CN112799222A - 用于角度可变照明的照明模块 - Google Patents

Abstract

本发明的各种示例涉及一种显微镜装置(90)，其包括具有入射光瞳平面的物镜(112)，并且包括具有多个光源(121、421‑422、425、621‑631)的照明模块(111)，这些光源布置成相互之间间隔一定距离，并且被配置为发光。在一些示例中，提供了漫射滤光器(409)。该漫射滤光器(409)布置在与入射光瞳平面共轭的平面(700)中。作为替代或补充，还可以使用光波导(481‑486)，其将来自所述光源的光引导到所述共轭平面。

Description

用于角度可变照明的照明模块

技术领域

本发明的各种示例涉及角度可变照明技术。各种示例特别涉及可用于角度可变照明的照明模块。

背景技术

对用显微镜装置捕获的图像进行数字分析和/或后处理的技术是已知的。为了通过数字分析和/或后处理获得特别多的信息内容，可以使用角度可变的照明技术。

在角度可变的照明中，样本对象被不同的照明几何结构大面积地或均匀地照明。然后，在每种情况下，为各种照明几何结构捕获相应的图像。然后，可以对这些图像进行分析和/或数字后处理。一种选择是实现自动对焦应用。这在US 2017 167 856 A1或DE 102017 115 021 A1中有所描述。总之，在这种情况下，可以根据由照明几何结构实现的照明方向来确定图像中不同对象点的位移。另一种选择是数字后期处理，例如，通过合并各种图像；以这种方式可获得包含所谓数字对比度的结果图像。举例来说，数字对比度可以是相位梯度对比度或相位对比度。相应的技术在，例如US 2017/276 923 A1中所描述。

可以使用适当的照明模块来实现角度可变的照明。例如，一个示例性照明模块使用发光二极管阵列。在US 2019 146 204 A1中描述了一个示例性实施例。

然而，通过这么做，确定了通过由发光二极管阵列组成的照明模块，在物平面内对样本对象进行大面积照明有时具有一定的局限性。例如，人们观察到，相应的照明可能具有不均匀性，即，例如，发光强度或照明角度随对象平面中的横向位置而发生的变化。

发明内容

因此，需要改进技术以提供角度可变的照明。

在一个示例中，显微镜装置包括物镜。所述物镜具有入射光瞳。此外，所述显微镜装置还包括照明模块。所述照明模块包括多个光源。所述光源布置成相互之间间隔一定距离。所述光源被配置为发射光。

在一些示例中，所述照明模块还包括多个光导。所述光导被配置为将来自所述光源的光引导至与所述物镜的入射光瞳平面共轭的平面(照明平面)。

漫射滤光器可以可选地布置在所述照明平面中。后者可以扩大入射光的光场。

所述照明模块的各种光源可以单独切换。这意味着第一光源可以被打开/关闭，并且不同的，第二光源可以被分别打开/关闭。为此，所述显微镜装置可以包括合适的控制单元，即，例如，执行来自存储器的程序代码的处理器。

所述照明模块也可以称为聚光器。所述照明模块可以实现所谓的科勒照明。在此，所述入射光瞳是指物镜的孔径光阑的图像，对观察者来说，它出现在物镜平面内的光学主轴上(在轴物镜点处)。所述入射光瞳平面布置在所述入射光瞳的相应平面上。所述孔径光阑又是物镜的光阑，它以距光轴上的轴向物点或像点(轴向像点)最小的角度出现。由于所述漫射滤光器布置在与所述入射光瞳平面共轭的照明平面中，因此，所述漫射滤光器也位于所述光瞳平面内或附近。因此，在所述照明平面中的照明的横向位置转换为物镜或对象平面的入口剖面平面中的照明角度。因此，可以实现均匀且大面积的照明。此外，通过打开/关闭不同的光源，可以获得角度可变的照明，其中，使用不同的照明几何结构(具有各自不同的照明方向)。

通常，所述物镜的透镜也可以用作聚光镜。

使用光导可以在所述照明平面内的照明的横向结构中获得特别大的灵活性。举例来说，可以弥补发光二极管阵列的某些结构限制。进而，这可以灵活地在所述对象平面中设置所述照明几何结构。

通过使用所述漫射滤光器，还可以在所述照明平面内的照明的横向结构上获得很大的灵活性。可以使用大面积照明区域。进而，这可以灵活地在所述对象平面中设置所述照明几何结构。

通过所述光导和所述漫射滤光器的可选组合，可以很好地将光送入所述漫射滤光器。进而，允许设置定制的照明区域。进而，这又可以灵活地在所述对象平面中设置所述照明几何结构。

作为一般规则，有各种实现所述光导的选项。在一个示例中，可以将所述光导实施为反射分隔壁之间的空腔。举例来说，没有光可以透射通过所述分隔壁。所述分隔壁可以具有反射性的实施方式。然而，所述分隔壁也可以具有至少部分透光的实施方式。所述分隔壁可以沿着从光源出发的中心光线延伸。

所述光导的另一个示例性实施方式包括光纤。光纤包括在其中引导光的芯。举例来说，所述芯由硅或任何其他固体材料制成。所述芯在外部被折射率随所述芯的变化而变化的材料包围，因此，在从芯到芯的过渡处会产生全内反射。在所述光纤的周围、外部可以附着保护层。例如，可以使用多模光纤，它们可以显示对于不同的真实空间模式的光的全内反射。通常，所述光纤的直径大约为500μm。因此，许多光纤可以彼此紧密地连接。然后，可将所述光纤的一端布置在所述照明平面内或附近，或与所述漫射滤光器相邻。举例来说，可以使用透镜，例如，GRIN透镜，来促进光的有效外耦合。

所述漫射滤光器具有扩大入射光场的功能。所述漫射滤光器可以使平行入射的光线以不同的方向离开所述漫射滤光器。因此，这意味着呈现均匀或更均匀填充的照明角度空间。特别是，这可以减小所述照明平面中的发光强度的真实空间变化性。这进而会在对象平面上产生特别均匀的照明，或者减少不同照明方向的发光强度的变化。此外，可以减少伪影(例如，可能由于位于焦平面外的灰尘颗粒而产生的伪影)，例如，尤其是通过更均匀填充的所述照明角度空间。

在这里，有多种选项来实现所述漫射滤光器的。举例来说，所述漫射滤光器可以用扩散板来实现。所述扩散板可以在所述角度空间中产生随机散射。所述扩散板可以是平坦并且宽的。所述扩散板可以垂直于所述光轴延伸。所述扩散板可具有平行于光轴的厚度，该厚度远小于其垂直于光轴的宽度。由于孔径光阑的原因，从轴对象点和轴图像点观察时，所述扩散板的边缘可能不可见。这些边缘可以由一个或多个侧面或一个圆周侧面形成。所述扩散板可以具有正面，该正面背离对象平面并且具有平行于所述光轴的平面法线。所述扩散板可以具有背面，该背面平行于所述正面布置并且面向所述对象平面。

所述漫射滤光器的另一示例性实施方式包括准晶体。准晶体可以产生确定的散射波瓣(而不是随机散射)。

作为一般规则，所述光导可以将光耦合到所述正面。作为替代或补充，所述光导可以将光耦合到所述圆周侧。然后，光可以在相应的照明区域中照亮所述背面。

在此描述的技术尤其使其可以获得具有清晰的分界线的照明区域。相反，在所述照明区域内的发光强度几乎没有变化。这使得可以实现特别明确定义的照明几何结构。

为了获得不同的照明区域，可以想到所述光导与所述扩散板的不同组合。举例来说，可以使用不同类型的光导，它们根据在扩散板上被照明的区域的大小而不同。这也使得能够获得不同尺寸的照明区域。举例来说，可以使用带有空腔的光导来照明所述扩散板上大的照明区域，而使用光纤来照亮所述扩散板上小的照明区域。

在所述照明平面中大的照明区域会产生一个照明几何结构，该几何结构具有来自所述对象平面中相对较大的立体角范围的照明，而所述照明平面中小的照明区域会产生明确限定的照明方向(即，来自于较小的立体角范围的照明)。

对照明几何结构使用不同的配置又有利于促进角度可变照明应用于不同的应用场景。举例来说，在每种情况下仅具有一个照明方向的照明几何结构可能有助于自动对焦应用；另一方面，从大的立体角范围进行照明的照明几何结构可能有助于生成相位对比图像。

作为一般规则，所述光源可以发射不同波长或具有不同发光光谱的光。这意味着，所述光源可以发出不同色温的光。有时，可以将具有不同发光光谱的多个光源分配给光导。这可以实现的是－例如，根据所述显微镜的操作模式－使用合适的波长或合适的波长范围；举例来说，这可以减少光敏感样本对象的曝光量。然而，可以进行灵活的数字分析/后处理。也可能产生白光。

另一选择涉及将荧光材料与所述漫射滤光器结合使用。这可以实现对光谱的适应。举例来说，这可以产生代表白光的光谱分布。

为了实现所述漫射滤光器的照明区域的特别灵活的变化(并且，因此特别灵活地适应在对象平面中使用的照明几何结构或照明立体角)，可以相对于所述漫射滤光器以可移动的方式布置所述光导。为此，所述显微镜装置可以包括致动器，该致动器被配置为相对于所述漫射滤光器以相对方式定位至少一个光导。为此，所述致动器可以相对于所述显微镜装置的参考坐标系移动至少一个光导和/或所述漫射滤光器。举例来说，可以使用电动机，例如，具有线性驱动或磁性驱动的。作为对所述光导定位的替代或补充，还可以使用光导的变形，特别是弹性变形。举例来说，这可以在所述光导的出口处设置所述光的场宽。作为结果，进而可以改变所述照明区域，特别是在尺寸或形状方面。

为了对所述照明平面内的光分布进行更好地横向结构化，即为了更好地限定所述照明区域，所述扩散板还可以具有反射结构，该反射结构在横向方向(即在入射面或出射面)上延伸。因此，可以从结构上对扩散板的各个段进行限定；作为这个结构限定的结果，例如，可以通过在所述反射结构上的反射，来限定照明区域的横向范围。

原则上－如上所述－并非必须使用所述漫射滤光器。也可以通过例如，所述光导促进光的横向耦合，来实现在所述照明平面中的均匀化照明。换而言之，这意味着光可以在相邻的光导之间交叉。这避免了在所述照明平面中的硬过渡。因此，所述光导可以在真实空间中彼此相邻地布置。举例来说，所述光导可以彼此平行地延伸。举例来说，相邻光导的外边缘可以是接触的。在这样的配置中，特别是，所述光导可以被实施为波导。

通过本文所述的技术，可以辅助所述显微镜装置的各种操作模式。根据所述操作模式，可以实现不同的成像目标。也就是说，例如，可以提取不同的信息内容。举例来说，可以使用自动对焦的操作模式。在此，可能希望将光从良好定义的照明方向，即从小的立体角范围被引导到所述对象平面上。这使得能够从不同照明方向的照明下捕获的图像中观察到被成像对象的急剧位移，并且可以根据位移准确地确定与焦平面的距离，这种位移应该是精确测量的。另一方面，另一种操作模式，可以称为数字对比度操作模式，可能是可取的，即，使用照明几何结构，其中，光在每种情况下从相对较大的立体角范围到达所述对象平面。举例来说，凭借相应的图像，这就可以产生类似于相位对比的结果图像，这些图像在用各自的照明几何结构进行照明的情况下被捕获，并被组合以形成结果图像。最后，明场操作模式将是另一个选择。在此，光可以从所有方向，特别是从通过孔径光阑的所有方向到达所述对象平面。

举例来说，这种依赖于操作驱动光源模式可以如下实现：可以存储参考照明图案。这些可以限定所述照明平面中的照明区域。更精确地说：所述参考照明图案可以根据在所述照明平面中垂直于光轴的横向位置确定所述亮度，即所述照明平面中的光场的结构。根据所述操作方式的不同，可以选择不同的参考照明图案。

然后，可以以这样的方式打开和关闭各种光源，使得所述照明平面中的实际照明模式与参考照明图案尽可能地一致。

举例来说，为此可以使用照明规则。所述照明规则可以指定当打开某个光源时，所述照明平面中的某个照明区域被照亮(或某些其他区域保持黑暗)。可以为所有光源确定这一点。这样，通过对要开启的光源的各个照明区域进行适当的叠加，就可以再现参考照明图案。

所述照明规则还可以限定所述照明区域的发光强度。举例来说，这将允许用不同的电流操作所述光源，以便根据所述参考照明图案获得调节发光强度。

除了所述照明区域的真实空间范围外，所述照明规则还可以限定所述照明区域内的光强度变化。举例来说，这样就可以通过适当的叠加来补偿两个光源的互补光强变化。所述发光强度也可以通过所述照明规则来设置。为此，可以使用例如具有可调占空比的快速接通/断开开关，或者可以设置电流。

可以指定所述照明规则。但是，所述照明规则也可以通过校准来确定。为此，可以分别打开各个光源(反复切换)，并且可以通过聚焦在所述照明平面上的摄像机确定所述照明平面中的照明区域。因此，可以确定(i)所述照明区域的范围，(ii)所述照明区域的发光强度和/或(iii)所述照明区域内的发光强度变化，并且可以将其相应地存储在所述照明规则中。

根据具有互换物镜能力的显微镜装置的物镜，有时可能需要垂直于光轴的不同程度的参考照明图案。这是由于物镜的入射光瞳可能具有不同的范围。出于这个原因，根据所采用的物镜来选择参考照明图案可能是可取的。

显微镜装置的控制单元被配置为从存储器加载程序代码并执行所述程序代码。这导致一种方法被执行。该方法包括从多种操作模式中选择显微镜装置的操作模式。该方法还包括驱动所述显微镜装置的照明模块的多个光源，以便在每种情况下选择性地发光或不发光。在此，所述多个光源配置成彼此隔开一定距离。此外，光被引导进入与物镜的入射光瞳平面共轭的平面，即进入照明平面。漫射滤光器可以位于此处。所述多种操作模式中的操作模式可以包括以下一项或多项：自动对焦、数字对比度和明场显微镜。

计算机程序或计算机程序产品或计算机可读存储介质包括程序代码。后者可以由处理器加载并执行。这导致一种方法被执行。该方法包括从多种操作模式中选择显微镜装置的操作模式。该方法还包括驱动所述显微镜装置的照明模块的多个光源，以便在每种情况下选择性地发光或不发光。在此，所述多个光源配置成彼此隔开一定距离。此外，光被引导进入与物镜的入射光瞳平面共轭的平面，即进入照明平面。漫射滤光器可以位于此处。所述多种操作模式中的操作模式可以包括以下一项或多项：自动对焦、数字对比度和明场显微镜。

在不脱离本发明的范围的情况下，上述指定的特征和以下将要说明的特征不仅可以以各个指定的组合使用，还可以以其他组合或单独使用。

附图说明

图1示意性地示出了根据各种示例的显微镜装置；

图2示意性地示出了根据各种示例的显微镜装置的照明模块的发光二极管阵列；

图3示意性地示出了根据各种示例的在与入射光瞳平面共轭的平面(照明平面)中的发光二极管阵列的发光强度变化或亮度波动；

图4是根据各种示例的方法的流程图；

图5示意性地示出了根据各种示例在照明平面中具有照明区域和暗区域的不同照明模式；

图6示意性地示出了根据各种示例在照明平面中的光导和漫射滤光器；

图7示意性地示出了根据各种示例在照明平面中的光导和漫射滤光器；

图8示意性地示出了根据各种示例每个光导使用多个光源；

图9示意性地示出了根据各种示例在照明平面中作为光纤的光导和漫射滤光器；

图10示意性地示出了根据各种示例在照明平面中的漫射滤光器；

图11示意性地示出了根据各种示例在照明平面中的漫射滤光器。

具体实施方式

下面将参照附图详细描述本发明的实施例。应当理解的是，以下对实施例的描述不应当被解释为狭义的。本发明的范围不旨在由下面描述的实施例或附图所限制，因为它们仅用于说明目的。

附图应被认为是示意性说明，并且附图中图示的元素不必按比例真实地显示。以使本领域技术人员清楚其功能和通用目的的方式示出了各种元件。在附图或本文中描述的功能块、装置、组件或其他物理或功能单元之间的任何连接或耦合，也可以通过间接连接或耦合来实现。组件之间的耦合也可以通过无线连接的方式来建立。可以以硬件、固件、软件或其组合来实现功能块。

下面描述用于提供角度可变的照明技术。这意味着可以将不同的照明几何结构用于对象平面的大面积照明，不同的照明几何结构在入射光的角度上各不相同。

角度可变照明可以均匀地，并在对象平面中的较大区域上形成。这意味着在对象平面的明场区域内，发光强度没有或应该没有明显的变化。作为对象平面内横向位置的函数，光线在物平面内入射的一个或多个立体角，基本上没有变化(对于通过孔径光阑和视场光阑的照明方向)。

基于发现的各个方面，例如，可以通过对照明平面的空间分割来实现角度可变的照明，该照明平面以科勒

方式(共轭)位于物镜的成像光瞳上。角度可变的照明凭借只有部分照明平面，因而只有部分成像瞳孔(imaging pupil)被照亮，来实现的。对于不同的照明几何结构，应该实现在对象平面中成像像场的均匀和完整的照明。为此，有一些技术方法，尽管有缺点：

(i)照明平面内的机械停止：机械开关，因此非常慢，光损耗高。参见，例如，DE102017115021A1。(ii)照明平面中的液晶显示：由于受限于偏振光，因此光损耗高，切换时间长达几毫秒，直到照明调制被设定在一个分段内。(iii)照明平面中的数字微镜装置(DMD)：受限制的集光率，价格昂贵，对比度受限，因为光线在暗处也会在微镜边缘散射。(iv)分段式发光二极管阵列：各个LED之间的网状宽度较大；由于封装紧密，存在散热问题。

本文所述的技术有助于将多个有利方面结合在一起的技术方案。它们是：单个照明区域或照明平面中的多个照明区域的快速电子切换；实现不同的照明区域不需要部件的机械运动；有利于照明平面的完全照明，即，瞳孔中的所有角度范围都可以用于照明，即，避免了“暗网”；在照明区域的数量和实施方式(区域)方面的灵活性，使得也可以在对象平面上提供具有大立体角范围照明的照明几何结构；在特定的实施例中，可以在照明平面中选择用于物镜的各种的成像光学单元的照明模式，例如对被照明区域的大小进行几何优化；单个LED发光单元的简单互换性，对LED(有或没有圆顶)的固有光束成形能力要求很少；在相同的控制界面上，简单地替换以前的参考显微镜装置中的以前的照明。如果每个通道使用多个光源，则另一可选优点在于光谱的简单可控性。特别地，可以设置光谱而不会损害照明的均匀性。

在一些技术中，光导被用于这一目的。为此，由单独的可电子开关的光源所发射的光可以通过光导进入物镜瞳孔的共轭平面(所谓的照明平面)。在此，光导可以以这样的方式体现，使得每个光源(例如发光二极管，LED)发射的光被带到照明平面的在空间上分离的表面元件(照明区域)。这使得照明平面中的不同照明区域可以通过光源的电开关的方式被打开或关闭。

可选地，通过光扩散在光的照射平面上获得角度均匀化，因此可以均匀且完整的照明样本区域，而与照射平面中哪个照射区域通过相关光源的方式开启或关闭无关。举例来说，这可以通过分段漫射器或任何其他漫射滤光器来实现。

图1示意性地示出了根据各种示例的显微镜装置90。显微镜装置90包括控制单元115，例如由CPU或FPGA或ASIC实现。控制单元115被配置为控制显微镜装置的各种其他单元或模块。

因此，显微镜装置90还包括照明模块111，物镜112，样本支架113和检测器114。举例来说，控制单元115可以根据操作模式不同地驱动照明模块111。举例来说，控制单元115可以驱动照明模块111，使得后者在对象平面中实现不同的角度可变照明的照明几何结构。控制单元115可以驱动检测器114分别捕获各种照明几何结构的图像。检测器114可以具有多个检测器元件作为像素。举例来说，可以使用CMOS检测器。然后，控制单元115可以分析和/或后处理这些图像，即，例如，确定样本对象的虚化或将多个图像组合起来以形成具有数字对比度的结果图像。

图2示出了照明模块111的LED阵列的一个示例性实施方式的细节。该LED阵列包括多个LED 121。从图3可以明显看出，多个LED 121的有源区域彼此相距一定距离。这导致照明平面中的发光强度不均匀。如图3所示。

在图3中，沿着图2的线X-X'绘制了照明平面700中的发光强度，作为照明平面700中横向位置(xy平面，垂直于沿z方向的光束传播)的函数。显然，由于LED之间的网状物，在照明平面700中存在发光强度变化(具体参见图3中的垂直箭头)。因此，在照明几何结构可能存在不均匀；作为对象平面中的角度的函数根据物体平面中的角度，发光强度会有不必要的变化。下面描述用于获得较小的发光强度变化的技术。

图4示意性地示出了根据各种示例的方法。图4中的方法可以由处理器执行，例如，借助于从存储器加载程序代码，然后执行。该方法可以由显微镜装置的控制单元的处理器执行，例如图1中的显微镜装置90的控制单元115的处理器。下面示例性地参考这样的实施例。

在图4中用虚线说明了可选步骤。

在可选步骤9000中，初步选择用于操作显微镜装置90的操作模式。示例性的操作模式包括，例如：数字自动对焦、数字对比和明场。举例来说，对于数字自动对焦和数字对比度中的每一个都使用角度可变的照明。然而，对于明场来说并非如此。也可以选择暗场照明作为另一种操作模式。

然后，根据所选择的操作模式，驱动光源121以实现一个或多个照明几何结构，如步骤9001；这意味着，例如，根据操作模式，不同的LED 121被打开和关闭。特别地，根据照明几何结构，可以使用照明平面700中不同的发光强度的横向结构。在这种情况下，各种照明几何结构对应于照明平面700中的各种照明图案。可以依次开启各种照明几何结构，或者复用这些照明几何结构，例如，在频率空间中复用。

然后，在步骤9002中，捕获一个或多个图像，精确地说，至少是来自步骤9001的每个照明几何结构的一个图像。为此，检测器114被适当地驱动和读取。

在可选的步骤9003中存在分析和/或后处理。举例来说，可以确定步骤9002的各个图像中的物体的距离，以用于自动对焦应用。也可以将步骤9002的多个图像组合起来，以获得具有数字对比度的结果图像。通常，在明场成像的情况下，不需要进行分析或后处理。

接下来，在这里描述用于框9000的实施的示例性细节。原则上，有各种可能的变化可以实现步骤9000。例如，根据操作模式，可以加载不同的参考照明图案。参考照明图案是在照明平面700中确定的。参考照明图案700可以规定要在照明平面700中使用的照明区域。

作为示例，在图5中对不同的参考照明图案501-508进行成像(这里，在每种情况下，白色表示照明平面700中的照明区域701，而黑色表示未照明区域702)。在此，在明场照明的情况下，可以选择参考照明图案501。参考照明图案501限定了全区域的照明区域，该区域以横向尺寸709延伸到整个照明平面700内。实施与参考照明图案501相对应的照明模式，使得对象平面从所有可能的角度范围内被均匀地照明。

但是，对于参考照明图案502-504，情况并非如此：在那里，对象平面仅从某些立体角度(参考照明图案502-503的立体角象限和参考照明图案504的立体角的一半)被照亮。

对于参考照明图案502-504，特别是在各照亮区域(照明区域)701和非照明区域702之间的清晰分隔线是清晰可见的。

在根据参考照明图案505和506实现的点状照明区域701时，从明确定义的照明方向照明对象平面。参考照明图案507有助于同时从四个独立的照明方向进行照明。

如参考照明图案508所示，还可以有大面积照明区域701和点状照明区域701的组合。

然后，取决于参考照明图案501-508，可以对光源121进行不同地驱动。这意味着，根据参考照明图案501-508，打开和关闭不同的光源。因此，照明平面700中的实际照明模式至少可以近似于所选择的参考照明图案。

为了实现这一点，可以将分别选择的参考照明图案501-508作为预定照明规则的输入。该照明规则可以根据参考照明图案501-508将照明区域701分配给各种光源121。举例来说，参考照明模糊505-508的点状照明区域701可以各自分配给单独的LED 121。根据参考照明图案501-504、508的平面照明区域701将是可能通过打开一个或多个光源来实现。

通常，由光源获得的照明区域701的大小可以取决于光源的类型(例如，大面积OLED与准直激光二极管相比)和/或可以通过使用合适的光导来设置－具有适当形状的出口面。作为替代或补充，照明区域701的尺寸还可以通过漫射器(如下所述)的特性来设置，例如，通过漫射器的反射结构。

可以根据步骤9009(请参见图4)在单独的校准中确定照明规则。为此，可以测量各种可用的LED 121对照明平面700的照度的影响。为此，可以反复切换各个LED 121。

因此，可以有特别准确的分析和/或特别好的后处理，根据本文所述的各种示例，可以提高照明几何结构的质量。为此，尤其可以避免在照明区域内出现明显的亮度波动，或者在对象平面内的照明几何结构中出现某些照明方向的过度或不足的表示。为了实现这一点呢，可以如图6所示布置。

图6是照明模块111的侧视图(对象平面沿z轴向左偏移，但此处未示出)。在此，使用两个光源421、422。光线由光导400－在此为反射分离壁401-403之间的空腔，即波导－引导至漫射器409，该漫射器400布置在照明平面700中并在照明平面700的整个横向尺寸709上延伸。

由于使用了作为波导的光导400，因此可以在照明平面700中获得特别大的照明区域701，例如，在图6的情况中的一半区域。

特别是，光耦合到漫射器409的前侧409A(背向对象平面)中，并且光在相对的后侧409B(面向对象平面)离开漫射器409。漫射器409使得在各照明区域701内的横向方向的发光强度的变化减小。

可选地，可以配置分隔壁401-403，使得它们不吸收任何光而是反射光。因此，表面可以具有一定的粗糙度，以适当地均匀化入射光在照明平面700中的角度光谱。

漫射器409－或通常是任何其他合适的漫射滤镜－尤其是可以实现避免LED 421-422之间的暗网区域的功能。漫射器409(或通常是漫射滤波器)的另一功能可以是增加光源的发射角度范围(通常，在LED作为光源的情况下不需要这样做，但是在某些情况下，在其他光源的情况下可能需要这样做)。为此，可以以这样的方式选择和安装漫射器409，即由于光在漫射器内的扩散，避免了这种阴影网结果。因此，在需要时，照明平面700可以被完全照明—即，例如，在对应于明场成像的操作模式的情况下；参见图5中的参考照明图案501—并且物镜112的相应光瞳平面可以被完全照亮。

图6中所述的示例可以在其他变型中扩展。图7中示出了相应的示例。在此，有在大面积上耦合到漫射器的LED 421-422与一个或多个局部地附接到漫射器409中的附加的LED425的组合(参见图6)。在此，光导是通过光纤481来实现。

虽然在图7的示例中示出了波导和光纤的组合，但是在其他示例中也可以想到只使用光纤作为光导。

由波导耦合的大面积LED 421-422所带来的照明区域701大于由局部输入的耦合LED 426所引起的照明区域701(例如，参考照明图案502-504与参考照明图案505-507)。

在此，该实现只是一个示例。举例来说，也可以通过合适的光纤，例如，使用GRIN透镜或弹性出射面，获得较大的照明区域701。

另一种选择涉及具有可调节的“浅色”的实施方式。在图8中示出了一个示例。这里，在每种情况下，每个波导(再次由分隔壁401-403限定)都布置有多个LED 421和423，以及422和424。这些具有不同的发射光谱。示例包括：RGB-LED，暖白色和冷白色LED，白光和IR等。也可以在没有光导的情况下使用具有不同发光光谱的多个光源。因此，图8以一般的措辞显示了在每个通道中使用多个光源的方案的示例性实施方式。以这种方式，其可以在本文所述的各种示例中使用。

图9示出了使用光纤481-486作为光导。光纤通常限定相对较小的照明区域701(也参见图7)。

在此，还可以将多个光纤481-486分配给一个LED(图9中未示出)。这样，就可以由每个光源生成相对较大的照明区域701。

光源(图9中未示出)也可以灵活地附接到另一位置(不一定直接附接到显微镜装置90的聚光器)。

在此，光纤481-486不必以排序的方式进行排列－而是在步骤9009(参见图4)的校准中，可以通过记录光纤末端的图像来确定LED的分配，并且可以作为照明规则存储在开关计划中。

实现有利的光导的另一个选择是将LED布置在没有天然的情况下，而是布置一个大的磷光层(或者通常是任何其他荧光材料)的前面，该磷光层是由所有人共享的。这在图10中示出。结果，该磷光层是可选择性地驱动的，次级的，被动的光源(在切换光源421-422之间没有边界)。

虽然上面已经描述了将光耦合到正面409A中的变型，但是在其他变型中，也可以将光输入耦合到圆周面409C－即扩散板409的侧面中，这将是备选的或额外的可能；图11中示出了一个相应的例子。

图11是在照明平面700中的扩散板409的侧视图(顶部)和平面图(底部)。

这里，LED 621-631围绕扩散板同心排列，并照亮圆周面409C。

尽管图11显示了在LED 621-631和圆周面409C之间不使用任何光导变体，但是，在其他例子中也可以使用光导－例如，如上文所述的波导和/或光纤。

图11还示出了扩散板409具有结构601(例如，反射的分隔壁)，这些结构在垂直于光轴的横向方向上布置成使得可以以清晰的分隔线方式产生正方形的照明区域701(例如，参见图5中的参考照明图案502和503)。照明区域可以由结构601灵活地限定。

这种结构601的使用不限于图示的示例，也可以在本文所述的其他示例中使用。

举例来说，结构601可以形成沟槽或金属夹杂物(掺杂)，具有增加的粗糙度的区域，局部回火的区域等。

总之，上面描述了允许在照明平面(即，在与显微镜装置的物镜的入射光瞳共轭的平面中)中定义灵活的照明和非照明区域的技术。

可以想到上述示例的各种变型。

举例来说，光导的使用不是强制性的(例如，也可参见图10和图11)。

此外，有时可以省去在照明平面中的漫射器或通常为漫射滤光器的布置。举例来说，通过利用在光源和照明平面之间的波导的(部分)透光分隔壁(参见图6；分隔壁401-403)，可以使照明平面700中的发光强度和光方向均匀化。这相当于光导之间的横向耦合。分隔壁可以由光散射材料制成，例如，具有粗糙度。

用于在照明平面700中灵活地定位照明区域701中的另一变型是基于使用用于移动或变形导光板的致动器。举例来说，可以使用柔性或弹性波导结构。然后，后者可以是可旋转的和/或可调整尺寸的。例如，可以使用“橡胶”光导，其以扭曲的方式布置在LED和照明平面之间。举例来说，致动器可以调整照明平面处的光出口的横截面，例如，从多边形到圆形等。

本文所述的各种技术基于以下发现，即显微镜装置的集光率由所使用的光源的光学和机械尺寸决定性地确定的。在此，LED是实质上的平面发射器。光被发射到半空间中。在参考实施方式中，该光被收集器光学单元捕获，并作为虚拟的无限光束传输到显微镜的光学传输装置中，直至到达对象。

在显微镜上发生反射光时，集光率对应于物镜光瞳：(在这种情况下，物镜同时是聚光器和检测物镜)。在此，一个LED的圆形直径约为1.5毫米至3毫米。在透射光的情况下，显微镜的场数为23毫米(＝大物场)，同时具有最大可能的数值孔径值范围(以便在尽可能多的物镜中获得计算数字对比度的算法的最佳性能；在实践中：通常可达0.3和0.8之间的数值孔径，在传统管的情况下，通常为0.55)对应的LED表面具有约3毫米至6毫米之间的内切圆直径，以便满足集光率。

Claims (17)

1.显微镜装置(90)，其特征在于，包括：

具有入射光瞳平面的物镜(112)，

照明模块(111)，其包括多个光源(121、421-425、621-631)，所述多个光源布置成相互之间间隔一定距离，而且被配置为发光，并且还包括多个光导(400、481-486)，所述多个光导被配置为将来自所述光源(121、421-422、425、621-631)的光引导至漫射滤光器(409)，以及

所述漫射滤光器(409)，其被布置在与所述入射光瞳平面共轭的平面(700)中。

2.根据权利要求1所述的显微镜装置(90)，其特征在于，其中，所述光导(400)至少部分地体现为反射分隔壁(401-403)之间的空腔。

3.根据权利要求1或2所述的显微镜装置(90)，其特征在于，其中，所述光导(481-486)至少部分地体现为光纤(481-486)。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的显微镜装置(90)，其特征在于，其中，所述漫射滤光器(409)被实施为扩散板(409)。

5.根据权利要求4所述的显微镜装置(90)，其特征在于，

其中，所述多个光导(400、481-486)包括至少一个第一光导(400、481-486)，所述第一光导相对于所述扩散板(409)被配置为使得所述相应的光照亮所述扩散板(409)的第一区域(701)，

其中，所述多个光导(400、481-486)包括至少一个第二光导(400、481-486)，所述第二光导相对于所述扩散板(409)被配置为使得所述相应的光照亮所述扩散板(409)的第二区域(701)，

其中，所述第二区域(701)大于所述第一区域(701)。

6.根据权利要求4或5所述的显微镜装置(90)，其特征在于，

其中，所述多个光导(400、481-486)和/或多个其他光源(621-631)至少部分地布置成使得各自的光通过所述扩散板(409)的圆周侧(409C)耦合到所述扩散板(409)。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的显微镜装置(90)，其特征在于，其中，所述漫射滤光器(409)包括荧光材料。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的显微镜装置(90)，其特征在于，其中，具有不同发光光谱的多个光源(121、421-424)分别被分配给所述多个光导(400、481-486)中的至少一个光导(400、481-486)。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的显微镜装置(90)，其特征在于，所述扩散板(409)包括沿横向延伸的反射结构(601)。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的显微镜装置，其特征在于，还包括：

致动器，其被配置为相对于所述漫射滤光器(409)对所述多个光导(400、481-486)中的至少一个光导(400、481-486)进行定位或变形。

11.显微镜装置(90)，其特征在于，包括：

具有入射光瞳平面的物镜(112)，

照明模块(111)，其包括多个光源(121、421-425、621-631)，所述多个光源布置成相互之间间隔一定距离，并且被配置为发光，并且还包括多个光导(400、481-486)，所述多个光导被配置为将来自所述光源(121、421-422、425、621-631)的光引导至与所述入射光瞳平面共轭的平面(700)，

其中，所述光导(400、481-486)被配置为便于光的交叉耦合。

12.根据权利要求1-11中任一项所述的显微镜装置(90)，其特征在于，还包括：

控制单元(115)，其被配置为根据从多种操作模式中选择的操作模式来驱动所述多个光源(121、421-425、621-631)中的不同光源(121、421-425、621-631)，其中，所述多种操作模式中的操作模式包括以下的一项或多项：自动对焦、数字对比度和明场显微镜。

13.用于控制包括物镜(112)的显微镜装置(90)的方法，其特征在于，其中，该方法包括：

从多种操作模式中选择所述显微镜装置(90)的操作模式，以及

驱动所述显微镜装置(90)的照明模块(111)的多个光源(121、421-425、621-631)，以便在每种情况下有选择地发光或不发光，其中，所述多个光源(121、421-425、621-631)布置成相互之间间隔一定距离，并且所述光被引导至与所述物镜(112)的入射光瞳平面共轭的平面(700)中；

其中，所述多种操作模式中的操作模式包括以下的一项或多项：自动对焦、数字对比度和明场显微镜。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，其中，所述多个光源(121、421-425、621-631)是根据参考照明图案(501-508)被驱动的，所述参考照明图案与所述显微镜装置(90)的不同操作模式相关联，并且在所述共轭平面(700)中被界定。

15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，其中，所选择的参考照明图案(501-508)被用作预定义照明规则的输入，所述预定义照明规则将所述共轭平面(700)中的照亮区域(701)分配给所述光源(121、421-422、425、621-631)。

16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，其中，该方法还包括：

通过迭代地切换所述多个光源(121、421-425、621-631)，并且在每种情况下捕获在所述共轭平面(700)中的关联的照明轮廓来校准所述照明规则。

17.根据权利要求13至16中任一项所述的方法，其特征在于，还包括：根据所述物镜(112)选择参考照明图案。

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