CN110945398B

CN110945398B - 数字化确定焦点位置

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Publication number: CN110945398B
Application number: CN201880045035.3A
Authority: CN
Inventors: 拉尔斯·斯托普; 托马斯·米尔德; 安德里亚·伯纳
Original assignee: Carl Zeiss Microscopy GmbH
Current assignee: Carl Zeiss Microscopy GmbH
Priority date: 2017-07-05
Filing date: 2018-06-21
Publication date: 2022-08-02
Anticipated expiration: 2038-06-21
Also published as: CN110945398A; WO2019007698A1; US20200257101A1; DE102017115021A1; US11460683B2

Abstract

一种光学仪器的光学检测单元(112)配置为在检测器(114)上产生样本对象(150)的图像表示(151、152)。在光学检测单元(112)的光束路径上设置有可调滤光部件(119)，该光束路径定义了图像表示(151、152)。控制器配置为驱动可调滤光部件(119)通过第一滤光模式(301‑308)和第二滤光模式(301‑308)来过滤光束路径的光谱，并且驱动检测器(114)捕获与第一滤光模式(301‑308)相关联的第一图像以及捕获与第二滤光模式(301‑308)相关联的第二图像。控制器还配置为根据第一图像和第二图像来确定样本对象(150)的焦点位置(181)。在此，第一滤光部件(301‑308)定义了第一条线，第二滤光部件(301‑308)定义了第二条线。

Description

数字化确定焦点位置

技术领域

本发明的各种示例通常涉及确定样本对象的焦点位置。具体地，本发明的各种示例涉及根据与用于对光学检测单元的光路的光谱进行滤波的不同滤光模式相关联的多个图像来确定焦点位置。

背景技术

由于各种原因，可能需要确定样本对象沿着光学仪器的光学检测单元的光轴(Z位置或焦点位置)的位置(即样本对象与光学检测单元的焦平面之间的距离)。例如，可以使用确定的焦点位置来将样本对象尽可能地定位在光学检测单元的焦平面上。通过这种方式，可以生成样本对象的清晰图像表示。这被称为自动对焦应用。对于垂直于光轴的物体，可能需要确定垂直于光轴的样本对象的不同点的焦点位置，以便能够聚焦相关的图像片段。还可以根据焦点位置确定样本对象的高度轮廓。

现有技术允许，例如，通过在不同的参考位置上定位样品对象确定焦点位置。然后可以根据样本对象在不同参考位置处的图像表示的清晰度来确定焦点位置。然而，通常只能以有限的精度来确定样本对象的图像表示的清晰度。因此，这种参考实现方式可能相对不准确。

其他现有技术采用干涉测量方法来确定焦点位置。尽管这种技术在确定焦点位置时能够得到相对较高的精度，但是其所对应的设备可能相对复杂且昂贵。另外，可能会严重限制用于焦点检测的捕获区域。

此外，现有技术采用从不同照明方向对样本对象的照明。然后对相应的图像进行数字评估以确定焦点位置。相应的技术例如在DE 10 2014 109 687 A1中有描述。然而，有时可能很难将允许从不同照明方向的结构化照明的照明模块集成到光学仪器中。在远心系统中就是这种情况。

发明内容

因此，需要用于确定样本对象的焦点位置的改进技术。特别是，需要这样的技术，消除至少一些上述的缺点和局限性。

该目的通过独立权利要求的特征来实现。从属专利权利要求的特征定义了实施例。

在一个示例中，一种光学仪器包括光学检测单元。所述光学检测单元被配置为在检测器上产生样本对象的图像表示。该光学仪器还包括检测器和可调滤光部件。所述可调滤光部件设置在所述光学检测单元的光束路径中。所述光束路径定义了所述图像表示。该光学仪器还包括控制器。所述控制器配置为驱动所述可调滤光部件以第一滤光模式和第二滤光模式对光束路径的光谱进行滤光。所述控制器还被配置为驱动所述检测器捕获与第一滤光模式相关联的第一图像，并捕获与第二滤光模式相关联的第二图像。所述控制器还被配置为根据第一图像和第二图像确定所述样本对象的焦点位置。所述第一滤光模式定义第一条线。所述第二滤光模式定义第二条线。

在另一示例中，一种方法包括驱动设置在光束路径中的滤光部件通过第一滤光模式和第二滤光模式对所述光束路径的光谱进行滤波，该光束路径定义了样本对象的图像表示。该方法还包括驱动检测器捕获与所述第一滤光模式相关联的第一图像，以及捕获与所述第二滤光模式相关联的第二图像。该方法还包括根据所述第一图像和所述第二图像确定所述样本对象的焦点位置。所述第一滤光模式定义了第一条线。所述第二滤光模式定义了第二条线。

在另一示例中，一种计算机程序产品包括可由至少一个计算单元执行的程序代码。执行所述程序代码使至少一个计算单元执行一种方法。该方法包括驱动设置在光束路径中的滤光部件通过第一滤光模式和第二滤光模式对所述光束路径的光谱进行滤波，该光束路径定义了样本对象的图像表示。该方法还包括驱动检测器捕获与所述第一滤光模式相关联的第一图像，以及捕获与所述第二滤光模式相关联的第二图像。该方法还包括根据所述第一图像和所述第二图像确定所述样本对象的焦点位置。所述第一滤光模式定义了第一条线。所述第二滤光模式定义了第二条线。

在一个示例中，一种光学仪器包括光学检测单元。所述光学检测单元被配置为在检测器上产生样本对象的图像表示。该光学仪器还包括检测器和可调滤光部件。所述可调滤光部件设置在所述光学检测单元的光束路径中。所述光束路径定义了所述图像表示。该光学仪器还包括控制器。所述控制器被配置为驱动所述可调滤光部件过滤所述光束路径的相对于所述检测器的传感器表面具有第一角度的，和相对于所述传感器表面具有第二角度的光线。所述控制器还被配置为驱动所述检测器捕获与具有所述第一角度的所述光线相关联的第一图像，并捕获与具有所述第二角度的所述光线相关联的第二图像。所述控制器还被配置为根据所述第一图像和所述第二图像确定所述样本对象的焦点位置。

在另一示例中，一种方法包括驱动滤光部件。所述滤光部件设置在光束路径中，该光束路径定义了样本对象的图像表示。执行驱动过滤光束路径的相对于检测器的传感器表面具有第一角度的，和相对于传感器表面具有第二角度的光线。该方法还包括驱动所述检测器捕获与具有所述第一角度的所述光线相关联的第一图像；并捕获与具有所述第二角度的所述光线相关联的第二图像。该方法还包括根据所述第一图像和所述第二图像确定所述样本对象的焦点位置。

在另一示例中，一种计算机程序产品，包括可由至少一个计算单元执行的程序代码。执行所述程序代码使至少一个计算单元执行一种方法。该方法包括驱动滤光部件。所述滤光部件设置在光束路径中，该光束路径定义了样本对象的图像表示。执行驱动过滤光束路径的相对于检测器的传感器表面具有第一角度的，和相对于传感器表面具有第二角度的光线。该方法还包括驱动所述检测器捕获与具有所述第一角度的所述光线相关联的第一图像；并捕获与具有所述第二角度的所述光线相关联的第二图像。该方法还包括根据所述第一图像和所述第二图像确定所述样本对象的焦点位置。

在另一示例中，一种计算机程序产品包括可由至少一个计算单元执行的程序代码。执行所述程序代码使至少一个计算单元执行一种方法。该方法包括驱动滤光部件。所述滤光部件设置在光束路径中，该光束路径定义了样本对象的图像表示。执行驱动过滤光束路径的相对于检测器的传感器表面具有第一角度的，和相对于传感器表面具有第二角度的光线。该方法还包括驱动所述检测器捕获与具有所述第一角度的所述光线相关联的第一图像；并捕获与具有所述第二角度的所述光线相关联的第二图像。该方法还包括根据所述第一图像和所述第二图像确定所述样本对象的焦点位置。

在不超出本发明保护范围的情况下，上述特征和下面描述的特征不仅可以在明确列出的相应组合使用，还可以在进一步的组合或单独使用。

附图说明

图1所示为各种示例的光学仪器；

图2所示为根据各种示例的光学仪器的具有可调滤光部件的光学检测单元；

图3所示为由滤光元件实现的示例性滤光模式；

图4所示为由滤光元件实现的示例性滤光模式；

图5所示为由滤光元件实现的示例性滤光模式；

图6所示为由滤光元件实现的示例性滤光模式；

图7所示为各种示例中与不同的滤光模式相关联的图像；

图8所示为各种示例中与不同的滤光模式相关联的图像；

图9所示为各种示例中与光学仪器的控制器相关的各方面；

图10所示为一种示例性方法的流程图；

图11-13所示为通过不同的滤光模式被滤光的光束路径的射线。

具体实施方式

通过以下示例性实施例的描述，本发明的上述特性、特征和优点以及实现这些特性和优点的方式将变得更加清晰和易于理解，并将通过附图对这些示例性实施例进行更详细的说明。

下面根据优选实施例并参考附图更详细地解释本发明。在附图中，相同的附图标记表示相同或相似的元件。这些附图是本发明不同实施例的示意图。附图中所示的元素未必按比例绘制。而是以本领域技术人员可以理解其功能和通用性的方式来描绘图中所示的各种元件。如图所示的功能单元和元件之间的连接和耦合也可以实现为间接连接或耦合。可以以有线或无线方式实现连接或耦合。可以通过硬件，软件或硬件和软件的组合的方式实现功能单元。

下面将描述用于确定样本对象的焦点位置的技术。焦点位置通常描述焦平面和样本对象之间在平行于光轴方向，即在Z方向上的距离。可以根据确定的焦点位置来实现各种应用。例如，可以实现自动对焦应用。这意味着，根据确定的焦点位置，例如，可以通过机械方式操作，并且可释放地将待调节的样本对象以平行于光学检测单元的光轴的方式固定在样品支架上，从而将样本对象设置在光学检测单元的焦平面中。该运动的距离可以对应焦点位置。可得益于本文中描述的确定焦点位置的技术的另一个应用是创建样本对象的高度轮廓。例如，样本对象能垂直于光轴(横向平面，XY平面)显著延伸，也可以在横向平面具有拓扑，即焦点位置随横向平面内位置的变化。这可以通过确定横向平面内不同位置的焦点位置的空间分辨来捕获，并且创建相应的高度轮廓。从本文描述的确定焦点位置的技术受益的另一应用是在移动样本对象的情况下跟踪焦点位置。例如，在生物细胞培养的情况下，可以通过重复确定焦点位置来跟踪单个细胞的运动，并且可以实现连续的自动聚焦应用。

本文所述的技术使得能够在较大捕获区域内确定样本对象的焦点位置。这意味着，即使对于以相对散焦的方式设置的样本对象，也可以可靠地确定其焦点位置。此外，本文所述的技术使得能够快速确定样本对象的焦点位置；可以在特别短的时间段内，例如在毫秒内，可靠地确定样品物体的焦点位置。例如，这使得操作与光学仪器并行，例如显微镜。可以对移动样本进行长期测量。

本文所述的示例基于不同图像的数字评估。不同的图像对应于所选择的不同角度，来自样本对象的光以该角度入射到检测器的传感器表面。

本文所述技术的各种示例基于光学仪器的光学检测单元的光瞳平面内或其附近的样本对象的成像光谱的振幅滤波。这对应于过滤光线入射到检测器的传感器表面的特定角度；即，各个光线根据它们相对于传感器表面的角度选择性地透射。使用不同的滤光模式，对于每个滤光模式，通过检测器捕获相关图像。然后比较不同的图像以确定焦点位置。

本文所述的各种示例可以使用不同的滤光模式。例如，每个滤光模式可以定义至少一个由不透明区域包围的透光区域。例如，透光区域可以设置在与光束路径的光轴相距一定距离处，该距离由光学检测单元定义，即可以设置在离轴处。在一些示例中，可以将透光区域配置为线形，即相应的滤光模式定义了线。只有在狭窄的角度范围内有角度的光线才会被透射。所使用的滤光模式可以彼此转换，例如，通过沿着向量平移的方式。滤光模式也可以实现为振幅掩模。但是，滤光模式不一定要实现为振幅掩模。也可以使用具有多个像素的液晶显示器或微镜器件(DMD)或激光扫描仪进行过滤。

当使用适当的滤光模式时(例如，滤光模式具有离轴设置的线形透光区域)，以散焦方式设置的样本对象将表示为偏移。如果捕获了与不同滤光模式相关联的两个图像，则可以从这两个图像中样本对象的成像位置的距离确定焦点位置。

图1所示为示例性光学仪器100。例如，根据图1所示的光学仪器100可以实现光学显微镜，例如以透射光的几何形状。光学仪器100也可以实现激光扫描显微镜或荧光显微镜。该光学仪器100使得能够放大由样本支架113固定的样本对象的小结构的表示。光学检测单元112配置为在检测器114上产生样本对象的图像表示。这种情况下，检测器114可以配置为检测样本对象的一个或多个图像。也可以通过目镜观察。

照明模块111配置为照明固定在样品支架113上的样品物体。例如，可以通过科勒照明来实现该照明。在这里，使用聚光镜和聚光镜光阑。这导致用于照明目的的光在样品对象的平面上的强度分布特别均匀。例如，可以实现非相干照明。

控制器115用于驱动光学仪器100的各种组件111-114。例如，控制器115可以配置为驱动样本支架113的电机以实现自动聚焦应用。例如，控制器115可以实现为微处理器或微控制器。例如，作为备选方案或附加方案，控制器115可以包括FPGA或ASIC。

图2示出了与光学检测单元112相关的各方面。图2示出了具有可调滤光部件119的检测单元112的示例性实施方式。滤光部件119设置在光束路径135的共轭平面区域内，即接近或靠近光束路径135的光瞳平面。因此，对光束路径135的频谱(空间频率)进行滤波。在实际空间中，这相当于选择了不同的角度138、139，在该角度下，光线沿着来自样本对象150的相应光线131、132入射到传感器表面211。滤光部件119也形成孔径光阑。光束路径135是通过透镜202、203实现的。

图2示出了从以散焦的方式设置的样本对象150发出的光束路径135的光线131、132，通过光学检测单元112到达检测器114，即检测器114的传感器表面211。光线131(在图2中以虚线表示)在此对应于滤光模式301，其定义了在X方向上延伸的第一透光区域381，而光线132(在图2中以虚线表示)对应于滤光模式302，其定义了在X方向上延伸的第二透光区域382。样本对象150以散焦的方式设置，并且具有不等于零的焦点位置181。因此，光线以不同的角度138、139(角度选择检测)入射在传感器表面211上。另外，样本对象150的图像表示151、152彼此间隔开。

由于焦点位置181不为零，即样本对象150的位置沿光轴130距光学检测单元112的焦平面201的距离，由光线131、132产生的样本对象150的图像表示151、152以间隔距离182的方式定位在传感器表面211上。这里，距离182取决于焦点位置181：

其中，Δz表示焦点位置181，Δx表示距离182，

表示孔径光阑的直径，Δk表示滤光模式301、302的透光区域之间的距离，m表示光学检测单元112的放大倍率，NA表示基于斜入射角138、139的校正值。NA可以根据经验或通过光束路径计算来确定。

该公式为近似值。在一些示例中，可以进一步考虑入射角138、139与焦点位置181的依赖关系，即Δz。这种依赖性关系可以是系统特定的。

原则上，在各种示例中能够定义特别薄的透光区域381、382，即在X方向上的小延伸。当确定距离182，并由此确定焦点位置181时，可以实现特别高的准确性。另一方面，传感器表面211上的光强度由于X方向上的透光区域较小而降低。因此，可以在强度和准确性之间取得平衡。从图2还可以明显看出，没有检测到样本对象150衍射的光的零阶；因此，强度相对较低。

图2是滤光模式301、302的一维示意图。然而，在一些示例中，也可以使用具有二维延伸的滤光模式，即在XY平面中延伸的滤光模式。

图3示出了与示例性滤光模式301、302相关的各方面。在图3的示例中，滤光模式301定义了一条线，滤光模式302定义了另一条线。通过沿着向量350平移，可以将滤光模式301转换为滤光模式302。滤光模式301、302的线沿着它们的整个长度是平行的。通常，也可以使用仅沿其部分长度相互平行的线，例如沿着它们长度的至少50％或至少80％。这样，可以确保更灵活的选择滤光模式301、302。

从图3可以看出，滤光模式301、302的线相对于光轴130呈离轴排列。因此，向量350的长度可以被最大化，由此，图像表示151、152之间的距离182可以被最大化。这样，可以再次特别可靠地确定焦点位置181。

使用可以通过沿向量350平移的方式相互转换的滤光模式301、302，可以获得图像表示151、152的一维间距。距离182平行于向量350。由此可以特别简单地确定焦点位置181，特别是与使用不同滤波模式的技术相比，这些模式不能通过简单转换而彼此转换。但是，在一些示例中可以使用这种复杂的滤光模式--例如可以通过旋转或失真的方式将其转换为另一个模式。

图4示出了与示例性滤光模式303、304相关的各方面。在图4的示例中，滤光模式还定义了线。同样，在上述线的中心区域可以通过沿着向量350平移的方式使滤光模式303、304相互转换。

图5示出了与示例性滤光模式305、306相关的各方面。滤光模式305、306在图5的示例中也定义了线。这些线是由多个孔(针孔)形成的，这些孔的排列方式使它们彼此间隔开。通过沿着向量350平移，可以将滤光模式305转换为滤光模式306。

图6示出了与示例性滤光模式307、308相关的各方面。在图6的示例中滤光模式307、308也定义了线，其中，所述滤光模式307、308的线是弯曲的，这与滤光模式301-306的直线不同。通过沿着向量350平移，可以将滤光模式307转换为滤光模式308。

如上面在图3-6中所讨论的，不同的滤光模式301-308可以通过滤光部件119的多种硬件实现来实现。例如，可以通过具有单一透光区域的滤光轮实现滤光部件119，例如以直线的形式；在这种情况下，可以在滤光轮设置为0°时定义第一滤光模式；在滤光轮设置为180°时定义第二滤光模式。滤光部件119的其他硬件实现的例子包括数字微镜装置(DMD)、液晶过滤器或可移动或可互换的滤板。通过这种方式，可以提供特定的滤光部件，这些滤光部件配置成对光线进行振幅滤波。

图7示出了与使用检测器114捕获的图像401、402相关的各方面。这里，图像401对应使用滤光模式301对检测器114的传感器表面211照明。图像402对应于使用滤光模式302(比较图2和图3)对检测器114的传感器表面211的照明。图像402还显示了距离182。由于使用了滤光模式301、302，使得图像401、402的分辨率相对较低。

可以对图像401、402进行预处理。例如，对于每个图像点，可以从对应的对比度值中减去所有图像点的平均对比度值，即进行归一化。I_m′＝|I_m-<I>|，其中，m表示不同的图像点，I表示相应的对比度值。

在本文所述的各种示例中，可以根据图像401和图像402确定样本对象150的焦点位置181。特别是，可以根据图像401中样本对象150的图像表示151的位置与图像402中样本对象150的图像表示152的位置的距离182确定焦点位置181。例如，参见上面的公式。

根据样本对象150结构的复杂性，可能需要使用适当的技术来确定距离182。例如，在相对简单的情况下，可以执行对象检测，以确定在相应图像401、402中样本对象的图像表示151、152的位置。作为对象检测的一部分，例如，可以将相应图像401、402的局部对比度值与平均对比度值进行比较。可以进行边缘检测。同样，可以执行界标检测。例如，样本对象可以表现出已知先验的特别标记的结构，这样的结构可以被标识为界标检测的一部分。图像401、402的一维或二维相关性同样是可能的。例如，可以考虑向量350的方向：由于向量350的方向，已知图像表示151、152的位置也在X方向上间隔开。因此，可以对图像401、402在Y方向上的不同图像点的对比度值进行平均，从而得到一维图像411、412(参见图8)。然后在X方向上对所述图像411、412进行一维相关以确定距离182。通常，这种技术可用于降低信号噪声，并且，可以特别准确地确定距离182，进而确定焦点位置181。通常，在确定距离182时，由于自由度的减少(例如考虑向量350的方向)，可以获得更高的精度。

图9示出了与控制器115相关的各方面。控制器115包括计算单元501，例如微处理器、FPGA或ASIC。此外，控制器115还包括存储器502，例如非易失性存储器。程序代码可能存储在存储器502中。程序代码可以由计算单元501加载并执行。在这种情况下，正如本文的示例所描述的，可以将计算单元501配置为根据程序代码执行确定焦点位置的技术。举例来说，可以将计算单元501配置为执行如图10所示的流程图的方法。

图10是一个示例性方法的流程图。首先，在方框1001中，驱动滤光部件以第一滤光模式对来自样本对象的光进行滤光。在方框1002中，捕获第一图像。第一图像是在方框1002中使用第一滤光模式进行滤光的过程中捕获的。可以将第一滤光模式设置在光学检测单元的共轭平面区域中，其定义了光的光束路径，使得尽管进行了滤光，但真实空间中的第一图像仍包含了样本对象在特定位置的完整图像表示。具体位置取决于样本对象的焦点位置，即样本对象与由光学检测单元定义的焦平面之间的距离。用第一滤光模式进行滤光对应于光束路径的光线的选择性透射，该光束路径与检测器的传感器表面具有对应的角度。

接下来，在方框1003中，驱动滤光部件以第二滤光模式滤光。在方框1004中，捕获第二图像。在使用方框1004中的第二滤光模式进行滤光期间捕获第二图像。所述第二滤光模式可再次设置在所述光学检测单元的共轭平面区域内，其结果是所述第二图像还包括样本对象在相应位置的完整的图像表示。这个位置也依赖于样本对象的焦点位置。用第二滤光模式进行滤光对应于光束路径的光线的选择性透射，该光束路径的光线同样具有与检测器的传感器表面对应的角度。

根据方框1002中的第一图像和方框1004的第二图像，可以在方框1005中确定焦点位置。特别是，在方框1005中，可以根据前述的公式，在第一图像和第二图像中考虑样本对象的图像表示的位置之间的距离。

在一些情况下，就时间而言，方框1001、1002、1003和1004可以至少部分地并行执行。例如，通过第一滤光模式进行滤光可以定义允许光在第一波长范围内传输的光透射区；相应地，通过第二滤光模式进行滤光可以定义允许光在第二波长范围内传输的进一步的光透射区。第一波长范围和第二波长范围可以不同。这样，与第一滤光模式相关联的光和与第二滤光模式相关联的光可以被波长分开。如果使用波长分辨检测器(例如，红色，绿色，蓝色传感器)，则可能在时间上并行地捕获第一图像和第二图像，或者在用第一滤波模式和第二滤波模式进行滤波的之间，不对滤光部件进行重新配置。因此，可以缩短确定焦点位置所需的时间。这有助于快速自动对焦的应用。此外，还可以减少捕获第一图像和第二图像之间的时间周期，从而减少运动伪影或时间漂移。

虽然上面已经描述了通过不同的波长或颜色对被第一滤光模式或第二滤光模式过滤过的光进行编码的过程，但是在其他示例中，也可以替代地或另外通过不同的极化来实现这种编码。

在本文描述的各种示例中，说明了如何根据距离182来确定样本对象的焦点位置181。在这里，样本对象可以沿着光轴130移位，即相对于焦平面201沿Z方向间隔开地设置。同样地，样本对象150相对于光轴130在X方向或Y方向上具有一定距离。这在图11-13中示出。在图11中，样本对象150被设置在焦平面201中，即Δz＝0，Δx＝0。在图12中，原则上对应于图2，Δz＜0和Δx＝0。在图13中，Δz＜0和Δx＜0。

总之，上面已经描述了能够确定样本对象的焦点位置的技术。这样就可能实现快速自动对焦应用，甚至单镜头自动对焦应用。这样就避免了运动伪影，并且可以实现实时快速对焦。例如，还可以驱动用户界面根据确定的焦点位置输出用户指令。例如，可以指示样品支架的调整方向，该方向由用户驱动，以实现聚焦。这对于手动调节的样品支架很有帮助。特别是，与使用从不同照明方向进行结构化照明的照明模块的技术相比，可以降低硬件的复杂性。本文描述的技术可以通过这种方式用于各种各样的应用。此外，可以确定非远心系统的焦点位置，其中不需要记录z堆栈。用于确定焦点位置的拍摄区域是可调节的，特别是可以使用相对较小的透光区域。

上述技术是基于对光束路径的共轭平面附近的光谱进行滤波。互补滤光模式用于滤波，以产生样本对象在相应图像中的图像表示的位置之间的距离。这对应于在捕获不同的图像时，检测器的传感器表面照明的不同角度的选择，即使用角度选择检测。然后可以根据距离确定焦点位置。

不言而喻，上述实施例的特征和本发明的各个方面可以相互组合。特别是，这些特征不仅可以用于所述的组合，还可用于其他组合或者单独使用，而不脱离本发明的范围。

例如，上面举例说明了使用平面样本对象的示例。但是，可以使用在XY平面上延伸的，显示拓扑的样本对象。

Claims

1.一种光学仪器（100），包括：

光学检测单元（112），其被配置为在检测器（114）上产生样本对象（150）的图像表示（151、152），

所述检测器（114），

可调滤光部件（119），其设置在所述光学检测单元（112）的光束路径（135）中，所述光束路径定义了所述图像表示（151、152），以及

控制器（115），其被配置为驱动所述可调滤光部件（119）以第一滤光模式和第二滤光模式对所述光束路径（135）的光谱进行滤波，并且驱动所述检测器（114）以捕获与所述第一滤光模式相关的第一图像（401、402），并捕获与所述第二滤光模式相关的第二图像（401、402），

所述第一滤光模式和所述第二滤光模式具有离轴布置的线形透光区域，

所述光学检测单元（112）的光轴（130）不穿过所述线形透光区域，

其中，所述控制器（115）还被配置为根据所述第一图像（401、402）和所述第二图像（401、402）确定所述样本对象（150）的焦点位置（181），

其中，所述第一滤光模式定义了第一条线，以及

其中，所述第二滤光模式定义了第二条线。

2.根据权利要求1所述的光学仪器（100），其特征在于，所述控制器（115）还被配置为驱动所述光学仪器的用户界面，从而根据所述焦点位置（181）输出用户指令。

3.根据权利要求1所述的光学仪器（100），其特征在于，所述控制器（115）被配置为确定所述第一图像（401、402）中的样本对象（150）的图像表示（151、152）的位置与所述第二图像（401、402）中的样本对象（150）的图像表示（151、152）的位置之间的距离（182），

其中，所述控制器（115）还被配置为根据所述距离（182）确定所述焦点位置（181）。

4.根据权利要求3所述的光学仪器（100），其特征在于，所述控制器（115）被配置为根据以下一种或多种技术来确定所述距离（182）：所述第一图像与所述第二图像的一维或二维相关（401、402）；对所述第一图像（401、402）和所述第二图像（401、402）中的所述样本对象（150）进行对象检测；以及所述第一图像（401、402）和所述第二图像（401、402）中的界标检测。

5.根据权利要求1所述的光学仪器（100），其特征在于，通过沿着向量（350）平移，可以将所述第一滤光模式转换为所述第二滤光模式。

6.根据权利要求5所述的光学仪器（100），其特征在于，所述控制器（115）配置为确定所述第一图像（401、402）中的所述样本对象（150）的图像表示（151、152）的位置与所述第二图像（401、402）中的所述样本对象（150）的图像表示（151、152）的位置的距离（182），

所述控制器（115）还被配置为根据所述距离（182）确定所述焦点位置（181），

所述控制器（115）配置为根据所述向量（350）的方向确定所述距离（182）。

7.根据权利要求1所述的光学仪器（100），其特征在于，所述第一条线平行于第二条线延伸其长度的至少50％。

8.根据权利要求1所述的光学仪器（100），其特征在于，所述滤光部件（119）为下列组中的一项：滤光轮、数字微镜设备、液晶滤光片、可移动滤板和振幅滤光部件。

9.根据权利要求1所述的光学仪器（100），其特征在于，所述第一滤光模式允许在第一波长范围内和/或具有第一偏振的光的透射，

所述第二滤光模式允许在第二波长范围内和/或具有第二偏振的光的透射，

所述第一波长范围或所述第一偏振不同于所述第二波长范围或所述第二偏振，

所述第一图像（400、402）代表所述第一波长范围，所述第二图像（401、402）代表所述第二波长范围。

10.根据权利要求1所述的光学仪器（100），其特征在于，所述第一滤光模式的第一条线和/或所述第二滤光模式的第二条线由多个孔形成，其中，所述孔彼此间隔地设置。

11.根据权利要求1所述的光学仪器（100），其特征在于，所述第一滤光模式的第一条线为直线或曲线。

12.根据权利要求1所述的光学仪器（100），其特征在于，所述第二滤光模式的第二条线为直线或曲线。

13.一种用于确定样本对象的焦点位置的方法，包括：

驱动设置在光束路径（135）中的滤光部件（119）通过第一滤光模式和第二滤光模式对所述光束路径（135）的光谱进行滤波，该滤光部件定义了样本对象（150）的图像表示（151、152），

驱动检测器（114）捕获与所述第一滤光模式相关的第一图像（401、402），并捕获与所述第二滤光模式相关的第二图像（401、402），

所述第一滤光模式和所述第二滤光模式具有离轴布置的线形透光区域，所述光束路径（135）的中心轴线不穿过所述线形透光区域，

根据所述第一图像（401、402）和所述第二图像（401、402）确定所述样本对象（150）的焦点位置（181），

其中，所述第一滤光模式定义了第一条线，所述第二滤光模式定义了第二条线。

14.一种光学仪器（100），包括：

检测器（114），

设置在所述光学检测单元（112）的光束路径（135）中的可调滤光部件（119），所述光束路径定义了所述图像表示（151、152），以及

控制器（115），其被配置为驱动所述可调滤光部件（119）过滤所述光束路径（135）的相对于所述检测器（114）的传感器表面（211）具有第一角度（381）的，和相对于所述传感器表面（211）具有第二角度（138、139）的光线（131、132），

其中，所述控制器还被配置为驱动所述检测器（114）捕获与具有所述第一角度（138，139）的所述光线（131、132）相关联的第一图像（401、402），并捕获与具有所述第二角度（138，139）的所述光线（131，132）相关联的第二图像（401、402），

其中，所述可调滤光部件（119）具有离轴布置的线形透光区域，所述光学检测单元（112）的光轴（130）不穿过所述线形透光区域，

其中，所述控制器（115）还被配置为根据所述第一图像（401、402）和所述第二图像（401、402）确定所述样本对象（150）的焦点位置（181）。

15.一种用于确定样本对象的焦点位置的方法，包括：

驱动设置在光束路径（135）中的滤光部件（119）过滤所述光束路径（135）的相对于检测器（114）的传感器表面（211）具有第一角度（381）的，和相对于传感器表面（211）具有第二角度（138、139）的光线（131、132），该滤光部件定义了样本对象（150）的图像表示（151、152），所述滤光部件（119）具有离轴布置的线形透光区域，所述光束路径（135）的中心轴线不穿过所述线形透光区域，

驱动所述检测器（114）捕获与具有所述第一角度（138、139）的所述光线（131、132）相关联的第一图像（401、402），并捕获与具有所述第二角度（138、139）的所述光线（131、132）相关联的第二图像（401、402），以及

根据所述第一图像（401、402）和所述第二图像（401、402）确定所述样本对象（150）的焦点位置（181）。