, indem die digitalen Detektionssignale 33 durch eine FIFO Einheit 95 geleitet werden. Die FIFO-Einheit 95 wird derart gesteuert, dass bei der Initialisierung des Systems oder einer Änderung der Inhaltes eines dritten Registers 97 zuerst die durch den Inhalt des dritten Registers 97 angegebene Anzahl von Werten in die FIFO Einheit 95 eingeschrieben wird. Anschließend wird bei jedem durch den Wandeltakt Ts angegebenen Abtastschritt ein Wert in die FIFO Einheit 95 eingeschrieben und einer ausgelesen. Die digitalen Positions- und Detektionssignale werden in den Einheiten 99 und 101 weiterverarbeitet. Alle Register sind während des Scanvorgangs änderbar. Die Änderungen der Werte fließen sofort in den Scanvorgang ein. 3 shows a further schematic representation of the signal processing according to the invention. The scanning system 71 delivers analog position 25 and analog detection signals 21 , which represent the position of a beam deflecting device and the power of the detection light at the scanning position belonging to the position of the beam deflecting device, which correspond to the amplifiers 77 . 79 to the input voltage range of the following analog-digital converters 27 . 29 be adjusted. The analog position signals 25 and detection signals 21 with a first and a second analog-digital converter 27 . 29 into digital position and detection signals 31 . 33 implemented. The change cycle with the period Ts is generated by a control unit, which is an oscillator 80 contains its output clock Tosc using a divider 81 was divided by a factor with an adjustable partial ratio. In the specific case, the factor 4 was chosen. The first change cycle generated by this unit 83 is directly in the first analog-to-digital converter 27 fed. The second change 85 for the detection signals is derived from Ts by Ts from a flip-flop chain 87 adjustable length is delayed. The flip-flop chain is clocked at the higher oscillator frequency Tosc. The length of the chain 87 and thus the duration of the delay is determined by the content of a first register 89 certainly. The delayed cycle of change 85 is connected to the second analog-digital converter 29 forwarded. Here it determines the point in time at which the analog detection signals 21 into digital detection signals 33 be implemented. The digital detection signals 33 are now replaced by another flip-flop chain 91 adjustable length delayed. The length of the chain is determined by the content of a second register 93 certainly. After this renewed delay are the digital detection signals 33 again in sync with the change cycle Ts. Another, adjustable delay is achieved by the digital detection signals 33 through a FIFO unit 95 be directed. The FIFO unit 95 is controlled in such a way that when the system is initialized or the content of a third register changes 97 first through the content of the third register 97 specified number of values in the FIFO unit 95 is registered. Subsequently, a value is entered into the FIFO unit for each sampling step specified by the conversion cycle Ts 95 registered and one read. The digital position and detection signals are in the units 99 and 101 further processed. All registers can be changed during the scanning process. The changes in the values are immediately incorporated into the scanning process.

4 illustriert eine erfindungsgemäße Realisierung der Signalsverzögerung. Das Verzögern des digitalen Detektionssignals 33 gegenüber dem ersten Wandelsignal ist mit einem Dual-Ported-RAM-Speicher 103 mit vorzugsweise getrennten Schreib- und Lesepointern realisiert, wobei der Lesezeiger dem Schreibzeiger um einen einstellbaren Wert hinterherhinkt. Das digitale Detektionssignal 33 wird in den Dual-Ported-RAM-Speicher 103 eingeschrieben. Die aus dem Dual-Ported-RAM-Speicher 103 ausgelesenen Daten werden an die weitere Hardware 105 weitergeleitet. Der Dual-Ported-RAM-Speicher 103 hat eine Speichertiefe von n Speicherstellen. Als Pointer für die Schreibzugriffe fungiert ein Ringzähler 107, der von 0 bis n–1 zählt. Der Lesepointer wird hieraus errechnet, indem ein in einem Register 109 gespeicherter Wert von dem Wert des Schreibpointers abgezogen wird und auf die Differenz wird die Operation modulo(n) angewendet wird. 4 illustrates an implementation of the signal delay according to the invention. Delaying the digital detection signal 33 compared to the first conversion signal is with a dual-ported RAM memory 103 realized with preferably separate write and read pointers, the read pointer lagging behind the write pointer by an adjustable value. The digital detection signal 33 is in the dual-ported RAM memory 103 enrolled. That from the dual-ported RAM memory 103 read data are sent to the other hardware 105 forwarded. The dual-ported RAM memory 103 has a memory depth of n memory locations. A ring counter acts as a pointer for the write access 107 that counts from 0 to n – 1. The reading pointer is calculated from this by one in a register 109 stored value is subtracted from the value of the write pointer and the operation modulo (n) is applied to the difference.

Die Erfindung wurde in Bezug auf eine besondere Ausführungsform beschrieben. Es ist jedoch selbstverständlich, dass Änderungen und Abwandlungen durchgeführt werden können, ohne dabei den Schutzbereich der nachstehenden Ansprüche zu verlassen.The invention has been made in relation to a special embodiment described. However, it goes without saying that changes and modifications carried out can be without leaving the scope of the following claims.

11: Lichtquellelight source
33: Lichtstrahlbeam of light
55: Strahlteilerbeamsplitter
77: StrahlablenkeinrichtungBeam deflector
99: Scanspiegelscanning mirror
1111: Einheit zur Ermittlung der Stellungunit to determine the position
1313: Mikroskopoptikmicroscope optics
1515: Objektobject
1717: Detektionslichtdetection light
1919: Detektordetector
2121: analoge Detektionssignaleanalog detection signals
2323: Verarbeitungseinheitprocessing unit
2525: analoge Positionssignaleanalog position signals
2727: erster Analog-Digital-Wandlerfirst Analog to digital converter
2929: zweiter Analog-Digital-Wandlersecond Analog to digital converter
3131: digitale Positionssignaledigital position signals
3333: digitale Detektionssignaledigital detection signals
3535: Steuereinheitcontrol unit
3737: erstes Wandelsignalfirst converting signal
3939: zweites Wandelsignalsecond converting signal
4141: Verzögerungseinheitdelay unit
5151: VerzögerungszeitDelay Time
5353: PCPC
5555: Eingabeeinheitinput unit
5757: Displaydisplay
5959: SliderSlider
6161: Zuordnungseinheitallocation unit
6363: Abbildimage
6565: Stellelementactuator
6767: BeleuchtungspinholeIllumination pinhole
6969: DetektionspinholeDetection pinhole
7171: Scansystemscan system
7373: weitere VerzögerungseinheitFurther delay unit
7575: Verzögerungsglieddelay
7777: Verstärkeramplifier
7979: Verstärkeramplifier
8080: Oszillatoroscillator
8181: Teilerdivider
8383: erster Wandeltaktfirst change clock
8585: zweiter Wandeltaktsecond change clock
8787: Flip-Flop KetteFlip-flop Chain
8989: erstes Registerfirst register
9191: weitere Flip-Flop KetteFurther Flip-flop chain
9393: zweites Registersecond register
9595: FIFO-EinheitFIFO unit
9797: drittes Registerthird register
9999: Einheitunit
101101: EinheilEinheil
103103: Dual-Ported-RAM-SpeicherDual-ported RAM
105105: weitere HardwareFurther hardware
107107: Ringzählerring counter
109109: Registerregister

Claims

Verfahren zur Phasenkorrektur von Positions- und Detektionssignalen in der Scanmikroskopie, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: – Erzeugen eines analogen Positionssignals (25) aus der Stellung einer Strahlablenkeinrichtung (7) und Erzeugen mindestens eines zum analogen Positionssignal (25) gehörenden analogen Detektionssignals (21) aus dem von einem Objekt (15) ausgehenden Detektionslicht (17), – Übergeben des analogen Positionssignals (25) an einen ersten Analog-Digital-Wandler (27) und Übergeben des analogen Detektionssignals (21) an einen zweiten Analog-Digital-Wandler (29), – Ermitteln mindestens eines Korrekturwertes, Erzeugen eines ersten und eines zweiten Wandelsignals (37, 39), – Verzögern des zweiten Wandelsignals (39) gegenüber dem ersten Wandelsignal (37) um eine aus dem Korrekturwert ermittelte Verzögerungszeit (51) und – Übergeben des ersten Wandelsignals (37) an den ersten Analog-Digital-Wandler (27) und Übergeben des verzögerten zweiten Wandelsignals (39) an den zweiten Analog-Digital-Wandler (29), wobei das erste Wandelsignal (37) ein Umwandeln des analogen Positionssignals (25) in ein digitales Positionssignal und das zweite Wandelsignal (39) ein Umwandeln des analogen Detektionssignals (21) in ein digitales Detektionssignal (33) auslöst.Method for phase correction of position and detection signals in scanning microscopy, characterized by the following steps: - Generation of an analog position signal ( 25 ) from the position of a beam deflector ( 7 ) and generating at least one for the analog position signal ( 25 ) belonging analog detection signal ( 21 ) from the of an object ( 15 ) outgoing detection light ( 17 ), - transfer of the analog position signal ( 25 ) to a first analog-digital converter ( 27 ) and transfer of the analog detection signal ( 21 ) to a second analog-digital converter ( 29 ) - determining at least one correction value, generating a first and a second conversion signal ( 37 . 39 ), - delaying the second conversion signal ( 39 ) compared to the first change signal ( 37 ) by a delay time determined from the correction value ( 51 ) and - transfer of the first conversion signal ( 37 ) to the first analog-digital converter ( 27 ) and passing the delayed second conversion signal ( 39 ) to the second analog-digital converter ( 29 ), the first change signal ( 37 ) converting the analog position signal ( 25 ) into a digital position signal and the second conversion signal ( 39 ) converting the analog detection signal ( 21 ) into a digital detection signal ( 33 ) triggers.

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verzögern des zweiten Wandelsignals (39) gegenüber dem ersten Wandelsignal (37) mit einem FIFO-Speicher realisiert ist.A method according to claim 1, characterized in that the delaying the second conversion signal ( 39 ) compared to the first change signal ( 37 ) is realized with a FIFO memory.

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verzögern des zweiten Wandelsignals (39) gegenüber dem ersten Wandelsignal (37) mit einem Dual-Ported-RAM-Speicher (103) realisiert ist.A method according to claim 1, characterized in that the delaying the second conversion signal ( 39 ) compared to the first change signal ( 37 ) with a dual-ported RAM memory ( 103 ) is realized.

Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch den weiteren Schritt: – Verzögern des digitalen Detektionssignals (33) gegenüber dem digitalen Positionssignal (31) um eine aus dem Korrekturwert und der Verzögerungszeit (51) ermittelten weiteren Verzögerungszeit.Method according to Claim 1, characterized by the further step: - Delaying the digital detection signal ( 33 ) compared to the digital position signal ( 31 ) by one of the correction value and the delay time ( 51 ) determined further delay time.

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Korrekturwert aus der Einstellung von an einem Display (57) dargestellten Stellelementen (65) und des daraus resultierenden Gesamteindrucks eines auf dem Display (57) dargestellten Abbildes (63) des Objekts (15) ermittelt wird.A method according to claim 1, characterized in that the correction value from the setting of on a display ( 57 ) shown control elements ( 65 ) and the resulting overall impression of one on the display ( 57 ) shown image ( 63 ) of the object ( 15 ) is determined.

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Korrekturwert aus der Einstellung von Stellvorrichtungen und des daraus resultierenden Gesamteindrucks eines auf einem Display (57) dargestellten Abbildes (63) des Objekts (15) ermittelt wird.A method according to claim 1, characterized in that the correction value from the setting of adjusting devices and the resulting overall impression of a on a display ( 57 ) shown image ( 63 ) of the object ( 15 ) is determined.

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Korrekturwert automatisch ermittelt wird.A method according to claim 1, characterized in that the correction value is determined automatically.

Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Korrekturwert durch eine Temperaturmessung und Vergleich mit Kalibrierungsdaten ermittelt wird.A method according to claim 3, characterized in that the correction value through a temperature measurement and comparison is determined with calibration data.

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Korrekturwert mittels einer Bildverarbeitungseinheit aus dem aktuellen Verzerrungsgrad des Abbildes (63) ermittelt wird.A method according to claim 1, characterized in that the correction value by means of an image processing unit from the current degree of distortion of the image ( 63 ) is determined.

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzögerungszeit (51) zwischen dem zweiten und ersten Wandelsignal (37, 39) in Abhängigkeit von der Ablenkgeschwindigkeit der Strahlablenkeinrichtung (7) gesteuert und/oder geregelt wird.A method according to claim 1, characterized in that the delay time ( 51 ) between the second and first conversion signal ( 37 . 39 ) depending on the deflection speed of the beam deflection device ( 7 ) is controlled and / or regulated.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das digitale Detektionssignal (33) und das digitale Positionssignal (31) einander zugeordnet werden.Method according to one of claims 1 or 2, characterized in that the digital detection signal ( 33 ) and the digital position signal ( 31 ) are assigned to each other.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass digitale Positionssignale und Detektionssignale (33, 31) nach einem vorgebbaren Algorithmus verarbeitet werden und in Form eines Abbildes (63) von zumindest einem Teils des Objektes (15) auf einem Display (57) dargestellt werden.Method according to one of claims 1 to 11, characterized in that digital position signals and detection signals ( 33 . 31 ) are processed according to a predefinable algorithm and in the form of an image ( 63 ) of at least part of the object ( 15 ) on a display ( 57 ) being represented.

Scanmikroskop mit einer Strahlablenkeinrichtung (7) und einer Einheit zur Ermittlung der Stellung (11) der Strahlablenkeinrichtung (7), mit einer Lichtquelle (1), die einen Lichtstrahl (3) zur Beleuchtung eines Objektes (15) emittiert, wobei der Lichtstrahl mit der Strahlablenkeinrichtung (7) über das Objekt (15) führbar ist, und mit einem Detektor (19), der von dem Objekt (15) ausgehendes Detektionslicht (17) empfängt, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Analog-Digital-Wandler (27) vorgesehen ist, der von der Einheit zur Ermittlung der Stellung (11) der Strahlablenkeinrichtung (7) ein analoges Positionssignal (25) und von einer Steuereinheit (35) ein erstes Wandelsignal (37) empfängt und ein zweiter Analog-Digital-Wandler (29) vorgesehen ist, der von dem Detektor (19) ein analoges Detektionssignal (21) und von der Steuereinheit (35) ein zweites Wandelsignal (39) empfängt, wobei das zweite Wandelsignal (39) zeitlich gegenüber dem ersten Wandelsignal (37) um eine Verzögerungszeit (51) verzögerbar ist.Scanning microscope with a beam deflection device ( 7 ) and a unit for determining the position ( 11 ) of the beam deflection device ( 7 ), with a light source ( 1 ) that have a beam of light ( 3 ) for illuminating an object ( 15 ) emitted, the light beam with the beam deflecting device ( 7 ) about the object ( 15 ) is feasible, and with a detector ( 19 ) from the object ( 15 ) outgoing detection light ( 17 ) receives, characterized in that a first analog-to-digital converter ( 27 ) is provided by the unit for determining the position ( 11 ) of the beam deflection device ( 7 ) an analog position signal ( 25 ) and from a control unit ( 35 ) a first change signal ( 37 ) receives and a second analog-digital converter ( 29 ) is provided by the detector ( 19 ) an analog detection signal ( 21 ) and from the control unit ( 35 ) a second change signal ( 39 ) receives, the second change signal ( 39 ) compared to the first change signal ( 37 ) by a delay time ( 51 ) is delayable.

Scanmikroskop nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorrichtung zur Ermittlung eines Korrekturwertes vorgesehen ist, die mit einer Einheit verbunden ist, mit der die Verzögerungszeit (51) aus dem Korrekturwert ermittelbar ist.Scanning microscope according to claim 13, characterized in that a device for determining a correction value is provided, which is connected to a unit with which the delay time ( 51 ) can be determined from the correction value.

Scanmikroskop nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Ermittlung des Korrekturwertes aus auf einem Display (57) dargestellten Stellelementen (65) besteht, durch deren Einstellung der Korrekturwert aus dem daraus resultierenden Gesamteindruck eines auf dem Display (67) dargestellten Abbildes (63) des Objekts (15) ermittelbar ist.Scanning microscope according to claim 14, characterized in that the device for determining the correction value from on a display ( 57 ) shown control elements ( 65 ), the adjustment of which gives the correction value from the resulting overall impression of one on the display ( 67 ) shown image ( 63 ) of the object ( 15 ) can be determined.

Scanmikroskop nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Ermittlung des Korrekturwertes eine Stellvorrichtung beinhaltet, durch deren Einstellung der Korrekturwert aus dem daraus resultierenden Gesamteindruck eines auf einem Display (67) dargestellten Abbildes (63) des Objekts (15) ermittelbar ist.Scanning microscope according to claim 14, characterized in that the device for determining the correction value includes an actuating device, the setting of which causes the correction value from the resulting overall impression of a on a display ( 67 ) shown image ( 63 ) of the object ( 15 ) can be determined.

Scanmikroskop nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorgesehen sind, die den Korrekturwert automatisch ermitteln.Scanning microscope according to claim 14, characterized in that that means are provided which automatically determine the correction value.

Scanmikroskop nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum automatischen Ermitteln des Korrekturwertes einen Temperaturfühler umfassen.Scanning microscope according to claim 17, characterized in that that the means for automatically determining the correction value a temperature sensor include.

Scanmikroskop nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Ermittlung des Korrekturwertes eine Bildverarbeitungseinheit umfasst, die den Korrekturwert aus dem aktuellen Verzerrungsgrad des Abbildes (63) ermittelt.Scanning microscope according to claim 14, characterized in that the device for determining the correction value comprises an image processing unit which derives the correction value from the current degree of distortion of the image ( 63 ) determined.

Scanmikroskop nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das digitale Detektionssignal (33) gegenüber dem digitalen Positionssignal (31) um eine aus dem Korrekturwert und der Verzögerungszeit ermittelten weiteren Verzögerungszeit mit Hilfe einer weiteren Verzögerungseinheit (73) verzögerbar ist.Scanning microscope according to claim 14, characterized in that the digital detection signal ( 33 ) compared to the digital position signal ( 31 ) by a further delay time determined from the correction value and the delay time with the aid of a further delay unit ( 73 ) is delayable.

Scanmikroskop nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verarbeitungseinheit vorgesehen ist, die eine Zuordnung von digitalen Positions- und Detektionssignal (31, 33) vornimmt.Scanning microscope according to claim 13, characterized in that a processing unit is provided which assigns the digital position and detection signal ( 31 . 33 ).

Scanmikroskop nach einem der Ansprüche 13 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Scanmikroskop ein konfokales Scanmikroskop ist.Scanning microscope according to one of claims 13 to 21, characterized in that the scanning microscope is a confocal Scanning microscope is.