DE102005039249A1

DE102005039249A1 - Optical scanning method e.g. for sample, involves having adjustment unit as well as scanning device according to which sample is subjected to control system by means of adjustment unit and being opposite scanning device

Info

Publication number: DE102005039249A1
Application number: DE200510039249
Authority: DE
Inventors: Vasant Dr. Desai
Original assignee: Olympus Soft Imaging Solutions GmbH
Current assignee: Evident Technology Center Europe GmbH
Priority date: 2005-08-19
Filing date: 2005-08-19
Publication date: 2007-02-22

Abstract

The method involves having an adjustment unit as well as a scanning device (4, 5), according to which a sample is subjected to a control system by means of the adjustment unit and being opposite the scanning device. The scanning device moves, either in reverse, and according to which the scanning device allows frames in the control system to be built up for an overall view. On the sample, a reference sample (11) is illustrated of given size and shape, so that from deviations, a reference sample picture of a reference sample target picture on the sample topology is provided. An independent claim is included for a scanning device.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur optischen Abtastung einer Probe, mit einer Verstelleinheit sowie einer Abtasteinrichtung, wonach die Probe mittels der von einer Steueranlage beaufschlagten Verstelleinheit gegenüber der Abtasteinrichtung bewegt wird, oder umgekehrt, und wonach auf diese Weise mit der Abtasteinrichtung gewonnene Einzelbilder in der Steueranlage zu wenigstens einem Gesamtbild zusammengesetzt werden.The Invention relates to a method for optically scanning a sample, with an adjusting unit and a scanning device, which the sample by means of the acted upon by a control unit adjustment across from the scanning device is moved, or vice versa, and then on in this way with the scanner obtained frames in the control system to at least one overall picture composed become.

Die Verstelleinheit sorgt im Allgemeinen dafür, dass die Probe in X-/Y-Richtung bewegt wird und ggf. zusätzlich die Abtasteinrichtung bzw. deren Optikeinheit eine Verstellung in Z-Richtung erfährt. Dadurch wird eine Fokussierung erreicht. Grundsätzlich ist es aber auch möglich, nicht die Probe (in X-/Y-Richtung) zu bewegen, sondern vielmehr die Abtasteinrichtung. Dann sorgt die Verstelleinheit dafür, dass die Abtasteinrichtung in sämtlichen drei Raumrichtungen (X-,Y- und Z-Richtung) eine Verstellung erfährt und die Probe fokussiert sowie aufnimmt bzw. deren Einzelbilder erfasst. Das kommt einer Filmaufnahme der Probe gleich, zumal das insgesamt gewonnene Gesamtbild grundsätzlich als Standbild oder Laufbild im Sinne eines Filmes ausgeführt sein kann.The Adjustment unit generally ensures that the sample in the X / Y direction is moved and possibly in addition the scanning device or its optical unit an adjustment in Z direction experiences. This achieves a focus. In principle, it is also possible, not to move the sample (in X / Y direction), but rather the scanner. Then the adjusting unit ensures that the scanning device in all three spatial directions (X, Y and Z direction) undergoes an adjustment and the sample focuses as well as captures or their individual images detected. This is like watching a film of the rehearsal, especially since overall picture gained basically as a still or moving picture in the sense of a film can be.

In der Regel wird die Probe zumeist hinsichtlich ihrer Transmission untersucht, wenngleich grundsätzlich auch Reflexionsmessungen möglich sind und umfasst werden. Sofern das Absorptionsvermögen der Probe ausgewertet werden soll, wird man diese meistens mit einer (Weißlicht-)Quelle durchleuchten und zugehörige Transmissionswerte erfassen. Bei den Proben handelt es sich nicht einschränkend um biologische Schnitte, Schnitte durch Werkstoffe etc.In Usually, the sample is mostly in terms of their transmission examined, albeit basically also reflection measurements are possible and be included. If the absorbance of the sample is evaluated should, you will usually use a (white light) source and related Record transmission values. The samples are not restrictive for biological cuts, cuts through materials, etc.

Weil die Abtasteinrichtung immer nur einen bestimmten Ausschnitt der Probe mit der gewünschten Auflösung erfassen kann, sorgt die Verstelleinheit im Allgemeinen dafür, dass die mit der Abtasteinrichtung aufgenommenen Einzel bilder zu dem wenigstens einen Gesamtbild in der Steueranlage zusammengesetzt werden. Tatsächlich verfügt die Abtasteinrichtung nicht nur über die bereits angesprochene Optikeinheit, sondern zusätzlich eine Aufzeichnungseinheit. Bei der Optikeinheit mag es sich beispielsweise um ein oder mehrere Mikroskopobjektive handeln, während die Aufzeichnungseinheit als beispielsweise CCD-Chip (CCD = Charge coupled device) ausgeführt ist. Dieser CCD-Chip befindet sich regelmäßig in der Bildebene des jeweiligen Mikroskopobjektives, um das gewünschte Einzelbild aufzunehmen und an die Steueranlage zu übergeben. Die Steueranlage liest die Aufzeichnungseinheit aus und speichert das jeweilige Einzelbild ab.Because the scanner always only a certain section of the Sample with the desired resolution In general, the adjustment unit ensures that the recorded with the scanner single images to the composed at least one overall picture in the control system become. Indeed has the scanner not only over the already mentioned optical unit, but additionally one Recording unit. For example, the optical unit may be to trade one or more microscope lenses while the Recording unit as, for example, CCD chip (CCD = charge coupled device) is. This CCD chip is regularly in the image plane of the respective Microscope lenses to the desired Single image to record and transfer to the control system. The control system reads out the recording unit and stores the respective single picture.

Zusätzlich sorgt die Steueranlage dafür, dass die Verstelleinheit in gewünschter Weise angesteuert wird. Außerdem mag die Steueranlage das vorgegebene Mikroskopobjektiv auswählen und für eine entsprechende Ansteuerung sorgen. Darüber hinaus versteht es sich, dass die Steueranlage mit einer Wiedergabeeinheit, beispielsweise einem Bildschirm, ausgerüstet ist.Additionally provides the control system for that the adjustment in the desired Way is controlled. Furthermore May the control system select the given microscope objective and for one provide appropriate control. In addition, it goes without saying that the control system with a playback unit, for example a screen, equipped is.

Beim gattungsbildenden Stand der Technik, wie er beispielsweise in der US-PS 4 760 385 beschrieben wird, werden die jeweiligen Einzelbilder durch eine serpentinartige bzw. meanderförmige Fahrt der Verstelleinheit aufgenommen und schließlich in der Steueranlage zum Gesamtbild zusammengesetzt. Sollte sich die Probe bei diesem Vorgang bewegen, so ist mit einem unscharfen Gesamtbild, jedenfalls keiner befriedigenden Bildaufzeichnung zu rechnen. Das kommt häufig bei noch lebenden (mehrzelligen) Proben vor und auch dann, wenn beispielsweise das Zellwachstum beobachtet werden soll.At the generic state of the art, as he, for example, in the US-PS 4,760,385, the respective frames are through a serpentine or meandering drive the adjustment recorded and finally assembled in the control system to the overall picture. Should move the sample in this process, so with a fuzzy Overall picture, at least not to expect a satisfactory picture recording. That comes often in living (multicellular) samples before and even if For example, cell growth should be monitored.

Zwar gibt es im Stand der Technik entsprechend der WO 98/45744 A2 bereits Ansätze dahingehend, mit Hilfe eines so genannten "dynamic motion tracking" die Probenbewegungen nachzuvollziehen. Der hiermit verbundene konstruktive Aufwand ist jedoch beträchtlich und eignet sich für einfache Anwendungen kaum. Hinzu kommt, dass Aussagen über das Probenwachstum und/oder die Probentopologie nicht getroffen werden können.Though There are in the prior art according to WO 98/45744 A2 already approaches to that effect, with the help of a so-called "dynamic motion tracking" the sample movements understand. The associated design effort is but considerably and is suitable for simple applications hardly. On top of that, statements about that Sample growth and / or the sample topology are not taken can.

Vergleichbares gilt für die Mikroskopieanordnung entsprechend der DE 103 12 682 A1 . Denn hier wird ein änderbarer Arbeitsabstand verfolgt, welcher einen Fokussierungszustand für den Benutzer einfach erkennbar machen soll. Dazu ist zusätzlich zu einer Objektivanordnung eine erste Projektionsanordnung vorgesehen, um wenigstens einen Analyse-Lichtstrahl durch die Objektivanordnung auf das Objekt zu projizieren und auf diesem wenigstens einen Lichtfleck zu erzeugen. Dabei ist der Analyse-Lichtstrahl derart geformt, dass sich seine Gestalt in Strahlrichtung ändert und dadurch auf die Fokussierung rückgeschlossen werden kann. Aussagen über die Probentopologie können nicht getroffen werden. Hier will die Erfindung insgesamt Abhilfe schaffen.The same applies to the microscope according to the DE 103 12 682 A1 , Because here a changeable working distance is pursued, which should make a focusing state for the user easily recognizable. For this purpose, in addition to an objective arrangement, a first projection arrangement is provided in order to project at least one analysis light beam through the objective arrangement onto the object and to generate at least one light spot thereon. In this case, the analysis light beam is shaped such that its shape changes in the beam direction and thus can be deduced the focus. Statements about the sample topology can not be made. Here, the invention aims to provide a total remedy.

Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, ein Verfahren der eingangs beschriebenen Ausgestaltung so weiter zu entwickeln, dass umfassende Angaben über das Aussehen und ggf. die Bewegung der Probe bei einfachem Aufwand gemacht werden können. Auch soll eine besonders geeignete Vorrichtung angegeben werden.The invention is based on the technical problem of further developing a method of the embodiment described above in such a way that comprehensive information about the appearance and possibly the movement of the sample can be made with a simple effort. Also, a particularly suitable Device can be specified.

Zur Lösung dieser technischen Problemstellung schlägt die Erfindung bei einem gattungsgemäßen Verfahren im Rahmen einer ersten Alternative vor, dass auf die Probe wenigstens ein Referenzmuster vorgegebener Größe und Gestalt abgebildet wird, so dass aus Abweichungen eines Referenzmuster-Istbildes von einem Referenzmuster-Sollbild auf die Probentopologie rückgeschlossen werden kann. Dabei hat es sich bewährt, als Referenzmuster ein oder mehrere Laserpunkte, ein Streifenlichtmuster etc. auf die Probe abzubilden.to solution this technical problem, the invention proposes a generic method as part of a first alternative, that on the sample at least a reference pattern of predetermined size and shape is displayed, so that from deviations of a reference pattern actual image from a reference pattern target image inferred to the sample topology can be. It has proven itself, as a reference pattern on or multiple laser spots, a stripe light pattern, etc. on the sample map.

In diesem Zusammenhang macht sich die Erfindung die Tatsache zu Nutze, dass das Referenzmuster über eine vorgegebene Größe und Gestalt verfügt, welche durch die Probentopologie verzerrt wird. D. h., Größe und Gestalt des Referenzmusters erfahren je nach dem "Höhenverlauf' der Probe eine Änderung, die sich im Referenzmuster-Istbild widerspiegelt. Dadurch, dass das Referenzmuster-Istbild mit dem Referenzmuster-Sollbild verglichen wird, kann aus den Abweichungen auf den Höhenverlauf der Probe und folglich die Probentopologie rückgeschlossen werden.In In this context, the invention takes advantage of the fact that the reference pattern over has a given size and shape, which is distorted by the sample topology. That is, size and shape of the reference pattern undergo a change, depending on the "height profile" of the sample, which is reflected in the reference pattern actual image. As a result of that the reference pattern actual image compared with the reference pattern target image can, can from the deviations on the height course of the sample and consequently the sample topology inferred become.

Dabei kann als Referenzmuster beispielsweise mit einem Streifenmuster gearbeitet werden, welches zwischen hellen und dunklen Streifen unterscheidet. Insbesondere die Übergangslinien hell/dunkel erfahren nun durch die Höhenausprägung der Probe eine Abweichung vom geraden Verlauf und werden von der Abtasteinrichtung aufgenommen. Diese Abweichung vom geraden Verlauf kann im einfachsten Fall unmittelbar in den Verlauf einer Z-Komponente der Probe umgesetzt werden, wie mit Bezug zur Figurenbeschreibung näher erläutert wird.there can be used as a reference pattern, for example with a stripe pattern to be worked, which is between light and dark stripes different. In particular, the transition lines light / dark learn now by the height of the Sample a deviation from the straight course and are from the scanning device added. This deviation from the straight course can be the simplest Be converted directly into the course of a Z component of the sample, as will be explained in more detail with reference to the description of the figures.

Alternativ oder zusätzlich ist es auch möglich, dass eine Lichtquelle in Gestalt eines Laserscanners oder allgemein eines Lasers einen Punkt oder mehrere Punkte vorgegebener Größe auf der Oberfläche des abzubildenden Gegenstandes bzw. der Probe erzeugt. Das von dem Punkt auf der Probe reflektierte Licht kann nun mit Hilfe der Abtasteinrichtung aufgenommen werden. Tatsächlich ist die Abtasteinrichtung in der Lage, etwaige Deformationen des (kreisrunden) Laserpunktes zu registrieren, die auf einen hieraus ableitbaren Höhenverlauf der Probe rückschließen lassen.alternative or additionally it is also possible that a light source in the form of a laser scanner or in general of a laser one point or several points of predetermined size on the surface of the to be imaged object or the sample. That from the point Light reflected on the sample can now be detected by means of the scanner be recorded. Indeed the scanning device is capable of any deformations of the (circular) laser point to register on one of these derivable height course allow the sample to close.

In der Regel wird das auf die Probe abgebildete Referenzmuster von einer Referenzmustererzeugungseinheit zur Verfügung gestellt. Dabei sind üblicherweise die Referenzmustererzeugungseinheit und die Abtasteinrichtung winklig zueinander angeordnet. Auf diese Weise erfährt die (kreisrunde) Gestalt des Laserpunktes eine gewollte und nachvollziehbare Verzerrung im Sinne bspw. einer Ellipse, die wiederum durch den Höhenverlauf der Probe in ihrer Gestalt geändert wird und das Referenzmuster-Istbild repräsentiert. Auch die zuvor beschriebenen Streifen werden durch die Schräganordnung in einer nachvollziehbaren Art und Weise aufgefächert.In usually the reference pattern of a reference pattern generation unit provided. They are usually the reference pattern generating unit and the scanning device at an angle to each other arranged. In this way learns the (circular) shape of the laser point a deliberate and comprehensible Distortion in the sense of, for example, an ellipse, which in turn through the height profile the sample changed in shape and the reference pattern actual image is represented. Also the previously described strips be through the oblique arrangement fanned out in a comprehensible manner.

Im Rahmen einer alternativen Vorgehensweise ist bei einem gattungsgemäßen Verfahren zur Lösung der zuvor angegebenen Problemstellung erfindungsgemäß vorgesehen, dass ein Stapel an Einzelbildern der Probe aufgenommen und hinsichtlich jeweils fokussierter Bereiche in Verbindung mit zugehörigen Stellsignalen der Verstelleinheit zur Bestimmung der Probentopologie ausgewertet wird. Dabei lassen sich die fokussierten Bereiche beispielsweise und nicht einschränkend durch Abweichungen in der Bildintensität bzw. Intensitätsmessungen im jeweiligen Einzelbild lokalisieren, anhand von Grauwertabweichungen und/oder anhand eines so genannten Gradientenbildes feststellen.in the Framework of an alternative procedure is in a generic method to the solution the problem indicated above provided according to the invention, that a stack of individual images of the sample taken and in each case focused areas in conjunction with associated control signals of the adjustment is evaluated to determine the sample topology. Let it go the focused areas, for example, are non-limiting Deviations in the picture intensity or intensity measurements locate in each frame, based on gray scale deviations and / or on the basis of a so-called gradient image.

Selbstverständlich ermöglicht diese Vorgehensweise nicht nur die Festlegung einer Höhenkarte der Probe, sondern auch die Erfassung eines Tiefenverlaufes der Probe. Das gelingt dadurch, dass beispielsweise einzelne ausgewählte Punkte im Referenzmuster durch den angesprochenen Tiefenverlauf eine Spreizung oder zunehmende Konvergenz erfahren. So oder so verändert sich die jeweilige Lage einzelner ausgewählter oder aller Punkte des Referenzmusters, wenn man das auf die Probe abgebildete Referenzmuster-Istbild mit dem Referenzmuster-Sollbild vergleicht. Dadurch kann zuverlässig auf die Probentopologie rückgeschlossen werden. Darüber hinaus lässt sich auf diese Weise der Fokus feststellen bzw. die Fokusebene definieren. Denn in der Fokusebene haben sämtliche oder ausgewählte Punkte des Referenzmusters einen vorgegebenen festen Abstand und werden weder gespreizt noch konvergieren sie.Of course, this allows Approach not only defining a height map of the sample, but also the acquisition of a depth profile of the sample. That succeeds in that, for example, individual selected points in the reference pattern by the mentioned depth course a spread or increasing Experience convergence. Either way, the situation changes single selected or all the points of the reference pattern, if you put that to the test illustrated reference pattern actual image with the reference pattern target image compares. This can be reliable inferred to the sample topology become. About that lets out determine the focus or define the focal plane in this way. Because in the focal plane all have or selected points of the reference pattern a predetermined fixed distance and be they neither spread nor converge.

Jedenfalls macht sich die Erfindung in diesem Zusammenhang die Tatsache zu Nutze, dass ein dreidimensionales Objekt – die Probe – nur innerhalb eines von der Tiefenschärfe der Optikeinheit und folglich dessen nummerischer Apertur abhängigen Bereiches senkrecht zur Fokussierung (in Z-Richtung), d. h. in X-/Y-Ebene, schart abgebildet wird. Wenn man nun einen Stapel an Einzelbildern aufnimmt, d. h. mehrere Einzelbilder an einer X-/Y-Position durch Verändern der Fokussierung in Z-Richtung, so kann der jeweils scharfe Bereich eines Einzelbildes mit einem Stellsignal in Z-Richtung verknüpft werden. Daraus lässt sich der Höhenverlauf der Probe ableiten, ohne zusätzlich eine Referenzmustererzeugungseinheit zu benötigen. Vielmehr reicht es in diesem Fall aus, der Verstelleinheit wenigstens einen Sensor zuzuordnen. Dieser Sensor erzeugt bei der Aufnahme des Stapels an Einzelbildern der Probe zugehörige Stellsignale, die in Verbindung mit den jeweils fokussierten Bereichen der Einzelbilder der Probe zur Bestimmung der Probentopologie in der Steuereinlage ausgewertet werden.In any case, the invention makes use of the fact that a three-dimensional object - the sample - only within an area dependent on the depth of field of the optical unit and thus its numerical aperture perpendicular to the focus (in the Z direction), ie in X- / Y plane, Schart is pictured. Now, if you take a stack of frames, ie multiple frames at an X / Y position by changing the focus in the Z direction, the respective sharp area of a frame can be linked to a control signal in the Z direction. From this, the height profile of the sample can be derived without additionally requiring a reference pattern generation unit. Rather, in this case it is sufficient to assign at least one sensor to the adjustment unit. This sensor generates when taking the stack of Einzelbil associated with the sample control signals that are evaluated in conjunction with the respective focused areas of the individual images of the sample for determining the sample topology in the control pad.

Die Ausdehnung der Probe in einer zu einem Probentisch der Verstelleinheit parallelen Ebene, d. h. meistens in X-/Y-Ebene, lässt sich aus dem Abbildungsmaßstab der Optikeinheit in Verbindung mit der Aufzeichnungseinheit ermitteln. In Verbindung mit den Werten für den Höhenverlauf der Probe steht auf diese Weise ein komplexes exaktes dreidimensionales Bild der Probe in der Steueranlage zur Verfügung, welches unter Anwendung geeigneter Software selbstverständlich gedreht und von verschiedenen Positionen aus auf der Wiedergabeeinheit bzw. dem Bildschirm betrachtet werden kann.The Extension of the sample in one to a sample stage of the adjustment parallel plane, d. H. mostly in X / Y plane, can be from the picture scale determine the optical unit in conjunction with the recording unit. In conjunction with the values for the height course In this way the sample is a complex, exact three-dimensional one Image of the sample in the control system available, which is under application of course suitable software rotated and from different positions on the playback unit or the screen can be viewed.

Auch besteht die Möglichkeit, die Probe sowohl in X-, Y- als auch in Z-Richtung zu vermessen und diese Werte zu protokollieren. Gleichzeitig kann eine Zeit aufgenommen und so bspw. auf das Zellwachstum rückgeschlossen werden.Also it is possible, to measure the sample in both the X, Y and Z directions and to log these values. At the same time a time can be recorded and thus, for example, be inferred to the cell growth.

Auch materialspezifische zeitliche Veränderungen lassen sich hierdurch quantifizieren.Also Material-specific temporal changes can be thereby quantify.

Um nun zusätzlich etwaige Bewegungen der Probe zu erfassen und abzubilden und/oder zu vermessen, wird zunächst das Bild der Probe als Proben-Referenzbild in der Steueranlage zusammen mit Proben-Referenzkoordinaten abgelegt. Diese Proben-Referenzkoordinaten mögen zu einem oder mehreren ausgewählten Punkten in der Probe gehören. Beispielsweise lässt sich eine Art Schwerpunkt oder Mittelpunkt für die Probe definieren, dessen Koordinaten mit den Proben-Referenzkoordinaten gleichgesetzt werden. Das auf diese Weise gewonnene Proben-Referenzbild wird mit einem anschließend aufgenommenen Proben-Istbild und den zugehörigen Proben-Istkoordinaten verglichen. Dadurch kann die Bewegung der Probe gegenüber der Aufzeichnungseinheit nachvollzogen werden.Around now in addition detect and map any movements of the sample and / or to measure, first the image of the sample as a sample reference image in the control system together filed with sample reference coordinates. These sample reference coordinates like to one or more selected Belong to points in the sample. For example, let define a kind of center of gravity or center point for the sample whose Coordinates with the sample reference coordinates are equated. The sample reference image obtained in this way is combined with a subsequently recorded sample actual image and the associated sample actual coordinates compared. This allows the movement of the sample relative to the recording unit be traced.

In der Regel wird man jedoch versuchen, die Probe jeweils in der Bildmitte aufzunehmen und mit Hilfe der Verstelleinheit die Probenbewegung nachzuvollziehen. In diesem Zusammenhang ist es erforderlich, die Verstelleinheit sowohl in X- als auch Y-Richtung (sowie ggf. in Z-Richtung) zu verfahren, und zwar soweit, bis der Schwerpunkt bzw. Mittelpunkt der Probe bzw. des Proben-Istbildes beispielsweise wiederum mit der Bildmitte zusammenfällt. Der von der Verstelleinheit in diesem Zusammenhang zurückgelegte Weg gibt dann den Weg der Probe wieder.In Usually, however, one will try the sample in the middle of each image absorb and with the aid of the adjustment the sample movement understand. In this context, it is necessary that Adjustment unit in both the X and Y directions (and possibly in Z direction), and indeed until the center of gravity or Center of the sample or the sample actual image, for example, turn coincides with the center of the picture. The covered by the adjustment in this context Path then returns to the path of rehearsal.

Dabei kann zusätzlich zu den auf diese Weise bestimmten Proben-Istkoordinaten eine Proben-Istzeit aufgenommen werden. Die Proben-Istzeit lässt sich mit einer Proben-Referenzzeit vergleichen, um zukünftige Probenorte zu extrapolieren bzw. die Bewegung der Probe nachzuzeichnen. Tatsächlich ist in der Regel damit zu rechnen, dass sich die Probe mit einer von der solchermaßen ermittelten Probengeschwindigkeit nicht sehr stark abweichenden Probenge schwindigkeit weiterbewegt. Auch die Richtung bleibt in einem vorgegebenen Winkelbereich zumeist gleich, so dass aus diesen Werten auf einen zukünftigen Aufenthaltsort der Probe oder einen zukünftigen Aufenthaltsbereich der Probe rückgeschlossen werden kann und die Verstelleinheit zu diesem prognostizierten Aufenthaltsort bzw. in die Mitte des Aufenthaltsbereichs gleichsam vorausschauend verfahren wird.there can additionally for the sample actual coordinates determined in this way a sample actual time be recorded. The actual sample time can be determined with a sample reference time compare to future Extrapolate sample location or trace the movement of the sample. Actually usually expected that the sample with one of in such a way determined sample velocity is not very different Sample speed continued to move. Also the direction stays in a given angular range is usually the same, so that from these Values on a future Whereabouts of the sample or a future common area the sample concluded can and the adjustment unit to this predicted location or in the middle of the common area as it were anticipatory is moved.

In diesem Zusammenhang wird die Proben-Istposition aus einer Stellgeschwindigkeit sowie einer Stellzeit der Verstelleinheit abgeleitet. Tatsächlich drückt die Stellzeit diejenige Zeitspanne aus, welche beginnend von der Proben-Referenzzeit verstrichen ist, bis sich die Probe zu ihrer durch die Proben-Istkoordinaten festgelegten Proben-Istposition bewegt hat. Die hierbei erforderliche Stellgeschwindigkeit ergibt multipliziert mit der Stellzeit die Proben-Istposition bzw. die Proben-Istkoordinaten. Indem man diesen Vorgang in die Zukunft extrapoliert, kann auch der zukünftige Aufenthaltsort bzw. zukünftige Aufenthaltsbereich – wie beschrieben – vorgegeben werden.In In this context, the sample actual position of an actuating speed and derived a positioning time of the adjustment. In fact, that pushes Positioning time, that period of time starting from the sample reference time has elapsed until the sample passes through to the sample actual coordinates has moved the specified sample actual position. The required here Positioning speed multiplied by the positioning time the Sample actual position or the sample actual coordinates. By doing this Process extrapolated into the future can also be the future whereabouts or future Lounge area - like described - predetermined become.

Insgesamt entsteht eine Topologiekarte der Probe, die abgespeichert werden kann. Zusätzlich können Extrapolationen für die Probenbewegung bzw. den Verfahrweg in allen drei Richtungen (X, Y und Z) vorgenommen werden. Eine evtl. sich bewegende Probe gibt in diesem Zusammenhang beispielsweise die Geschwindigkeit für die Verstelleinheit vor, mit der verfahren werden soll. Das kann im Sinne eines geschlossenen Regelkreises geschehen, um plötzliche Beschleunigungen und Richtungswechsel abzufangen.All in all creates a topology map of the sample, which are stored can. In addition, extrapolations for the Sample movement or travel in all three directions (X, Y and Z) are made. A possibly moving sample gives in this context, for example, the speed of the adjustment before, with which to proceed. That can be in the sense of a closed Loop happen to sudden Intercept accelerations and changes of direction.

Werden zu einem späteren Zeitpunkt bereits erfasste und vermessene Flächen ein weiteres Mal abgetastet, so kann die Stelleinheit die zugehörige räumliche Position anfahren, die bereits vermessen wurde. Ebenso ist es möglich, dass zwischen bereits vermessenen räumlichen Positionen auf eine neue Position interpoliert wird.Become for a later Time already acquired and measured areas scanned one more time, so the actuator can approach the associated spatial position, which has already been measured. Likewise it is possible that between already measured spatial Positions are interpolated to a new position.

Gegenstand der Erfindung ist auch eine Vorrichtung zur optischen Abtastung einer Probe, wie sie in den Ansprüchen 8 und 9 beschrieben wird. Eine alternative Vorrichtung ist Gegenstand des Anspruches 10. – Im Ergebnis werden ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Verfügung gestellt, die umfassend Auskunft über die Probentopologie, d. h. die Probenausdehnung in der Bildebene und senkrecht hierzu, geben. Darüber hinaus ist das beschriebene Verfahren in Verbindung mit der Vorrichtung in der Lage, Probenbewegungen zu erfassen und zu prognostizieren. Auf diese Weise werden die Analysemöglichkeiten bei der Probenuntersuchung gegenüber bisherigen Vorgehensweisen enorm gesteigert. Dies erst recht vor dem Hintergrund, dass sich die Probentopologie sowie der ggf. zurückgelegte Weg exakt vermessen lassen. Hierin sind die wesentlichen Vorteile zu sehen.The invention also provides an apparatus for optically scanning a sample as described in claims 8 and 9. An alternative apparatus is the subject matter of claim 10. As a result, a method and a device are provided which comprehensively provide information about the sample topology, ie the sample extension in the image plane and perpendicularly thereto. In addition, the described Method in connection with the device capable of detecting and predicting sample movements. In this way, the analysis options for sample analysis compared to previous approaches are greatly increased. This is especially true against the background that the sample topology as well as the possibly traveled path can be measured exactly. Here are the main benefits.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert; es zeigen:in the The invention will be described below with reference to a purely exemplary embodiment drawing closer explains; show it:

1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung in einer Übersicht, 1 a device according to the invention in an overview,

2 einen Detailausschnitt aus 1, 2 a detail from 1 .

3 eine weitere Detailansicht und 3 another detail view and

4 bis 6 eine abgewandelte Ausführungsform in einer schematischen Darstellung. 4 to 6 a modified embodiment in a schematic representation.

In den Figuren ist eine Vorrichtung zur optischen Abtastung einer Probe 1 dargestellt, bei welcher es sich nicht einschränkend um einen transparenten biologischen Gewebeschnitt handelt. Dieser wird mit Hilfe einer Weißlichtquelle W durchleuchtet, wobei selbstverständlich auch andere Lichtquellen, beispiels weise LED-Zeilen oder dergleichen zum Einsatz kommen können. Die Weißlichtquelle W befindet sich unterhalb einer Verstelleinheit 2, 2', 3. Die Verstelleinheit 2, 2' und 3 setzt sich aus Stellvorrichtungen 2 für einen Tisch bzw. Probentisch 3 und einer Stellvorrichtung 2' für eine Optikeinheit 4 zusammen.In the figures is a device for optically scanning a sample 1 shown, which is not limiting to a transparent biological tissue section. This is transilluminated by means of a white light source W, whereby, of course, other light sources, example, LED lines or the like can be used. The white light source W is located below an adjustment unit 2 . 2 ' . 3 , The adjustment unit 2 . 2 ' and 3 consists of adjusting devices 2 for a table or sample table 3 and an actuator 2 ' for an optical unit 4 together.

Tatsächlich lässt sich mit Hilfe der Stellvorrichtungen 2 der Tisch 3 im Beispielfall in X-/Y-Richtung verfahren, wohingegen die Stellvorrichtung 2' die Optikeinheit 4 in Z-Richtung verstellen kann. Selbstverständlich liegt es im Rahmen der Erfindung, den Tisch 3 ggf. auch in Z-Richtung – alternativ oder zusätzlich zu der Optikeinheit 4 – zu verstellen. Das ist jedoch nicht dargestellt.In fact, can be with the help of the adjusting devices 2 the table 3 in the example case in the X / Y-direction procedure, whereas the adjusting device 2 ' the optical unit 4 can adjust in Z-direction. Of course, it is within the scope of the invention, the table 3 possibly also in Z-direction - alternatively or in addition to the optical unit 4 - to adjust. This is not shown.

Das von der Weißlichtquelle W ausgesandte Licht durchleuchtet die Probe 1 und wird ausweislich der 2 mit Hilfe einer Abtasteinrichtung 4, 5 aufgenommen. Zu der Abtasteinrichtung 4, 5 gehört die Optikeinheit 4, die sich aus mehreren Objektiven 4 zusammensetzt sowie eine Aufzeichnungseinheit 5. Tatsächlich wird das Bild der Probe 1 auf die Aufzeichnungseinheit 5 mit Hilfe der Optikeinheit 4 abgebildet. Bei der Aufzeichnungseinheit 5 handelt es sich um einen CCD-Chip mit beispielsweise 1·10⁶ Pixeln. Das auf dem CCD-Chip erzeugte Bild der transmittierten Probe 1 wird in einer Steueranlage 6 als Einzelbild 7 aufgenommen. Die Steueranlage 6 beaufschlagt die Stellvorichtungen 2, 2' bzw. die Verstelleinheit 2, 2', 3 sowie ggf. die Optikeinheit 4, indem ein gewünschtes Objektiv 4 ausgewählt wird.The light emitted by the white light source W illuminates the sample 1 and is evidenced by the 2 with the help of a scanner 4 . 5 added. To the scanner 4 . 5 belongs to the optical unit 4 made up of multiple lenses 4 composed as well as a recording unit 5 , In fact, the picture becomes the sample 1 on the recording unit 5 with the help of the optical unit 4 displayed. At the recording unit 5 it is a CCD chip with for example 1 × 10 ⁶ pixels. The image of the transmitted sample generated on the CCD chip 1 is in a control system 6 as a single picture 7 added. The control system 6 acts on the positioning devices 2 . 2 ' or the adjustment unit 2 . 2 ' . 3 and possibly the optical unit 4 by adding a desired lens 4 is selected.

Zusätzlich ist eine Eingabeeinheit 8 realisiert, welche an die Steueranlage 6 angeschlossen ist und eine bedienerseitige Steuerung der Einzelbildaufnahme ermöglicht. Bei dieser Eingabeeinheit 8 handelt es sich nicht einschränkend um eine X-/Y-Eingabeeinheit 8, die im Ausführungsbeispiel als Comuptermaus ausgeführt ist. Mit Hilfe der Eingabeeinheit 8 lassen sich beispielsweise Markierungen 9 auf einer Wiedergabeeinheit 10 der Steueranlage 6 anzeigen.In addition, there is an input unit 8th realized, which to the control system 6 is connected and allows a user-side control of the single image recording. In this input unit 8th it is not limited to an XY input unit 8th , which is executed in the embodiment as Comuptermaus. With the help of the input unit 8th can be, for example, markings 9 on a playback unit 10 the control system 6 Show.

Außerdem ermöglicht die Eingabeeinheit 8 ggf. die Auswahl eines bestimmten Bereiches aus dem aus den Einzelbildern 7 zusammengesetzten Gesamtbild. Das kann grundsätzlich auch ohne Eingabeeinheit 8 automatisch mit Hilfe der Steueranlage 6 vorgenommen werden.In addition, the input unit allows 8th If necessary, the selection of a specific area from that of the individual images 7 composite picture. This can basically also without input unit 8th automatically with the help of the control system 6 be made.

Erfindungsgemäß wird nun auf die Probe 1 entsprechend der Darstellung nach 3 wenigstens ein Referenzmuster 11 vorgegebener Größe und Gestalt abgebildet. Dieses Referenzmuster 11 wird von einer Referenzmustererzeugungseinheit 12 zur Verfügung gestellt, die im Rahmen des Ausführungsbeispiels und nicht einschränkend winklig im Vergleich zu der Abtasteinrichtung 4, 5 angeordnet ist. Tatsächlich wird zwischen der Referenzmustererzeugungseinheit 12 und einer optischen Achse 13 der Abtasteinrichtung 4, 5 ein Winkel α im Bereich zwischen 60 und 70° beobachtet. Selbstverständlich können auch ganz andere Winkel α eingestellt werden.According to the invention is now on the sample 1 as shown 3 at least one reference pattern 11 given size and shape shown. This reference pattern 11 is from a reference pattern generation unit 12 provided in the context of the embodiment and not restrictive angle compared to the scanning device 4 . 5 is arranged. Actually, between the reference pattern generation unit 12 and an optical axis 13 the scanner 4 . 5 an angle α in the range between 60 and 70 ° observed. Of course, quite different angles α can be adjusted.

Jedenfalls erzeugt die Referenzmustererzeugungseinheit 12 das Referenzmuster 11 auf der Probe 1. Dabei kann die Referenzmustererzeugungseinheit 12 kontinuierlich oder auch beispielsweise gepulst arbeiten, um das auf diese Weise erzeugte Referenzmuster 11 eindeutig von beispielsweise anderen Lichtquellen unterscheiden zu können. Bei dem Referenzmuster 11 handelt es sich im Rahmen der Variante nach 3 um ein Streifenmuster mit streifenartigem Wechsel von Licht und Schatten. Selbstverständlich kann auch ein anders gestaltetes Referenzmuster 11 auf die Probe 1 abgebildet werden. Entscheidend ist, dass das Referenzmuster 11 eine vorgegebene Größe und Gestalt aufweist.In any case, generates the reference pattern generation unit 12 the reference pattern 11 on the test 1 , In this case, the reference pattern generation unit 12 operate continuously or pulsed, for example, to the reference pattern generated in this way 11 clearly distinguishable from, for example, other light sources. In the reference pattern 11 it is within the scope of the variant 3 a stripe pattern with a strip-like change of light and shadow. Of course, a differently designed reference pattern 11 to the test 1 be imaged. What matters is that the reference pattern 11 has a predetermined size and shape.

Infolge der in 3 angedeuteten Probentopologie mit einer Ausdehnung nicht nur in X- und Y-Ebene, also parallel zur Ebene des Tisches 3, sondern auch in Höhen- bzw. Z-Richtung, werden die einzelnen Hell-/Dunkelstreifen des Referenzmusters 11 verzerrt. Tatsächlich treten diese Verzerrungen besonders deutlich an der Grenzlinie zwischen hell und dunkel auf und lassen Rückschlüsse auf die Höhenausdehnung der Probe 1 zu.As a result of in 3 indicated sample topology with an extension not only in the X and Y plane, ie parallel to the plane of the table 3 but also in the height or Z direction, the individual light / dark stripes of the reference pattern 11 distorted. In fact, these distortions occur particularly clear at the borderline between light and dark and allow conclusions about the height extent of the sample 1 to.

Tatsächlich erzeugt das Referenzmuster 11 ein Referenzmuster-Sollbild RS, das im unteren Teil der 5 dargestellt ist und sich aus den angesprochenen Hell-/Dunkelstreifen mit vorgegebenen Abständen und jeweils bekannter Ausdehnung zusammensetzt. Das Referenzmuster-Sollbild korrespondiert zu einer planen Oberfläche.Actually generates the reference pattern 11 a reference pattern target image RS, in the lower part of 5 is shown and composed of the mentioned light / dark stripes with predetermined intervals and each known extent. The reference pattern target image corresponds to a planar surface.

Wenn nun ein solches Streifenmuster bzw. Referenzmuster 11 auf eine Probe 1 mit Höhenausdehnung trifft, so erfährt das Streifenmuster bzw. Referenzmuster-Sollbild RS eine Verzerrung, die sich im Referenzmuster-Istbild RI im oberen Teil der 5 widerspiegelt. Anhand der dort dargestellten Verzerrungen bzw. aufgrund des Wechsels zwischen hellen und dunklen Streifen kann nun unmittelbar auf die Höhenausdehnung der Probe 1 rückgeschlossen werden. Je stärker der jeweilige Streifen gekrümmt ist, umso höher ist die Probe 1 an dieser Stelle.Now if such a stripe pattern or reference pattern 11 on a sample 1 coincides with height expansion, so the stripe pattern or reference pattern target image RS undergoes a distortion, which in the reference pattern actual image RI in the upper part of 5 reflects. Based on the distortions shown there or due to the change between light and dark stripes can now directly on the height extent of the sample 1 be inferred. The stronger the respective strip is curved, the higher the sample 1 at this point.

Jedenfalls kann im Detail ein Bild der Probenoberfläche mit Hilfe der beschriebenen Streifenprojektion erhalten werden, wie es in der 5 dargestellt ist. Wenn nun dieses Höhenbild bzw. das Referenzmuster-Istbild RI mit dem Referenzmuster-Sollbild RS verglichen wird, lässt sich auf die Höhenausdehnung der Probe 1, also deren Fett-Koordinaten rückschließen. Kombiniert man das auf diese Weise gewonnene Höhenbild mit dem Transmissionsbild nach den 1 und 2 in der Steueranlage 6, so lassen sich hieraus dreidimensionale Koordinaten für jeden Punkt der Probe 1, d. h. X-, Y- und Z-Werte ableiten, welche die gesamte Probentopologie widerspiegeln.In any case, an image of the sample surface can be obtained in detail with the help of the described fringe projection, as shown in the 5 is shown. Now, if this height image or the reference pattern actual image RI is compared with the reference pattern target image RS, can be based on the height extent of the sample 1 , so close their fat coordinates. Combine the height image obtained in this way with the transmission image after the 1 and 2 in the control system 6 , this allows three-dimensional coordinates for each point of the sample 1 that is, derive X, Y, and Z values that reflect the entire sample topology.

Üblicherweise ist die Referenzmustererzeugungseinheit 12 gegenüber der optischen Achse 13 der Abtasteinrichtung 4, 5 starr angeordnet. Dadurch können evtl. Rotationen der Abtasteinrichtung 4, 5 um die optische Achse 13 ermittelt werden, die beispielsweise auf den Wechsel von einem Objektiv 4 zu einem anderen Objektiv 4 zurückzuführen sind. Jedenfalls lassen sich derartige Rotationen ebenfalls durch einen Vergleich von Referenzmuster-Istbild RI mit Referenzmuster-Sollbild RS feststellen und im Sinne einer Korrektur berücksichtigen.Usually, the reference pattern generation unit 12 opposite the optical axis 13 the scanner 4 . 5 rigidly arranged. This may possibly rotations of the scanner 4 . 5 around the optical axis 13 For example, the change from a lens 4 to another lens 4 are attributed. In any case, such rotations can also be determined by a comparison of reference pattern actual image RI with reference pattern target image RS and taken into account in the sense of a correction.

Mit Hilfe dieser dreidimensionalen Koordinaten kann die Probe 1 vollständig vermessen werden und können Rückschlüsse beispielsweise über ihr Volumen oder ihr Gewicht gezogen werden. Gleichzeitig lässt sich beispielsweise das Wachstum der Probe 1 beobachten und quantifizieren, wenn der Vorgang wiederholt wird. Zu diesem Zweck mag man zunächst ein Proben-Referenzbild 17 aufnehmen, welches nach einer gewissen Zeit mit einem Proben-Istbild 19 verglichen wird. Aus den Abweichungen zwischen Proben-Istbild 19 und Proben-Referenzbild 17 kann dann beispielsweise auf das Probenwachstum rückgeschlossen werden oder auch die Probenbewegung nachgezeichnet werden, wie nachfolgend noch zu erläutern ist.With the help of these three-dimensional coordinates, the sample can 1 can be completely measured and conclusions can be drawn, for example, about their volume or their weight. At the same time, for example, the growth of the sample can be 1 observe and quantify when the process is repeated. For this purpose, one may first like a sample reference image 17 record, which after a certain time with a sample image 19 is compared. From the deviations between the sample and the actual image 19 and sample reference image 17 can then be deduced, for example, the sample growth or the sample movement to be traced, as will be explained below.

Die Unterschiede zwischen dem Referenzmuster-Istbild RI und dem Referenzmuster-Sollbild RS stellt ein Bildvergleicher 20 in der Steueranlage 6 fest und übermittelt sie unmittelbar an die Steueranlage 6. Dabei kann der Bildvergleicher 20 selbstverständlich Bestandteil der Steueranlage 6 und in diese integriert sein. Ebenso sorgt der Bildvergleicher 20 in der Regel für einen Vergleich zwischen dem Proben-Referenzbild 17 und dem Proben-Istbild 19.The differences between the reference pattern actual image RI and the reference pattern target image RS provides an image comparator 20 in the control system 6 fixed and transmitted directly to the control system 6 , The image comparator can do this 20 of course part of the control system 6 and be integrated into it. Likewise, the image comparator ensures 20 usually for a comparison between the sample reference image 17 and the sample actual image 19 ,

Alternativ zu der Vorgehensweise entsprechend 3 kann die Probentopologie auch mit der Methode nach 4 ermittelt werden. Denn in diesem Zusammenhang wird ein Stapel 14 an Einzelbildern 7 erfasst, und zwar indem der Tisch 3 eine ortsfeste X-/Y-Position beibehält und die Stellvorrichtung 2' die Fokussierung der Optikeinheit 4 verändert. Dabei wird in der Regel mit äquidistanten Abständen ΔZ gearbeitet, um welche die Stellvorrichtung 2' in Z-Richtung für die Aufnahme der jeweiligen Einzelbilder 7 fortbewegt wird. Die einzelnen Abstände ΔZ bzw. die Bewegung der Stellvorrichtung 2', wird von einem der Verstelleinheit 2, 2', 3 zugeordneten Sensor 21 aufgenommen und in der Steueranlage 6 protokolliert. Ebenso erzeugt der vorgenannte Sensor 21 in Verbindung mit der Steueranlage 6 zugehörige Stellsignale, um an dem jeweils gewünschten Probenort ein ganzes Bündel an Einzelbildern 7 aufzunehmen und in dem Stapel bzw. Bildstapel 14 in der Steueranlage 6 abzulegen.Alternatively to the procedure accordingly 3 The sample topology can also be used with the method 4 be determined. Because in this context is a pile 14 on individual pictures 7 captured, by the table 3 maintains a fixed X / Y position and the actuator 2 ' the focusing of the optical unit 4 changed. It is usually worked with equidistant distances .DELTA.Z, by which the adjusting device 2 ' in Z-direction for the recording of the respective frames 7 is moved. The individual distances ΔZ or the movement of the adjusting device 2 ' , is by one of the adjustment unit 2 . 2 ' . 3 assigned sensor 21 recorded and in the control system 6 logged. Likewise, the aforementioned sensor generates 21 in connection with the control system 6 associated control signals to at the respectively desired sample location a whole bunch of individual images 7 record and in the stack or image stack 14 in the control system 6 store.

In der Steueranlage 6 wird nun der Stapel 14 in Verbindung mit jeweils fokussierten Bereichen 15 und nicht fokussierten Bereichen 16 der Probe 1 zur Bestimmung der Probentopologie ausgewertet. Tatsächlich beobachtet man bei dem Stapel bzw. Bildstapel 14, dass die jeweiligen Einzelbilder 7 die fokussierten Bereiche 15 und die nicht fokussierten Bereiche 16 aufweisen. Die fokussierten Bereiche 15 und die nicht fokussierten Bereiche 16 korrespondieren zu jeweils scharf und nicht scharf abgebildeten Zonen der Probe 1 in Z-Richtung, wie die in 4 daneben im Schnitt dargestellte Probe 1 deutlich macht.In the control system 6 will now be the stack 14 in connection with each focused areas 15 and non-focused areas 16 the sample 1 evaluated to determine the sample topology. In fact, one observes at the stack or image stack 14 that the individual frames 7 the focused areas 15 and the unfocused areas 16 exhibit. The focused areas 15 and the unfocused areas 16 correspond to each sharp and not sharply imaged zones of the sample 1 in the Z direction, like the ones in 4 next to it in section shown sample 1 makes it clear.

Wenn man nun – beginnend mit beispielsweise dem höchsten Punkt der Probe 1 im Einzelbild 7 mit der Nummer 1 – die Stellvorrichtung 2' jeweils um den Betrag ΔZ verfährt, gelangt man im Beispielfall zu den folgenden vier Einzelbildern mit den Nummern 2, 3, 4 und 5. Jedes dieser fünf Einzelbilder 7 verfügt nun über fokussierte bzw. scharfe Bereiche 15 und nicht fokussierte bzw. unscharfe Bereiche 16. In Verbindung mit der dazugehörigen Verstellung ΔZ in Z-Richtung der Stellvorrichtung 2' kann nun in der Steueranlage 6 auf die Probentopologie in Z-Richtung rückgeschlossen werden.If you now - starting with, for example, the highest point of the sample 1 in the single picture 7 with the number 1 - The adjusting device 2 ' in each case by the amount .DELTA.Z proceeded, one arrives in the example case to the following four frames with the numbers 2 . 3 . 4 and 5 , Each of these five frames 7 now has focused or sharp areas 15 and unfocused areas 16 , In conjunction with the associated adjustment ΔZ in the Z direction of the adjusting device 2 ' can now in the control system 6 to deduce the sample topology in Z-direction.

Im einfachsten Fall wird man die jeweils fokussierten Bereiche 15 mit der zugehörigen und durch den Sensor 21 festgestellten Z-Komponente identifizieren, so dass man zunächst das Stufenbild in 4 erhält, welches durchgezogen gezeichnet ist. Daraus kann dann durch Interpolationsverfahren auf das tatsächliche und strichpunktiert in der 4 angedeutete Höhenbild der Probe 1 rückgeschlossen werden. Dabei werden die fokussierten Bereiche 15 und nicht fokussierten Bereiche 16 der Probe 1 im Einzelnen jeweils durch eine Texturanalyse ermittelt. Das kann im einfachsten Fall durch die Auswertung des Kontrastes erfolgen, welcher die mittlere quadratische Abweichung der Grauwertverteilung widerspiegelt. Tatsächlich sind die jeweils fokussierten Bereiche durch einen besonders hohen Kontrast gekennzeichnet. Alternativ kann aber auch die Helligkeit für die Bestimmung der jeweils fokussierten Bereiche 15 herangezogen werden. – Jedenfalls ermöglicht die alternative Vorgehensweise nach 4 ohne zusätzlichen Rückgriff auf die Referenzmustererzeugungseinheit 12 ebenfalls, die Topologie der Probe 1 in X-, Y- und Z-Richtung zu ermitteln.In the simplest case one becomes the respectively focused areas 15 with the associated and through the sensor 21 Identify the detected Z-component, so that you first the step image in 4 receives, which is drawn through. This can then be determined by interpolation on the actual and dash-dot in the 4 indicated height image of the sample 1 be inferred. This will be the focused areas 15 and unfocused areas 16 the sample 1 in each case determined by a texture analysis. This can be done in the simplest case by evaluating the contrast, which reflects the mean square deviation of the gray value distribution. In fact, the respective focused areas are characterized by a particularly high contrast. Alternatively, however, the brightness for the determination of each focused areas 15 be used. - Anyway, the alternative approach allows for 4 without additional recourse to the reference pattern generation unit 12 also, the topology of the sample 1 in the X, Y and Z directions.

Zusätzlich wird das Bild der Probe 1 – beispielsweise zu Beginn der Untersuchungen – als Proben-Referenzbild 17 entsprechend der Darstellung nach 6 in der Steueranlage 6 abgelegt. Wenn sich nun die Probe 1 bewegt, und zwar entlang eines Weges 18 während der Untersuchungen, so korrespondiert hierzu nach einer gewissen Zeit ein anschließend aufgenommenes Proben-Istbild 19. Sowohl das Proben-Referenzbild 17 als auch das Proben-Istbild 19 lassen sich unter Rückgriff auf den Bildvergleicher 20 in Verbindung mit der Steueranlage 6 mit jeweiligen Koordinaten X, Y und ggf. Z identifizieren.In addition, the picture becomes the sample 1 - For example, at the beginning of the investigations - as a sample reference image 17 as shown 6 in the control system 6 stored. If now the sample 1 moves, along a path 18 During the examinations, a subsequently recorded sample actual image corresponds after a certain time 19 , Both the sample reference image 17 as well as the sample actual image 19 can be resorted to the image comparator 20 in connection with the control system 6 with respective coordinates X, Y and possibly Z identify.

In der Regel wird man beide Bilder 17, 19 jeweils mit den Koordinaten eines Mittelpunktes M gleichsetzen, der dem rechnerisch zu bestimmenden Schwerpunkt entsprechen mag. Zusätzlich zu den Proben-Istkoordinaten des Proben-Istbildes 19 wird eine Proben-Istzeit t aufgenommen, welche der Zeit entspricht, die die Probe 1 für den Weg 18 benötigt hat.Usually one gets both pictures 17 . 19 each equate to the coordinates of a midpoint M, which may correspond to the computationally determined center of gravity. In addition to the sample actual coordinates of the sample actual image 19 a sample actual time t is recorded, which corresponds to the time that the sample 1 for the way 18 needed.

Die Proben-Istzeit kann durch Vergleich mit einer Proben-Referenzzeit ermittelt werden, welche dem Zeitpunkt der Aufnahme des Proben-Referenzbildes 17 entspricht. Üblicherweise wird die Stellvorrichtung 2 zur Bewegung des Tisches 3 mit Hilfe der Steueranlage 6 so nachgefahren, dass sich sowohl das Proben-Referenzbild 17 als auch das Proben-Istbild 19 jeweils in der Bildmitte befinden. Auf diese Weise bildet die Verstelleinheit 2, 2', 3 bzw. die Stellvorrichtung 2 den Weg 18 ab, welcher dementsprechend in der Steueranlage 6 zur Verfügung steht. Hierdurch ist es möglich, zukünftige Probenorte zu extrapolieren.The sample actual time can be determined by comparison with a sample reference time, which is the time of recording the sample reference image 17 equivalent. Usually, the adjusting device 2 to move the table 3 with the help of the control system 6 so traced that both the sample reference image 17 as well as the sample actual image 19 each in the middle of the picture. In this way, forms the adjustment 2 . 2 ' . 3 or the adjusting device 2 the way 18 off, which accordingly in the control system 6 is available. This makes it possible to extrapolate future sample locations.

Denn die zukünftige Proben-Istposition lässt sich aus der Stellgeschwindigkeit entlang des Weges 18 sowie der zugehörigen Stellzeit, also der Zeitspanne t ermitteln. Wenn dann noch die ungefähre Richtung der Probe 1 bekannt ist, oder eingegrenzt werden kann, lassen sich zukünftige Aufenthaltsorte prognostizieren und kann die Stelleinheit 2, 2', 3 diesem Aspekt Rechnung tragen. Gleichzeitig ermöglicht die Stellzeit bzw. Zeitspanne t in Verbindung mit den Koordinaten X, Y und ggf. Z des Proben-Referenzbildes 17 wie des Proben-Istbildes 19, dass die Steueranlage 6 den bisherigen Weg der Probe exakt vermisst. Zusätzlich besteht natürlich unverändert die Möglichkeit, durch einen Vergleich von Proben-Referenzbild 17 und Proben-Istbild 19 ggf. Veränderungen der Probe 1 im Sinne eines Wachstums und/oder durch chemische oder andere Einflüsse zu protokollieren und zu quantifizieren.Because the future sample actual position can be calculated from the positioning speed along the way 18 and the associated positioning time, ie the time span t. If then the approximate direction of the sample 1 is known or can be narrowed down, future whereabouts can be predicted and can be the setting unit 2 . 2 ' . 3 take this aspect into account. At the same time, the positioning time or time t in conjunction with the coordinates X, Y and possibly Z of the sample reference image makes it possible 17 like the sample actual image 19 that the control system 6 exactly missed the previous path of the sample. In addition, of course, there remains the possibility of comparing sample reference image 17 and sample actual image 19 if necessary changes of the sample 1 in the sense of growth and / or by chemical or other influences to log and quantify.

Um das Proben-Referenzbild 17 aufnehmen zu können, wird in der Regel mit einem geringen Abstand der Optikeinheit 4 gegenüber dem Probentisch bzw. Tisch 3 gearbeitet, weil mit der Entfernung die Tiefenschärfe zunimmt. Außerdem ist es für die Verfolgung der Probe 1 entlang des Weges 18 erforderlich, dass sie im Wesentlichen ihre Größe und Gestalt nicht ändert, damit das tatsächliche Bild der Probe 1, das Proben-Istbild 19, mit dem Proben-Referenzbild 17 im Sinne eines Bildvergleiches abgeglichen werden kann.To the sample reference image 17 is usually with a small distance of the optical unit 4 opposite the sample table or table 3 worked because the distance increases the depth of field. Besides, it is for tracking the sample 1 along the way 18 required that it does not substantially change its size and shape, hence the actual image of the sample 1 , the sample image 19 , with the sample reference image 17 can be compared in the sense of an image comparison.

Um die sich bewegende Probe 1 und deren jeweilige Position zweifelsfrei zu bestimmen, ist es erforderlich, diese vom Untergrund bzw. ihrer Umgebung zu unterscheiden. Das kann im Sinne einer Segmentierung vorgenommen werden. Hierunter ist die Aufteilung des Proben-Istbildes 19 in Bereiche zu verstehen, die sich aufgrund einheitlicher Merkmale vom Bildhintergrund abheben. Üblicherweise wird hierzu das Grauwerthistogramm des Proben-Istbildes 19 (sowie des Proben-Referenzbildes 17) ausgewertet und lassen sich Schwellen festlegen, die zur Festlegung der Probe 1 im Vergleich zum Hintergrund genutzt werden. Dadurch können vereinzelte Inseln innerhalb des jeweiligen Bildes bzw. die Probe 1 und der Hintergrund mit je nach Intervallzugehörigkeit unterschiedlichen Grauwerten bzw. Labels gekennzeichnet und folglich die Probe und der Hintergrund unterschiedlich markiert werden. Das erleichtert die Aufnahme des Weges 18 der Probe 1 enorm.To the moving sample 1 and to determine their respective position beyond doubt, it is necessary to distinguish these from the ground or its environment. This can be done in the sense of a segmentation. Below this is the division of the sample actual image 19 to understand areas that stand out from the background due to their uniform features. Usually this is the gray value histogram of the sample image 19 (as well as the sample reference image 17 ) and thresholds can be set for specifying the sample 1 be used in comparison to the background. This allows isolated islands within the respective image or the sample 1 and the background is marked with different gray values or labels depending on the interval membership, and consequently the sample and the background are marked differently. This facilitates the recording of the path 18 the sample 1 enormously.

Claims

Method for optically scanning a sample ( 1 ), with an adjustment unit ( 2 . 2 ' . 3 ) and an Ab tasting device ( 4 . 5 ), after which the sample ( 1 ) by means of a control system ( 6 ) acted upon adjusting unit ( 2 . 3 ) relative to the scanner ( 4 . 5 ), or vice versa, and then in this way with the scanner ( 4 . 5 ) captured frames ( 7 ) in the control system ( 6 ) are assembled into at least one overall image, characterized in that the sample ( 1 ) at least one reference pattern ( 11 ) predetermined size and shape is mapped, so that can be deduced from deviations of a reference pattern actual image (RI) of a reference pattern target image (RS) on the sample topology.

Method according to claim 1, characterized in that as reference pattern ( 11 ) a stripe light pattern, one or more laser spots etc. on the sample ( 1 ).

Method according to the preamble of claim 1, characterized in that a stack ( 14 ) on individual pictures ( 7 ) of the sample ( 1 ) and with regard to each focused area ( 15 ) in conjunction with associated actuating signals of the adjusting unit ( 2 . 2 ' . 3 ) is evaluated to determine the sample topology.

Method according to claim 3, characterized in that the focused areas ( 15 ) on the basis of gray value deviations in the respective single image ( 7 ).

Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that first the image of the sample ( 1 ) as sample reference image ( 17 ) in the control system ( 6 ) together with sample reference coordinates and with a subsequently recorded sample actual image ( 19 ) and the sample actual coordinates is compared.

Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that in addition to the sample actual coordinates, a sample actual time (t) is recorded and compared with a sample reference time to extrapolate future sample locations or a movement of the sample ( 1 ).

Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that the sample actual position of an actuating speed and a positioning time of the adjusting unit ( 2 . 2 ' . 3 ) is derived.

Device for optical scanning of a sample, comprising an adjusting unit ( 2 . 2 ' . 3 ) and a scanner ( 4 . 5 ), whereby the sample ( 1 ) by means of a control system ( 6 ) acted upon adjusting unit ( 2 . 2 ' . 3 ) relative to the scanner ( 4 . 5 ), or vice versa, and in this way with the scanning device ( 4 . 5 ) captured frames ( 7 ) in the control system ( 6 ) are assembled into at least one overall image, characterized in that a reference pattern generation unit ( 12 ) for generating a reference pattern ( 11 ) given size and shape on the sample ( 1 ) is provided and additionally an image comparator ( 20 ), which inferences from deviations of the reference pattern actual image (RI) from a reference pattern target image (RS) on the sample topology.

Apparatus according to claim 8, characterized in that the reference pattern generation unit ( 12 ) and the scanning device ( 4 . 5 ) are arranged at an angle to each other.

Device according to the preamble of claim 8, characterized in that the adjusting unit ( 2 . 2 ' . 3 ) at least one sensor ( 21 ), which when taking a stack ( 14 ) from the individual pictures ( 7 ) of the sample ( 1 ) generates associated actuating signals which, in conjunction with respectively focused areas ( 15 ) of the individual images ( 7 ) of the sample ( 1 ) are evaluated to determine the sample topology.