CN110320657B - 利用角度可变照明的自动对焦 - Google Patents

Abstract

本发明的各个方面涉及通过角度可变照明来促进测试对象(499)的自动聚焦技术的技术。此处，在多个角度可变照明的几何构型(301，302)捕获图像数据集。评估所捕获的图像数据集以确定Z位置。

Description

利用角度可变照明的自动对焦

技术领域

本发明的各种实施例一般涉及在多个角度可变照明的几何构型捕获多个图像数据集，并且相应地设置显微镜的样品台的Z位置。本发明的各种实施例具体地涉及以提高的精度来设置Z位置。

背景技术

测试对象的角度可变照明用在显微镜成像范围内的各种应用中。此处，角度可变照明的几何构型用于对测试对象进行照明，所述照明的几何构型具有随入射角进行变化的发光强度。举例来说，可以从一个或多个所选择的照明角度或照射方向来对测试对象进行照明。角度可变的照明有时也被称为角度选择性照明或被构造为根据角度的照明。

原则上，角度可变照明可以与非常不同的用例进行组合。典型的用例是样品台的Z定位，例如为了对布置在样品台上的测试对象进行聚焦。这种方法可从例如DE 10 2014109 687 A1中获得。

然而，与这种自动聚焦技术相关的，经常观察到的是有限的可靠性和/或准确性。这通常是因为由除了测试对象之外所捕获的图像数据集所再现的干涉结构。而且，这可以是具有弱对比度的样品，具有较小的吸收和较小的相角偏差。按照这种方式，对可以从样品获得的信号进行限制。然后，在一个方面的测试对象的再现和在另一个方面的干涉结构的再现之间通常没有分离或仅有不充分的分离；这使得将图像数据集中的对象移位用于设置Z位置的确定是不可能的或错误的或仅可能是不够精确的。然后，自动聚焦可能失败或不准确。

发明内容

因此，存在对于用于角度可变照明的Z定位的改进技术的需求。特别是，存在对于以高可靠性和高精度来促进Z定位的技术的需求。

这个目的是通过独立权利要求的特征来实现的。从属权利要求的特征限定了实施例。

用于操作显微镜的方法包括在多个角度可变照明的几何构型捕获至少一个图像数据集。所述方法还包括在所述至少一个图像数据集中执行测试对象的再现与干涉结构的分离。此处，基于指示先验知识的控制数据来执行所述分离。在所述分离的基础上，所述方法然后进一步包括识别图像数据集中的分量，所述分量相对于角度可变照明的几何构型的变化而进行变化。这产生了测试对象的对象移位。此外，所述方法包括基于所述对象移位确定测试对象的散焦位置。所述方法包括基于所述散焦位置设置显微镜的样品台的Z位置。

此处，通常的，Z位置表示样品台的定位平行于显微镜的光轴。横向方向，即垂直于光轴，通常由X位置和Y位置所描述。可以通过改变Z位置来改变所述测试对象的散焦位置。

此处，通常可以执行用于在多个角度可变照明的几何构型捕获至少一个图像数据集的不同技术。

举例来说，为了在多个角度可变照明的几何构型中捕获至少一个图像数据集的目的，所述方法可以包括：用多个可单独切换的光源来驱动照明模块。然后，每个照明的几何构型可以与一个或多个所激活的光源相关联。结果是，不同照明的几何构型可以包括不同的照明角度–通过不同的照明角度对布置在样品台上的测试对象进行照明。换句话说，光强度根据从照明的几何构型到照明的几何构型的入射角进行变化。

例如，在另一选项中使用可调节的挡块，其中挡块被布置在延伸光源的前面或者被布置在被映射到光源的平面中。举例来说，可调节的挡块可以由液晶矩阵所形成或被形成为DMD(数字微镜器件)装置。

根据常用规则，可以的是，对于每个角度可变照明的几何构型，测试对象上的强度可以是恒定的。换句话说，角度可变照明的几何构型可以提供全区域照明，其中照明覆盖比对象更大的区域。

为了在多个角度可变照明的几何构型捕获至少一个图像数据集的目标，所述方法可以包括：驱动提供图像数据集的检测器。

捕获所述至少一个图像数据集可能已经包括还有对至少一个图像数据集的预处理。举例来说，可以例如通过减去平均对比度等来执行归一化。举例来说，可以扩展直方图以增加对比度。

举例来说，可以捕获多个图像数据集。举例来说，可以针对每个照明的几何构型来捕获关联的图像数据集。然而，在其他实施例中，可以在每个图像数据集中以叠加的方式来应用多于一个的照明的几何构型。在所述过程中，例如，第一照明的几何构型可以对应于第一照明方向，并且第二照明的几何构型可以对应于第二照明方向；此处，例如，这些照明的几何构型可以被在同一时间施加，即同时施加。

根据常用规则，可以在发射光的几何构型或反射光的几何构型中捕获本申请所介绍的技术中的图像数据集。这意味着，样品台可以被布置在照明模块和检测器之间(发射光的几何构型)，或者照明模块和检测器被布置在样品台的同一侧(反射光的几何构型)。

检测器或相关联的成像光学单元可以具有检测器孔径，该检测器孔径限制在检测器的敏感表面上成像的光的场效应区。如果照明的几何构型包括直接通过而没有从照明模块通过检测器孔径散射的照明角度，则这对应于亮场成像。否则，使用暗场成像。根据常用规则，本申请所介绍的各种技术中使用的照明的几何构型可以被配置用于亮场成像和/或用于暗场成像。

此外，可以基于显微镜的至少一个光学系统参数来确定测试对象的散焦位置。

在本申请所介绍的各种实施例中可以考虑不同种类和类型的干涉结构。干涉结构的实例包括：光反射；阴影；考虑污染的影响，例如在样品台的区域中或者在显微镜的成像光学单元的静态区域中；检测器的传感器噪声等。通过实例的方式，干涉结构的实例包括由于位于相机上或附近或在显微镜的光学系统中的样品台的界面上的灰尘颗粒的影响。通常，相对于多个图像数据集的图像数据集创建，这种和其他干涉结构贡献显著的对比。这使得在测试对象的背景下评估物理信息项更加困难。然而，本申请所介绍的技术使得可以将干涉结构与测试对象的再现进行分离。

根据常用规则，本申请所介绍的技术可以用于对不同种类和类型的测试对象进行成像。举例来说，可以测量具有大相位分量的测试对象；此处，通常会造成穿过测试对象的光的相位偏移，而通常不造成光的幅度的衰减或仅造成轻微的衰减。然而，在这种示例中观察到显著的吸收的情况下，在其他实施例中也可以测量幅度测试对象。

对象移位可以根据所采用的照明几何构型描述测试对象的再现位置的变化。举例来说，使用不同的照明角度可以导致测试对象的再现的不同位置。测试对象的再现之间的相应距离可以表示对象偏移。

在捕获多个图像数据集之前，或者通常在执行成像之前，可以提供先验知识或相应的控制数据。可以基于确定的边界条件或基于显微镜的相关系统状态来建立先验知识。因此，先验知识可以基于特定背景下的成像。可以从除测量本身之外的其他环境得出先验知识。

举例来说，先验知识可以是用户相关的。例如，可以从用户接口获得控制数据，并因此从显微镜的用户获得控制数据。举例来说，这可以允许用户预先确定要使用的测试对象的种类或类型。作为替代或补充，用户还可以指定显微镜的一个或多个系统参数。这允许用户灵活地指定测量的边界条件。通常地，这可以在分离期间实现很高的精度；另一方面，考虑到方法的可靠性，半自动性质可能是不利的。

在其他实例中，以这种半自动方式建立控制数据可以通过控制数据的全自动建立来补充或替换。举例来说，可以从所训练的分类器获得控制数据。此处，所训练的分类器可以对多个图像数据集进行操作。这意味着，分类器识别多个图像数据集的特定属性，并且能够将这些属性分配给预先定义的分类。在这样的实施例中，分类器的分类器模型可以实现将测试对象的再现与干涉结构执行分离所需的先验知识。举例来说，如果干涉结构的种类和类型以及测试对象的种类和类型在不同的成像过程中保持相同，则这种实现可以按照特别可靠的方式来促进分离-并且因此促进用于分类器的准确训练，以用于获得准确的分类器模型的目的。

通过考虑先验知识，可以实现测试对象的再现与干涉结构的可靠分离。结果是，可以依次特别准确地确定测试对象的对象移位。这是因为，特别是，这可以实现的是，干涉结构-即使它们可能包含在至少一个图像数据集中-在确定测试对象的散焦位置时不被考虑，或者仅在很小程度上被考虑。特别地，这还可以在测试对象本身在多个图像数据集中仅具有相对低的对比度的那些实例中实现，例如通常情况下，对于相位测试对象，例如，具体地制备的细胞或透射细胞膜。

这些技术可能是有帮助的，特别是在设置用于自动聚焦技术的样品台的Z 位置的情况中。此处，通过适当设置Z位置来使测试对象的散焦位置最小。特别地，可以应用自动聚焦跟踪技术，其中应当在延长的时间段-例如，数分钟或数小时内，例如在长时间测量的情况下-内以适当的方式来设置样品台的Z 位置，从而将测试对象保持在光学系统的焦平平面内。此处，对于长期测量，需要稳定、准确和稳健的自动对焦。应该可靠地检测测试对象的散焦位置的甚至是特别小的变化。在这样的场景中，本申请所介绍的技术可以促进测试对象的再现与干涉结构的有效分离，并因此促进散焦位置的可靠确定。

原则上，从以下内容中获知用于确定散焦位置和用于设置Z位置的技术： DE 102014 109 687 A1。这些技术还可以结合本申请所介绍的实现方式进行组合。

在一些变型中，先验知识可以包括至少一个图像数据集中的对象移位的至少一个方向。

以这种方式考虑对象移位的方向是有利的，因为可以滤除其他方向的变化。结果是，可以特别精确地实现测试对象的再现和干涉结构的分离。

举例来说，可以基于所采用的光源或者通常基于照明模块来预测对象移位的方向。举例来说，可以考虑光源的几何布置。因此，例如，所述方法还可以包括基于照明模块的光源的相对定位来确定对象移位的至少一个方向，所述光源与多个角度可变照明的几何构型相关联。

举例来说，可以在角度可变照明的几何构型中捕获多个图像数据集中的第一图像数据集，所述几何构型对应于照明模块的第一发光二极管对测试对象的照明。这可以对应于第一照明角度。可以在角度可变照明的几何构型中捕获多个图像数据集中的第二图像数据集，所述几何构型对应于照明模块的第二发光二极管对测试对象的照明。这可以对应于第二照明角度。然后，第一发光二极管和第二发光二极管之间的几何连接线可以具有特定取向，所述特定取向也定义了第一图像数据集和第二图像数据集之间的对象移位的方向。

原则上，用于识别测试对象的对象移位的评估可以通过相互关系来实现。此处，例如，可以在多个所捕获的图像数据集中的图像数据集之间执行成对相互关系。举例来说，可以执行2-D相互关系。然后，可以选择与对象移位的至少一个方向相对应的那些相互关系的数据点。举例来说，这种选择可以在相互关系矩阵中实现。可以丢弃相互关系的其他数据点。这实现了一个方面的测试对象的再现与另一个方面的干涉结构之间的分离。然后，可以基于所选择的数据点识别对象移位。

根据常用规则，可以在多个图像数据集的不同图像数据集(有时也被称为互相关)之间或者在单个图像数据集(有时被称为自相关)之间执行相互关系。

由于仅考虑用于基于先验知识来识别对象移位的数据点的子集，因此可以通过丢弃不相关的数据点来缩小搜索空间。过滤变为可能。这增加了可以识别测试对象的对象移位的可靠性。

特别地，这将使得对于沿着适当选择的数据点的至少一个方向的相互关系的1-D评估成为可能，而不是相互关系的2-D评估-例如，在垂直于光轴的两个横向方向上。换句话说，这些所选择的数据点可以沿着延伸通过相互关系的中心的并且具有根据至少一个方向的相应方向的取向的直线进行布置(在两个所考虑的图像数据集之间没有移位)。

此外，所述方法可以包括选择相互关系的第一数据点。第一数据点可以对应于至少一个方向中的第一方向。此外，所述方法可以包括选择相互关系的第二数据点。第二数据点可以对应于至少一个方向的第二方向。此处，第二方向可以与第一方向不同。所述方法还可以包括叠加第一数据点和第二数据点。举例来说，可以形成第一数据点和第二数据点的总和，其中，例如，与相互关系的中心具有相同距离的那些数据点，即对应于第一图像数据集和第二图像数据集之间的相同对象移位的那些数据点，彼此相加。然后，可以基于所选择的和叠加的数据点来识别对象移位。

通过以这种方式来考虑多个方向，可以结合所采用的照明的几何构型来考虑照明模块的多个光源。因此，在每个照明的几何构型中可以考虑多个照明角度。通过数据点的叠加可以依次增加信噪比。

并非所有变体都需要先验知识包括对象移位的至少一个方向。替代地或附加地，在其他实施例中，先验知识还可以包括其他信息项。举例来说，在一个实施例中，先验知识可以包括干涉结构的再现位置；作为替代的或附加的，例如，先验知识还可以包括测试对象的再现位置。举例来说，如果通过训练的分类器识别干涉结构和/或如果借助于训练的分类器识别测试对象，则可以期望这样的实现。还可以通过先验知识的这种实现来促进通过用户接口来标记用户的干涉结构的再现位置。

具体他，各种图像数据集可以被分解成随后通过计算彼此组合的区域，以便识别这种变体中的测试对象的对象偏移。这种技术也可以称为平铺。因此，通常，可以根据干涉结构的再现位置将平铺应用于至少一个图像数据集。然后，可以在包含干涉结构的那些图像数据集块中抑制对至少一个图像数据集的评估。平铺可以促进测试对象的再现与干涉结构的分离。

可以使用不同的技术来识别干涉结构，并且因此确定干涉结构的再现位置和/或将测试对象的再现与干涉结构分离。举例来说，测试对象可以例如在z方向上移动；然后，未附着在样品台上的静止干涉结构将是静止的，并且可以通过形成差异来识别。因此，通常可以借助于参考测量，其中在没有测试对象、或者通常在使用可变测试对象的情况下，例如在实际测量之前的校准阶段，捕获图像数据集。然后，可以在相应的参考图像数据集中识别由光学系统的成像光学单元所引起的干涉结构。用于识别干涉结构的另一选项-可选地或附加地可采用-包括使用控制数据，该控制数据指示多个图像数据集中的干涉结构的对比度。这意味着，先验知识可以包括图像数据集中的干涉结构的对比度。举例来说，先验知识可以包括相对于测试对象的再现的对比度的按相对价值计算的干涉结构的对比度。举例来说，这种技术能够考虑干涉结构的种类或类型。举例来说，例如，当对诸如贴壁细胞的相位对象进行成像时，相应测试对象的对比度可以相对较小，而干涉结构的对比度可能较大。在进一步的实现中-其中通过用户接口接收控制数据-用户可以标记干涉结构的再现位置。在更进一步的实现中，例如，也可以结合信噪比来考虑对比度：举例来说，可以执行多个图像数据集的图像数据集之间的成对相互关系，并且在每种情况下，可以识别出相互关系中的相互关系最大值。然后，需求可以是相关最大值不超过或低于特定阈值。举例来说，可以基于干涉结构的对比度来设置阈值。对于低对比度测试对象，可以丢弃具有特别大的值的这种相关最大值，这是因为这些最大值随后对应于干涉结构。因此，通常的，可以基于干涉结构的对比度丢弃相互关系的至少一个所识别的相互关系最大值，或者可以保持并考虑用于识别对象移位的相互关系的至少一个所识别的相互关系最大值。另一选项包括，按照类似于阴影校正的方式，通过校准的干涉结构的算法或消除。举例来说，结合平铺，可以抑制对包含干涉结构的平铺的那些图像数据集块中的多个图像数据集的评估。

在另一个实施例中，先验知识还可以包括用于对象移位的搜索区域。这可能意味着，测试对象的两个不同照明的几何构型的再现距离可以被搜索区域所限制。可以定义上限和/或下限。此处，搜索区域也可以在Z定位的多次迭代期间重复调整；这意味着，可以从迭代到迭代对搜索区域进行调整。因此，特别地，先验知识可以包括根据迭代的搜索区域。这使得尤其可以考虑这样的事实：散焦的幅度-并且因此所预期的对象移位-通常可以跟随迭代到迭代进行变化。举例来说，可以在自动聚焦跟踪方法的开始处出现较大散焦的假设。然而，在通过执行一个或多个初始迭代来实现自动聚焦之后，通常仍然仅存在较少的散焦。在确定搜索区域的尺寸或与其相关联的阈值时可以考虑这一点。作为对Z 定位的迭代的这种依赖性的替代或附加，搜索区域还可以依赖于显微镜的成像光学单元的景深范围。

在更进一步的实施例中，先验知识可以包括测试对象的真实空间周期。这基于以下发现：例如，特别是技术样品-例如半导体芯片组、纺织品、材料样品等-通常是具有显着周期性分量的纹理或拓扑。这可以通过先验知识来捕获。这样的结果是，可以可靠地将由于改变照明的几何构型而导致的对象移位与由于实际空间周期而导致的具有类似外观的伪像区分开。特别地，例如，先验知识可以包括真实空间周期的一个或多个方向。然后，可以按照与照明的几何构型互补的方式来选择照明的几何构型，从而避免错误的识别。可以将测试对象的再现与干涉结构进行更为可靠的分离。

上面主要介绍了在将测试对象的再现与干涉结构分离时基于考虑先验知识的技术。特别地，当可以基于控制数据来预测成像的某些属性时，这种技术可能是有用的。作为对其的替代或附加，还可以在其他实施例中实现参考测量。举例来说，这种参考测量可以按照嵌套的方式进行布置，其中一段时间内在多个图像数据集中进行捕获；即使与长期测量相结合，这也可以实现测试对象的再现与干涉结构的可靠分离。可以避免移位。此外，例如，考虑到先验知识中的错误，可以避免系统的不准确性。下面更详细地介绍这些技术。这些技术可以与上面介绍的技术相结合，例如，涉及使用先验知识将测试对象的再现与干涉结构分离。

用于操作显微镜的方法包括在多个角度可变照明的几何构型捕获至少一个图像数据集。所述方法还包括在显微镜的样品台的多个Z位置捕获多个参考图像数据集。此外，所述方法包括识别多个参考图像数据集中的分量，所述分量相对于作为干涉结构的Z位置的变化来说是静态的(即，不变的或固定的)。所述方法还包括将测试对象的再现与所述至少一个图像数据集中的所识别的干涉结构进行分离。所述方法还包括识别至少一个图像数据集中的分量，随着作为测试对象的对象移位，所述分量相对于角度可变照明的几何构型的变化而进行变化；这是基于分离。所述方法还包括基于对象移位确定测试对象的散焦位置，并且基于散焦位置设置显微镜的样品台的Z位置。

因此，这种技术允许减少或抑制干涉结构的影响，由例如灰尘颗粒等所导致的干涉结构不与样品台一起移动，即，例如，干涉结构不是测试对象或样品台的一部分。因此，参考测量通过对样品台的附加的重新定位来补充角度可变的照明。

在此，原则上可以彼此独立地捕获至少一个图像数据集和多个参考图像数据集。举例来说，没有照明的几何构型或不同于至少一个图像数据集的照明的几何构型可用于参考图像数据集。然而，在其他实施例中，多个参考图像数据集的至少一个参考图像数据集或一些参考图像数据集可以对应于至少一个图像数据集。这可以意味着，例如，相同的照明的几何构型(多个照明的几何构型) 和/或相同的Z位置用于相应的图像数据集。结果是，可以减少测量的时间消耗，这是因为不需要捕获相应的图像数据集两次。

因此，这些应用不一定需要借助于先验知识。替代地，可以借助参考测量来动态地创建干涉结构的再现位置。

此处，用于执行测试对象的再现与干涉结构的分离的非常不同的技术可以用在这样的实现中。举例来说，可以从多个图像数据集的各种图像数据集中去除干涉结构。为此，例如，可以再次使用平铺。然后，可以丢弃包含干涉结构的那些图像数据集块。举例来说，在评估期间可以删除或忽略这样的块，或者通过因子来阻尼这样的块或者用合适的值来替换这样的块。

在另一实施例中，该方法又可以进一步包括执行多个图像数据集的相互关系。然后，在这种相互关系中可以丢弃或忽略基于干涉结构的那些数据点。举例来说，在这种情况下还可以对多个参考图像数据集执行相互关系。然后，可以将至少一个图像数据集的相互关系与多个参考图像数据集的相互关系进行比较：随后可以基于这种比较来识别干涉结构。举例来说，多个图像数据集的相互关系可以具有由测试对象，即由测试对象的对象移位，所导致的相互关系最大值。另一个方面，多个参考图像数据集的相互关系也可能具有由干涉结构引起的相互关系最大值。然后，在多个图像数据集的相互关系中，也可以在一定程度上包含与干涉结构相关联的相互关系最大值；通过将多个图像数据集的相互关系与多个参考图像数据集的相互关系进行比较，可以实现相应的分离。通常，与干涉结构相关联的相互关系最大值可以具有特别大的信号值，例如，特别是与测试对象相关联的相互关系最大值相比。

例如，可以针对多次迭代重复执行在多个角度可变照明的几何构型中捕获多个图像数据集以及相关联地设置Z位置。这意味着，可以在多次迭代中重复改变Z位置。举例来说，这可以用于自动聚焦跟踪应用。在这样的实施例中，例如，可以基于多次迭代中的一个或多个先前迭代的至少一个图像数据集来获得用于多次迭代的后续迭代的多个参考图像数据集。换句话说，这意味着，(多个)早期迭代的测量图像数据集可以用作(多个)后续迭代的参考图像数据集。举例来说，如上面已经介绍的，如果已经使用了用于确定对象移位的相互关系，则在设置所需要的焦点位置之后，可以将相互关系的简档用作参考。借助于在至少一个图像数据集的相互关系与多个参考图像数据集的相互关系的比较的范围内考虑这些变化，可以考虑相互关系的变化。可以应用相应的背景校正。结果是，可以允许通过专用校准阶段的多次迭代来中断(长期)测量。这有利于长期测量的特别高的时间分辨率。

因此，在本申请介绍的各种实施例中，可以提供具有多次迭代的测量的强大鲁棒性。通过下面介绍的方法也可以实现这种效果。

对于多次迭代中的每次迭代，用于操作显微镜的方法包括：在多个角度可变照明的几何构型中捕获至少一个图像数据集，并且识别至少一个图像数据集中的分量，其中根据所述测试对象的对象移位，所述分量相对于角度可变照明的几何构型的变化而进行变化。对于每次迭代，所述方法还包括基于对象移位确定测试对象的散焦位置，并且基于散焦位置，设置显微镜的样品台的Z位置。此处，所述方法还包括在连续迭代之间调整多个角度可变照明的几何构型。

因此，通过提供多次迭代，可以重复地调整Z位置。结果是，可以实现自动聚焦跟踪应用，例如用于移动测试对象。通常，多次迭代的重复率可以在从 kHz到Hz或0.1Hz的范围内。举例来说，测量持续时间可以在几分钟、几小时或几天的范围内。

通常，可以按照每次迭代-或者仅按照每个第二次或第三次迭代，或者根据触发标准等不规则间隔等，来调整照明的几何构型。

此处，通过调整照明的几何构型，可以按照迭代到迭代来增加可以识别对象移位的精度和/或鲁棒性。特别地，可以避免在各种迭代中使用照明的几何构型的静态集合的系统不准确性。这可能是有所帮助的，特别是在长期测量的背景下。换句话说，因此可以适应性地或灵活地使用不同的照明的几何构型。举例来说，不同照明的几何构型的组合可以促进特别强的鲁棒性。

下面提供了由于使用照明的几何构型的静态集合可能导致的系统不准确性的实例。举例来说，具有跟踪的自动聚焦应用可以用于光栅。光栅可以沿一个轴对齐。此处，沿着这个轴的照明的几何构型的变化不能提供任何显着的对比度，尽管它可以提供与其垂直的高对比度。其次，由使用不同照明方向所引起的再现位置的移位必须不对应于光栅周期。因此，在这种情况下，可能需要在方向方面和强度方面这两者调整照明的几何构型。

在这样的实施例中，可以通过调整照明的几何构型来设置用于识别对象移位的捕获区域。举例来说，如果所采用的照明的几何构型的照明角度相对于光轴具有较小的角度，则这通常对应于用于可识别对象移位的较大捕获区域。这是因为即使对于测试对象的相对较大的散焦位置，仍然可以获得相对较小的对象移位。

这是因为，根据常用规则，可以为更大(更小)的所采用的照明角度以及为测试对象的更大(更小)的散焦位置，获得更大(更小)的对象移位，所采用的照明方向包括光轴。

因此，通常，所采用的照明的几何构型与光轴的照射角度所包括的较大角度相反地导致减小的捕获区域，在所述捕获区域内可以识别对象移位。其次，这种情况导致在确定Z位置时分辨率增大，这是因为散焦位置的每个单位长度存在更大的对象移位。

这些发现可以结合有利的策略来利用，该策略用于根据迭代来调整多个角度可变照明的几何构型。这是因为，例如，可以按照散焦位置的每个单位长度来改变对象移位的幅度的方式，改变多个角度可变照明的几何构型。根据上面概述的原理，这可以通过增大或减小照明角度的趋势来实现。

换句话说，因此可以按照改变捕获区域的方式来改变多个角度可变照明的几何构型。这是因为，例如，如果散焦位置的每个单位长度的对象移位的幅度采用特定值，则仅可以识别对象移位最大达特定阈值的散焦位置-其对应于捕获区域；更大的散焦位置不再能够在检测器的敏感表面上成像或被检测器装置所阻挡。

举例来说，所采用的策略可以包含增加散焦位置的每个单位长度的对象移位的幅度，以用于随后的迭代。因此，这意味着，减小捕获区域以用于以后的迭代。然而，如上所述，减小的捕获区域同时导致增加的分辨率。因此，在这种方法中，最初可以使用较大的捕获区域来近似地确定散焦位置；随后，后续可以使用受限制的捕获区域对散焦位置进行更精细和更高分辨率的确定。这使得有可能以目标和迭代依赖的方式解决捕获区域和分辨率之间的权衡情况。

在另外的实施例中，可以按照改变对象移位的方向的方式来改变多个角度可变照明的几何构型。举例来说，为了实现相关联的照明的几何构型的照明方向，可以按照成对方式使用照明模块的那些光源，那些光源的连接直线具有不同的取向。因此，通常，可以使用从迭代到迭代的不同照射角度。

所采用的照明的几何构型的方向的这种改变有助于减少基于测试对象的自相似性的干涉结构。举例来说，具体地，测试对象可以具有特定的周期性结构；举例来说，具体地，这可以在技术测试对象的情况下被观察到，例如半导体拓扑图等。当调整多个角度可变照明的几何构型时，测试对象的这种真实空间周期性不会改变；同时，可以通过旋转或以其他方式改变对象移位的方向来旋转或改变2-D相互关系。这使得可以在基于一个方面的测试对象的周期性的干涉结构和基于另一方面的角度分辨照明的几何构型的对象移位(例如结合相互关系)之间进行稳健地分离。因此，可以特别稳健地设置样品台的Z位置。

本申请所介绍的各种技术基于散焦位置的可靠确定。上面介绍了可以稳健地识别对象移位的技术。然后，在确定散焦位置时考虑对象移位-这也是散焦位置还可以从对象移位的稳健确定中获益的原因。

然而，还可以不仅基于对象移位来确定散焦位置。相反，也可以考虑其他变量。举例来说，在确定焦点位置时可能需要考虑显微镜的一个或多个光学系统参数。

可以观察到的是，系统参数的值也可能只是已知是不精确地的或者已知是有错误的。在这种情况下，在确定散焦位置时，存在系统伪造的风险。即使考虑到结合一个或多个光学系统参数的不确定性，下面介绍的技术使得可以可靠地确定散焦位置。

对于多次迭代的每次迭代，用于操作显微镜的方法包括：在多个角度可变照明的几何构型中捕获至少一个图像数据集，并且识别所述至少一个图像数据集中的分量，其中根据测试对象的对象移位，所述分量相对于角度可变照明的几何构型的变化而进行变化。对于每次迭代，所述方法还包括基于对象移位确定测试对象的散焦位置，并且基于散焦位置，设置显微镜的样品台的Z位置。此处，所述方法还包括基于这两次迭代所识别的对象移位，确定多次迭代中两次迭代之间的测试对象的散焦位置的变化。此外，所述方法包括基于显微镜的样品台的控制数据确定两次迭代之间的样品台的Z位置的变化。此外，所述方法还包括将散焦位置的变化与Z位置的变化进行比较。

因此，可以针对多次迭代来重复地设置Z位置。举例来说，这可以促进自动聚焦跟踪应用。促进长期测量。还可以按照稳健的方式来跟踪移动的样品。

通过将散焦位置的变化与两次迭代之间的Z位置的变化进行比较，可以识别系统的错误状态。这是因为，具体地，在正确运行的系统的情况下，Z位置的变化可以与散焦位置的变化相对应或者在任何情况下相关。举例来说，如果散焦位置变化到比Z位置更小或更大的程度，则可以假设错误状态阻止准确的自动聚焦。可采取适当的措施。因此，可以通过这种技术来验证在一个方面确定散焦位置时和在另一个方面设置Z位置时的自一致性。可以进行自测试。结果是，例如，可以结合系统参数来识别系统错误。

此处，如果识别到错误状态，则可以在本申请所介绍的各种技术中采用不同的措施。例如，在简单的实现中，可以终止长期测量，并且可以输出或记录相应的错误原因。替代地或附加地，还可以通过用户接口向用户输出警告。

然而，在其他实施例中还可以对所采用的技术进行自一致性调整，并且因此不需要终止测量。这是因为，例如，还可以基于显微镜的至少一个光学系统参数来确定测试对象的散焦位置。举例来说，光学系统参数可以描述显微镜的成像光学单元等的光学特性。举例来说，可以从下面的组中选择至少一个光学系统参数：放大率；显微镜的照明模块与样品台的间距。

这些技术基于以下的发现：当在至少一个光学系统参数的背景下不确定性的情况下确定散焦位置时，可能出现系统错误。根据本申请所介绍的技术，借助于基于散焦位置的变化与Z位置的变化的比较所实现的至少一个光学系统参数的自一致性调整，可以降低这种系统错误。这是因为，举例来说，可以按照将所测量的散焦位置的变化对应于样品台的Z位置的变化的方式来设置至少一个光学系统参数。然后，如果使用所调整的光学系统参数，则可以在一次或多次后续迭代中获得在确定散焦位置或设置Z位置的背景下的特别高的精度。

这些技术还基于以下发现：可以通过两个独立的测量值来检查自动聚焦应用的功能：即，首先，通过基于所识别的对象移位来测量散焦位置的变化，即，基于多个图像数据集，并且其次，基于样品台的控制数据。举例来说，样品台可以具有被配置成输出控制数据的位置传感器。作为替代或附加，样品台可具有驱动器，其有助于样品台的机动调节。然后，可以从驱动器获得控制数据。举例来说，控制数据可以实现用于驱动器的控制信号。

上面介绍的方面和实施例可以彼此组合。举例来说，可以将基于先验知识的技术与基于参考图像数据集的使用的技术相结合。举例来说，所介绍的技术可以在测量的迭代性能的背景下与促进干涉结构与测试对象的再现进行分离的技术进行组合，例如基于先验知识和/或参考图像数据集。此处，基于测量的迭代性能的技术可以包含自一致性检查和从迭代到迭代的一个或多个光学系统参数的可选调整。基于测量的迭代性能的技术还可以包含从迭代到迭代的所采用的照明的几何构型的调整。通常，所有这些措施都增加了可以设置样品台的Z 位置的鲁棒性和/或准确性-例如在自动聚焦应用的背景下。

附图说明

图1是根据各种技术的具有用于角度可变照明的照明模块的显微镜的示意图；

图2是示例性方法的流程图；

图3是根据各种实施例的照明模块的示意图；

图4示意性地示出了根据各种实施例的用于角度可变照明的照明的几何构型；

图5示意性地示出了当使用不同照明的几何构型时测试对象的对象移位；

图6示意性地示出了根据各种实施例的两个线形照明的几何构型的使用；

图7示意性地示出了使用来自图6的照明的几何构型所捕获的图像数据集的2-D相互关系；

图8示意性地示出了根据各种实施例的两个线形照明的几何构型的使用；

图9示意性地示出了使用来自图8的照明的几何构型所捕获的图像数据集的2-D相互关系；

图10示意性地示出了使用来自图8的照明的几何构型所捕获的图像数据集的2-D相互关系；

图11示意性地示出了使用来自图8的照明的几何构型捕获的图像数据集的 2-D相互关系，其中图11还示出了2-D相互关系的数据点的叠加；

图12A示出了来自图11的2-D相互关系的叠加数据点的进一步细节；

图12B示意性地示出了使用来自图8的照明的几何构型所捕获的图像数据集的2-D相互关系，其中图12B还示出了2-D相互关系的搜索区域；

图13示意性地示出了根据各种实施例的图像数据集的平铺；

图14示意性地示出了干涉结构，其对应于图像数据集中相对于显微镜的样品台的Z位置的变化来说是静态的一部分；

图15示意性地示出了测试对象的图像数据集，其对应于图像数据集的相对于显微镜的样品台的Z位置的变化而进行变化的一部分；

图16是根据各种实施例的具有多次迭代的方法的流程图。

具体实施方式

结合示例性实施例的下面的说明，上面介绍的本发明的特性、特征和优点以及实现他们的方式将变得更为清楚和更清楚易懂，其中结合附图来更为详细地解释示例性实施例。

通过参考附图，基于优选的实施例在下面更为详细地解释本发明。在附图中，相同的附图标记表示相同或相似的元件。附图是本发明的不同实施例的示意性表示。附图中所示的元件不需要按照真实比例来描绘。相反，附图中所示的不同元件可以按照这样的方式再现：它们的功能和通用目的对于本领域技术人员来说是可以理解的。附图中所示的功能单元和元件之间的连接和耦合也可以被实现为间接连接或耦合。功能单元可以被实现为硬件、软件或硬件和软件的组合。

下面，关于角度可变照明来介绍各种技术。在角度可变照明中，测试对象由不同的照明的几何构型来照明。举例来说，不同的照明几何构型可包括不同的照明角度或照明方向。结果是，在相应的图像数据集中测试对象的再现(即，在图像数据集中所生成的测试对象的图像)发生变化。举例来说，测试对象的再现位置可以变化；即，可能存在从照明的几何构型到照明的几何构型的对象移位，或者从图像数据集到图像数据集的对象移位。这可以在数字分析的范围内进行利用，以便获得与测试对象相关的附加信息项。

这种数字分析的实例涉及确定测试对象相对于用于提供角度分辨照明的光学系统的布置，光学系统典型地是显微镜。此处，测试对象的布置可以表示例如测试对象相对于光学系统的焦平面的位置，即，测试对象与焦平面之间的距离(散焦位置)。例如，可以沿平行于光学系统的主光轴延伸的方向限定散焦位置；典型地，这个方向被称为Z方向。作为对其的替代或附加，测试对象的布置还可以表示测试对象平行于Z方向的范围，即测试对象的厚度。举例来说，在生物技术领域中，相对频繁地检查具有三维体并且因此还可以沿Z方向具有显著程度的测试对象。

特别地，可以使用本申请所介绍的技术来促进基于确定散焦位置的自动聚焦应用。在自动聚焦应用的背景下，可以设置固定测试对象的样品台的Z位置。结果是，改变了散焦位置。

此处，可以通过在本申请所介绍的各种实施例中通过用户接口向用户提供合适的指令来设置Z位置。举例来说，可以通过用户接口向用户提供与样品台的Z位置的变化的值相关的指令。举例来说，基于散焦位置，可以限制用户能够访问的Z位置的行程。为此，可以按照合适的方式来驱动用户接口。在其他实施例中，还可以自动设置Z位置。为此，可以使用电动的样品台。可以使用适当的控制信号来相应地驱动合适的驱动器。

举例来说，这些技术可以用于稳定的长期测量。长期测量可具有测量持续时间，在测量持续时间期间，测试对象的形式和/或范围发生变化。举例来说，这将是延时测量中的情况。举例来说，这可能是3-D矩阵中的移动样品的情况。举例来说，测试对象的各个组成部分可以具有高移动性。此外，例如，可以补偿由温度变化或外部振动所引起的漂移。自动对焦跟踪是可能的。

可以使用本申请所介绍的技术按照增加的灵敏度来确定散焦位置。即使在具有低对比度测试对象的背景下，例如生物样品，这也有利于稳健的自动聚焦应用。

可以使用本申请所介绍的技术在所捕获的图像数据集中识别干涉结构。本申请所介绍的技术可以使得能够将干涉结构与测试对象的再现分离。结果是，可以避免干涉结构对散焦位置的确定的伪造影响，或者在任何情况下，减少干涉结构的伪造影响。可以增加用于确定散焦位置的捕获区域。

通过本申请所介绍的技术可以降低数字分析的复杂性。举例来说，可以进行相互关系的1-D分析而不是进行相互关系的2-D分析。作为对其的替代或附加，光学系统的一个或多个控制参数可以迭代地并且以自一致性的方式进行调整，并且因此可以省去专用的校准阶段。

在各种实施例中，通过将多个图像数据集彼此进行比较来识别测试对象的对象移位。此处，可以在比较的背景下应用不同的技术。举例来说，可以对多个图像数据集中的各种图像数据集进行图像数据集注册，以便识别各种图像数据集中的测试对象的再现位置。然后，可以将再现位置彼此进行比较。在其他实施例中，也可以执行多个图像数据集的两个或更多个图像数据集之间的相互关系。通常，可以对整个图像数据集执行相互关系，或者仅对图像数据集的部分执行相互关系，而不需要在不同的图像数据集中考虑相同的部分-特别是在扩展的测试对象的情况下和/或更大的散焦的情况下。相互关系可以有助于对不同照明的几何构型中的测试对象的再现之间的关系进行量化。特别地，相互关系可以使得能够确定不同照明的几何构型中的测试对象的再现之间的距离或移位。举例来说，相互关系可以使得能够识别将第一照明的几何构型中的测试对象的第一再现转换为第二照明的几何构型中的测试对象的第二再现的那些平移。这被称为测试对象的对象移位。

在一些实施例中，第一照明的几何构型中的测试对象的第一再现可以与第一图像数据集相关联，并且第二照明的几何构型中的测试对象的第二再现可以与第二图像数据集相关联。在这种情况下，相互关系的示例性实现将从以下公式中显现：

K(T)＝∑_nx(n)y(n+T). (1)

此处，可以针对第一再现x和第二再现y之间的不同移位T来确定相互关系的值。相互关系的最大值表示为T≡T₀，其中第一再现和相应地移位的第二再现具有特别高的相似性。因此，T₀表示不同照明的几何构型的测试对象的再现之间的距离，即对象移位。n为像素的索引。公式1以简化的方式描述了1-D相互关系，通常，也可以执行2-D相互关系。因为比较了不同的图像数据集，所以这种类型的相互关系有时也被称为互相互关系。在其他实施例中，还可以执行单个图像数据集的自相互关系，在这种情况下，多个照明的几何构型能够实现测试对象的多个再现的叠加。随后，可以使用相互关系的最大值的位置来确定测试对象的散焦位置。

举例来说，测试对象和焦平面之间的距离还可以通过以下公式获得：

其中α和β每个都表示照明方向和主光轴之间的角度，即照明角度。由相应的光学系统参数提供这些角度，特别是照明模块距离样品台的距离和光源的布置。从DE 10 2014109 687 A1中得知相应技术的原理，其相应的公开内容通过交叉引用并入本申请。

此处，公式2仅表示相应计算的示例性实现。通常，还可以使用公式2的其他公式

Δz＝Δz(S，T₀) (3)

其中S表示一个或多个系统参数。

作为相互关系的最大值的位置的替代或补充，相互关系的其他特性还可以用于确定测试对象相对于焦平面的布置。一个实施例包括相性关的最大值的宽度。因此，例如，通过适当地应用公式2，可以推断出测试对象相对于焦平面的范围。

这种上面介绍的技术特别灵活，并且可以根据所需的实现进行调整。可以在第一实施例中记录单个图像数据集，其中两个不同照明的几何构型在过程中在时间上并行激活。在这个第一实施例中，相互关系也可以被称为自相关。此处，自相关的最大值之间的距离对应于散焦位置。举例来说，也可以考虑自相关相对于零的最大值的位置。在另一个实施例中，可以记录单个图像数据集，在过程中激活三个不同照明的几何构型。这就是可以使用自相关的原因，其中自相关的最大值对应于散焦位置。在第三个实施例中，可以例如在时间上顺序地或者利用光的不同波长和/或偏振来记录多个图像数据集，其中每个图像数据集分别包含单个照明的几何构型中的测试对象的再现。在这样的实施例中，相互关系可以被称为互相关。再一次，相互关系的最大值对应于散焦位置。

图1示出了示例性光学系统100。举例来说，光学系统100可以实现显微镜，例如发射光的几何构型的光学显微镜或者反射光的几何构型的光学显微镜。

借助于显微镜100，可以按照放大的方式来呈现被固定到样品台113的测试对象或样品对象的小结构。

为此，显微镜100包括照明模块111。照明模块111可以被配置为对样品台 113的整个区域进行照明，在每种情况下具有不同的照明的几何构型。

此外，显微镜110包括成像光学单元112，其被配置为在检测器114的传感器区域上产生测试对象的再现。例如，基于所采用的照明的几何构型，检测器孔径可以促进亮场成像和/或暗场成像。

在图1的实施例中，照明模块111被配置为促进测试对象的角度可变照明。这意味着，可以借助于照明模块111实现用于对测试对象进行照明的光的不同照明的几何构型。不同的照明的几何构型可以各自包括一个或多个反射照明方向或照明角度。

此处，在本申请所介绍的各种实施例中，用于提供不同的照明的几何构型的不同硬件实现是可能的。举例来说，照明模块111可以包括多个可调节的光源，其被配置为局部地修改和/或产生光(图1中未示出光源)。

控制器115可以驱动照明模块111或光源。举例来说，控制器115可以实现为微处理器或微控制器。作为其替代或附加，控制器115可以包括例如FPGA 或ASIC。作为其替代或附加，控制器115还可以驱动样品台113、成像光学单元112和/或检测器114。

在一些实施例中，控制器115可以被集成到显微镜100的壳体中。然而，在其他实施例中，在光学设备100外部提供的控制器115也是可能的。举例来说，控制器115可以由适当的计算机程序来实现，其中计算机程序在PC上运行。

图2是示例性方法的流程图。举例来说，根据图2的方法可以由图1的显微镜100的控制器115来执行。使用虚线示出图2中的可选块。

在图2中连续执行多次迭代9010。

首先，在框9001中，利用第一角度可变照明的几何构型捕获第一图像数据集。举例来说，第一角度可变照明的几何构型可以实现照明模块的所采用的光源的线图案。

举例来说，可以通过驱动显微镜的照明模块和/或检测器来实现框9001。

然后，可选地，在框9002中，利用第二角度可变照明的几何构型捕获第二图像数据集。举例来说，第二角度可变照明的几何构型可以实现照明模块的所采用的光源的另一线图案。

典型地，这种线图案根据各种所采用的光源来限定多个照明角度。

替换在框9002中利用第二角度可变照明的几何构型捕获第二图像数据集，在一些实施例中还可以在框9001中使用两个照明几何构型-例如，线图案和另外的线图案。然后，在单个图像数据集中存在叠加。因此，框9002被表示为可选的。

然后，在可选框9003中执行将测试对象的再现与来自框9001和9002的至少一个图像数据集中的干涉结构的分离。

此处，可以例如基于指示先验知识的控制数据来执行这种分离。

随后，在框9004中，在可能考虑到分离的情况下，识别测试对象的对象移位。这意味着，在识别对象移位时，不能考虑干涉结构，或仅在很小程度上考虑干涉结构。这可以确保通过测试对象的散焦位置产生对象移位，并且所述对象移位不代表由干涉结构引起的伪假象。

可以在框9004中执行与框9001的图像数据集相关的2-D自相关。另外，可以在框9001，9002的图像数据集之间执行2-D互相关。在其他实施例中，可以在框9001，9002的图像数据集中的相同特征之间执行图像数据集注册，以便确定对象移位。

然后，在框9005中，基于先前所识别的对象移位来确定测试对象的散焦位置。

在框9006中设置显微镜的样品台的Z位置，例如，通过控制信号以自动/ 马达驱动的方式来设置，或者通过用户接口来输出指令的半自动方式来设置。

图2的实施例示出了如下场景：在框9001和9002中在多个角度可变照明的几何构型捕获至少一个图像数据集以及在框9006中相关联地调整Z位置- 或者，通常对于多次迭代9010，重复地执行框9001-9006。为此，在框9007中执行检查，以确定是否应该执行进一步的迭代9010。为此，可以考虑不同的终止标准，例如计数器、计时器等。

如果打算执行进一步的迭代9010，则再次执行9001-9006。

可选地，角度可变照明的几何构型可以被调整以用于框9008中的后续迭代 9010。举例来说，可以按照改变对象移位的方向的方式来实现调整。然而，还可以相对于散焦位置归一化地改变对象移位的幅度。举例来说，散焦位置的每个单位长度的对象移位的幅度可以按照迭代到迭代9010的方式增加，以便以按照这种方式，利用较大的捕获区域促进散焦位置的近似确定以及Z位置的近似设置-并且随后通过精确设置Z位置来促进散焦位置的精确的、高度分辨率的确定。

可选地，在框9009中实现对所进行的计算和调整的自一致性的测试。此处，在两次先前迭代中所识别的在一个方面的框9004的对象移位和另一个方面的相应框9006中的Z位置的改变，可以相互比较。特别地，可以执行检查，以确定框9006中的Z位置的变化是否导致框9004中的对象移位的预期变化。具体地，例如，基于所识别的对象移位可以确定散焦位置的(实际)变化；可以通过借助于样品台的调节的方式的Z位置的变化，可以将散焦位置的(实际)变化与散焦位置的(预期的)变化进行比较。在存在差别的情况下，可以对显微镜100的系统参数进行自一致性的调整。下面结合图16来介绍在这种自一致性调整的背景下的细节。

图3示出了与照明模块111相关的方面。图3示出了照明模块111具有矩阵结构中的多个可调节光源121-1，121-2。在图3的实施例中，矩阵结构被实现为具有方形单位单元的网格结构。此处，矩阵结构定向在垂直于显微镜100的主光轴的平面中(横向平面；实际空间坐标X，Y)。这个平面面向样品台(图3 中未示出样品台)。

代替矩阵结构，在其他实施例中，可以使用光源121-1，121-2的其他几何布置，例如，环形布置、半圆形布置等。通常，光源121-1，121-2可以被布置成网格结构。

在一个实施例中，光源121-1，121-2可以实现为灯，例如实现为发光二极管。然后，例如，对于具有不同照明强度的不同发光二极管，可以发光以照明测试对象。按照这种方式，可以实现角度可变照明的几何构型。然而，在进一步的实施方式中，照明模块111还可以实现为空间光调制器(SLM)。按照这种方式，可以按照空间分辨率的方式在冷凝器瞳孔中进行干预；这可能对成像有直接影响。

图3还示出了成像光学单元112的检测器孔径399的两倍。被布置在检测器孔径399的两倍内-即，在明场中-的光源121-1提供测试对象的明场照明；被布置在检测器孔径399两倍之外-即，在暗场中-的光源121-2形成测试对象的暗场照明。

图4示出了与示例性照明的几何构型有关的方面。图4示出了沿着图3的轴X-X'的各种光源121-1，121-2的所提供的照明强度301。通过照明强度对沿着X轴的位置的依赖性来表征照明的几何构型300的特征；因此，由照明的几何构型300提供角度可变的照明。具体地，光按照与所激活的光源121-1相关联的角度入射到测试对象(由图4中的箭头所标记的)。因此，照明的几何构型 300包括相应的照明方向。下面结合图5来介绍在照明方向的背景下的进一步细节。

图5示出了与不同的照明方向1051，1052有关的方面。图5示出了从照明方向1051对测试对象499进行照明；此处，照明方向与光源121A相关联并且对应于照明几何构型301。此外，图5示出了从照明方向1052对测试对象499 进行照明；此处，照明方向1052与光源121B相关联并且对应于照明的几何构型302。

通常，照明的几何构型可包括多于一个照明方向。举例来说，可以使用光源的线形图案，使得相应数量的照明方向用于每个照明的几何构型(参见图6 和8)。

当从照明方向1051对测试对象499进行照明时，在系统的焦平面1035中出现测试对象499的再现1032，然后测试对象的所述再现在检测器114上成像。当从照明方向1052对测试对象499进行照明时，在焦点平面1035中出现测试对象499的再现1033。从图5中可以清楚地看出，再现1032，1033的位置移动了距离1034(用T表示；参见等式2和3)(对象移位)。

此外，在图5中示出了各种系统参数。举例来说，在光源121A和121B之间示出了距离1040，ΔL；距离1040还可以用作对照明方向1051，1052之间的距离的度量。照明角度α,β可以用作对照明方向1051，1052之间的距离的进一步测量，其中照明角度包括利用主光轴1001(沿Z方向1047定向的)的照明方向1051，1052。

图6示出了与图5的照明的几何构型301，302相关的方面。此处，图6示出了具有多个光源121的照明模块111，其中在XY平面中按照矩阵结构来布置这些光源，其中矩阵结构具有在照明模块111的相应载体上的略微可变的单位单元。光轴1001的方向垂直于图6的图的平面。

从图6可以清楚地看出，照明的几何构型301包括激活以线图案所布置的多个光源121；因此，照明的几何构型302包括以平行线图案所布置的另外的多个光源121的驱动。因此，照明的几何构型301，302因此各自实现多个照明方向1051，1052。

从图6可以清楚地看出，光源121之间的距离1040根据矩阵结构的略微变化的单位单元而进行略微变化。特别地，在最近的邻居并且在不同照明的几何构型301，302中所激活的那些光源121之间存在距离1040的变化。距离1040 的这种变化产生变宽的相互关系最大值。这在图7的上下文中更为详细地介绍。

图7示出了与相关联的2-D互相关和图像数据集401，402相关的方面。最初，图7示出了利用照明的几何构型301，302捕获的图像数据集401，402。由于多个照明方向1051，1052，在每种情况下多次对测试对象499成像：相应的再现1033和1034被布置成在X方向上的偏移，即，沿着照明的几何构型301，302的线图案(为了说明的目的，在图7中已经极大地夸大了X方向上的偏移)。

图7还示出了图像数据集401和图像数据集402之间的2-D互相关450，即相应的相互关系矩阵(下面简称为相互关系)。在这种情况下清楚的是，由于变化的距离1040，相互关系最大值461在X方向上变宽。

图7仅示出了第一阶相互关系最大值461。

图8示出了与照明的几何构型301，302有关的方面。原则上，图8对应于图6的实施例。然而，在图8的实施例中，在这种情况下，光源121被布置在规则网格上而没有更大的偏差。因此，相互关系最大值461没有变宽；参见图9。

相应地，图8仅示出了第一阶相互关系最大值461。图10还示出了第二阶和第三阶相互关系最大值462，463。这些对应于不是最近的邻居的光源121(参见图8中的对角线虚线箭头)。

通常，为了获得特别高的信噪比，可能需要叠加多个最近邻居光源121的信号，而不需要根据图8-10的实施方式对第一阶相互关系最大值461进行很大的扩展。通过考虑对象移位的方向，例如结合适当的先验知识，可以获得信噪比的进一步改进。下面结合图11来说明这些技术。

图11示出了图像数据集401，402之间的相互关系450，其与根据图8的照明的几何构型301，302相关联。原则上，图11的场景对应于图9的场景。

此处，在每个例子中，图11示出了图像数据集401，402之间的预期对象移位的方向471-475。可以通过照明模块111的各个激活的光源121之间的连接矢量(参见图8中的箭头)，根据先验知识来获得这些方向471-475，或者通常，基于与照明的几何构型301，302相关联的光源121的相对定位来获得这些方向 471-475。然后，可以仅选择相互关系450的对应于方向471-475的那些数据点，并且基于这些所选择的数据点来识别对象移位。换句话说，这意味着可以选择相互关系450的那些数据点，这些数据点位于从原点发出的直线上并且在相应的方向471-475中定向(图11中的虚线)。

特别地，位于不同直线上的数据点可以彼此组合，即彼此叠加。这可以通过与可利用的方向471-475相关的适当的先验知识来实现。这在图12A的上下文中示出。

图12A示出了根据沿参考方向480的位置的相互关系的数据点。具体地，图12A中示出了相应的相互关系最大值469。

在图12A的场景中，例如借助于被投影到参考方向480上的数据点(参见图11中的垂直箭头和点划线)，对位于不同直线上的相互关系450的数据点- 即，对应于对象移位的不同方向471-475–进行彼此组合。结果，可以进一步改善由于对象移位引起的信号与噪声492之间的信噪比。此外，如图12A所示的，可以进行较小复杂性的1-D评估。

根据常用规则，相互关系最大值461-463的位置表现为：

其中，v_i是光源对i＝1，2，3......(即，对应于方向471-475)之间的距离矢量，c_i是相互关系最大值的位置，Δz是测试对象的散焦位置，Mag是成像光学单元(典型地是远心的)的放大率，以及L是照明模块和测试对象之间的距离。

通过将2-D相互关系450转换成1-D相互关系可以增加信噪比-例如，通过对在照明的几何构型301，302中所激活的光源121A，121B之间的所有路径 i求和。此处所能使用的是，由于所采用的照明的几何构型301，302，对象移位只能沿着由照明模块所定义的直线延伸(图11中的虚线)。为了通过在由参考方向480所限定的直线上投影来转换成1-D相互关系，应当考虑所涉及的光源对的距离矢量：

c_1d＝∑_ic_ie_1d， (5)

其中，e_1d是参考直线480的方向矢量。公式5可以促进在直线480上的等距投影。

因此，这些技术所实现的是在评估期间考虑所有所采用的照明强度-即使这些照明强度导致相互关系的第二最大值。此外，可以在相互关系450中的任何地方布置的并且导致局部最大值的干涉结构，对根据图12A的1-D相互关系提供较小的贡献或不提供贡献，这是因为沿着方向471-475的直线，在求和中不考虑这些干涉结构。此外，2-D中的相互关系450的耗时的且复杂的评估可以被减少到可以更快地解决的1-D问题。

这些技术基于以下发现：即使相机的噪声或测试对象的自相似性也可以导致相互关系450中的最大值形式的干涉结构。照明的几何构型301，302的分离区域结构可以用于加强信噪比。为此，可以使用例如LED矩阵作为照明模块111，其中各个LED可以单独地和单独地切换。然后，可以通过每个单独的LED从小的、受限制的立体角度范围来对测试对象进行照明。为了避免照明方向的相应角度的过度变宽，可以避免使用扩散屏或其他光学元件来使角度谱变宽。可以使用充分分离的发光二极管。

图11和图12A还示出了阈值459，其标记了对象移位的下限。因此，阈值 459相对于相互关系450的零来进行布置。在评估期间，忽略阈值459内的相互关系最大值。这基于以下的发现：在较小的对象移位处的这种相互关系最大值通常是由干涉结构产生的，例如检测器的固定模式噪声或明亮背景。

图12B示出了与相互关系450有关的方面。原则上，图12B对应于图11。再一次，通过比较对应于照明方向301，302的图像数据集401，402来形成相互关系450。此处，在图12B中，为了简单起见，仅示出了测试对象499的再现位置1033，1034的第一阶相互关系最大值461。

在图12B的实施例中，使用先验知识，其包括用于对象移位1034的搜索区域456。朝向较小的对象移位1034，提供阈值459对搜索区域456进行划界。通过阈值457为搜索区域456划界为较大对象移位1034。这些也由先验知识预先确定。忽略搜索区域456外部的相互关系450的数据点。阈值459定义最小可识别对象移位1034，并且阈值457定义最大可识别对象移位1034。

举例来说，有可能根据迭代9010(参见图2)来调整搜索区域456-例如，特别是，上限阈值457。因此，先验知识可以包括根据迭代9010的搜索区域456。举例来说，例如，由于样品的自身移动或时间漂移，期望仅测试对象499的较小散焦位置存在用于以后的迭代9010是合理的。这可以通过选择相对较小的上限阈值457来考虑-例如，与初始迭代9010相比，其中由于不良的初始聚焦，测试对象499也可能存在较大的散焦位置。由图12B中的箭头来表示上限阈值的连续减小。

作为上限阈值457对迭代9010的这种依赖性的替代或附加，先验知识也可以包括搜索区域456-例如，上限阈值457，特别是-用于显微镜110的成像光学单元112的不同景深区域。举例来说，可以根据成像光学单元112的景深区域以参数化方式提供上限阈值457。

因此，上面结合图6-12B介绍了各种技术，这些技术有助于基于相互关系 450将测试对象499的再现1033，1034与干涉结构492分离。这些技术可以被用于将测试对象499的再现1033，1034与干涉结构492进行分离的其他技术来替换或者补充。例如，结合图13介绍另一个示例性技术。

图13示出了与图像数据集401的平铺有关的方面。测试对象499-具有较小对比度的技术性、周期性结构-在图像数据集401中示出。此外，干涉结构492 是可见的。使用先验知识，其指定图像数据集401中的干涉结构492的再现位置。举例来说，可以经由用户接口从显微镜100的用户获得相应的控制数据。用户可以执行适当的图像数据集分割。然而，替代地或附加地，还可以从所训练的分类器获得相应的控制数据，所述分类器在图像数据集401上进行操作并且被配置为识别测试对象499的再现位置1033和/或干涉结构492的再现位置。此外，可以使用例如与干涉结构492的对比度相关的和/或与测试对象499的对比度相关的先验知识：这是因为从图13中可以清楚地看出干涉结构492的对比度强于测试对象499的对比度。这可以被用于识别干涉结构492的再现位置或测试对象499的再现位置。

然后，取决于图13的实施例中干涉结构492或测试对象499的再现位置，将平铺应用于图像数据集401。图13中使用虚线示出了适当的块405。在块405 内对测试对象499成像；互补块406包括干涉结构492。然后，可以在块406中抑制图像数据集401的评估。举例来说，可以仅基于块405中的像素来计算相互关系450，但是不是基于块406中的像素来计算相互关系450。

图13还示出了方向499A，499B，其中测试对象499沿着方向499A，499B 具有真实空间周期。真实空间周期的方向499A，499B可以作为先验知识。在本申请所介绍的技术的背景中，可以按照这样的方式选择方向471-475(参见图11): 方向471-475与方向499A，499B不一致。这是因为随后可以在由于所采用的照明几何构型301，302的相互关系最大值和由于根据相对于对象移位的确定的干涉结构的测试对象499的真实空间周期的相互关系最大值之间进行区分。为了固有地达到这一点，可以在连续迭代之间调整所采用的照明的几何构型301，302 (参见图2中的框9008)。然后，至少平均可以实现的是，由于照明的几何构型301，302，实现了测试对象499的真实空间周期和对象偏移的这种分离。

另外，通过在测试对象499的限定布置的情况下主动确定测试对象的真实空间周期，可以进一步提高质量-例如，通过参考测量来确定或者在通过用户对测试对象进行手动聚焦之后来确定。这意味着，例如可以主动测量方向499A， 499B。因此，可以在校准阶段中测量焦点中的测试对象的真实空间周期，以便在相互关系450的评估中将其考虑为背景或阻尼。因此，先验知识可以包括测试对象499的真实空间周期。

图14示出了与样品台113的Z位置501，502的变化有关的技术，并且因此还示出了被布置在样品台113上的测试对象499的变化。在图14的实施例中，利用照明的几何构型301来整体对测试对象499进行照明，其对应于相应的角度α(还参见图5)。

当Z位置501，502变化时，测试对象499的再现1032，1032的位置出现变化。然而，另一个方面，作为未固定到样品台113的灰尘颗粒493的再现的干涉结构492保持静态/不变。因此，相应的图像数据集中相对于Z位置501， 502的变化保持静态的那些分量可以被识别为干涉结构。

此处，例如，可以使用根据图2的框9006的Z位置501，502的迭代变化，以获得相应的参考图像数据集，其对应于不同的Z位置501，502。这意味着可以从一个或多个先前的迭代9010获得用于偏离Z位置501，502的参考图像数据集。替代地，也可以针对迭代9010期间的不同的Z-位置501，502执行专用的参考测量-例如，在相应的校准阶段中。在图15的上下文中示出了这种场景。

图15示出了2-D相互关系450，其中在两个照明的几何构型301，302中的图像数据集401，402之间形成2-D相互关系450。此处，图15中的2-D相互关系450(顶部)对应于Z位置501，并且图15中的2-D相互关系450A(底部) 对应于Z位置502。这意味着，为参考图像数据集401A，402A形成相互关系 450A，且为图像数据集401，402形成相互关系450，随后还用于确定对象移位 1034。

从相互关系450，450A的比较可以清楚地看出，干涉结构493的相互关系最大值不随Z位置501，502的变化而进行变化；然而，测试对象499的相互关系最大值461确实进行变化(图15示出了相应的水平虚线作为眼睛的辅助)。

这可以被用于清除相互关系450，即，移除对应于干涉结构493的相互关系最大值。这可以通过以下计算来实现：

其中，K表示相互关系450，K_ref表示参考图像数据集401A，402A的相互关系450A，并且

表示经过校正的相互关系。然后，从经过校正的相互关系进行，再次可以使用例如上面关于图6-12或图13所介绍的技术。

图16是示例性方法的流程图。图16示出了在确定散焦位置的背景下使用一个或多个光学系统参数。举例来说，可以基于对象移位并基于一个或多个系统参数的值来确定该散焦位置；参见公式4和框9005。

这意味着，本申请所介绍的一些技术基于与系统参数的当前值的相关的或可访问性的知识。由于显微镜100的系统组件通常是由用户接口单独配置的，或者在仪器之间具有个体差异，因此一旦显微镜100的组件被更换或最新被更新，则更新系统参数可能是有帮助的。举例来说，可以根据公式2，3或4来调整系统参数，具体地，即，例如，根据照明模块111与样品台113的放大率和距离。

此处，原则上，为了确定一个或多个这样的系统参数，可以使用非常不同的技术。在第一实施例中，可以从显微镜100的硬件组件的规格来确定一个或多个系统参数。举例来说，这涉及照明模块111中的光源121，121-1，121-2的距离和位置。例如根据温度或时间，由于光源通常牢固地连接到照明模块111 的载体上，因此这样的系统参数-例如，结合用于方向471-475的公式4可能对这样的系统参数是有用的-没有漂移或没有明显的漂移。在另一个实施例中，可替代地或另外地，可以例如通过合适的参考测试对象来执行系统校准。最后，可替代地或另外地，可以通过合适的评估从当前测量中确定一个或多个系统参数。此处，特别是在多个迭代9010(参见图2)上的自一致性的调整可能是有帮助的。

此处，在这种情况下，可能希望避免伪造自一致性的调整。举例来说，如果错误地确定了对象移位1034，则可能发生这种伪造。因此，考虑与所识别的对象移位1034相关的可靠性或置信度水平可能是有帮助的。举例来说，这可以结合用于相应的相互关系最大值的阈值458来实现(参见图12A)。举例来说，可以评估相互关系最大值469的归一化信号水平450：

其中，Cmax表示最大值469处的信号值，Cmin表示相互关系450的最小值处的信号值，以及C_thres表示阈值458。

如果低于阈值458，则可能存在对象移位的错误识别，并且因此应当在适当的情况下丢弃相应的信号值，以及应当利用经过修改的照明的几何构型和/或经过修改的Z位置来执行对象移位的更新的识别。此处，清楚的是，作为更大信噪比的结果，通过在图12A的场景中沿着各个方向471-475叠加相互关系的信号值，可以确保更大的阈值458-并且因此更高的可靠性。然而，通常，还可以在没有沿着方向471-475的信号值的这种叠加的情况下实现公式7。

如果可靠地发现相互关系最大值469-例如，通过考虑阈值458以特别可靠的方式；参见公式7-然后，这可以用作系统参数值的自一致性调整的开始。结合图16中的方法对此进行解释。此处，将系统参数9011的标准值或初始值初始地保留在初始化9012的范围内。在图16的实施例中，系统参数9011包括来自公式4的参数。举例来说，初始化9012可以基于显微镜100的配置来提供标准值。例如，这些可以从非易失性系统存储器加载，例如从系统存储器的启动分区或固件分区加载

在第一次迭代9010中初始化运行索引i；参见框9016。举例来说，可以初始化i＝0。

在9017中执行测量。它包括设置特定的Z位置501，502和照明的几何构型301，302，即特别是激活的光源121，距离1040和方向471-475(见图5-11)；参见框9018。

然后，在框9019中以不同的照明的几何构型301，302或根据先前设置的设置规则来捕获图像数据集401，402(还参见图2的框9001，9002)。

然后，在框9020中实施评估；即，例如，执行图2的方框9003-9004，以及识别对象移位1034。

随后，在框9022中执行检查–通常是，可选框-以确定识别对象移位1034 置信度水平是否足够。为此，例如可以执行根据公式7的评估。

如果置信度水平不足够，则在框9021中丢弃散焦位置的测量值，并且在框 9016中存在到下一次迭代的前进。然后，在框9018的下一次迭代9010中调整照明的几何构型(还参见图2的框9008)和/或，还可选地例如按照随机或递增的方式改变Z位置501，502。

否则，使用系统参数9011，i＝0，在框9013中确定散焦位置Δz(参见图2 的框9005)。举例来说，从9012获得的系统参数的值可以用在初始迭代9010， i＝0中。然后，在框9014中设置Z位置501，502(参见图2的框9006)。举例来说，Z位置501，502可以按照这样的方式设置：散焦位置在名义上被设置为 0。由Δpz＝pz_i+1-pz_i给出Z位置501，502的变化。

然后，在框9016中触发下一次迭代9010，i→i+1。

此外，执行框9015。在那里，将两次迭代之间的散焦位置的变化与两次迭代之间的Z位置501，502的变化进行比较，即，例如，对于i和i+1。举例来说，在每种情况下，从框9014的这些迭代9010(Δpz＝pz_i-1–pz_i)，可以通过框9013 减去来自两次迭代9010的散焦位置的计算值(Δz_i+1–Δz_i)，并且可以将所述值与由样品台113的控制数据所指示的Z位置501，502的变化进行比较。如果当前系统参数的Z位置501，502的变化和散焦位置的变化存在偏差，即，如果Δpz/(Δz_i-1–Δz_i)≠1，则可能存在系统参数的自一致性的调整，例如按照Δpz/(Δz_i-1–Δz_i)＝1或由另一增量近似的方式。这是基于以下发现：可能需要登记记录参数的变化以用于对象移位的可靠结果，从而在一个方面，获得对象移位和散焦位置之间的准确关系，并且在另一方面，获得样品台的用于显微镜100的当前配置的重新定位。

然后，在9013，在随后的迭代9010中使用系统参数的自调整的值。

总之，上面介绍了各种技术，其通过利用角度可变照明的几何构型所捕获的图像数据集的数字后处理来促进自动聚焦应用。这些技术使得可以按照特别稳健和迅速的方式来确定测试对象的散焦位置。举例来说，这允许可靠地执行长期测量。

总之，上面已经介绍了以下实施例：

实施例1.一种用于操作显微镜(100)的方法，所述方法包括：

在多个角度可变照明的几何构型(300-302)捕获至少一个图像数据集(401， 402，401A，402A)；

基于指示先验知识的控制数据：在所述至少一个图像数据集(401，402，401A，402A)中执行测试对象(499)的再现(1032，1033)与干涉结构(492，493) 的分离；

基于所述分离：识别至少一个图像数据集(401，402，401A，402A)中的分量，其中根据所述测试对象(499)的对象移位(1034)，所述分量相对于角度可变照明的几何构型的变化而进行变化；

基于所述对象移位(1034)：确定所述测试对象(499)的散焦位置；以及基于所述散焦位置：设置所述显微镜(100)的样品台(113)的Z位置(501， 502)。

实施例2.根据实施例1所述的方法，

其中，所述先验知识包括至少一个图像数据集(401，402，401A，402A) 中对象移位(1034)的至少一个方向(471-475)。

实施例3.根据实施例2所述的方法，还包括：执行所述至少一个图像数据集(401，402，401A，402A)的相互关系(450， 450A)；以及

选择对应于所述对象移位(1034)的至少一个方向(471-475)的相互关系(450，450A)的数据点；

其中，基于所选择的数据点来识别是所述对象移位(1034)。

实施例4.根据实施例3所述的方法，还包括：

选择对应于所述至少一个方向(471-475)中的第一方向(471-475)的相互关系(450，450A)的第一数据点；

选择对应于所述至少一个方向(471-475)中的第二方向(471-475)的相互关系(450，450A)的第二数据点；以及

叠加所述第一数据点和第二数据点；

其中，基于所选择的和所叠加的数据点来识别对象移位(1034)。

实施例5.根据实施例2-4中任意一项所述的方法，还包括：

基于所述显微镜(100)的照明模块(111)的光源(121，121-1，121-2，121A，121B)的相对定位来确定对象移位(1034)的至少一个方向(471-475)，所述光源与多个角度可变照明的几何构型(300-302)相关联。

实施例6.根据前述实施例中任意一项所述的方法，

其中，所述先验知识包括用于对象移位(1034)的搜索区域(456，457，459)。

实施例7.根据实施例6所述的方法，

其中，在多个角度可变照明的几何构型(300-302)中捕获所述至少一个图像数据集(401，402，401A，402A)，并且与其相关联地重复执行设置所述Z 位置(501，502)以进行多次迭代(9010)；

其中，所述先验知识包括根据所述迭代(9010)的搜索区域(456，457，459)。

实施例8.根据实施例6或7所述的方法，

其中，所述先验知识包括用于显微镜(100)的成像光学单元(113)的不同景深范围的搜索区域(456，457，459)。

实施例9.根据前述实施例中任意一项所述的方法，

其中，所述先验知识包括至少一个图像数据集(401，402，401A，402A) 中的干涉结构(492，493)的再现位置和所述测试对象(499)的再现位置中的至少一个。

实施例10.根据实施例9所述的方法，还包括：

根据所述干涉结构(492，493)的再现位置：将平铺(405，406)应用于所述至少一个图像数据集(401，402，401A，402A)；以及

抑制包含所述干涉结构(492，493)的平铺(405，406)的图像数据集块中的至少一个图像数据集(401，402，401A，402A)的评估。

实施例11.根据前述实施例中任意一项所述的方法，

其中，所述先验知识包括至少一个图像数据集(401，402，401A，402A) 中的所述干涉结构(492，493)的对比度和所述测试对象(499)的再现(1032， 1033)的对比度中的至少一个。

实施例12.根据实施例11所述的方法，还包括：

执行所述至少一个图像数据集(401，402，401A，402A)的相互关系(450， 450A)；

识别所述相互关系(450，450A)中的至少一个相互关系最大值(461-463， 469)；以及

基于所述干涉结构(492，493)的对比度：丢弃所述至少一个相互关系最大值(461-463，469)。

实施例13.根据前述实施例中任意一项所述的方法，

其中，所述先验知识包括测试对象(499)的真实空间周期(499A，499B)。

实施例14.根据前述实施例中任意一项所述的方法，还包括：

从显微镜(100)的用户界面接收控制数据。

实施例15.根据前述实施例中任意一项所述的方法，还包括：

从所训练的分类器接收控制数据，所述分类器对至少一个图像数据集(401， 402，401A，402A)进行操作。

实施例16.一种操作显微镜(100)的方法，所述方法包括：

在多个角度可变照明的几何构型(300-302)捕获至少一个图像数据集(401， 402，401A，402A)；

在所述显微镜(100)的样品台(113)的多个Z位置捕获多个参考图像数据集(401，402，401A，402A)；

识别所述多个参考图像数据集(401，402，401A，402A)中的分量以作为干涉结构(492，493)，所述分量相对于Z位置(501，502)的变化是静态的；

在所述至少一个图像数据集(401，402，401A，402A)中执行所述测试对象(499)的再现(1032，1033)与所识别的干涉结构(492，493)的分离；

基于所述分离：识别所述至少一个图像数据集(401，402，401A，402A) 中的分量，其中根据所述测试对象(499)的对象移位(1034)，所述分量相对于角度可变照明的几何构型的变化而进行变化；

基于所述对象移位(1034)：确定所述测试对象(499)的散焦位置；以及基于所述散焦位置：设置所述显微镜(100)的样品台(113)的Z位置(501， 502)。

实施例17.根据实施例16所述的方法，其中该方法还包括：

执行所述至少一个图像数据集(401，402，401A，402A)的相互关系(450， 450A)；

执行所述多个参考图像数据集的相互关系(450，450A)；以及

将所述至少一个图像数据集(401，402，401A，402A)的相互关系(450， 450A)与所述多个参考图像数据集(401，402，401A，402A)的相互关系 (450，450A)进行比较，其中，基于这些比较来识别干涉结构(492，493)。

实施例18.根据实施例16或17所述的方法，

其中，在多个角度可变照明的几何构型(300-302)捕获至少一个图像数据集(401，402，401A，402A)，并且与其相关联地重复执行设置所述Z位置 (501，502)以进行多次迭代(9010)；

其中，基于所述多次迭代(9010)的一次或多次先前迭代的至少一个图像数据集(401，402，401A，402A)，获得所述多次迭代(9010)的后续迭代 (9010)的多个参考图像数据集(401，402，401A，402A)。

实施例19.一种用于操作显微镜(100)的方法，

其中，对于多次迭代(9010)中的每次迭代(9010)，所述方法包括：

在多个角度可变照明的几何构型(300-302)捕获至少一个图像数据集(401， 402，401A，402A)；

识别所述至少一个图像数据集(401，402，401A，402A)中的分量，其中根据测试对象(499)的对象移位(1034)，所述分量相对于角度可变照明的几何构型的变化而进行变化；

基于所述对象移位(1034)：确定所述测试对象(499)的散焦位置；以及

基于所述散焦位置：设置所述显微镜(100)的样品台(113)的Z位置(501， 502)；

其中所述方法还包括：

在多次迭代(9010)的连续迭代(9010)之间调整多个角度可变照明的几何构型(300-302)。

实施例20.根据实施例19所述的方法，

其中，多个角度可变照明的几何构型(300-302)以这样的方式进行调整：改变所述对象移位(1034)的方向(471-475)。

实施例21.根据实施例19或20所述的方法，

其中，多个角度可变照明的几何构型(300-302)以这样的方式进行调整：- 按照所述散焦位置的每个单位长度来改变所述对象移位(1034)的幅度。

实施例22.根据实施例21所述的方法，

其中，对于后续迭代(9010)，按照所述散焦位置的每个单位长度来增加所述对象移位(1034)的幅度。

实施例23.一种用于操作显微镜(100)的方法，

其中，对于多次迭代(9010)的每次迭代(9010)，所述方法包括：

在多个角度可变照明的几何构型(300-302)捕获至少一个图像数据集(401， 402，401A，402A)；

识别所述至少一个图像数据集(401，402，401A，402A)中的分量，其中根据测试对象(499)的对象移位(1034)，所述分量相对于角度可变照明的几何构型的变化而进行变化；

基于所述对象移位(1034)：确定所述测试对象(499)的散焦位置；以及基于所述散焦位置：设置所述显微镜(100)的样品台(113)的Z位置(501， 502)；

其中所述方法还包括：

基于所述多次迭代(9010)中的两次迭代(9010)所识别的对象移位(1034)：确定所述两次迭代(9010)之间的测试对象(499)的散焦位置的变化；

基于所述显微镜(100)的样品台(113)的控制数据：确定所述两次迭代(9010) 之间的样品台(113)的Z位置(501，502)的变化；以及

将所述散焦位置的变化与所述Z位置(501，502)的变化进行比较。

实施例24.根据实施例23所述的方法，

其中，还基于所述显微镜(100)的至少一个光学系统参数(9011)来确定所述测试对象(499)的散焦位置。

实施例25.根据实施例24所述的方法，

其中，从下面的组中选择所述至少一个光学系统参数(9011)：放大率；显微镜(100)的照明模块(111)与样品台(113)的间隔。

实施例26.根据实施例24或25所述的方法，还包括：

基于所述比较：对于多次迭代(9010)中的一次或多次后续迭代(9010)，自一致地调整所述至少一个光学系统参数(9011)。

实施例27.一种用于显微镜的控制单元，包括被配置用于执行以下步骤的逻辑电路：

在多个角度可变照明的几何构型(300-302)捕获至少一个图像数据集(401， 402，401A，402A)；

基于指示先验知识的控制数据：在所述至少一个图像数据集(401，402，401A，402A)中执行测试对象(499)的再现(1032，1033)与干涉结构(492，493) 的分离；

基于所述分离：识别至少一个图像数据集(401，402，401A，402A)中的分量，其中根据所述测试对象(499)的对象移位(1034)，所述分量相对于角度可变照明的几何构型的变化而进行变化；

基于所述对象移位(1034)：确定所述测试对象(499)的散焦位置；以及基于所述散焦位置：设置所述显微镜(100)的样品台(113)的Z位置(501， 502)。

实施例28.根据实施例27所述的控制单元，其中所述逻辑电路被配置用于执行根据实施例1-15中任意一项所述的方法。

实施例29.一种用于显微镜的控制单元，包括：逻辑电路，被配置用于执行以下步骤：

在多个角度可变照明的几何构型(300-302)捕获至少一个图像数据集(401， 402，401A，402A)；

在所述显微镜(100)的样品台(113)的多个Z位置捕获多个参考图像数据集(401，402，401A，402A)；

识别所述多个参考图像数据集(401，402，401A，402A)中的分量以作为干涉结构(492，493)，所述分量相对于Z位置(501，502)的变化是静态的；

在所述至少一个图像数据集(401，402，401A，402A)中执行所述测试对象(499)的再现(1032，1033)与所识别的干涉结构(492，493)的分离；

基于所述分离：识别所述至少一个图像数据集(401，402，401A，402A) 中的分量，其中根据所述测试对象(499)的对象移位(1034)，所述分量相对于角度可变照明的几何构型的变化而进行变化；

基于所述对象移位(1034)：确定所述测试对象(499)的散焦位置；以及基于所述散焦位置：设置所述显微镜(100)的样品台(113)的Z位置(501， 502)。

实施例30.根据实施例29所述的控制单元，其中所述逻辑电路被配置用于执行根据实施例16-18中任意一项所述的方法。

实施例31.一种用于显微镜的控制单元，包括被配置为用于执行以下步骤的逻辑电路：

在多个角度可变照明的几何构型(300-302)捕获至少一个图像数据集(401， 402，401A，402A)；

识别所述至少一个图像数据集(401，402，401A，402A)中的分量，其中根据测试对象(499)的对象移位(1034)，所述分量相对于角度可变照明的几何构型的变化而进行变化；

基于所述对象移位(1034)：确定所述测试对象(499)的散焦位置；以及基于所述散焦位置：设置所述显微镜(100)的样品台(113)的Z位置(501， 502)；

其中所述方法还包括：

在多次迭代(9010)的连续迭代(9010)之间调整多个角度可变照明的几何构型(300-302)。

实施例32.根据实施例31所述的控制单元，其中，所述逻辑电路被配置为用于执行根据实施例19-22中任意一项所述的方法。

示例33.一种用于显微镜的控制单元，包括：被配置为用于执行以下步骤的逻辑电路：

在多个角度可变照明的几何构型(300-302)捕获至少一个图像数据集(401， 402，401A，402A)；

识别所述至少一个图像数据集(401，402，401A，402A)中的分量，其中根据测试对象(499)的对象移位(1034)，所述分量相对于角度可变照明的几何构型的变化而进行变化；

基于所述对象移位(1034)：确定所述测试对象(499)的散焦位置；以及基于所述散焦位置：设置所述显微镜(100)的样品台(113)的Z位置(501， 502)；

其中所述方法还包括：

基于所述多次迭代(9010)中的两次迭代(9010)所识别的对象移位(1034)：确定所述两次迭代(9010)之间的测试对象(499)的散焦位置的变化；

基于所述显微镜(100)的样品台(113)的控制数据：确定所述两次迭代(9010) 之间的样品台(113)的Z位置(501，502)的变化；以及

将所述散焦位置的变化与所述Z位置(501，502)的变化进行比较。

实施例34.根据实施例33所述的控制单元，其中，所述逻辑电路被配置为用于执行根据实施例23-26中任意一项所述的方法。

不言自明的是，上面介绍的本发明的实施例和方面的特征可以彼此组合。特别地，在不脱离本发明的范围的情况下，这些特征不仅可以用于所介绍的组合，而且还可以用于其它组合或单独使用。

通过实例的方式，上面介绍了各种技术，其中使用原始图像数据集而没有进行预处理。然而，在这种情况下，可以在各种实例中实现预处理。举例来说，可以从图像数据集等的各种像素中减去平均对比度。可以在捕获至少一个图像数据集的上下文中考虑其他预处理技术。

Claims (21)

1.一种用于操作显微镜(100)的方法，所述方法包括：

在多个角度可变照明的几何构型(300-302)捕获至少一个图像数据集(401，402，401A，402A)；

基于指示先验知识的控制数据：在所述至少一个图像数据集(401，402，401A，402A)中执行测试对象(499)的再现(1032，1033)与干涉结构(492，493)的分离；

基于所述分离：识别至少一个图像数据集(401，402，401A，402A)中的分量，其中根据所述测试对象(499)的对象移位(1034)，所述分量相对于角度可变照明的几何构型的变化而进行变化；

基于所述对象移位(1034)：确定所述测试对象(499)的散焦位置；以及

基于所述散焦位置：设置所述显微镜(100)的样品台(113)的Z位置(501，502)；

其中，所述先验知识包括至少一个图像数据集(401，402，401A，402A)中对象移位(1034)的至少一个方向(471-475)。

2.根据权利要求1所述的方法，还包括：

执行所述至少一个图像数据集(401，402，401A，402A)的相互关系(450，450A)；以及

选择对应于所述对象移位(1034)的至少一个方向(471-475)的相互关系(450，450A)的数据点；

其中，基于所选择的数据点来识别所述对象移位(1034)。

3.根据权利要求2所述的方法，还包括：

选择对应于所述至少一个方向(471-475)中的第一方向(471-475)的相互关系(450，450A)的第一数据点；

选择对应于所述至少一个方向(471-475)中的第二方向(471-475)的相互关系(450，450A)的第二数据点；以及

叠加所述第一数据点和第二数据点；

其中，基于所选择的和所叠加的数据点来识别对象移位(1034)。

4.根据权利要求1所述的方法，还包括：

基于所述显微镜(100)的照明模块(111)的光源(121，121-1，121-2，121A，121B)的相对定位来确定对象移位(1034)的至少一个方向(471-475)，所述光源与多个角度可变照明的几何构型(300-302)相关联。

5.根据权利要求1所述的方法，

其中，所述先验知识包括用于对象移位(1034)的搜索区域(456，457，459)。

6.根据权利要求5所述的方法，

其中，在多个角度可变照明的几何构型(300-302)中捕获所述至少一个图像数据集(401，402，401A，402A)，并且与其相关联地重复执行设置所述Z位置(501，502)以进行多次迭代(9010)；

其中，所述先验知识包括根据所述迭代(9010)的搜索区域(456，457，459)。

7.根据权利要求5所述的方法，

其中，所述先验知识包括用于显微镜(100)的成像光学单元(112 )的不同景深范围的搜索区域(456，457，459)。

8.根据权利要求1所述的方法，

其中，所述先验知识包括至少一个图像数据集(401，402，401A，402A)中的干涉结构(492，493)的再现位置和所述测试对象(499)的再现位置中的至少一个。

9.根据权利要求8所述的方法，还包括：

根据所述干涉结构(492，493)的再现位置：将平铺(405，406)应用于所述至少一个图像数据集(401，402，401A，402A)；以及

抑制包含所述干涉结构(492，493)的平铺(405，406)的图像数据集块中的至少一个图像数据集(401，402，401A，402A)的评估。

10.根据权利要求1所述的方法，

其中，所述先验知识包括至少一个图像数据集(401，402，401A，402A)中的所述干涉结构(492，493)的对比度和所述测试对象(499)的再现(1032，1033)的对比度中的至少一个。

11.根据权利要求10所述的方法，还包括：

执行所述至少一个图像数据集(401，402，401A，402A)的相互关系(450，450A)；

识别所述相互关系(450，450A)中的至少一个相互关系最大值(461-463，469)；以及

基于所述干涉结构(492，493)的对比度：丢弃所述至少一个相互关系最大值(461-463，469)。

12.根据权利要求1所述的方法，

其中，所述先验知识包括测试对象(499)的真实空间周期(499A，499B)。

13.根据权利要求1所述的方法，还包括：

从所训练的分类器或所述显微镜的用户界面中的至少一个接收所述控制数据，所述分类器对所述至少一个图像数据集(401，402，401A，402A)进行操作。

14.一种用于操作显微镜(100)的方法，所述方法包括：

在多个角度可变照明的几何构型(300-302)捕获至少一个图像数据集(401，402，401A，402A)；

在所述显微镜(100)的样品台(113)的多个Z位置捕获多个参考图像数据集(401，402，401A，402A)；

识别所述多个参考图像数据集(401，402，401A，402A)中的分量以作为干涉结构(492，493)，所述分量相对于Z位置(501，502)的变化是静态的；

在所述至少一个图像数据集(401，402，401A，402A)中执行测试对象(499)的再现(1032，1033)与所识别的干涉结构(492，493)的分离；

基于所述分离：识别所述至少一个图像数据集(401，402，401A，402A)中的分量，其中根据所述测试对象(499)的对象移位(1034)，所述分量相对于角度可变照明的几何构型的变化而进行变化；

基于所述对象移位(1034)：确定所述测试对象(499)的散焦位置；以及

基于所述散焦位置：设置所述显微镜(100)的样品台(113)的Z位置(501，502)。

15.根据权利要求14所述的方法，其中所述方法还包括：

执行所述至少一个图像数据集(401，402，401A，402A)的相互关系(450，450A)；

执行所述多个参考图像数据集的相互关系(450，450A)；以及

将所述至少一个图像数据集(401，402，401A，402A)的相互关系(450，450A)与所述多个参考图像数据集(401，402，401A，402A)的相互关系(450，450A)进行比较，其中，基于这些比较来识别干涉结构(492，493)。

16.根据权利要求15所述的方法，

其中，在多个角度可变照明的几何构型(300-302)捕获至少一个图像数据集(401，402，401A，402A)，并且与其相关联地重复执行设置所述Z位置(501，502)以进行多次迭代(9010)；

其中，基于所述多次迭代(9010)的一次或多次先前迭代的至少一个图像数据集(401，402，401A，402A)，获得所述多次迭代(9010)的后续迭代(9010)的多个参考图像数据集(401，402，401A，402A)。

17.一种用于操作显微镜(100)的方法，

其中，对于多次迭代(9010)中的每次迭代(9010)，所述方法包括：

在多个角度可变照明的几何构型(300-302)捕获至少一个图像数据集(401，402，401A，402A)；

识别所述至少一个图像数据集(401，402，401A，402A)中的分量，其中根据测试对象(499)的对象移位(1034)，所述分量相对于角度可变照明的几何构型的变化而进行变化；

基于所述对象移位(1034)：确定所述测试对象(499)的散焦位置；以及

基于所述散焦位置：设置所述显微镜(100)的样品台(113)的Z位置(501，502)；

其中所述方法还包括：

在多次迭代(9010)的连续迭代(9010)之间调整多个角度可变照明的几何构型(300-302)。

18.根据权利要求17所述的方法，

其中，所述多个角度可变照明的几何构型(300-302)以这样的方式进行调整：改变所述对象移位(1034)的方向(471-475)或按照所述散焦位置的每个单位长度来改变所述对象移位(1034)的幅度中的至少一个。

19.一种用于操作显微镜(100)的方法，

其中，对于多次迭代(9010)的每次迭代(9010)，所述方法包括：

在多个角度可变照明的几何构型(300-302)捕获至少一个图像数据集(401，402，401A，402A)；

识别所述至少一个图像数据集(401，402，401A，402A)中的分量，其中根据测试对象(499)的对象移位(1034)，所述分量相对于角度可变照明的几何构型的变化而进行变化；

基于所述对象移位(1034)：确定所述测试对象(499)的散焦位置；以及

基于所述散焦位置：设置所述显微镜(100)的样品台(113)的Z位置(501，502)；

其中所述方法还包括：

基于所述多次迭代(9010)中的两次迭代(9010)所识别的对象移位(1034)：确定所述两次迭代(9010)之间的测试对象(499)的散焦位置的变化；

基于所述显微镜(100)的样品台(113)的控制数据：确定所述两次迭代(9010)之间的样品台(113)的Z位置(501，502)的变化；以及

将所述散焦位置的变化与所述Z位置(501，502)的变化进行比较。

20.根据权利要求19所述的方法，

其中，还基于所述显微镜(100)的至少一个光学系统参数(9011)来确定所述测试对象(499)的散焦位置。

21.根据权利要求20所述的方法，还包括：

基于所述比较：对于多次迭代(9010)中的一次或多次后续迭代(9010)，自一致地调整所述至少一个光学系统参数(9011)。

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