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显微镜系统和用于运行显微镜系统的方法

阅读:527发布:2020-05-14

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1.一种显微镜系统,具有多个显微镜模(20,30),所述显微镜模块彼此连接,以进行数据传输,
其特征在于,
存在中央时钟发生器(10),所述中央时钟发生器的时钟信号(11)被提供给所有的显微镜模块(20,30),并且
所述显微镜模块(20,30)被配置为,
-将所述时钟信号或根据所述时钟信号导出的时钟用作内部时钟(26),
-基于所述内部时钟(26)来计算数据,以及
-基于所述时钟信号(11)将所计算的数据传输到显微镜模块(20,30)中的另一个。
2.根据权利要求1所述的显微镜系统,
其特征在于,
为了转发所述时钟信号(11),显微镜模块(20,30)中的至少一些具有时钟输入电路(21)和时钟输出电路(23),其中,经由所述时钟输入电路(21),能够接收所述时钟信号(11),并且经由所述时钟输出电路(23),能够将所述时钟信号(11)输出到显微镜模块(20,
30)中的另一个,或者
显微镜模块(20,30)中的至少一些分别包括耦合装置(21A),特别是定向耦合器(21A),以便将时钟信号(11)的信号分量耦合到相应的显微镜模块(20)中,其中,不将时钟信号(11)的其余信号分量引导通过所述显微镜模块(20),而是引导到其余的显微镜模块(30)。
3.根据权利要求2所述的显微镜系统,
其特征在于,
显微镜模块(20,30)的时钟输入电路(21)或另外的电路被配置为,
-处理接收到的时钟信号,然后才经由所述时钟输出电路(23)将其输出,和/或-特别是通过相环(24)提取时钟信号(11)的载波频率
4.根据权利要求1至3中任一项所述的显微镜系统,
其特征在于,
存在时钟调制电路,并且时钟调制电路被配置为用于对时钟信号进行调制,以便编入信息,
显微镜模块(20,30)的时钟输入电路(21)或另外的电路被配置为,用于读取在时钟信号(11)中编入的信息。
5.根据权利要求4所述的显微镜系统,
其特征在于,
所述时钟调制电路被配置为通过以下方式来调制时钟信号:
-所述时钟调制电路对时钟上升沿之间的间隔进行调制,同时所述时钟调制电路使时钟下降沿之间的间隔恒定,或
-所述时钟调制电路对时钟下降沿之间的间隔进行调制,同时所述时钟调制电路使时钟上升沿之间的间隔恒定。
6.根据权利要求4或5所述的显微镜系统,
其特征在于,
所述时钟调制电路被配置为,用于将时钟数信息编码到所述时钟信号中。
7.根据权利要求4至6中任一项所述的显微镜系统,
其特征在于,
所述时钟调制电路被配置为,用于将重置命令编码到所述时钟信号中,并且显微镜模块(20,30)的时钟输入电路(21)或另外的电路被配置为,用于识别编码到时钟信号中的重置命令,随后重置时钟计数器读数或状态机。
8.根据权利要求6或7所述的显微镜系统,
其特征在于,
多个显微镜模块(20,30)中的至少一个第一和第二显微镜模块(20,30)串联连接,使得所述中央时钟发生器(10)将所述时钟信号发送到所述第一显微镜模块(20),并且所述第一显微镜模块将所述时钟信号传递到所述第二显微镜模块(30),由此所述第一和第二显微镜模块(20,30)以时间偏移的方式接收所述时钟信号,
第一和/或第二显微镜模块(20,30)包括存储有预定的时间偏移值的数据存储器,所述时间偏移值用作时间偏移的量度,
为了考虑时间偏移,所述第一和/或第二显微镜模块(20,30)被配置为,用于以所述时间偏移值改变对应于时钟数信息的时钟数。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的显微镜系统,
其特征在于,
显微镜模块(20,30)中的至少一个被配置为,用于根据接收到的时钟信号(11),形成具有不同的频率的时钟,并且将所述时钟用作局部的模块时钟(26)。
10.根据权利要求9所述的显微镜系统,
其特征在于,
不同的显微镜模块(20,30)被配置为,用于根据分别接收到的时钟信号(11),形成不同的时钟,并且将其用作相应的局部的模块时钟。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的显微镜系统,
其特征在于,
所述显微镜模块(20,30)包括至少一个扫描仪模块和图像记录模块,
所述扫描仪模块包括至少一个扫描镜,并且所述扫描仪模块被配置为,用于在测量运行期间,将关于所述扫描镜的位置数据连续地传输到所述图像记录模块,其中,所述传输基于所述时钟信号(11)进行,
所述图像记录模块被配置为,用于在测量运行期间,依据接收到的位置数据,可变地调整图像数据处理
12.根据权利要求1至11中任一项所述的显微镜系统,
其特征在于,
所述显微镜模块(20,30)包括至少一个图像记录模块和光源模块,其被配置为用于实施光源校准过程,其中:
-改变光源模块的照明强度,
-所述图像记录模块测量图像亮度并将其传输到所述光源模块,其中,传输基于所述时钟信号(11)进行,
-在进行调节时,在考虑接收到的图像亮度的情况下,所述光源模块调整输出的照明强度,直到达到设定值为止,
在所述校准过程中,将通过调节获得的光源模块的设置用于稍后的测量。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的显微镜系统,
其特征在于,
所述中央时钟发生器(10)包括用于接收外部时钟的输入端,
所述中央时钟发生器(10)包括调节回路,在将所述时钟信号发送到所述显微镜模块(20,30)之前,利用所述调节回路将所述时钟信号(11)与所述外部时钟相匹配。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的显微镜系统,
其特征在于,
所述中央时钟发生器(10)包括用于连接设备的输出端,并且所述中央时钟发生器被配置为,用于在所述输出端处输出所述时钟信号(11)或根据所述时钟信号导出的时钟,其中,所述中央时钟发生器(10)尤其被配置为,用于产生频率为10MHz的整数倍的时钟信号(11),并且所述中央时钟发生器(10)包括如下电路,利用所述电路,根据所述时钟信号形成10MHz时钟,并且在所述输出端处将所述10MHz时钟输出。
15.一种运行显微镜系统的方法,所述显微镜系统具有多个显微镜模块(20,30),所述显微镜模块在彼此之间传输数据,
其特征在于,
中央时钟发生器(10)将时钟信号(11)发送给所有的显微镜模块(20,30),所述显微镜模块(20,30)
-将所述时钟信号(11)或根据所述时钟信号导出的时钟用作内部时钟(26),-基于所述内部时钟(26)来计算数据,以及
-基于所述时钟信号(11)将所计算的数据传输到所述显微镜模块(20,30)中的另一个。

说明书全文

显微镜系统和用于运行显微镜系统的方法

技术领域

[0001] 一方面,本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的显微镜系统。
[0002] 第二方面,本发明涉及一种根据权利要求15的前序部分的用于运行显微镜系统的方法。

背景技术

[0003] 通用的显微镜系统包括多个显微镜模,其彼此连接以进行数据传输。
[0004] 以对应的方式,在一种用于运行显微镜系统的方法中规定:该显微镜系统包括彼此传输数据的多个显微镜模块。
[0005] 诸如激光扫描显微镜的显微镜系统是包括多个模块(以下称为显微镜模块)的分布式系统。这对模块之间数据传输有很高的要求。尤其是传输的带宽应当尽可能高,传输质量应当尽可能好并且传输的等待时间应该尽可能低。
[0006] 已知的显微镜系统不能令人满意地满足不断增长的、对传输速率和时间精度的要求,尤其是在可用的像素时钟特别短的情况下。
[0007] 通常,各个模块有自己的时钟发生器。这些时钟发生器独立于其他模块的时钟发生器进行工作。为了在模块之间进行通信,通常使用同步信号。如果模块接收到同步信号,则该时刻被标明并且可以将其用于同步流程:例如,一旦接收到同步信号,模块可以就发送数据。然而,模块无法合理地预测同步信号何时到达。因此,模块必须准备待发送的数据,然后等待直至接收到同步信号。由此形成较长的未使用的时间段。
[0008] 参考图1更详细地解释现有技术的这些问题。图1沿平时间轴t示出了持续时间1,其表示像素持续时间1(英语:pixel length,像素长度)。像素持续时间1可以表示显微镜系统应该在其内部记录采样点(像素)的持续时间。为此,在扫描显微镜中,必须将扫描镜调节到采样点。为此,必须在像素持续时间内将控制信号传输到扫描镜。同步信号可以预先给定像素持续时间开始的开始时刻0。理想情况下,对应的显微镜模块应当从该时刻起产生用于扫描镜的控制信号并且将其转发到该扫描镜。但是在此形成引起延迟2的传输延迟和计算持续时间。只有像素持续时间1的、延迟2之后剩余的部分可被用于信号3。为了产生尽可能快的图像记录,像素持续时间1应当尽可能短。然而,由于延迟2,迄今不能实现非常短的像素持续时间1。
[0009] 例如在DE 10 2011 055 639 B4中描述了传统的显微镜系统。在此,使用同步器,该同步器同步不同模块的数据,如尤其在本文件第[0087]段中所说明的。
[0010] 用于数据传输的标准接口在显微镜中通常仅在入级模型中使用。但是,即使是传统的、针对特定应用专门开发的系统也不能适应不断增长的要求。由于不能保证同时的作用或在特定时刻的作用,尤其成问题的是所传输的数据与同步时钟之间的等待时间。

发明内容

[0011] 因此,本发明要解决的技术问题是提出一种显微镜系统和一种用于运行显微镜系统的方法,其在显微镜系统的组件之间的数据传输方面能够实现尽可能高的质量和高的传输速率。
[0012] 该技术问题通过具有权利要求1的特征的显微镜系统以及通过具有权利要求15的特征的方法来解决。
[0013] 根据本发明的显微镜系统和根据本发明的方法的有利的变形方案是从属权利要求的内容,并且另外在下面的描述中对其进行阐述。
[0014] 在上述类型的显微镜系统中,存在中央时钟发生器,该中央时钟发生器的时钟信号被提供给所有的显微镜模块。显微镜模块被配置为,用于将该时钟信号或根据时钟信号导出的时钟用作内部时钟。
[0015] 在上述方法中,中央时钟发生器根据本发明地将时钟信号发送到所有的显微镜模块。显微镜模块然后使用时钟信号或根据时钟信号导出的时钟作为内部时钟。
[0016] 有利地,除了单个振荡周期之外,由此可以将所有的显微镜模块同步。由此可以在良好的信号质量下进行高数据传输。
[0017] 显微镜模块可以被配置为,用于基于内部时钟来计算数据并且基于时钟信号将所计算的数据传输至显微镜模块中的另一个。因此,模块之间的数据通信基于共同的时钟进行,该共同的时钟被分配给这些模块。显微镜模块包括电子构件,电子构件基于时钟(特别是相应的显微镜模块的内部时钟)实施计算或数据处理。在此输出数据,这些数据中的一些要传输到另外的显微镜模块,其中,利用提供给所有的显微镜模块的共同的时钟信号或利用根据该共同的时钟信号中导出的时钟来进行该数据传输。
[0018] 除电子构件外,每个显微镜模块还包括根据模块而不同的光学元件。例如,在激光扫描模块或扫描仪模块中,光学元件可以包括扫描镜,该扫描镜特别是经由检流计进行运动。扫描仪模块的电子构件例如可以连续地处理关于当前的扫描镜位置的信息,特别是可以利用扫描镜的每个振动来采集、处理运动数据并且将其输出到另外的显微镜模块。因此,扫描仪模块不仅输出控制扫描镜的频率,而且还输出关于振荡走向的更精确的数据,并且此外由于扫描镜的依次的振荡通常并不完全均匀,因此还连续地输出更新的数据。该位置数据例如可以在测量运行期间从扫描仪模块连续地传输到图像记录模块。作为光学元件,该图像记录模块可以包括例如带有相关的透镜或另外的元件的一个或多个光探测器照相机。作为电子构件,图像记录模块此外可以包括用于将所记录的图像数据转换为数字数据的模数转换器以及用于处理数字数据的计算单元。
[0019] 扫描镜使照明光束以环形运动偏转,其中,扫描运动的速度在环形区域中减小,并且在直线路径上更大。在已知的方法中,由于图像记录模块的模数转换器通常必须以固定的采样频率进行工作,因此要面临所记录的图像的失真。因此,通常仅使用扫描运动的线性区域(直线路径),而在环形区域中不进行图像记录或者不考虑所记录的图像数据。在US 20150241681 A1中,例如仅在扫描运动的直线路径上接通照明并且记录图像数据。反之,可以通过根据本发明的数据传输来采集用于扫描镜运动的经连续更新的位置数据,并且将其传输到图像记录模块,由此可以将总的环形运动的明显更大的分量用于图像记录。为了避免图像失真,图像记录模块例如如下使用所获得的位置数据:A/D转换器以(特别高且恒定的)采样频率将所记录的图像信息转换为数字数据。随后,图像记录模块的计算单元总结来自A/D转换器的可变数量的采样点的数字数据。基于从扫描仪模块接收到的位置数据,在扫描运行期间连续地更新和改变可变数量。由此可以避免图像失真。只有通过同步和传输较大量的数据才能实现这种图像处理,为此使用共同的时钟信号,并在扫描过程期间传输持续更新的运动数据。
[0020] 下面关于图像记录模块和光源模块或激光模块描述基于共同的时钟信号的、显微镜模块之间的有利的数据传输的另外的示例。在激光控制中,可以提高光强度,其中控制应当是尽可能线性的,即当增加控制信号时,光强度应当尽可能均匀地增加。然而,激光亮度在此通常不均匀地延伸,这就是为什么执行激光控制的校准可以是有利的。在此,在激光控制提高激光强度期间,利用图像记录模块测量光亮度。使用由此获得的数据来调整激光控制。对于(特别是自动的)激光校准可以规定,图像记录模块已经将在校准测量期间记录的数据(例如亮度数据)传输到激光模块,并且激光模块包括调节电路,该调节电路使用接收到的数据以便调整当前输出的激光强度。由此产生调节回路,通过该调节回路将激光强度设置到期望值/设定值。然后,可以借助调节回路为校准设置另外的照明亮度。为了可以在短时间内进行这种调节,基于模块之间共同的时钟进行数据传输再次是重要的。一般可以对任意光源模块进行所述校准,不必强制性地将光源模块设计为激光模块。
[0021] 下面与图1相比较来描述本发明的优点。在根据图1的传统的传输中,必须等待同步信号,该同步信号在显微镜模块未知的时刻到达。只有从该时刻开始才可以进行传输和可能的计算,由此形成不能用于实际数据传输的延迟,如图1的示例中用于扫描镜控制的数据,该数据必须在像素持续时间1内到达。此外,根据图1的延迟具有干扰抖动(即波动或频率抖动)。在本发明中可以通过用于所有显微镜模块的共同的时钟来避免未被使用的延迟:由此,可以预测位于将来的时刻,并且可以适当地执行为此的流程。因此,可以考虑计算持续时间和传输延迟,使得显微镜模块例如足够早地发送例如用于扫描镜的控制数据,使得该控制数据在像素持续时间1的开始时、而不是在延迟2之后才到达扫描镜的模块。由此,本发明的中央时钟发生器允许显微镜模块之间的更快且更高效的通信。
[0022] 多个显微镜模块可以依次布置在总线上。特别地,然后不由中央时钟发生器向每个显微镜模块直接提供时钟信号。更确切地说,将时钟信号从显微镜模块转发到下个显微镜模块。为了转发时钟信号,显微镜模块中的至少一些可以具有时钟输入电路和时钟输出电路。经由时钟输入电路可以接收时钟信号,并且经由时钟输出电路可以将时钟信号、特别是经处理形式的时钟信号输出到显微镜模块中的另一个。为此,时钟输入电路可以被配置为,用于处理接收到的时钟信号,并且然后才经由时钟输出电路将其输出。为了进行处理,例如可以使用放大器和/或滤波器
[0023] 替换地,如果在没有这种处理的情况下引导时钟信号,也可以是有利的。由此减少了时钟信号的吞吐时间(Durchlaufzeit)。与显微镜模块的解耦可以分别经由定向耦合器功率分配器实现。在该实施中,可以在最后一个模块上设置导线接头;因此,定向耦合器仅可选地存在于最后一个显微镜模块中。
[0024] 相应地可以规定,显微镜模块中的至少一些分别包括耦合电路,特别是定向耦合器,以便将时钟信号的信号分量耦合到相应的显微镜模块中。然后可以放大经耦合的信号分量,并且如针对其余的实施所描述的,关于经耦合的信号分量的载波频率或编入的数据进行分析,并将其用于内部时钟。未经由定向耦合器耦合到该显微镜模块的、时钟信号的其余部分被传递到其余的显微镜模块,而不通过该显微镜模块。时钟信号被动地通过定向耦合器,由此线路延迟特别低。通过仅将显微镜模块的放大器用于模块内部的使用而不将其转发到另外的模块,时钟信号的导线中的延迟特别低。
[0025] 显微镜模块的时钟输入电路或另外的电路可以被合适地配置为,用于特别地通过相环(英语:phase-locked loop,PLL)提取时钟信号的载波频率。例如,可以仅经由时钟信号的上升沿或仅经由时钟信号的下降沿来确定载波频率。
[0026] 显微镜模块使用时钟信号作为内部时钟的特征可以如下进行理解:内部时钟在其频率和相位上进行调整,使其与时钟信号的载波频率一致。显微镜模块使用根据时钟信号导出的时钟作为内部时钟的特征可以被理解为:将内部时钟调整到相对于时钟信号的特定的频率关系以及尤其是特定的相位,例如调整为时钟信号的频率的四分之一。显微镜模块可以具有其自己的时钟发生器,将该时钟发生器的频率以及特别是该时钟发生器的相位设置为时钟信号的或根据该时钟信号导出的时钟的频率和相位。
[0027] 优选地,中央时钟发生器的时钟信号不仅用于为了模块之间的通信而传输统一的时钟。更确切地说,还可以将信息调制到/编码到时钟信号中。因此,优选地存在时钟调制电路并且将其配置为,用于调制来自中央时钟发生器的时钟信号,以便编入信息。由此,在将时钟发生器的时钟信号发送到不同的显微镜模块之前对其进行调制。时钟发生器和时钟调制电路也可以由共同电子电路构成。显微镜模块的时钟输入电路或另外的电路现在可以被配置为,用于读取在时钟信号中编入的信息。该信息可以是任何数据流,例如是用于显微镜模块的控制信息,例如重置命令或全局异步重置命令、握手信号、警报或模块运行的起点和终点。有利地,以此可以在时钟信号中传输数据,而不必为此使用数据线。还可以在时钟信号中编码和传输用于同步的信息。
[0028] 原则上,可以通过幅度调制来进行时钟信号的调制。尽管这可以很容易地实施,但这可能会影响质量。在优选的设计方案中,时钟调制电路被配置为,通过时钟调制电路调制时钟上升沿之间的间隔,而该时钟调制电路使时钟下降沿之间的间隔恒定来调制时钟信号。替换地,时钟调制电路调制时钟下降沿之间的间隔,而该时钟调制电路使时钟上升沿之间的间隔恒定。从具有恒定间隔的沿中可以提取出时钟频率,而可变的沿间隔对信息进行了编码。该信息传输不会影响时钟的质量。特别地,这不会导致或者几乎不会导致抖动(频率抖动),并且时钟信号的噪声保持不受影响。
[0029] 虽然用于显微镜模块之间的通信的中央时钟是统一的,但在显微镜模块内部可以使用另外的时钟频率。特别地,显微镜模块的内部时钟频率可以不同于另外的显微镜模块的内部时钟频率。为此,显微镜模块中的至少一个可以被配置为,用于根据接收到的时钟信号构成具有另外的频率的时钟,并且将该时钟用作本地的模块时钟,即用作内部时钟频率。因此,可以将接收到的时钟信号分频为较低的频率,然后将该较低的频率用作本地的模块时钟。例如,为了以较低的频率运行廉价的组件,例如FPGA,这通常是合理的。根据所使用的FPGA的类型,模块可以以极大降低的不同的时钟频率进行工作。反之,对于具有高性能组件的显微镜模块可以产生更高的本地的模块时钟,该本地的模块时钟也可以高于中央时钟。
换言之,不同的显微镜模块可以被配置为,用于根据分别接收到的时钟信号构成不同的时钟,并且将其用作相应的本地的模块时钟。在这方面,与传统的显微镜系统相比存在决定性的差异。
[0030] 特别优选地,时钟调制电路被配置为,用于将时钟数信息编入时钟信号中。通过时钟数信息,可以标明时钟,从该时钟开始可以计数后续的时钟。例如,时钟数信息可以标记第一时钟。模块计数所有后续的时钟。由此,这能够使模块可以及时启动为将来计划的程序。例如,如果模块应当在第20个时钟发送控制命令,并且模块为计算控制命令需要12个时钟,则模块在第8个时钟开始计算程序。由此可以实现重要的时间优势。在这方面,与根据现有技术的同步相比存在显著的区别:在那里,模块不能预测何时接收到同步信号,并且因此无法预先确定何时应当开始计算程序。在现有技术中,从同步信号开始模块继续独立地,即异步地进行工作;由此,同步信号不能合理地、例如在8个时钟之后开始计算程序并且随后发出控制命令,该控制命令将在限定的时钟时刻被另外的模块接收。
[0031] 特别地,为了简单的电缆连接,可以将多个显微镜模块串联连接。为了便于理解,下面描述了示例:其中多个显微镜模块中的至少一个第一和第二显微镜模块串联连接。中央时钟发生器将时钟信号发送到第一显微镜模块。该第一显微镜模块将时钟信号传递到第二显微镜模块。由此,第一和第二显微镜模块不同时接收时钟信号,而是依次具有时间偏移地进行接收。对于上述的实施,这种时间偏移是有问题的,在该实施中传输时钟数信息,通过该时钟数信息,所有的模块应当可以识别特定的时刻(即相同的时钟数)。例如,第一与第二模块之间的时间偏移可以是大约三个时钟。如果第二模块现在接收到指示第一时钟的时钟数信息,则第一模块已经计数了三个时钟。为了考虑这种时间偏移,第一和/或第二显微镜模块可以包括其中存储有预定的时间偏移值的数据存储器,该时间偏移值用作时间偏移的量度。时间偏移值可能已被预先计算或测量,并且固定地存储在模块中的一个中。为了考虑时间偏移,现在可以将第一和/或第二显微镜模块配置为,用于将对应于时钟数信息的时钟数改变时间偏移值(或由此导出的参量)。在上面提到的、具有对应于三个时钟的时间偏移值的示例中,第一模块将对应于时钟数信息的时钟数减少三。具体地,即在接收到指示第一时钟的时钟数信息时,第一模块从中导出存在第负二时钟(-2.Takt)。三个节拍之后,两个模块中的时钟数均为一。由此,第一和第二模块在每个时刻都计数相同的时钟数。如果模块应当在特定的时钟数实施特定的进程,则优选地时钟数在所有涉及的模块中一致。例如,如果模块应当在第五十个时钟数时向另外的模块发送控制命令,则第五十个时钟数在两个模块中对应于同一时刻。
[0032] 时钟调制电路可以被配置为,用于将重置命令编码到时钟信号中。显微镜模块的时钟输入电路或另外的电路被配置为,用于识别这种编码到时钟信号中的重置命令,并且该模块然后重置时钟计数器读数或状态机(有限状态机,英语:state machine或finite state machine)。由此,可以将接收到重置命令的时钟重置为特定的时钟数,例如第0时钟或第1时钟。有利地,由此可以为不同的显微镜模块确保共同的时钟计数器读数。在状态机中,显微镜模块可以处于多种状态中的一种,其中通过重置命令、特别是与当前或过去状态无关地设置特定状态或原始状态。除此之外,还可以将具有其他功能的另外的命令编码到时钟信号中。
[0033] 原则上,显微镜模块可以是具有电子构件的显微镜的任意组件,或者是与显微镜相互作用的任意电子组件。示例性地,可以从以下显微镜模块的组中选择显微镜模块中的至少一些:激光扫描模块、光谱仪模块、多光子检查模块、滤波器控制模块(其例如将滤光器引入或移出光路)、图像记录模块(其例如可以包括一个或多个照相机或光探测器)、用于发射光的光源模块或可视化模块(其尤其可以包括屏幕)。
[0034] 此外,中央时钟发生器还可以被配置为,用于将该中央时钟发生器的自身的时钟信号与外部时钟同步。这可以是有用的,以便本发明的显微镜系统能够与不经由共同的时钟信号供应的另外的电子设备同步地共同工作。为此,中央时钟发生器包括用于接收外部时钟的输入端。此外,中央时钟发生器包括调节回路,特别是锁相环(英语:phase-locked loop,PLL),该调节回路将时钟信号调整到外部时钟,即在频率和/或相位上进行改变。随后,才将时钟信号发送到显微镜模块。在此,不必将时钟信号设置到与外部时钟相同的频率,而可以是外部时钟的整数倍。许多测量设备使用10MHz时钟。为了使中央时钟发生器能够与这种外部时钟同步地工作,优选地可以将中央时钟发生器配置为,用于产生具有10MHz或其整数倍频率的时钟信号。通过调节回路,时钟信号的相位现在与10MHz外部时钟的相位相匹配,并且稍微改变时钟信号的频率,使得该时钟信号的频率与外部时钟或外部时钟的整数倍一致。
[0035] 即使在没有与外部时钟同步的实施中,如果中央时钟发生器产生具有10MHz的时钟信号,或者具有整数倍的时钟信号,随后将该时钟信号分频为10MHz,则也可以是有利的。
[0036] 如果显微镜系统还可以与具有时钟输入接头的任意另外的设备同步地共同工作,则可能是有利的。为此,中央时钟发生器可以包括用于连接设备的至少一个输出端,并且为此将其配置为,用于在输出端处输出时钟信号或从该时钟信号中导出的时钟。输出端例如可以是用于连接电缆的接口。由此可以可变地连接任意的显微镜模块和另外的设备,并受益于同步的数据传输。由于许多设备以10MHz时钟工作,因此中央时钟发生器可以被配置为,用于在输出端输出10MHz时钟。如果时钟信号具有较高的频率(特别是10MHz的整数倍),则中央时钟发生器包括根据该时钟信号构成具有10MHz的时钟并在输出端将其输出的电路。
[0037] 作为附加的装置特征进行描述的本发明的特性也应被理解为根据本发明的方法的变形,反之亦然。特别地,该方法变形由显微镜系统的所描述的特性的常规使用得出。
[0038] 原则上产生具有特定频率、通常恒定频率的振荡的任何电子电路可以被视为时钟发生器。调制电路和时钟发生器可以由共同的电子电路构成或也可以在空间上彼此分离地构成。附图说明
[0039] 下面参照所附的示意图来描述本发明的另外的优点和特征。在此,附图中:
[0040] 图1示出了现有技术的显微镜的模块之间的有延迟的数据传输的示意图;
[0041] 图2示出了根据本发明的显微镜系统的示意图;
[0042] 图3示出了根据图2的显微镜系统的显微镜模块之间以及内部的时钟信号的示意图;
[0043] 图4示出了根据本发明的另外的显微镜系统的示意图。
[0044] 附图中,相同且相同作用的组成部分通常以相同的附图标记表示。

具体实施方式

[0045] 图2示出了根据本发明的显微镜系统100的实施例。该显微镜系统包括作为主要组件的多个显微镜模块20、30以及中央时钟发生器10。
[0046] 原则上,显微镜模块20、30可以是光学显微镜的任意组成部分,其包括电子构件。例如,模块20可以是激光扫描单元,并且模块30可以是包括例如多个激光器及其控制器的光源单元。
[0047] 模块20、30彼此进行通信和/或与中央计算单元(未示出)进行通信。数据通信的时刻必须相互配合。例如,应当在时间上相互配合地对模块的扫描镜和另外的模块的光源进行控制。
[0048] 在现有技术中,这些模块以彼此独立的、异步的时钟频率进行工作。在位于未来的进程中,由此可能在时间上难以相互配合。通常使用同步信号,该同步信号被发送到模块。同步信号例如可以是信号中的上升沿。如果模块接收到同步信号,则该模块可以将接收的时刻标识为共同已知的时刻。现在,可以同时实施进程。但是,不能精确地计划位于将来的进程,因为从接收到同步信号开始,不同的模块又再次彼此独立地、异步地继续运行。
[0049] 这在根据本发明的显微镜系统100的模块20、30中被避免。为此,使用由中央时钟发生器10产生的、统一的时钟。该中央时钟发生器输出时钟信号11,该时钟信号被传导到所有的显微镜模块20、30。
[0050] 在所示的示例中,时钟发生器10将时钟信号11发送到第一模块20,该第一模块将时钟信号转发到第二模块30。
[0051] 模块20包括时钟输入电路21,利用该时钟输入电路接收输入的时钟信号11。经由放大器电路22(也可以将其视为时钟输入电路21的一部分)将时钟信号11放大,并且经由时钟输出电路23在导线28上将其输出到下一个模块30。
[0052] 此外,还将时钟信号11从时钟输入电路21提供给频率确定电路24,例如锁相环24,该锁相环确定时钟信号11的载波频率。频率确定电路24也可以被视为是时钟输入电路21的一部分。
[0053] 此外,模块20还包括时钟分频电路25,该时钟分频电路可以根据时钟信号11的载波频率导出另外的时钟,例如具有时钟信号11的载波频率的一半频率的时钟。该导出的时钟被用作用于模块20的组件27的内部时钟26或模块时钟26。组件27例如可以包括FPGA。时钟分频电路25被设计为,使得该时钟分频电路输出的时钟26适合于该模块的FPGA。
[0054] 模块30以与模块20相同的方式进行构建,并且在组件27的设计上与模块20不同。根据组件27的类型,可以与模块20的时钟分频电路不同地构建模块30的时钟分频电路,使得模块20、30输出不同的内部时钟。但是,这些内部时钟彼此之间存在已知的关系,因为这两个内部时钟都是根据中央时钟发生器10的相同的时钟信号11导出的。
[0055] 时钟信号11也用于数据传输。为此,将数据流调制到时钟信号11中。参考图3对此进行更详细地描述,图3在最上面一行示出了时钟信号11。第二行示出了经调制的时钟信号12。在此,对时钟信号的下降沿的时刻进行调制以便传输信息。所示出的情况是,图左侧的第一节拍的下降沿被延迟到两个上升沿之间的持续时间的90%。模块20、30将下降沿的时刻表现为信息。在这种信息中至少包含时钟数信息,由此可以相互区分不同的节拍。此外,可以通过下降沿的时刻传送附加的信息,诸如控制命令,例如作为重置命令或者作为例如将时钟计数器读数重置为零。
[0056] 反之,上升沿在经调制的时钟信号12中具有恒定的时间间隔,使得可以从中确定载波频率或基本频率。
[0057] 根据图3的第三行的信号13说明了根据时钟信号11或12导出的时钟,该时钟的频率与时钟信号11的频率的1/4相对应。这例如可以与用于像素的图像记录的持续时间相对应。下一行的信号14具有比时钟信号11小128倍的频率。因为针对所示的示例仅分析上升沿的时刻(并且由此高或低电平的持续时间并不重要),所以不会大约128倍长地保持信号14的高电平;然而,仅在128个节拍之后(即,在时钟信号11的128个上升沿之后)才跟随下一个时刻,在该时刻为了信息编码要么存在上升沿要么不存在上升沿。信号14例如可以与线的图像记录的持续时间相对应。反之,根据图3的最下面一行的信号15应当表示整个图像(英语:frame,)的图像记录的持续时间,并且例如可以总计65536个节拍。因为再次只有是否存在上升沿是重要的,而高电平的持续时间是不重要的,因此在所示的示例中再次仅使用短脉冲。
[0058] 通过可以以时钟来计数进程的持续时间(例如,用于图像记录的65536个节拍),可以在时间上精确地控制将来的进程。例如,始终可以在65536个节拍之后将用于光源的改变命令发送到光源的模块。
[0059] 因此,本发明允许在显微镜系统的不同模块之间进行特别精确且高效的数据通信。
[0060] 图4中示出了根据本发明的显微镜系统100的替换的实施方式。该实施类似于图2中所示的显微镜系统100,其中相同功能的组件具有一致的附图标记,并且在图2中对此给出的解释也适用于图4的实施例。作为相对于图2的主要区别,在图4中,没有将时钟信号11引导通过显微镜模块20以转发给下一个显微镜模块30。更确切地说,为时钟信号11设置的导线,由导线分别进行与不同的显微镜模块20、30的解耦。从导线到显微镜模块20的解耦可以通过相应的显微镜模块20的定向耦合器21A进行。定向耦合器21A将时钟信号11的信号分量引导到相应的显微镜模块20中,而时钟信号11的未耦合的剩余信号分量在不穿过显微镜模块20的情况下继续到达下一个显微镜模块30。由此通过时钟信号11的导线减小了时间延迟。在此,仅针对在显微镜模块20内部使用的时钟信号,而不针对传导到下一个显微镜模块30的时钟信号11的分量,由放大器电路22进行对耦合到模块20的时钟信号分量的信号放大。因此,模块20不包括时钟输入电路和时钟输出电路,然而也可以如图2所描述的进行设计,特别地,该模块可以包括频率确定电路和其余的在那里描述的组件。
[0061] 在该实施中,用于时钟信号11的导线由导线接头40终止。
[0062] 代替定向耦合器21A,也可以使用多点总线(Multidrop-Bus)或多点拓扑(Multidrop-Topologie)来引导时钟信号11:时钟信号11从中央时钟发生器10发出并且被发送到多个/所有的显微镜模块20、30、40、50。将寻址地址编入到时钟信号11中,该寻址地址表示特定的显微镜模块20。此外,编入与寻址地址相关联的数据。显微镜模块20、30、40、50接收时钟信号11并读取寻址地址,其中只有写明地址的显微镜模块20来处理编入的数据。以这种方式,可以经由时钟信号11针对性地控制特定的显微镜模块20、30、40、50。
[0063] 附图标记列表
[0064] 10 时钟发生器
[0065] 11 时钟信号
[0066] 12 经调制的时钟信号
[0067] 13 导出的时钟
[0068] 14、15 信号
[0069] 20 显微镜模块
[0070] 21 时钟输入电路
[0071] 21A 耦合装置,定向耦合器
[0072] 22 放大器电路
[0073] 23 时钟输出电路
[0074] 24 频率确定电路
[0075] 25 时钟分频电路
[0076] 26 本地的模块时钟
[0077] 27 模块的组件
[0078] 30、40、50 显微镜模块
[0079] 100 显微镜系统
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