CN110121629A - 借助角度选择的照射确定样本对象的布置 - Google Patents

借助角度选择的照射确定样本对象的布置 Download PDF

Info

Publication number
CN110121629A
CN110121629A CN201780073998.XA CN201780073998A CN110121629A CN 110121629 A CN110121629 A CN 110121629A CN 201780073998 A CN201780073998 A CN 201780073998A CN 110121629 A CN110121629 A CN 110121629A
Authority
CN
China
Prior art keywords
sample object
illumination
sample
image
irradiated
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Granted
Application number
CN201780073998.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN110121629B (zh
Inventor
拉尔斯·施托佩
托马斯·奥尔特
马库斯·斯帝克尔
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.)
Carl Zeiss Microscopy GmbH
Original Assignee
Carl Zeiss Microscopy 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 Carl Zeiss Microscopy GmbH filed Critical Carl Zeiss Microscopy GmbH
Publication of CN110121629A publication Critical patent/CN110121629A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110121629B publication Critical patent/CN110121629B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B21/00—Microscopes
    • G02B21/24—Base structure
    • G02B21/241—Devices for focusing
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/02—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
    • G01B11/06—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material
    • G01B11/0608—Height gauges
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/02—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
    • G01B11/026—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness by measuring distance between sensor and object
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B21/00—Microscopes
    • G02B21/06—Means for illuminating specimens
    • 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
    • G02B21/367—Control or image processing arrangements for digital or video microscopes providing an output produced by processing a plurality of individual source images, e.g. image tiling, montage, composite images, depth sectioning, image comparison
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T7/00—Image analysis
    • G06T7/70—Determining position or orientation of objects or cameras
    • G06T7/73—Determining position or orientation of objects or cameras using feature-based methods
    • G06T7/74—Determining position or orientation of objects or cameras using feature-based methods involving reference images or patches
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/14—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring distance or clearance between spaced objects or spaced apertures
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T2207/00—Indexing scheme for image analysis or image enhancement
    • G06T2207/10—Image acquisition modality
    • G06T2207/10056—Microscopic image
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T2207/00—Indexing scheme for image analysis or image enhancement
    • G06T2207/10—Image acquisition modality
    • G06T2207/10141—Special mode during image acquisition
    • G06T2207/10152—Varying illumination
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T2207/00—Indexing scheme for image analysis or image enhancement
    • G06T2207/30—Subject of image; Context of image processing
    • G06T2207/30004—Biomedical image processing
    • G06T2207/30024—Cell structures in vitro; Tissue sections in vitro

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Microscoopes, Condenser (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

本发明涉及一种用于确定样本对象(1031)在光学设备(100)中的布置的方法，包括：从至少一个第一照射方向(1051，1052)照射所述样本对象(1031)和从至少一个第二照射方向(1051，1052)照射所述样本对象(1031)。所述方法也包括：执行在指示在从所述至少一个第一照射方向(1051，1052)进行照射的情况下所述样本对象(1031)的图像的至少一个部段的数据与在从所述至少一个第二照射方向(1051，1052)进行照射的情况下所述样本对象(1031)的图像的至少一个部段的数据之间的相关。该方法也包括：基于所述相关确定所述样本对象(1031)相对于所述光学设备的焦点平面(1035)的布置。

Description

借助角度选择的照射确定样本对象的布置
技术领域
本发明的不同的实例大体上涉及用于通过从不同的照射方向对样本对象照射来确定样本对象在光学设备中的布置的技术。本发明的不同的实例尤其涉及借助执行在数据之间的校正来确定布置，所述数据对应于不同的照射方向。
背景技术
在DE 10 2014 109 687 A1中公开了如下技术来从不同的照射方向照射样本对象(角度选择的照射或结构化的照射)。这样获得的图像接着可以被数字处理或者分析。由此，可以获得附加的信息，例如样本对象距相应的光学设备的焦点平面的距离。
已观察到，传统的用于在角度选择的照射情况下进行数字再处理的技术在特定的情况下只能具有有限的精度。例如，会出现，在距光学设备的焦点平面比较远地设置样本对象的情况下，数字再处理只能以很大的不精确性执行。
发明内容
因此，需要改进的技术来在角度选择的照射的情况下进行数字再处理。尤其是，存在对如下技术的需求：消除上述的缺点和局限性中的至少一些。
该任务根据独立权利要求的特征来解决。从属权利要求的特征限定了实施形式。
在一个实例中，用于确定样本对象在光学设备中的布置的方法包括：从至少一个第一照射方向照射样本对象，并且从至少一个第二照射方向照射样本对象。该方法也包括：执行在指示在从至少一个第一照射方向进行照射的情况下样本对象的图像的至少一个部段的数据与指示在从至少一个第二照射方向进行照射的情况下样本对象的图像的至少一个部段的数据之间的相关。该方法也包括：基于所述相关确定所述样本对象相对于光学设备的焦点平面的布置。
在另一实例中，计算机程序产品包括程序代码，所述程序代码可以由至少一个计算单元执行。程序代码的执行实现了，至少一个计算单元执行用于确定样本对象在光学设备中的布置的方法。该方法包括：从至少一个第一照射方向照射样本对象和从至少一个第二照射方向照射样本对象。该方法也包括：执行在指示在从至少一个第一照射方向进行照射的情况下样本对象的图像的至少一个部段的数据与指示在从至少一个第二照射方向进行照射的情况下样本对象的图像的至少一个部段的数据之间的相关。该方法也包括：基于所述相关确定所述样本对象相对于光学设备的焦点平面的布置。
在另一实例中，计算机程序产品包括程序代码，所述程序代码可以由至少一个计算单元执行。程序代码的执行实现了，至少一个计算单元执行用于确定样本对象在光学设备中的布置的方法。该方法包括：从至少一个第一照射方向照射样本对象和从至少一个第二照射方向照射样本对象。该方法也包括：执行在指示在从至少一个第一照射方向进行照射的情况下样本对象的图像的至少一个部段的数据与指示在从至少一个第二照射方向进行照射的情况下样本对象的的图像的至少一个部段的数据之间的相关。该方法也包括：基于所述相关确定所述样本对象相对于光学设备的焦点平面的布置。
在另一实例中，光学设备包括至少一个计算单元以及照射模块，其具有多个光源。多个光源限定了多个照射方向。光学设备也包括样本保持器，其构建为，固定样本对象。至少一个计算单元构建为，驱动用于从至少一个第一照射方向照射样本对象的照射模块，和驱动用于从至少一个第二照射方向照射样本对象的照射模块。至少一个计算单元还构建为，执行在指示在从至少一个第一照射方向进行照射的情况下样本对象的图像的至少一个部段的数据与指示在从至少一个第二照射方向进行照射的情况下样本对象的图像的至少一个部段的数据之间的相关。至少一个计算单元还构建为，基于所述相关确定所述样本对象相对于光学设备的焦点平面的布置。
在一个实例中，用于确定样本对象在光学设备中的布置的方法包括：从至少一个第一照射方向照射样本对象，并且从至少一个第二照射方向照射样本对象。该方法也包括：执行在指示在从至少一个第一照射方向进行照射的情况下样本对象的图像的至少一个部段的数据与指示在从所述至少一个第二照射方向进行照射的情况下样本对象的图像的至少一个部段的数据之间的比较。该方法也包括：基于所述比较确定所述样本对象相对于光学设备的焦点平面的布置。
在另一实例中，计算机程序产品包括程序代码，所述程序代码可以由至少一个计算单元执行。程序代码的执行实现了，至少一个计算单元执行用于确定样本对象在光学设备中的布置的方法。该方法包括：从至少一个第一照射方向照射样本对象和从至少一个第二照射方向照射样本对象。该方法也包括：执行在指示在从至少一个第一照射方向进行照射的情况下样本对象的图像的至少一个部段的数据与指示在从所述至少一个第二照射方向进行照射的情况下样本对象的图像的至少一个部段的数据之间的比较。该方法也包括：基于所述比较确定所述样本对象相对于光学设备的焦点平面的布置。
在另一实例中，计算机程序产品包括程序代码，所述程序代码可以由至少一个计算单元执行。程序代码的执行实现了，至少一个计算单元执行用于确定样本对象在光学设备中的布置的方法。该方法包括：从至少一个第一照射方向照射样本对象和从至少一个第二照射方向照射样本对象。该方法也包括：执行在指示在从至少一个第一照射方向进行照射的情况下样本对象的图像的至少一个部段的数据与指示在从所述至少一个第二照射方向进行照射的情况下样本对象的图像的至少一个部段的数据之间的比较。该方法也包括：基于所述比较确定所述样本对象相对于光学设备的焦点平面的布置。
在另一实例中，光学设备包括至少一个计算单元以及照射模块，其具有多个光源。多个光源限定了多个照射方向。光学设备也包括样本保持器，其构建为，固定样本对象。至少一个计算单元构建为，驱动用于从至少一个第一照射方向照射样本对象的照射模块，和驱动用于从至少一个第二照射方向照射样本对象的照射模块。至少一个计算单元还构建为，将在指示在从至少一个第一照射方向进行照射的情况下样本对象的图像的至少一个部段的数据与指示在从所述至少一个第二照射方向进行照射的情况下样本对象的图像的至少一个部段的数据之间的比较相关。至少一个计算单元还构建为，基于所述比较确定所述样本对象相对于光学设备的焦点平面的布置。
例如可能的是，基于所述比较和尤其相关，确定在从至少一个第一照射方向下进行照射的情况下样本对象的成像与在从至少一个第二照射方向下进行照射的情况下样本对象的成像之间的距离。基于所述距离于是可以确定布置。
例如，所述布置可以指样本对象相对于焦点平面的位置，即例如在样本对象与焦点平面之间的距离。也可能的是，所述布置指样本对象相对于焦点平面的范围，即平行于光学设备的光学主轴的范围。
上文所述的特征和下文将描述的特征不仅能够以对应明确地描述的组合使用而且也能够以其他组合或单独地使用，而不脱离本发明的保护范围。
附图说明
本发明的上面所述的特性、特征和优点以及如其实现的方式和方法结合以下对实施例的描述而能够更为清楚且明白地理解，所述实施例结合附图更为详细地予以阐述。
图1示出了根据不同的实例的光学设备的示意图，所述光学设备具有计算单元、照射模块和样本保持器。
图2示出了示例性的用于确定样本对象相对于焦点平面的布置的方法的流程图。
图3示出了根据不同的实例的照射模块的示意图。
图4示意性地阐明了根据不同的实例的在不同的照射方向下对样本对象的照射。
图5示意性地阐明了样本对象的多个图像，其中根据不同的实例的不同的图像包含在从不同的照射方向进行照射的情况下样本对象的成像。
图6示意性地阐明了样本对象的单独图像，其中根据不同的实例的图像包含在从不同的照射方向进行照射的情况下样本对象的多个成像。
图7示意性地阐明了包含根据不同的实例的多个照射方向的图案。
图8示意性地阐明了包含根据不同的实例的多个照射方向的图案。
图9示出了在借助根据图8的实例的图案进行照射的情况下样本对象的图像的测量数据。
图10示意性地阐明了包含根据不同的实例的多个照射方向的图案。
图11阐明了在数据之间执行相关，所述数据根据不同的实例指示在从不同的照射方向进行照射的情况下的样本对象的图像。
图12阐明了在数据之间执行相关，所述数据根据不同的实例指示在从不同的照射方向进行照射的情况下的样本对象的图像。
图13示意性地阐明了在执行根据不同的实例的相关之前作为预调节的对比图像的确定。
图14示出了根据图9的实例的图像的对比图像的测量数据。
图15是示例性的方法的流程图。
图16示意性地阐明了根据不同的实例的相关的最大值的评估。
图17示意性地阐明了根据不同的实例的散焦地设置的样本对象的范围。
图18示意性地阐明了根据不同的实例的聚焦地设置的样本对象的范围。
图19示意性地阐明了用于根据不同的实例的聚焦地设置的样本对象的层分辨的测量的多个层的位置和布置。
具体实施方式
在下文中，根据优选的实施例参照附图更为详细地阐述本发明。在这些图中，相同的附图标记表示相同或类似的元件。这些附图是本发明的不同的实施形式的示意性表示。在这些附图中所示的元件并不一定符合比例地被示出。在这些附图中所示的元件并不一定合乎比例地示出。更确切而言，不同的在这些附图中所示的元件被反映为使得其运行和通用目的对于本领域技术而言易于理解。
在下文中描述了与角度选择的照射有关的不同的技术。角度选择的照射有时也称作角度分辨的照射。在角度选择的照射的情况下，从不同的照射方向照射样本对象，因此于是进行成角度结构化的照射。由此改变样本对象的成像。例如可以改变成像的位置。这可以用在数字再处理的过程中以获得关于样本对象的附加信息。尤其是，可以确定在样本对象的成像之间的距离，所述样本对象对应于不同的照射方向。
数字再处理的实例涉及：确定样本对象相对于光学设备的布置，利用光学设备进行角度选择的照射。在此，样本对象的布置例如可以指样本对象相对于焦点平面的位置，即例如在样本对象与焦点平面之间的距离。位置例如可以指样本对象的中点。位置例如可以沿着如下方向限定，所述方向平行于光学设备的光学主轴，所述方向典型地称作Z方向。对样本对象的位置替选地或附加地，样本对象的布置例如也可以指样本对象平行于Z方向的范围。例如，在生物技术的领域中通常测样本本对象，所述样本对象具有三维本体并且因此也可以沿着Z方向具有显著的范围。
借助于这里所描述的技术，可以特别快速地确定样本的布置，例如不必对多个层单独地进行成像。这可以限制光有毒的作用并且能够实现快速聚焦。此外，可以借助这里所描述的技术实现特别精确地确定样本的布置。
这里所描述的角度选择的照射的技术可以与不同的应用组合。应用可以从样本的特定的布置中得到好处。在此，应用可以与所使用的光学设备的类型相关。例如，光学设备可以实施传统的光学显微镜。光学显微镜可以具有样本保持器，所述样本保持器构建为将样本对象固定在光学主轴中。例如，光学显微镜可以具有机动化的样本保持器，即例如电动机，其构建为移动样本保持器。尤其是，由此可以实现自动聚焦应用，其中使样本保持器沿着Z方向移动。作为进入自动聚焦应用的输入，于是可以使用样本对象相对于焦点平面的位置，如其从在角度选择的照射的情况下的数字再处理中获得的那样。
在另一实例中，根据样本对象的特定的布置可以限制焦点调整路径，焦点调整路径对于用户而言可达到。为此可以合适地驱动用户接口。
在另一实例中，光学设备可以实施激光扫描显微镜。这样能够实现荧光成像。用于荧光成像的特定的应用的实例是层分辨的测量，其中检测对于样本对象的多个层的图像。实例是所谓的平面光显微镜，其中样本对象的多个清楚定义的层可以单独地激发来发荧光。例如，参见DE 20 2013 012 338U1。在此，结合在角度选择的照射的情况下的数字再处理可以基于样本对象相对于焦点平面的确定的位置和范围确定层的数量和/或位置。
在另一应用中，可以使长时间测量稳定，其中长时间测量具有如下测量持续时间，在所述测量持续时间期间改变样本对象的形状和/或范围。这例如在时间推移测量中情况如此。这例如可以在3D矩阵中的移动样本的情况下情况如此。例如，各个样本组成部分例如各个电池可以具有高移动性。此外由此可以补偿漂移，例如由于温度波动或外部振动引起的漂移。
针对许多通过在角度选择的照射情况下实现数字再处理的应用，如例如上文所提及的自动聚焦应用和上文所提及的平面光显微镜，值得追求的会是，以特别大的精度已知样本对象相对于焦点平面的布置。在下文中描述了与在角度选择的照射的情况下数字再处理方面的技术，其能够实现以特别大的精度确定样本对象相对于焦点平面的布置。
在不同的实例中，该任务通过如下方式来解决：一个或多个对应于样本对象的不同的照射方向的图像通过彼此相关来比较。
相关能够实现，量化在不同的照射方向的情况下样本对象的成像之间的关系。尤其是，借助相关能够实现，确定在不同的照射方向的情况下样本对象的成像之间的距离或移动。例如借助相关能够实现，识别平位移移，其将第一照射方的样本对象的第一成像转换成第二照射方向的样本对象的第二成像。
在一些实例中，第一照射方向的样本对象的第一成像可以与第一图像相关，而第二照射方向的样本对象的第二成像与另外的第二图像相关。在这样的情况下，由如下等式得到相关的示例性的实施：
K(T)＝∑nx(n)y(n+T) (1)
在此，相关的值可以针对第一图像x与第二图像y之间的不同的位移T来确定。相关的最大值称作T≡T0，在T≡T0的情况下第一图像和对应位移的第二图像具有特别大的相似性。因此，T0指示在不同照射方向下对样本对象的成像之间的距离，n表示像素。在等式1中简化地描述了一维相关，其中通常也可以执行二维相关。因为将不同的图像进行比较，所以这类相关有时也称作互相关。
相关的最大值的位置接着可以用于确定样本对象相对于焦点平面的布置。例如，在样本对象与焦点平面之间的距离可以通过如下等式获得：
其中，d和β分别表示照射方向与光学主轴之间的角度。相应的技术在原理上从DE10 2014 109 687 A1中公开，其对应的公开内容通过交叉引用引入本公开。
在此，等式2仅仅表示对应的计算的示例性的实施。也可以使用等式2的其它公式，例如：
其中，ΔIO表示在用于产生照射方向的光源与焦点平面之间的距离，和其中ΔL表示在所使用的光源之间的距离。
对相关的最大值的位置替选地或附加地，也可以使用相关的其他特征来确定样本对象相对于焦点平面的布置。一个示例包括相关的最大值的宽度。由此例如可能的是，通过等式2的对应的应用，推断出样本对象相对于焦点平面的范围。
这样的上文所描述的技术是特别灵活的并且根据期望的实施可以被调整。在第一实例中，可以记录单个图像，其中在此在时域中并行地激活两个不同的照射方向。在第一实例中，相关也可以称作自相关。在此，在自相关的最大值之间的距离对应于样本对象距焦点平面的距离。例如也可以将自相关的最大值的位置视为逼近零。在第二实例中，可以记录单个图像，其中在此激活三个不同的照射方向。又可以使用自相关，其中自相关的最大值对应于样本对象距焦点平面的距离。在第三实例中，例如时域中顺序地或在不同的频率的情况下可以记录多个图像，其中每个图像分别包含在各个照射方向下对样本对象的成像。在这样的实例中，相关可以称作互相关。相关的最大值又对应于样本对象距焦点平面的距离。
在这样的上文所描述的实例中以及在这里描述的其他实例中，可能的会是执行二维相关。随后，在评估时尤其可以考虑如下方向，其沿着在不同的所使用的照射方向之间的连接线定向。在其他实例中，也可能的是，直接执行沿着该方向的一维相关。
在一些实例中，可能的是，包括在不同的照射方向对样本对象的成像的至少一个图像在应用相关之前预处理。例如，在一个实例中从至少一个图像中提取各个部段，使得相关仅仅应用于至少一个图像的一部分上。这样，例如针对至少一个图像的不同的部段可以获得位置分辨的相关。由此，可以确定在横向方向上空间分辨的样本对象的形貌，所谓的z地图。在其他实例中，可能的是，在执行相关之前将至少一个图像的不同的像素的值的平均值从不同的像素减去，换言之可能的是，将相关应用于至少一个图像的对比图上。在对比图像中，于是还可以产生消除偏差的图像的数值。在另外的实例中，不同的像素的值在垂直于在不同的照射方向之间的连接轴线的方向上可以组合，例如相加，借助单独的一维的相关可以确定不同的照射方向的样本对象的成像之间的距离。
一般而言，可以将用于预处理的不同技术组合。因此一般而言可能的是，执行在指示在从至少一个第一照射方向进行照射的情况下样本对象的图像的至少一个部段的数据与指示在从所述至少一个第二照射方向进行照射的情况下样本对象的图像的至少一个部段的数据之间的相关。
图1阐明了与光学设备100有关的方面。例如，光学设备100可以实施光学显微镜或激光扫描显微镜。例如，光学设备100可以构成为，执行荧光成像和/或平面光成像。
光学设备100包括照射模块104。照射模块104可以具有多个光源。由多个光源构成的不同的光源可以彼此间隔开地设置，使得可以实现相对于样本对象的不同的照射方向。各个光源可以单独地开关。不同的光源可以发出具有相同的或不同的波长的光。
样本对象可以固定在样本保持器103上。在此可能的是，将样本保持器机动化并且可以以电学方式调节。尤其是也可以通过调节样本保持器实现样本对象的聚焦。这可以自动地进行(自动聚焦)。样本保持器103也可以手动地调节。
光学设备100也包括检测器102。例如，检测器102可以是摄像机。例如，检测器102可以包括具有多个像素的CMOS传感器或CCD传感器。检测器102可以具有在红外范围中的敏感性。
照射模块104尤其可以用于在不同的照射方向下角度选择性地进行照射。可选地，可能的是，照射模块104也用于传统的成像。但在其他实例中也可能的是，光学设备101具有另外的照射模块(在图1中未示出)，所述照射模块结合传统的成像来使用。针对传统的成像，也可以存在其他检测器(在图1中未示出)。
在图1的实例中，照射模块104和检测器102设置在样本保持器103的不同的侧上。在其他实例中，也可能的是，照射模块104和检测器102设置在样本保持器103的同一侧上。
光学设备100也包括计算单元101。例如，计算单元101可以实施为微处理器或处理器。计算单元101也可以实施为现场可编程阵列(FPGA)或专用集成电路(ASIC)。
计算单元101构成为，承担关于照射模块101、样本保持器103以及检测器102的控制功能。例如，计算单元101可以构成为，将控制信号发送给照射模块104，其中控制信号指示照射模块104的多个光源中的一个或多个光源，所述光源要被接通。计算单元101例如可以构成为，将控制信号发送给样本保持器103，其中控制信号指示对样本保持器103的调整--例如平行于Z方向。计算单元101例如可以构成为，将控制信号发送给检测器102，其中控制信号指示曝光时间，所述检测器102要以该曝光时间检测一个或多个图像。替选地或附加地，控制信号也可以指示要检测的图像的其他图像参数。
计算单元101还可以构成为，接收检测器102的数字图像。计算单元101于是可以构建为对图像进行数字再处理。例如，通过减去不同的像素的值的平均值参数，计算单元101可以产生对比图像。计算单元101也可以沿着图像的不同的方向添加像素的值。计算单元101也可以执行在多个图像之间的互相关或针对单独的图像的自相关。
计算单元101也可以执行不同的应用、譬如自相关应用或平面光显微镜应用。
图2是示例性的方法的流程图。例如，可以由光学设备100的计算单元101执行该方法。根据图2的实例的方法可以例如以嵌入长时间测量的方式进行，在此情况下根据图2的方法也可以称作导航器测量，因为由此可以确定样本对象的布置，这又能够对长时间测量的配置而言是有帮助的。
首先在步骤9001中从至少一个第一照射方向照射样本对象。例如，在步骤9001中可以使用照射方向的第一模式来照射样本对象。
在步骤9001中，从至少一个第二照射方向照射样本对象，所述第二照射方向不同于步骤9001中的至少一个第一照射方向。例如，在步骤9002中可以使用照射方向的第二模式来照射样本对象，所述第二模式不同于第一模式。
因为基本上可以使用具有倾斜的入射角度的照射方向，所以也可以将这里所描述的技术用于相位对象。所述相位对象在倾斜的入射角度下也具有足够的对比度。但也可能的是，这里所描述的技术用于振幅对象。
在一些实例中可能的是，在时域中顺序地执行步骤9001和9002，随后针对步骤9001可以获得样本对象的第一图像，而针对步骤9002可以获得样本对象的分开的第二图像。
但在一些实例中也可能的是，在时域中并行地执行步骤9001和9002，随后针对步骤9001和9002可以获得样本对象的共同的图像，所述共同的图像不仅在从至少一个第一照射方向下进行照射的情况下而且在从至少一个第二照射方向下进行照射的情况下成像样本对象。
在不同的实例中，可能的是，用于至少一个第一照射方向的光的波长等于用于至少一个第二照射方向的光的波长。但也可能的是，针对至少一个第一照射方向使用的光具有与针对至少一个第二照射方向不同的波长。
在一些实例中，可能的是，在步骤9001中在从至少一个第一照射方向照射样本对象之前和/或在步骤9002中在从至少一个第二照射方向照射样本对象之前将样本对象散焦。这例如可以基于关于在样本对象与光学设备的焦点平面之间的距离的先验知识实现。由此可以减小波光效应。接着可以以计算机方式进行补偿因散焦引入的误差。
在一些实例中可能的是，在步骤9001中在从至少一个第一照射方向照射样本对象之前和/或在步骤9002中在从至少一个第二照射方向照射样本对象之前针对检测器102选择合适的光圈。由此可以影响景深。可能并行执行的长时间测量可以通过选择性地改变所使用的光圈可能被短时间中断，然而无限制地利用对应的所期望的光圈执行。例如，针对步骤9001、9002可以使用用于检测器102的辅助光学装置，其具有特别小的光圈连带大的景深。长时间测量于是可以使用其他更大的光圈。一般而言，一方面针对样本对象的照射在步骤9001、9002中可以执行不同的检测器而另一方面可以执行长时间测量。这些检测器例如可以安置在样本保持器103的相对置的侧上抑或安置在样本保持器103的同一侧上。例如可能的是，这些检测器具有不同的光圈。例如，可能的是，这些检测器具有不同的放大率。例如，可能的是，在步骤9001、9002中使用的检测器102具有比较小的放大率。这样，于是在所述焦点位置相对散焦地设置的情况下，可以确定样本对象的焦点位置。
在步骤9003中，将指示在从至少一个第一照射方向进行照射的情况下图像的至少一个部段的数据与指示在从至少一个第二照射方向进行照射的情况下图像的至少一个部段的数据进行比较。
在简单的实例中，数据可以等于一个或多个图像，其在步骤9001和9002中被检测。但在其他实例中也可能的是，对在步骤9001和9002中检测到的一个或多个图像进行预处理，并且由此在步骤9003中获得数据。预处理例如可以包括：确定对比图像。预处理例如可以包括：从步骤9001和9002中的一个或多个图像提取一个或多个部段。于是，确定所述布置和例如后续的应用例如焦点跟踪应用可以限制到大量的样本对象的特定的区域或多个样本对象中的一个或多个样本对象，或横向上位置分辨地执行。由此可以确定样本对象的空间分辨的形貌。预处理例如可以包括：将步骤9001和9002中的一个或多个图像的像素的多个值组合。预处理也可以涉及图像处理的其他技术，例如反褶积。
步骤9003中的比较的示例性的实施包括：将指示在从至少一个第一照射方向进行照射的情况下样本对象的图像的至少一个部段的数据与指示在从所述至少一个第二照射方向进行照射的情况下样本对象的图像的至少一个部段的数据之间进行相关。相关能够实现特别精确的比较，并且可以提供可靠的结果，即使在样本对象比较散焦地设置的情况下也如此。
在此，例如可能的是，相关实施为自相关。自相关例如于是在如下情况下使用：在步骤9001从至少一个第一照射方向进行照射和在步骤9002从至少一个第二照射方向进行照射在时域中顺序地执行并且获得单独的图像；随后同样的数据可以指示在从至少一个第一照射方向进行照射的情况下样本对象的图像的至少一个部段和在从至少一个第二照射方向进行照射的情况下样本对象的图像的至少一个部段。这样的技术能够实现，特别快速地执行从至少一个第一照射方向和从至少一个第二照射方向照射样本对象。但也可能的是，相关实施为在不同的数据之间的互相关。互相关例如于是在如下情况下可以使用：在步骤9001从至少一个第一照射方向进行照射和在步骤9002从至少一个第二照射方向进行照射在时域中顺序地执行并且获得第二分开的图像；随后不同的数据可以指示在从至少一个第一照射方向进行照射的情况下样本对象的图像的至少一个部段或在从至少一个第二照射方向进行照射的情况下样本对象的图像的至少一个部段。这样的技术能够实现特别精确地确定样本对象相对于光学设备的焦点平面的布置。
在步骤9004中，接着确定样本对象的范围和/或位置，即一般而言样本对象相对于焦点平面的布置。为此可以使用如上文中参照等式2和3所描述的技术。
从样本对象的特定的布置出发，于是可以实施不同的应用，如例如自动聚焦应用或平面光显微镜应用(在图2中未示出)。
图3阐明了与照射模块104有关的方面。照射模块104可以包括多个光源1041。例如，光源1041可以实施为发光二极管。但其他类型的发光装置也是可能的，以便实现光源。
在图3的实例中，将光源1041以格栅结构形式设置在载体上。具有不同的单位单元的不同的格栅结构是可能的。但光源1041不必一定以格栅结构形式设置，例如环形的布置也是可能的。
在图3中还示出，光源1041相对于光学设备100的光学主轴1001对称地设置。这是可选的。
不同的光源1041可以被单独地驱动。这意味着，各个光源1041可以被接通，而其他光源1041保持断开。例如，计算单元101可以构成为，将对应的控制数据发送给照射模块104，所述照射模块对不同的光源1041寻址。
图4阐明了与不同的照射方向1051、1052有关的方面。在图4中示出了在照射装置1051中对样本对象1031的照射，在此照射装置1051与光源1041-1相关。在照射方向1051下对样本对象1031的照射得到在焦点平面1035中的样本对象的成像1033。相应地在(与光源1041-2相关的)照射方向1052下照射样本对象1031的情况下，得到焦点平面1035中的样本对象1031的成像1032。从图4中可看到，成像1032、1033相对彼此移动距离1034(用T表示，参见等式2和3)。通过相关可以特别精确地确定距离1034。
在图4中还绘出了等式2和3中的不同的变量。例如在图4中示出了在光源1041-1、1041-2之间的距离1040，ΔL；距离1040也可以用作在照射方向1051、1052之间的距离的量度。作为用于在照射方向1051、1052之间的距离的其他量度，可以使用照射方向与光学设备100的光学主轴1001(其沿着z方向1047定向)所夹的角度a、β或一般而言在照射方向之间的角度。
图5阐明了与样本对象1031的图像111、112有关的方面。图像111在此包含在从照射方向1051进行照射的情况下样本对象的成像1032。图像112在此包含在从照射方向1052进行照射的情况下样本对象1031的成像1033。从图5中可看到，成像1031、1033的位置相对彼此移动了距离1034。
例如，可以将两个图像111、112彼此进行比较，以便确定该距离1034。为此，可以在图像111、112之间应用互相关。
图6阐明了与样本对象1031的图像113有关的方面。图像113在此包含在从照射方向1051进行照射的情况下样本对象1031的成像1032而且包含在从照射方向1052进行照射的情况下样本对象的成像1033。从图6中又可看到，成像1032、1033的位置相对彼此移动了距离1034。
例如，可以分析图像113，以便确定该距离1034。为此，可以将自相关应用于图像113。
参照图4-6讨论如下实例，在所述实例中针对每个被分析的成像1032、1033从各个照射方向1051、1052照射样本对象1031。但在一些实施方案中会值得追求的是，在从根据第一图案的多个第一照射方向进行照射时样本对象1031的成像1032与在从根据第二图案的多个第二照射方向进行照射时样本对象1031的成像1033比较。即由此可以实现的是，多个光针对被分析的成像照射样本对象1031。由此，样本对象1031的布置可以从一个或多个图像开始以特别高的信噪比来确定，使得样本对象1031的布置可以特别精确地确定。
图7阐明了与照射模块104有关的方面。尤其是图7阐明照射模块104的多个光源1041，所述光源根据另一示例性图案1042激活来照射样本对象1031。
在图7的实例中，图案1042对应于线图案。这意味着，在光源1041格栅形布置的情况下例如所有光源1041设置在格栅的列中。换言之，图案1042的相邻的照射方向不是沿着方向1046的距离，而是仅仅沿着方向1045的距离。
一般而言，也可以使用所谓的薄的图案。薄的图案可以通过如下方式表征，使得其在方向1045中具有范围1045A，所述范围明显大于在与之垂直的方向1046上的范围1046A，例如大于其大小的两倍，可选地大于其大小的5倍，进一步可选地大于其大小的20倍。例如，在光源1041沿着方向1045排列的情况下，沿着方向1045与沿着方向1046相比可以使用更大数量的光源1041，例如两倍这么多的光源，可选地五倍这么多的光源，进一步可选地20倍这么多的光源。
图8也阐明了与照射模块104有关的方面。尤其是图8也阐明了照射模块104的多个光源1041，所述光源根据另一示例性图案1042激活来照射样本对象1031。
图8的实例基本上对应于图7的实例。但在此，在图8的实例中特定的列的并非所有光源1041是激活的。
不仅在图7的实例中而且在图8的实例中使用图案1042，其仅仅具有沿着横向方向1045的范围，然而不具有沿着横向方向1046的范围。这意味着，一维的图案1042用于照射样本对象1031。
图9示出了用于样本对象1031的图像111的测量数据。尤其是，图像111包含在借助根据图8的实例的图案1042进行照射的情况下样本对象1031的成像1032。从图9中可看到，成像1032在方向1045上多次重复设置，因为沿着所述方向1045根据模式1042激活多个光源1041。
图10阐明了与照射模块104有关的方面。尤其是图10阐明了照射模块104的多个光源1041，所述光源根据另一示例性模式1042激活以照射样本对象。
在图10中也使用薄的图案，因为沿着方向1046的范围1046A(两个光源)不大于沿着方向1045的范围1045A的40％。
根据图10的实例的图案1042具有不仅沿着方向1045而且沿着方向1046的二维范围。这样的具有二维范围的图案可以根据不同的实例来使用以确定样本对象相对于焦点平面的布置。
图11阐明了涉及如下的方面，将指示在根据图案1042-1从照射方向1051进行照射的情况下样本对象1031的图像111的数据与指示在根据图案1042-2从照射方向1052进行照射的情况下样本对象1031的图像112的数据进行比较。例如，相关199可以用于比较图像111、112。
在图11的实例中在时域中顺序地应用图案1041-1、1042-2，使得获得而不同的图像111、112。但也可能的是，两个图案1042-1、1042-2在时域中并行地使用并且获得单个图像。在此得到自相关函数，其对于散焦的样本对象具有至少一个最大值(在0时，-T，+T)。在知晓(在焦点平面之前或之后)散焦的方向的情况下可以确定在样本对象与焦点平面之间的距离。散焦的方向也可以通过样本对象的位置的递增改变和重新确定距离来确定。
在图11的实例中示出了如下场景，在所述场景中图案1042-2可以通过平移2041成像到图案1042-2上。这意味着，换言之，图案1042-1、1042-2是相同的，但相对彼此移动。例如，对于图案1042-1的每个所使用的光源1041而言，平移2041也对应于距图案1042-2的对应的光源1041的距离1040。
在图12的实例中使用薄的图案1042-1、1042-2。平行于平移2041的范围1046A仅仅为沿着垂直于平移2014的方向1045的范围1045A的40％。这能够实现特别精确的评估。
在图11的实例中尤其示出了如下场景，在所述场景中图案1042-1、1042-2关于光学主轴1001对称地设置。替选地也可以使用图案，其设置在光学主轴1001的相同侧上，例如两个线图案距光学主轴1001有不同的距离。
在图11中，下部示出了在根据图案1042-1进行照射时或在根据图案1042-2进行照射时样本对象1031的对应的图像111、112。也示出了图像111、112的像素1115。在图11中填黑样本对象1031的相应的成像1032、1033所处的像素1115。
从图11可看到，成像1032、1033分别具有沿着方向1045的周期性。周期性由于对应的图案1042-1、1042-2的使用而造成，所述图案由于使用多个光源1041沿着方向1045也具有周期性。
但附加地也观察距离1034。距离1034因平移2041引起。距离1034可以通过图像111、112之间的互相关199确定。
当例如沿着方向1045、1046执行二维互相关时，在两个方向1045、1046上观察到互相关的最大值。沿着方向1045的互相关的最大值在此因使用图案1042-1、1042-2引起，所述最大值可以在用于确定距离1034的分析中忽略。更确切而言，沿着方向1046的互相关的最大值即根据照射方向的连接线1040被加以考虑，以确定距离1034。
图12阐明了涉及如下的方面，将指示在根据图案1042-1从照射方向1051进行照射的情况下样本对象1031的图像111的数据与指示在根据图案1042-2从照射方向1052进行照射的情况下样本对象1031的图像112的数据进行比较。例如，相关199可以用于比较图像111、112。
图12的实例基本上对应于图11的实例。然而在图12的实例中预处理图像111、112，以便获得数据121，122。数据121、122指示图像111、112。
在图12的实例中基于图像111、112沿着方向1045的像素1115的组合(即垂直于平移2041)确定数据121、122。由此，沿着方向1045的周期性由于使用图案1042-1、1042-2而从数据121、122中消除，并且可以执行一维的自相关199。这可以特别快速地执行，使得促进实时应用。
图13阐明了与将数据120确定为图像111的对比图像有关的方面。在图13示出了图像111的带有虚线的像素1115的值。像素1115的这些值相对于零点或一般相对于参考值具有偏移。通过减去平均值可以消除偏移并且获得对比图像120，即，|I-<I>|。在此即将平均值从像素的值中减去并且接着还可选地形成绝对值(求绝对值在图13中未示出)。图14示出了根据图9的实例的图像111的对比图像120。基于对比图像120可以特别精确地确定样本对象1031相对于焦点平面的布置。例如，即在倾斜照射相位对象时会出现明暗曲线。该效应可以在考虑到对比图像120的情况下被减小。对比图像120尤其在焦点跟踪引用中是有帮助的。
图15是示例性的方法的流程图。在图15的实例中示出了，如何能够将确定样本对象1031相对于焦点平面1035的布置与长时间测量的执行组合。例如，长时间测量可以涉及荧光成像抑或由用户通过光学显微镜的目镜观察样本对象1031。另一实例是平面光成像。
首先，在步骤9101中执行初始导航器测量。该导航器测量包括：从至少一个第一照射方向1051照射样本对象1031和从至少一个第二照射方向1052照射样本对象1052。例如，执行导航器测量可以包括根据图2中的方法的步骤9001-9004。
首先，初始导航器测量在步骤9001中在没有关于样本对象1031关于焦点平面的布置的先验知识的情况下执行。例如，在用户首次将样本对象1031搁置在样本保持器103上之后，初始导航器测量可以自动地在步骤9001中执行。
关于样本对象1031的布置的先验知识的缺乏在选择步骤9001中使用的照射方向1051、1052时可以予以考虑。尤其是，可以考虑，存在显著的概率：样本对象1031距焦点平面1035有极大的距离。因此，在步骤9101中可以使用如下照射方向1051、1052，其彼此间没有特别大的距离1040。要不然就会出现如下情况，成像1033、1032中的至少一个成像不再可以通过检测器102的孔径检测。
对样本对象1031的初始聚焦可以根据图15描述的方法特别快速地确定。可以对焦点位置进行场有关的确定。
接着基于所确定的在成像1032、1033之间的距离1034执行步骤9102中的聚焦。
随后在步骤9103中开始长时间测量，例如荧光测量。在借助光学设备100执行步骤9103中的长时间测量期间，在步骤9104中检验是否需要导航器测量。例如，在步骤9104中可以检验，特定的定时器是否计满，其中定时器例如可以触发导航器测量的周期或重复执行。
如果在步骤9104中确定不需要导航器测量，则继续执行步骤9103的长时间测量。
要不然，导航器测量在步骤9105中嵌入到长时间测量中地执行。这可以以不同的方式和方法实现。
例如，可以借助时间复用来进行嵌入，即长时间测量的执行可以在执行导航器测量期间被中断并且接着又被启动。随后可以将同一检测器102用于长时间测量和导航器测量。例如，如果在长时间测量与导航器测量之间进行切换，则检测器102敏感的频谱范围可以被分别切换。
在另一实例中，嵌入可以借助频率复用进行，即执行长时间测量可以在执行导航器测量期间继续，其中在执行长时间测量与执行导航器测量之间的相互作用可以通过使用不同波长的光来减小。由此，例如相对于荧光测量可以降低样本对象的光负荷，可以避免样本对象的所谓脱色。光的其他未使用的频谱范围可以用于导航器测量。例如，红外光可以用于执行导航器测量。为此，可以设置专用的检测器102，其不同于检测器，该检测器用于长时间测量。在一个实例中，摄像机可以用作检测器102，其安置在荧光摄像机的传感器的确定的区域上。
在执行步骤9105的所嵌入的导航器测量时可以检验：是否存在关于样本对象相对于焦点平面的布置的先验知识。由于在步骤9105中执行导航器测量时典型地执行步骤9101的初始导航器测量并未经历长时间，所以可以得到检验，存在关于样本对象1031相对于焦点平面1035的布置的先验知识。这例如可以表示：已经存在对样本对象1031相对于焦点平面1035的距离的相对弹性的估计。
随后，又可以基于对是否存在先验知识的检验选择不同的在步骤9105中使用的彼此间隔开的照射方向1051、1052。当存在先验知识时，可以选择照射方向1051、1052，所述照射方向相对彼此具有比较大的距离1040。在这样的情况下，即可以假设：样本对象1031比较靠近焦点平面1035设置，使得在成像1032、1033之间的距离1034设计得比较小，即使在照射方向1051、1052之间的距离1040选择得大的情况下也如此。通过将距离1040设计得比较大可以实现，在样本对象1031与焦点平面1035之间的距离可以特别精确地确定。
接着，在步骤9106中例如对样本对象1031进行聚焦，即通过调节样本保持器103使在样本对象1031与焦点平面1035之间所确定的距离最小化。
可替选地或附加地，在步骤9106中也可以调整长时间测量的其他参数，例如当使用层分辨的长时间测量时，所使用的层的位置和/或数量。
从图15中可看到，重复执行步骤9106中的聚焦。这意味着，在图15的实例中可以实施焦点跟踪应用，其中连续地确保将样本对象1031设置在焦点平面1035中。例如，由此也可以在长时间测量期间跟踪样本对象的Z位置。由此可以减小样本对象所遭受的光负荷。
在一些实例中可能的是，这样的焦点跟踪应用经由控制回路实施。在此，机动化的样本保持器103可以借助控制回路来驱动，其中控制回路考虑样本对象相对于焦点平面的布置作为控制变量。控制回路可以力求，使在样本对象与焦点平面之间的距离最小化。结合控制回路于是可能的是，至少一个第一照射方向、至少一个第二照射方向从多个备选照射方向中基于控制回路的控制偏差来选择，所述第一照射方向和所述第二照射方向用于执行步骤9105的导航器测量。在有大的(小的)控制偏差的情况下，例如可以选择如下的照射方向，其彼此间具有小的(大的)距离1040。
在控制回路的另一实施方式中，例如可以在移动Z位置时考虑样本对象的成像的运动。随后，Z位置可以改变，直至样本对象的成像不再运动或对比度变为极值。
图16阐明了与相关199的最大值1900有关的方面。在图16中示出了沿着方向1046针对不同的距离的相关的值1991。
在图16中示出了如下实例，在所述实例中最大值1900具有两个峰值1992。例如，两个峰值1992可以由于存在多个样本对象或在Z方向1047上大量的样本对象而出现。例如，因此可以值得追求的是，在分析相关199时例如通过确定边缘点1993确定最大值1900的宽度1995。随后可以将最大值1900的位置定义为在边缘点1993之间的中点1994。替选地，最大值1900的位置也可以通过具有相关的最大值1991的峰值1992来确定。
最大值1900的宽度1995例如即使在确定样本对象相对于焦点平面的布置时也可以予以考虑。例如，最大值1900的宽度1995可以指示样本对象沿着Z方向的范围。
图17-19阐明了关于如下应用的实例，所述应用可以通过确定样本对象相对于焦点平面的布置。
图17在此示出了如下状态，在所述状态中样本对象1031沿着Z方向1047具有一定的范围。样本对象1031散焦地设置，因为其设置在焦点平面1035之外。例如可能的是，基于相关199的最大值1900的宽度1995确定样本对象1031沿着Z方向1047的范围。
图18阐明了如下状态，在所述状态中聚焦地设置样本对象1031。例如，机动化的样本保持器103可以从图17的状态开始被驱动，以便将样本对象1031移动到根据图18的状态中。
图19阐明了基于样本对象1031垂直于焦点平面1035即沿着Z方向1047的确定的范围选择层堆叠的层1850。层1850的位置和/或数量例如选择为，使得所述层彼此间具有均匀的距离并且覆盖样本对象1031的总范围。随后，例如在长时间测量的过程中从根据图15的方法的步骤9103可以针对每个所述层1850进行成像。例如，平面光荧光成像可以针对层1850执行。
借助这样的技术可能的是，也在比较长的数秒或数小时或甚至数天的时间段中可以确保针对样本对象1031的整个范围进行成像，在所述时间段中执行对应的长时间测量。尤其是，可以考虑样本对象1031的形状改变或者关于时间的其他漂移。此外由此例如可以实现数据减小，因为在这样的情况下会是非必要的，以预防性地设置大量的层1850，所述层也覆盖样本对象1031的体积改变或可能的运动。此外，可以减小用于获取测量数据的持续时间，因为可以限制所需的层1850的数量。此外，样本对象1031的曝光可以减小，因为限制所需的层1850的数量并且仅照射实际也必须照射的部分。
除了在图19中阐明的涉及层1850的选择来成像的应用之外，其他应用也可以从样本对象1031沿着Z方向的范围的确定获益。例如可能的是，光学设备100的用户接口以适当的方式被驱动，使得样本保持器103的定位范围基于样本对象1031的范围来限定。换言之，这可以表示：用户可以在范围1031内进行聚焦并且必要时在对应的公差范围内进行聚焦，但粗略的散焦可以通过相应的限制来避免。
从样本对象1031沿着Z方向1047的范围的确定可以获益的其他应用例如是确定样本对象的体积。例如，从平行于Z方向1047的范围或从平行于横向方向1045、1046的范围可以确定样本对象1031的体积。结合长时间测量也会感兴趣的是相应的信息。例如可能的是，这样可以全自动地确定用于三维成像技术的参数，以及根据在Z方向1047上的范围也可以沿着横向方向1045、1046调整记录的大小。相应的信息也可以作为元数据与图像数据一起存储。
总之，已经描述了上述的技术，借助所述技术可以特别精确地确定样本对象相对于光学设备的焦点平面的布置。
所述技术能够实现不同的应用，如例如确定极其散焦的样本对象的焦点位置。为此，例如可以使用照射方向来照射样本对象，其彼此间没有特别大的距离，由此实现了，相应的成像还可以由检测器的孔径获取。
另一通过这些技术实现的应用涉及，保持或略微再聚焦基本上被聚焦的样本对象。这对应于焦点跟踪应用，有时也称作焦点保留方法。与焦点跟踪应用的参考实施方式不同，可以实现特别简单的硬件架构。尤其是，会非必要的是，将分光盘耦合输入到光束路径中。于是不需要附加的倾斜的板，这尤其是结合荧光成像会值得追求的是提高光效率。尤其是，于是可以将这里所描述的技术简单集成到现有光学设备中。
例如，可能的是，确定样本对象距焦点平面的距离。所述距离例如可以作为元数据与相应的图像一起被存储。这样的技术有时也称作定量的成像。元数据可以用于以后的校正。
另一通过这些技术实现的应用还涉及：确定样本对象的范围，用以在层分辨的测量期间自动化地设定层堆叠的多个层。当样本生长或样本形状改变时，层堆叠可以动态地调整。
一些这里描述的技术基于图案的使用，所述图案包括多个照射方向。在此，可以使用不同的图案，例如一维的图案。一维图案例如可以通过多个光源实施，所述光源设置在一条线上。可选地，所使用的图案可以关于光学设备的光学主轴对称地设置。尤其是，可能的是，所使用的图案可以通过彼此平移来成像，即所使用的图案除了位移是相同的。样本对象的相应的成像的比较于是尤其可以沿着平移方向进行。尤其是，可以确定如下位移，其最好地描述待检查的结构。在垂直于平移的方向上通过图案的横向复制可以在评估时被忽略，或用于增加信噪比。
明显地，可以将之前所描述的实施形式和本发明的方面的特征彼此组合。尤其是，这些特征不仅可以以所描述的组合使用，而且也可以以其他组合或独立地使用，而不离开本发明的范围。
例如在上文描述了不同的技术，其中基于各个图像执行自相关，以便确定样本对象的布置。还描述了其他技术，其中基于两个图像执行互相关，以便确定样本对象的布置。可能的是组合这样的技术。例如，照射方向可以根据矩形设置，其中矩形的长边分别形成一个图案(例如矩形的长边可以沿着这些图中的方向1045定向)。所述图案可以具有所使用的光源沿着长边的周期性。可能的是，周期性是严格的，即在相邻的光源之间沿着长边的所有距离都相等并且对于周期性即不具有多个空间频率贡献。也可能的是，使用线图案，这意味着：同一图案的相邻的光源没有沿着矩形的短边的方向的错移，而仅仅具有沿着矩形的长边的方向的错移。这两个所使用的图案可以是相同的。在第一图像中，根据第一图案进行照射而在第二图像中根据第二图案进行照射。这两个图案可以是相同的并且通过沿着矩形的短边的平移相互融合。随后，可以从两个图像沿着矩形的短边的一维互相关确定样本对象距焦点平面的距离和距离的符号。同时，在第一图像中可以执行一维自相关和/或在第二图像中可以执行一维自相关，其中这些自相关垂直于沿着矩形的长边的平移定向。由于周期性，可以获得样本对象距焦点平面的距离的特别精确的确定，其中可以从互相关获得距离的符号。
例如，已经在上文中描述了不同的技术，其中数字再处理包括在一个或多个图像之间的相关，所述图像包含在不同的照射方向下对样本对象的成像。但一般而言，可能的是，数字再处理不使用相关，而使用其他技术来将在不同的照射方向下对样本对象的成像进行比较。实例例如是地标识别，其中在样本对象的不同成像中分别标识样本对象的特征并且随后确定这样限定的地标之间的距离，所述成像对应于不同的照射方向。另一实例包括使第一图像相对于第二图像迭代移动，第一图像对应于第一照射方向，第二图像对应于第二照射方向。对于每次位移，于是例如可以执行被位移的第一图像和第二图像的组合，例如加法。沿着位移方向接着可以计算从边缘陡度等得到的锐度图。随后，可以选择如下位移，在所述位移情况下获得最优锐度图。所选择的位移随后又可以用于确定样本对象相对于焦点平面的位置。根据样本对象，这样对于相关替选的技术也可以具有高的精度。因此，在不同实例中可能的是，例如可以实施自动聚焦应用或平面光显微镜应用或其他应用，其他应用归因于样本对象相对于焦点平面的布置，而不相关。

Claims (20)

1.一种用于确定样本对象(1031)在光学设备(100)中的布置的方法，所述方法包括：
-从至少一个第一照射方向(1051，1052)照射所述样本对象(1031)，
-从至少一个第二照射方向(1051，1052)照射所述样本对象(1031)，
-执行在指示在从所述至少一个第一照射方向(1051，1052)进行照射的情况下所述样本对象(1031)的图像(111，112，113)的至少一个部段的数据(111，112，120，121，122)与指示在从所述至少一个第二照射方向(1051，1052)进行照射的情况下所述样本对象(1031)的图像(111，112，113)的至少一个部段的数据(111，112，120，121，122)之间的相关(199)，以及
-基于所述相关(199)确定所述样本对象(1031)相对于所述光学设备(100)的焦点平面(1035)的布置。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，在时域中并行地执行从所述至少一个第一照射方向(1051，1052)照射所述样本对象(1031)和从所述至少一个第二照射方向(1051，1052)照射所述样本对象(1031)，
其中，所述相关(199)是数据(111，112，120，121，122)的自相关，所述数据指示在从所述第一照射方向(1051，1052)和所述第二照射方向(1051，1052)共同照射的情况下样本对象(1031)的图像(113)的至少一个部段。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，在时域中顺序地执行从所述至少一个第一照射方向(1051，1052)照射所述样本对象(1031)和从所述至少一个第二照射方向(1051，1052)照射所述样本对象(1031)，
其中所述相关(199)是在指示在从所述第一照射方向(1051，1052)进行照射的情况下所述样本对象(1031)的第一图像(111，112)的至少一个部段的第一数据(111，112，120，121，122)与指示在从所述第二照射方向(1051，1052)进行照射的情况下所述样本对象(1031)的第二图像(111，112)的至少一个部段的第二数据(111，112，120，121，122)之间的互相关。
4.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，在时域中并行地利用多个第一照射方向(1051，1052)照射所述样本对象(1031)，其中所述多个第一照射方向(1051，1052)按第一图案(1042，1042-1，1042-2)设置，并且包括所述第一照射方向(1051，1052)，
其中，在时域中并行地利用多个第二照射方向(1051，1052)照射所述样本对象(1031)，其中所述多个第二照射方向(1051，1052)按第二图案(1042，1042-1，1042-2)设置，并且包括所述第二照射方向(1051，1052)，
其中，所述第一图案(1042，1042-1，1042-2)能够通过平移(2041)成像到所述第二图案(1042，1042-1，1042-2)。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述第一图案(1042，1042-1，1042-2)具有垂直于所述平移的方向的范围(1045A)，所述范围为所述第一图案(1042，1042-1，1042-2)平行于所述平移(2041)的方向的范围(1046A)至少两倍，可选地为至少五倍，进一步可选地为至少二十倍。
6.根据权利要求4或5所述的方法，所述方法进一步包括：
-基于对应的图像(111，112，113)沿着垂直于所述平移(2041)的横向方向(1045，1046)的像素(115)的组合，确定指示对应的图像(111，112，113)的至少一个部段的相应的数据(111，112，120，121，122)。
7.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其还包括：
-基于对应的图像(111，112，113)的对比图像(120)确定所述数据(111，112，120，121，122)。
8.根据上述权利要求中任一项所述的方法，
其中，所述相关(199)是沿着在所述至少一个第一照射方向(1051，1052)和所述至少一个第二照射方向(1051，1052)之间的连接线(1040)的一维相关(199)。
9.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其还包括：
-借助所述光学设备(100)执行长时间测量，
其中从所述至少一个第一照射方向(1051，1052)照射所述样本对象(1031)，并从所述至少一个第二照射方向(1051，1052)照射所述样本对象(1031)，执行相关(199)并且作为通过频分复用和/或时分复用嵌入到长时间测量中的导航器测量，重复地执行确定所述样本对象(1031)的布置。
10.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其还包括：
-检验是否存在关于所述样本对象(1031)相对于所述焦点平面(1035)的布置的先验知识，和
-基于对是否存在先验知识的检验，从多个备选照射方向中选择所述至少一个第一照射方向(1051，1052)和所述至少一个第二照射方向(1051，1052)。
11.根据权利要求10所述的方法，
其中如果没有先验知识，则相对彼此以第一距离选择所述第一照射方向(1051，1052)和所述第二照射方向(1051，1052)，
其中如果存在先验知识，则相对彼此以第二距离选择所述第一照射方向(1051，1052)和所述第二照射方向(1051，1052)，
其中所述第一距离小于所述第二距离。
12.根据权利要求10或11所述的方法，
其中，所述先验知识存在于焦点跟踪应用的过程中。
13.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其还包括：
-借助控制回路驱动机动化的样本保持器，所述控制回路将所述样本对象(1031)相对于所述焦点平面(1035)的布置考虑为控制变量，以及
-基于所述控制回路的控制偏差，从多个备选照射方向中选择所述至少一个第一照射方向(1051，1052)和所述至少一个第二照射方向(1051，1052)。
14.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其还包括：
-基于执行所述相关(199)来确定所述样本对象(1031)垂直于所述焦点平面(1035)的范围，
-借助所述光学设备(100)执行对于所述样本对象(1031)的多个层的层分辨的测量，以及
-基于所述样本对象(1031)垂直于所述焦点平面(1035)的所确定的范围，确定所述层的位置和/或数量。
15.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其还包括：
-基于执行所述相关(199)来确定所述样本对象(1031)垂直于所述焦点平面(1035)的范围，以及
-驱动所述光学设备(100)的用户接口，以便基于所确定的范围限定所述光学设备(100)的样本保持器的定位范围。
16.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其还包括：
-基于所述相关(199)的执行，确定所述样本对象(1031)垂直于所述焦点平面(1035)的范围，
-确定所述样本对象(1031)平行于所述焦点平面(1035)的范围，以及
-基于所述样本对象(1031)平行且垂直于所述焦点平面(1035)的范围，确定所述样本对象(1031)的体积。
17.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其还包括：
-确定所述相关(199)的最大值的宽度，
其中所述样本对象(1031)相对于所述焦点平面(1035)的布置基于所述相关(199)的最大值的宽度来确定。
18.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其还包括：
-基于关于所述样本对象(1031)相对于所述焦点平面(1035)的位置的先验知识：在从所述至少一个第一照射方向(1051，1052)照射所述样本对象(1031)之前和在从所述至少一个第二照射方向(1051，1052)照射所述样本对象(1031)之前，对所述样本对象(1031)散焦。
19.一种光学设备(100)，其包括：
-至少一个计算单元(101)，
-照射模块(104)，其具有多个光源(1041)，所述光源限定多个照射方向，
-样本保持器(103)，所述样本保持器配置为，固定样本对象(1031)，
其中所述至少一个计算单元(101)配置为，驱动用于从至少一个第一照射方向(1051，1052)照射所述样本对象(1031)的照射模块，和驱动用于从至少一个第二照射方向(1051，1052)照射所述样本对象(1031)的照射模块，
其中所述至少一个计算单元(101)还配置为，将在指示在从所述至少一个第一照射方向(1051，1052)进行照射的情况下样本对象(1031)的图像(111，112，113)的至少一个部段的数据(111，112，120，121，122)与指示在从所述至少一个第二照射方向(1051，1052)进行照射的情况下样本对象(1031)的图像(111，112，113)的至少一个部段的数据(111，112，120，121，122)之间进行相关，
其中所述至少一个计算单元(101)还配置为，基于所述相关(199)确定所述样本对象(1031)相对于所述光学设备(100)的焦点平面(1035)的布置。
20.根据权利要求19所述的光学设备(100)，所述光学设备配置为，执行根据权利要求1至18中任一项所述的方法。
CN201780073998.XA 2016-11-30 2017-10-20 借助角度选择的照射确定样本对象的布置 Active CN110121629B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102016123154.1 2016-11-30
DE102016123154.1A DE102016123154A1 (de) 2016-11-30 2016-11-30 Bestimmung der Anordnung eines Probenobjekts mittels winkelselektiver Beleuchtung
PCT/EP2017/076892 WO2018099652A1 (de) 2016-11-30 2017-10-20 Bestimmung der anordnung eines probenobjekts mittels winkelselektiver beleuchtung

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110121629A true CN110121629A (zh) 2019-08-13
CN110121629B CN110121629B (zh) 2022-01-11

Family

ID=60153308

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201780073998.XA Active CN110121629B (zh) 2016-11-30 2017-10-20 借助角度选择的照射确定样本对象的布置

Country Status (5)

Country Link
US (1) US10921573B2 (zh)
EP (1) EP3548836B1 (zh)
CN (1) CN110121629B (zh)
DE (1) DE102016123154A1 (zh)
WO (1) WO2018099652A1 (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102018107356A1 (de) 2018-03-28 2019-10-02 Carl Zeiss Microscopy Gmbh Autofokus mit winkelvariabler Beleuchtung
CN114777687B (zh) * 2022-05-09 2023-06-09 湖北工业大学 基于概率分布函数的分区域相位误差补偿方法及设备
CN114994896B (zh) * 2022-06-08 2024-05-10 合肥埃科光电科技股份有限公司 用于微纳台阶样品的显微镜自动对焦系统及其对焦方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3328821A1 (de) * 1983-08-10 1985-02-28 Fa. Carl Zeiss, 7920 Heidenheim Autofokus fuer mikroskope
DE102009012248A1 (de) * 2008-03-14 2009-09-17 Carl Zeiss Sms Gmbh Autofokusverfahren und Abbildungsvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
CN102494623A (zh) * 2011-11-11 2012-06-13 中国科学院光电技术研究所 镜头中光学表面中心间距的非接触式测量方法及测量装置
CN102939531A (zh) * 2010-03-26 2013-02-20 德固萨有限责任公司 用于确定对象的材料特性的方法
DE102014109687A1 (de) * 2014-07-10 2016-01-14 Carl Zeiss Ag Positionsbestimmung eines Objekts im Strahlengang einer optischen Vorrichtung

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW564657B (en) 2002-06-12 2003-12-01 Ritdisplay Corp Organic light-emitting diode display device
US7811679B2 (en) 2005-05-20 2010-10-12 Lg Display Co., Ltd. Display devices with light absorbing metal nanoparticle layers
JP6040518B2 (ja) 2011-08-25 2016-12-07 ソニー株式会社 電子機器および半導体基板
CN103842877B (zh) * 2011-09-30 2016-01-27 富士胶片株式会社 成像装置和合焦参数值计算方法
DE102013107298A1 (de) 2013-07-10 2015-01-15 Carl Zeiss Microscopy Gmbh Anordnung zur Lichtblattmikroskopie
DE102015107517B3 (de) * 2015-05-13 2016-06-23 Carl Zeiss Ag Vorrichtung und Verfahren zur Bildaufnahme mit erhöhter Schärfentiefe
CN108351506B (zh) * 2015-11-11 2020-12-04 斯科皮奥实验室有限公司 用于计算显微镜的自动聚焦系统
GB2548462B (en) * 2016-01-29 2020-06-17 Canon Kk Image sensor and image capturing apparatus

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3328821A1 (de) * 1983-08-10 1985-02-28 Fa. Carl Zeiss, 7920 Heidenheim Autofokus fuer mikroskope
DE102009012248A1 (de) * 2008-03-14 2009-09-17 Carl Zeiss Sms Gmbh Autofokusverfahren und Abbildungsvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
CN102939531A (zh) * 2010-03-26 2013-02-20 德固萨有限责任公司 用于确定对象的材料特性的方法
CN102494623A (zh) * 2011-11-11 2012-06-13 中国科学院光电技术研究所 镜头中光学表面中心间距的非接触式测量方法及测量装置
DE102014109687A1 (de) * 2014-07-10 2016-01-14 Carl Zeiss Ag Positionsbestimmung eines Objekts im Strahlengang einer optischen Vorrichtung

Also Published As

Publication number Publication date
WO2018099652A1 (de) 2018-06-07
EP3548836A1 (de) 2019-10-09
DE102016123154A1 (de) 2018-05-30
US20190285401A1 (en) 2019-09-19
US10921573B2 (en) 2021-02-16
EP3548836B1 (de) 2022-04-20
CN110121629B (zh) 2022-01-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10477097B2 (en) Single-frame autofocusing using multi-LED illumination
CN107003229B (zh) 包括全息确定生物粒子的位置的分析方法及相应的设备
JP6146265B2 (ja) 顕微鏡システムおよびオートフォーカス方法
JP5941395B2 (ja) 画像取得装置及び画像取得装置のフォーカス方法
US11482021B2 (en) Adaptive sensing based on depth
JP2012008450A (ja) 顕微鏡及び合焦点方法
US10254526B2 (en) Microscope
CN111912835B (zh) 一种具备烧蚀量测量功能的libs装置及方法
CN110121629A (zh) 借助角度选择的照射确定样本对象的布置
JP7277051B2 (ja) コントラストを増進し、かつ焦点を見出すための干渉縞の使用を伴う透過照明撮像
CN107110764A (zh) 利用位置控制对透明样本进行分析的系统及相关联的方法
CN106716485A (zh) 用于产生结果图像的方法和光学器件
CN108646396A (zh) 自动对焦显微镜系统
KR102073503B1 (ko) 현미경 및 관찰 방법
CN110207609A (zh) 基于多种光谱的主动光的三维成像方法、装置及存储介质
CN106233125A (zh) 共聚焦线检验光学系统
KR20150110902A (ko) 컬러 및 형광 측정스트립 겸용 광학시료분석기, 이를 이용한 이미지 촬영방법 및 측정데이터 정량화 방법
CN113167991B (zh) 用于在样本总成上自动地求取位置的方法和相应的显微镜
WO2018102147A1 (en) System and method for estimating and compensating for sample drift during data acquisition in fluorescence microscopy
US20160274346A1 (en) Optical System for Fast Three-Dimensional Imaging
JP2013088570A (ja) 顕微鏡装置
JP2007286284A (ja) 共焦点走査型顕微鏡システム、及びそれを使用した観察方法
KR100913508B1 (ko) 공초점을 이용한 3차원 스캐닝 장치 및 스캐닝 방법
JP2013029462A (ja) 欠陥計測方法
RU185501U1 (ru) Автоматизированное оптико-электронное устройство для углублённой и оперативной диагностики защитных голограмм

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant