CN110235045B - 用于对样品进行显微检查的显微镜和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于利用显微镜对样品进行显微检查的方法，显微镜包括物镜和图像传感器，图像传感器用于转换由物镜成像到图像传感器上的图像。显微镜的视场能通过选择图像传感器的区段来改变。在方法的步骤中，利用显微镜拍摄样品的至少一个部分区域的初始图像(01)，为此在显微镜上选择第一视场。分析初始图像(01)，以便获知至少两个有区别的对部分区域成像的视场，其中，通过对部分区域成像的视场中的每个视场对初始图像(01)的部分区域成像。针对所获知的对部分区域成像的视场中的每个视场，拍摄样品的部分区域的图像(03)。本发明还涉及一种用于对样品进行显微检查的显微镜。

Description

用于对样品进行显微检查的显微镜和方法

技术领域

本发明首先涉及一种用于利用显微镜对样品进行显微检查的方法，该显微镜包括物镜和图像传感器，该图像传感器用于转换由物镜直接或间接成像到该图像传感器上的图像。本发明还涉及一种用于对样品进行显微检查的显微镜。

背景技术

DE 197 33 193A1示出了一种具有自适应光学系统的显微镜。在该显微镜中，在物镜与图布斯透镜之间布置进行发射的波前调制器。该显微镜可以被用于共聚焦显微检查，用于激光辅助显微检查，用于常规的显微检查或者用于分析显微检查。

从US 7,345,816 B2公知一种光学显微镜，该光学显微镜包括具有如下镜，该镜具有可控制的可改变的进行反射的表面。通过改变该镜的表面，可以从不同的焦点位置拍摄图像。

US 7,269,344 B2示出了一种具有成像光学系统的光学设备，该光学系统具有可变形的镜和数字缩放功能。经此，在图像锐度高时应该能改变电子放大。

制造商SD Optics公司的产品“3D显微镜”用于快速地产生宏观和显微图像，该宏观和显微图像具有扩展景深(EDoF-Extended Depth of Field)。被称作MALS模块的镜阵列透镜系统用于实现EDoF功能。MALS表示镜阵列透镜系统(Mirror Array Lens System)。该系统的细节例如在WO 2005/119331 A1或者WO 2007/134264 A2中公开。该产品尤其包括LED环形照明、同轴照明、透射照明、机械台、具有5倍、10倍、20倍和50倍放大的物镜和快速自动聚焦。该聚焦可以以直至10kHz的频率被改变。

DE 698 38 297T2示出了一种用于通过计算机控制的显微镜检测并且重新建立放大的样品图像的方法。在拍摄样品的第一组数字化图像时，控制物品台运动和图像大小，使得可以产生第一组连续的图像片，以便能够实现样品的放大的总视图。样品的总视图被显示，以便用户可以交互地选择令他感兴趣的区域。相对应地，该区域以更高的光学分辨率来扫描并且产生第二组数字化图像。

从US 2006/0140462 A1公知一种用于共焦拍摄的方法，其中在令人感兴趣的区域局部有针对性地对CMOS图像传感器进行读取。

EP 1 918 751A1教导了一种显微镜，该显微镜应该能够以不同的焦点位置来实现对三维图像和高分辨率图像的拍摄。

DE 10 2013 208 415A1示出了一种用于3D高分辨率定位显微检查的方法，该3D高分辨率定位显微检查应该使样品沿深度方向并且与之横向地高分辨率地成像。在样品中，荧光发射器被重复激发以发射荧光辐射。利用两个探测器，从两个不同的焦平面拍摄样品的以同一荧光状态的同时的单个对象对为形式的单图像，两个不同的焦平面沿深度方向间隔开间距。

发明内容

基于现有技术，本发明的任务在于：可以灵活地并且快速地进行对样品的显微检查。

所提到的任务通过按照随附的权利要求1的方法以及通过按照随附的并列权利要求13的显微镜来解决。

按照本发明的方法用于利用显微镜、尤其是利用数字显微镜来对样品进行显微检查。在数字显微镜中，优选地进行电子图像转换，其中所拍摄的图像以数字数据为形式进一步处理并且被显示在电子图像播放装置上。该显微镜包括物镜和图像传感器，该图像传感器用于转换由物镜直接或间接成像到该图像传感器上的图像。

显微镜的图像传感器侧的视场能通过选择图像传感器的区段来改变。因此，为了实现显微镜的确定的视场，选择和读取图像传感器的确定的区段。对于小的视场来说，只需要小的区段。对于最大的视场来说，该区段包括整个图像传感器。该区段通过图像传感器的处在该区段之内的那些像素来限定，其中一些或者所有像素都可以被分组。因此，该区段通过位置和面积来限定。视场也用英文称作Field-of-View，而且尤其是通过显微镜的图像传感器侧的孔径角来表征。显微镜的视场能改变，使得图像传感器侧的孔径角能改变、也就是说能调整。物镜本身可具有固定的视场。

图像传感器侧的视场通过至少二维的维度来限定，其中也可以限定三维的维度，使得不仅仅能改变视场，而且能改变在显微镜中的视体。

在按照本发明的方法的步骤中，利用显微镜来拍摄样品的至少一个部分区域的初始图像。该图像至少包括所提到的部分区域、样品的主要区域或者整个样品。为了拍摄初始图像，在显微镜上选择图像传感器侧的第一视场。也就是说，图像传感器的第一区段被选择并且被读取。第一视场也可以存在于被选择的第一视体之内。初始图像可以是二维的或者三维的。

对于空间内的每个点来说，三维图像都包括关于所要呈现的对象的信息。例如，在具有X、Y和Z轴的直角坐标系中，针对空间内的每个点都可以说明强度值和/或颜色值。

也存在如下图像，其中例如对于每对X和Y坐标来说都只知道Z值。例如，当只知道三维实体的表面的形状时，情况如此。也可以选择点的X和Y坐标，作为“三维”强度值。能够呈现具有三维错觉的图像的这些情况以及其它情况也被称作伪三维图像或示图或者被称作2.5维图像或示图。

在下文，能够实现三维示图或者能够实现具有三维错觉的图像的示图的图像共同被称作三维图像。

在按照本发明的方法的进一步的步骤中，对初始图像进行分析，以便获知至少两个有区别的对部分区域成像的图像传感器侧的、用于拍摄样品的至少多个部分区域的显微图像的视场。可以手动地或者自动地进行分析。通过分析获知对部分区域成像的视场，由此获知图像传感器的如下多个区段，这些区段适合于拍摄样品的多个部分区域的显微图像。通过对部分区域成像的视场中的每个视场，使初始图像的部分区域成像。优选地，对于这些部分区域中的每个部分区域来说，分别确定对部分区域成像的视场，从而这些部分区域中的每个部分区域都可以利用各自适合的对部分区域成像的视场来高效地进行显微检查。这些对部分区域成像的视场在其关于图像传感器沿x和/或y方向的位置方面有区别。对部分区域成像的视场优选地也在其大小和/或分辨率方面有区别。对部分区域成像的视场也可以分别存在于被选择的对部分区域成像的视体之内。相对应地，所属的显微图像不仅仅是二维的，而且也可以是三维的。优选地，这些对部分区域成像的视场或视体也在其沿与x方向和y方向垂直的z方向的位置方面有区别。优选地，这些对部分区域成像的视场或视体也在其沿z方向的大小和/或沿z方向的分辨率方面有区别。

在按照本发明的方法的进一步的步骤中，利用显微镜来拍摄样品的多个部分区域的显微图像，为此分别在显微镜上选择之前确定的对部分区域成像的视场，也就是说选择并且读取图像传感器的之前分别确定的区段。

按照本发明的方法的一个特别的优点在于：通过确定对部分区域成像的视场可以对这些部分区域经适配地进行显微检查，使得可以快速地进行对整个样品的显微检查，而不必忍受对显微图像的质量的损害。视各个部分区域的细节而定，样品的部分区域尤其可以利用经适配的对部分区域成像的视场和分辨率来进行显微检查。只要这些部分区域三维地被拍摄，在这些对部分区域成像的视场内就优选地也分别使沿第三维度的分辨率适配。

按照本发明的方法可以被用于快速拍摄大的样品的二维和/或三维显微图像。因此，该方法优选地被用于在电子器件工业中进行在线检查，被用在颗粒分析、即非金属杂质的颗粒分析中，被用在增生制造中，被用在制药业中并且被用在制造医疗设备中。

初始图像和这些部分区域的图像优选地用正好一个物镜来拍摄，使得物镜在执行按照本发明的方法期间未被更换。替选地，可以用显微镜的其它物镜或者用显微镜的其它光学图像拍摄装置来拍摄初始图像。图像拍摄装置例如可以通过全貌摄像机或者通过针对二维或三维图像的摄像机构成。

在按照本发明的方法的优选的第一实施方式中，将初始图像拍摄为样品的全景图像。优选地，该全景图像示出了样品的至少一个主要区域，该主要区域优选地至少包括样品的二分之一。特别优选地，该全景图像示出了整个样品。为了拍摄全景图像，选择第一视场作为全景成像的视场，该全景成像的视场大于所有对部分区域成像的视场。全景成像的视场具有大的样品侧的孔径角。如果需要，用比初始全景图像更精细的分辨率来拍摄这些部分区域的显微图像。该更精细的分辨率可以沿x方向、y方向和/或z方向来构造。在利用更粗略的分辨率来拍摄全景图像时，不是图像传感器在所选择的区段中的所有像素都被读取，而是例如只是每隔3个相似被读取，或者这些像素被分组。例如，分辨率也可以沿z方向通过朝着z方向更大的间距被降低，使得更快地拍摄全景图像。替选地，初始图像可以利用其它光学图像拍摄装置、诸如全貌摄像机来拍摄。

在按照本发明的方法的优选的第一实施方式中，在分析初始图像时，优选地分析各个在初始全景图像中成像的部分区域，以便分别在至少两个维度上或者在三个维度上确定对于各自的部分区域的显微检查所需的分辨率。为此，在全景图像中成像的部分区域优选地关于其细节方面被分析。各自的部分区域越详细，对于拍摄该部分区域的显微图像所需的分辨率就越高。根据之前确定的各自所需的分辨率来选择各个对部分区域成像的视场。所需的分辨率越低，各自的对部分区域成像的视场或视体可以被选择得越大，以便高效地拍摄各自的图像，为此尤其没有读取图像传感器在所选择的区段内的所有像素或者分别概括地读取在所选择的区段内的多个像素或者对在所选择的区段内的像素进行欠采样。

在该方法的优选的第一实施方式中，该方法优选递归地执行。为此，这些部分区域的显微图像中的至少一个显微图像被分析，以便确定至少一个对子部分区域成像的、用于拍摄样品的至少多个子部分区域的显微图像的视场。优选地，对子部分区域成像的视场小于各自的对部分区域成像的视场。用该显微镜来拍摄样品的多个子部分区域的显微图像，为此在显微镜上分别选择之前确定的对子部分区域成像的视场。这些子部分区域的显微图像利用沿一个或多个维度比各自的部分区域更精细的分辨率来拍摄。优选地，针对这些子部分区域进行递归继续。

在优选的第二实施方式中，拍摄初始图像作为样品的部分区域中的第一部分区域的显微图像。为此，选择第一视场，作为对部分区域成像的视场。因此，从对样品的第一部分区域的图像的分析出发来选择用于拍摄样品的另外的部分区域的显微图像的对部分区域成像的视场。补充地，可以分别分析另外的部分区域的各个显微图像，以便选择各个对部分区域成像的视场，用于拍摄样品的分别紧跟着的另外的部分区域的显微图像。可以拍摄样品的全部部分区域的显微图像，或者可以拍摄样品的部分区域中的仅仅一些部分区域的显微图像。

随后，说明了上面描述的优选的第一和第二实施方式的其它优选的特征。

初始图像和/或这些部分区域的图像中的至少多个图像优选地以扩展景深来拍摄。扩展景深也被称作Extended Depth of Field。具有扩展景深的各自的图像可以是二维或三维的。为了拍摄具有扩展景深的初始图像或显微图像，优选地拍摄具有不同的z位置的多个单图像。这些单图像紧接着被叠化成初始图像或被叠化成显微图像。

优选地，初始图像和/或显微图像中的至少多个显微图像以附加地伴有深度信息的方式来拍摄，使得优选地涉及三维图像。

为了以扩展景深或以附加地伴有深度信息的方式来拍摄初始图像或显微图像，优选调节显微镜的有源光学元件上的执行器。机械执行器例如可以构造为使有源光学元件变形或移动，该有源光学元件可以由用于测量样品的深度信息的柔性透镜、液体透镜或衍射透镜构成。优选地，执行器由用于使微镜和/或微透镜机械运动的微系统构成。该执行器优选是聚焦执行器和/或像差执行器。该执行器优选地利用至少1kHz并且进一步优选地至少10kHz的频率来运行。

在一个有利的实施方式中，光学执行器被构造为具有能机械运动的微镜的微系统，用于拍摄扩展景深。在该实施方式中，例如可以使用上面描述的SD Optics有限责任公司的“MALS模块(多重散光聚焦系统模块)”作为光学执行器。MALS模块例如可以构造为菲涅尔透镜，如这例如在WO 2005/119331 A1中描述的那样。该菲涅尔透镜由多个微镜构成。通过改变微镜的位置，可以以非常快速的方式改变菲涅尔透镜的焦距。焦距的快速的变化允许对所要成像的焦平面的非常快速的调整。这样能够实现：在短时间内在相邻的焦平面内拍摄多张照片。已在不同的焦平面内拍摄的图像的这种序列也被称作焦点堆叠。根据焦点堆叠可以获知具有扩展景深的图像。

这些部分区域的显微图像也被称作镶嵌图案。因此，按照本发明的方法适合于对大的样品、诸如印刷电路板的显微检查。这些部分区域的所拍摄的显微图像优选地被拼合成样品的总图像。

优选地，针对这些部分区域中的每个部分区域分别确定对部分区域成像的视场并且将其用于拍摄相对应的图像。因此，针对这些部分区域中的每个部分区域，利用经适配的分辨率来确定和使用经适配的对部分区域成像的视场。

特别优选地，除了视场之外，还适配用于拍摄样品的部分区域的显微图像的显微镜的其它参数。显微镜的其它参数作为对初始图像的分析的结果被确定并且在拍摄这些部分区域的显微图像时在显微镜上被选择。优选地，该显微镜的其它参数包括：要分别拍摄的显微图像的二维或三维分辨率；用于拍摄要分别拍摄的三维显微图像的视体；用于拍摄要分别拍摄的显微图像的对比度；用于像差控制的参数；扩展景深的选装件；深度信息的选装件；和/或用于调节有源光学元件的执行器的参数。相对应地，对初始图像进行分析，以便还确定所要拍摄的显微图像的二维或三维分辨率，确定用于拍摄三维显微图像的视体，确定用于拍摄显微图像的对比度，确定用于像差控制的参数，确定用于调节有源光学元件的执行器的参数，和/或用于决定这些显微图像是否分别以扩展景深和/或以伴有深度信息的方式来拍摄。紧接着，多个部分区域的显微图像分别利用之前确定的二维或三维分辨率、利用之前确定的视体、利用之前确定的对比度、利用之前确定的用于像差控制的参数、利用之前确定的用于调节执行器的参数、以扩展景深和/或以伴有深度信息的方式来拍摄。

这些对部分区域成像的视场优选地分别具有最高为140°的样品侧的孔径角。全景成像的视场优选地具有至少1°并且进一步优选地至少5°的样品侧的孔径角。

这些对部分区域成像的视场关于样品具有优选地最高5mm、进一步优选地最高2mm的边长或直径。全景图像成像的视场关于样品具有优选地超过5mm的边长或直径。

这些部分区域的显微图像优选地分别利用至少500个线对/mm的分辨率来拍摄。这些部分区域的显微图像优选地分别利用关于样品至少0.3μm的分辨率来拍摄。初始全景图像优选地利用最高400个线对/mm的分辨率来拍摄。初始全景图像优选地利用关于样品最高2μm的分辨率来拍摄。初始全景图像进一步优选地利用关于样品最高10μm的分辨率来拍摄。

在拍摄初始图像期间并且在拍摄显微图像期间，样品优选地被照明，为此优选地使用可见光、UV辐射和/或IR辐射。

按照本发明的显微镜优选地是数字的而且首先包括物镜，用于将样品放大地光学成像在图像层。通过物镜能在图像层呈现具有光学分辨率的图像。光学分辨率通过物理过程和透镜的特性来确定。该物镜包括用于将样品放大地光学呈现在图像层的光学组件。光学组件尤其由光学透镜而且必要时也由一个或多个镜、遮光板和滤波器构成。

该显微镜还包括图像传感器，用于将由物镜直接或间接成像到图像传感器上的图像转换成电信号。显微镜的图像传感器侧的视场能通过选择图像传感器的区段来改变。

该显微镜还包括电子控制单元，用于控制图像传感器。优选地，该控制单元还用于控制图像处理单元，该图像处理单元对图像传感器的图像数据进行处理。该控制单元被配置用于实施按照本发明的方法。优选地，该控制单元被配置用于实施按照本发明的方法的优选的实施方式。此外，优选地，该显微镜也具有如下特征：这些特征结合按照本发明的方法及其优选的实施方式来说明。优选地，按照本发明的方法也具有如下特征：这些特征结合按照本发明的显微镜及其优选的实施方式来说明。

优选地，物镜具有最高为40的最大放大系数。只要物镜具有固定的放大系数，该放大系数就是最大放大系数。在该显微镜的优选的实施方式中，最大放大系数最高为30。在该显微镜的优选的其它实施方式中，最大放大系数最高为20。在该显微镜的优选的其它实施方式中，最大放大系数最高为10。在该显微镜的优选的其它实施方式中，最大放大系数最高为5。

物镜具有数值孔径，该数值孔径优选地为至少0.01。进一步优选地，该数值孔径至少为0.1。

图像传感器的最大图像分辨率优选地通过像素间距来限定。像素间距是两个紧挨着地相邻的像素的间距。像素间距是图像传感器沿其延伸方向之一的伸展除以在该延伸方向上的像素的数目之商。像素间距例如是图像传感器的宽度除以在矩阵的一行内的像素的数目之商。像素间距例如是图像传感器的高度除以在矩阵的一列内的像素的数目之商。

在该显微镜的优选的实施方式中，图像传感器的像素间距最高为6μm。在该显微镜的优选的进一步的实施方式中，图像传感器的像素间距最高为4μm。特别优选地，图像传感器的像素间距为2.0μm、1.8μm、1.6μm、1.4μm、1.2μm、1.0μm、0.8μm或者0.6μm。

在矩阵形的图像传感器的一列内的像素的数目优选地为至少1000，而同时在矩阵形的图像传感器的一行内的像素的数目同样为至少1000。

在该显微镜的优选的实施方式中，图像传感器的像素的数目至少为5百万。在该显微镜的优选的其它实施方式中，图像传感器的像素的数目至少为8百万。在该显微镜的优选的其它实施方式中，图像传感器的像素的数目至少为20百万。在该显微镜的优选的其它实施方式中，图像传感器的像素的数目至少为50百万。在该显微镜的优选的其它实施方式中，图像传感器的像素的数目至少为100百万。

按照本发明的显微镜优选地包括有源光学元件的执行器，利用该执行器尤其能调设聚焦。优选地，有源光学元件的执行器由用于使微镜和/或微透镜机械运动的微系统构成。该控制单元优选地也构造用于控制执行器。

附图说明

本发明的其它细节和扩展方案从随后参考附图对本发明的优选的实施方式的描述中得到。其中：

图1示出了按照本发明的方法的优选的实施方式对部分区域的显微图像和全景图像的拍摄；

图2示出了按照本发明的数字显微镜的优选的第一实施方式，该数字显微镜具有用于测量深度信息的三个选装件；

图3示出了按照本发明的数字显微镜的优选的第二实施方式，该数字显微镜具有用于照明的三个选装件；

图4示出了按照本发明的数字显微镜的优选的第三和第四实施方式；以及

图5示出了按照本发明的方法的优选的实施方式的流程图。

具体实施方式

图1阐明了按照本发明的方法的优选的实施方式对样品02(在图2中示出)的全景图像01和样品02的部分区域的多个显微图像03的拍摄。

全景图像01具有250个线对/mm的低分辨率，而且是用大的视场来拍摄的，大的视场关于样品02等于3.6mm·3.6mm大。朝着z方向的分辨率为100μm。因为全景图像01使整个样品02(在图2中示出)成像，所以对该全景图像的拍摄需要更长的时间段，使得该全景图像是用10张图像/s的低速来拍摄的。因为全景图像01在所示出的实施方式中没有深度信息，所以该第全景图像可被表征为二维。

多个显微图像03中的第一显微图像04使样品02的大的部分区域(在图2中示出)成像。样品02的该部分区域已经在全景图像01中成像。因为该部分区域大，所以第一显微图像04是用大的视场来拍摄的，大的视场关于样品02等于2.4mm·2.4mm大。第一显微图像04是用每毫米1000个线对的高分辨率来拍摄的，使得小的细节被重现。沿z方向的分辨率为4.5μm。因为该部分区域大，所以对第一显微图像04的拍摄需要更长的时间段，使得该第一显微图像是用10张图像/s的低速来拍摄的。因为第一显微图像04在所示出的实施方式中没有深度信息，所以该第一显微图像可被表征为二维。

多个显微图像03中的第二显微图像06使样品02的小的部分区域(在图2中示出)成像。样品02的该部分区域已经在全景图像01中成像。因为该部分区域小，所以第二显微图像06是用小的视场来拍摄的，小的视场关于样品02等于0.6mm·0.6mm大。第二显微图像06是用每毫米1000个线对的高分辨率来拍摄的，使得小的细节被重现。沿z方向的分辨率为4.5μm。因为该部分区域小，所以对第二显微图像06的拍摄需要小的时间段，使得该第二显微图像是用例如30张图像/s的高速来拍摄的。因为第二显微图像06在所示出的实施方式中没有深度信息，所以该第二显微图像可被表征为二维。

多个显微图像03中的第三显微图像07使样品02的小的部分区域(在图2中示出)三维地成像。样品02的该部分区域已经在全景图像01中成像。因为该部分区域小，所以第三显微图像07是用小的视场和小的视体来拍摄的，小的视场和小的视体关于样品02等于0.6mm·0.6mm·0.45mm大。第三显微图像07是用每毫米1000个线对的高分辨率来拍摄的，使得小的细节被重现。沿z方向的分辨率为4.5μm。没有将朝着z方向的视场放大。因为该部分区域小，所以对第三显微图像07的拍摄需要小的时间段，使得该第三显微图像是用超过1三维图/s的高速来拍摄的。因为第三显微图像07在所示出的实施方式中具有深度信息，所以该第三显微图像可被表征为三维。

多个显微图像03中的第四显微图像08使样品02的小的部分区域(在图2中示出)三维地并且打马赛克地成像。样品02的该部分区域已经在全景图像01中成像。小的第二部分区域是用更大的视场来拍摄的，更大的视场关于样品02等于0.6mm·0.6mm·0.45mm大或等于0.6mm·0.6mm·0.6mm大。第四显微图像08是针对两个部分区域用每毫米分别1000个线对的高分辨率来拍摄的，使得小的细节被重现。朝着z方向的分辨率对于这两个小的部分区域来说分别为4.5μm，其中朝着z方向的分辨率也可以在这些小的部分区域之间发生变化。针对小的第一部分区域，不进行对朝着z方向的视场的放大，针对小的第二部分区域，进行对朝着z方向的视场的放大。因为使多个部分区域成像，所以对第四显微图像08的拍摄需要更大的时间段，使得该第四显微图像利用对于这两个小的部分区域来说分别少于1三维图/s的低速来拍摄。因为第四显微图像08在所示出的实施方式中具有深度信息，所以该第四显微图像可被表征为三维。

多个显微图像03中的第五显微图像09使样品02的中等大的部分区域(在图2中示出)三维地成像。样品02的该部分区域已经在全景图像01中成像。因为该部分区域中等大，所以第五显微图像09是用更大的视场来拍摄的，该更大的视场关于样品02等于1.2mm·1.2mm·1mm大。第五显微图像09利用每毫米500个线对的低分辨率来拍摄，使得该拍摄只需要小的时间段，这导致拍摄的超过1三维图/s的高速。朝着z方向的分辨率为45μm。将朝着z方向的视场放大。因为第五显微图像09在所示出的实施方式中具有深度信息，所以该第五显微图像可被表征为三维。

表格1。

为了拍摄全景图像01和显微图像03，按照本发明，适当地选择：最高40的小的最大放大系数；大的最大视场；快速的机械聚焦；具有小的像素间距和数目大的像素的图像转换；对通过图像转换来获得的数据的快速传输；和用于提高图像转换的速度的所要进行显微检查的部分区域。

按照本发明的第一示例，选择最高为40的小的最大放大系数和大的数值孔径，以便获得大的最大视场和精细的光学分辨率，以便尤其是拍摄二维显微图像03。

按照本发明的第二示例，选择最高为40的小的最大放大系数和大的数值孔径，以便获得大的最大视场并且以便使由于聚焦的大的并且快速的变化引起的放大的所需的变化降低到最低限度，如果是要拍摄三维显微图像03的话。

按照本发明的第三示例，为了进行图像转换，选择小的像素间距，该像素间距足够小，使得在所选择的数值孔径和所选择的放大的情况下不发生欠采样。为了进行图像转换而使用大的像素数目，使得视场是大的。能按照本发明来实现的快速的图像转换与变化的聚焦同步。通过图像转换可利用4200万的像素数和1080的行数以超过60Hz的图像刷新率来获得二维显微图像03。通过在10mm·10mm·10mm大小的空间部分区域的1三维图/s的速度下>10kHz的焦点变化可以获得三维显微图像03，其中沿x、y和z方向的空间分辨率为5μm、5μm和170μm。对于6mm·5mm·7mm大小的空间部分区域来说，沿x方向、y方向和z方向的空间分辨率为0.8μm、0.9μm和170μm。对于180μm·130μm·36μm大小的空间部分区域来说，沿x方向、y方向和z方向的空间分辨率为0.1μm、0.1μm和0.9μm。

图2示出了按照本发明的数字显微镜的优选的第一实施方式，该数字显微镜具有用于测量深度信息的三个能替换地使用的选装件11、12、13。视显微镜的设计方案而定，将选装件11、12或13之一引入到光路中。在图2中的图示中，选装件11被引入到光路中。该选装件11可以通过选装件12或13之一来替换。利用数字显微镜可以对样品02进行显微检查。数字显微镜包括透射照明14、环形照明16和同轴照明17，它们替换地或者共同用于对样品02进行照明。各自的选装件11、12、13可以通过第一粗略聚焦18来移动。替选地或补充地，样品02可以通过第二粗略聚焦19来移动。数字显微镜还包括物镜20和图像传感器21，该图像传感器在三个选装件11、12、13的情况下布置得不一样。

这三个选装件11、12、13尤其在对样品02的深度信息的测量的实现方案方面有区别。在第一选装件11的情况下，具有能运动的微镜的微系统22用于测量样品02的深度信息，其中具有能运动的微镜的微系统22经由分光镜23反射回地来布置。微系统22还用于包括对像差的修正在内的快速的精细聚焦。在第二选装件12的情况下，具有能运动的微镜的微系统22以45°的角度进行反射地来布置。这里，微系统22也还用于包括对像差的修正在内的快速的精细聚焦。在第三选项13的情况下，有源光学元件24、诸如可通过机械振动来控制的透镜、液体透镜或衍射透镜用于测量样品02的深度信息。有源光学元件24还用于包括对像差的修正在内的快速的精细聚焦。可选地，在图像传感器21前面分别布置透镜26。三个选装件11、12、13中的每个选装件都能够实现对样品02的三维和二维的显微拍摄。通过上面描述的按照本发明的方法，可以将测量的速度提高2至100倍。

图3示出了按照本发明的数字显微镜的优选的第二实施方式，该数字显微镜具有三个能替换地使用的选装件31、32、33，用于样品02的同轴照明17。在图3中的图示中，将第一选装件31用于同轴照明17。用于同轴照明17的其它选装件32、33可以替代第一选装件31被引入到显微镜的光路中。该显微镜又包括物镜20和三个在图2中示意性地示出的并且上文阐述的选装件11、12、13之一。选装件11、12、13之一在图3中示出的方形的位置被引入到光路中，使得上文提到的所描述的功能被实现。用于同轴照明17的三个选装件31、32、33分别包括光源34和可选的透镜36，该透镜替选地例如可以是能通过机械振动来控制的透镜、液体透镜或衍射透镜。光源34可构造用于发出相关的、不相关的、连续的、脉冲的或者频闪式的光。在用于同轴照明17的第二选装件32的情况下，具有能机械运动的微镜的微系统37经由分光镜38反射回地来布置。在用于同轴照明17的第三选装件33的情况下，具有能运动的微镜的微系统37以45°的角度进行反射地来布置。选装件32、33能够实现具有控制聚焦和像差的可能性的照明。对像差的控制可以照明路径和/或探测路径特定地来进行。该控制可以根据时间或者z位置动态地或者静态地进行。

选装件31、32、33可包括其它光学元件(未示出)、诸如能通过机械振动来控制的透镜、液体透镜或者衍射透镜，由此例如能控制所要产生的光的强度、相位和/或偏振。

替选地，用于样品02的同轴照明17的三个选装件31、32、33也可以构造用于透射照明或用于环形照明。

图4示出了按照本发明的数字显微镜的优选的第三和第四实施方式，该数字显微镜又包括物镜20、同轴照明17(在图2中示出)和图像传感器21，其中图像传感器21能取下。波束成形和/或聚焦元件41可选地用于：使光束直径与聚焦的区域适配。

在左侧示出的第三实施方式中，具有能运动的微镜的微系统42经由分光镜43反射回地来布置，以便充当用于调设聚焦的执行器。在右侧示出的第四实施方式中，聚焦执行器44用于调设聚焦。其它可选的透镜46可以布置在图像传感器21前面。

图5示出了按照本发明的方法的优选的实施方式的流程图。在该实施方式中，在开始时，拍摄样品的第一部分区域的显微图像。该显微图像是初始图像。在该实施方式中，利用最大的二维分辨率来将该初始图像拍摄为二维图像。如果该样品应该三维地被拍摄，则紧接着利用低的二维分辨率来拍摄样品的三维图像。基于此，分析其它部分区域，以便确定其它部分区域的二维和三维显微图像的参数。这些参数包括：所要选择的视场/视体、但是例如也包括对比度，用于调节有源光学元件22、24、42、44(在图2和4中示出)的执行器的参数和/或用于拍摄扩展景深的选装件。紧接着，用其它对比度来重复之前进行的拍摄。基于此，重新分析其它部分区域，以便确定其它部分区域的二维和三维显微图像的参数。这些参数利用之前获知的参数在其相关性方面被分析，以便最终选择这些参数。在下一步骤中，获知关于在各自的部分区域内的子部分区域的信息。最后，利用之前规定的参数来拍摄其它部分区域的显微图像。如果一般应该只是二维地拍摄样品，则在拍摄初始图像之后，拍摄其它部分区域的显微图像，而不拍摄和分析三维图像。

替选于所示出的实施方式，初始图像也可以是具有低分辨率和大视场的二维图像、具有沿三个维度的低分辨率和大视体的三维图像。

附图标记列表

01 全景图像

02 样品

03 显微图像

04 第一显微图像

05 -

06 第二显微图像

07 第三显微图像

08 第四显微图像

09 第五显微图像

10 -

11 第一选装件

12 第二选装件

13 第三选装件

14 透射照明

15 -

16 环形照明

17 同轴照明

18 第一粗略聚焦

19 第二粗略聚焦

20 物镜

21 图像传感器

22 具有能运动的微镜的微系统

23 分光镜

24 有源光学元件

25 -

26 透镜

27 -

28 -

29 -

30 -

31 第一选装件

32 第二选装件

33 第三选装件

34 光源

35 -

36 透镜

37 具有能运动的微镜的微系统

38 分光镜

39 -

40 -

41 波束成形的和/或聚焦的元件

42 具有能机械运动的微镜的微系统

43 分光镜

44 聚焦执行器

45 -

46 透镜

Claims (15)

1.用于利用显微镜对样品(02)进行显微检查的方法，所述显微镜包括物镜(20)和图像传感器(21)，其中，所述显微镜的图像传感器侧的视场能通过选择所述图像传感器(21)的区段来改变，其中，为了实现显微镜的确定的图像传感器侧的视场，选择和读取图像传感器的确定的区段，所述区段通过图像传感器的处在该区段之内的像素来限定，其中，一些或者所有像素能被分组；其中，所述方法包括以下步骤：

-利用所述显微镜拍摄所述样品(02)的至少一个部分区域的初始图像(01)，为此在所述显微镜上选择图像传感器侧的第一视场，其中，并不读取图像传感器在所选择的第一视场中的所有像素或者像素被分组，从而以第一图像传感器侧的分辨率拍摄初始图像(01)；

-通过分析所述初始图像(01)来获知至少两个有区别的对部分区域成像的图像传感器侧的视场，其中，通过所述对部分区域成像的图像传感器侧的视场中的每个视场对所述初始图像(01)的部分区域成像，其中，所述对部分区域成像的图像传感器侧的视场在其关于图像传感器沿x和/或y方向的位置方面、在其大小和/或分辨率方面有区别，并且其中，通过分析所述初始图像(01)来获知用于拍摄所述显微图像(03)的对比度、用于像差控制的参数和/或用于调节有源光学元件(22、24、42；44)的执行器的参数，并且/或者选择出用于拍摄扩展景深的选装件或者用于拍摄深度信息的选装件；而且

-针对所获知的对部分区域成像的图像传感器侧的视场中的每个视场拍摄所述样品(02)的部分区域的显微图像(03)，其中，分别以比第一图像传感器侧的分辨率更高的图像传感器侧的分辨率拍摄所述显微图像(03)。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过分析所述初始图像(01)来获知所要拍摄的显微图像(03)的分辨率和/或用于拍摄所述显微图像(03)的视体。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一视场大于至少一个对部分区域成像的视场，其中，所述部分区域的显微图像(03)与所述初始图像(01)相比以更精细的分辨率来拍摄。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，拍摄所述初始图像作为所述样品(02)的全景图像(01)。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，

-在分析所述初始图像(01)时，分析在所述初始图像(01)中成像的各个部分区域，以便分别确定对各自的部分区域进行显微检查所需的分辨率；并且

-相应于之前确定的各自的所需的分辨率选择出各个对部分区域成像的视场。

6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下另外的步骤：

-分析所述部分区域的显微图像(03)中的至少一个显微图像，以便确定用于拍摄所述样品(02)的至少多个子部分区域的显微图像的、至少一个对子部分区域成像的视场，其中，所述至少一个对子部分区域成像的视场小于所述对部分区域成像的视场；并且

-分别针对之前确定的对子部分区域成像的视场拍摄所述样品(02)的多个子部分区域的显微图像(03)，其中，所述子部分区域的显微图像(03)与各自的部分区域相比以更精细的分辨率来拍摄。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，拍摄所述初始图像作为所述样品(02)的第一部分区域的显微图像(03)，为此选择所述第一视场作为对部分区域成像的视场。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，从对所述样品(02)的第一部分区域的图像的分析出发来选择用于拍摄所述样品(02)的紧跟所述第一部分区域之后的另外的部分区域的显微图像(03)的、对部分区域成像的视场，其中，分别分析所述另外的部分区域的各个显微图像(03)，以便选择用于拍摄所述样品(02)的分别紧跟其后的另外的部分区域的显微图像(03)的、各个对部分区域成像的视场。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述初始图像和/或所述显微图像中的至少多个显微图像以扩展景深来拍摄。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，为了以所述扩展景深拍摄所述初始图像和/或所述显微图像，分别以不同的z位置拍摄多个单图像。

11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，为了快速拍摄焦点堆叠，使用光学执行器，所述光学执行器构造为具有能机械运动的微镜的微系统(22；37；42)。

12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，以附加地伴有深度信息的方式来拍摄所述初始图像和/或所述显微图像(07、08、09)中的至少多个显微图像。

13.用于对样品(02)进行显微检查的显微镜；所述显微镜包括：

-物镜(20)，所述物镜用于所述样品(02)的放大的光学成像；

-图像传感器(21)，所述图像传感器用于将成像出的图像转换成电信号，其中，所述显微镜的图像传感器侧的视场能通过选择所述图像传感器(21)的区段来改变；以及

-电子的控制单元，所述电子的控制单元用于控制所述图像传感器(21)，其中，所述控制单元被配置成用于实施根据权利要求1至12中任一项所述的方法。

14.根据权利要求13所述的显微镜，其特征在于，所述物镜(20)具有最高为40的最大放大系数。

15.根据权利要求13或14所述的显微镜，其特征在于，所述显微镜具有光学执行器，所述光学执行器构造为具有能机械运动的微镜的微系统(22；37；42)，用以拍摄扩展景深。

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