EP1549990A1 - Mikroskop mit korrektur und verfahren zur korrektur der durch temperaturänderung hervorgerufenen xyz-drift - Google Patents

Mikroskop mit korrektur und verfahren zur korrektur der durch temperaturänderung hervorgerufenen xyz-drift

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Publication number
EP1549990A1
EP1549990A1 EP03769504A EP03769504A EP1549990A1 EP 1549990 A1 EP1549990 A1 EP 1549990A1 EP 03769504 A EP03769504 A EP 03769504A EP 03769504 A EP03769504 A EP 03769504A EP 1549990 A1 EP1549990 A1 EP 1549990A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
microscope
control
monitoring unit
correction table
stand
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP03769504A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Manfred Gilbert
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Leica Microsystems CMS GmbH
Original Assignee
Leica Microsystems Wetzlar GmbH
Leica Microsystems CMS GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Leica Microsystems Wetzlar GmbH, Leica Microsystems CMS GmbH filed Critical Leica Microsystems Wetzlar GmbH
Publication of EP1549990A1 publication Critical patent/EP1549990A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B21/00—Microscopes
    • G02B21/24—Base structure
    • G02B21/26—Stages; Adjusting means therefor
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B21/00—Microscopes
    • G02B21/24—Base structure
    • G02B21/241—Devices for focusing
    • G02B21/245—Devices for focusing using auxiliary sources, detectors
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B21/00—Microscopes
    • G02B21/36—Microscopes arranged for photographic purposes or projection purposes or digital imaging or video purposes including associated control and data processing arrangements
    • G02B21/365—Control or image processing arrangements for digital or video microscopes

Definitions

  • the invention relates to a microscope with correction of the XYZ drift caused by temperature change.
  • the microscope comprises a tripod, a microscope stage attached to the tripod, which can be adjusted in all three spatial directions by a motor, and at least one temperature sensor.
  • the invention further relates to methods for correcting the XYZ drift caused by temperature change.
  • the method is used for a microscope with a tripod, a microscope stage attached to the tripod, which can be adjusted in all three spatial directions by a motor, and with at least one temperature sensor.
  • German published patent application DE 199 59 228 discloses a laser scanning microscope which comprises a temperature sensor, the signals for focus correction of which are based on stored reference values.
  • the measured temperature change is converted into a corresponding change in at least one component (moving the table, positioning the piezo, deforming the mirror, etc.) of the microscope.
  • the temperature compensation can also be done via a saved table or curve. This method can only keep the Z coordinate, i.e. the focus, constant. A migration of the sample within the XY plane defined by the table surface cannot be compensated with this.
  • German patent DE 195 301 36 C1 also describes a microscope with focus stabilization.
  • a device for focus stabilization in a microscope is disclosed here.
  • the temperature is stabilized by two metal bars with different coefficients of thermal expansion.
  • a rod is with the rack for the focus drive connected, the other rod is connected to the microscope stage.
  • the focus is stabilized exclusively by mechanical means individually tailored to the microscope.
  • JP 03 102 752 discloses a method for controlling a microscope stage. The temperature dependency of an element of the microscope stage is determined. The calculated drift of some elements is used to correct the position of the sample with respect to the calculated drift.
  • Figure 2 of the "PATENT ABSTRACTS OF JAPAN” may show that the position of the table is corrected in the X and Y directions. A disclosure of temperature sensors cannot be found in the abstract.
  • the invention has for its object to provide a microscope that keeps the examination conditions set by the operator stable.
  • the microscope is to be designed such that it keeps the xyz position of a sample to be examined constant.
  • Another object of the invention is to provide a method which keeps the examination conditions set by the operator stable.
  • the microscope is to be designed such that it keeps the xyz position of a sample to be examined constant.
  • the invention has the advantage that the microscope is insensitive to temperature changes and not only keeps the focus position but also the object position constant with respect to the optical axis.
  • the invention shows the advantages, particularly in long-term examinations. It is particularly important here that the position of the sample to be examined is constant with respect to the lens in the working position. Thereby the temperature changes play, which lead to a thermal expansion of the stand and thus an XYZ drift of the sample is irrelevant and the sample is constant in all three spatial directions with respect to the optical axis of the objective.
  • the microscope has a tripod and a microscope stage attached to the tripod that can be adjusted in all three spatial directions.
  • a control and monitoring unit comprises a memory and a microprocessor, a correction table being stored in the memory, which contains drift values for the three spatial directions as a function of the temperature and that the temperature sensors supply signals to the microprocessor, on the basis of which corresponding values can be called up for correction to hold the sample in the working position of the microscope objective.
  • the correction table can be determined manually or automatically.
  • a correction table has to be recorded and stored in a memory in a control and monitoring unit assigned to the microscope.
  • the microscope is operated in the examination mode in such a way that the control and monitoring unit controls the first, second and third motor on the basis of the signals from the temperature sensors and the contents of the correction table in such a way that the position of the sample relative to the optical axis of the objective provided in the working position is constant over time.
  • a first crosshair is provided in the eyepiece and a second crosshair on the reticle.
  • the reticle is placed on the microscope stage and one person adjusts the sharpness of the second crosshair by adjusting the third motor and then the coverage between the first and second crosshairs is achieved by adjusting the first and / or second motor accordingly.
  • the microprocessor of the control and monitoring unit transfers the data necessary for the adjustment into the correction table provided in the memory. This process is repeated until there are no temperature-related changes.
  • the automatic determination of the correction table only the second crosshair on the reticle that is placed on the microscope stage is used. After switching on the microscope, one camera focuses on the second crosshair by means of an autofocus of the camera.
  • the second crosshair is moved by an image processing software in cooperation with the first and the second motor in the optical axis of the lens in the working position. The data required for the adjustment are transferred to the correction table provided in the memory. This process is repeated until there are no temperature-related changes.
  • FIG. 1 shows a schematic view of a first exemplary embodiment of the microscope for compensating for the XYZ drift
  • FIG. 2 shows a schematic view of a second exemplary embodiment of the microscope for compensating the XYZ drift
  • 3a shows a schematic representation of the deviation of the optical means for determining the XYZ drift for generating a
  • 3b shows a schematic representation of the correspondence of the optical means for determining the XYZ drift for generating a correction table
  • 4 is a correction table in accordance with the present invention
  • Fig. 6 shows a basic structure of the software for correcting the
  • a microscope 2 is shown schematically in side view.
  • the microscope 2 is assigned a computer 4 with a display 6 and an input means 8, and a control and monitoring unit 10 for controlling the various microscope functions.
  • the control and monitoring unit 10 further comprises a memory
  • the microscope 2 can take any conceivable shape and configuration and the illustration in FIG. 1 should not be interpreted as a limitation.
  • the microscope 2 comprises a stand 12, on which at least one eyepiece 14, at least one objective 16 and a microscope stage 18 adjustable in all three spatial directions are provided.
  • a sample 40 to be examined or treated microscopically can be placed on the microscope stage 18. 1 and 2, the X direction X and the Z direction Z are shown.
  • the Y direction Y is perpendicular to the plane of the drawing.
  • the microscope comprises a revolver 15 to which the plurality of objectives 16 are attached.
  • the microscope stage 18 of the microscope 2 can be adjusted with a first motor 21 in the X direction X, with a second motor 22 in the Y direction Y and with a third motor 23 in the Z direction Z.
  • the control of the first, second and third motors 21, 22 and 23 takes place via the control and monitoring unit 10.
  • a camera 25 is connected to the microscope 2 and records the image of the object observed with the objective 16.
  • the camera 25 is connected to the control and monitoring unit 10 via a first electrical connection 26.
  • the control and monitoring unit 10 is connected to the microscope 2 via a second electrical connection 27, via the signals from the microscope 2 to the control and monitoring unit 10 and signals from the control and monitoring unit
  • the control and monitoring unit 10 to be supplied to microscope 2.
  • At least one temperature sensor 30 is provided on or in the microscope 2, the signals of which via the second electrical connection 27 are supplied to the control and monitoring unit 10 and are routed there to the microprocessor 11 or to the memory 9.
  • the camera 25 can be a video camera or a CCD camera.
  • the data supplied by the camera 25 and calculated by the microprocessor 11 are stored in a correction table (see FIG. 4) in the memory 9.
  • the correction table contains the drift values for the three directions X, Y and Z as a function of temperature.
  • the control and monitoring unit 10 is accommodated in an external electronics box 42 connected to the microscope 2.
  • FIG. 2 shows a schematic view of a second exemplary embodiment of the microscope 2 for compensating for the XYZ drift.
  • the same elements are identified by the same reference numerals.
  • the exemplary embodiment in FIG. 2 differs from the exemplary embodiment from FIG. 1 in that one of the correction tables is recorded manually by a person 32.
  • the person 32 can be a user of the microscope, for example. Furthermore, it is possible for the person 32 to be assembly personnel for the microscope 2 in the factory.
  • the person 32 determines the correction table after switching on the microscope 2.
  • a first cross hair 34 is provided in the eyepiece 14.
  • a graticule 36 with a second cross hair 35 is provided, which is placed on the microscope stage 18 for determining the correction table.
  • the person 32 focuses the second crosshair 35 and then the first crosshair 34 in the eyepiece 14 is brought into alignment with the second crosshair 35. Is the sharpness and coverage is achieved by a corresponding adjustment of the first, second and / or third motor 21, 22, 23.
  • the microprocessor 11 transfers the data necessary for the adjustment into the correction table provided in the memory 9. This is carried out by the person 32 in several time intervals.
  • the memory 9 and the microprocessor 11 in the stand 12 of the microscope 2 are in the Control unit provided.
  • the input means 38 is connected to the control and monitoring unit 10.
  • FIG. 3a shows a schematic representation of the deviation of the optical means for determining the XYZ drift for generating a correction table.
  • the optical means comprise the first cross hair 34, which is provided in the eyepiece 14. Furthermore, the reticle 36 with the second cross hair 36 is placed on the microscope stage 18 (not shown in FIG. 3a). In the illustration from FIG. 3a, the Z direction Z is perpendicular to the plane of the drawing. The first and second crosshairs 34, 35 are not in register. Between the first and the second cross hairs 34, 35 there is a deviation ⁇ X in the X direction X and a deviation ⁇ Y in the Y direction.
  • 3b shows the situation in which the first crosshair 34 in the eyepiece 14 has been brought into alignment with the second crosshair 35 on the reticle 36. Likewise, the second crosshair 35 must be focused.
  • the degree of adjustment is registered and e.g. stored in a memory.
  • the .DELTA.X, .DELTA.Y and .DELTA.Z values are adopted in the control and monitoring unit 10, for example by pressing the enter key.
  • the ⁇ X and ⁇ Y values correspond to the path difference by which the microscope stage 18 had to be adjusted in the X direction X and the Y direction Y in order to bring the first and the second cross hairs to coincide.
  • the ⁇ Z value corresponds to the path difference by which the microscope stage 18 or the objective 16 must be displaced relative to one another in the direction of the optical armpit 3 in order to adjust the sharpness. This process is repeated until the microscope 2 is in a thermally stable state.
  • the determined values are transmitted via an interface to the hardware (control and monitoring unit 10) located in the microscope 2 and there in the memory 9. The storage takes place whenever the user presses the enter key 38 and thus confirms that the sharpness is stable and the first and second crosshairs 34 and 35 are in register.
  • a reticle 36 with the second cross hair 35 is only on the specimen plane on the Microscope stage 18 necessary.
  • the second crosshair 35 is focused in the specimen plane by an autofocus of the camera 25 (see FIG. 1) and by a specially provided image processing software into a calibration position (preferably center of the field of view, ie the optical axis 13 of the one in the working position) Lens 16) brought.
  • this software repeats the functions described above (autofocus image center) and saves the XYZ drift values until no further change in the positions XYZ can be measured and the thermally stable state is thus achieved.
  • these are now transmitted to the hardware (control and monitoring unit 10) located in the microscope or in an external electronics box 42 and stored there.
  • a correction table 44 according to the present invention is shown. Depending on the number of measurements of the correction values, the number of lines in the correction table 44 can be changed accordingly.
  • the control and monitoring unit 10 is provided with an interface 46, via which data can be input or data can be supplied to the computer 4.
  • the interface 46 can be, for example, an RS232 interface, a USB interface or a wireless connection.
  • the firmware 50 uses the correction table 44, which is stored in the memory 9 of the control and monitoring unit 10.
  • the correction table 44 is retained even after the microscope 2 has been switched off and is used again the next time it is put into operation. It is also up to the user himself to create a new correction table 44 and to store this in the memory 9 of the control and monitoring unit 10.
  • the firmware 50 receives from the temperature sensors 30 ! , 30 2 , ..., 30 N , data from which the firmware determines 50 temperature changes.
  • the algorithm implemented in the firmware 50 determines the control values for the first, second and third motors 21, 22 and 23 which are necessary to compensate for the XYZ drift caused by temperature changes.
  • the control values on the first, second and third motors 21, 22 and 23 are selected such that they compensate for the ⁇ X, ⁇ Y and ⁇ Z values caused by temperature fluctuations. It is thus achieved that a sample or a specific area of the sample, regardless of the temperature changes, is always unchanged from the optical axis 13 of the objective 15 in the working position. As a result, the sample can no longer emigrate even during long-term examinations.
  • the correction table is already created in the factory and, when the microscopes are manufactured, is stored in a memory of the control and monitoring unit 10 of the microscope 2.
  • the correction table is obtained in the factory through a statistical evaluation of the temperature properties of several microscopes.

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Abstract

Es ist ein Mikroskop (2) offenbart, das mit einem Stativ (12), einem am Stativ (12) angebrachten, in allen drei Raumrichtungen motorisch verstellbaren Mikroskoptisch (18) versehen ist. Ferner ist mindestens ein Temperatursensor 5 (30) und eine Steuer- und Kontrolleinheit (10) vorgesehen. Die Steuer- und Kontrolleinheit (10) umfasst einen Speicher (9) und einen Mikroprozessor (11), wobei im Speicher (9) eine Korrekturtabelle (44) abgelegt ist, die Driftwerte für die drei Raumrichtrungen (X, X und Z) als Funktion der Temperatur enthält.

Description

Mikroskop mit Korrektur und Verfahren zur Korrektur der durch Temperaturänderung hervorgerufenen XYZ-Drift
Die Erfindung betrifft ein Mikroskop mit Korrektur der durch Temperaturänderung hervorgerufenen XYZ-Drift. Im Besonderen umfasst das Mikroskop ein Stativ, einen am Stativ angebrachten, in allen drei Raumrichtungen motorisch verstellbaren Mikroskoptisch, und mindestens einen Temperatursensor.
Ferner betrifft die Erfindung Verfahren zur Korrektur der durch Temperaturänderung hervorgerufenen XYZ-Drift. In Besonderen wird das Verfahren bei einem Mikroskop mit einem Stativ, einem am Stativ angebrachten, in allen drei Raumrichtungen motorisch verstellbaren Mikroskoptisch, und mit mindestens einem Temperatursensor.
Die deutsche Offenlegungsschrift DE 199 59 228 offenbart ein Laser- Scanning-Mikroskop, das einen Temperatursensor umfasst, dessen Signale zur Fokuskorrektur an Hand gespeicherter Bezugswerte erfolgt. Die gemessene Temperaturänderung wird in eine entsprechend auszuführende Änderung mindestens eines Bauteils (Tisch verfahren, Piezo stellen, Spiegel verformen, etc.) des Mikroskops umgerechnet. Die Temperaturkompensation kann ebenfalls über eine gespeicherte Tabelle oder Kurve erfolgen. Dieses Verfahren kann lediglich die Z-Koordinate, also den Fokus, konstant halten. Ein auswandern der Probe innerhalb der durch die Tischoberfläche definierte XY-Ebene kann hiermit nicht kompensiert werden.
Die deutsche Patentschrift DE 195 301 36 C1 beschreibt ebenfalls ein Mikroskop mit Fokusstabilisierung. Hier ist eine Einrichtung zur Fokusstabilisierung in einem Mikroskop offenbart. Die
Temperaturstabilisierung erfolgt durch zwei Metallstäbe mit unterschiedlichem thermischen Ausdehnungskoeffizienten. Ein Stab ist mit der Zahnstange für den Fokustrieb verbunden, der andere Stab ist mit dem Mikroskoptisch verbunden. Die Stabilisierung des Fokus erfolgt ausschließlich durch individuell auf das Mikroskop abgestimmten mechanischen Mitteln.
Die japanische Patentanmeldung (JP 03 102 752) offenbart ein Verfahren zur Regelung eines Mikroskoptisches. Dabei wird die Abhängigkeit eines Elements des Mikroskoptisches hinsichtlich der Temperatur bestimmt. Die berechnete Drift einiger Elemente wird benutzt, um die Position der Probe hinsichtlich der berechneten Drift zu korrigieren. Der Abbildung 2 des „PATENT ABSTRACTS OF JAPAN" ist evtl. zu entnehmen, dass die Korrektur der Position des Tisches in X- und Y-Richtung erfolgt. Eine Offenbarung von Temperatursensoren kann dem Abstrakt nicht entnommen werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Mikroskop zu schaffen, das die von der Bedienperson eingestellten Untersuchungsbedingungen stabil hält. Hierzu ist das Mikroskop derart auszugestalten, dass es die xyz-Position einer zu untersuchenden Probe konstant hält.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Mikroskop mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde ein Verfahren zu schaffen das die von der Bedienperson eingestellten Untersuchungsbedingungen stabil hält. Hierzu ist das Mikroskop derart auszugestalten, dass es die xyz-Position einer zu untersuchenden Probe konstant hält.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Korrektur der durch Temperaturänderung hervorgerufenen XYZ-Drift, das die Merkmale des Anspruchs 8 umfasst. Die Erfindung hat den Vorteil, dass das Mikroskop gegen Temperaturänderungen unempfindlich ist und nicht nur die Fokuslage sondern auch die Objektposition bezüglich der optischen Achse konstant hält. Besonders bei Langzeituntersuchungen zeigt die Erfindung die Vorteile. Hier ist es besonders wichtig, dass die zu untersuchende Probe in ihrer Lage bezüglich des in der Arbeitsposition befindlichen Objektivs konstant ist. Dabei spielen die Temperaturänderungen, die zu einer thermischen Ausdehnung des Stativs und somit einer XYZ-Drift der Probe keine Rolle und die Probe ist in allen drei Raumrichtungen bezüglich der optischen Achse des Objektivs konstant. Das Mikroskop besitzt ein Stativ und einem am Stativ angebrachten, in allen drei Raumrichtungen motorisch verstellbaren Mikroskoptisch. Ferner ist am oder im Stativ des Mikroskops oder in unmittelbarer Nähe des Mikroskops mindestens ein Temperatursensor vorgesehen. Eine Steuer- und Kontrolleinheit umfasst einen Speicher und einen Mikroprozessor, wobei im Speicher eine Korrekturtabelle abgelegt ist, die Driftwerte für die drei Raumrichtrungen als Funktion der Temperatur enthält und dass die Temperatursensoren Signale an den Mikroprozessor liefern, auf Grund dessen entsprechende Werte zur Korrektur abrufbar sind, um den die Probe in der Arbeitsposition des Objektivs des Mikroskops zu halten. Dabei kann die Korrekturtabelle manuell oder automatisch ermittelt werden.
Das Verfahren zur Korrektur der durch Temperaturänderung hervorgerufenen XYZ-Drift bei einem Mikroskop, lässt sich wie folgt beschreiben. Zunächst hat das Aufnehmen und Abspeichern einer Korrekturtabelle in einem Speicher in einer dem Mikroskop zugeordneten Steuer- und Kontrolleinheit zu erfolgen. Das Betreiben des Mikroskops im Untersuchungsmodus ist derart, dass die Steuer- und Kontrolleinheit an Hand der Signale der Temperatursensoren und der Inhalte der Korrekturtabelle den ersten, zweiten und dritten Motor derart steuert, dass die Lage der Probe zur optischen Achse des in der Arbeitsposition vorgesehenen Objektivs zeitlich konstant ist. Wenn die Korrekturtabelle manuell ermittelt wird, dann ist ein erstes Fadenkreuz im Okular und ein zweites Fadenkreuz auf der Strichplatte vorgesehen. Die Strichplatte ist auf den Mikroskoptisch aufgelegt und eine Person stellt die Schärfe des zweiten Fadenkreuzes durch Verstellen des dritten Motors ein und anschließend wird die Deckung zwischen dem ersten und dem zweiten Fadenkreuz durch eine entsprechende Verstellung des ersten und/oder zweiten Motors erreicht. Durch Betätigung eines Eingabemittels werden vom Mikroprozessor der Steuer- und Kontrolleinheit die zur Verstellung notwendigen Daten in die im Speicher vorgesehene Korrekturtabelle übertragen werden. Dieser Vorgang wird so lange wiederholt, bis sich keine temperaturbedingten Änderungen ergeben. Bei der automatischen Ermittlung der Korrekturtabelle wird nur das zweite Fadenkreuz auf der Strichplatte verwendet, die auf den Mikroskoptisch aufgelegt ist,. Nach dem Einschalten des Mikroskops wird von einer Kamera auf das zweite Fadenkreuz durch einen Autofokus der Kamera fokussiert. Das zweite Fadenkreuz wird durch eine Bildverarbeitungssoftware im Zusammenspiel mit dem ersten und dem zweiten Motor in die optische Achse des in der Arbeitsposition befindlichen Objektivs verschoben. Die zur Verstellung notwendigen Daten werden in die im Speicher vorgesehene Korrekturtabelle übertragen. Dieser Vorgang wird so lange wiederholt, bis sich keine temperaturbedingten Änderungen ergeben.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung können den Unteransprüchen entnommen werden.
In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand schematisch dargestellt und wird anhand der Figuren nachfolgend beschrieben. Dabei zeigen: Fig. 1 eine schematische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels des Mikroskops zur Kompensation der XYZ-Drift;
Fig. 2 eine schematische Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels des Mikroskops zur Kompensation der XYZ-Drift;,
Fig. 3a eine schematische Darstellung der Abweichung der optischen Mittel zum Ermitteln der XYZ-Drift zum Erzeugen einer
Korrekturtabelle;
Fig. 3b eine schematische Darstellung der Übereinstimmung der optischen Mittel zur ermitteln der XYZ-Drift zum Erzeugen einer Korrekturtabelle; Fig. 4 eine Korrekturtabelle gemäß der gegenwärtigen Erfindung;
Fig. 5 eine schematische Darstellung der Hardware zur Korrektur der durch Temperaturänderungen hervorgerufenen XYZ-Drift; und
Fig. 6 eine prinzipielle Struktur der Software zur Korrektur der durch
Temperaturänderungen hervorgerufenen XYZ-Drift. In Fig. 1 ist ein Mikroskop 2 schematisch in der Seitenansicht dargestellt. In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist dem Mikroskop 2 ein Computer 4 mit Display 6 und einem Eingabemittel 8, sowie eine Steuer- und Kontrolleinheit 10 zur Steuerung der verschiedenen Mikroskopfunktionen, zugeordnet. Die Steuer- und Kontrolleinheit 10 umfasst ferner einen Speicher
9 und einen Mikroprozessor 11. Es ist selbstverständlich, dass das Mikroskop 2 jede denkbare Form und Ausstattung annehmen kann und die Darstellung in Fig. 1. nicht als Beschränkung aufgefasst werden soll. Das Mikroskop 2 umfasst ein Stativ 12, an dem mindestens ein Okular 14, mindestens ein Objektiv 16 und einen in allen drei Raumrichtungen verstellbarer Mikroskoptisch 18 vorgesehen sind. Auf dem Mikroskoptisch 18 kann eine mikroskopisch zu untersuchende oder zu behandelnde Probe 40 (siehe Fig. 2) aufgelegt werden. In Fig. 1 und Fig. 2 ist die X-Richtung X und die Z-Richtung Z dargestellt. Die Y-Richtung Y ist in dieser Darstellung senkrecht zur Zeichenebene. In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst das Mikroskop einen Revolver 15, an dem die mehreren Objektive 16 angebracht sind. Das mindestens eine Objektiv 16, das sich in der Arbeitposition befindet, definiert eine optische Achse 13 (gestrichelt dargestellt). Ferner ist beidseitig an dem Stativ 12 jeweils ein Verstellknopf 20 vorgesehen mit dem der Mikroskoptisch 18 in der Höhe (in Z-Richtung Z) relativ zu dem Objektiv 16 in der Arbeitsposition verstellt werden kann. Der Mikroskoptisch 18 des Mikroskops 2 kann mit einem ersten Motor 21 in der X-Richtung X, mit einem zweiten Motor 22 in der Y-Richtung Y und mit einem dritten Motor 23 in der Z- Richtung Z verstellt werden. Die Ansteuerung des ersten, zweiten und dritten Motors 21 , 22 und 23 erfolgt über die Steuer- und Kontrolleinheit 10. Mit dem Mikroskop 2 ist eine Kamera 25 verbunden, die das Bild des mit dem Objektiv 16 beobachteten Objekt aufnimmt. Über eine erste elektrische Verbindung 26 ist die Kamera 25 mit der Steuer- und Kontrolleinheit 10 verbunden. Ebenso ist die Steuer- und Kontrolleinheit 10 über eine zweite elektrische Verbindung 27 mit dem Mikroskop 2 verbunden, über die Signale von Mikroskop 2 zur Steuer- und Kontrolleinheit 10 und Signale von der Steuer- und Kontrolleinheit
10 zum Mikroskop 2 geliefert werden. Mindestens ein Temperatursensor 30 ist am oder im Mikroskop 2 vorgesehen, dessen Signale über die zweite elektrische Verbindung 27 zur Steuer- und Kontrolleinheit 10 geliefert werden und dort an den Mikroprozessor 11 oder zum Speicher 9 geleitet werden. Es ist selbstverständlich, dass die Kamera 25 eine Videokamera oder eine CCD- Kamera sein kann. Während eines bestimmten Betriebsmodus werden im Speicher 9 die von der Kamera 25 gelieferten und vom Mikroprozessor 11 verrechneten Daten in einer Korrekturtabelle (siehe Fig. 4) abgelegt ist. Die Korrekturtabelle enthält die Driftwerte für die drei Raumrichtrungen X, Y und Z als Funktion der Temperatur. In dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die ist die Steuer- und Kontrolleinheit 10 in einer externen mit dem Mikroskop 2 verbundenen Elektronikbox 42 untergebracht.
Fig. 2 zeigt eine schematische Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels des Mikroskops 2 zur Kompensation der XYZ-Drift. Dabei sind gleiche Elemente der mit dem gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Das Ausführungsbeispiel in Fig. 2 unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel aus Fig. 1 dahingehend, dass das Aufzeichnen einer der Korrekturtabelle manuell durch eine Person 32 erfolgt. Die Person 32 kann z.B. ein Benutzer des Mikroskops sein. Ferner ist es Möglich, dass die Person 32 Montagepersonal des Mikroskops 2 in der Fabrik ist. Die Person 32 ermittelt nach dem Einschalten des Mikroskops 2 die Korrekturtabelle. Dazu ist, wie in Fig. 3a bzw. Fig. 3b dargestellt, im Okular 14 ein erstes Fadenkreuz 34 vorgesehen. Ferner ist eine Strichplatte 36 mit einem zweiten Fadenkreuz 35 vorgesehen, die zur Bestimmung der Korrekturtabelle auf den Mikroskoptisch 18 aufgelegt ist. In gewissen Zeitabständen stellt die Person 32 das zweite Fadenkreuz 35 scharf und danach wird das erste Fadenkreuz 34 im Okular 14 mit dem zweiten Fadenkreuz 35 zur Deckung gebracht. Ist die Schärfe und die Deckung wird durch eine entsprechende Verstellung des ersten, zweiten, und/oder dritten Motors 21 , 22, 23 erreicht. Durch die Betätigung eines Eingabemittels 38 werden vom Mikroprozessor 11 die zur Verstellung notwendigen Daten in die im Speicher 9 vorgesehene Korrekturtabelle übertragen. Dies wird von der Person 32 in mehreren Zeitabständen durchgeführt. In dem in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel sind der Speicher 9 und der Mikroprozessor 11 im Stativ 12 des Mikroskops 2 in der Kontrolleinheit vorgesehen. Das Eingabemittel 38 ist mit der Steuer- und Kontrolleinheit 10 verbunden.
In Fig. 3a ist eine schematische Darstellung der Abweichung der optischen Mittel zur ermitteln der XYZ-Drift zum Erzeugen einer Korrekturtabelle gezeigt. Die optischen Mittel umfassen das erste Fadenkreuz 34, das im Okular 14. vorgesehen ist. Ferner ist die Strichplatte 36 mit dem zweiten Fadenkreuz 36 auf dem Mikroskoptisch 18 (in Fig. 3a nicht dargestellt) aufgelegt. In Darstellung aus Fig. 3a ist die Z-Richtung Z senkrecht zur Zeichenebene. Das erste und das zweite Fadenkreuz 34, 35 sind nicht in Deckung. Zwischen dem ersten und dem zweiten Fadenkreuz 34, 35 existiert eine Abweichung ΔX in X- Richtung X und eine Abweichung ΔY in Y-Richtung.
In Fig. 3b ist die Situation dargestellt, bei der das erste Fadenkreuz 34 im Okular 14 mit dem zweiten Fadenkreuz 35 auf der Strichplatte36 in Deckung gebracht worden ist. Ebenso muss auf das zweite Fadenkreuz 35 scharf gestellt werden. Das Maß der Verstellung wird registriert und z.B. in einem Speicher abgelegt. In dem in Fig. 2 beschriebenen manuellen Verfahren werden beispielsweise durch Betätigen der Eingabetaste die ΔX, ΔY und ΔZ Werte in die Steuer- und Kontrolleinheit 10 übernommen. Die ΔX und ΔY Werte entsprechen der Wegdifferenz um die der Mikroskoptisch 18 in der X- Richtung X und der Y-Richtung Y verstellt werden musste, um das erste und das zweite Fadenkreuz zur Deckung zu bringen. Der ΔZ Wert entspricht der Wegdifferenz um die der Mikroskoptisch 18 bzw. das Objektiv 16 in Richtung der optischen Achsel 3 relativ zueinander zur Einstellung der Schärfe verschoben werden müssen. Dieser Vorgang wird so lange wiederholt, bis sich das Mikroskop 2 in einem thermisch stabilen Zustand befindet. Die ermittelten Werte werden über eine Schnittstelle an die im Mikroskop 2 befindliche Hardware (Steuer- und Kontrolleinheit 10) übermittelt und dort im Speicher 9. Das Abspeichern erfolgt immer dann, wenn der Benutzer die Eingabetaste 38 betätigt und damit bestätigt, dass die Schärfe stabil ist und das erste und das zweite Fadenkreuz 34 und 35 in Deckung sind.
Im Falle der automatischen Ermittlung der Korrekturwerte ist eine Strichplatte 36 mit dem zweiten Fadenkreuz 35 nur in der Präparatebene auf dem Mikroskoptisch 18 nötig. Nach dem Einschalten wird das zweite Fadenkreuz 35 in der Präparatebene durch einen Autofokus der Kamera 25 (siehe Fig. 1) fokussiert und durch eine speziell dafür vorgesehene Bildverarbeitungssoftware in eine Kalibrierposition (vorzugsweise Mitte des Sehfeldes, d.h. die optische Achse 13 des in der Arbeitsposition vorgesehenen Objektivs 16) gebracht. In frei definierbaren Zeitabstände n wiederholt diese Software die oben beschriebenen Funktionen (Autofokus Bildmitte) und speichert die XYZ-Driftwerte so lange ab, bis keine Veränderung der Positionen XYZ mehr gemessen werden kann und somit der thermisch stabile Zustand erreicht ist. Wie bei der manuellen Ermittlung der Temperaturwerte werden nun diese an die im Mikroskop oder in einer externen Elektronikbox 42 befindliche Hardware (Steuer- und Kontrolleinheit 10) übermittelt und dort abgespeichert.
In Fig. 4 ist eine Korrekturtabelle 44 gemäß der gegenwärtigen Erfindung dargestellt. Je nach er Anzahl der erfolgten Messungen der Korrekturwerte ist die Anzahl der Zeilen der Korrekturtabelle 44 entsprechend veränderlich.
Die Fig. 5 zeigt eine schematische Darstellung der Steuer- und Kontrolleinheit 10 zur Korrektur der durch Temperaturänderungen hervorgerufenen XYZ-Drift. Ein oder mehrere Temperatursensoren 30-, 302, ..., 30N, sind mit der Steuer- und Kontrolleinheit 10 verbunden, deren Signale an die Steuer- und Kontrolleinheit 10 geliefert werden, um daraus Ansteuersignale für den ersten, zweiten, und dritten Motor 21 , 22 und 23 zu erhalten. Der Mikroskoptisch 18 wird somit von der Steuer- und Kontrolleinheit 10 derart angesteuert, dass die zu untersuchende Probe immer im Fokus und an der gleichen Position unterhalb des Objektivs 16 ist. Die Steuer- und Kontrolleinheit 10 ist mit einer Schnittstellte 46 versehen, über die Daten eingegeben bzw. Daten an eine dem Computer 4 geliefert werden können. Die Schnittstelle 46 kann z.B. eine RS232-Schnittstelle, eine USB-Schnittstelle oder eine drahtlose Verbindung sein. In Fig. 6 ist eine prinzipielle Struktur der Firmware 50 zur Korrektur der durch Temperaturänderungen hervorgerufenen XYZ-Drift dargestellt. Der in der Firmware 50 eingebaute Algorithmus korrigiert nun - während das Mikroskop betrieben wird - ständig die XYZ-Abweichungen, die durch Temperaturschwankungen entstehen. Dazu bedient sich die Firmware 50 der Korrekturtabelle 44, die im Speicher 9 der Steuer- und Kontrolleinheit 10 abgelegt ist. Die Korrekturtabelle 44 bleibt auch nach dem Ausschalten des Mikroskopes 2 erhalten und wird bei der nächsten in Betriebnahme wieder verwendet. Es ist auch dem Benutzer selbst überlassen eine neue Korrekturtabelle 44 zu erstellen und diese im Speicher 9 der Steuer- und Kontrolleinheit 10 zu hinterlegen. Im Betrieb erhält die Firmware 50 von den Temperatursensoren 30!, 302, ..., 30N, Daten, aus denen die Firmware 50 Temperaturänderungen ermittelt. Der in der Firmware 50 implementierte Algorithmus ermittelt im Zusammenspiel mit der Korrekturtabelle 44 die Stellwerte für den erste, zweiten und dritten Motor 21 , 22 und 23, die notwendig sind, um die durch Temperaturänderungen hervorgerufene XYZ- Drift auszugleichen. Die Stellwerte an den ersten, zweiten und dritten Motor 21 , 22 und 23 sind derart gewählt, dass sie die durch Temperaturschwankungen hervorgerufenen ΔX, ΔY und ΔZ Werte ausgleichen. Somit wird erreicht, dass eine Probe oder ein bestimmter Bereich der Probe, unabhängig von den Temperaturänderungen, immer unverändert zur optischen Achse 13 des Objektivs 15 in der Arbeitsposition ist. Die Probe kann dadurch auch bei Langzeituntersuchungen nicht mehr auswandern.
Es ist auch denkbar, dass die Korrekturtabelle bereits Werksseitig erstellt wird und bei der Fertigung der Mikroskope in einem Speicher der Steuer- und Kontrolleinheit 10 des Mikroskops 2 wird. Die Korrekturtabelle wird werksseitig durch eine statistische Auswertung von den Temperatureigenschaften mehrere Mikroskope gewonnen.

Claims

Patentansprüche
1. Mikroskop (2) mit einem Stativ (12) und einem am Stativ (12) angebrachten, in allen drei Raumrichtungen motorisch verstellbaren Mikroskoptisch (18), dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein
Temperatursensor (30) im oder am Stativ (2) vorgesehenen ist, dass eine Steuer- und Kontrolleinheit (10) vorgesehen ist, die einen Speicher (9) und einen Mikroprozessor (11 ) umfasst, wobei im Speicher (9) eine Korrekturtabelle (44) abgelegt ist, die Driftwerte für die drei Raumrichtrungen (X, Y und Z) des Stativs (2) als Funktion der Temperatur enthält, und dass die Temperatursensoren (30) mit dem Mikroprozessor verbunden sind und Signale liefern, auf Grund dessen entsprechende Werte zur Korrektur abrufbar sind, womit die Steuer- und Kontrolleinheit (10) einen ersten, einen zweiten und einen drittem Motor (21 , 22 und 23) am Mikroskoptisch (18) derart ansteuert, dass der Mikroskoptisch (18) unabhängig von der Temperatur eine feste Position im Raum einnimmt.
2. Mikroskop nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Korrekturtabelle (44) manuell ermittelbar ist.
3. Mikroskop nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Korrekturtabelle (44) automatisch ermittelbar ist.
4. Mikroskop nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und Kontrolleinheit (10) im Stativ (12) des Mikroskops (2) integriert ist.
5. Mikroskop nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und Kontrolleinheit (10) im Stativ (12) in einer externen Elektronikbox (42) untergebracht ist.
6. Mikroskop nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Eingabeeinheit (38) vorgesehen ist, die mit der Steuer- und Kontrolleinheit (10) verbunden ist.
7. Mikroskop nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Eingabeeinheit (38) eine Maus, ein Trackball, eine Tastatur oder ein
Touchscreen ist.
8. Verfahren zur Korrektur der durch Temperaturänderung hervorgerufenen XYZ-Drift bei einem Mikroskop (2) mit einem Stativ (12), einem am Stativ (12) angebrachten, in allen drei Raumrichtungen (X, Y, Z) motorisch verstellbaren Mikroskoptisch (18), und mit mindestens einem im oder am Stativ (12) vorgesehenen Temperatursensor (30) gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
Aufnehmen und Abspeichern einer Korrekturtabelle (44) in einem Speicher (9) in einer dem Mikroskop (2) zugeordneten Steuer- und
Kontrolleinheit (10), und
Betreiben des Mikroskops (2) im Untersuchungsmodus, derart dass die Steuer- und Kontrolleinheit (10) an Hand der Signale der Temperatursensoren (30) und der Inhalte der Korrekturtabelle (44) den ersten, zweiten und dritten Motor (21 , 22, 23) des
Mikroskoptisches(18) derart steuert, dass dessen Lage zur einer optischen Achse (13) einer in der Arbeitsposition vorgesehenen Objektivs (16) zeitlich konstant ist.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrekturtabelle (44) manuell ermittelt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Fadenkreuz (34) in einem Okular (14) und ein zweites Fadenkreuz (35) auf einer Strichplatte (36) vorgesehen ist, die auf den Mikroskoptisch (18) aufgelegt ist, und eine Person (32) die Schärfe des zweiten Fadenkreuzes (35) durch Verstellen des dritten Motors (23) einstellt und anschließend die Deckung zwischen dem ersten und dem zweiten Fadenkreuz (34, 35) durch eine entsprechende Verstellung des ersten und/oder zweiten Motors (21 , 22) erreicht, und dass durch Betätigung eines Eingabemittels (38) vom einem Mikroprozessor (11 ) der Steuer- und Kontrolleinheit (10) die zur Verstellung notwendigen Daten in die im Speicher (9) vorgesehene Korrekturtabelle (44) übertragen werden.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Eingabemittel (38) eine Maus, ein Trackball, eine Tastatur oder ein Touchscreen ist.
12. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrekturtabelle (44) automatisch ermittelt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass nur das zweite Fadenkreuz (35) auf der Strichplatte (36) vorgesehen ist, die auf den Mikroskoptisch (18) aufgelegt ist, dass nach dem Einschalten des Mikroskops (2) von einer Kamera (25) auf das zweite Fadenkreuz (35) durch einen Autofokus der Kamera (25) fokussiert wird, dass das zweite Fadenkreuz (35) durch eine Bildverarbeitungssoftware im Zusammenspiel mit dem ersten und dem zweiten Motor (21 , 22) in die optische Achse (13) des in der Arbeitsposition befindlichen Objektivs (16) verschoben wird, und dass dann die zur Verstellung notwendigen Daten in die im Speicher (9) vorgesehene Korrekturtabelle (44) übertragen werden .
14. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und Kontrolleinheit (10) im Stativ (12) des Mikroskops (2) integriert ist.
15. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und Kontrolleinheit (10) im Stativ (12) in einer externen Elektronikbox (42) untergebracht ist.
16. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrekturtabelle werksseitig durch eine Statistik über mehrere Stative ermittelt wird und in der Steuer- und Kontrolleinheit (10) des Mikroskops hinterlegt wird.
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