DE102017101188A1

DE102017101188A1 - Mikroskop und Verfahren zum Mikroskopieren einer Probe

Info

Publication number: DE102017101188A1
Application number: DE102017101188.9A
Authority: DE
Inventors: Alexander GAIDUK; Dominik STEHR; Johannes Winterot; Volker Pusch
Original assignee: Carl Zeiss Microscopy GmbH
Current assignee: Carl Zeiss Microscopy GmbH
Priority date: 2017-01-23
Filing date: 2017-01-23
Publication date: 2018-07-26
Anticipated expiration: 2037-01-24
Also published as: WO2018134129A1; CN110235045B; US20190384051A1; US11226478B2; DE102017101188B4; CN110235045A

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Mikroskopieren einer Probe mit einem Mikroskop, welches ein Objektiv und einen Bildsensor zum Wandeln eines von dem Objektiv auf den Bildsensor abgebildeten Bildes umfasst. Ein Sichtfeld des Mikroskops ist durch Auswahl eines Abschnittes des Bildsensors veränderbar. Bei einem Schritt des Verfahrens wird ein initiales Bild (01) zumindest eines Teilbereiches der Probe mit dem Mikroskop aufgenommen, wofür ein erstes Sichtfeld am Mikroskop gewählt wird. Das initiale Bild (01) wird analysiert, um zumindest zwei sich unterscheidende teilbereichsabbildende Sichtfelder zu ermitteln, wobei durch jedes der teilbereichsabbildenden Sichtfelder ein Teilbereich des initialen Bildes (01) abgebildet wird. Es werden Bilder (03) der Teilbereiche der Probe für jedes der ermittelten teilbereichsabbildenden Sichtfelder aufgenommen. Im Weiteren betrifft die Erfindung ein Mikroskop zum Mikroskopieren einer Probe.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft zunächst ein Verfahren zum Mikroskopieren einer Probe mit einem Mikroskop, welches ein Objektiv und einen Bildsensor zum Wandeln eines von dem Objektiv unmittelbar oder mittelbar auf den Bildsensor abgebildeten Bildes umfasst. Im Weiteren betrifft die Erfindung ein Mikroskop zum Mikroskopieren einer Probe.
Die DE 197 33 193 A1 zeigt ein Mikroskop mit adaptiver Optik. Bei diesem Mikroskop ist zwischen einem Objektiv und einer Tubuslinse ein transmittierender Wellenfrontmodulator angeordnet. Das Mikroskop kann für eine konfokale Mikroskopie, für eine lasergestützte Mikroskopie, für eine konventionelle Mikroskopie oder für eine analytische Mikroskopie verwendet werden.
Aus der US 7,345,816 B2 ist ein optisches Mikroskop bekannt, welches einen Spiegel mit einer steuerbar veränderlichen reflektierenden Oberfläche umfasst. Durch eine Veränderung der Oberfläche des Spiegels können Bilder aus unterschiedlichen fokalen Positionen aufgenommen werden.
Die US 7,269,344 B2 zeigt eine optische Vorrichtung mit einem abbildenden optischen System, welches verformbare Spiegel und eine digitale Zoom-Funktion besitzt. Hierdurch soll die elektronische Vergrößerung bei hoher Bildschärfe veränderbar sein.
Das Produkt „3D Microscope“ des Herstellers SD Optics dient der schnellen Erzeugung von makroskopischen und mikroskopischen Bildern, welche eine erweiterte Schärfentiefe (EDoF - Extended Depth of Field) besitzen. Zur Realisierung der EDoF-Funktionalität dient ein als MALS-Modul bezeichnetes Spiegel-Array-Linsensystem. MALS steht für Mirror Array Lens System. Details dieses Systems sind beispielsweise in der WO 2005/119331 A1 oder WO 2007/134264 A2 offenbart. Das Produkt umfasst u. a. eine LED-Ringbeleuchtung, eine Koaxialbeleuchtung, eine Durchlichtbeleuchtung, einen Kreuztisch, Objektive mit 5-, 10-, 20- und 50-facher Vergrößerung und eine schnelle automatische Fokussierung. Die Fokussierung kann mit einer Frequenz von bis zu 10 kHz verändert werden.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht ausgehend vom Stand der Technik darin, das Mikrokopieren einer Probe flexibel und schnell vornehmen zu können.
Die genannte Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß dem beigefügten Anspruch 1 sowie durch ein Mikroskop gemäß dem beigefügten nebengeordneten Anspruch 9.
Das erfindungsgemäße Verfahren dient zum Mikroskopieren einer Probe mit einem Mikroskop, insbesondere mit einem digitalen Mikroskop. In dem digitalen Mikroskop erfolgt bevorzugt eine elektronische Bildwandlung, wobei das aufgenommene Bild in Form von digitalen Daten weiterverarbeitet und zur Anzeige auf einer elektronischen Bildwiedergabeeinrichtung gebracht wird. Das Mikroskop umfasst ein Objektiv und einen Bildsensor zum Wandeln eines von dem Objektiv auf den Bildsensor unmittelbar oder mittelbar abgebildeten Bildes.
Ein bildsensorseitiges Sichtfeld des Mikroskops ist durch Auswahl eines Abschnittes des Bildsensors variierbar. Folglich wird zum Erzielen eines bestimmten Sichtfeldes des Mikroskops ein bestimmter Abschnitt des Bildsensors ausgewählt und ausgelesen. Für ein kleines Sichtfeld wird nur ein kleiner Abschnitt benötigt. Für ein maximales Sichtfeld umfasst der Abschnitt den gesamten Bildsensor. Der Abschnitt ist durch diejenigen Pixel des Bildsensors definiert, die sich innerhalb des Abschnittes befinden, wobei einige oder alle Pixel gruppiert sein können. Der Abschnitt ist also durch einen Ort und eine Fläche definiert. Das Sichtfeld wird englisch auch als Field-of-View bezeichnet und ist insbesondere durch einen bildsensorseitigen Öffnungswinkel des Mikroskops charakterisiert. Das Sichtfeld des Mikroskops ist veränderbar, sodass der bildsensorseitige Öffnungswinkel veränderbar, d. h. einstellbar ist. Das Objektiv für sich kann ein festes Sichtfeld aufweisen.
Das bildsensorseitige Sichtfeld ist durch eine zumindest zweidimensionale Ausdehnung definiert, wobei auch eine dreidimensionale Ausdehnung definiert sein kann, sodass nicht lediglich das Sichtfeld, sondern auch ein Sichtvolumen am Mikroskop variierbar ist.
In einem Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein initiales Bild zumindest eines Teilbereiches der Probe mit dem Mikroskop aufgenommen. Das Bild umfasst zumindest den genannten Teilbereich, einen Hauptbereich der Probe oder die gesamte Probe. Zur Aufnahme des initialen Bildes wird am Mikroskop ein erstes bildsensorseitiges Sichtfeld gewählt. D. h. ein erster Abschnitt des Bildsensors wird ausgewählt und ausgelesen. Das erste Sichtfeld kann auch innerhalb eines ersten Sichtvolumens gegeben sein, welches ausgewählt wird. Das initiale Bild kann zweidimensional oder dreidimensional sein.
Dreidimensionale Bilder umfassen für jeden Punkt im Raum Informationen über das darzustellende Objekt. Beispielsweise können in einem orthogonalen Koordinatensystem mit X-, Y- und Z-Achse für jeden Punkt im Raum Intensitätswerte und oder Farbwerte angegeben werden.
Es gibt auch Bilder, in denen beispielsweise für jedes Paar von X- und Y-Koordinaten nur ein Z-Wert bekannt ist. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn nur die Form der Oberfläche eines dreidimensionalen Körpers bekannt ist. Es können auch zu den X- und Y-Koordinaten eines Punktes als „dritte Dimension“ Intensitätswerte gewählt werden. Diese und weitere Fälle, die die Darstellung von Bildern mit einer dreidimensionalen Illusion ermöglichen, werden auch als pseudo-dreidimensionale oder als 2,5-dimensional Bilder bzw. Darstellungen bezeichnet.
Im Folgenden werden Bilder die eine dreidimensionale Darstellung oder die die Darstellung von Bildern mit einer dreidimensionalen Illusion ermöglichen gemeinsam als dreidimensionale Bilder bezeichnet.
In einem weiteren Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das initiale Bild analysiert, um mindestens zwei sich unterscheidende teilbereichsabbildende bildsensorseitige Sichtfelder zum Aufnehmen von mikroskopischen Bildern von zumindest mehreren Teilbereichen der Probe zu ermitteln. Das Analysieren kann manuell oder automatisch erfolgen. Durch das Analysieren werden die teilbereichsabbildenden Sichtfelder ermittelt, sodass mehrere Abschnitte des Bildsensors ermittelt werden, die geeignet sind, die mikroskopischen Bilder der mehreren Teilbereiche der Probe aufzunehmen. Durch jedes der teilbereichsabbildenden Sichtfelder wird ein Teilbereich des initialen Bildes abgebildet. Bevorzugt wird für jeden der Teilbereiche jeweils ein teilbereichsabbildendes Sichtfeld bestimmt, sodass jeder der Teilbereiche mit einem individuell geeigneten teilbereichsabbildenden Sichtfeld effizient mikroskopiert werden kann. Die teilbereichsabbildenden Sichtfelder unterscheiden sich in ihrer Position bezogen auf den Bildsensor in einer x- und/oder y-Richtung. Die teilbereichsabbildenden Sichtfelder unterscheiden sich bevorzugt auch in ihrer Größe und/oder Auflösung. Die teilbereichsabbildenden Sichtfelder können auch jeweils innerhalb von teilbereichsabbildenden Sichtvolumina gegeben sein, welche ausgewählt werden. Entsprechend sind die zugehörigen mikroskopischen Bilder nicht lediglich zweidimensional, sondern können auch dreidimensional sein. Die teilbereichsabbildenden Sichtfelder bzw. Sichtvolumina unterscheiden sich bevorzugt auch in ihrer Position in der zur x-Richtung und y-Richtung senkrechten z-Richtung. Die teilbereichsabbildenden Sichtfelder bzw. Sichtvolumina unterscheiden sich bevorzugt auch in ihrer Größe in der z-Richtung und/oder Auflösung in der z-Richtung.
In einem weiteren Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die mikroskopischen Bilder der mehreren Teilbereiche der Probe mit dem Mikroskop aufgenommen, wofür jeweils das zuvor bestimmte teilbereichsabbildende Sichtfeld am Mikroskop gewählt wird, d. h. dass der jeweils zuvor bestimmte Abschnitt des Bildsensors ausgewählt und ausgelesen wird.
Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass durch das Bestimmen der teilbereichsabbildenden Sichtfelder die Teilbereiche angepasst mikroskopiert werden können, sodass das Mikroskopieren der gesamten Probe schnell erfolgen kann, ohne Beeinträchtigungen der Qualität der mikroskopischen Bilder in Kauf nehmen zu müssen. Insbesondere können die Teilbereiche der Probe je nach Detailreichtum der einzelnen Teilbereiche mit angepassten teilbereichsabbildenden Sichtfeldern und Auflösungen mikroskopiert werden. Insofern die Teilbereiche dreidimensional aufgenommen werden, so wird bei den teilbereichsabbildenden Sichtfeldern bevorzugt auch jeweils die Auflösung in der dritten Dimension angepasst.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann zur schnellen Aufnahme zwei- und/oder dreidimensionaler mikroskopischer Bilder von großen Proben verwendet werden. Somit wird das Verfahren bevorzugt zur Inline-Prüfung in der Elektronikindustrie, in der Partikelanalyse, von nicht-metallischen Einschlüssen, in der generativen Fertigung, in der Pharmaindustrie und bei der Herstellung medizinischer Geräte angewendet.
Das initiale Bild und die Bilder der Teilbereiche werden bevorzugt mit dem genau einen Objektiv aufgenommen, sodass das Objektiv während der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens nicht gewechselt wird. Alternativ kann das initiale Bild mit einem anderen Objektiv oder mit einer anderen optischen Bildaufnahmeeinrichtung des Mikroskops aufgenommen werden. Die Bildaufnahmeeinrichtung kann beispielsweise durch eine Übersichtskamera oder durch eine Kamera für zwei- oder dreidimensionale Bilder gebildet sein.
Bei einer ersten bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das initiale Bild als ein Überblicksbild der Probe aufgenommen. Das Überblicksbild zeigt bevorzugt zumindest einen Hauptbereich der Probe, der bevorzugt zumindest die Hälfte der Probe umfasst. Das Überblicksbild zeigt besonders bevorzugt die gesamte Probe.
Zum Aufnehmen des Überblicksbildes wird das erste Sichtfeld als ein überblickabbildendes Sichtfeld gewählt, welches größer als alle teilbereichsabbildenden Sichtfelder ist. Das überblickabbildende Sichtfeld weist einen großen probenseitigen Öffnungswinkel auf. Die mikroskopischen Bilder der Teilbereiche werden falls notwendig mit einer feineren Auflösung als das initiale Überblicksbild aufgenommen. Die feinere Auflösung kann in der x-, y- und/oder z-Richtung ausgebildet sein. Bei der Aufnahme des Überblicksbildes mit der gröberen Auflösung werden nicht alle Pixel des Bildsensors im ausgewählten Abschnitt ausgelesen, sondern beispielsweise nur jedes dritte Pixel, oder die Pixel werden gruppiert. Auch kann beispielweise die Auflösung in der z-Richtung durch größere Schritte in die z-Richtung verringert werden, sodass die Aufnahme des Überblicksbildes schneller erfolgt. Alternativ kann das initiale Bild mit einer anderen optischen Bildaufnahmeeinrichtung, wie beispielsweise eine Übersichtskamera, aufgenommen werden.
Bei der ersten bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden beim Analysieren des initialen Überblicksbild bevorzugt die einzelnen im initialen Überblicksbild abgebildeten Teilbereiche analysiert, um jeweils eine zum Mikroskopieren des jeweiligen Teilbereiches notwendige Auflösung in zumindest zwei oder in drei Dimensionen zu bestimmen. Hierzu werden die im Überblicksbild abgebildeten Teilbereiche bevorzugt hinsichtlich ihres Detailreichtums analysiert. Je detailreicher der jeweilige Teilbereich ist, desto höher ist die notwendige Auflösung zum Aufnehmen des mikroskopischen Bildes dieses Teilbereiches. Das Auswählen der einzelnen teilbereichsabbildenden Sichtfelder erfolgt entsprechend der zuvor bestimmten jeweiligen notwendigen Auflösung. Je niedriger die notwendige Auflösung ist, desto größer kann das jeweilige teilbereichsabbildende Sichtfeld bzw. Sichtvolumen gewählt werden, um das jeweilige Bild effizient aufzunehmen, wofür insbesondere nicht alle Pixel des Bildsensors im ausgewählten Abschnitt ausgelesen werden oder jeweils mehrere Pixel im ausgewählten Abschnitt zusammengefasst ausgelesen werden oder eine Unterabtastung der Pixel im ausgewählten Abschnitt erfolgt.
Bei der ersten bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird dieses bevorzugt rekursiv durchgeführt. Hierfür wird zumindest eines der mikroskopischen Bilder der Teilbereiche analysiert, um mindestens ein subteilbereichsabbildendes Sichtfeld zum Aufnehmen von mikroskopischen Bildern von zumindest mehreren Subteilbereichen der Probe zu bestimmen. Die subteilbereichsabbildenden Sichtfelder sind bevorzugt kleiner als das jeweilige teilbereichsabbildende Sichtfeld. Es werden mikroskopische Bilder der mehreren Subteilbereiche der Probe mit dem Mikroskop aufgenommen, wofür jeweils das zuvor bestimmte subteilbereichsabbildende Sichtfeld am Mikroskop gewählt wird. Die mikroskopischen Bilder der Subteilbereiche werden mit einer feineren Auflösung in einer oder mehreren Dimensionen als der jeweilige Teilbereich aufgenommen. Es erfolgt bevorzugt eine rekursive Fortsetzung für Subsubteilbereiche usw.
Bei einer zweiten bevorzugten Ausführungsform wird das initiale Bild als ein mikroskopisches Bild eines ersten der Teilbereiche der Probe aufgenommen. Hierfür wird das erste Sichtfeld als ein teilbereichsabbildendes Sichtfeld gewählt. Die teilbereichsabbildenden Sichtfelder zum Aufnehmen der mikroskopischen Bilder der weiteren Teilbereiche der Probe werden somit ausgehend von der Analyse des Bildes des ersten Teilbereiches der Probe gewählt. Ergänzend kann jeweils eine Analyse der einzelnen mikroskopischen Bilder der weiteren Teilbereiche erfolgen, um die einzelnen teilbereichsabbildenden Sichtfelder zum Aufnehmen der mikroskopischen Bilder der jeweils folgenden weiteren Teilbereiche der Probe zu wählen. Es können mikroskopische Bilder für sämtliche Teilbereiche der Probe aufgenommen werden oder es können mikroskopische Bilder für nur einige der Teilbereiche der Probe aufgenommen werden.
Nachfolgend werden weitere bevorzugte Merkmale für die oben beschriebene erste und zweite bevorzugte Ausführungsform angegeben.
Das initiale Bild und/oder zumindest mehrere der Bilder der Teilbereiche werden bevorzugt mit einer erweiterten Schärfentiefe aufgenommen. Die erweiterte Schärfentiefe wird auch als Extended Depth of Field bezeichnet. Das jeweilige Bild mit der erweiterten Schärfentiefe kann zwei- oder dreidimensional sein. Zur Aufnahme des initialen Bildes bzw. des mikroskopischen Bildes mit der erweiterten Schärfentiefe werden bevorzugt mehrere Einzelbilder mit unterschiedlichen z-Positionen aufgenommen. Die Einzelbilder werden anschließend zu dem initialen Bild bzw. zu dem mikroskopischen Bild überblendet.
Das initiale Bild und/oder zumindest mehrere der mikroskopischen Bilder werden bevorzugt zusätzlich mit einer Tiefeninformation aufgenommen, sodass es sich bevorzugt um dreidimensionale Bilder handelt.
Zum Aufnehmen des initialen Bildes bzw. der mikroskopischen Bilder mit einer erweiterten Schärfentiefe bzw. zusätzlich mit einer Tiefeninformation wird bevorzugt ein Aktuator an einem aktiven optischen Element des Mikroskops gestellt. Der mechanische Aktuator kann beispielsweise dazu ausgebildet sein, das aktive optische Element, welches durch eine flexible Linse, eine durch mechanische Schwingungen steuerbare Linse, eine flüssige Linse oder eine diffraktive Linse zur Messung einer Tiefeninformation der Probe gebildet sein kann, zu verformen bzw. zu verschieben. Bevorzugt ist der Aktuator durch ein Mikrosystem zum mechanischen Bewegen von Mikrospiegeln und/oder Mikrolinsen gebildet. Bei dem Aktuator handelt es sich bevorzugt um einen Fokusaktuator und/oder um einen Aberrationsaktuator. Der Aktuator wird bevorzugt mit einer Frequenz von mindestens 1 kHz und weiter bevorzugt von mindestens 10 kHz betrieben.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist der optische Aktuator als ein Mikrosystem mit mechanisch beweglichen Mikrospiegeln zur Aufnahme einer erweiterten Schärfentiefe ausgebildet. In dieser Ausführungsform kann beispielsweise das oben beschriebene „MALS-Modul“ der Firma SD Optics Inc. als optischer Aktuator Verwendung finden. Ein MALS-Modul kann beispielsweise als Fresnel-Linse ausgebildet sein, wie dies beispielsweise in der WO 2005/119331 A1 beschrieben ist. Diese Fresnel-Linse wird aus einer Vielzahl von Mikrospiegeln gebildet. Durch eine Veränderung der Lage der Mikrospiegel kann auf sehr schnelle Weise die Brennweite der Fresnel-Linse verändert werden. Diese schnelle Veränderung der Brennweite erlaubt eine sehr schnelle Einstellung der abzubildenden Fokusebene. So wird es ermöglicht, in kurzer Zeit eine Vielzahl von Aufnahmen in benachbarten Fokusebenen aufzunehmen. Eine derartige Folge von Bildern, welche in unterschiedlichen Fokusebenen aufgenommen wurden, wird auch als Fokus-Stapel bezeichnet. Aus einem Fokus-Stapel kann ein Bild mit erweiterter Schärfentiefe ermittelt werden.
Die mikroskopischen Bilder der Teilbereiche sind auch als Kacheln zu bezeichnen. Das erfindungsgemäße Verfahren ist somit zur Mikroskopie großer Proben wie beispielsweise eine Leiterplatte geeignet. Die aufgenommenen mikroskopischen Bilder der Teilbereiche werden bevorzugt zu einem Gesamtbild der Probe zusammengefügt.
Bevorzugt wird jeweils ein teilbereichsabbildendes Sichtfeld für jeden der Teilbereiche bestimmt und zur Aufnahme des entsprechenden Bildes verwendet. Somit wird für jeden der Teilbereiche ein angepasstes teilbereichsabbildendes Sichtfeld mit angepasster Auflösung bestimmt und verwendet.
Besonders bevorzugt werden neben dem Sichtfeld weitere Parameter des Mikroskops zur Aufnahme der mikroskopischen Bilder der Teilbereiche der Probe angepasst. Die weiteren Parameter des Mikroskops werden im Ergebnis der Analyse des initialen Bildes bestimmt und beim Aufnehmen der mikroskopischen Bilder der Teilbereiche am Mikroskop gewählt. Die weiteren Parameter des Mikroskops umfassen bevorzugt eine zwei- oder dreidimensionale Auflösung des jeweils aufzunehmenden mikroskopischen Bildes, ein Sichtvolumen zum Aufnehmen des jeweils aufzunehmenden dreidimensionalen mikroskopischen Bildes, einen Kontrast zum Aufnehmen des jeweils aufzunehmenden mikroskopischen Bildes, Parameter zur Aberrationssteuerung, die Option einer erweiterten Schärfentiefe, die Option einer Tiefeninformation und/oder Parameter zum Stellen des Aktuators des aktiven optischen Elementes. Entsprechend erfolgt das Analysieren des initialen Bildes, um weiterhin eine zwei- oder dreidimensionale Auflösung der aufzunehmenden mikroskopischen Bilder zu bestimmen, ein Sichtvolumen zum Aufnehmen der dreidimensionalen mikroskopischen Bilder zu bestimmen, einen Kontrast zum Aufnehmen der mikroskopischen Bilder zu bestimmen, Parameter zur Aberrationssteuerung zu bestimmen, Parameter zum Stellen des Aktuators des aktiven optischen Elementes zu bestimmen und/oder um zu entscheiden, ob die mikroskopischen Bilder jeweils mit einer erweiterten Schärfentiefe und/oder mit einer Tiefeninformation aufgenommen werden. Anschließend werden die mikroskopischen Bilder der mehreren Teilbereiche jeweils mit der zuvor bestimmten zwei- oder dreidimensionalen Auflösung, mit dem zuvor bestimmten Sichtvolumen, mit dem zuvor bestimmten Kontrast, mit den zuvor bestimmen Parametern zur Aberrationssteuerung mit den zuvor bestimmen Parametern zum Stellen des Aktuators, mit einer erweiterten Schärfentiefe und/oder mit einer Tiefeninformation aufgenommen.
Die teilbereichsabbildenden Sichtfelder weisen bevorzugt jeweils einen probenseitigen Öffnungswinkel von höchstens 140° auf. Das überblickabbildende Sichtfeld weist bevorzugt einen probenseitigen Öffnungswinkel von mindestens 1° und weiter bevorzugt mindestens 5° auf.
Die teilbereichsabbildenden Sichtfelder weisen bezogen auf die Probe eine Kantenlänge oder einen Durchmesser von bevorzugt höchstens 5 mm, weiter bevorzugt höchstens 2 mm auf. Das überblickabbildende Sichtfeld weist bezogen auf die Probe eine Kantenlänge oder einen Durchmesser von bevorzugt mehr als 5 mm auf.
Die mikroskopischen Bilder der Teilbereiche werden bevorzugt jeweils mit einer Auflösung von mindestens 500 Linienpaaren/mm aufgenommen. Die mikroskopischen Bilder der Teilbereiche werden bevorzugt jeweils mit einer Auflösung von mindestens 0,3 µm bezogen auf die Probe aufgenommen. Das initiale Überblicksbild wird bevorzugt mit einer Auflösung von höchstens 400 Linienpaaren/mm aufgenommen. Das initiale Überblicksbild wird bevorzugt mit einer Auflösung von höchstens 2 µm bezogen auf die Probe aufgenommen. Das initiale Überblicksbild wird weiter bevorzugt mit einer Auflösung von höchstens 10 µm bezogen auf die Probe aufgenommen.
Die Probe wird während der Aufnahme des initialen Bildes und während der Aufnahme der mikroskopischen Bilder bevorzugt beleuchtet, wofür bevorzugt sichtbares Licht, UV-Strahlung und/oder IR-Strahlung verwendet wird.
Das erfindungsgemäße Mikroskop ist bevorzugt digital und umfasst zunächst ein Objektiv zum vergrößerten optischen Abbilden einer Probe in einer Bildebene. Durch das Objektiv ist ein Bild mit einer optischen Auflösung in der Bildebene darstellbar. Die optische Auflösung ist durch die physikalischen Vorgänge und die Eigenschaften des Objektivs bestimmt. Das Objektiv umfasst optische Komponenten zum vergrößerten optischen Abbilden der Probe in der Bildebene. Die optischen Komponenten sind insbesondere durch optische Linsen und ggf. auch durch eine oder mehrere Spiegel, Blenden und Filter gebildet.
Das Mikroskop umfasst weiterhin einen Bildsensor zum Wandeln des von dem Objektiv unmittelbar oder mittelbar auf den Bildsensor abgebildeten Bildes in ein elektrisches Signal. Ein bildsensorseitiges Sichtfeld des Mikroskops ist durch Auswahl eines Abschnittes des Bildsensors variierbar.
Das Mikroskop umfasst weiterhin eine elektronische Steuereinheit zum Steuern des Bildsensors. Die Steuereinheit dient bevorzugt weiterhin zum Steuern einer die Bilddaten des Bildsensors verarbeitenden Bildverarbeitungseinheit. Die Steuereinheit ist zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens konfiguriert. Die Steuereinheit ist bevorzugt zur Ausführung bevorzugter Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens konfiguriert. Im Übrigen weist das Mikroskop bevorzugt auch Merkmale auf, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und dessen bevorzugten Ausführungsformen angegeben sind. Auch das erfindungsgemäße Verfahren weist bevorzugt Merkmale auf, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Mikroskop und dessen bevorzugten Ausführungsformen angegeben sind.
Bevorzugt weist das Objektiv einen maximalen Vergrößerungsfaktor von höchstens 40 auf. Insofern das Objektiv einen festen Vergrößerungsfaktor aufweist, so stellt dieser auch den maximalen Vergrößerungsfaktor dar. Bei bevorzugten Ausführungsformen des Mikroskops ist der maximale Vergrößerungsfaktor höchstens 30. Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen des Mikroskops ist der maximale Vergrößerungsfaktor höchstens 20. Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen des Mikroskops ist der maximale Vergrößerungsfaktor höchstens 10. Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen des Mikroskops ist der maximale Vergrößerungsfaktor höchstens 5.
Das Objektiv weist eine numerische Apertur auf, die bevorzugt mindestens 0,01 beträgt. Die numerische Apertur beträgt weiter bevorzugt mindestens 0,1.
Die maximale Bildauflösung des Bildsensors ist bevorzugt durch einen Pixelabstand definiert. Der Pixelabstand ist der Abstand zweier unmittelbar benachbarter Pixel. Der Pixelabstand ist der Quotient aus der Ausdehnung des Bildsensors in einer seiner Erstreckungsrichtungen durch die Anzahl der Pixel in dieser Erstreckungsrichtung. Der Pixelabstand ist beispielsweise der Quotient aus der Breite des Bildsensors durch die Anzahl der Pixel in einer Zeile der Matrix. Der Pixelabstand ist beispielsweise der Quotient aus der Höhe des Bildsensors durch die Anzahl der Pixel in einer Spalte der Matrix.
Bei bevorzugten Ausführungsformen des Mikroskops beträgt der Pixelabstand des Bildsensors höchstens 6 µm. Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen des Mikroskops beträgt der Pixelabstand des Bildsensors höchstens 4 µm. Der Pixelabstand des Bildsensors beträgt besonders bevorzugt 2,0 µm, 1,8 µm, 1,6 µm, 1,4 µm, 1,2 µm, 1,0 µm, 0,8 µm oder 0,6 µm.
Die Anzahl der Pixel in einer Spalte des matrixförmigen Bildsensors beträgt bevorzugt mindestens 1.000, während gleichzeitig die Anzahl der Pixel in einer Zeile des matrixförmigen Bildsensors ebenfalls mindestens 1.000 beträgt.
Bei bevorzugten Ausführungsformen des Mikroskops beträgt die Anzahl der Pixel des Bildsensors mindestens 5 Millionen. Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen des Mikroskops beträgt die Anzahl der Pixel des Bildsensors mindestens 8 Millionen. Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen des Mikroskops beträgt die Anzahl der Pixel des Bildsensors mindestens 20 Millionen. Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen des Mikroskops beträgt die Anzahl der Pixel des Bildsensors mindestens 50 Millionen. Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen des Mikroskops beträgt die Anzahl der Pixel des Bildsensors mindestens 100 Millionen.
Das erfindungsgemäße Mikroskop umfasst bevorzugt einen Aktuator eines aktiven optischen Elementes, mit welchem insbesondere die Fokussierung verstellbar ist. Bevorzugt ist der Aktuator des aktiven optischen Elementes durch ein Mikrosystem zum mechanischen Bewegen von Mikrospiegeln und/oder Mikrolinsen gebildet. Die Steuereinheit ist bevorzugt auch zum Steuern des Aktuators ausgebildet.
Weitere Einzelheiten und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung, unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen:

1: die Aufnahme eines Überblicksbildes und mikroskopischer Bilder von Teilbereichen gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens;
2: eine erste bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen digitalen Mikroskops mit drei Optionen zur Messung einer Tiefeninformation;
3: eine zweite bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen digitalen Mikroskops mit drei Optionen zur Beleuchtung;
4: eine dritte und eine viere bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen digitalen Mikroskops; und
5: einen Ablaufplan einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.

1 veranschaulicht die Aufnahme eines Überblicksbildes 01 einer Probe 02 (gezeigt in 2) und mehrerer mikroskopischer Bilder 03 von Teilbereichen der Probe 02 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Das Überblicksbild 01 weist eine geringe Auflösung von 250 Linienpaaren/mm auf und wurde mit einem großen Sichtfeld aufgenommen, welches bezogen auf die Probe 02 gleich 3,6 mm · 3,6 mm groß ist. Die Auflösung in die z-Richtung beträgt 100 µm. Da das Überblicksbild 01 die gesamte Probe 02 (gezeigt in 2) abbildet, erforderte seine Aufnahme einen längeren Zeitraum, sodass es mit einer geringen Geschwindigkeit von 10 Bildern/s aufgenommen wurde. Da das Überblicksbild 01 in der gezeigten Ausführungsform keine Tiefeninformation besitzt, kann es als zweidimensional charakterisiert werden.
Ein erstes mikroskopisches Bild 04 der mehreren mikroskopischen Bilder 03 bildet einen großen Teilbereich der Probe 02 (gezeigt in 2) ab. Dieser Teilbereich der Probe 02 ist im bereits im Überblicksbild 01 abgebildet. Da der Teilbereich groß ist, wurde das erste mikroskopische Bild 04 mit einem großen Sichtfeld aufgenommen, welches bezogen auf die Probe 02 gleich 2,4 mm · 2,4 mm groß ist. Das erste mikroskopische Bild 04 wurde mit einer hohen Auflösung von 1.000 Linienpaaren je mm aufgenommen, sodass kleine Details wiedergegeben werden. Die Auflösung in die z-Richtung beträgt 4,5 µm. Da der Teilbereich groß ist, erforderte die Aufnahme des ersten mikroskopischen Bildes 04 einen längeren Zeitraum, sodass es mit einer geringen Geschwindigkeit von 10 Bildern/s aufgenommen wurde. Da das erste mikroskopische Bild 04 in der gezeigten Ausführungsform keine Tiefeninformation besitzt, kann es als zweidimensional charakterisiert werden.
Ein zweites mikroskopisches Bild 06 der mehreren mikroskopischen Bilder 03 bildet einen kleinen Teilbereich der Probe 02 (gezeigt in 2) ab. Dieser Teilbereich der Probe 02 ist bereits im Überblicksbild 01 abgebildet. Da der Teilbereich klein ist, wurde das zweite mikroskopische Bild 06 mit einem kleinen Sichtfeld aufgenommen, welches bezogen auf die Probe 02 gleich 0,6 mm · 0,6 mm groß ist. Das zweite mikroskopische Bild 06 wurde mit einer hohen Auflösung von 1.000 Linienpaaren je mm aufgenommen, sodass kleine Details wiedergegeben werden. Die Auflösung in die z-Richtung beträgt 4,5 µm. Da der Teilbereich klein ist, erforderte die Aufnahme des zweiten mikroskopischen Bildes 06 einen kleinen Zeitraum, sodass es mit einer hohen Geschwindigkeit von beispielsweise 30 Bildern/s aufgenommen wurde. Da das zweite mikroskopische Bild 06 in der gezeigten Ausführungsform keine Tiefeninformation besitzt, kann es als zweidimensional charakterisiert werden.
Ein drittes mikroskopisches Bild 07 der mehreren mikroskopischen Bilder 03 bildet einen kleinen Teilbereich der Probe 02 (gezeigt in 2) dreidimensional ab. Dieser Teilbereich der Probe 02 ist bereits im Überblicksbild 01 abgebildet. Da der Teilbereich klein ist, wurde das dritte mikroskopische Bild 07 mit einem kleinen Sichtfeld und einem kleinen Sichtvolumen aufgenommen, welches bezogen auf die Probe 02 gleich 0,6 mm · 0,6 mm · 0,45 mm groß ist. Das dritte mikroskopische Bild 07 wurde mit einer hohen Auflösung von 1.000 Linienpaaren je mm aufgenommen, sodass kleine Details wiedergegeben werden. Die Auflösung in die z-Richtung beträgt 4,5 µm. Es erfolgte keine Vergrößerung des Sichtfeldes in die z-Richtung. Da der Teilbereich klein ist, erforderte die Aufnahme des dritten mikroskopischen Bildes 07 einen kleinen Zeitraum, sodass es mit einer hohen Geschwindigkeit von mehr als 1 Volumen/s aufgenommen wurde. Da das dritte mikroskopische Bild 07 in der gezeigten Ausführungsform eine Tiefeninformation besitzt, kann es als dreidimensional charakterisiert werden.
Ein viertes mikroskopisches Bild 08 der mehreren mikroskopischen Bilder 03 bildet zwei kleine Teilbereiche der Probe 02 (gezeigt in 2) dreidimensional und mosaikartig ab. Diese Teilbereiche der Probe 02 sind bereits im Überblicksbild 01 abgebildet. Die zwei kleinen Teilbereiche wurden mit größeren Sichtfeldern aufgenommen, welche bezogen auf die Probe 02 gleich 0,6 mm · 0,6 mm · 0,45 mm bzw. gleich 0,6 mm · 0,6 mm · 0,6 mm groß sind. Das vierte mikroskopische Bild 08 wurde mit einer hohen Auflösung von jeweils 1.000 Linienpaaren je mm für beide Teilbereiche aufgenommen, sodass kleine Details wiedergegeben werden. Die Auflösung in die z-Richtung beträgt jeweils 4,5 µm für die beiden kleinen Teilbereiche, wobei die Auflösung in die z-Richtung auch zwischen den kleinen Teilbereichen variieren kann. Während für den ersten kleinen Teilbereich keine Vergrößerung des Sichtfeldes in die z-Richtung erfolgt, wird für den zweiten kleinen Teilbereich eine Vergrößerung des Sichtfeldes in die z-Richtung vorgenommen. Da mehrere Teilbereiche abgebildet werden, erforderte die Aufnahme des vierten mikroskopischen Bildes 08 einen größeren Zeitraum, sodass es mit einer kleinen Geschwindigkeit von jeweils weniger als 1 Volumen/s für die beiden kleinen Teilbereiche aufgenommen wird. Da das vierte mikroskopische Bild 08 in der gezeigten Ausführungsform eine Tiefeninformation besitzt, kann es als dreidimensional charakterisiert werden.
Ein fünftes mikroskopisches Bild 09 der mehreren mikroskopischen Bilder 03 bildet einen mittelgroßen Teilbereich der Probe 02 (gezeigt in 2) dreidimensional ab. Dieser Teilbereich der Probe 02 ist bereits im Überblicksbild 01 abgebildet. Da der Teilbereich mittelgroß ist, wurde das fünfte mikroskopische Bild 09 mit einem größeren Sichtfeld aufgenommen, welches bezogen auf die Probe 02 gleich 1,2 mm · 1,2 mm · 1 mm groß ist. Das fünfte mikroskopische Bild 09 wird mit einer geringen Auflösung von 500 Linienpaaren je mm aufgenommen, sodass diese Aufnahme nur einen kleinen Zeitraum erdordert, was zu einer hohen Geschwindigkeit der Aufnahme von mehr als 1 Volumen/s führt. Die Auflösung in die z-Richtung beträgt 45 µm. Es erfolgt eine Vergrößerung des Sichtfeldes in die z-Richtung. Da das fünfte mikroskopische Bild 09 in der gezeigten Ausführungsform eine Tiefeninformation besitzt, kann es als dreidimensional charakterisiert werden.

Die verschiedenen Charakteristika der Aufnahmen des Überblicksbildes 01, des ersten mikroskopischen Bildes 04, des zweiten mikroskopischen Bildes 06, des dritten mikroskopischen Bildes 07, des vierten mikroskopischen Bildes 08 und des fünften mikroskopischen Bildes 09 sind vergleichend in Tabelle 1 dargestellt. Tabelle 1.

Bild	2D / 3D	Beschreibung	Auflösung	Geschwindigkeit	Sichtfeld	Auflösung in z	Vergrö. in z
Überblicksbild 01	2D	Einzel, großer Bereich	250 lp/mm	10 Bilder/s	3,6 · 3,6 mm²	100 µm	-
erstes mikroskopisches Bild 04	2D	Einzel	1.000 lp/mm	10 Bilder/s	2,4 · 2,4 mm²	4,5 µm	-
zweites mikroskopisches Bild 06	2D	Einzel	1.000 lp/mm	30 Bilder/s	0,6 · 0,6 mm²	4,5 µm	-
drittes mikroskopisches Bild 07	3D	Einzel	1.000 lp/mm	> 1 Volumen/s	0,6 · 0,6 0,45 mm³	4,5 µm	Nein
viertes mikroskopisches Bild 08	3D	zusammengesetztes Mosaik	1.000 lp/mm	< 1 Volumen/s	0,6 · 0,6 0,45 mm³	4,5 µm	Nein
viertes mikroskopisches Bild 08	3D	zusammengesetztes Mosaik	1.000 lp/mm	< 1 Volumen/s	0,6 · 0,6 0,6 mm³	4,5 µm	Ja
fünftes mikroskopisches Bild 09	3D	Einzel	500 lp/mm	> 1 Volumen/s	1,2 · 1,2 1 mm³	45 µm	Ja

Zur Aufnahme der Überblicksbildes 01 und der mikroskopischen Bilder 03 erfolgt erfindungsgemäß eine geeignete Auswahl eines kleinen maximalen Vergrößerungsfaktors von höchstens 40, eines großen maximalen Sichtfeldes, einer schnellen mechanischen Fokussierung, einer Bildwandlung mit einem kleinen Pixelabstand und einer großen Anzahl an Pixeln, einer schnellen Übertragung der durch die Bildwandlung erhaltenen Daten und der zu mikroskopierenden Teilbereiche zur Erhöhung der Geschwindigkeit der Bildwandlung.
Gemäß einem ersten erfindungsgemäßen Beispiel werden ein kleiner maximaler Vergrößerungsfaktor von höchstens 40 und eine große numerische Apertur gewählt, um ein großes maximales Sichtfeld und eine feine optische Auflösung zu erhalten, um insbesondere zweidimensionale mikroskopische Bilder 03 aufzunehmen.
Gemäß einem zweiten erfindungsgemäßen Beispiel werden ein kleiner maximaler Vergrößerungsfaktor von höchstens 40 und eine große numerische Apertur gewählt, um ein großes maximales Sichtfeld zu erhalten und um die notwendigen Veränderungen der Vergrößerung infolge der großen und schnellen Variation der Fokussierung zu minimieren, wenn dreidimensionale mikroskopische Bilder 03 aufzunehmen sind.
Gemäß einem dritten erfindungsgemäßen Beispiel wird für die Bildwandlung ein kleiner Pixelabstand gewählt, der klein genug ist, dass es bei der gewählten numerischen Apertur und der gewählten Vergrößerung nicht zu einer Unterabtastung kommt. Für die Bildwandlung wird eine große Pixelanzahl verwendet, sodass das Sichtfeld groß ist. Die erfindungsgemäß erzielbare schnelle Bildwandlung wird mit einer variierenden Fokussierung synchronisiert. Es können zweidimensionale mikroskopische Bilder 03 durch eine Bildwandlung mit einer Pixelanzahl von 42 Millionen und einer Zeilenzahl von 1080 mit einer Bildwiederholrate von mehr als 60 Hz erhalten werden. Es können dreidimensionale mikroskopische Bilder 03 durch eine Fokusvariation von > 10 kHz bei einer Geschwindigkeit von 1 Volumen/s von einem räumlichen Teilbereich der Größe 10 mm · 10 mm · 10 mm erhalten werden, wobei die räumliche Auflösung in x-, y- und z-Richtung 5 µm, 5 µm und 170 µm beträgt. Für einen räumlichen Teilbereich der Größe 6 mm · 5 mm · 7 mm beträgt die räumliche Auflösung in x-, y- und z-Richtung 0,8 µm, 0,9 µm und 170 µm. Für einen räumlichen Teilbereich der Größe 180 µm · 130 µm · 36 µm beträgt die räumliche Auflösung in x-, y- und z-Richtung 0,1 µm, 0,1 µm und 0,9 µm.
2 zeigt eine erste bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen digitalen Mikroskops mit drei alternativ einsetzbaren Optionen 11, 12, 13 zur Messung einer Tiefeninformation. Je nach Ausgestaltung des Mikroskops wird eine der Optionen 11, 12 oder 13 in den Strahlengang eingebracht. In der Darstellung in 2 ist Option 11 in den Strahlengang eingebracht. Diese Option 11 kann durch eine der Optionen 12 oder 13 ersetzt werden. Mit dem digitalen Mikroskop kann die Probe 02 mikroskopiert werden. Das digitale Mikroskop umfasst eine Durchlichtbeleuchtung 14, eine Ringbeleuchtung 16 und eine Koaxialbeleuchtung 17, die alternativ oder gemeinsam zum Beleuchten der Probe 02 dienen. Die jeweilige Option 11; 12; 13 kann durch eine erste Grobfokussierung 18 verschoben werden. Alternativ oder ergänzend dazu kann die Probe 02 durch eine zweite Grobfokussierung 19 verschoben werden. Das digitale Mikroskop umfasst weiterhin ein Objektiv 20 und einen Bildsensor 21, welcher bei den drei Optionen 11, 12, 13 unterschiedlich angeordnet ist.
Die drei Optionen 11, 12, 13 unterscheiden sich insbesondere in der Realisierung der Messung einer Tiefeninformation der Probe 02.
Bei der ersten Option 11 dient ein Mikrosystem 22 mit beweglichen Mikrospiegeln zur Messung einer Tiefeninformation der Probe 02, wobei das Mikrosystem 22 mit den beweglichen Mikrospiegeln über einen Strahlteiler 23 rückreflektierend angeordnet ist. Das Mikrosystem 22 dient zudem zur schnellen Feinfokussierung einschließlich einer Korrektur der Aberration. Bei der zweiten Option 12 ist das Mikrosystem 22 mit den beweglichen Mikrospiegeln in einem Winkel von 45° reflektierend angeordnet. Auch hier dient das Mikrosystem 22 zudem zur schnellen Feinfokussierung einschließlich einer Korrektur der Aberration. Bei der dritten Option 13 dient ein aktives optisches Element 24, wie beispielsweise eine durch mechanische Schwingungen steuerbare Linse, eine flüssige Linse oder eine diffraktive Linse zur Messung einer Tiefeninformation der Probe 02. Das aktive optische Element 24 dient zudem zur schnellen Feinfokussierung einschließlich einer Korrektur der Aberration. Vor dem Bildsensor 21 ist optional jeweils eine Linse 26 angeordnet. Jede der drei Optionen 11, 12, 13 ermöglicht eine dreidimensionale und eine zweidimensionale mikroskopische Aufnahme der Probe 02. Durch das oben beschriebene erfindungsgemäße Verfahren kann die Geschwindigkeit der Messung um einen Faktor zwischen 2 und 100 erhöht werden.
3 zeigt eine zweite bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen digitalen Mikroskops mit drei alternativ einsetzbaren Optionen 31, 32, 33 zur Koaxialbeleuchtung 17 der Probe 02. In der Darstellung in 3 ist die erste Option 31 zur Koaxialbeleuchtung 17 im Einsatz. Die weiteren Optionen 32, 33 zur Koaxialbeleuchtung 17 können anstelle der ersten Option 31 in den Strahlengang des Mikroskops eingebracht werden. Das Mikroskop umfasst wiederum das Objektiv 20 und eine der drei in 2 schematisch dargestellten und oben erläuterten Optionen 11, 12, 13. Eine der Optionen 11, 12, 13 wird an der Stelle des in 3 dargestellten Quadrats derart in den Strahlengang eingebracht, dass die o. g. beschriebene Funktion erzielt wird. Die drei Optionen 31, 32, 33 zur Koaxialbeleuchtung 17 umfassen jeweils eine Lichtquelle 34 und eine optionale Linse 36, die alternativ beispielsweise eine durch mechanische Schwingungen steuerbare Linse, eine flüssige Linse oder eine diffraktive Linse sein kann. Die Lichtquelle 34 kann zum Aussenden von kohärenten, inkohärenten, kontinuierlichen, pulsierenden oder stroboskopartigen Licht ausgebildet sein. Bei der zweiten Option 32 zur Koaxialbeleuchtung 17 ist ein Mikrosystem 37 mit mechanisch beweglichen Mikrospiegeln über einen Strahlteiler 38 rückreflektierend angeordnet. Bei der dritten Option 33 zur Koaxialbeleuchtung 17 ist das Mikrosystem 37 mit den beweglichen Mikrospiegeln in einem Winkel von 45° reflektierend angeordnet. Die Optionen 32; 33 ermöglichen eine Beleuchtung mit der Möglichkeit einer Steuerung der Fokussierung und der Aberration. Die Steuerung der Aberration kann beleuchtungspfad- und/oder detektions-pfadspezifisch vorgenommen werden. Diese Steuerung kann in Abhängigkeit von der Zeit oder von der z-Position dynamisch oder statisch vorgenommen werden.
Die Optionen 31, 32, 33 können weitere optische Elemente (nicht gezeigt), wie beispielsweise eine durch mechanische Schwingungen steuerbare Linse, eine flüssige Linse oder eine diffraktive Linse umfassen, wodurch beispielweise eine Intensität, eine Phase und/oder eine Polarisation des zu erzeugenden Lichtes steuerbar sind.
Die drei Optionen 31, 32, 33 zur Koaxialbeleuchtung 17 der Probe 02 können alternativ auch zur Durchlichtbeleuchtung oder zur Ringbeleuchtung ausgebildet sein.
4 zeigt eine dritte und eine viere bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen digitalen Mikroskops, welche wiederum das Objektiv 20, die Koaxialbeleuchtung 17 (gezeigt in 2) und den Bildsensor 21 umfassen, wobei der Bildsensor 21 abnehmbar ist. Strahlformende und/oder fokussierende Elemente 41 dienen optional dazu, einen Lichtstrahldurchmesser an einen fokussierten Bereich anzupassen.
Bei der links dargestellten dritten Ausführungsform ist ein Mikrosystem 42 mit beweglichen Mikrospiegeln über einen Strahlteiler 43 rückreflektierend angeordnet, um als Aktuator zum Verstellen der Fokussierung zu fungieren. Bei der rechts dargestellten vierten Ausführungsform dient ein Fokusaktuator 44 zum Verstellen der Fokussierung. Eine weitere optionale Linse 46 kann vor dem Bildsensor 21 angeordnet sein.
5 zeigt einen Ablaufplan einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. Bei dieser Ausführungsform wird zu Beginn ein mikroskopisches Bild eines ersten Teilbereiches einer Probe aufgenommen. Es handelt sich um ein initiales Bild. Es wird bei dieser Ausführungsform als zweidimensionales Bild mit einer maximalen zweidimensionalen Auflösung aufgenommen werden. Soll die Probe dreidimensional aufgenommen werden, so wird anschließend ein dreidimensionales Bild der Probe mit geringer zweidimensionaler Auflösung aufgenommen. Ausgehend davon werden weitere Teilbereiche analysiert, um Parameter für zweidimensionale und dreidimensionale mikroskopische Bilder von weiteren Teilbereichen zu bestimmen. Die Parameter umfassen das zu wählende Sichtfeld/Sichtvolumen, aber auch beispielsweise Kontrast, Parameter zum Stellen eines Aktuators eines aktiven optischen Elementes 22, 24, 42; 44 (gezeigt in 2 und 4) und/oder eine Option zum Aufnehmen einer erweiterten Schärfentiefe. Die zuvor getätigte Aufnahme wird anschließend mit einem anderen Kontrast wiederholt. Ausgehend davon werden die weiteren Teilbereiche erneut analysiert, um Parameter für zweidimensionale und dreidimensionale mikroskopische Bilder von weiteren Teilbereichen zu bestimmen. Diese Parameter werden mit den zuvor ermittelten Parametern hinsichtlich ihrer Korrelation analysiert, um die Parameter endgültig auszuwählen. Im nächsten Schritt werden Informationen über Subteilbereiche im jeweiligen Teilbereich ermittelt. Schließlich wird ein mikroskopisches Bild eines weiteren Teilbereiches mit den zuvor festgelegten Parametern aufgenommen. Soll die Probe generell nur zweidimensional aufgenommen werden, so werden mikroskopische Bilder der weiteren Teilbereiche nach Aufnahme des initialen Bildes aufgenommen, ohne dreidimensionale Bilder aufzunehmen und zu analysieren.
Alternativ zu der dargestellten Ausführungsform kann das initiale Bild auch ein zweidimensionales Bild mit geringer Auflösung und einem großen Sichtfeld, ein dreidimensionales Bild mit geringer Auflösung in drei Dimensionen und einem großen Sichtvolumen sein.
Bezugszeichenliste

01: Überblicksbild
02: Probe
03: mikroskopische Bilder
04: erstes mikroskopisches Bild
05: -
06: zweites mikroskopisches Bild
07: drittes mikroskopisches Bild
08: viertes mikroskopisches Bild
09: fünftes mikroskopisches Bild
10: -
11: erste Option
12: zweite Option
13: dritte Option
14: Durchlichtbeleuchtung
15: -
16: Ringbeleuchtung
17: Koaxialbeleuchtung
18: erste Grobfokussierung
19: zweite Grobfokussierung
20: Objektiv
21: Bildsensor
22: Mikrosystem mit beweglichen Mikrospiegeln
23: Strahlteiler
24: aktives optisches Element
25: -
26: Linse
27: -
28: -
29: -
30: -
31: erste Option
32: zweite Option
33: dritte Option
34: Lichtquelle
35: -
36: Linse
37: Mikrosystem mit beweglichen Mikrospiegeln
38: Strahlteiler
39: -
40: -
41: strahlformende und/oder fokussierende Elemente
42: Mikrosystem mit mechanisch beweglichen Mikrospiegeln
43: Strahlteiler
44: Fokusaktuator
45: -
46: Linse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 19733193 A1 [0002]
US 7345816 B2 [0003]
US 7269344 B2 [0004]
WO 2005/119331 A1 [0005, 0029]
WO 2007/134264 A2 [0005]

Claims

Verfahren zum Mikroskopieren einer Probe (02) mit einem Mikroskop, welches ein Objektiv (20) und einen Bildsensor (21) umfasst, wobei ein bildsensorseitiges Sichtfeld des Mikroskops durch Auswahl eines Abschnittes des Bildsensors (21) veränderbar ist; wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: - Aufnehmen eines initialen Bildes (01) zumindest eines Teilbereiches der Probe (02) mit dem Mikroskop, wofür ein erstes Sichtfeld am Mikroskop gewählt wird; - Ermitteln von zumindest zwei sich unterscheidenden teilbereichsabbildenden Sichtfeldern durch Analysieren des initialen Bildes (01), wobei durch jedes der teilbereichsabbildenden Sichtfelder ein Teilbereich des initialen Bildes (01) abgebildet wird; und - Aufnehmen von Bildern (03) der Teilbereiche der Probe (02) für jedes der ermittelten teilbereichsabbildenden Sichtfelder.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Sichtfeld größer als das mindestens eine teilbereichsabbildende Sichtfeld ist, wobei die mikroskopischen Bilder (03) der Teilbereiche mit einer feineren Auflösung als das initiale Bild (01) aufgenommen werden.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass: - beim Analysieren des initialen Bildes (01) die einzelnen im initialen Bild (01) abgebildeten Teilbereiche analysiert werden, um jeweils eine zum Mikroskopieren des jeweiligen Teilbereiches notwendige Auflösung zu bestimmen; und dass - das Auswählen der einzelnen teilbereichsabbildenden Sichtfelder entsprechend der zuvor bestimmten jeweiligen notwendigen Auflösung erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das initiale Bild als ein mikroskopisches Bild (03) eines ersten Teilbereichs der Probe (02) aufgenommen wird, wofür das erste Sichtfeld als ein teilbereichsabbildendes Sichtfeld gewählt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das initiale Bild und/oder zumindest mehrere der mikroskopischen Bilder mit einer erweiterten Schärfentiefe aufgenommen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur schnellen Aufnahme eines Fokusstapels ein optischer Aktuator zum Einsatz kommt, welcher als ein Mikrosystem (22; 37; 42) mit mechanisch beweglichen Mikrospiegeln ausgebildet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das initiale Bild und/oder zumindest mehrere der mikroskopischen Bilder (07, 08, 09) zusätzlich mit einer Tiefeninformation aufgenommen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Analysieren des initialen Bildes (01) eine Auflösung der aufzunehmenden mikroskopischen Bilder (03), ein Sichtvolumen zum Aufnehmen der mikroskopischen Bilder (03), ein Kontrast zum Aufnehmen der mikroskopischen Bilder (03), Parameter zur Aberrationssteuerung und/oder Parameter zum Stellen eines Aktuators eines aktiven optischen Elementes (22, 24, 42; 44) ermittelt werden und/oder eine Option zum Aufnehmen einer erweiterten Schärfentiefe oder eine Option zum Aufnehmen einer Tiefeninformation ausgewählt wird.
Mikroskop zum Mikroskopieren einer Probe (02); umfassend: - ein Objektiv (20) zum vergrößerten optischen Abbilden der Probe (02); - einen Bildsensor (21) zum Wandeln des abgebildeten Bildes in ein elektrisches Signal, wobei ein bildsensorseitiges Sichtfeld des Mikroskops durch Auswahl eines Abschnittes des Bildsensors (21) variierbar ist; und - eine elektronische Steuereinheit zum Steuern des Bildsensors (21), wobei die Steuereinheit zur Ausführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 konfiguriert ist.
Mikroskop nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Objektiv (20) einen maximalen Vergrößerungsfaktor von höchstens 40 besitzt.
Mikroskop nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass es einen optischen Aktuator aufweist, welcher als ein Mikrosystem (22; 37; 42) mit mechanisch beweglichen Mikrospiegeln zur Aufnahme einer erweiterten Schärfentiefe ausgebildet ist.