DE102018125995A1

DE102018125995A1 - Verfahren und Mikroskop zur Bestimmung einer Verkippung eines Deckglases

Info

Publication number: DE102018125995A1
Application number: DE102018125995.6A
Authority: DE
Inventors: Christian Schumann
Original assignee: Leica Microsystems CMS GmbH
Current assignee: Leica Microsystems CMS GmbH
Priority date: 2018-10-19
Filing date: 2018-10-19
Publication date: 2020-04-23
Also published as: US20210341281A1; WO2020078854A1; EP3867682A1

Abstract

Beschrieben ist ein Verfahren zur Bestimmung einer Verkippung eines Deckglases (24) in einem Mikroskop (10, 78), das ein dem Deckglas (24) zugewandtes Objektiv (12) aufweist. Auf einer Oberfläche (64, 68) des Deckglases (24) werden mindestens drei Messpunkte, die eine Ebene aufspannen, definiert und für jeden der drei Messpunkte werden folgende Schritte durchgeführt: Lenken eines Messlichtbündels (34) durch das Objektiv (12) auf den Messpunkt; Erzeugen eines Reflexionslichtbündels (54), indem das Messlichtbündel (54) zumindest zum Teil an dem jeweiligen Messpunkt reflektiert wird; Lenken des Reflexionslichtbündels (54) durch das Objektiv (12) auf einen positionssensitiven Sensor (60); Erfassen des Einfallsortes des Reflexionslichtbündels (54) auf dem positionssensitiven Sensor (60); und Ermitteln des Abstands des jeweiligen Messpunktes von dem Objektiv (12) längs dessen optischer Achse (O3) auf Grundlage des erfassten Einfallsortes. Auf Grundlage der ermittelten Abstände wird eine Verkippung der durch die drei Messpunkte aufgespannten Ebene relativ zur optischen Achse (O3) des Objektivs (12) als Verkippung des Deckglases (24) bestimmt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung einer Verkippung eines Deckglases in einem Mikroskop, das ein dem Deckglas zugewandtes Objektiv aufweist. Die Erfindung betrifft ferner ein Mikroskop mit einer Einrichtung zur Bestimmung einer Verkippung eines Deckglases.
Die Qualität einer lichtmikroskopischen Abbildung mit Hilfe eines Objektivs hoher numerischer Apertur wird stark durch die Lage eines Deckglases beeinflusst, das die abzubildende Probe bedeckt. Beispielsweise werden durch eine Verkippung des Deckglases relativ zur optischen Achse des Objektives Abbildungsfehler induziert. Dabei führt eine Verkippung des Deckglases dazu, dass das der Abbildung dienende Detektionslicht schräg in das Objektiv fällt. Hierdurch entsteht eine Koma. Um eine wirksame Korrektion der Koma, die durch eine Verkippung des Deckglases verursacht wird, zu ermöglichen, ist es wichtig, die Verkippung möglichst genau zu kennen.
Eine Messung der Verkippung des Deckglases kann taktil, d.h. mithilfe eines Messtasters erfolgen. Dies ist jedoch mit einem hohen verfahrenstechnischen Aufwand verbunden und erfordert das Einbringen des Messtasters in den Probenraum.
Zum Stand der Technik wird ferner auf DE 10 2010 030 430 A1 verwiesen, worin eine triangulierende Autofokuseinrichtung für ein Mikroskop offenbart ist. Diese Autofokuseinrichtung erzeugt ein Spaltbild auf der Probe, das auf einen positionssensitiven Detektor abgebildet wird. Über die durch den Detektor erfasste Einfallsposition wird der Autofokus gesteuert.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und ein Mikroskop anzugebenen, die eine einfache und präzise Bestimmung einer Verkippung eines Deckglases ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch ein Mikroskop mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
Das erfindungsgemäße Verfahren dient der Bestimmung einer Verkippung eines Deckglases in einem Mikroskop, das ein dem Deckglas zugewandtes Objektiv aufweist. Auf einer Oberfläche des Deckglases werden mindestens drei Messpunkte, die eine Ebene aufspannen, definiert. Es werden für jeden der drei Messpunkte folgende Schritte durchgeführt: Lenken eines Messlichtbündels durch das Objektiv auf den Messpunkt; Erzeugen eines Reflexionslichtbündels, indem das Messlichtbündel zumindest zum Teil an dem jeweiligen Messpunkt reflektiert wird; Lenken des Reflexionslichtbündels durch das Objektiv auf einen positionssensitiven Sensor; Erfassen des Einfallsortes des Reflexionslichtbündels auf dem positionssensitiven Sensor; und Ermitteln des Abstands des jeweiligen Messpunktes von dem Objektiv längs dessen optischer Achse auf Grundlage des erfassten Einfallsortes. Anschließend wird auf Grundlage der ermittelten Abstände eine Verkippung der durch die drei Messpunkte aufgespannten Ebene relativ zur optischen Achse des Objektivs als Verkippung der Oberfläche des Deckglases bestimmt.
Erfindungsgemäß wird angenommen, dass die durch die mindestens drei Messpunkte aufgespannte Ebene koplanar zur genannten Oberfläche des Deckglases ist. Die Verkippung dieser Ebene relativ zur optischen Achse des Objektivs spiegelt daher die Verkippung des Deckglases wider. Jeder der mindestens drei Messpunkte ist jeweils durch drei Koordinaten bestimmt, von denen eine den zu bestimmenden Abstand des Messpunktes von dem Objektiv längs dessen optischer Achse angibt, während die beiden anderen Koordinaten die Lage des jeweiligen Messpunktes auf der Oberfläche des Deckglases festlegen.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, die Verkippung des Deckglases innerhalb des Mikroskops einfach und zuverlässig zu bestimmen.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden die mindestens drei Messpunkte definiert, indem das Deckglas und das Objektiv quer zu dessen optischer Achse relativ zueinander bewegt werden. Die Festlegung der Messpunkte kann nach Vorgabe einer Bedienperson oder automatisiert erfolgen. Beispielsweise können die Punkte definiert werden, während das Deckglas zum Suchen einer Probe quer zur optischen Achse des Objektivs bewegt wird.
Vorzugsweise wird das Deckglas mittels eines verfahrbaren Mikroskoptisches relativ zu dem Objektiv quer zu dessen optischer Achse bewegt.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird das Messlichtbündel in einen Teilbereich einer Eintrittspupille des Objektivs geleitet, der gegenüber der Mitte der Eintrittspupille versetzt ist. Auf diese Weise wird die Eintrittspupille des Objektivs durch das Messlichtbündel dezentral unterleuchtet, wodurch das Messlichtbündel beim Austritt aus dem Objektiv schräg zu dessen optischer Achse gestellt wird. Die dezentrale Unterleuchtung der Eintrittspupille des Objektivs hat den Vorteil, dass achsnahe Strahlanteile vermieden werden, die sogenannten Reflexe erster Ordnung, die am stärksten an den Flächenscheiteln der das Objektiv bildenden Linsen entstehen, verursachen und dadurch das Signal-Rausch-Verhältnis verschlechtern. Das Reflexionslichtbündel wird vorzugsweise so zurück in das Objektiv geleitet, dass es in der der Ausbreitungsrichtung des Messlichtbündels entgegengesetzten Richtung einen anderen Teilbereich der Eintrittspupille durchsetzt, der gegenüber dem vorgenannten Teilbereich der Eintrittspupille versetzt ist.
Es ist vorteilhaft, wenn das Messlichtbündel an der Oberfläche ein Messmuster erzeugt wird und das Messmuster durch das Reflexionslichtbündel auf den positionssensitiven Sensor abgebildet wird. So ist es beispielsweise möglich, das Messmuster in Form eines Bildes einer Spaltblende zu generieren, die der das Messlichtbündel emittierenden Lichtquelle vorgeordnet ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform bildet die Oberfläche des Deckglases, an der das Messlichtbündel zu Erzeugung des Reflexionslichtbündels reflektiert wird, mit einem angrenzenden optischen Medium eine teilreflektierende Grenzfläche. Insbesondere ist das optische Medium ein Einbettmedium, das an die genannte Oberfläche des Deckglases grenzt.
In dieser Ausführungsform nutzt die an dem jeweiligen Messpunkt vorgenommene Abstandsmessung, auf der die erfindungsgemäße Ermittlung der Verkippung des Deckglases basiert, eine Teilreflexion des Messlichtbündels an der Oberfläche des Deckglases. Diese Teilreflektion wird dadurch verursacht, dass die Oberfläche mit dem an sie grenzenden optischen Medium, das einen anderen Brechungsindex als das Deckglas hat, eine Grenzfläche bildet, an der ein Sprung im Brechungsindex auftritt. Auf diese Weise ist es möglich, die Verkippung des Deckglases innerhalb des Mikroskops besonders einfach und zuverlässig zu bestimmen.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird auf Grundlage der mindestens drei Messpunkte die Ausrichtung eines Normalenvektors, der senkrecht zu der genannten Ebene liegt, ermittelt. Daraus wird dann die Verkippung des Deckglases bestimmt. Insbesondere kann der durch den Normalenvektor und die optische Achse des Objektivs eingeschlossene Winkel bestimmt werden. Durch diesen Winkel ist die Verkippung der durch die Messpunkte definierten Ebene und damit die Verkippung des Deckglases eindeutig quantifizierbar.
Vorzugsweise werden mehr als drei Messpunkte definiert, deren Abstände von dem Objektiv zur Bestimmung der Verkippung des Deckglases ermittelt werden. Je mehr Messpunkte auf der Oberfläche des Deckglases definiert werden, desto genauer kann die Verkippung der durch die Messpunkte festgelegten Ebene und damit die Verkippung des Deckglases bestimmt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Deckglas zum Ausgleichen der ermittelten Verkippung verstellt. Alternativ kann die ermittelte Verkippung für die Berechnung einer Filterfunktion zur Inversion des Abbildungsvorganges verwendet werden, beispielsweise einer Dekonvolution oder einer quantitativen Phasenrekonstruktion.
Die Erfindung betrifft ferner ein Mikroskop, das ein Deckglas, ein dem Deckglas zugewandtes Objektiv und eine Einrichtung zum Bestimmen einer Verkippung des Deckglases umfasst. Die Einrichtung ist ausgebildet, auf einer Oberfläche des Deckglases mindestens drei Messpunkte, die eine Ebene aufspannen, zu definieren und für jeden dieser Messpunkte folgende Schritte durchzuführen: Lenken eines Messlichtbündels durch das Objektiv auf den Messpunkt; Erzeugen eines Reflexionslichtbündels, indem das Messlichtbündel zumindest zum Teil an dem jeweiligen Messpunkt reflektiert wird; Lenken des Reflexionslichtbündels durch das Objektiv auf einen positionssensitiven Sensor; Erfassen des Einfallsortes des Reflexionslichtbündels auf dem positionssensitiven Sensor; und Ermitteln des Abstands des jeweiligen Messpunktes von dem Objektiv längs dessen optischer Achse auf Grundlage des erfassten Einfallsortes. Die Einrichtung ist ferner ausgebildet auf Grundlage der ermittelten Abstände eine Verkippung der durch die drei Messpunkte aufgespannten Ebene relativ zur optischen Achse des Objektivs als Verkippung der Oberfläche des Deckglases zu bestimmen.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Einrichtung eine Aperturblende mit einer Blendenöffnung auf, die dezentriert mit Abstand zur optischen Achse des Objektivs angeordnet ist.
In einer speziellen Ausgestaltung hat die Einrichtung eine Lichtquelle, die das Messlichtbündel im Infrarot-Wellenlängenbereich emittiert. Dies hat den Vorteil, dass das durch das Messlichtbündel an dem Deckglas erzeugte Messmuster für das menschliche Auge nicht sichtbar ist und somit die Beobachtung der Probe durch das Mikroskop nicht stört. Es ist jedoch ebenso möglich, ein Messlichtbündel im sichtbaren Wellenlängenbereich einzusetzen.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der positionssensitive Sensor ein Zeilensensor ist. Der Zeilensensor ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass er die Intensitätsverteilung des Reflexionslichtbündels in seiner Gesamtheit erfassen kann. Alternativ kann der positionssensitive Sensor auch als Flächensensor, z.B. als zweidimensionale CCD-Kamera ausgeführt sein.
Vorzugsweise umfasst das Mikroskop Mittel zum Korrigieren der ermittelten Verkippung des Deckglases. Diese Mittel umfassen beispielsweise einen manuell oder motorisiert bewegbaren Mikroskoptisch.
Die erfindungsgemäße Einrichtung ist aufgrund ihrer vorliegend beschriebenen strukturellen und funktionellen Eigenschaften auch dazu geeignet, in dem Mikroskop als Autofokuseinrichtung genutzt zu werden. Zudem bietet die Einrichtung aufgrund ihrer Eigenschaften die Möglichkeit, neben der Verkippung des Deckglases andere, die lichtmikroskopische Abbildung beeinflussende Größen zu bestimmen, wie etwa die Dicke des Deckglases und/oder den Brechungsindex eines optischen Mediums.
Die Erfindung ist auf eine Vielzahl von Mikroskoptypen anwendbar, z.B. inverse oder aufrechte Durchlichtmikroskope.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung, die die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den beigefügten Figuren näher erläutert.
Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines inversen Durchlichtmikroskops als erstes Ausführungsbeispiel;
2 eine zur Bestimmung der Verkippung des Deckglases bestimmte Einrichtung, die Teil des Mikroskops nach 1 ist;
3 eine schematische Darstellung, die einen Probenraum des Mikroskops nach 1 zeigt;
4 eine durch einen positionssensitiven Detektor der Einrichtung nach 2 erfasste Intensitätsverteilung;
5 eine schematische Darstellung, die eine durch drei Messpunkte festgelegte Ebene zeigt;
6 ein Flussdiagramm, das eine spezielle Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bestimmung der Dicke des Deckglases zeigt;
7 eine schematische Darstellung, die einen verschiebbaren Mikroskoptisch zeigt; und
8 eine schematische Darstellung eines aufrechten Durchlichtmikroskop, das ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Mikroskops bildet.

1 zeigt ein Mikroskop 10 als erstes Ausführungsbeispiel, auf das die erfindungsgemäße Verkippungsbestimmung anwendbar ist.
Das Mikroskop 10 ist als inverses Durchlichtmikroskop ausgeführt. Es umfasst demnach ein Objektiv 12, das von unten einem in 1 mit dem Bezugszeichen 14 versehenen Probenraum zugewandt ist, sowie eine Lichtquelle 16, die von oben auf den Probenraum 14 gerichtet ist. Das Mikroskop 10 weist ferner einen Tubus 18 mit einem Okular 20 auf, durch das eine Bedienperson ein durch das Objektiv 12 eingefangenes Probenbild betrachten kann. Zudem ist eine Steuereinheit 22 vorgesehen, welche die verschiedenen Mikroskopkomponenten ansteuert.
In dem Probenraum 14 des Mikroskops 10 befindet sich ein Deckglas 24, das eine in 1 nicht explizit dargestellten Probe bedeckt. Auf dem Deckglas 24 befindet sich ein optisches Medium 26, in das die Probe eingebettet ist und das im Weiteren als Einbettmedium 26 bezeichnet wird. In dem Probenraum 14 ist ferner ein Immersionsmedium 28 angeordnet, das in 1 von oben an das Objektiv 12 und von unten an das Deckglas 24 grenzt.
Das Mikroskop 10 weist ferner eine in 1 allgemein mit dem Bezugszeichen 30 bezeichnete Einrichtung auf, die dazu dient, die Verkippung des Deckglases 14 zu ermitteln. Die Einrichtung 30 ist in 2 genauer dargestellt.
Wie in 2 gezeigt, weist die Einrichtung 30 eine Lichtquelle 32 auf, die ein Messlichtbündel 34 im Infrarot-Wellenlängenbereich emittiert. Die Lichtquelle 32 ist beispielweise eine LED, die eine Spaltblende 33 aufweist, durch die das Messlichtbündel 34 auf eine Beleuchtungsoptik 36 gerichtet wird. Nach Durchtritt durch die Beleuchtungsoptik 36 fällt das Messlichtbündel 34 auf eine Aperturblende 38, die zwar mittig auf der optischen Achse O1 der Beleuchtungsoptik 36 positioniert ist, jedoch eine Blendenöffnung 39 aufweist, die dezentriert mit Abstand zur optischen Achse O1 der Beleuchtungsoptik 36 angeordnet ist. Die Blendenöffnung 39 der Aperturblende 38 begrenzt den Strahlquerschnitt des Messlichtbündels 34 derart, dass nur der in 2 unterhalb der optischen Achse 01 der Beleuchtungsoptik 36 liegende Teil des Messlichtbündels 34 die Aperturblende 38 in Richtung eines Umlenkprismas 40 passiert.
Das in seinem Strahlquerschnitt begrenzte Messlichtbündel 34 wird an dem Umlenkprisma 40 in eine Transportoptik 42 reflektiert, die aus einer längs ihrer optischen Achse O2 verschiebbaren Fokussierlinse 44, einer Leuchtfeldblende 46 und einer weiteren Linse 48 gebildet ist. Nach Durchtritt durch die Transportoptik 42 fällt das Messlichtbündel 34 auf einen dichroitischen Strahlteiler 50, der Licht im Infrarot-Wellenlängenbereich reflektiert, während er Licht im sichtbaren Bereich transmittiert. Durch den dichroitischen Spiegel 50 wird das Messlichtbündel 34 in Richtung des Objektivs 12 reflektiert. Das an dem dichroitischen Spiegel 50 reflektierte Messlichtbündel 34 verläuft dabei mit einem Parallelversatz zur optischen Achse O3 des Objektivs 12. Auf diese Weise wird das Messlichtbündel 34 in einen Teilbereich einer Eintrittspupille 52 des Objektivs 12 geleitet, der gegenüber der optischen Achse O3 des Objektivs 12 und damit gegenüber der Mitte der Eintrittspupille 52 seitlich versetzt ist (vgl. 4). Die Eintrittspupille 52 des Objektivs 12 wird somit dezentral unterleuchtet, was dazu führt, dass das Messlichtbündel 34 unter einem Winkel α schräg zur optischen Achse O3 in den Probenraum 14 gelenkt wird.
Der Einfachheit halber sind in der Darstellung nach 2 das Einbettmedium 26 und das Immersionsmedium 28, die in dem Probenraum 14 von entgegengesetzten Seiten her an das Deckglas 24 grenzen, weggelassen. Das unter schrägem Einfall in den Probenraum 14 geleitete Messlichtbündel 34 wird, wie weiter unten unter Bezugnahme auf 4 genauer erläutert ist, an dem Deckglas 24 reflektiert, wodurch ein in das Objektiv 12 zurückgeleitetes Reflexionsbündel 54 entsteht.
Nach Durchtritt durch das Objektiv 12 fällt das Reflexionslichtbündel 54 auf den dichroitischen Spiegel 50, der das Reflexionslichtbündel 54 in die Transportoptik 42 lenkt. Nach Passieren der Transportoptik 42 fällt das Reflexionslichtbündel 54 auf das Umlenkprisma 40, welches das Reflexionslichtbündel 54 auf eine Detektoroptik 56 reflektiert. Die Detektoroptik 56 richtet das Reflexionslichtbündel 54 auf ein Spektralfilter 58, das nur für Licht im Infrarot-Wellenlängenbereich durchlässig ist und Streulicht außerhalb dieses Wellenlängenbereichs blockiert. Das durch das Spektralfilter 58 transmittierte Reflexionslichtbündel 54 fällt schließlich auf einen positionssensitiven Detektor 60, der im Stande ist, die Intensität des Reflexionslichtbündels 54 ortsaufgelöst zu erfassen.
In der 2 ist der Vollständigkeit halber auch die über den dichroitischen Spiegel 50 realisierte Ankopplung des Tubus 18 an die Einrichtung 30 veranschaulicht. Demnach dient der dichroitische Spiegel 50 im vorliegenden Ausführungsbeispiel auch dazu, für die eigentliche mikroskopische Bildgebung genutztes, sichtbares Detektionslicht 62, welches das Objektiv 12 aus dem Probenraum 14 in Richtung des dichroitischen Spiegels 50 leitet, durch Transmission dem Tubus 18 zuzuführen.
Im Weiteren wird unter Bezugnahme auf die 3 bis 6 erläutert, wie nach dem erfindungsgemäßen Verfahren im Wege einer Abstandsmessung an drei Messpunkten P1, P2 und P3 (vgl. 5) eine Verkippung des Deckglases 24 gegenüber der optischen Achse O3 des Objektivs 12 ermittelt wird.
In 3 ist zunächst veranschaulicht, wie für jeden der Messpunkte P1 bis P3 durch Reflexion des Messlichtbündels 34 das Reflexionslichtbündel 54 generiert wird, das erfindungsgemäß dazu genutzt wird, den Abstand des jeweiligen Messpunktes von dem Objektiv 12 zu ermitteln. In 3 ist der betrachtete Messpunkt mit Pi und der zugehörige Abstand längs der optischen Achse O3 des Objektivs 12 mit zi bezeichnet (i = 1,2,3).
Gemäß 3 wird das die Eintrittspupille 52 des Objektivs 12 dezentral unterleuchtende Messlichtbündel 34 durch das Objektiv 12 unter einem Winkel α schräg zur optischen Achse O3 auf dem Objektiv 12 zugewandte, in 3 mit 64 bezeichnete Vorderfläche des Deckglases 24 gelenkt. Da das Deckglas 24 und das an dessen Vorderfläche 64 grenzende Immersionsmedium 28 unterschiedliche Brechungsindizes aufweisen, bilden die Vorderfläche 64 des Deckglases 24 und das daran angrenzende Immersionsmedium 28 eine Grenzfläche, an der das einfallende Messlichtbündel 34 zum Teil reflektiert wird. Der an dieser Grenzfläche reflektierte Teil des Messlichtbündels 34 erzeugt das Reflexionslichtbündel 54, das zurück in das Objektiv 12 geleitet wird.
4 zeigt eine Intensitätsverteilung V, die das Reflexionslichtbündel 54 auf dem positionssensitiven Detektor 60 erzeugt. Dabei gibt die Abszisse des Diagramms nach 4 den Einfallsort auf dem Detektor 60 und die Ordinate die an dem jeweiligen Einfallsort gemessene Intensität wieder. Die Intensitätsverteilung V nach 4 zeigt einen Peak P, dessen Lage Xi, die auf dem positionssensitiven Detektor 60 bezüglich einer Referenzlage Xref bestimmbar ist, ein Maß für den Abstand zi ist, den die Oberfläche 64 des Deckglases 24 längs der optischen Achse O3 von dem Objektiv 12 aufweist.
In der schematischen Darstellung nach 5 ist veranschaulicht, dass die drei Messpunkte P1, P2 und P3 erfindungsgemäß so definiert werden, dass durch sie eine Ebene aufgespannt wird, deren Verkippung die zu ermittelnde Verkippung der Vorderfläche 64 gegenüber der optischen Achse O3 des Objektivs 12 widerspiegelt. Jeder der Messpunkte P1, P2 und P3 ist durch drei Koordinaten (xi, yi, zi) definiert (i=1,2,3). Dabei sind die Koordinaten xi, yi vorgegeben, während die Koordinate zi, die den Abstand des zugehörigen Messpunktes Pi von dem Objektiv angibt, die erfindungsgemäß zu ermittelnde Größe darstellt. In dem Beispiel nach 5 ist die optische Achse O3 des Objektivs 12 auf den Messpunkt P1 ausgerichtet, was bedeutet, dass in diesem Beispiel der Abstand des Punktes P1 bestimmt wird. Sollen die Abstandsbestimmungen für die beiden anderen Messpunkte P2 und P3 durchgeführt werden, so sie diese Messpunkte entsprechend anzufahren. Hierzu werden beispielsweise das Deckglas 24 und das Objektiv 12 quer zu dessen optischer Achse O3 gegeneinander bewegt, bis die optische Achse O3 auf den gewünschten Messpunkt P2 bzw. P3 eingestellt ist. In 5 ist ferner ein Normalenvektor N gezeigt, der senkrecht auf der durch die Messpunkte P1, P2 und P3 festgelegten Ebene steht. Der Normalenvektor N schließt mit der optischen Achse O3 des Objektivs einen Winkel β ein, der die Verkippung der durch die Messpunkte P1, P2 und P3 festgelegten Ebene und damit der Vorderfläche 64 des Deckglases 24 angibt.
Das Flussdiagramm nach 6 zeigt ein Beispiel, wie das Verfahren zur Ermittlung der Verkippung des Deckglases 24 realisiert werden kann.
In einem ersten Schritt S1 werden die drei Messpunkte P1, P2, P3 auf der Oberfläche 64 des Deckglases 24 so definiert, dass durch die Punkte P1, P2 und P3 eine die Oberfläche 64 repräsentierende Ebene gemäß 5 festgelegt ist.
In Schritt S2 wird der erste Messpunkt P1, sofern er nicht schon ohnehin eingestellt ist, so angefahren, dass die optische Achse O3 des Objektivs 12 auf den ersten Messpunkt P1 ausgerichtet ist. Anschließend wird, wie oben unter Bezugnahme auf die 3 und 4 beschrieben, der Abstand z1 des ersten Messpunktes P1 von dem Objektiv 12 längs dessen optischer Achse O3 gemessen.
In Schritt S3 wird dann der zweite Messpunkt P2 angefahren, indem die optische Achse O3 des Objektivs 12 auf den Messpunkt P2 ausgerichtet wird, und der Abstand z2, den der zweite Messpunkt von dem Objektiv 12 aufweist, in gleicher Weise wie für den ersten Messpunkt P1 bestimmt.
In Schritt S4 wird der dritte Messpunkt P3 angefahren, indem die optische Achse O3 des Objektivs 12 auf den dritten Messpunkt ausgerichtet wird. Dann wird der Abstand z3, den der dritte Messpunkt P3 von dem Objektiv 12 aufweist, in gleicher Weise wie für die Messpunkte P1 und P2 bestimmt.
In Schritt S5 wird dann auf Basis der in den Schritten S2, S3 und S4 durchgeführten Abstandsmessungen der Normalenvektor N bestimmt, der senkrecht auf der durch die drei Messpunkte P1, P2 und P3 festgelegten Ebene steht, und der Winkel β bestimmt, den der Normalenvektor N mit der optischen Achse O3 des Objektivs 12 einschließt. Anhand des Winkels β wird schließlich die Verkippung der Oberfläche 64 des Deckglases 12 ermittelt.
Das Anfahren der verschiedenen Messpunkte P1, P2 und P3 kann beispielsweise mittels eines rein schematisch in 7 gezeigten Mikroskoptisches 86 erfolgen. Dieser lässt sich quer zur optischen Achse des Objektivs 12 verstellen, um die gewünschten Abstandsmessungen vorzunehmen.
Im Unterschied zur Ausführungsform nach 1 ist bei dem in 8 dargestellten Mikroskop 78 das Objektiv 12 oberhalb des Probenraums 18 angeordnet, während sich die Lichtquelle 16 unterhalb des Probenraums 18 befindet. Dementsprechend befindet sich das Immersionsmedium 28, das zum einen an das Objektiv 12 und zum anderen an das Deckglas 24 grenzt, oberhalb des Deckglases 24, während sich das Einbettmedium 26 unterhalb des Deckglases 24 angeordnet ist.
Die erfindungsgemäße Bestimmung der Verkippung des Deckglases 24 erfolgt bei dem Mikroskop 78 nach 8 in gleicher Weise wie bei dem in 1 gezeigten Mikroskop 10.
Die Erfindung wurde vorstehend anhand spezieller Ausführungsbeispiele erläutert. Es versteht sich von selbst, dass die Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt ist und eine Reihe von Abwandlungen möglich sind.
So wird in dem Beispiel nach 3 das Messlichtbündel 34 durch die Grenzfläche teilreflektiert, die durch die Vorderfläche 64 des Deckglases 24 und das daran angrenzende Immersionsmedium 28 gebildet ist. Es ist jedoch ebenso möglich, dass das Messlichtbündel 34 durch eine Grenzfläche teilreflektiert wird, die durch eine dem Objektiv 12 abgewandte rückseitige Fläche 68 des Deckglases 24 und das daran angrenzende Einbettmedium 26 gebildet ist.
Bezugszeichenliste

10: Mikroskop
12: Objektiv
14: Probenraum
16: Lichtquelle
18: Tubus
20: Okular
22: Steuereinheit
24: Deckglas
26, 28: optisches Medium
30: Einrichtung
32: Lichtquelle
34: Messlichtbündel
36: Beleuchtungsoptik
38: Aperturblende
40: Umlenkprisma
42: Transportoptik
44: Fokussierlinse
46: Leuchtfeldblende
50: Strahlteiler
52: Eintrittspupille
54: Reflexionslichtbündel
56: Detektoroptik
58: Spektralfilter
60: Detektor
62: Abbildungsstrahlengang
64, 68: Oberfläche
80, 82, 84: Messpunkt
N: Normalenvektor
01, O2, O3: optische Achse
V1, V2: Vektor
α, β: Winkel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102010030430 A1 [0004]

Claims

Verfahren zur Bestimmung einer Verkippung eines Deckglases (24) in einem Mikroskop (10, 78), das ein dem Deckglas (24) zugewandtes Objektiv (12) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass auf einer Oberfläche (64, 68) des Deckglases (24) mindestens drei Messpunkte (80, 82, 84), die eine Ebene aufspannen, definiert werden und für jeden der drei Messpunkte (80, 82, 84) folgende Schritte durchgeführt werden: - Lenken eines Messlichtbündels (34) durch das Objektiv (12) auf den Messpunkt, - Erzeugen eines Reflexionslichtbündels (54), indem das Messlichtbündel (34) zumindest zum Teil an dem jeweiligen Messpunkt reflektiert wird, - Lenken des Reflexionslichtbündels (54) durch das Objektiv (12) auf einen positionssensitiven Sensor (60), - Erfassen des Einfallsortes des Reflexionslichtbündels (54) auf dem positionssensitiven Sensor (60), und - Ermitteln des Abstands des jeweiligen Messpunktes von dem Objektiv (12) längs dessen optischer Achse (O3) auf Grundlage des erfassten Einfallsortes, und dass auf Grundlage der ermittelten Abstände eine Verkippung der durch die drei Messpunkte (80, 82, 84) aufgespannten Ebene relativ zur optischen Achse (O3) des Objektivs (12) als Verkippung der Oberfläche (64, 68) des Deckglases (24) bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens drei Messpunkte (80, 82, 84) definiert werden, indem das Deckglas (24) und das Objektiv (12) quer zu dessen optischer Achse (O3) relativ zueinander bewegt werden.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Deckglas (24) mittels eines verfahrbaren Mikroskoptisches relativ zu dem Objektiv (12) quer zu dessen optischer Achse (O3) bewegt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Messlichtbündel (40) in einen Teilbereich einer Eintrittspupille des Objektivs (12) geleitet wird, der gegenüber der Mitte der Eintrittspupille versetzt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Messlichtbündel (34) an der Oberfläche (64, 68) ein Messmuster erzeugt wird und dass das Messmuster durch das Reflexionslichtbündel (54) auf den positionssensitiven Sensor (60) abgebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das auf den positionssensitiven Sensor (60) abgebildete Messmuster in Form einer räumlichen Intensitätsverteilung erfasst wird, aus der Einfallort des Reflexionslichtbündels (54) bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche (64, 68) des Deckglases (24), an der das Messlichtbündel (34) zu Erzeugung des Reflexionslichtbündels (54) reflektiert wird, mit einem angrenzenden optischen Medium (26, 28) eine teilreflektierende Grenzfläche bildet.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Medium ein Einbettmedium (26) ist, das an die genannte Oberfläche (64, 68) des Deckglases (24) grenzt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass auf Grundlage der mindestens drei Messpunkte (P1, P2, P3) die Ausrichtung eines Normalenvektors (N), der senkrecht zu der genannten Ebene liegt, ermittelt und daraus die Verkippung des Deckglases (24) bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass mehr als drei Messpunkte (80, 82, 84) definiert werden, deren Abstände von dem Objektiv (12) zur Bestimmung der Verkippung des Deckglases (24) ermittelt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Deckglas (24) zum Ausgleichen der ermittelten Verkippung verstellt wird.
Mikroskop (10, 78), umfassend: ein Deckglas (24), ein dem Deckglas (24) zugewandtes Objektiv (12), und eine Einrichtung (30) zum Bestimmen einer Verkippung des Deckglases (24), dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (30) ausgebildet ist, auf einer Oberfläche (64, 68) des Deckglases (24) mindestens drei Messpunkte (P1, P2, P3), die eine Ebene aufspannen, zu definieren und für jeden dieser Messpunkte (P1, P2, P3) folgende Schritte durchzuführen: - Lenken eines Messlichtbündels (34) durch das Objektiv (12) auf den Messpunkt, - Erzeugen eines Reflexionslichtbündels (54), indem das Messlichtbündel (54) zumindest zum Teil an dem jeweiligen Messpunkt (80, 82, 84) reflektiert wird, - Lenken des Reflexionslichtbündels (54) durch das Objektiv (12) auf einen positionssensitiven Sensor (60), - Erfassen des Einfallsortes des Reflexionslichtbündels (54) auf dem positionssensitiven Sensor (60), - und Ermitteln des Abstands des jeweiligen Messpunktes (P1, P2, P3) von dem Objektiv (12) längs dessen optischer Achse (O3) auf Grundlage des erfassten Einfallsortes, und dass die Einrichtung (30) ausgebildet ist, auf Grundlage der ermittelten Abstände eine Verkippung der durch die drei Messpunkte (P1, P2, P3) aufgespannten Ebene relativ zur optischen Achse (O3) des Objektivs (12) als Verkippung der Oberfläche (64, 68) des Deckglases (24) zu bestimmen.
Mikroskop (10, 78) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (30) eine Aperturblende (38) mit einer Blendenöffnung aufweist, die dezentriert mit Abstand zur optischen Achse (O3) des Objektivs (12) angeordnet ist.
Mikroskop (10, 78) nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (30) eine Lichtquelle (18) hat, die das Messlichtbündel (34) im Infrarot-Wellenlängenbereich emittiert.
Mikroskop (10, 78) nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der positionssensitive Sensor (60) ein Zeilensensor ist.