CN108627963B - 显微镜使用方法和用于对物体成像的显微镜 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种显微镜(10)和用于对物体(12)成像的显微镜使用方法，其中使用包括物镜(14)和可调节的校正光学单元(32)的显微镜(10)，所述物镜限定了光学轴线和与其垂直的焦平面，可调节的校正光学单元(32)在物镜(14)处校正当以焦平面的特定深度位置对物体(12)成像时发生的球面像差，其中该方法包括以下步骤：确定物体(12)的实际类型；读取存储不同类型物体(12)的折射率的数据库(36)以确定物体(12)的折射率；使用所述折射率与由所述物体(12)引起的所述球面像差之间的关联关系来确定所述校正光学单元(32)的调节值，使得所述焦平面中的球面像差降低；以及将校正光学单元(32)调节到调节值并对物体(12)成像。

Description

显微镜使用方法和用于对物体成像的显微镜

技术领域

本发明涉及一种借助于包括物镜和校正光学单元的显微镜来对物体成像的方法。所述物镜限定焦平面。校正光学单元是可调节的，以校正在焦平面上对物体成像时发生的球面像差。此外，本发明涉及这种显微镜。

背景技术

由于进行类型非常不同的实验，显微镜通常需要在研究中具有高度的灵活性。在要观察的物体和物体载体中可能有很大的变化。随着来自物体的成像深度的增加，成像像差变得更加明显。如果在物体中存在折射率阶跃并且物镜的数值孔径相当高(例如数值孔径为1.2，如在常规的共焦显微镜中那样)，则已经在几微米的深度发生了明显的球面像差。三维成像，即在较厚或较深的物体中成像变得越来越重要，例如在检查3D细胞培养物的情况下、在球体的情况下或在较厚的切片的情况下。此处要求极好的图像质量，并且球面像差成为重要问题。

对显微镜的特别是在荧光显微镜的情况下的应用和由此对显微镜的要求均差别很大。举例来说，在一个实验中，可能有必要仅观察盖玻片表面下的物体的前10μm，然而在另一个实验中，其目的是测量物体中的200μm的深度。类似的考虑适用于温度。一个实验在室温下进行，而其他实验在37℃下进行。这两个因素都影响显微镜的光学行为，并因此影响其成像特性。沿着从物体焦平面到物镜的光路的折射率的变化对高数值孔径的物镜中的衍射极限成像有很大影响。它们会产生球面像差。因此，放大物镜产生受物体的光学特性影响的第一光学像差。已知例如，通过在物镜处提供可调节的校正环并将该环设置为适当的值以减少成像的整体球面像差，以补偿与不同物体载体厚度(例如，从0.15mm至1.5mm的盖玻片厚度)的成像物体相关的球面像差。该校正环致动并调节校正元件，所述校正元件引入用于补偿的第二球面像差。到目前为止，调节校正环以匹配物体的性质非常麻烦。通常很难访问校正环，并且校正环的调节精度有限。同时，现有技术还公开了电动校正环，其简化了调节的机械部分并避免了可访问性差的问题。

现有技术已经公开了用于显微镜的各种方法或附件，显微镜以自动或部分自动化方式操作并且包含用于校正球面像差的迭代过程。US2008/310016A描述了关于盖玻片厚度的球面像差的自动校正。US2005/024718A和JP2005/043624A2描述了由用户输入光学物理参数，从该参数随后导出球面像差的校正值。US2011/141260A和US2014/233094A描述了用于解决球面像差的迭代校正方法，该方法以图像分析方式评估对比度或亮度以得出球面像差的校正值。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种用于对物体成像的方法或显微镜，特别是在成像的相关光学参数未知的情况下，通过该方法或显微镜可以以简单的方式减小物体成像的整体球面像差。

本发明在所附权利要求中限定。

本发明涉及一种用于对物体成像的显微镜和方法，其中使用如下的显微镜，该显微镜包括限定光学轴线和与其垂直的焦平面的物镜，以及可调节的校正光学单元，该校正光学单元在物镜处校正当以焦平面的特定深度位置对物体成像时发生的球面像差，其中所述方法包括以下步骤：获取物体类型；读取存储不同类型的物体的折射率的数据库，以确定物体的折射率；利用由物体引起的折射率和球面像差之间的关联关系来确定校正光学单元的调节值，使得焦平面中的球面像差减小；并且将校正光学单元调节到调节值并对物体成像。

用于对物体成像的方法的一些实施例使用如下的显微镜，该显微镜包括限定光学轴线和与之垂直的焦平面的物镜，以及校正光学单元。该校正光学单元可调节以用于校正当在焦平面的特定深度位置处对物体成像时发生的球面像差。该方法的一些实施例包括以下步骤：获取物体类型，读取将物体类型关联到校正光学单元的设定值的预定信息，使得对于该类型的物体的焦平面处存在球面像差的减小，并且将校正光学单元调节到设定值并对物体成像。

用于对物体成像的显微镜的一些实施例包括：限定光学轴线和与其垂直的焦平面的物镜；可调节的校正光学单元，该校正光学单元在物镜处校正当以焦平面的特定深度位置对物体成像时发生的球面像差；调节校正光学单元的驱动器以及控制装置。在显微镜的一些实施例中，控制装置具有用于确定物体类型的界面并且控制装置连接到存储预定关联关系的存储装置，所述关联关系将物体类型关联到校正光学单元的设定值使得该设定值实现对于该物体类型的焦平面中的球面像差的减小。此外，控制装置适于经由界面确定物体类型，并且基于该关联关系致动驱动器使得在焦平面中球面像差减小。

本发明的优点是无需知道物体的光学特性来校正球面像差。实验者只需要了解物体类型。然后，将整体球面像差自动校正到尽可能最佳的程度，从而改善成像。在大多数情况下，实验者知道物体类型，而其光学特性，例如，折射率，通常对他/她而言是未知的，或者未足够好地了解。此外，由于不使用迭代方法，而是基于关于物体类型的了解直接将使物体成像的球面像差最小化，而快速调节球面像差。省去了现有技术中需要的用于找到校正环的良好位置的“试验和误差”。

不言而喻，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，上述特征以及下面将要解释的特征不仅可以以所指定的组合使用，而且可以以其他组合或单独使用。

附图说明

下面例如基于附图更详细地解释本发明，所述附图还可以公开本发明的重要的特征。在图中：

图1示出显微镜的示意图；

图2示出用于显微镜的数据库的结构的示意图，和

图3示出用于对物体成像的方法的框图。

具体实施方式

在用于对物体成像的方法中，使用包括放大物镜和可调节的校正光学单元的显微镜。物镜限定光学轴线和与其垂直的焦平面，并引入受成像物体的光学参数影响的第一球面像差。校正光学单元引入用于校正整体球面像差的可调节的第二球面像差。该方法包括以下步骤：确定物体类型；读取将校正光学单元的设定值关联到不同类型的物体的预定信息，以便确定校正光学单元的设定值，使得焦平面中的整体球面像差降低。然后将校正光学单元调节到设定值并对物体成像。在某些实施例中可以使用两阶段方法。该关联关系包括关联物体类型和折射率的数据库，以及折射率和设定值之间的相互关联关系。

用于对物体成像的显微镜包括物镜、可调节的校正光学单元、驱动器和控制装置。物镜限定了光学轴线和与其垂直的焦平面。所述物镜引入受物体的光学特性影响的第一光学像差。校正光学单元引入可调节的第二球面像差以校正当物体例如，在某个焦平面深度位置处成像时出现的整体球面像差。驱动器调节关于第二光学像差的校正光学单元。控制装置可以访问存储装置。可以通过界面或接口检测物体类型。所提及的关联关系被存储在存储装置中，例如作为具有不同类型物体的折射率的数据库以及折射率与设定值之间的相互关联关系。控制装置适于确定物体的实际类型，例如，通过读取界面，并根据利用该关联关系检索的设定值来致动驱动器，从而减小整体球面像差。

该方法可以通过为显微镜提供的或在显微镜中提供的控制装置来执行。控制装置可以由微处理器、电路、计算机或任何其他可编程装置来实现。

在许多情况下，所述物体包括应该成像的样本以及围绕样本的覆盖介质或嵌入介质。举例来说，物体包括要成像的细胞和细胞所在的溶液。

物镜用于放大物体。物镜也可以用来照亮物体；然后，物镜不仅设置在成像光束路径中，而且还作为照明光束路径的一部分。这同样适用于校正光学单元。物镜具有光学轴线并限定焦平面的位置。可选地，物镜设置有调节焦平面的位置的z驱动器。z驱动器可以连接到控制装置，使得控制装置能够调节焦平面的位置。此外，控制装置可选地例如从z驱动器采用的位置检测物镜的焦平面的当前位置。

校正光学单元引入第二球面像差，该第二球面像差将平衡第一球面像差，所述第一球面像差在物体例如在焦平面的某个深度位置处成像时出现。这意味着该单元会改变球面像差。校正光学单元根据设定值进行调节，并且第二球面像差与设定值相关。在某些情况下，根据深度位置调节校正光学单元。校正光学单元可以是物镜处的上述校正环。然而，也可以将与物镜分离并与物镜隔开的光学元件用作所述单元，所述光学元件允许引入第二球面像差和补偿球面像差。校正光学单元可以布置在物镜之后并且在检测器之前。校正光学单元可以具有根据图像高度不同地偏转辐射的光学元件。由校正光学单元引入的第二光学像差借助于通过有线或无线方式连接到控制装置的驱动器来调节。控制装置可以检测驱动器的位置并因此检测校正光学单元的当前调节。此外，控制装置控制调节校正光学单元以减小显微成像的整体球面像差。

例如，通过界面，物体的实际类型被确定。界面可以是用户手动输入物体类型的输入装置。此外，还可以从预定列表上给定的预定的一组类型的物体中选择物体类型，该预定列表可选地存储在数据库中。此外，界面还可以包括检测物体类型的传感器。在一个实施例中，界面包括扫描仪，该扫描仪读取物体上或物体载体上的标记以检测物体类型。这将在下面更详细地描述。作为例子，界面还可以包括麦克风，在该麦克风上可以通过语音输入来输入物体类型。该界面还可以包括键盘、鼠标或操作面板。原则上，只要确定了物体类型，如何确定或检测物体类型就没有关联关系。

关联关系将物体类型和设定值相关联。在关联关系的光学的两阶段构造中，不同类型的物体的折射率被存储在数据库中。控制装置可以通过有线或以无线方式连接到数据库。举例来说，数据库可以在中央存储器中获得。在开发中，数据库通过因特网连接到控制装置，使得控制装置可以通过数据传输来检索取决于物体类型的折射率。优选地，预先存储多种不同的物体类型和相应的折射率。如果数据库不提供某种类型的物体，则用户可以选择手动输入合适的折射率。然后，该输入可以被其他用户采用，因此数据库提供的物体类型的数量不断增加。或者，控制装置根据预定的区分标准选择数据库中可用的最接近类型。因此，如果数据库没有提供物体的特定类型，则控制装置可能自动选择与当前物体类似的物体类型，或者这是由实验人员手动完成的，因此使用类似的物体的折射率。举例来说，数据库可以是其中在一列中列出物体的各种类型并且在另一列中列出相应的折射率的表格。该关联关系的两阶段构造进一步保持折射率与设定值之间的相互关联关系，这用于由于指定折射率而生成的整体球面像差的理想校正。

存储装置可以是显微镜的内部存储器，例如计算机的提供控制装置的存储器。存储装置可以是可重写存储器(RAM，随机存取存储器)或只有可读存储器(ROM，只读存储器)。存储装置可以以无线方式或通过线路连接到控制装置。该关联关系可以是将折射率与校正光学单元的设定值相关联的表格或函数。该关联关系可以根据经验确定，使得相应的设定值在每个折射率的校准步骤中通过实验确定。这可以在校准显微镜时完成。

控制装置例如通过界面确定物体的实际类型，检索此类型的设定值。在一些实施例中，控制装置例如借助于数据库来确定折射率，并且通过使用相互关联关系来获得校正光学单元的值。然后，因为第二球面像差补偿了第一球面像差，所以控制装置根据设定值控制校正光学单元，使得随后可以通过校正光学单元和物镜以较小的或者零的整体球面像差来对物体成像。举例来说，通过致动驱动器来调节校正光学单元。

所述关联关系关联物体类型和获得补偿第二球面像差所需的校正光学单元的设定值。结果，用户不再需要关注物体的光学细节。这是有利的，因为显微镜的实验通常不是由显微镜专家进行的，而是由希望专注于实际实验的研究人员进行的。最后，显微镜应该是进行实验的辅助手段。

影响第一球面像差的一个主要因素是物体的折射率。但是，除了物体的折射率之外，还存在影响折射率或影响球面像差的其他变量。因此一些实施例提供关联关系中的进一步信息，例如，数据库和/或关联关系，以考虑这些其他的变量。这可以通过提供多维关联关系来完成。然而，也可以提供基本关联关系，将物体类型和折射率或折射率和设定值联系起来，并改变对于其他变量的该基本关联关系。例如在孵化实验的情况下，这种变量的一个例子是可能与正常室温不同的物体温度。由于折射率是依赖于温度的，因此很容易例如通过修正系数校正折射率和/或物体温度的设定值。

就以下参考其他变量而言，这包括提供一种基本关联关系，该关联关系不依赖于其他变量并且关于变量被改变。然而，同样可能的是，该关联关系提供随其他变量变化的设定值。术语“变量”和“参数”在本说明书中可互换使用。校正的质量不取决于这方面。自然地，混合形式也是可能的；也就是说，一些参数可以直接包含在关联关系中，而另一些参数可以被间接包含，例如，在从折射率确定设定值之前改变折射率。最终，在任何情况下始终重要的是，在从物体类型到设定值的链条中考虑至少一个其他参数。

为了更全面地校正整体球面像差，优选在被指定为一种样本和/或一种样本制备的物体类型中改进。关于制备的信息可涉及例如用于活细胞实验的细胞，例如体内或离体实验，或固定细胞实验。举例来说，制备的种类还包括是否或如何将样本嵌入嵌入介质中。折射率由关于覆盖介质和/或样本类型的数据库确定。这种标本可以包括应该通过显微镜进行成像的各种类型的生物和非生物标本。

为了能够更容易地确定物体的折射率，在一个实施例中，优选的是以关于物体类型的分层结构提供数据库，例如以树形图的形式。层次结构还可以将各种类型的物体分成组，而这些组又被细分为子组。进而，又可能对这些小组进一步细分。因此，例如，通过界面，在数据库中可以容易地选择物体的实际类型的各种级别。在数据库的分层结构的情况下，用户可以更容易地确定针对与如何实现物体或嵌入介质有关的各种选项。举例来说，细胞实验细分为活细胞实验和固定细胞实验，并且这两个组关于细胞类型进一步细分，例如脑细胞或肝细胞。然后，再次将这些细分部分再细分为来自相应器官或嵌入介质的细胞的区域。因为活细胞实验通常在水溶液中进行，而固定细胞实验在嵌入介质或固定介质中进行，嵌入介质或固定介质具有与水的折射率很不同的折射率，所以生命细胞实验和固定细胞实验之间的粗略细分已经对折射率有极大的影响。

第一球面像差取决于从焦平面到物镜的辐射所覆盖的光程长度。一些实施例通过在关联关系中提供取决于穿透深度的折射率和/或设定值来实现整体球面像差的精确补偿。穿透深度对应于辐射从焦平面传播到物体载体或盖玻片上的路径，物体位于物体载体或盖玻片上/下面。这可以可选地通过检测物体载体与物体之间的界面并通过检测焦平面的位置来测量。穿透深度受成像的深度位置影响，并增加到从界面到物镜的辐射路径。由于穿过物体载体以及物体载体和可以在其处布置浸没介质的物体之间的路径可以是恒定的，所以一些实施例仅考虑穿透深度在整个路径中具有的相对部分。那么该关联关系也取决于穿透深度。

在其它因素之外，第一球面像差还尤其取决于穿透深度，即焦平面位于物体内的深度。存在用于确定穿透深度的各种选择。如果物体载体和物镜之间的距离和物镜的焦距是已知的，则可以将这些穿透深度计算为这些值的差值。优选地，物体和物体载体之间的界面的位置可以通过获得在界面处引起的辐射的反射来确定。物镜的焦平面可以根据该反射进行调节。如果控制装置通过读取z驱动器确定物镜的焦点位置，则可以以特别简单的方式检测界面的位置。目前的焦平面同样从关于z驱动器的方面而得知。穿透深度是当前焦平面和界面之间的z位置差。

为了简化关联关系并且仍然实现对整体球面像差的精确校正，在研究中优选改变穿透深度的预定范围内的关联关系。可选地，范围宽度取决于物镜的数值孔径。这一研究基于球面像差随着穿透深度相对缓慢变化的发现。因此，为了不必为穿透深度的每个任意小的变化而改变关联关系，即不必为各种折射率和穿透深度的每个递增变化都提供设定值，穿透深度的区域被限定并且穿透深度对每个范围或区域内的设定值有恒定的影响。可选地，在这种情况下，这些区域的大小取决于物镜的数值孔径。随着数值孔径的增加，穿透深度对第一球面像差的影响越来越大并且所述范围/区域越来越小。具有高数值孔径的物镜通常用于荧光显微镜。相比之下，在宽视场成像的情况下，这些区域可以被设计得更宽，这通常使用具有可比的较低数值孔径的物镜。区域的大小可以凭经验确定。

为了更完全地补偿整体球面像差，一些实施例确定影响第一球面像差的至少一个参数的值。该参数可以是：物体的温度，物体载体的材料，物体载体厚度，用于物镜的浸没介质和/或用于对物体成像的辐射的波长，其中关联关系取决于所述参数。

已知的是材料的折射率取决于其温度。因此，当通过物镜成像时出现的球面像差也取决于温度。如果物体的温度例如通过传感器或通过输入(例如如果实验的温度固定地预先确定(例如，在孵化实验的情况下))确定，则可以将关联关系包含温度，以便在不同温度的情况下获得不同的设定值。因此，校正光学单元最终以依赖于温度的方式进行调节。该关联关系可以通过关于温度依赖性的校准来确定。在研究中，物体的温度通过感测施加到物体的照射辐射的能量参数并通过从能量参数确定物体的温度来确定。能量参数可以是照射辐射的强度或功率。它可以在物体处或从照射辐射的分离部分测量。物体中的温度可以基于能量参数和物体对照射辐射的预期或已知吸收来计算。物体类型也可以用于计算温度，即关于物体中的光吸收程度。

在从焦平面到物镜的路径上，辐射穿过物体载体和可设置在物体载体和物镜之间的浸没介质。物体载体和浸没介质都具有对球面像差有作用的某个折射率。举例来说，物体载体可以由塑料或玻璃制成。在许多情况下，浸没介质是油或水，油或水在折射率方面差别很大。通过确定物体载体厚度并输入物体载体和/或浸没介质的折射率，该关联关系也可考虑这些对球面像差的影响。该关联关系可以通过关于物体载体厚度、物体载体和/或浸没介质的材料进行校准和/或可以根据基本关联关系进行调节而产生。

折射率以及物镜的折射性能取决于波长，因此整体球面像差也是如此。因此，成像波长是该关联关系可能包含的另一变量，以便改善对球面像差的补偿。该关联关系也可以通过关于波长的校准来改变。激光类型、滤波器和/或荧光染料可能是这方面的相关输入参数。波长可以手动输入；任何诱导荧光辐射的波长在荧光成像中是已知的，因此用户可以指定该波长。此外，显微镜可以设置有波长传感器，借助于该波长传感器以自动方式确定成像辐射的波长。在宽场荧光实验的情况下，例如可以考虑荧光滤波器特性或照明源(例如LED)波长，而不需要波长传感器。

为了进一步实现成像的自动化并且同时实现最高质量的成像，在一个改进中，优选自动读取要在物体载体上提供的物体类型和/或至少一个参数。可以在物体载体上提供1D或2D条形码或QR或任何其他2D代码或无线射频芯片。界面可以适用于例如通过扫描仪获取物体载体上的代码。以这种方式，可以自动读取上述参数的值，并且关于这些参数自动校正球面像差。举例来说，物体载体的材料和其厚度被编码在物体载体上，因此用户不需要担心这些参数，因此能够专注于物体的实际成像。

回到附图，图1示出了用于对物体12成像的显微镜10。由物体12反射或透射的辐射由物镜14从焦平面收集，并且该物体通过成像光束路径18成像到成像探测器16上。物镜14、成像探测器16和/或成像光束路径18被布置在显微镜10的壳体20内。成像光束路径18可以适用于各种类型的成像。作为例子，物体12可以在宽视场中或通过扫描成像方法或通过TIRF(全内反射荧光)成像。此外，成像光束路径18可适用于荧光测量。取决于成像的类型，成像光束路径18包括光学元件和/或另外的部件，例如，用于偏转辐射的扫描装置。这样的部件对于显微镜是已知的，因此在图1中未示出。物体12由布置在壳体20内或壳体20处的光源22通过反射光或透射光照亮。光源22可以产生白光或者发射适合于荧光显微镜的例如在一定波长范围中的辐射。辐射通过照明光束路径23从光源22被引导到物体12。分束器46分离来自成像光束路径18的辐射。成像探测器16将探测器上的由成像光束路径18产生的物体12的光学图像转换成电信号，电信号被传输到控制装置24。控制装置24根据电信号产生电子图像，该电子图像在显示装置26(例如监视器)上显示给实验者，该显示装置26连接到控制装置24。取决于物镜14和焦平面之间的光学特性，特别是取决于物镜14的焦平面的深度位置，该焦平面垂直于物镜14的光学轴线，发生第一球面像差。该第一球面像差由物镜14的放大和成像作用引起。

物体12被布置在具有特定物体载体厚度OD的物体载体28上。物体载体28可以是玻璃板。此外，物体载体28可以是由玻璃或塑料制成的培养皿的基部。具有物体12的物体载体28可相对于物镜14移位。

可选地，显微镜10包括保持在旋转器转台30中的多个物镜14。旋转器转台30将应当用于成像的物镜14切换到光束路径中。旋转器转台30由连接到控制装置24的转台驱动器转动。图1中未示出转台驱动器和其与控制装置24的连接。可选地，手动移动旋转器转台30。

布置在旋转器转台30中的物镜14中的一个、一些或全部设置有校正光学单元32。每个校正光学单元32引入与物镜和焦平面之间的光学特性无关的第二球面像差。校正光学单元在其第二球面像差方面是可调节的。因此，当对物体12进行成像时，通过适当地设置校正光学单元32以平衡第一和第二球面像差，可以校正整体球面像差。

图1右侧所示的物镜14和图2所示的物镜14具有作为校正光学单元32的校正环。该校正环连接到物镜14。校正环可通过驱动器34调节。驱动器34由控制装置24通过电缆或视频方式进行控制，图1和图2中未示出该连接。控制装置24因此控制驱动器34并补偿整体球面像差。可选地，控制装置24可以检测校正光学单元32的当前设置。校正光学单元32可以与物镜14分开设置和并可与所述物镜14分离。在图1左侧所示的物镜14中，校正光学单元32被布置在成像光束路径18中并引入用于平衡的第二球面像差。这里，校正光学单元32也设置有驱动器34。

找到校正环的理想调节对于高质量成像非常重要。为此，显微镜10或者包括数据库36或者可以访问数据库36。数据库36可以存储在显微镜10的专用存储器中，或者可以通过远程数据传输来访问。数据库36例如，以查找表的形式，给出各种类型的物体12与相应的折射率之间的关联关系。此外，数据库36可以具有分层结构，如图2中的示例性方式所示。数据库36可以借助于显示装置26被显示给实验者。他可以例如通过界面50从数据库36中容易地选择用于他的实验的物体12的类型。在数据库36的分层配置的情况下，这是特别容易的。举例来说，细胞的成像细分为活细胞实验和固定细胞实验，在每种情况下分配不同的折射率。这是关于样品制备的物体12的类型的最简单的区别。如果实验者获得关于细胞类型的进一步信息，例如，这是否是脑细胞、心脏细胞或这涉及到的细胞培养物的类型，则分成活细胞实验的第一细分可以关于物体12的类型进一步细化，使得针对每种类型的物体12列出折射率。这也可以在固定细胞实验的情况下类似地提供，在这种情况下，覆盖介质也对物体12的折射率具有影响。

此外，显微镜10可以包括扫描仪40，其能够读取在物体载体28上的标记或标号。作为示例，该标记指定物体载体28的材料和物体载体厚度OD。此外，物体12的类型也可以由标记编码。作为例子，扫描仪40可以是激光扫描仪，并且标记可以是光学可读代码，例如，条形码或QR码。扫描仪40连接到控制装置24(图1中未示出)。扫描仪40可以是界面50的一部分。

折射率依赖于温度。因此，在显微镜10的一个实施例中，控制装置24确定物体12的温度。举例来说，控制装置24可以检测是否检查了孵化物体。控制装置24然后确定温度值并且相应地例如通过使用函数或校正表格来校正从关联关系获得的折射率或设定值。或者，该关联关系是多维的并且给出与温度有关的设定值。

影响物体12温度的另一方面是其照射/照明。因此，在分束器46的研究中规定从照明光束路径23分出测量部分，该部分被引导到强度探测器38。强度探测器38测量该部分的强度或功率。测量部分仅占据照射辐射的一小部分，例如1％，2％或5％。在所示的实施例中，强度探测器38检测例如用于激发物体12中的荧光辐射的照明强度。控制装置24根据强度探测器38的信号计算由照射辐射引起的物体12的加热，并由此计算物体的温度值。例如也可以使用物体12的类型来更详细地表征物体12的照明吸收性能。强度探测器38连接到控制装置24，尽管这在图1中未示出。

界面50可以是输入装置，例如键盘或鼠标，或传感器。控制装置可以通过读取界面50来确定物体12的实际类型。举例来说，用户通过从数据库36进行适当选择来在界面50上输入物体12的实际类型。

控制装置24连接到存储装置48，其中球面像差的变化可以作为折射率的函数而被存储。这种关联关系可以通过校准预先确定并且是例如表格。存储装置48可以是控制装置24的一部分。控制装置24可以是微处理器，计算机等；存储装置48可以是可写存储器，诸如RAM(随机存取存储器)。控制装置24借助于来自存储装置48的关联关系为校正光学单元32提供设定值，使得当将单元32设置为设定值时，第二球面像差补偿用于成像物体12的第一球面像差，并且整体像差减少。然后，控制装置24致动驱动器34以将单元32设定为设定值，使得物体12的成像的球面像差减小，优选地最小化到最佳可能的程度。

图3是示出用于对物体12成像的方法的框图。物体载体厚度OD和物体载体28的材料在可选步骤S1中确定。举例来说，这可以借助扫描仪40来完成，该扫描仪40读取物体载体28上的标记。可选地，物体载体厚度OD和物体载体28的材料可以通过界面50输入。

在可选步骤S2中测量指定焦平面与物体载体28的界面之间的距离的穿透深度。为此，例如可以调节物镜14的焦点位置，直到物体载体28和物体12之间的界面发生反射为止。获得该反射所需的调节行程产生焦平面和界面之间的与物体载体28的距离。因此确定了穿透深度。

在步骤S3中确定物体12的实际类型。可以在界面50上输入一种样本12和/或一种制剂。用户例如从数据库选择物体12的实际种类，例如细胞的实际类型，以及嵌入或覆盖介质的实际种类。

物体12的温度在可选步骤S4中确定。作为例子，温度，例如孵化温度，可以通过界面50输入。活细胞的实验通常在37摄氏度进行。此外，物体12中的温度还可以通过感测以照射辐射形式引入的热功率来确定。强度探测器38可以用于确定照射辐射的能量参数。物体12的加热可以基于物体12的实际类型利用数据库推导出。

在步骤S5中借助作为关联关系的一部分的数据库36，即通过控制装置24读取针对在步骤S3中确定的物体12的实际类型列出的折射率，来确定物体12的折射率。

在步骤S6中，利用存储装置48中存储的关联关系确定校正光学单元32的设定值。在最佳实施例中，物体12的折射率、物体载体28的材料、物体载体厚度OD、物体12的穿透深度和温度是已知的并且用作设定值所基于的参数。在最小的实施例中，设定值仅随折射率或物体类型变化。在设定值仅随物体类型变化的情况下，可以省去步骤S4和/或S5。

该关联关系在实验之前通过校准确定，或者该关联关系是将参数与设定值相关联的预限定公式。此外，用于对物体12和/或用于对物镜14的浸没介质进行成像的辐射的波长也可以作为参数包含在关联关系中。这种关联关系可能是查找表。穿透深度只能对设定值产生递增影响。

在步骤S7中，根据设定值调节校正光学单元32。控制装置24根据设定值来驱动驱动器34。以这种方式，球面像差减小，特别被最小化。物体12在随后的步骤S8中成像。作为例子，图像可以是物体12的荧光图像。

特别地，显微镜可以适用于执行不同的成像类型。举例来说，显微镜可适用于宽视场成像和/或扫描成像技术，例如共焦显微镜。此外，可以选择使用显微镜采集物体的荧光图像。

Claims (19)

1.一种用于对物体成像的方法，所述方法包括：

提供用于对物体成像的成像光束路径，所述成像光束路径包括放大物镜，所述放大物镜引入受物体的光学特性影响的第一球面像差，并且所述成像光束路径还包括引入第二球面像差的校正光学单元，其中校正光学单元在引入的第二球面像差方面是可调节的，

提供将校正光学单元的设定值分配给物体类型的关联关系，其中在每个设定值处，校正光学单元引入第二球面像差，使得所述第二球面像差至少部分地补偿在分配给该设定值的物体类型的情况下发生的第一球面像差，并且因此减小当对所分配的类型的物体成像时发生的整体球面像差，

确定物体的实际类型，

从所述关联关系中检索分配给物体的实际类型的设定值，

使用所检索的设定值来调节校正光学单元并且以减小的整体球面像差通过成像光束路径对物体成像，

所述关联关系以两个阶段分配所述设定值，即，第一阶段是数据库，所述数据库保持随物体类型变化的折射率，以及第二阶段是折射率与设定值之间的相互关联关系。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，

在所述关联关系中，所述设定值取决于影响第一球面像差的至少一个其他参数。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，

在所述关联关系中，所述设定值取决于焦平面在所述物体中的深度位置。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，

物体由物体载体携载，并且

通过检测物体载体与物体之间的界面并通过测量界面与物体中的焦平面之间的距离来测量所述深度位置。

5.根据权利要求3所述的方法，其中，

限定若干深度位置区域，

其中，所述设定值对所述深度位置的依赖性在每个区域内是恒定的。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，

所述区域的大小取决于所述物镜的数值孔径。

7.根据权利要求2所述的方法，其中，

所述至少一个其他参数包括以下各项中的至少一个：

物体的温度，

物体载体的材料，

物体载体的厚度，

浸没介质，

成像的波长，和

物体中的焦平面的深度位置。

8.根据权利要求2所述的方法，其中，

物体由物体载体携载，并且

所述载体包括存储数据的存储介质，所述数据包括物体类型和所述其他参数中的至少一个，并且其中所述存储介质被读取。

9.根据权利要求1所述的方法，其中，

物体被照射辐射所照射，并且

通过检测或测量所述照射辐射的能量参数并通过从能量参数导出物体的温度来确定物体在成像期间具有的温度。

10.一种用于对物体成像的显微镜，所述显微镜包括：

用于对物体成像的成像光束路径，所述成像光束路径包括放大物镜，所述放大物镜引入受物体的光学特性影响的第一球面像差，并且所述成像光束路径还包括引入第二球面像差的校正光学单元，其中校正光学单元在引入的第二球面像差方面是可调节的，

驱动器，所述驱动器在引入的第二球面像差方面调节校正光学单元，

控制装置，所述控制装置用于控制驱动器，以及

存储装置，控制装置能够访问所述存储装置，所述存储装置存储将校正光学单元的设定值分配给物体类型的关联关系，其中在每个设定值处校正光学单元引入第二球面像差，使得该第二球面像差至少部分地补偿在分配给该设定值的物体类型的情况下发生的第一球面像差，并且因此减小在对所分配的类型的物体成像时发生的整体球面像差，

其中所述控制装置适于确定所述物体的实际类型、从所述关联关系中检索分配给所述物体的实际类型的所述设定值，并且基于所述设定值来控制所述驱动器以减小整体球面像差，

所述存储装置中保持的关联关系以两个阶段提供所述设定值的分配，即第一阶段是数据库，所述数据库保持随物体类型变化的折射率，以及第二阶段是折射率与设定值之间的相互关联关系。

11.根据权利要求10所述的显微镜，其中，

在所述存储装置中保持的所述关联关系中，所述设定值取决于影响所述第一球面像差的至少一个其他参数。

12.根据权利要求10所述的显微镜，其中，

在所述存储装置中保持的所述关联关系中，所述设定值取决于所述物体中的焦平面的深度位置。

13.根据权利要求12所述的显微镜，其中，

物镜在焦平面的深度位置方面是可调节的，

控制装置适于在深度位置方面控制物镜，

显微镜还包括用于物体的物体载体，并且

控制装置适于通过检测物体载体与物体之间的界面并通过测量界面与物体中的焦平面之间的距离来测量深度位置。

14.根据权利要求12所述的显微镜，其中，

若干深度位置区域被限定，其中，所述设定值对所述深度位置的依赖性在每个区域内是恒定的。

15.根据权利要求14所述的显微镜，其中，

所述显微镜还包括用于选择若干不同物镜中的所使用的物镜的物镜变换装置，并且其中所述区域的大小取决于所使用的物镜的数值孔径。

16.根据权利要求11所述的显微镜，其中，

所述至少一个其他参数包括以下各项中的至少一个：

物体的温度，

物体载体的材料，

物体载体的厚度，

浸没介质，

成像的波长，和

焦平面的深度位置。

17.根据权利要求11所述的显微镜，进一步包括，

物体载体，其中所述物体载体包括存储数据的存储介质，所述数据指示物体类型和其他参数中的至少一个，和

存储介质读取装置，所述存储介质读取装置用于将读取的数据输入到控制装置。

18.根据权利要求10所述的显微镜，还包括：

照射光束路径，所述照射光束路径通过照射辐射而照射物体，和

检测或测量装置，所述检测或测量装置用于检测或测量照射辐射的能量参数，

其中，所述控制装置适于通过从所述能量参数导出所述物体的温度来确定所述物体在成像期间具有的温度。

19.根据权利要求10所述的显微镜，其中，所述控制装置适于执行根据权利要求1所述的显微镜使用方法。

Images