EP2038690A2 - Method and device for producing an image of a thin layer of an object - Google Patents

Method and device for producing an image of a thin layer of an object

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Publication number
EP2038690A2
EP2038690A2 EP07726163A EP07726163A EP2038690A2 EP 2038690 A2 EP2038690 A2 EP 2038690A2 EP 07726163 A EP07726163 A EP 07726163A EP 07726163 A EP07726163 A EP 07726163A EP 2038690 A2 EP2038690 A2 EP 2038690A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
illumination
image
light
dark
images
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP07726163A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Peter Westphal
Daniel Bublitz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Carl Zeiss Meditec AG
Original Assignee
Carl Zeiss Meditec AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Carl Zeiss Meditec AG filed Critical Carl Zeiss Meditec AG
Publication of EP2038690A2 publication Critical patent/EP2038690A2/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B21/00Microscopes
    • G02B21/36Microscopes arranged for photographic purposes or projection purposes or digital imaging or video purposes including associated control and data processing arrangements
    • G02B21/365Control or image processing arrangements for digital or video microscopes
    • G02B21/367Control or image processing arrangements for digital or video microscopes providing an output produced by processing a plurality of individual source images, e.g. image tiling, montage, composite images, depth sectioning, image comparison
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B21/00Microscopes
    • G02B21/16Microscopes adapted for ultraviolet illumination ; Fluorescence microscopes
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B21/00Microscopes
    • G02B21/06Means for illuminating specimens

Definitions

  • the invention relates to a method for producing an image of a thin layer of an object, in particular by means of a wide field optics, as well as a corresponding device.
  • Biological samples or materials are often examined microscopically.
  • corresponding objects for the detection of structures with wide field optics can be examined, which image the object or a thin layer, ideally a plane, of the object onto a spatially resolving detector.
  • imaging examination can be done for example with normal microscopy or fluorescence microscopy.
  • the thin layer may be, for example, a fluorescent layer on a support such as a slide or the bottom of a titer plate containing immobilized cells, tissue sections or DNA fields, preferably arranged in "microarrays".
  • the objects or samples may in particular be biochips which have been produced by photolithographic means or by means of a spotter.
  • the fluorescence radiation from the thin layer should be detected as extensively and quantitatively as possible.
  • radiation, in particular fluorescence radiation which does not originate from the thin layer should be suppressed as well as possible, i. It should be achieved a good depth selection, in which only possible radiation in a layer around the focal plane is detected. Although not necessarily to be in the visible range of the optical spectrum, this optical radiation to be suppressed is also referred to below as a false light.
  • False light is produced, for example, by reflections and by scattered light on surfaces, in glasses, eg due to air inclusions, by intrinsic fluorescence of the glasses used, in sockets or in fluorescence measurements by non-suppressed excitation light. Furthermore, false light can also come from areas of the object or the sample, which lie outside the focal plane, preferably in the thin layer, for example, from fluorescent contaminants on the back of a slide or from one of the thin layer adjacent adjacent layer with a fluorescent liquid.
  • confocal laser scanners One way to avoid stray light is to use confocal laser scanners. With a confocal laser scanner, only a small area of the sample is illuminated by a few ⁇ i 2 , and only this small area is considered during the detection. If this is consistently carried out with the help of a well-matched pinhole, then false light is suppressed from the outset. Laser scanners, however, have a number of disadvantages compared to microscopes with wide-field optics. For example, in fluorescence microscopy excitation saturation and a strong fading of fluorophores due to the high intensity of radiation in focus can occur. Furthermore, there are significant limitations in the choice of wavelength. Many moving components, a high adjustment effort and a low quantum efficiency of the detector, usually a photomultiplier, are further disadvantages.
  • EP 972220 Bl describes a method in which three images of the object with the thin layer are detected, which, with illumination focused on the thin layer, are spatially sinusoidal, in each case one third of a third. period against each other shifted intensity profiles are detected. From the captured images, a picture of the thin layer is calculated.
  • DE 199 30 816 A1 describes a method and a device for depth selection of microscope images in which a one-dimensional periodic grating, e.g. a strip grid, used for lighting. At least n (n> 2) CCD camera images are taken with the structure of the illumination shifted by l / n of the lattice constant. From the at least three images, a confocal section of the sample is then calculated. This method is prone to artifacts when the grid does not produce sinusoidal illumination intensity on the sample.
  • a one-dimensional periodic grating e.g. a strip grid
  • WO 98/45745 A1 (DE 698 02 514 T2) describes an imaging system and method for microscopes, in which a structured illumination is provided by means of superposition of two coherent light beams. The method follows as well as the method described above according to DE 199 30 816 A1 . The main goal is to generate optical sections in different object planes similar to a laser scanning microscope.
  • a device for carrying out a method for eliminating stray light in the imaging of heterogeneous, luminous or illuminated planar objects comprises a radiation source with downstream, the radiation homogenizing illumination optics for the homogeneous illumination of a subsequent field blanket plane, in which a structured field stop is arranged to produce an illumination structure superimposed on the object or the sample.
  • This illumination structure is imaged by first optical means on the sample, wherein said first optical means may comprise a lighting tube, optionally a color splitter, and a lens.
  • second optical means are provided for imaging the sample together with the superimposed illumination structure onto a spatially resolving detector, in particular for optical radiation.
  • the arrangement further comprises adjustment means with which the illumination structure in the object plane can be positioned in a defined manner on the object or the sample.
  • the detector is connected to an evaluation device for detecting and eliminating the stray light. It uses a structured bright field illumination with at least two different illumination patterns, in which dark areas do not overlap. From corresponding images, a dark image and a bright image can be determined. By subtracting the dark image from the bright image, a resulting image can be obtained.
  • the structured bright field illumination provided in this device, in which the object illumination and the imaging of the object take place together with the exposed field diaphragm structure by a single objective,
  • the excitation light in the objective can cause the occurrence of stray light, in particular due to intrinsic fluorescence of the glasses used.
  • the back of an object for example a biochip, is irradiated with almost the same excitation intensity as the focal plane. Therefore, due to the contamination of the backside fluorescence intensity can be correspondingly high and give rise to measurement errors. It was therefore proposed to use a structured dark field illumination instead of the bright field illumination in a second method for avoiding these disadvantages.
  • the present invention is therefore based on the object to provide a method for producing an image of a, in particular thin, layer of an object which simultaneously allows good depth selection and high quantitative accuracy in fluorescence measurements, and to provide an apparatus for performing the method.
  • the object is achieved by a method for producing an image of a layer of an object by means of a wide-field optics on a spatially resolving detector, in which the object is illuminated in at least one object plane focused with at least two binary illumination patterns and for each of the illumination patterns corresponding images are detected, the illumination patterns each have dark areas and bright areas, of which the light areas and / or the dark areas completely cover the object when the illumination patterns are superimposed, and from the acquired images a tomogram is determined which comprises subsegments which each reproduce a partial area of the object, then Within a bright region of at least one of the illumination patterns used is that its edges are spaced from the edges of the bright region by at least a predetermined minimum distance, and which in each case at least partially false light correct are determined using at least two
  • the object is further achieved by a device for generating an image of a layer of an object, having a lighting device for focused illumination of the object in an object plane, a device for generating at least two predetermined illumination patterns for illuminating the object in the object plane with one in the beam path after the Lighting device arranged as a structured shutter acting element, the Be each of the bright areas and / or the dark areas completely overlaps the object when the illumination patterns are superimposed, an imaging optics preferably designed as a wide-field optic for imaging the object plane onto an image plane, a spatially resolving detector arranged in the image plane for detection the optical radiation emanating from the object, and an evaluation device for evaluating detection signals of the detector, which is designed to capture images on the basis of the detection signals and to carry out the steps of the method according to the invention following the image acquisition, and in particular to obtain a slice image from the acquired images determining that comprises subsegments each representing a subregion of the object which lies within a bright region of at least one of the illumination patterns used, that the edges
  • the method which can be carried out with the device, is used to produce an image of a layer of an object, preferably of a planar object, in particular of a heterogeneous, luminous or illuminated object.
  • this method may be a microscopy method, preferably a quantitative fluorescence microscopy method or a method using a fluorescence reader.
  • the layer does not necessarily have to be thin; rather, the layer may in particular be a whole layer, and not just a plane in which the illumination radiation is focused.
  • the layer of the object within the scope of the invention, depending on the size of the imageable region in the object plane, is understood to be an entire sample or an entire article or only a partial region of an entire sample or an entire article to be examined or imaged. illuminated with at least two structured, binary illumination patterns.
  • a binary illumination pattern is understood as an illumination pattern in which, for example, in contrast to illumination patterns with an intensity profile in the form of a sine profile, the structuring essential for the method is achieved by substantially interposing into the dark areas, at least in the context of geometric optics no illumination radiation is obtained and the transition from dark areas to light areas is very narrow compared to the extent of these areas (PLEASE SPECIFY QUANTITATIVE LIMIT, IF POSSIBLE).
  • the light and dark areas of the object are those areas of the object that lie in the light and dark areas of the illumination pattern when illuminated with a respective illumination pattern.
  • the illumination device for dispensing of illumination light which in the context of the present invention in addition to visible infrared or ultraviolet radiation is understood, and the means for generating at least two predetermined illumination pattern for focused, in particular structured illumination of the object provided at least in the object layer to be imaged.
  • the device for generating the binary illumination pattern has in particular an element acting as a diaphragm, which preferably acts as a field stop.
  • the element has translucent and opaque areas which correspond in the illumination patterns respectively to bright and dark areas which are adjacent. Accordingly, illuminated and non-illuminated areas appear in or on the object or the examined area with illumination light.
  • the object is sequentially illuminated with a different one of the illumination patterns.
  • the illumination patterns used in the method are chosen so that their dark areas and / or their bright areas completely cover the object in the case of an imagined or fictitious overlapping of the illumination patterns.
  • the object illuminated with the respective illumination pattern is then imaged by means of the imaging optics, which may in particular comprise an objective, onto the spatially resolving detector which serves to capture the images of the object.
  • the imaging optics which may in particular comprise an objective
  • the spatially resolving detector preferably a CCD or CMOS matrix can be used.
  • the signals of the spatially resolving detector are provided by the evaluation device, for example a data processing device with a video interface, a memory in which at least one computer program for carrying out the evaluation and in particular the method steps after the illumination of the object are stored, and a processor for executing the computer program Processed images.
  • the invention is based inter alia on the following observation: When focusing structured illumination radiation, such as illumination radiation with a sinusoidal intensity profile transversely to the beam direction, into a plane of the object, only a distribution of the illumination intensity determined by the properties of the optics used for focusing results along the beam direction , which may have its maximum in the plane, but falls parallel to the beam direction from the point of the maximum.
  • structured illumination radiation such as illumination radiation with a sinusoidal intensity profile transversely to the beam direction
  • a depth response function defined for the particular illumination pattern which indicates the intensity received by the detector as a function of the distance of the source from the plane in the beam direction, also Having maximum in the plane; but in the region of the maximum, the depth response function is also curved, so that the received intensity for a given illumination intensity decreases with increasing distance from the focal plane.
  • This drop means reduced sensitivity near the focal plane, so that the radiation emanating from the illuminated layer is not completely detected.
  • any illumination pattern in each detected image of the illuminated areas of the object which are illuminated with light areas of the respective illumination pattern, if present, corresponding light portions are directed to the areas of the image of the object corresponding to the dark areas of the respective illumination pattern in the object, ie unlit areas of the object. In these areas of the image, the proportions are then detected as false light.
  • the inventive method is characterized by its simplicity, since only simple summation and selection of intensity values are to be performed. These steps are much faster with computers, but also simpler processors or even unprogrammed circuits than trigonometric operations. rations. Accordingly, the device according to the invention can also be constructed very simply.
  • narrow regions can occur between the subsegments, in which the brightness values can be determined by interpolation between the values of the adjacent subsegments.
  • the sub-segments join each other gapless or overlap.
  • the device is for this purpose preferably designed so that the sub-segments connect to each other gapless or overlap.
  • no interpolation between the sub-segments is necessary, which significantly speeds up the implementation of the method and increases the accuracy of the resulting layer image.
  • the dark areas of the illumination patterns completely cover the object when the illumination patterns are superimposed, a dark image of the entire object containing all of the false light portions to be eliminated can be obtained from the dark areas of the images without interpolation.
  • subsegments or subareas corresponding thereto of the object overlap, it is possible to average over the redundant subareas of the different images. For example, when summing the images of the light regions, a renormalization in the overlapping regions may be performed to correct for double detection effects in those regions.
  • the subsegments of the illumination patterns overlap, they can preferably be made from different images via the redundant subregions of the images of the dark areas.
  • the sub-segments overlap less than 10% of the minimum extent.
  • the device is preferably designed so that the sub-segments overlap less than 10% of the minimum extent. In this way, only a small number of lighting patterns need to be used.
  • the minimum distances can be chosen arbitrarily. However, it is preferred in the method that the minimum distances are greater than 1/5 of the minimum spacing of adjacent boundaries of a light or dark region.
  • the device is then preferably designed so that the minimum distances are greater than 1/5 of the minimum distance of adjacent boundaries of a light or dark area.
  • a light image and a dark image can first be formed from the acquired images to determine the layer image, subregions of the acquired images which respectively reproduce regions of the object being used in a light or dark region during the detection of the image reflect the respective area of the object used in the respective image used and whose edge has the minimum distance from the transitions between the light and dark areas of the illumination pattern.
  • an at least partially corrected layer image can then be generated.
  • the evaluation device to do so designed for determining the layer image first from the captured images to form a light and a dark image, wherein respective areas of the object reproducing sub-segments of the captured images are used, in a light or dark area of an illumination pattern used in the detection of the respective image reproduce lying region of the object and whose edge has the minimum distance from the transitions between the bright and dark areas of the illumination pattern, and to generate by subtraction of the light and the dark image, an at least partially corrected layer image.
  • This variant has the advantage that a smoothing of the light and / or dark images can be easily performed.
  • an even number of illumination patterns may be used.
  • at least partially false-corrected images can then be determined by forming a difference image from acquired images in which the respectively used illumination patterns are complementary to each other, and the slice image can be determined from the images corrected for at least partially false-light.
  • the device is then preferably designed such that an even number of illumination patterns are used, and the evaluation device is designed to firstly determine at least partially false-corrected images by forming a difference image from acquired images in which the respectively used illumination patterns are complementary to one another, and from the at least partially false-corrected images to determine the layer image.
  • This variant has the advantage that an assembly of sub-segments can be made easier. Under a joining is also understood that the segments partially overlap. The joining of the subsegments can also be understood as image montage. The sub-segments are arranged in the assembly according to the arrangement of the corresponding areas on the object relative to each other. The joining can be done for example by adding the pictures.
  • the illumination patterns themselves may have different structures, provided that the dark and bright areas and the sub-segments have the aforementioned properties.
  • illumination patterns with radially extending light and dark regions can be used, each of which is generated by rotating a corresponding basic pattern around a center by a predetermined angle.
  • the illumination patterns are preferably given by a basic pattern which is offset differently in each case relative to the object.
  • the device is preferably designed so that the illumination patterns are given by a basic pattern, which is offset in each case differently relative to the object.
  • the illumination patterns thus have the same structure, but are offset from each other in the object plane. Such illumination patterns are easy to generate.
  • the evaluation of the images generated with the illumination patterns is particularly simple.
  • a basic pattern is used as a basic pattern, wherein the offset basic patterns are obtainable by shifting the basic pattern relative to the object.
  • the device is to is preferably formed so that the basic pattern is a periodic basic pattern, the staggered basic patterns are available by shifting the basic pattern.
  • respective offsets may depend on the period of the basic pattern.
  • the amount of displacement or shifts and the number of shifts and thus the illumination patterns are chosen so that a depth response function in the region of a focal plane in which the illumination patterns are focused, has a plateau.
  • the device can be particularly preferably designed so that the amount of displacement or displacements and the number of shifts and thus the illumination patterns are selected so that a depth response function in the region of a focal plane in which the illumination patterns are focused, a Plateau.
  • the depth response function is understood to mean the previously mentioned function.
  • a plateau is understood to mean that this function assumes a constant value in a not only point-shaped region of the focal plane. Preferably, it falls from the plateau via steep flanks to a value close to zero, preferably to a value of zero.
  • the offset of the illumination patterns relative to the object can be achieved in various ways.
  • the object is displaced relative to the illumination pattern.
  • a drive with which the object or a slide is movable, controllable by the evaluation so that formed on the object offset by movement of an element of the structured aperture acting as a basic pattern of the illumination pattern, and that means of the evaluation images after each change in position of the object are automatically detectable.
  • drives preferably piezo actuators or eccentric drives can be used, which allow a very accurate positioning.
  • the drive can also be used for the positioning of the object, which is necessary in any case, relative to the optics.
  • an already existing motorized microscope stage can be used.
  • the movement through the drive can be possible in one or two directions along the object plane, depending on the illumination patterns used.
  • the evaluation device can be designed, in particular, to generate a sequence of illumination patterns on or in the object by driving the drive, wherein an image is detected after setting in each case one illumination pattern. Thus, the operation is much easier for the user of the device.
  • the dependence required by the method between the type of illumination pattern and necessary shifts can be automatically taken into account.
  • the basic pattern can preferably be displaced by means of a mechanical device for the variant described above.
  • the element acting as a structured diaphragm is preferably a field stop.
  • a drive with which the FeId Aperture or part of the field diaphragm is movable, can be controlled by the evaluation so that the illumination patterns are irradiated on the object. After each change of the illumination pattern images are automatically detected by the evaluation.
  • a field stop is understood here to mean, in particular, a stop which has rigid, non-transparent or opaque elements for forming the structured illumination.
  • the element acting as a structured diaphragm is a field stop and a movable, light-deflecting element is arranged behind the field stop for generating the at least two illumination structures.
  • the field diaphragm can be firmly positioned.
  • a reflecting surface or a transparent plane-parallel plate which can be tilted about one axis or two orthogonal axes depending on the illumination patterns used can be used as the light-deflecting element.
  • drives preferably piezoelectric drives or eccentric drives can be used.
  • a drive with which the light-deflecting element is movable, can be controlled by the evaluation device so that the illumination patterns are irradiated onto the object. After each change of the illumination pattern by means of the evaluation device images are automatically detected.
  • the field stop has transparent and opaque areas, which are designed so that in the object plane, the desired illumination patterns are obtained.
  • an electrically controllable modulation unit for light can be provided, which is controlled so that the illumination patterns are generated.
  • the element acting as a diaphragm can be designed as such an electronically controllable modulation unit.
  • electrically controllable modulation units for light for example so-called DMDs ("digital mirror devices") or electronically controllable transmitted light or reflection liquid crystal screens or LCDs can be used.
  • the evaluation device is preferably controllable so that the illumination patterns are irradiated onto the area to be examined and images can be automatically detected after each change of the illumination pattern by means of the evaluation device. This embodiment of the invention not only allows to dispense with mechanical drives, but also allows easy switching between different types of illumination patterns.
  • the method can be used as a basic pattern, a periodic stripe pattern with period p, the periodically alternating HeIl- and dark stripes are the same width and from which the other illumination patterns by shifting by the m / n times the period p transverse to the longitudinal direction the stripe being producible, where n is the number of illumination patterns and 0 ⁇ m ⁇ n.
  • the field stop preferably has a strip-shaped structure which differs from one another. has bleached transparent and opaque areas of equal width. The strips preferably extend over the entire examination area or the entire object. The more illumination patterns are used, the less excitation light is used in acquiring a corresponding image.
  • the intensity noise in the background of the resulting image can be reduced almost arbitrarily.
  • the dimensions of the transparent and opaque areas are chosen so that illumination patterns can be generated with the aforementioned parameters.
  • illumination patterns each having a bi-directional array of light and dark regions may be used, the devices being offset from one another in at least one of the directions.
  • the field stop preferably has a two-directional periodic arrangement of transparent and opaque areas, the opaque areas adjoining each other.
  • an electrically controllable modulation unit for generating these illumination pattern sufficient training or programming of the evaluation.
  • the directions may be orthogonal to each other, but this may not necessarily be the case.
  • the marking of a direction is avoided by using stripes, so that the suppression of stray light becomes less directional.
  • the modulation by the structured illumination vanishes faster outside of the focus area. ne or object level, so that light outside the depth of field of the imaging optics: better suppressed.
  • the false light-corrected images are filtered low-frequency before formation layer image.
  • the evaluation device is preferably designed for this purpose such that the images corrected for false-correction are filtered at low frequency before the formation of the slice image.
  • the illumination optics for imaging the element acting as a diaphragm on the object is designed for dark field illumination.
  • the illumination optics should then be designed as an illumination objective with a small aperture, the optical axis of the illumination objective and the optical axis defined by the imaging optics enclosing an angle ⁇ .
  • This training results in a large depth of field.
  • the angle ⁇ should preferably be greater than 50 ° in order to minimize the radiation intensity on the underside of transparent objects or samples.
  • the illumination optics is a Scheimpflug optics.
  • a larger numerical aperture for the dark field illumination can be provided, as the Focal plane of the lighting can be adapted to the top of the sample.
  • the imaging optics for imaging the object on the detector may include a Scheimpflug optics.
  • the optical axis of the illumination lens is perpendicular to the surface of the sample, while the optical axis of the imaging lens is at an angle ⁇ to the optical axis of the illumination lens.
  • Both the method and the apparatus with which this method can be carried out can advantageously be used for reading out biochips, in quantitative fluorescence microscopy and in photometric measurements.
  • Fig.l is a schematic representation of an optical structure of an apparatus for detecting an image of an object according to a first preferred embodiment of the invention
  • FIG. 2 is a schematic partial representation of a device for generating illumination patterns with a field stop with eccentric drive in the apparatus of Fig.l,
  • FIG. 3 shows four illumination patterns obtainable with the field stop of the device from FIG.
  • FIG. 5 shows a representation of total depth response functions in Fresnel's approximation for the illumination patterns in FIG. 4, FIG.
  • FIG. 6 shows a schematic partial representation of a device for generating illumination patterns in a device for capturing an image of an object according to a sixth preferred embodiment of the invention
  • FIG. 8 shows a representation of total depth response functions in the approximation of geometrical optics for an illumination pattern with an intensity varying in two dimensions according to a sine function and a binary illumination pattern with square light and dark stripes repeating the period of the sine function.
  • FIG. 9 shows a schematic partial representation of a device for generating illumination patterns in a device for capturing an image of an object according to a seventh preferred embodiment of the invention
  • FIG. 10 is a schematic diagram of an optical arrangement of an apparatus for detecting an image of an object according to an eighth preferred embodiment of the invention.
  • FIG. 11 is a schematic representation of an optical structure of a device for detecting a Image of an object according to a ninth preferred embodiment of the invention
  • An evaluation 7 is connected via a detector connection to the detector 6 and via a control line to the device 2.
  • the illumination device 1 has a light or radiation source 8 which comprises a filter 9, a shutter 10 and, only optionally, the beam path homogenizing optical elements 11, such as e.g. a light guide rod or an internally mirrored glass hollow rod, and first illumination optics 12 and 13 for homogeneous illumination of a region of a field stop plane 14 are arranged downstream.
  • a light or radiation source 8 which comprises a filter 9, a shutter 10 and, only optionally, the beam path homogenizing optical elements 11, such as e.g. a light guide rod or an internally mirrored glass hollow rod, and first illumination optics 12 and 13 for homogeneous illumination of a region of a field stop plane 14 are arranged downstream.
  • the device 2 has a arranged in the beam path of the illumination device 1, homogeneously illuminable by this, acting as a structured aperture, defined in the beam path in two mutually orthogonal directions in the field diaphragm plane 14 slidably arranged element, in the example a structured field stop 15, and a in FIG. l drive shown only schematically 16, with which the field diaphragm 15 is displaceable.
  • the mechanical structure of the device 2 for generating illumination patterns is shown in more detail in FIG.
  • Eccentric drives 17 and 18 are coupled to the field diaphragm 15 so that it can be laterally displaced in the field diaphragm plane 14 in two mutually orthogonal directions and positioned in this way defined.
  • the field diaphragm 15 has periodically arranged, strip-shaped, opaque areas, which are separated from one another by transparent areas, so that corresponding strip-shaped illumination patterns can be generated in the object plane 3, as will be explained in more detail below.
  • the field diaphragm 15 is imaged onto the object 4 to be examined or imaged, or the object plane 3, by means of a second illumination optical system 19, which comprises an illumination tube 20, a beam splitter 21 and an objective 22 , so that on the object 4 one of the position of the field stop 15 in the field stop plane 14 and its structure corresponding illumination pattern is irradiated.
  • a second illumination optical system 19 which comprises an illumination tube 20, a beam splitter 21 and an objective 22 , so that on the object 4 one of the position of the field stop 15 in the field stop plane 14 and its structure corresponding illumination pattern is irradiated.
  • the imaging optics 5, which represents a wide field optics, in the example comprises the objective 22, the beam splitter 21 and a imaging tube 23, and forms the object 4 illuminated with the respective illumination structure in a high-contrast manner onto the image plane B or the spatially resolving detector 6 for optical radiation.
  • the beam splitter 21 is formed in the example as a color splitter and has filters 24 and 25, with which unwanted or disturbing spectral radiation components can be filtered out.
  • the beam splitter 21 and the filters 24 and 25 are components of a device for incident light fluorescence, wherein it is advantageous if the filters 25 and 26 are inclined by a few degrees, so as to remove disturbing reflections from the beam path.
  • the detector 6 comprises a matrix of CCD or CMOS elements and is in the example part of a CCD camera.
  • the detector 6 is connected to the evaluation device 7, which detects signals of the detector 6, performs the determination or elimination of the stray light in the imaging of the object 4 and generates a resulting slice image.
  • the evaluation device 7 has a processor, a memory and corresponding interfaces. The resulting images may be stored and / or output via a display device or printer not shown in FIG.
  • the evaluation device 7 also serves as a control for the drive 16, with which the illumination structure generated by the structured field stop 15 is displaceable.
  • the evaluation device 7 is designed such that it generates a sequence of illumination patterns by activating the drive 16 and the shutter 10 and detects a sequence of images of the examination area or of the object 4 respectively corresponding to the illumination patterns by detection of the signals of the detector 6. These images are processed after detection of the last image of the sequence in the evaluation device 7.
  • the first illumination pattern is a basic pattern.
  • the other illumination patterns emerge from the basic pattern by shifting the basic pattern by the distance v.
  • the basic pattern has a periodic structure of the period p with stripe-shaped dark regions 26 of width d and stripe-shaped bright regions 27 each arranged between the dark regions 26, which have the same width h as the dark regions 26.
  • the basic pattern is displaced three times by the distance v in a direction aligned orthogonal to the longitudinal direction of the striped dark regions 26 and light regions 27, respectively.
  • the distance v by which the successive illumination patterns resulting from displacement of the basic pattern are offset from one another, has in this example the length of one quarter of the period p.
  • v may be chosen to be p / N in particular.
  • the period p is on the sample side preferably between l ⁇ m and lOO ⁇ m.
  • the examination area or the object 4 is completely covered by the dark areas 26.
  • the object 4 is therefore completely covered by them, so that no interpolation between the dark areas 26 is necessary. The same applies to the bright areas 27.
  • the object 4 in the object plane 3 is successively with the four focused on the object plane 3 illumination patterns illuminated, for which the evaluation device 7 controls the drive 16 and the shutter 10 accordingly.
  • the evaluation device 7 controls the drive 16 and the shutter 10 accordingly.
  • a corresponding image is automatically detected by means of the detector 6 and the evaluation device 7.
  • the captured images optionally have in the areas in which the dark areas 26 are displayed, brightening by false light, which is emitted from illuminated with bright areas 27 sections of the object 4.
  • a slice image of the object 4 is then generated in the evaluation device 7.
  • a light and a dark image are first formed.
  • the subsegments are used which correspond to the subareas 37 and 38 of the light and dark regions 27 and 26, respectively, which form stripes in the center of the light and dark regions, respectively.
  • These sub-segments correspond in this embodiment just the middle 50% of the images of the light and dark areas.
  • the light or dark image is then formed by combining these subregions 37 and 38 corresponding sub-segments.
  • the arrangement of the areas of the captured images one another or the subsegments corresponds to the arrangement of the light or dark regions of the illumination patterns on the object 4 corresponding to the regions of the captured images.
  • the dark image is then smoothed by the evaluation device 7 for noise suppression using a corresponding low-pass filter.
  • the dark image is subtracted from the light image, resulting in a resulting layer image of the object 4, in which false light is suppressed, but the intensity in the layer is detected with high accuracy.
  • an overall depth response function indicating, for points on the optical axis, the detected intensity of optical radiation emanating from a location on the optical axis at a distance z from the object plane, as a function of the irradiated intensity has such a form that a confocal suppression is achieved for planes far away from the object plane, thereby detecting fluorescence radiation arising in a certain depth range around the focal plane at full efficiency.
  • the total depth response function for various structured illuminations can be calculated or estimated as follows. In the event that the structures that are thereby imaged on the object, clearly coarser than the resolution limit of the optical system, more precisely the Imaging optics 5, this calculation can be approximated with the models of geometric optics.
  • Geometric optics models can generally be applied when the optical system's transfer function, also referred to as PSF (Point Spread Function), can be approximated in focus by a delta function.
  • PSF Point Spread Function
  • the light wave field in the pupil plane corresponds to a homogeneously illuminated circle.
  • the numerical aperture of the imaging optics 5 can be calculated.
  • the PSF as a function of the distance to the focal plane then results as a circle whose radius R PSF depends on the distance to the focal plane z, the focal length f of the imaging optics 5 and the pupil radius Rp up iii e as follows:
  • PSF (z) can be understood as a deep response function. Since in this example the imaging optics 5 are used simultaneously for illumination, the overall depth response function is obtained by applying PSF (z) twice.
  • ⁇ x is the spatial frequency in a plane orthogonal to the
  • Direction of the optical axis of the imaging optics 5 and the beam direction or the z-axis and x indicate a location in the plane.
  • This intensity distribution is folded twice with a circle, with a radius dependent on the depth z.
  • the Fourier transform of the PSF (z) therefore corresponds to a modified Bessel function.
  • the square of this function is known as Airyfunktion.
  • the illumination function gives three peaks at zero, + ⁇ x and - ⁇ x . If one multiplies this function by the Airy function, then only at these three places do values differ from zero.
  • the Method of structured illumination only the modulation of the intensity distribution is measured. Due to the two peaks at + a> x and - ⁇ x , only two values are cut out of the Airy function.
  • Airy functions with different scales result from which the Fourier transform of the illumination function cuts out only the values at + ⁇ x and - ⁇ x .
  • the total depth response function for illumination with a sinusoidal intensity distribution and the evaluation algorithms described above corresponds to an airy function.
  • Tresponse ⁇ z l ⁇ (2 ⁇ Z 2 ) 1
  • the method according to the invention leads to a total depth response function which has a plateau with the value 1 in the immediate vicinity of the focus, ie in the immediate vicinity of the object plane.
  • the maximum plateau width is just 2Z for the dots in the middle of the stripes. If more than four recordings are used, the minimum plateau width (the solid line in FIG. 5) can be further increased and achieved theoretically for infinite measurements the maximum plateau width 2Z (long dashed line in Figure 5).
  • the illumination structures are much larger than the optical resolution of the system. In this case, geometric and wave-optical descriptions will give the same results.
  • the illumination structures are not significantly larger than the resolution limit. In this case, a wave-optical calculation for the total depth response function must be applied. Depending on the size of the structures, the plateau of the total depth response function is "rounded off", which reduces the effective plateau width.
  • the size of the illumination structures is close to the resolution limit. In this case, only the first frequency component of the illumination grating is transmitted by the optical system. In this case, no plateau will occur in the overall depth response function.
  • the total depth response function in this case will essentially correspond to the overall depth response function in geometric approximation for sinusoidal stripe illumination.
  • the second case can be simulated wave optically with the models of the paraxial Fresnell employedrung.
  • the results are shown in FIG. Therein are the result for one Sinusoidal illumination structure shown by a dashed line and the result for the above-mentioned stripe structure of the same period.
  • the transfer function PSF is calculated wave-optically in this case in the vicinity of the focal point and folded in accordance with the equation Iu e Tektor with itself and with the binary stripe pattern.
  • Fig.5 shows the obtained waveform.
  • total depth response functions for sinusoidal and binary illumination structures represented by dashed and solid lines, respectively, are shown as a function of the position of points on the optical axis or z-axis, the zero point corresponding to the focal plane. It can be seen in comparison with FIG. 4 that the plateau of the overall depth response function is clearly rounded off.
  • the frequency of the illumination grid needs to be varied in otherwise unchanged evaluation.
  • This variation has two effects.
  • the confocal suppression of light from non-focal planes becomes the worse the larger the grating period of the illumination grating becomes.
  • the total depth response function and thus the degree of confocal suppression with the grid frequency scales.
  • the width of the plateau also scales in the total depth response function and thus the depth range of the sample, which is mapped onto the detector with intensity efficiency 1, at the frequency of the illumination grid.
  • a second exemplary embodiment differs from the first exemplary embodiment solely in that the generation of the slice image is modified and the evaluation device is modified accordingly. All explanations on the unchanged parts of the first embodiment therefore also apply here and the same reference numerals are used.
  • the partial segments 37 and from the second temporary image the partial segments corresponding to the partial regions 3.8 are then combined to form the tomographic image.
  • a third and a fourth exemplary embodiment differ from the first or second exemplary embodiment in that subregions 37 and 38 corresponding to sub-segments of the images of the light or dark regions do not now have the median strips of width p / 2, but those of width 3 / 4p are used, so that the sub-segments overlap. Since the subsegments overlap, the summation in the overlap areas results in intensity Elevations that are eliminated by referencing or renormalization.
  • the field diaphragm 15 is not moved, but the object 4.
  • a table can be used, on which the object is arranged and by means of a controlled by the evaluation device 7 drive in directions is movable parallel to the object plane 3.
  • the evaluation of the captured images is analogous to the first embodiment.
  • piezoelectric actuators piezoelectric actuators
  • eccentric drives or other suitable adjustment mechanisms can be used, but preferably a motorized microscope stage. Accordingly, the second to fourth embodiments can be modified.
  • a device differs from the device of the first embodiment in that a modified device 28, shown in principle in Figure 6, are used for generating illumination patterns and a correspondingly modified evaluation device. Since the other components are substantially unchanged, the same reference numerals are used for them and the explanations on the first embodiment apply accordingly.
  • the device 28, which is partially shown in FIG. 6, now has, as an element acting as a structured diaphragm, a field diaphragm 29 with a checkerboard structure arranged in the field diaphragm plane 14, which has transparent and opaque square regions formed periodically in the same period with two orthogonal directions (see FIG .7).
  • the device 28 via a structured field stop 29 downstream in the light direction, plane-parallel glass plate 30 which is tiltable about two mutually orthogonal axes.
  • plane-parallel glass plate 30 which is tiltable about two mutually orthogonal axes.
  • piezoelectric actuators 32 which are controlled accordingly by a control of the evaluation device, not shown.
  • tilting the glass plate 30 is known to be an optical beam offset of the beam path and thus a staggered image of the field stop 29 on the object 4.
  • the arrows in Figure 7 marked the tilting directions of the glass plate 30th
  • a basic pattern shown in FIG. 7 is obtained with square light regions 33 and dark regions 34 arranged periodically in two mutually orthogonal directions, which form a checkerboard pattern.
  • the basic pattern points in the first, in the following by the number 1 marked Direction a period pl and in the second, hereinafter indicated by the numeral 2 direction, the period p2, wherein in this embodiment, the periods are selected to be the same size.
  • the basic pattern which itself constitutes a first illumination pattern, is first three times in succession by the distance vi in the direction 1, i. parallel to the in Fig.7 horizontal side of the bright areas 33, shifted, wherein a second, third and fourth illumination pattern arise.
  • a displacement is then made by the distance v2 in a direction 2 orthogonal to the direction of the first displacement, i. parallel to the vertical in Fig.7 side of the bright areas.
  • three further illumination patterns are generated by shifting by the distance vi in the direction of the first displacements.
  • v2 three times by vi, again by v2 and then three times by vi.
  • the periods pl and p2 are in the object plane preferably in the range between l ⁇ m and lOO ⁇ m. You can be chosen different sizes in other embodiments.
  • the method for imaging the object 4 according to the sixth preferred embodiment of the invention is analogous to the first embodiment.
  • the sub-segments correspond Now each square areas 37 and 38 in a square of the checkerboard pattern, the edge of the respective edge of the light or dark area has a distance of one quarter of the side of the bright and dark area.
  • the method has over the method of the first embodiment, i. the use of illumination patterns with stripes, the advantage that the modulation by the structured illumination disappears faster outside the focus plane or object plane, so that light outside the depth of field of the imaging optics is better suppressed.
  • FIG. 8 shows by way of example the total depth response function in the approximation of geometrical optics for the binary illumination pattern with checkerboard pattern-shaped intensity distribution (solid line) and for an illumination pattern with sinusoidal intensity distribution (dashed line) in two dimensions.
  • the abscissa describes the distance from the focal plane in scaled, arbitrary units and the ordinate also describes the respective value of the total depth response function in arbitrarily scaled units. Thereafter, a closer approach to a box-shaped profile is achieved.
  • An apparatus for detecting an image of an object according to a seventh preferred embodiment of the invention differs from the apparatus of the first embodiment by another drive for the field diaphragm 15. All other components are unchanged, so that the same reference numerals are used for them and the explanations in connection with the first embodiment according to Fig.l apply accordingly.
  • the drive controlled by the controller in the evaluation device comprises piezo actuators 35 and 36, which are coupled to the field diaphragm 15, so that the field diaphragm 15 can be adjusted by means of the piezo actuators 35 and 36 by lateral displacement along two mutually orthogonal directions in the field stop plane 14 ,
  • piezo actuators 35 and 36 By mapping the field diaphragm 15 set in different positions onto the object 4, different illumination structures in the object plane 3 are generated as before, which are then imaged onto the detector 6 together with the object 3.
  • An eighth preferred embodiment of the invention differs from the previously described embodiments in that the means for generating illumination patterns now neither a field stop nor a drive, but instead acting as a structured aperture element arranged in the field stop plane 14 electrically controllable modulation unit 45 in Shape of a transmitted light LCD has.
  • the modulation unit 45 is connected via a control line to an evaluation device 46, which is modified relative to the evaluation device 7 of the first embodiment such that light-dark patterns stored in the evaluation device are displayed on the transmitted-light LCD, so that corresponding to the object plane 3 corresponding illumination patterns are blasted.
  • a device according to a ninth preferred embodiment of the invention differs from the device of the first embodiment in that the element acting as a diaphragm for dark field illumination is sharply imaged on the object.
  • the second illumination optical system 19 is replaced by a modified second illumination optical system 40, the beam splitter 21 is no longer necessary.
  • the embodiments of the first embodiment apply mutatis mutandis and the same reference numerals are used.
  • the device comprises the illumination device 1 with the light or radiation source 8, optionally the shutter 10 and, advantageously, the beam path homogenizing optical elements 11, such as. a Lichtleitstab or internally mirrored glass hollow rod, and illumination optics 12 and 13 for homogeneous illumination of arranged in the field stop plane 14 in the beam path means 2 for generating illumination patterns, which in the example comprises the structured field stop 15, are arranged downstream.
  • This field diaphragm 15 is arranged positionable defined in the beam path in two mutually orthogonal directions of the field stop plane 14. It can therefore be moved by means of coupled to the field diaphragm 15 drive 16 in this plane 14.
  • modified second illumination optical system 40 which in the example a lighting tube 41, a deflection mirror 42, an excitation filter 43, and an objective 44, which is structured as Aperture acting element, ie here the structured field stop 15, in dark field illumination on the object to be examined or measured 4 or the object plane 3 shown.
  • the second illumination optics 40 forms a so-called Scheimpflug optics whose optical axis is arranged at an angle ⁇ to the perpendicular to the surface of the object 4 and the object plane 3 extending optical axis of the imaging optics 5.
  • the angle ⁇ > 50 °.
  • the imaging optics can also be designed as a Scheimpflug optics in a modified embodiment.
  • the optical axis of the second illumination optical system 40 is perpendicular to the surface of the object 4 or the object plane 3. With this optical axis, the optical axis of the imaging optics then forms the angle ⁇ .

Abstract

The invention relates to a method for producing an image of a layer of an object (4) by means of a wide field optical element (5) on a resolving detector (6). According to the invention, the object (4) is illuminated in a focused manner on at least one object plane (3) having at least two binary illuminating patterns (26, 27; 33, 34) and for each illuminating pattern (26, 27; 33, 34), the corresponding images are detected. The illuminating patterns (26, 27; 33, 34) respectively comprise dark areas (27; 34) and light areas (26; 33), the light and/or the dark areas completely covering the object (4) when the illuminating pattern (26, 27; 33, 34) is superimposed. A layer image is determined from the detected images, said layer image comprising a partial segment that respectively reproduces a partial area of the object (4) that is arranged inside the light area of one of the used illuminating patterns such that said edges are arranged at a distance from the edges of the light area about at least one predefined minimum distance, and which are respectively determined with at least partial artificial light correction using at least two images which are respectively detected for different illumination patterns in which the partial area corresponding to the respective partial segment is arranged completely inside the light area of a first different illuminating pattern or completely inside a dark area of a second of the different illuminating pattern.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung eines Bildes einer dünnen Schicht eines Objekts Method and device for producing an image of a thin layer of an object
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erzeugung eines Bildes einer dünnen Schicht eines Objekts, insbesondere mittels einer Weitfeldoptik, sowie eine entsprechende Vorrichtung.The invention relates to a method for producing an image of a thin layer of an object, in particular by means of a wide field optics, as well as a corresponding device.
Biologische Proben oder Materialien werden häufig mikroskopisch untersucht. Insbesondere können entsprechende Objekte zur Erkennung von Strukturen mit Weitfeldoptiken untersucht werden, die das Objekt bzw. eine dünne Schicht, idealerweise eine Ebene, des Objekts auf einen ortsauflösenden Detektor abbilden. Solche abbildenden Untersuchung kann beispielsweise mit normaler Mikroskopie oder Fluoreszenzmikroskopie erfolgen. Die dünne Schicht kann beispielsweise eine fluoreszierende Schicht auf einem Träger wie ein Objektträger oder der Boden einer Titerplatte sein, die immobilisierte Zellen, Gewebeschnitte oder DNA-Felder, vorzugsweise angeordnet in "Microarrays" enthält.Biological samples or materials are often examined microscopically. In particular, corresponding objects for the detection of structures with wide field optics can be examined, which image the object or a thin layer, ideally a plane, of the object onto a spatially resolving detector. Such imaging examination can be done for example with normal microscopy or fluorescence microscopy. The thin layer may be, for example, a fluorescent layer on a support such as a slide or the bottom of a titer plate containing immobilized cells, tissue sections or DNA fields, preferably arranged in "microarrays".
Zur Untersuchung insbesondere biologischer Objekte wird jedoch häufig auch die quantitative Fluoreszenzmikroskopie eingesetzt. Das Ziel der quantitativen Fluoreszenzmikroskopie besteht in der Regel darin, durch Bestrahlung einer Probe, insbesondere einer dünnen Schicht gegebener Dicke, Fluoreszenzstrahlung anzuregen, deren Intensität von der zu messenden Konzentration von fluoreszierenden Stoffen in der Probe abhängt. Durch Messung der Intensität der Fluoreszenzstrahlung ist ein Rückschluß auf die Konzentration der fluoreszierenden Stoffe möglich. Daher kommt es dann weniger auf extreme Bildschärfe als auf eine sehr zuverlässige Erfassung der nur von der dünnen Schicht ausgehenden Strah-However, quantitative fluorescence microscopy is frequently used to examine biological objects in particular. The aim of quantitative fluorescence microscopy is usually to excite by irradiation of a sample, in particular a thin layer of given thickness, fluorescence radiation whose intensity depends on the concentration of fluorescent substances to be measured in the sample. By measuring the intensity of the fluorescence radiation, a conclusion on the concentration of the fluorescent substances is possible. Therefore, it is less of an issue of extreme image sharpness than of a very reliable detection of the rays emanating only from the thin layer.
ιT\OC\ι» r~ OA lung an. Es werden daher häufig statt hochauflösender Mikroskope sogenannte ortsauflösende Fluoreszenzreader verwendet, die als für die quantitative Fluoreszenzmikroskopie optimierte Mikroskope angesehen werden können. Bei den Objekten bzw. Proben kann es sich insbesondere um Biochips handeln, welche auf photolithographischem Wege oder mittels eines Spotters hergestellt wurden.ιT \ OC \ r ~ OA on. Frequently, instead of high-resolution microscopes, so-called spatially resolving fluorescence readers are used, which can be regarded as microscopes optimized for quantitative fluorescence microscopy. The objects or samples may in particular be biochips which have been produced by photolithographic means or by means of a spotter.
Um möglichst genaue Meßwerte für die Intensität der in der dünnen Schicht erzeugten Fluoreszenzstrahlung zu erhalten, müssen zwei Bedingungen beachtet werden. Zum einen soll die Fluoreszenzstrahlung aus der dünnen Schicht möglichst umfassend und quantitativ genau erfaßt werden. Zum anderen soll Strahlung, insbesondere Fluoreszenzstrahlung, die nicht aus der dünnen Schicht stammt, möglichst gut unterdrückt werden, d.h. es soll eine guten Tiefenselektion erreicht werden, bei der möglichst nur Strahlung in einer Schicht um die Fokusebene erfaßt wird. Diese zu unterdrük- kende optische Strahlung wird, obwohl sie nicht unbedingt im sichtbaren Bereich des optischen Spektrums zu liegen braucht, im Folgenden auch als Falschlicht bezeichnet.In order to obtain as accurate as possible measurements of the intensity of the fluorescence radiation generated in the thin layer, two conditions must be taken into account. On the one hand, the fluorescence radiation from the thin layer should be detected as extensively and quantitatively as possible. On the other hand, radiation, in particular fluorescence radiation which does not originate from the thin layer, should be suppressed as well as possible, i. It should be achieved a good depth selection, in which only possible radiation in a layer around the focal plane is detected. Although not necessarily to be in the visible range of the optical spectrum, this optical radiation to be suppressed is also referred to below as a false light.
Ais Quellen für das Falschlicht kommen wenigstens die folgenden Quellen in Betracht. Falschlicht entsteht beispielsweise durch Reflexionen und durch Streulicht an Oberflächen, in Gläsern, z.B. aufgrund von Lufteinschlüssen, durch Eigenfluoreszenz der verwendeten Gläser, an Fassungen oder bei Fluoreszenzmessungen durch nicht unterdrücktes Anregungslicht. Weiterhin kann Falschlicht auch aus Bereichen des Objektes oder der Probe kommen, die außerhalb der vorzugsweise in der dünnen Schicht liegenden Fokusebene liegen, beispielsweise von fluoreszierenden Kontaminationen auf der Rückseite eines Objektträgers oder aus einer an die dünne Schicht angrenzenden Nachbarschicht mit einer fluoreszierenden Flüssigkeit.At least the following sources can be considered as sources for the misdirection. False light is produced, for example, by reflections and by scattered light on surfaces, in glasses, eg due to air inclusions, by intrinsic fluorescence of the glasses used, in sockets or in fluorescence measurements by non-suppressed excitation light. Furthermore, false light can also come from areas of the object or the sample, which lie outside the focal plane, preferably in the thin layer, for example, from fluorescent contaminants on the back of a slide or from one of the thin layer adjacent adjacent layer with a fluorescent liquid.
Falschlicht kann jedoch auch die Abbildung des Objektes negativ beeinträchtigen, da es den Kontrast der detektier- ten Intensitätsverteilung verringert oder verfälscht.However, false light can also adversely affect the image of the object since it reduces or falsifies the contrast of the detected intensity distribution.
Eine Möglichkeit zur Vermeidung von Falschlicht liegt in der Verwendung von konfokalen Laserscannern. Bei einem konfokalen Laserscanner wird stets nur eine kleine Fläche der Probe von wenigen μπi2 beleuchtet und zudem bei der Detekti- on nur diese kleine Fläche betrachtet. Wird dies mit Hilfe einer gut angepaßten Lochblende konsequent durchgeführt, so wird Falschlicht von vornherein unterdrückt. Laserscanner weisen jedoch gegenüber Mikroskopen mit Weitfeldoptik eine Reihe von Nachteilen auf. Beispielsweise kann bei Fluoreszenzmikroskopie Anregungssättigung und ein starkes Ausbleichen von Fluorophoren auf Grund der hohen Strahlungsintensität im Fokus auftreten. Ferner gibt es deutliche Einschränkungen bei der Wahl der Wellenlänge. Viele bewegliche Komponenten, ein hoher Justieraufwand sowie eine geringe Quanteneffizienz des Detektors, in der Regel ein Photomul- tiplier, sind weitere Nachteile.One way to avoid stray light is to use confocal laser scanners. With a confocal laser scanner, only a small area of the sample is illuminated by a few μπi 2 , and only this small area is considered during the detection. If this is consistently carried out with the help of a well-matched pinhole, then false light is suppressed from the outset. Laser scanners, however, have a number of disadvantages compared to microscopes with wide-field optics. For example, in fluorescence microscopy excitation saturation and a strong fading of fluorophores due to the high intensity of radiation in focus can occur. Furthermore, there are significant limitations in the choice of wavelength. Many moving components, a high adjustment effort and a low quantum efficiency of the detector, usually a photomultiplier, are further disadvantages.
Zur Vermeidung dieser Nachteile sind Verfahren vorgeschlagen, bei den Bilder unter verschiedenen Beleuchtungsmustern erfaßt werden und aus den erfaßten Bildern ein Bild der dünnen Schicht berechnet wird.In order to avoid these disadvantages, methods are proposed in which images are acquired under different illumination patterns and an image of the thin layer is calculated from the acquired images.
So ist in EP 972220 Bl ein Verfahren beschrieben, bei dem drei Bilder des Objekts mit der dünnen Schicht erfaßt werden, die bei auf die dünnen Schicht fokussierter Beleuchtung mit räumlich sinusförmigen, jeweils um eine Drittelpe- riode gegeneinander verschobenen Intensitätsprofilen erfaßt werden. Aus den erfaßten Bildern wird ein Bild der dünnen Schicht errechnet.For example, EP 972220 Bl describes a method in which three images of the object with the thin layer are detected, which, with illumination focused on the thin layer, are spatially sinusoidal, in each case one third of a third. period against each other shifted intensity profiles are detected. From the captured images, a picture of the thin layer is calculated.
In der DE 199 30 816 Al sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Tiefenselektion von Mikroskopbildern beschrieben, bei denen ein eindimensional periodisches Gitter, z.B. ein Streifengitter, zur Beleuchtung verwendet wird. Dabei werden mindestens n (n > 2) CCD- Kameraaufnahmen gemacht, wobei die Struktur der Beleuchtung um jeweils l/n der Gitterkonstanten verschoben wird. Aus den mindestens drei Aufnahmen wird anschließend ein konfokaler Schnitt der Probe berechnet. Dieses Verfahren ist anfällig für Artefakte, wenn das Gitter keine sinusförmige Beleuchtungsintensität auf der Probe erzeugt.DE 199 30 816 A1 describes a method and a device for depth selection of microscope images in which a one-dimensional periodic grating, e.g. a strip grid, used for lighting. At least n (n> 2) CCD camera images are taken with the structure of the illumination shifted by l / n of the lattice constant. From the at least three images, a confocal section of the sample is then calculated. This method is prone to artifacts when the grid does not produce sinusoidal illumination intensity on the sample.
Die WO 98/45745 Al (DE 698 02 514 T2) beschreibt ein Abbildungssystem und -verfahren für Mikroskope, bei denen eine strukturierte Beleuchtung mittels Überlagerung zweier kohärenter Lichtstrahlen vorgesehen ist. Das Verfahren verfolgt ebenso wie das oben beschriebene Verfahren gemäß der DE 199 30 816 Al .hauptsächlich das Ziel, optische Schnitte in verschiedenen Objektebenen analog einem Laser-Scanning- Mikroskop zu generieren.WO 98/45745 A1 (DE 698 02 514 T2) describes an imaging system and method for microscopes, in which a structured illumination is provided by means of superposition of two coherent light beams. The method follows as well as the method described above according to DE 199 30 816 A1 . The main goal is to generate optical sections in different object planes similar to a laser scanning microscope.
Beide Verfahren verfolgen das Ziel, eine Tiefenauflösung von dicken Proben zu erhalten. Sie dienen dazu, mit einer Weitfeldoptik konfokale Schnitte einer im Vergleich zur Tiefenschärfe dicken Probe oder eines Objektes zu erhalten. In beiden Fällen ist der Rechenaufwand relativ groß, weil trigonometrische Gleichungen gelöst werden müssen.Both methods pursue the goal of obtaining a depth resolution of thick samples. They serve to obtain confocal sections of a sample or object that is thick in comparison to the depth of field with a wide-field optic. In both cases, the computational effort is relatively large because trigonometric equations must be solved.
- A - In der unveröffentlichten deutschen Patentanmeldung P 103 30 716.8 ist eine Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens zur Eliminierung von Falschlicht bei der Abbildung von heterogenen, leuchtenden oder beleuchteten flächenhaften Objekten beschrieben. Diese umfaßt eine Strahlungsquelle mit nachgeordneter, die Strahlung homogenisierender Beleuchtungsoptik zur homogenen Ausleuchtung einer nachgeord- neten Feldblendenebene, in welcher eine strukturierte Feldblende zur Erzeugung einer dem Objekt oder der Probe überlagerten Beleuchtungsstruktur angeordnet ist. Diese Beleuchtungsstruktur wird durch erste optische Mittel auf die Probe abgebildet, wobei diese ersten optischen Mittel einen Beleuchtungstubus, gegebenenfalls einen Farbteiler, und ein Objektiv umfassen können. Es sind ferner zweite optische Mittel zur Abbildung der Probe zusammen mit der überlagerten Beleuchtungsstruktur auf einen ortsauflösenden Detektor, insbesondere für optische Strahlung, vorgesehen. Die Anordnung enthält ferner Einstellmittel, mit denen die Beleuchtungsstruktur in der Objektebene auf dem Objekt oder der Probe definiert positionierbar ist. Der Detektor ist mit einer Auswerteeinrichtung zur Ermittlung und Eliminierung des Falschlichtes verbunden. Es wird eine strukturierte Hellfeldbeleuchtung mit wenigstens zwei verschiedenen Beleuchtungsmustern verwendet, bei der sich dunkle Bereiche nicht überschneiden. Aus entsprechenden Bildern kann dann ein Dunkelbild und ein Hellbild ermittelt werden. Durch Subtraktion des Dunkelbildes von dem Hellbild kann ein resultierendes Bild erhalten werden.- A - In the unpublished German patent application P 103 30 716.8 a device for carrying out a method for eliminating stray light in the imaging of heterogeneous, luminous or illuminated planar objects is described. This comprises a radiation source with downstream, the radiation homogenizing illumination optics for the homogeneous illumination of a subsequent field blanket plane, in which a structured field stop is arranged to produce an illumination structure superimposed on the object or the sample. This illumination structure is imaged by first optical means on the sample, wherein said first optical means may comprise a lighting tube, optionally a color splitter, and a lens. Furthermore, second optical means are provided for imaging the sample together with the superimposed illumination structure onto a spatially resolving detector, in particular for optical radiation. The arrangement further comprises adjustment means with which the illumination structure in the object plane can be positioned in a defined manner on the object or the sample. The detector is connected to an evaluation device for detecting and eliminating the stray light. It uses a structured bright field illumination with at least two different illumination patterns, in which dark areas do not overlap. From corresponding images, a dark image and a bright image can be determined. By subtracting the dark image from the bright image, a resulting image can be obtained.
Die bei dieser Vorrichtung vorgesehene strukturierte Hellfeldbeleuchtung, bei welcher die Objektbeleuchtung und die Abbildung des Objektes zusammen mit der aufbelichteten Feldblendenstruktur durch ein einziges Objektiv erfolgen, kann das Anregungslicht im Objektiv das Auftreten von Falschlicht, insbesondere durch Eigenfluoreszenz der verwendeten Gläser, hervorrufen. Weiterhin wird die Rückseite eines Objekts, z.B. eines Biochips, mit nahezu der gleichen Anregungsintensität bestrahlt wie die Fokusebene. Daher kann auch die durch die Kontamination der Rückseite bedingte Fluoreszenzintensität entsprechend hoch sein und zu Meßfehlern Anlaß geben. Es wurde daher vorgeschlagen, bei einem zweiten Verfahren zur Vermeidung dieser Nachteile statt der Hellfeldbeleuchtung eine strukturierte Dunkelfeldbeleuchtung zu verwenden.The structured bright field illumination provided in this device, in which the object illumination and the imaging of the object take place together with the exposed field diaphragm structure by a single objective, For example, the excitation light in the objective can cause the occurrence of stray light, in particular due to intrinsic fluorescence of the glasses used. Furthermore, the back of an object, for example a biochip, is irradiated with almost the same excitation intensity as the focal plane. Therefore, due to the contamination of the backside fluorescence intensity can be correspondingly high and give rise to measurement errors. It was therefore proposed to use a structured dark field illumination instead of the bright field illumination in a second method for avoiding these disadvantages.
Bei beiden Verfahren ist es notwendig, eine Interpolation zwischen nicht beleuchteten Bereichen durchzuführen, um ein vollständiges Dunkel- bzw. Falschlichtbild zu erhalten.In either method, it is necessary to perform interpolation between non-illuminated areas to obtain a complete dark-field image.
Alle genannten Verfahren zeigen jedoch für die quantitative Fluoreszenzmikroskopie den Nachteil, daß die Genauigkeit der Messung der Konzentration von fluoreszierendem Material in der dünnen Schicht noch verbesserungsfähig ist, obwohl eine Tiefenselektion erreicht werden kann und Falschlicht aus an die dünne Schicht angrenzenden Bereichen wenigstens teilweise unterdrückt werden kann.However, all of the above methods have the disadvantage for quantitative fluorescence microscopy that the accuracy of measuring the concentration of fluorescent material in the thin layer can still be improved, although depth selection can be achieved and false light can be at least partially suppressed from areas adjacent to the thin layer ,
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Erzeugung eines Bildes einer, insbesondere auch dünnen, Schicht eines Objekts zu schaffen, das gleichzeitig eine gute Tiefenselektion und eine hohe quantitative Genauigkeit bei Fluoreszenzmessungen erlaubt, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens bereitzustellen. Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Erzeugung eines Bildes einer Schicht eines Objekts mittels einer Weitfeldoptik auf einem ortsauflösenden Detektor, bei dem das Objekt in wenigstens einer Objektebene mit wenigstens zwei binären Beleuchtungsmustern fokussiert beleuchtet wird und für jedes der Beleuchtungsmuster entsprechende Bilder erfaßt werden, wobei die Beleuchtungsmuster jeweils Dunkelbereiche und Hellbereiche aufweisen, von denen die Hellbereiche und/oder die Dunkelbereiche bei Überlagerung der Beleuchtungsmuster das Objekt vollständig überdecken, und aus den erfaßten Bildern ein Schichtbild ermittelt wird, das Teilsegmente umfaßt, die jeweils einen Teilbereich des Objekts wiedergeben, der so innerhalb eines Hellbereichs wenigstens eines der verwendeten Beleuchtungsmuster liegt, daß dessen Ränder von den Rändern des Hellbereichs um wenigstens einen vorgegebenen Mindestabstand beabstandet sind, und die jeweils unter wenigstens teilweiser Falschlichtkorrektur unter Verwendung von wenigstens zwei Bildern ermittelt sind, die bei jeweils verschiedenen Beleuchtungsmustern erfaßt wurden, in denen der dem jeweiligen Teilsegment entsprechende Teilbereich ganz innerhalb eines Hellbereichs eines ersten der verschiedenen Beleuchtungsmυster bzw. ganz innerhalb eines Dunkelbereichs eines zweiten der verschiedenen Beleuchtungsmuster liegt.The present invention is therefore based on the object to provide a method for producing an image of a, in particular thin, layer of an object which simultaneously allows good depth selection and high quantitative accuracy in fluorescence measurements, and to provide an apparatus for performing the method. The object is achieved by a method for producing an image of a layer of an object by means of a wide-field optics on a spatially resolving detector, in which the object is illuminated in at least one object plane focused with at least two binary illumination patterns and for each of the illumination patterns corresponding images are detected, the illumination patterns each have dark areas and bright areas, of which the light areas and / or the dark areas completely cover the object when the illumination patterns are superimposed, and from the acquired images a tomogram is determined which comprises subsegments which each reproduce a partial area of the object, then Within a bright region of at least one of the illumination patterns used is that its edges are spaced from the edges of the bright region by at least a predetermined minimum distance, and which in each case at least partially false light correct are determined using at least two images, which were detected at each different illumination patterns in which the respective sub-segment corresponding sub-area within a bright area of a first of the different Beleuchtungsmυster or completely within a dark area of a second of the different illumination patterns.
Die Aufgabe wird weiter gelöst durch eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Bildes einer Schicht eines Objekts, mit einer Beleuchtungseinrichtung zur fokussierten Beleuchtung des Objekts in einer Objektebene, einer Einrichtung zur Erzeugung wenigstens zweier vorgegebener Beleuchtungsmuster zur Beleuchtung des Objekts in der Objektebene mit einem im Strahlengang nach der Beleuchtungseinrichtung angeordneten als strukturierte Blende wirkenden Element, wobei die Be- leuchtungsmuster jeweils Dunkelbereiche und Hellbereiche aufweisen, von denen die Hellbereiche und/oder die Dunkelbereiche bei Überlagerung der Beleuchtungsmuster das Objekt vollständig überdecken, einer, vorzugsweise als Weitfeldoptik, ausgebildeten Abbildungsoptik zur Abbildung der Objektebene auf eine Bildebene, einem in der Bildebene angeordneten ortsauflösenden Detektor zur Detektion der von dem Objekt ausgehenden optischen Strahlung, und einer Auswerteeinrichtung zur Auswertung von Detektionssignalen des Detektors, die dazu ausgebildet ist, auf der Basis der Detektionssignale Bilder zu erfassen und die der Bilderfassung folgenden Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens auszuführen und insbesondere aus den erfaßten Bildern ein Schichtbild zu ermitteln, das Teilsegmente umfaßt, die jeweils einen Teilbereich des Objekts wiedergeben, der so innerhalb eines Hellbereichs wenigstens eines der verwendeten Beleuchtungsmuster liegt, daß dessen Ränder von den Rändern des Hellbereichs um wenigstens einen vorgegebenen Mindestabstand beabstandet sind, und die jeweils unter wenigstens teilweiser Falschlichtkorrektur unter Verwendung von wenigstens zwei Bildern ermittelt sind, die bei jeweils verschiedenen Beleuchtungsmustern erfaßt wurden, in denen der dem jeweiligen Teilsegment entsprechende Teilbereich ganz innerhalb eines Hellbereichs eines ersten der verschiedenen Beleuchtungsmuster bzw. ganz innerhalb eines Dunkelbereichs eines zweiten der verschiedenen Beleuchtungsmuster liegt.The object is further achieved by a device for generating an image of a layer of an object, having a lighting device for focused illumination of the object in an object plane, a device for generating at least two predetermined illumination patterns for illuminating the object in the object plane with one in the beam path after the Lighting device arranged as a structured shutter acting element, the Be each of the bright areas and / or the dark areas completely overlaps the object when the illumination patterns are superimposed, an imaging optics preferably designed as a wide-field optic for imaging the object plane onto an image plane, a spatially resolving detector arranged in the image plane for detection the optical radiation emanating from the object, and an evaluation device for evaluating detection signals of the detector, which is designed to capture images on the basis of the detection signals and to carry out the steps of the method according to the invention following the image acquisition, and in particular to obtain a slice image from the acquired images determining that comprises subsegments each representing a subregion of the object which lies within a bright region of at least one of the illumination patterns used, that the edges thereof from the edges of the Hellb at least a predetermined minimum distance, and which are respectively determined under at least partially False correcting using at least two images that were detected at each different illumination patterns in which the respective sub-segment corresponding partial area entirely within a bright area of a first of the different illumination patterns or entirely within a dark area of a second of the different illumination patterns.
Das Verfahren, das mit der Vorrichtung durchführbar ist, dient zur Erzeugung eines Bildes einer Schicht eines Objekts, vorzugsweise eines flächenhaften Objekts, insbesondere eines heterogenen, leuchtenden oder beleuchteten Objekts. Insbesondere kann es sich bei diesem Verfahren um ein Mikroskopieverfahren, vorzugsweise ein quantitatives Fluoreszenzmikroskopieverfahren oder ein Verfahren unter Verwendung eines Fluoreszenzreaders handeln.The method, which can be carried out with the device, is used to produce an image of a layer of an object, preferably of a planar object, in particular of a heterogeneous, luminous or illuminated object. In particular, this method may be a microscopy method, preferably a quantitative fluorescence microscopy method or a method using a fluorescence reader.
Bei dem Verfahren braucht die Schicht nicht unbedingt dünn zu sein; vielmehr kann die Schicht insbesondere eine ganze Schicht, und nicht nur eine Ebene sein, in die die Beleuchtungsstrahlung fokussiert wird.In the process, the layer does not necessarily have to be thin; rather, the layer may in particular be a whole layer, and not just a plane in which the illumination radiation is focused.
Bei dem Verfahren wird die Schicht des Objekt, unter dem im Rahmen der Erfindung je nach Größe des abbildbaren Bereichs in der Objektebene eine ganze Probe oder ein ganzer Gegenstand oder nur ein zu untersuchender bzw. abbildbarer Teilbereich einer ganzen Probe oder eines ganzen Gegenstands verstanden wird, mit wenigstens zwei strukturierten, binären Beleuchtungsmustern beleuchtet. Unter einem binären Beleuchtungsmuster wird hierbei ein Beleuchtungsmuster verstanden, in dem, beispielsweise im Unterschied zu Beleuchtungsmustern mit einem Intensitätprofil in Form eines Sinusprofils, die für das Verfahren wesentliche Strukturierung dadurch erzielt wird, daß in die Dunkelbereiche, zumindest im Rahmen der geometrischen Optik, im wesentlichen keine Beleuchtungsstrahlung gelangt und der Übergang von Dunkelbereichen zu Hellbereichen im Vergleich zu der Ausdehnung dieser Bereiche sehr schmal ist (BITTE QUANTITATIVE GRENZE ANGEBEN, WENN MÖGLICH) . Die Hell- bzw. Dunkelbereiche des Objekts sind diejenigen Bereiche des Objekts, die bei Beleuchtung mit einem jeweiligen Beleuchtungsmuster in den Hell- bzw. Dunkelbereichen des Beleuchtungsmusters liegen.In the method, the layer of the object, within the scope of the invention, depending on the size of the imageable region in the object plane, is understood to be an entire sample or an entire article or only a partial region of an entire sample or an entire article to be examined or imaged. illuminated with at least two structured, binary illumination patterns. In this case, a binary illumination pattern is understood as an illumination pattern in which, for example, in contrast to illumination patterns with an intensity profile in the form of a sine profile, the structuring essential for the method is achieved by substantially interposing into the dark areas, at least in the context of geometric optics no illumination radiation is obtained and the transition from dark areas to light areas is very narrow compared to the extent of these areas (PLEASE SPECIFY QUANTITATIVE LIMIT, IF POSSIBLE). The light and dark areas of the object are those areas of the object that lie in the light and dark areas of the illumination pattern when illuminated with a respective illumination pattern.
Zur Erzeugung der strukturierten Beleuchtung sind bei der Vorrichtung die Beleuchtungseinrichtung zur Abgabe von Be- leuchtungslicht, unter dem im Rahmen der vorliegenden Erfindung neben sichtbarer auch infrarote oder ultraviolette Strahlung verstanden wird, und die Einrichtung zur Erzeugung wenigstens zweier vorgegebener Beleuchtungsmuster zur fokussierten, insbesondere auch strukturierten Beleuchtung des Objekts wenigstens in der abzubildenden Objektschicht vorgesehen. Die Einrichtung zur Erzeugung der binären Beleuchtungsmuster weist hierzu insbesondere ein als Blende wirkendes Element auf, das vorzugsweise als Feldblende wirkt. Das Element verfügt über lichtdurchlässige bzw. transparente und lichtundurchlässige bzw. opake Bereiche, denen in den Beleuchtungsmustern jeweils Hell- und Dunkelbereiche entsprechen, die benachbart sind. Dementsprechend treten in bzw. auf dem Objekt bzw. dem untersuchten Bereich mit Beleuchtungslicht beleuchtete und unbeleuchtete Bereiche auf.To generate the structured illumination, the illumination device for dispensing of illumination light, which in the context of the present invention in addition to visible infrared or ultraviolet radiation is understood, and the means for generating at least two predetermined illumination pattern for focused, in particular structured illumination of the object provided at least in the object layer to be imaged. For this purpose, the device for generating the binary illumination pattern has in particular an element acting as a diaphragm, which preferably acts as a field stop. The element has translucent and opaque areas which correspond in the illumination patterns respectively to bright and dark areas which are adjacent. Accordingly, illuminated and non-illuminated areas appear in or on the object or the examined area with illumination light.
Bei dem Verfahren wird das Objekt nacheinander mit jeweils einem anderen der Beleuchtungsmuster beleuchtet . Die bei dem Verfahren verwendeten Beleuchtungsmuster sind dabei so gewählt, daß deren Dunkelbereiche und/oder deren Hellbereiche bei einer vorgestellten bzw. fiktiven gle.i chzeitigεn Überlagerung der Beleuchtungsmuster das Objekt vollständig überdecken.In the method, the object is sequentially illuminated with a different one of the illumination patterns. The illumination patterns used in the method are chosen so that their dark areas and / or their bright areas completely cover the object in the case of an imagined or fictitious overlapping of the illumination patterns.
Das mit dem jeweiligen Beleuchtungsmuster beleuchtete Objekt wird dann mittels der Abbildungsoptik, die insbesondere ein Objektiv umfassen kann, auf den ortsauflösenden Detektor abgebildet, der zur Erfassung der Bilder des Objekts dient. Als ortsauflösender Detektor kann vorzugsweise eine CCD- oder CMOS-Matrix eingesetzt werden. Die Signale des ortsauflösenden Detektors werden von der Auswerteeinrichtung, beispielsweise einer Datenverarbeitungseinrichtung mit einer Videoschnittstelle, einem Speicher, in dem wenigstens ein Computerprogramm zur Durchführung der Auswertung und insbesondere der Verfahrensschritte nach der Beleuchtung des Objekts gespeichert sind, und einem Prozessor zur Ausführung des Computerprogramms, zu Bildern verarbeitet.The object illuminated with the respective illumination pattern is then imaged by means of the imaging optics, which may in particular comprise an objective, onto the spatially resolving detector which serves to capture the images of the object. As a spatially resolving detector preferably a CCD or CMOS matrix can be used. The signals of the spatially resolving detector are provided by the evaluation device, for example a data processing device with a video interface, a memory in which at least one computer program for carrying out the evaluation and in particular the method steps after the illumination of the object are stored, and a processor for executing the computer program Processed images.
Die Erfindung geht unter anderem auf folgende Beobachtung zurück: Bei Fokussierung von strukturierter Beleuchtungsstrahlung wie beispielsweise Beleuchtungsstrahlung mit einem quer zur Strahlrichtung sinusförmigen Intensitätsprofil, in eine Ebene des Objekts ergibt sich entlang der Strahlrichtung nur eine durch die Eigenschaften der zur Fokussierung verwendeten Optik bestimmte Verteilung der Beleuchtungsintensität, die zwar ihr Maximum in der Ebene haben kann, jedoch vom Punkt des Maximums aus parall zur Strahlrichtung abfällt. Bei Abbildung der Ebene auf den Detektor durch eine Abbildungsoptik tritt ein analoges Phänomen auf, so daß eine für das jeweilige Beleuchtungsmuster definierte Tiefenresponse-Funktion, die die von dem Detektor empfangene Intensität als Funktion des Abstands der Quelle von der Ebene in Strahlrichtung angibt, ebenfalls ein Maximum in der Ebene aufweist; im Bereich des Maximums ist die Tiefenresponse-Funktion aber auch gekrümmt, so daß die empfangene Intensität für eine gegebene Beleuchtungsintensität mit zunehmendem Abstand von der Fokusebene abfällt. Dieser Abfall bedeutet eine reduzierte Empfindlichkeit nahe der Fokusebene, so daß die aus der beleuchteten Schicht ausgehende Strahlung nicht vollständig erfaßt wird. Darüber hinaus werden bei beliebigen Beleuchtungsmustern in jedem erfaßten Bild von den beleuchteten Bereichen des Objekts, die mit Hellbereichen des jeweiligen Beleuchtungsmusters beleuchtet sind, soweit vorhanden, dem Falschlicht entsprechende Lichtanteile in die Bereiche des Bildes des Objekts gelenkt, die den Dunkelbereichen des jeweiligen Beleuchtungsmusters auf bzw. in dem Objekt, d.h. unbeleuchteten Bereichen des Objekts, entsprechen. In diesen Bereichen des Bildes werden die Anteile dann als Falschlicht detektiert .The invention is based inter alia on the following observation: When focusing structured illumination radiation, such as illumination radiation with a sinusoidal intensity profile transversely to the beam direction, into a plane of the object, only a distribution of the illumination intensity determined by the properties of the optics used for focusing results along the beam direction , which may have its maximum in the plane, but falls parallel to the beam direction from the point of the maximum. When the plane is imaged onto the detector by imaging optics, an analogous phenomenon occurs so that a depth response function defined for the particular illumination pattern, which indicates the intensity received by the detector as a function of the distance of the source from the plane in the beam direction, also Having maximum in the plane; but in the region of the maximum, the depth response function is also curved, so that the received intensity for a given illumination intensity decreases with increasing distance from the focal plane. This drop means reduced sensitivity near the focal plane, so that the radiation emanating from the illuminated layer is not completely detected. Moreover, in any illumination pattern in each detected image of the illuminated areas of the object, which are illuminated with light areas of the respective illumination pattern, if present, corresponding light portions are directed to the areas of the image of the object corresponding to the dark areas of the respective illumination pattern in the object, ie unlit areas of the object. In these areas of the image, the proportions are then detected as false light.
Zur Erhöhung der Empfindlichkeit in der Schicht und der Reduktion der Einflüsse von Falschlicht wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, zum einen binäre Beleuchtungsmuster zu verwenden und zum anderen solche Bereiche in den erfaßten Bildern zur Korrektur von Falschlicht zu kombinieren, die innerhalb von Hell- oder Dunkelbereichen der zur Erfassung der Bilder verwendeten Beleuchtungsmuster liegen und deren Ränder überdies einen vorgegebenen Mindestabstand von den Übergängen zwischen den Hell- und Dunkelbereichen aufweisen. Damit werden Einflüsse der Übergänge zwischen HeIl- und Dunkelbereich stark reduziert und es ergibt sich überraschenderweise eine Tiefenresponse-Funktion mit eine Plateau nahe dem Maximum, so daß über die Breite des Plateaus eine im wesentlichen konstante Empfindlichkeit vorliegt.To increase the sensitivity in the layer and the reduction of the effects of stray light is proposed according to the invention, on the one hand to use binary illumination pattern and on the other to combine such areas in the captured images for the correction of stray light within the light or dark areas of the detection The images used are illumination patterns and whose edges also have a predetermined minimum distance from the transitions between the light and dark areas. Thus, influences of the transitions between HeIl- and dark area are greatly reduced and there is surprisingly a Tiefenresponse function with a plateau near the maximum, so that there is a substantially constant sensitivity across the width of the plateau.
Darüber hinaus zeichnet sich das erfindungsgemäße Verfahren durch seine Einfachheit aus, da nur einfache Summenbildungen und Auswahlen von Intensitätswerten durchzuführen sind. Diese Schritte sind mit Computern, aber auch einfacheren Prozessoren oder sogar nicht programmierten Schaltungen wesentlich schneller durchführbar als trigonometrische Ope- rationen. Dementsprechend kann die erfindungsgemäße Vorrichtung auch sehr einfach aufgebaut sein.Moreover, the inventive method is characterized by its simplicity, since only simple summation and selection of intensity values are to be performed. These steps are much faster with computers, but also simpler processors or even unprogrammed circuits than trigonometric operations. rations. Accordingly, the device according to the invention can also be constructed very simply.
Prinzipiell können bei dem Verfahren schmale Bereiche zwischen den Teilsegmenten auftreten, in denen die Helligkeitswerte durch Interpolation zwischen den Werten der benachbarten Teilsegmente ermittelt werden können. Es ist jedoch bei dem Verfahren bevorzugt, daß die Teilsegmente lückenlos aneinander anschließen- oder sich überlappen. Die Vorrichtung ist dazu vorzugsweise so ausgebildet, daß die Teilsegmente lückenlos aneinander anschließen oder sich überlappen. Hierzu ist keine Interpolation zwischen den Teilsegmenten notwendig, was die Durchführung des Verfahrens deutlich beschleunigt und die Genauigkeit des resultierenden Schichtbildes erhöht. Insbesondere kann, da die Dunkelbereiche der Beleuchtungsmuster das Objekt bei Überlagerung der Beleuchtungsmuster vollständig überdecken, aus den Dunkelbereichen der Bilder ohne Interpolation ein Dunkelbild bzw. Falschlichtbild des gesamten Objekts erhalten werden, das alle zu eliminierenden Falschlichtanteile enthält. In dem Fall, daß sich Teilsegmente bzw. diesen entsprechende Teilbereich des Objekts überlappen, kann über die redundanten Teilbereiche der verschiedenen Bildern ge- mittelt werden. Beispielsweise kann bei einer Summierung der Abbilder der Hellbereiche eine Renormierung in den Überlappungsbereichen durchgeführt werden, um Effekte einer doppelten Erfassung in diesen Bereichen zu korrigieren. Überlappen sich die Teilsegmente der Beleuchtungsmuster, kann vorzugsweise über die redundanten Teilbereiche der Bilder der Dunkelbereiche aus verschiedenen Bildern gemit- telt werden. Bei dem Verfahren ist es dann besonders bevorzugt, daß sich die Teilsegmente weniger als 10% der minimalen Ausdehnung überlappen. Dazu ist die Vorrichtung vorzugsweise so ausgebildet, daß die Teilsegmente sich weniger als 10% der minimalen Ausdehnung überlappen. Auf diese Weise braucht nur eine geringe Anzahl von Beleuchtungsmustern verwendet zu werden.In principle, in the method, narrow regions can occur between the subsegments, in which the brightness values can be determined by interpolation between the values of the adjacent subsegments. However, it is preferred in the method that the sub-segments join each other gapless or overlap. The device is for this purpose preferably designed so that the sub-segments connect to each other gapless or overlap. For this purpose, no interpolation between the sub-segments is necessary, which significantly speeds up the implementation of the method and increases the accuracy of the resulting layer image. In particular, since the dark areas of the illumination patterns completely cover the object when the illumination patterns are superimposed, a dark image of the entire object containing all of the false light portions to be eliminated can be obtained from the dark areas of the images without interpolation. In the event that subsegments or subareas corresponding thereto of the object overlap, it is possible to average over the redundant subareas of the different images. For example, when summing the images of the light regions, a renormalization in the overlapping regions may be performed to correct for double detection effects in those regions. If the subsegments of the illumination patterns overlap, they can preferably be made from different images via the redundant subregions of the images of the dark areas. In the method, it is then particularly preferred that the sub-segments overlap less than 10% of the minimum extent. For this purpose, the device is preferably designed so that the sub-segments overlap less than 10% of the minimum extent. In this way, only a small number of lighting patterns need to be used.
Grundsätzlich können die Mindestabstände beliebig gewählt werden. Es ist jedoch bei dem Verfahren bevorzugt, daß die Mindestabstände größer als 1/5 des geringsten Abstands benachbarter Grenzen eines Hell- oder Dunkelbereichs sind. Die Vorrichtung ist dann bevorzugt so ausgebildet, daß die Mindestabstände größer als 1/5 des geringsten Abstands benachbarter Grenzen eines Hell- oder Dunkelbereichs sind. Diese Weiterbildung hat den Vorteil, daß so die Intensität von aus einer Schicht um die Fokusebene kommenden Strahlung besonders vollständig erfaßt werden kann.Basically, the minimum distances can be chosen arbitrarily. However, it is preferred in the method that the minimum distances are greater than 1/5 of the minimum spacing of adjacent boundaries of a light or dark region. The device is then preferably designed so that the minimum distances are greater than 1/5 of the minimum distance of adjacent boundaries of a light or dark area. This development has the advantage that in this way the intensity of radiation coming from a layer around the focal plane can be detected particularly completely.
Die Teilsegmente können auf unterschiedliche Art und Weise gebildet werden. Bei einer Variante des Verfahrens kann zur Ermittlung des Schichtbildes zunächst aus den erfaßten Bildern ein Hell- und ein Dunkelbild gebildet werden, wobei jeweils Bereiche des Objekts wiedergebende Teilsegmente der erfaßten Bilder verwendet werden, die in einem Hell- bzw. Dunkelbereich eines bei der Erfassung des jeweiligen Bildes verwendeten Beleuchtungsmusters liegenden Bereich des Objekts wiedergeben und deren Rand den Mindestabstand von den Übergängen zwischen den Hell- und Dunkelbereichen des Beleuchtungsmusters aufweist. Durch Differenzbildung aus dem Hell- und dem Dunkelbild kann dann ein wenigstens teilweise korrigiertes Schichtbild erzeugt werden. Bei der Vorrichtung ist dann vorzugsweise die Auswerteeinrichtung dazu ausgebildet, zur Ermittlung des Schichtbildes zunächst aus den erfaßten Bildern ein Hell- und ein Dunkelbild zu bilden, wobei jeweils Bereiche des Objekts wiedergebende Teilsegmente der erfaßten Bilder verwendet werden, die in einem Hell- bzw. Dunkelbereich eines bei der Erfassung des jeweiligen Bildes verwendeten Beleuchtungsmusters liegenden Bereich des Objekts wiedergeben und deren Rand den Mindestabstand von den Übergängen zwischen den Hell- und Dunkelbereichen des Beleuchtungsmusters aufweist, und durch Differenzbildung aus dem Hell- und dem Dunkelbild ein wenigstens teilweise korrigiertes Schichtbild zu erzeugen. Diese Variante hat den Vorteil, daß eine Glättung der Hell- und/oder Dunkelbilder einfach durchgeführt werden kann.The subsegments can be formed in different ways. In one variant of the method, a light image and a dark image can first be formed from the acquired images to determine the layer image, subregions of the acquired images which respectively reproduce regions of the object being used in a light or dark region during the detection of the image reflect the respective area of the object used in the respective image used and whose edge has the minimum distance from the transitions between the light and dark areas of the illumination pattern. By subtraction from the light and the dark image, an at least partially corrected layer image can then be generated. In the device then preferably the evaluation device to do so designed for determining the layer image first from the captured images to form a light and a dark image, wherein respective areas of the object reproducing sub-segments of the captured images are used, in a light or dark area of an illumination pattern used in the detection of the respective image reproduce lying region of the object and whose edge has the minimum distance from the transitions between the bright and dark areas of the illumination pattern, and to generate by subtraction of the light and the dark image, an at least partially corrected layer image. This variant has the advantage that a smoothing of the light and / or dark images can be easily performed.
Bei einer anderen Variante des Verfahrens kann eine gerade Anzahl von Beleuchtungsmustern verwendet werden. Es können dann zunächst wenigstens teilweise falschlichtkorrigierte Bilder durch Bildung eines Differenzbildes aus erfaßten Bildern ermittelt werden, bei denen die jeweils verwendeten Beleuchtungsmuster zueinander komplementär sind, und aus den wenigstens teilweise falschlichtkorrigierten Bildern kann das Schichtbild ermittelt werden. Die Vorrichtung ist dann vorzugsweise so ausgebildet, daß eine gerade Anzahl von Beleuchtungsmustern verwendet wird, und die Auswerteeinrichtung ist dazu ausgebildet, zunächst wenigstens teilweise falschlichtkorrigierte Bilder durch Bildung eines Differenzbildes aus erfaßten Bildern zu ermitteln, bei denen die jeweils verwendeten Beleuchtungsmuster zueinander komplementär sind, und aus den wenigstens teilweise falschlichtkorrigierten Bildern das Schichtbild zu ermitteln. Diese Variante hat den Vorteil, daß ein Zusammenfügen von Teilsegmenten einfacher erfolgen kann. Unter einem Zusammenfügen wird dabei auch verstanden, daß sich die Segmente teilweise überlappen können. Das Zusammenfügen der Teilsegmente kann auch als Bildmontage aufgefaßt werden. Die Teilsegmente werden beim Zusammenfügen entsprechend der Anordnung der entsprechenden Bereiche auf dem Objekt relativ zueinander angeordnet. Das Zusammenfügen kann beispielsweise durch Addition der Bilder erfolgen.In another variant of the method, an even number of illumination patterns may be used. First, at least partially false-corrected images can then be determined by forming a difference image from acquired images in which the respectively used illumination patterns are complementary to each other, and the slice image can be determined from the images corrected for at least partially false-light. The device is then preferably designed such that an even number of illumination patterns are used, and the evaluation device is designed to firstly determine at least partially false-corrected images by forming a difference image from acquired images in which the respectively used illumination patterns are complementary to one another, and from the at least partially false-corrected images to determine the layer image. This variant has the advantage that an assembly of sub-segments can be made easier. Under a joining is also understood that the segments partially overlap. The joining of the subsegments can also be understood as image montage. The sub-segments are arranged in the assembly according to the arrangement of the corresponding areas on the object relative to each other. The joining can be done for example by adding the pictures.
Die Beleuchtungsmuster selbst können unterschiedliche Strukturen aufweisen, sofern die Dunkel- und Hellbereiche und die Teilsegmente die zuvor genannten Eigenschaften aufweisen. Beispielsweise können Beleuchtungsmuster mit radial verlaufenden Hell- und Dunkelbereichen verwendet werden, die jeweils durch Drehung eines entsprechenden Grundmusters um einen Mittelpunkt um einen vorgegebenen Winkel erzeugt werden.The illumination patterns themselves may have different structures, provided that the dark and bright areas and the sub-segments have the aforementioned properties. For example, illumination patterns with radially extending light and dark regions can be used, each of which is generated by rotating a corresponding basic pattern around a center by a predetermined angle.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren sind jedoch die Beleuchtungsmuster bevorzugt durch ein Grundmuster gegeben, das relativ zu dem Objekt jeweils unterschiedlich versetzt ist. Die Vorrichtung ist dazu bevorzugt so ausgebildet, daß die Beleuchtungsmuster durch ein Grundmuster gegeben sind, das relativ zu dem Objekt jeweils unterschiedlich versetzt ist. Die Beleuchtungsmuster besitzen also die gleiche Struktur, sind aber in der Objektebene gegeneinander versetzt. Solche Beleuchtungsmuster sind einfach zu erzeugen. Darüber hinaus gestaltet sich die Auswertung der mit den Beleuchtungsmustern jeweils erzeugten Bilder besonders einfach.In the method according to the invention, however, the illumination patterns are preferably given by a basic pattern which is offset differently in each case relative to the object. The device is preferably designed so that the illumination patterns are given by a basic pattern, which is offset in each case differently relative to the object. The illumination patterns thus have the same structure, but are offset from each other in the object plane. Such illumination patterns are easy to generate. In addition, the evaluation of the images generated with the illumination patterns is particularly simple.
Besonders bevorzugt wird bei dem Verfahren als Grundmuster ein periodisches Grundmuster verwendet, wobei die versetzten Grundmuster durch Verschiebung des Grundmusters relativ zu dem Objekt erhältlich sind. Die Vorrichtung ist dazu vorzugsweise so ausgebildet, daß das Grundmuster ein periodisches Grundmuster ist, wobei die versetzten Grundmuster durch Verschiebung des Grundmusters erhältlich sind. Insbesondere kann jeweilige Versatz von der Periode des Grundmusters abhängen. Diese Art der Beleuchtungsmuster erlaubt nicht nur eine besonders einfache Erzeugung, sondern auch eine einfache Auswertung der erfaßten Bilder.Particularly preferably, in the method a basic pattern is used as a basic pattern, wherein the offset basic patterns are obtainable by shifting the basic pattern relative to the object. The device is to is preferably formed so that the basic pattern is a periodic basic pattern, the staggered basic patterns are available by shifting the basic pattern. In particular, respective offsets may depend on the period of the basic pattern. This type of illumination pattern allows not only a particularly simple generation, but also a simple evaluation of the captured images.
Dabei ist es besonders bevorzugt, daß der Betrag der Verschiebung oder Verschiebungen und die Anzahl der Verschiebungen und damit der Beleuchtungsmuster so gewählt werden, daß eine Tiefenresponse-Funktion im Bereich einer Fokusebene, in die die Beleuchtungsmuster fokussiert sind, ein Plateau aufweist . Die Vorrichtung kann dazu besonders bevorzugt so ausgebildet sein, daß der Betrag der Verschiebung oder Verschiebungen und die Anzahl der Verschiebungen und damit der Beleuchtungsmuster so gewählt sind, daß eine Tie- fenresponse-Funktion im Bereich einer Fokusebene, in die die Beleuchtungsmuster fokussiert sind, ein Plateau aufweist. Unter der Tiefenresponse-Funktion wird dabei die schon zuvor erwähnte Funktion verstanden. Unter einem Plateau wird dabei verstanden, daß diese Funktion .in einem nicht nur punktförmigen Bereich der Fokusebene einen konstanten Wert annimmt. Vorzugsweise fällt sie von dem Plateau über steile Flanken auf einen Wert nahe Null vorzugsweise auf einen Wert von Null ab.It is particularly preferred that the amount of displacement or shifts and the number of shifts and thus the illumination patterns are chosen so that a depth response function in the region of a focal plane in which the illumination patterns are focused, has a plateau. For this purpose, the device can be particularly preferably designed so that the amount of displacement or displacements and the number of shifts and thus the illumination patterns are selected so that a depth response function in the region of a focal plane in which the illumination patterns are focused, a Plateau. The depth response function is understood to mean the previously mentioned function. A plateau is understood to mean that this function assumes a constant value in a not only point-shaped region of the focal plane. Preferably, it falls from the plateau via steep flanks to a value close to zero, preferably to a value of zero.
Der Versatz der Beleuchtungsmuster relativ zu dem Objekt kann auf verschiedene Art und Weise erzielt werden.The offset of the illumination patterns relative to the object can be achieved in various ways.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Objekt gegenüber dem Beleuchtungsmuster verschoben. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist dazu ein Antrieb, mit dem das Objekt oder ein Objektträger bewegbar ist, von der Auswerteeinrichtung so steuerbar, daß auf dem durch Bewegung versetzten Objekt ein von dem als strukturierte Blende wirkenden Element erzeugtes Grundmuster eines der Beleuchtungsmuster bildet, und daß mittels der Auswerteeinrichtung Bilder nach jeder Lageänderung des Objekts automatisch erfaßbar sind. Als Antriebe können vorzugsweise Piezoaktoren oder Exzenterantriebe zum Einsatz kommen, die eine sehr genaue Positionierung erlauben. Der Antrieb kann gegebenenfalls auch zur ohnehin notwendigen Positionierung des Objekts relativ zu der Optik genutzt werden. Vorzugsweise kann ein ohnehin vorhandener motorisch bewegbarer Mikroskoptisch verwendet werden. Die Bewegung durch den Antrieb kann dabei, je nach verwendeten Beleuchtungsmustern, in ein oder zwei Richtungen entlang der Objektebene möglich sein. Die Auswerteeinrichtung kann insbesondere dazu ausgebildet sein, eine Folge von Beleuchtungsmustern auf bzw. in dem Objekt durch Ansteuerung des Antriebs zu erzeugen, wobei nach Einstellen jeweils eines Beleuchtungsmusters ein Bild erfaßt wird. Damit wird für den Benutzer der Vorrichtung die Bedienung wesentlich vereinfacht. Darüber hinaus kann durch entsprechende Programmierung der Auswerteeinrichtung die durch das Verfahren notwendige Abhängigkeit zwischen der Art der Beleuchtungsmuster und notwendigen Verschiebungen automatisch berücksichtigt werden.In a preferred embodiment of the method according to the invention, the object is displaced relative to the illumination pattern. In the device according to the invention is to a drive, with which the object or a slide is movable, controllable by the evaluation so that formed on the object offset by movement of an element of the structured aperture acting as a basic pattern of the illumination pattern, and that means of the evaluation images after each change in position of the object are automatically detectable. As drives preferably piezo actuators or eccentric drives can be used, which allow a very accurate positioning. If necessary, the drive can also be used for the positioning of the object, which is necessary in any case, relative to the optics. Preferably, an already existing motorized microscope stage can be used. The movement through the drive can be possible in one or two directions along the object plane, depending on the illumination patterns used. The evaluation device can be designed, in particular, to generate a sequence of illumination patterns on or in the object by driving the drive, wherein an image is detected after setting in each case one illumination pattern. Thus, the operation is much easier for the user of the device. In addition, by appropriate programming of the evaluation device, the dependence required by the method between the type of illumination pattern and necessary shifts can be automatically taken into account.
Um eine Bewegung des Objekts relativ zu dem Detektor zu vermeiden, kann zur vorbeschriebenen Variante alternativ bevorzugt das Grundmuster mittels einer mechanischen Vorrichtung verschoben werden. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist bevorzugt das als strukturierte Blende wirkende Element eine Feldblende. Ein Antrieb, mit dem die FeId- blende oder ein Teil der Feldblende bewegbar ist, ist von der Auswerteeinrichtung so steuerbar, daß die Beleuchtungsmuster auf das Objekt gestrahlt werden. Nach jeder Änderung des Beleuchtungsmusters werden mittels der Auswerteeinrichtung Bilder automatisch erfaßt. Unter Feldblende wird hierbei insbesondere eine Blende verstanden, die zur Bildung der strukturierten Beleuchtung starre, nichttransparente bzw. opake Elemente aufweist.Alternatively, in order to avoid a movement of the object relative to the detector, the basic pattern can preferably be displaced by means of a mechanical device for the variant described above. In the device according to the invention, the element acting as a structured diaphragm is preferably a field stop. A drive with which the FeId Aperture or part of the field diaphragm is movable, can be controlled by the evaluation so that the illumination patterns are irradiated on the object. After each change of the illumination pattern images are automatically detected by the evaluation. A field stop is understood here to mean, in particular, a stop which has rigid, non-transparent or opaque elements for forming the structured illumination.
Alternativ zur Bewegung der Beleuchtungsmuster kann vorgesehen sein, daß das als strukturierte Blende wirkende Element eine Feldblende ist und zur Erzeugung der mindestens zwei Beleuchtungsstrukturen hinter der Feldblende ein bewegliches, lichtablenkendes Element angeordnet ist. Die Feldblende kann dabei fest positioniert sein. Als lichtablenkendes Element kann insbesondere eine spiegelnde Fläche oder eine transparente planparallele Platte verwendet werden, die je nach verwendeten Beleuchtungsmustern um eine Achse oder zwei orthogonale Achsen kippbar ist. Als Antriebe können vorzugsweise piezoelektrische Antriebe oder Exzenterantriebe verwendet werden. Um die Einstellung der Beleuchtungsmuster und die Erfassung der entsprechenden Bilder zu vereinfachen, ist ein Antrieb, mit- dem das lichtablenkende Element bewegbar ist, von der Auswerteeinrichtung so steuerbar, daß die Beleuchtungsmuster auf das Objekt gestrahlt werden. Nach jeder Änderung des Beleuchtungsmusters mittels der Auswerteeinrichtung werden Bilder automatisch erfaßt. Diese Weiterbildung hat die zuvor im Zusammenhang mit der automatischen Ansteuerung genannten Vorteile .As an alternative to the movement of the illumination pattern, it may be provided that the element acting as a structured diaphragm is a field stop and a movable, light-deflecting element is arranged behind the field stop for generating the at least two illumination structures. The field diaphragm can be firmly positioned. In particular, a reflecting surface or a transparent plane-parallel plate which can be tilted about one axis or two orthogonal axes depending on the illumination patterns used can be used as the light-deflecting element. As drives preferably piezoelectric drives or eccentric drives can be used. In order to simplify the adjustment of the illumination patterns and the detection of the corresponding images, a drive, with which the light-deflecting element is movable, can be controlled by the evaluation device so that the illumination patterns are irradiated onto the object. After each change of the illumination pattern by means of the evaluation device images are automatically detected. This development has the advantages mentioned above in connection with the automatic control.
In beiden Ausführungsformen weist die Feldblende transparente und opake Bereiche auf, die so ausgebildet sind, daß in der Objektebene die gewünschten Beleuchtungsmuster erhalten werden.In both embodiments, the field stop has transparent and opaque areas, which are designed so that in the object plane, the desired illumination patterns are obtained.
Soll die Verwendung von mechanischen Mitteln zur Verschiebung des Grundmusters vermieden werden, kann eine elektrisch steuerbare Modulationseinheit für Licht vorgesehen sein, die so angesteuert wird, daß die Beleuchtungsmuster erzeugt werden. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann zum Beispiel das als Blende wirkende Element als eine solche elektronisch ansteuerbare Modulationseinheit ausgebildet sein. Als elektrische steuerbare Modulationseinheiten für Licht können beispielsweise sogenannte DMDs ("digital mirror devices") oder auch elektronisch ansteuerbare Durchlicht- oder Reflexions-Flüssigkristallfeider bzw. -LCDs zum Einsatz kommen. Wie zuvor ist vorzugsweise die Auswerteeinrichtung so steuerbar, daß die Beleuchtungsmuster auf den zu untersuchenden Bereich gestrahlt werden und nach jeder Änderung des Beleuchtungsmusters mittels der Auswerteeinrichtung Bilder automatisch erfaßbar sind. Diese Ausführungsform der Erfindung erlaubt es nicht nur, auf mechanische Antriebe zu verzichten, sondern gestattet auch einen einfachen Wechsel zwischen verschiedenen Beleuchtungsmustertypen.If the use of mechanical means for shifting the basic pattern is to be avoided, an electrically controllable modulation unit for light can be provided, which is controlled so that the illumination patterns are generated. In the device according to the invention, for example, the element acting as a diaphragm can be designed as such an electronically controllable modulation unit. As electrically controllable modulation units for light, for example so-called DMDs ("digital mirror devices") or electronically controllable transmitted light or reflection liquid crystal screens or LCDs can be used. As before, the evaluation device is preferably controllable so that the illumination patterns are irradiated onto the area to be examined and images can be automatically detected after each change of the illumination pattern by means of the evaluation device. This embodiment of the invention not only allows to dispense with mechanical drives, but also allows easy switching between different types of illumination patterns.
Bei einer bevorzugten Variante des Verfahrens kann als Grundmuster ein periodische Streifenmuster mit Periode p verwendet werden, dessen sich periodisch abwechselnde HeIl- und Dunkelstreifen gleich breit sind und aus dem die anderen Beleuchtungsmuster durch Verschiebung um das m/n-fache der Periode p quer zur Längsrichtung der Streifen erzeugbar sind, wobei n die Anzahl der Beleuchtungsmuster und 0<m<n ist. Bei der Vorrichtung hat dazu die Feldblende vorzugsweise eine streifenförmige Struktur aus einander abwech- selnden transparenten und opaken Bereichen gleicher Breite aufweist. Die Streifen erstrecken sich dabei vorzugsweise über den ganzen Untersuchungsbereich bzw. das ganze Objekt. Je mehr Beleuchtungsmuster genutzt werden, desto weniger Anregungslicht wird bei der Erfassung eines entsprechenden Bildes verwendet. Hierdurch kann das Intensitätsrauschen im Untergrund des resultierenden Bildes nahezu beliebig gesenkt werden. Die Dimensionen der transparenten und opaken Bereiche sind dabei so gewählt, daß Beleuchtungsmuster mit den zuvor genannten Parametern erzeugt werden können. Bei Verwendung einer elektrisch ansteuerbaren Modulationseinheit genügt zur Erzeugung dieser Beleuchtungsmuster eine entsprechende Ausbildung bzw. Programmierung der Auswerteeinrichtung .In a preferred variant of the method can be used as a basic pattern, a periodic stripe pattern with period p, the periodically alternating HeIl- and dark stripes are the same width and from which the other illumination patterns by shifting by the m / n times the period p transverse to the longitudinal direction the stripe being producible, where n is the number of illumination patterns and 0 <m <n. In the case of the device, the field stop preferably has a strip-shaped structure which differs from one another. has bleached transparent and opaque areas of equal width. The strips preferably extend over the entire examination area or the entire object. The more illumination patterns are used, the less excitation light is used in acquiring a corresponding image. As a result, the intensity noise in the background of the resulting image can be reduced almost arbitrarily. The dimensions of the transparent and opaque areas are chosen so that illumination patterns can be generated with the aforementioned parameters. When using an electrically controllable modulation unit for generating these illumination pattern sufficient training or programming of the evaluation.
Alternativ können Beleuchtungsmuster mit jeweils einer in zwei Richtungen periodischen Anordnung von Hell- und Dunkelbereichen verwendet werden, wobei die Anordnungen in wenigstens einer der Richtungen gegeneinander versetzt sind. Bei Verwendung einer mechanisch verschiebbaren Feldblende weist die Feldblende bevorzugt eine in zwei Richtungen periodische Anordnung von transparenten und opaken Bereichen auf, wobei die opaken Bereiche aneinander angrenzen. Bei Verwendung einer elektrisch ansteuerbaren Modulationseinheit genügt zur Erzeugung dieser Beleuchtungsmuster eine entsprechende Ausbildung bzw. Programmierung der Auswerteeinrichtung. Die Richtungen können zueinander orthogonal sein, jedoch braucht dies nicht unbedingt der Fall zu sein. Bei dieser Ausführungsform wird die Auszeichnung einer Richtung durch Verwendung von Streifen vermieden, sodaß die Unterdrückung von Falschlicht weniger richtungsabhängig wird. Darüber hinaus verschwindet die Modulation durch die strukturierte Beleuchtung schneller außerhalb der Fokusebe- ne bzw. Objektebene, sodaß Licht außerhalb der Schärfentiefe der Abbildungsoptik: besser unterdrückt wird.Alternatively, illumination patterns each having a bi-directional array of light and dark regions may be used, the devices being offset from one another in at least one of the directions. When using a mechanically displaceable field stop, the field stop preferably has a two-directional periodic arrangement of transparent and opaque areas, the opaque areas adjoining each other. When using an electrically controllable modulation unit for generating these illumination pattern sufficient training or programming of the evaluation. The directions may be orthogonal to each other, but this may not necessarily be the case. In this embodiment, the marking of a direction is avoided by using stripes, so that the suppression of stray light becomes less directional. In addition, the modulation by the structured illumination vanishes faster outside of the focus area. ne or object level, so that light outside the depth of field of the imaging optics: better suppressed.
Werden periodische Beleuchtungsmuster verwendet, ist es möglich, daß in dem von Falschlicht befreiten Bild noch durch die Periodizität der Beleuchtungsmuster bedingte Beleuchtungsinhomogenitäten vorhanden sind. Es ist daher bei dem erfindungsgemäßen Verfahren bevorzugt, daß die falsch- lichtkorrigierten Bilder vor der Bildung Schichtbildes niederfrequent gefiltert werden. Bei der Vorrichtung ist dazu die Auswerteeinrichtung vorzugsweise so ausgebildet, daß die falschlichtkorrigierten Bilder vor der Bildung des Schichtbildes niederfrequent gefiltert werden.When periodic illumination patterns are used, it is possible that in the image cleared of stray light, there may still be conditional illumination inhomogeneities due to the periodicity of the illumination patterns. It is therefore preferred in the method according to the invention that the false light-corrected images are filtered low-frequency before formation layer image. In the case of the device, the evaluation device is preferably designed for this purpose such that the images corrected for false-correction are filtered at low frequency before the formation of the slice image.
Soll ein Objekt mit einer Dunkelfeldbeleuchtung untersucht werden, was insbesondere bei quantitativer Fluoreszenzmikroskopie wünschenswert sein kann, ist die Beleuchtungsoptik zur Abbildung des als Blende wirkenden Elements auf das Objekt für eine Dunkelfeldbeleuchtung ausgebildet.If an object is to be examined with a dark field illumination, which may be desirable in particular in quantitative fluorescence microscopy, the illumination optics for imaging the element acting as a diaphragm on the object is designed for dark field illumination.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung sollte dann die Beleuchtungsoptik als ein Beleuchtungsobjektiv mit kleiner Apertur ausgebildet sein, wobei die optische Achse des Beleuchtungsobjektivs und die durch die Abbildungsoptik definierte optische Achse einen Winkel α einschließen. Diese Ausbildung ergibt einen großen Schärfentiefebereich. Der Winkel α soll vorzugsweise größer als 50° sein, um die Strahlungsintensität auf der Unterseite von transparenten Objekten bzw. Proben zu minimieren.In the device according to the invention, the illumination optics should then be designed as an illumination objective with a small aperture, the optical axis of the illumination objective and the optical axis defined by the imaging optics enclosing an angle α. This training results in a large depth of field. The angle α should preferably be greater than 50 ° in order to minimize the radiation intensity on the underside of transparent objects or samples.
Vorzugsweise ist in diesem Fall die Beleuchtungsoptik eine Scheimpflugoptik. Dabei kann eine größere numerische Apertur für die Dunkelfeldbeleuchtung vorgesehen werden, da die Fokusebene der Beleuchtung an die Oberseite der Probe angepaßt werden kann.Preferably, in this case the illumination optics is a Scheimpflug optics. In this case, a larger numerical aperture for the dark field illumination can be provided, as the Focal plane of the lighting can be adapted to the top of the sample.
Ferner kann die Abbildungsoptik zur Abbildung des Objekts auf den Detektor eine Scheimpflugoptik umfassen. In diesem Fall steht die optische Achse des Beleuchtungsobjektivs senkrecht zur Oberfläche der Probe, während die optische Achse des Abbildungsobjektivs unter einem Winkel α zur optischen Achse des Beleuchtungsobjektivs steht.Furthermore, the imaging optics for imaging the object on the detector may include a Scheimpflug optics. In this case, the optical axis of the illumination lens is perpendicular to the surface of the sample, while the optical axis of the imaging lens is at an angle α to the optical axis of the illumination lens.
Sowohl das Verfahren als auch die Vorrichtung, mit der dieses Verfahren durchführbar ist, können vorteilhaft zum Auslesen von Biochips, in der quantitativen Fluoreszenzmikroskopie und bei photometrischen Messungen angewendet werden.Both the method and the apparatus with which this method can be carried out can advantageously be used for reading out biochips, in quantitative fluorescence microscopy and in photometric measurements.
Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:The invention will be explained in more detail by way of example with reference to the drawings. Show it:
Fig.l eine schematische Darstellung eines optischen Aufbaus einer Vorrichtung zur Erfassung eines Bildes eines Objekts nach einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,Fig.l is a schematic representation of an optical structure of an apparatus for detecting an image of an object according to a first preferred embodiment of the invention,
Fig.2 eine schematische teilweise Darstellung einer Einrichtung zur Erzeugung von Beleuchtungsmustern mit einer Feldblende mit Exzenterantrieb in der Vorrichtung aus Fig.l,2 is a schematic partial representation of a device for generating illumination patterns with a field stop with eccentric drive in the apparatus of Fig.l,
Fig.3 vier mit der Feldblende der Vorrichtung aus Fig.l erhältliche Beleuchtungsmuster,FIG. 3 shows four illumination patterns obtainable with the field stop of the device from FIG.
Fig.4 eine Darstellung von Gesamttiefenresponsefunktio- nen in der Näherung geometrischer Optik für ein Beleuchtungsmuster mit einer in einer Dimension gemäß einer Sinusfunktion variierenden Intensität und ein binäres Beleuchtungsmuster mit sich mit der Periode der Sinusfunktion wiederholenden Hell- und Dunkelstreifen,4 shows a representation of total depth response functions in the approximation of geometric optics for an illumination pattern with an intensity varying in one dimension according to a sine function and a binary illumination pattern with it the period of sine function repeating light and dark stripes,
Fig.5 eine Darstellung von Gesamttiefenresponsefunktio- nen in Fresnell ' scher Näherung für die Beleuchtungsmuster in Fig.4,5 shows a representation of total depth response functions in Fresnel's approximation for the illumination patterns in FIG. 4, FIG.
Fig.6 eine schematische teilweise Darstellung einer Einrichtung zur Erzeugung von Beleuchtungsmustern bei einer Vorrichtung zur Erfassung eines Bildes eines Objekts nach einer sechsten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,6 shows a schematic partial representation of a device for generating illumination patterns in a device for capturing an image of an object according to a sixth preferred embodiment of the invention,
Fig.7 ein in zwei Richtungen periodisches Schachbrettbeleuchtungsmuster bei der Vorrichtung bzw. einem Verfahren nach der sechsten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,7 is a bi-directional checkerboard illumination pattern in the apparatus and method according to the sixth preferred embodiment of the invention;
Fig.8 eine Darstellung von Gesamttiefenresponsefunktio- nen in der Näherung geometrischer Optik für ein Beleuchtungsmuster mit einer in zwei Dimensionen gemäß einer Sinusfunktion variierenden Intensität und ein binäres Beleuchtungsmuster mit sich mit der Periode der Sinusfunktion wiederholenden sdchachbrettartig angeordneten quadratischen Hell- und Dunkelstreifen,8 shows a representation of total depth response functions in the approximation of geometrical optics for an illumination pattern with an intensity varying in two dimensions according to a sine function and a binary illumination pattern with square light and dark stripes repeating the period of the sine function.
Fig.9 eine schematische teilweise Darstellung einer Einrichtung zur Erzeugung von Beleuchtungsmustern bei einer Vorrichtung zur Erfassung eines Bildes eines Objekts nach einer siebten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,9 shows a schematic partial representation of a device for generating illumination patterns in a device for capturing an image of an object according to a seventh preferred embodiment of the invention,
Fig.10 eine schematische Darstellung eines optischen Aufbaus einer Vorrichtung zur Erfassung eines Bildes eines Objekts nach einer achten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, und10 is a schematic diagram of an optical arrangement of an apparatus for detecting an image of an object according to an eighth preferred embodiment of the invention; and FIG
Fig.11 eine schematische Darstellung eines optischen Aufbaus einer Vorrichtung zur Erfassung eines Bildes eines Objekts nach einer neunten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung11 is a schematic representation of an optical structure of a device for detecting a Image of an object according to a ninth preferred embodiment of the invention
Eine in Fig.l stark vereinfacht und schematisch gezeigte Vorrichtung zur Erzeugung eines Bildes einer Schicht eines Objekts nach einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfaßt eine Beleuchtungseinrichtung 1, eine dieser nachgeordnete Einrichtung 2 zur Erzeugung von Beleuchtungsmustern in einer Objektebene 3 eines auf einem Träger bzw. Tisch angeordneten Objekts 4, eine Abbildungsoptik 5 zur Abbildung des Objekts 4 auf eine Bildebene B und einen in der Bildebene angeordneten ortsauflösenden Detektor 6. Eine Auswerteeinrichtung 7 ist über eine Detektorverbindung mit dem Detektor 6 und über eine Steuerleitung mit der Einrichtung 2 verbunden.A greatly simplified and schematically shown in Fig.l apparatus for forming an image of a layer of an object according to a first preferred embodiment of the invention comprises a lighting device 1, one of these downstream device 2 for generating illumination patterns in an object plane 3 of a on a support or Table arranged object 4, an imaging optics 5 for imaging the object 4 on an image plane B and arranged in the image plane spatially resolving detector 6. An evaluation 7 is connected via a detector connection to the detector 6 and via a control line to the device 2.
Die Beleuchtungseinrichtung 1 verfügt über eine Licht- oder Strahlungsquelle 8, der ein Filter 9, ein Verschluß 10 und, nur optional, den Strahlengang homogenisierende optische Elemente 11, wie z.B. ein Lichtleitstab oder ein innen ver- spiegelter Glashohlstab, und erste Beleuchtungsoptiken 12 und 13 zur homogenen Ausleuchtung eines Bereichs einer Feldblendenebene 14 nachgeordnet sind.The illumination device 1 has a light or radiation source 8 which comprises a filter 9, a shutter 10 and, only optionally, the beam path homogenizing optical elements 11, such as e.g. a light guide rod or an internally mirrored glass hollow rod, and first illumination optics 12 and 13 for homogeneous illumination of a region of a field stop plane 14 are arranged downstream.
Die Einrichtung 2 besitzt ein im Strahlengang der Beleuchtungseinrichtung 1 angeordnetes, durch diese homogen ausleuchtbares, als strukturierte Blende wirkendes, im Strahlengang in zwei zueinander orthogonalen Richtungen in der Feldblendenebene 14 definiert verschiebbar angeordnetes Element, im Beispiel eine strukturierte Feldblende 15, und einen in Fig.l nur schematisch gezeigten Antrieb 16, mit dem die Feldblende 15 verschiebbar ist. Der mechanische Aufbau der Einrichtung 2 zur Erzeugung von Beleuchtungsmustern ist in Fig.2 genauer gezeigt. Exzenterantriebe 17 und 18 sind mit der Feldblende 15 so gekoppelt, daß dieses in der Feldblendenebene 14 in zwei zueinander orthogonalen Richtungen lateral verschoben und auf diese Weise definiert positioniert werden kann.The device 2 has a arranged in the beam path of the illumination device 1, homogeneously illuminable by this, acting as a structured aperture, defined in the beam path in two mutually orthogonal directions in the field diaphragm plane 14 slidably arranged element, in the example a structured field stop 15, and a in FIG. l drive shown only schematically 16, with which the field diaphragm 15 is displaceable. The mechanical structure of the device 2 for generating illumination patterns is shown in more detail in FIG. Eccentric drives 17 and 18 are coupled to the field diaphragm 15 so that it can be laterally displaced in the field diaphragm plane 14 in two mutually orthogonal directions and positioned in this way defined.
Die Feldblende 15 besitzt periodisch angeordnete, streifenförmige, opake Bereiche, die durch transparente Bereiche voneinander getrennt sind, so daß in der Objektebene 3 entsprechende streifenförmige Beleuchtungsmuster erzeugbar sind, wie weiter unten noch näher erläutert wird.The field diaphragm 15 has periodically arranged, strip-shaped, opaque areas, which are separated from one another by transparent areas, so that corresponding strip-shaped illumination patterns can be generated in the object plane 3, as will be explained in more detail below.
Wie weiter in Fig.l gezeigt, wird durch eine dem Element 15 nachgeordnete zweite Beleuchtungsoptik 19, die einen Beleuchtungstubus 20, einen Strahlenteiler 21 und ein Objektiv 22 umfaßt, die Feldblende 15 auf das zu untersuchende oder abzubildende Objekt 4 bzw. die Objektebene 3 abgebildet, so daß auf das Objekt 4 ein der Stellung der Feldblende 15 in der Feldblendenebene 14 und dessen Struktur entsprechendes Beleuchtungsmuster gestrahlt wird.As further shown in FIG. 1, the field diaphragm 15 is imaged onto the object 4 to be examined or imaged, or the object plane 3, by means of a second illumination optical system 19, which comprises an illumination tube 20, a beam splitter 21 and an objective 22 , so that on the object 4 one of the position of the field stop 15 in the field stop plane 14 and its structure corresponding illumination pattern is irradiated.
Die Abbildungsoptik 5, die eine Weitfeldoptik darstellt, umfaßt im Beispiel das Objektiv 22, den Strahlenteiler 21 sowie einen Abbildungstubus 23, und bildet das mit der jeweiligen Beleuchtungsstruktur beleuchtete Objekt 4 kontrastreich auf die Bildebene B bzw. den ortsauflösenden Detektor 6 für optische Strahlung ab.The imaging optics 5, which represents a wide field optics, in the example comprises the objective 22, the beam splitter 21 and a imaging tube 23, and forms the object 4 illuminated with the respective illumination structure in a high-contrast manner onto the image plane B or the spatially resolving detector 6 for optical radiation.
Der Strahlenteiler 21 ist im Beispiel als Farbteiler ausgebildet und besitzt Filter 24 und 25, mit denen unerwünschte oder störende spektrale Strahlungsanteile ausgefiltert werden können. Der Strahlenteiler 21 und die Filter 24 und 25 sind Bestandteile einer Vorrichtung für Auflichtfluoreszenz, wobei es vorteilhaft ist, wenn die Filter 25 und 26 um einige Winkelgrade schräg gestellt sind, um so störende Reflexe aus dem Strahlengang zu entfernen.The beam splitter 21 is formed in the example as a color splitter and has filters 24 and 25, with which unwanted or disturbing spectral radiation components can be filtered out. The beam splitter 21 and the filters 24 and 25 are components of a device for incident light fluorescence, wherein it is advantageous if the filters 25 and 26 are inclined by a few degrees, so as to remove disturbing reflections from the beam path.
Der Detektor 6 umfaßt eine Matrix aus CCD- oder CMOS- Elementen und ist im Beispiel Bestandteil einer CCD- Kamera .The detector 6 comprises a matrix of CCD or CMOS elements and is in the example part of a CCD camera.
Der Detektor 6 ist mit der Auswerteeinrichtung 7 verbunden, welche Signale des Detektors 6 erfaßt, die Ermittlung bzw. Eliminierung des Falschlichtes bei der Abbildung des Objekts 4 durchführt und ein resultierendes Schichtbild erzeugt. Die Auswerteeinrichtung 7 verfügt hierzu über einen Prozessor, einen Speicher und entsprechende Schnittstellen. Die resultierenden Bilder können gespeichert und/oder über eine in Fig.l nicht gezeigte Anzeigevorrichtung oder einen Drucker ausgegeben werden.The detector 6 is connected to the evaluation device 7, which detects signals of the detector 6, performs the determination or elimination of the stray light in the imaging of the object 4 and generates a resulting slice image. For this purpose, the evaluation device 7 has a processor, a memory and corresponding interfaces. The resulting images may be stored and / or output via a display device or printer not shown in FIG.
Die Auswerteeinrichtung 7 dient weiterhin als Steuerung für den Antrieb 16, mit dem die von der strukturierten Feldblende 15 erzeugte Beleuchtungsstruktur verschiebbar ist. Die Auswerteeinrichtung 7 ist so ausgebildet, daß sie durch Ansteuerung des Antriebs 16 und des Verschlusses 10 eine Folge von Beleuchtungsmustern erzeugt und durch Erfassung der Signale des Detektors 6 eine Folge von jeweils den Beleuchtungsmustern entsprechenden Bildern des Untersuchungsbereichs bzw. des Objekts 4 erfaßt. Diese Bilder werden nach Erfassung des letzten Bildes der Folge in der Auswerteeinrichtung 7 verarbeitet.The evaluation device 7 also serves as a control for the drive 16, with which the illumination structure generated by the structured field stop 15 is displaceable. The evaluation device 7 is designed such that it generates a sequence of illumination patterns by activating the drive 16 and the shutter 10 and detects a sequence of images of the examination area or of the object 4 respectively corresponding to the illumination patterns by detection of the signals of the detector 6. These images are processed after detection of the last image of the sequence in the evaluation device 7.
Bei der Durchführung eines Verfahrens nach einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden vier der Struktur der Feldblende 15 entsprechende Beleuchtungsmuster verwendet, die in Fig.3 genauer dargestellt sind.In carrying out a method according to a first preferred embodiment of the invention, four of Structure of the field stop 15 corresponding illumination patterns used, which are shown in more detail in Figure 3.
Das erste Beleuchtungsmuster ist ein Grundmuster. Die anderen Beleuchtungsmuster gehen aus dem Grundmuster durch Verschiebung des Grundmusters um die Strecke v hervor. Das Grundmuster besitzt eine periodische Struktur der Periode p mit streifenförmigen Dunkelbereichen 26 der Breite d und jeweils zwischen den Dunkelbereichen 26 angeordneten streifenförmigen Hellbereichen 27, die dieselbe Breite h aufweisen wie die Dunkelbereiche 26.The first illumination pattern is a basic pattern. The other illumination patterns emerge from the basic pattern by shifting the basic pattern by the distance v. The basic pattern has a periodic structure of the period p with stripe-shaped dark regions 26 of width d and stripe-shaped bright regions 27 each arranged between the dark regions 26, which have the same width h as the dark regions 26.
Das Grundmuster wird in einer Richtung, die orthogonal zu der Längsrichtung der streifenförmigen Dunkelbereiche 26 bzw. Hellbereiche 27 ausgerichtet ist, dreimal um die Strecke v verschoben. Die Strecke v, um die die durch Verschiebung des Grundmusters entstandenen, aufeinanderfolgenden Beleuchtungsmuster gegeneinander versetzt sind, hat in diesem Beispiel die Länge von einem Viertel der Periode p. Bei Verwendung von N Beleuchtungsmustern statt der vier Beleuchtungsmuster in diesem Beispiel kann v insbesondere zu p/N gewählt sein.The basic pattern is displaced three times by the distance v in a direction aligned orthogonal to the longitudinal direction of the striped dark regions 26 and light regions 27, respectively. The distance v, by which the successive illumination patterns resulting from displacement of the basic pattern are offset from one another, has in this example the length of one quarter of the period p. When using N illumination patterns instead of the four illumination patterns in this example, v may be chosen to be p / N in particular.
Die Periode p liegt probenseitig vorzugsweise zwischen lμm und lOOμm.The period p is on the sample side preferably between lμm and lOOμm.
Bei Überlagerung der vier Beleuchtungsmuster in der Objektebene 3 wird der Untersuchungsbereich bzw. das Objekt 4 vollständig durch die Dunkelbereiche 26 überdeckt. Bei Zusammenfügung der Dunkelbereiche 26 wird das Objekt 4 daher vollständig durch diese abgedeckt, so daß keine Interpolation zwischen den Dunkelbereichen 26 notwendig ist. Entsprechendes gilt für die Hellbereiche 27.When the four illumination patterns in the object plane 3 are superimposed, the examination area or the object 4 is completely covered by the dark areas 26. When merging the dark areas 26, the object 4 is therefore completely covered by them, so that no interpolation between the dark areas 26 is necessary. The same applies to the bright areas 27.
Bei einem Verfahren zur Erzeugung eines Bildes einer Schicht des Objekts 4 mittels der Weitfeldoptik bzw. der Abbildungsoptik 5 auf den ortsauflösenden Detektor 6 nach einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das Objekt 4 in der Objektebene 3 nacheinander mit den vier auf die Objektebene 3 fokussierten Beleuchtungsmustern beleuchtet, wozu die Auswerteeinrichtung 7 den Antrieb 16 und den Verschluß 10 entsprechend ansteuert. Für jedes der Beleuchtungsmuster wird mittels des Detektors 6 und der Auswerteeinrichtung 7 ein entsprechendes Bild automatisch erfaßt. Die erfaßten Bilder weisen gegebenenfalls in den Bereichen, in die die Dunkelbereiche 26 abgebildet werden, Aufhellungen durch Falschlicht auf, das aus mit Hellbereichen 27 beleuchteten Abschnitten des Objekts 4 abgegeben wird.In a method for producing an image of a layer of the object 4 by means of the wide field optics or the imaging optics 5 on the spatially resolving detector 6 according to a first preferred embodiment of the invention, the object 4 in the object plane 3 is successively with the four focused on the object plane 3 illumination patterns illuminated, for which the evaluation device 7 controls the drive 16 and the shutter 10 accordingly. For each of the illumination patterns, a corresponding image is automatically detected by means of the detector 6 and the evaluation device 7. The captured images optionally have in the areas in which the dark areas 26 are displayed, brightening by false light, which is emitted from illuminated with bright areas 27 sections of the object 4.
Aus den erfaßten Bildern wird dann in der Auswerteeinrichtung 7 ein Schichtbild des Objekts 4 erzeugt.From the captured images, a slice image of the object 4 is then generated in the evaluation device 7.
Dazu werden zunächst ein Hell- und ein Dunkelbild gebildet. Zur Erzeugung das Hell- bzw. Dunkelbild werden nur die Teilsegmente verwendet, die den Teilbereichen 37 bzw. 38 der Hell- bzw. Dunkelbereiche 27 bzw. 26 entsprechen, die jeweils in der Mitte der Hell- bzw. Dunkelbereiche liegende Streifen bilden. Diese Teilsegmente entsprechen in diesem Ausführungsbeispiel gerade den mittleren 50% der Bilder der Hell- bzw. Dunkelbereiche.For this purpose, a light and a dark image are first formed. To generate the light or dark image, only the subsegments are used which correspond to the subareas 37 and 38 of the light and dark regions 27 and 26, respectively, which form stripes in the center of the light and dark regions, respectively. These sub-segments correspond in this embodiment just the middle 50% of the images of the light and dark areas.
Das Hell- bzw. Dunkelbild entsteht dann durch Zusammenfügen dieser den Teilbereichen 37 und 38 entsprechenden Teilsegmente. Die Anordnung der Bereiche der erfaßten Bilder zu- einander bzw. der Teilsegmente entspricht dabei der Anordnung der den Bereichen der erfaßten Bilder entsprechenden Hell- bzw. Dunkelbereiche der Beleuchtungsmuster auf dem Objekt 4.The light or dark image is then formed by combining these subregions 37 and 38 corresponding sub-segments. The arrangement of the areas of the captured images one another or the subsegments corresponds to the arrangement of the light or dark regions of the illumination patterns on the object 4 corresponding to the regions of the captured images.
Das Dunkelbild wird dann zur Rauschunterdrückung unter Verwendung eines entsprechenden Tiefpaßfilters rechnerisch von der Auswerteeinrichtung 7 geglättet.The dark image is then smoothed by the evaluation device 7 for noise suppression using a corresponding low-pass filter.
Schließlich wird in der Auswerteeinrichtung 7 das Dunkelbild von dem Hellbild subtrahiert, wobei ein resultierendes Schichtbild des Objekts 4 entsteht, in dem Falschlicht unterdrückt ist, aber die Intensität in der Schicht mit hoher Genauigkeit erfaßt wird.Finally, in the evaluation device 7, the dark image is subtracted from the light image, resulting in a resulting layer image of the object 4, in which false light is suppressed, but the intensity in the layer is detected with high accuracy.
Mit diesem Verfahren wird erreicht, daß eine Gesamttiefen- responsefunktion, die für Punkte auf der optischen Achse die detektierte Intensität von optischer Strahlung, die von einem Ort auf der optischen Achse im Abstand z von der Objektebene ausgeht, als Funktion der eingestrahlten Intensität angibt, eine solche Form aufweist, daß eine konfokale Unterdrückung für weit von der Objektebene entfernten Ebenen erreicht und dabei Fluoreszenzstrahlung, die in einem bestimmten Tiefenbereich um die Fokusebene herum entsteht, mit voller Effizienz detektiert wird. Das bedeutet, daß die Gesamttiefenresponsefunktion in der Mitte ein Plateau mit dem Wert 1 bzw. nahezu 1 aufweist.With this method it is achieved that an overall depth response function indicating, for points on the optical axis, the detected intensity of optical radiation emanating from a location on the optical axis at a distance z from the object plane, as a function of the irradiated intensity has such a form that a confocal suppression is achieved for planes far away from the object plane, thereby detecting fluorescence radiation arising in a certain depth range around the focal plane at full efficiency. This means that the total depth response function in the middle has a plateau with the value 1 or nearly 1.
Die Gesamttiefenresponsefunktion für verschiedene strukturierte Beleuchtungen kann folgendermaßen berechnet oder abgeschätzt werden kann. Für den Fall, daß die Strukturen, die dabei auf das Objekt abgebildet werden, deutlich grober als die Auflösungsgrenze des optischen Systems, genauer der Abbildungsoptik 5 sind, kann diese Berechnung mit den Modellen der geometrischen Optik angenähert werden.The total depth response function for various structured illuminations can be calculated or estimated as follows. In the event that the structures that are thereby imaged on the object, clearly coarser than the resolution limit of the optical system, more precisely the Imaging optics 5, this calculation can be approximated with the models of geometric optics.
Die Modelle der geometrischen Optik können allgemein angewendet werden, wenn die Übertragungsfunktion des optischen Systems, die auch als PSF (Point Spread Function) bezeichnet wird, im Fokus durch eine Deltafunktion angenähert werden kann. In einem ersten Schritt soll davon ausgegangen werden, daß diese Bedingung erfüllt ist. Darüber hinaus wird angenommen, daß das Lichtwellenfeld in der Pupillenebene einem homogen ausgeleuchteten Kreis entspricht. Aus dem Verhältnis des Durchmessers des beleuchteten Feldes in der Pupille und der Brennweite der Abbildungsoptik 5 kann die numerische Apertur der Abbildungsoptik 5 berechnet werden. Die PSF als Funktion vom Abstand zur Fokusebene ergibt sich dann als Kreis, dessen Radius RPSF vom Abstand zur Fokusebene z, der Brennweite f der Abbildungsoptik 5 sowie dem Pupillenradius Rpupiiie wie folgt abhängt:Geometric optics models can generally be applied when the optical system's transfer function, also referred to as PSF (Point Spread Function), can be approximated in focus by a delta function. In a first step, it should be assumed that this condition is met. In addition, it is assumed that the light wave field in the pupil plane corresponds to a homogeneously illuminated circle. From the ratio of the diameter of the illuminated field in the pupil and the focal length of the imaging optics 5, the numerical aperture of the imaging optics 5 can be calculated. The PSF as a function of the distance to the focal plane then results as a circle whose radius R PSF depends on the distance to the focal plane z, the focal length f of the imaging optics 5 and the pupil radius Rp up iii e as follows:
RR
R PupilleR pupil
PSF = Z- fPSF = Z- f
Die Intensitätsverteilung, die in einer Ebene im Abstand z von der Objektebene entsteht, ergibt sich dann als Faltung der Beleuchtungsstruktur IstrukturBeiucht mit der defokussierten PSF:The intensity distribution, which arises in a plane at a distance z from the object plane, then results as a convolution of the illumination structure IstrukturBiucht with the defocused PSF:
^obe(^ = PSF(z) <S>ISlnιktur_Beleucht_ .^ obe (^ = PSF (z) <S> I Slncture _ Illumination _.
Der Detektor 6 für das Fluoreszenzlicht steht in einer zu der Fokus- bzw. Objektebene konjugierten Ebene. Für die Intensität Idetektor in der Detektorebene ergibt sich damit: he^or = PSF{z) ® [PSF(Z) ® IStnιktιιr.Beleuchl ) .The detector 6 for the fluorescent light is in a plane conjugate to the focus or object plane. For the intensity detector in the detector level, this yields: h e ^ or = PSF {z) ® [PSF (Z) ® I Stnιktιιr . Beleuchl ).
Insofern kann PSF(z) als Tiefenresponsefunktion verstanden werden. Da in diesem Beispiel die Abbildungsoptik 5 gleichzeitig zur Beleuchtung genutzt wird, ergibt sich die Ge- samttiefenresponsefunktion durch zweimalige Anwendung von PSF(z) .In this respect, PSF (z) can be understood as a deep response function. Since in this example the imaging optics 5 are used simultaneously for illumination, the overall depth response function is obtained by applying PSF (z) twice.
Mit der so bestimmten Intensitätsverteilung auf dem Detektor als Funktion der Defokussierung z kann nun die Gesamt- tiefenresponsefunktion bestimmt werden.With the thus determined intensity distribution on the detector as a function of the defocusing z, the total depth response function can now be determined.
Bei dem im Stand der Technik beschriebenen Verfahren, wird eine sinusförmige Intensitätsverteilung auf die Oberfläche projiziert und die Modulation auf dem Detektor gemessen. Das heißt, daß giltIn the method described in the prior art, a sinusoidal intensity distribution is projected onto the surface and the modulation measured on the detector. That means that applies
Istruhur.Beleuch,. = 1 + S-Il(O, Jf) ,Is tr u hur .B ele uc h ,. = 1 + S-II (O, Jf),
wobei ωx die Ortsfrequenz in einer Ebene orthogonal zu derwhere ω x is the spatial frequency in a plane orthogonal to the
Richtung der optischen Achse der Abbildungsoptik 5 bzw. der Strahlrichtung oder der z-Achse und x einen Ort in der Ebene bezeichnen.Direction of the optical axis of the imaging optics 5 and the beam direction or the z-axis and x indicate a location in the plane.
Diese Intensitätsverteilung wird zwei mal mit einem Kreis, mit von der Tiefe z abhängenden Radius, gefaltet. Die Fou- riertransformierte der PSF(z) entspricht daher einer modifizierten Besselfunktion. Das Quadrat dieser Funktion ist als Airyfunktion bekannt. Die Beleuchtungsfunktion ergibt drei Peaks bei Null, +ωx und -ωx . Multipliziert man diese Funktion mit der Airyfunktion, so ergeben sich auch nur an diesen drei Stellen von Null verschiedene Werte. Durch das Verfahren der strukturierten Beleuchtung wird nur die Modulation der Intensitätsverteilung gemessen. Durch die zwei Peaks bei +a>x und -ωx werden daher nur zwei Werte aus der Airyfunktion herausgeschnitten. Variiert man jetzt die Tiefe z so ergeben sich Airyfunktionen mit verschiedenen Maßstäben aus denen die Fouriertransformierte der Beleuchtungsfunktion jeweils nur die Werte bei + ωx und -ωx ausschneidet. Zusammenfassend kann man deshalb sagen, das im Modell der geometrischen Optik die Gesamttiefenresponse- funktion bei der Beleuchtung mit einer sinusförmigen Intensitätsverteilung und den oben beschriebenen Auswertealgorithmen einer Airyfunktion entspricht.This intensity distribution is folded twice with a circle, with a radius dependent on the depth z. The Fourier transform of the PSF (z) therefore corresponds to a modified Bessel function. The square of this function is known as Airyfunktion. The illumination function gives three peaks at zero, + ω x and -ω x . If one multiplies this function by the Airy function, then only at these three places do values differ from zero. By the Method of structured illumination, only the modulation of the intensity distribution is measured. Due to the two peaks at + a> x and -ω x , only two values are cut out of the Airy function. If one now varies the depth z, Airy functions with different scales result from which the Fourier transform of the illumination function cuts out only the values at + ω x and -ω x . In summary, therefore, one can say that in the model of geometric optics the total depth response function for illumination with a sinusoidal intensity distribution and the evaluation algorithms described above corresponds to an airy function.
Betrachtet man einen klassischen konfokalen Punktscanner mit den Modellen der geometrischen Optik so ergibt sich eine Gesamttiefenresponsefunktion von (vgl. die gestrichelte Kurve in Fig.4):If one considers a classical confocal point scanner with the models of geometric optics, this results in a total depth response function of (see the dashed curve in FIG.
Tresponse {z) = l ~ (2π Z2 )1 Tresponse {z) = l ~ (2π Z 2 ) 1
Eine genaue wellenoptische Beschreibung ergibt: An exact wave-optical description gives:
wobei a ein Proportionalitätsfaktor ist (vgl. die gestrichelte Kurve in Fig.5).where a is a proportionality factor (see the dashed curve in Figure 5).
Auch hier fällt die Gesamttiefenresponsefunktion in unmittelbarer Nähe zum Fokuspunkt ab. Das erfindungsgemäße Verfahren führt dagegen zu einer Ge- samttiefenresponsefunktion, die ein Plateau mit dem Wert 1 in unmittelbarer Fokusnähe, d.h. in unmittelbarer Nähe der Objektebene aufweist.Here, too, the overall depth response function drops off in the immediate vicinity of the focal point. By contrast, the method according to the invention leads to a total depth response function which has a plateau with the value 1 in the immediate vicinity of the focus, ie in the immediate vicinity of the object plane.
Das Grundprinzip für die Veränderung der Gesamttiefenre- sponsefunktion kann folgendermaßen p'lausibiliert : Beleuchtet man die Probe mit Rechteckstreifengittern und verwendet das dargestellte Verfahren um die vier Bilder zu verarbeiten, so ist gewährleistet, daß alle Objektpunkte mindestens einen Viertelstreifen von der Kante zwischen hellen und dunklen Streifen entfernt sind. Unter der Annahme, daß die Übertragungsfunktion PSF(z) einem Kreis mit von der Defo- kussierung z abhängendem Radius entspricht, folgt, daß die Information über eine benachbarte Streifenkante erst dann in einen Objektpunkt gelangt, wenn die Defokussierung so groß wird, daß der Radius des Zerstreuungskreises dem Abstand zur Streifenkante entspricht. Dieser Abstand variiert für die Objektpunkte je nach ihrer Lage zwischen einem Viertel und der Hälfte der Streifenbreite. Man hat deshalb bei Verwendung der vereinfachten Modelle der geometrischen Optik in der Gesamttiefenresponsefunktion ein Plateau mit dem wert 1, das eine von der Lage in der Probe abhängende Breite Z hat. Die minimale Breite Z berechnet sich nach:Can sponsefunktion The basic principle for changing the Gesamttiefenre- follows p lausibiliert ': one illuminates the sample with a rectangular strip grids and the method illustrated by the four images is used to process, it is ensured that all object points at least a quarter of a strip from the edge between bright and dark Strips are removed. Assuming that the transfer function PSF (z) corresponds to a circle with a radius dependent on the defocusing z, it follows that the information about an adjacent strip edge does not enter an object point until the defocusing becomes so great that the radius of the circle of confusion corresponds to the distance to the strip edge. This distance varies for the object points depending on their position between a quarter and a half of the strip width. Therefore, using the simplified models of geometric optics in the total depth response function, one has a plateau of value 1 having a width Z dependent on the location in the sample. The minimum width Z is calculated according to:
Rechteckrectangle
8 8th
Die maximale Plateaubreite beträgt für die Punkte in der Mitte der Streifen gerade 2Z. Verwendet man mehr als vier Aufnahmen, so kann die minimale Plateaubreite (in Fig. 5 die durchgezogene Linie) weiter erhöht werden und erreicht theoretisch für unendlich viele Messungen die maximale Plateaubreite 2Z (lang gestrichelte Linie in Fig.5).The maximum plateau width is just 2Z for the dots in the middle of the stripes. If more than four recordings are used, the minimum plateau width (the solid line in FIG. 5) can be further increased and achieved theoretically for infinite measurements the maximum plateau width 2Z (long dashed line in Figure 5).
Diese sehr einfache Erklärung kann in Fresnelnäherung wellenoptisch nachgerechnet werden. Die Ergebnisse die dabei zu erwarten sind, können in drei Fälle unterschieden werden:This very simple explanation can be recalculated in Fresnelnäherung wave optics. The results to be expected can be distinguished in three cases:
1. Die Beleuchtungsstrukturen sind wesentlich größer als die optische Auflösung des Systems. In diesem Fall werden geometrische und wellenoptische Beschreibung die gleichen Ergebnisse liefern.1. The illumination structures are much larger than the optical resolution of the system. In this case, geometric and wave-optical descriptions will give the same results.
2. Die Beleuchtungsstrukturen sind nicht wesentlich größer als die Auflösungsgrenze. In diesem Fall muß eine wellenoptische Rechnung für die Gesamttiefenresponsefunktion angewendet werden. Je nach der Größe der Strukturen wird das Plateau der Gesamttiefenresponsefunktion „abgerundet". Dadurch wird die effektiv nutzbare Plateaubreite verringert .2. The illumination structures are not significantly larger than the resolution limit. In this case, a wave-optical calculation for the total depth response function must be applied. Depending on the size of the structures, the plateau of the total depth response function is "rounded off", which reduces the effective plateau width.
3. Die Größe der Beleuchtungsstrukturen liegt in der Nähe der Auflösungsgrenze. In diesem Fall wird nur noch die erste Frequenzkomponente des Beleuchtungsgitters vom optischen System übertragen. In diesem Fall wird kein Plateau in der Gesamttiefenresponsefunktion auftreten. Die Gesamt- tiefenresponsefunktion wird in diesem Fall im wesentlichen der Gesamttiefenresponsefunktion in geometrischer Näherung für sinusförmige Streifenbeleuchtung entsprechen.3. The size of the illumination structures is close to the resolution limit. In this case, only the first frequency component of the illumination grating is transmitted by the optical system. In this case, no plateau will occur in the overall depth response function. The total depth response function in this case will essentially correspond to the overall depth response function in geometric approximation for sinusoidal stripe illumination.
Der zweite Fall kann wellenoptisch mit den Modellen der paraxialen Fresnellnäherung simuliert werden. Die Ergebnisse sind in Fig.5 gezeigt. Darin sind das Resultat für eine sinusförmige Beleuchtungsstruktur durch eine gestrichelte Linie und das Resultat für die oben genannte Streifenstruktur gleicher Periode gezeigt. Die Übertragungsfunktion PSF wurde für diesen Fall in der Nähe des Fokuspunktes wellenoptisch berechnet und gemäß der Gleichung für Iüetektor mit sich selbst und mit dem binären Streifenmuster gefaltet. Fig.5 zeigt den erhaltenen Signalverlauf. In dieser Figur sind Gesamttiefenresponsefunktionen für sinusförmige und binäre Beleuchtungsstrukturen, dargestellt durch gestrichelte bzw. durchgezogene Linien, in Abhängigkeit von der Lage von Punkten auf der optischen Achse bzw. z-Achse dargestellt, wobei der Nullpunkt der Fokusebene entspricht. Man erkennt im Vergleich mit Fig.4, daß das Plateau der Gesamttiefenresponsefunktion deutlich abgerundet ist.The second case can be simulated wave optically with the models of the paraxial Fresnellnäherung. The results are shown in FIG. Therein are the result for one Sinusoidal illumination structure shown by a dashed line and the result for the above-mentioned stripe structure of the same period. The transfer function PSF is calculated wave-optically in this case in the vicinity of the focal point and folded in accordance with the equation Iu e Tektor with itself and with the binary stripe pattern. Fig.5 shows the obtained waveform. In this figure, total depth response functions for sinusoidal and binary illumination structures, represented by dashed and solid lines, respectively, are shown as a function of the position of points on the optical axis or z-axis, the zero point corresponding to the focal plane. It can be seen in comparison with FIG. 4 that the plateau of the overall depth response function is clearly rounded off.
Um die strukturierte Beleuchtung in Form eines Beleuchtungsgitters für eine bestimmte Meßaufgabe zu optimieren, braucht bei ansonsten unveränderten Auswerteverfahren nur die Frequenz des Beleuchtungsgitters variiert zu werden. Diese Variation zieht zwei Effekte nach sich. Zum einen wird die konfokale Unterdrückung von Licht aus Nichtfokusebenen um so schlechter, je größer die Gitterperiode des Beleuchtungsgitters wird. Dabei skaliert im wesentlichen die Gesamttiefenresponsefunktion und damit das Maß der konfokalen Unterdrückung mit der Gitterfrequenz. Zum zweiten skaliert auch die Breite des Plateaus in der Gesamttiefen- responsefunktion und damit der Tiefenbereich der Probe, der mit der Intensitätseffizienz 1 auf den Detektor abgebildet wird mit der Frequenz des Beleuchtungsgitters. Diese einfache lineare Abhängigkeit der konfokalen Unterdrük- kung/Plateaubreite mit der Gitterfrequenz des Beleuchtungsgitters gilt aber nur für Gitterwellenlängen, die deutlich größer als die Auflösungsgrenze des optischen Systems sind. Ist diese Bedingung nicht erfüllt, so muß die Gesamttiefen- responsefunktion für jede Gitterfrequenz separat wellenoptisch berechnet werden. Auf diesen Daten kann dann eine Optimierung der Gitterfrequenz für verschiedene Meßaufgaben erfolgen.In order to optimize the structured illumination in the form of a lighting grid for a specific measurement task, only the frequency of the illumination grid needs to be varied in otherwise unchanged evaluation. This variation has two effects. On the one hand, the confocal suppression of light from non-focal planes becomes the worse the larger the grating period of the illumination grating becomes. Essentially, the total depth response function and thus the degree of confocal suppression with the grid frequency scales. Secondly, the width of the plateau also scales in the total depth response function and thus the depth range of the sample, which is mapped onto the detector with intensity efficiency 1, at the frequency of the illumination grid. However, this simple linear dependence of the confocal suppression / plateau width with the grating frequency of the illumination grating is only valid for grating wavelengths which are significantly larger than the resolution limit of the optical system. If this condition is not met, the total depth response function must be calculated separately for each grid frequency. On this data, an optimization of the grid frequency for different measurement tasks can then take place.
Ein zweites Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel allein dadurch, daß die Erzeugung des Schichtbildes modifiziert und dazu die Auswerteeinrichtung entsprechend modifiziert ist. Alle Erläuterungen zu den unveränderten Teilen des ersten Ausführungsbeispiels gelten daher auch hier und es werden die gleichen Bezugszeichen verwendet.A second exemplary embodiment differs from the first exemplary embodiment solely in that the generation of the slice image is modified and the evaluation device is modified accordingly. All explanations on the unchanged parts of the first embodiment therefore also apply here and the same reference numerals are used.
Es werden nun durch Subtraktion des ersten Bildes von dem dritten Bild und des zweiten Bildes von dem vierten Bild zwei temporäre Bilder erzeugt, in denen so eine wenigstens teilweise Falschlichtkorrektur vorgenommen wurde.By subtracting the first image from the third image and the second image from the fourth image, two temporary images are thus generated in which an at least partially stray light correction has been carried out.
Aus dem ersten temporären Bild wird dann die den Teilbereichen 37 und aus dem zweiten temporären Bild die den Teilbereichen 3.8 entsprechenden Teilsegmente zu dem Schichtbild zusammengefügt.From the first temporary image, the partial segments 37 and from the second temporary image the partial segments corresponding to the partial regions 3.8 are then combined to form the tomographic image.
Ein drittes und ein viertes Ausführungsbeispiel unterscheiden sich von dem ersten bzw. zweiten Ausführungsbeispiel dadurch, daß aus den Bildern der Hell- bzw. Dunkelbereiche als Teilsegmenten entsprechende Teilbereiche 37 bzw. 38 nun nicht die Mittelstreifen der Breite p/2, sondern solche der Breite 3/4p verwendet werden, so daß sich die Teilsegmente überlappen. Da sich die Teilsegmente überlappen, entstehen bei der Summation in den Überlappungsbereichen Intensitäts- Überhöhungen, die durch Referenzierung bzw. Renormierung beseitigt werden.A third and a fourth exemplary embodiment differ from the first or second exemplary embodiment in that subregions 37 and 38 corresponding to sub-segments of the images of the light or dark regions do not now have the median strips of width p / 2, but those of width 3 / 4p are used, so that the sub-segments overlap. Since the subsegments overlap, the summation in the overlap areas results in intensity Elevations that are eliminated by referencing or renormalization.
Die anderen Schritte erfolgen wie in dem ersten bzw. zweiten Ausführungsbeispiel.The other steps are the same as in the first and second embodiments.
Bei einer fünften bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird die Feldblende 15 nicht bewegt, sondern das Objekt 4. Hierzu kann ein Tisch verwendet werden, auf welchem das Objekt angeordnet ist und der mittels eines von der Auswerteeinrichtung 7 gesteuerten Antriebs in Richtungen parallel zu der Objektebene 3 bewegbar ist. Die Auswertung der erfaßten Bilder erfolgt analog zu dem ersten Ausführungsbeispiel. Zur Positionierung des Objekts 4 in der Objektebene 3 sind als Antriebe Piezoaktoren, Exzenterantriebe oder andere geeignete Verstellmechanismen einsetzbar, vorzugsweise aber ein motorisierter Mikroskoptisch. Entsprechend können die zweiten bis vierten Ausführungsbeispiele modifiziert werden.In a fifth preferred embodiment of the method and the device according to the invention, the field diaphragm 15 is not moved, but the object 4. For this purpose, a table can be used, on which the object is arranged and by means of a controlled by the evaluation device 7 drive in directions is movable parallel to the object plane 3. The evaluation of the captured images is analogous to the first embodiment. For positioning of the object 4 in the object plane 3 as actuators piezoelectric actuators, eccentric drives or other suitable adjustment mechanisms can be used, but preferably a motorized microscope stage. Accordingly, the second to fourth embodiments can be modified.
Eine Vorrichtung nach einer sechsten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung unterscheidet sich von der Vorrichtung des ersten Ausführungsbeispiels dadurch, daß eine modifizierte Einrichtung 28, prinzipiell dargestellt in Fig.6, zur Erzeugung von Beleuchtungsmustern und eine entsprechend modifizierte Auswerteeinrichtung verwendet werden. Da die anderen Komponenten im wesentlichen unverändert sind, werden für diese die gleichen Bezugszeichen verwendet und es gelten die Erläuterungen zu dem ersten Ausführungsbeispiel entsprechend. Die teilweise in Fig.6 gezeigte Einrichtung 28 besitzt nun als als strukturierte Blende wirkendes Element eine in der Feldblendenebene 14 angeordnete Feldblende 29 mit einer Schachbrettstruktur, die in zwei zueinander orthogonalen Richtungen periodisch mit gleicher Periode ausgebildete transparente und opake quadratische Bereiche aufweist (vgl. Fig.7). Zur Erzeugung unterschiedlicher Beleuchtungsstrukturen verfügt die Einrichtung 28, wie in Fig.6 schematisch dargestellt, über eine der strukturierten Feldblende 29 in Lichtrichtung nachgeordnete, planparallele Glasplatte 30, die um zwei zueinander orthogonale Achsen kippbar ist. Zur gesteuerten, definierten Kippung dieser Glasplatte 30 sind als Antrieb 31 in vorteilhafter Weise Piezoaktoren 32 vorgesehen, welche durch eine Steuerung der nicht dargestellten Auswerteeinrichtung entsprechend angesteuert werden. Durch die Kippung der Glasplatte 30 erfolgt bekanntermaßen ein optischer Strahlenversatz des Strahlenganges und damit eine versetzte Abbildung der Feldblende 29 auf das Objekt 4. Die in der Fig.7 eingezeichneten Pfeile kennzeichnen die Kipprichtungen der Glasplatte 30.A device according to a sixth preferred embodiment of the invention differs from the device of the first embodiment in that a modified device 28, shown in principle in Figure 6, are used for generating illumination patterns and a correspondingly modified evaluation device. Since the other components are substantially unchanged, the same reference numerals are used for them and the explanations on the first embodiment apply accordingly. The device 28, which is partially shown in FIG. 6, now has, as an element acting as a structured diaphragm, a field diaphragm 29 with a checkerboard structure arranged in the field diaphragm plane 14, which has transparent and opaque square regions formed periodically in the same period with two orthogonal directions (see FIG .7). To produce different illumination structures, the device 28, as shown schematically in Figure 6, via a structured field stop 29 downstream in the light direction, plane-parallel glass plate 30 which is tiltable about two mutually orthogonal axes. For controlled, defined tilting of this glass plate 30 are provided as a drive 31 in an advantageous manner piezoelectric actuators 32 which are controlled accordingly by a control of the evaluation device, not shown. By tilting the glass plate 30 is known to be an optical beam offset of the beam path and thus a staggered image of the field stop 29 on the object 4. The arrows in Figure 7 marked the tilting directions of the glass plate 30th
Zur Erzeugung des Strahlenversatzes können auch andere geeignete Elemente eingesetzt werden. Als Antriebe für die Glasplatte 30 können bei einer anderen Ausführungsform auch Exzenterantriebe oder andere geeignete Antriebsmechanismen vorgesehen werden.To generate the beam offset, other suitable elements can be used. As drives for the glass plate 30 eccentric drives or other suitable drive mechanisms can be provided in another embodiment.
Bei Abbildung der Feldblende 29 in die Objektebene 3 ergibt sich ein in Fig.7 dargestelltes Grundmuster mit in zwei zueinander orthogonalen Richtungen periodisch angeordneten quadratischen Hellbereichen 33 und Dunkelbereichen 34, die ein Schachbrettmuster bilden. Das Grundmuster weist in der ersten, im Folgenden durch die Ziffer 1 gekennzeichneten Richtung eine Periode pl und in der zweiten, im Folgenden durch Ziffer 2 gekennzeichneten Richtung die Periode p2 auf, wobei in diesem Ausführungsbeispiel die Perioden gleichgroß gewählt sind.When the field diaphragm 29 is imaged in the object plane 3, a basic pattern shown in FIG. 7 is obtained with square light regions 33 and dark regions 34 arranged periodically in two mutually orthogonal directions, which form a checkerboard pattern. The basic pattern points in the first, in the following by the number 1 marked Direction a period pl and in the second, hereinafter indicated by the numeral 2 direction, the period p2, wherein in this embodiment, the periods are selected to be the same size.
Zur Erzeugung der in diesem Beispiel sechzehn Beleuchtungsmuster wird das Grundmuster, das selbst ein erstes Beleuchtungsmuster darstellt, zunächst dreimal nacheinander um die Strecke vi in der Richtung 1, d.h. parallel zu der in Fig.7 horizontalen Seite der Hellbereiche 33, verschoben, wobei ein zweites, drittes und viertes Beleuchtungsmuster entstehen. Zur Erzeugung eines fünften Beleuchtungsmusters erfolgt dann eine Verschiebung um die Strecke v2 in einer Richtung 2 orthogonal zu der Richtung der ersten Verschiebung, d.h. parallel zu der in Fig.7 vertikalen Seite der Hellbereiche. Danach werden drei weitere Beleuchtungsmuster durch Verschiebung um jeweils die Strecke vi in Richtung der ersten Verschiebungen erzeugt. Es erfolgen dann weitere Verschiebungen um v2, danach dreimal um vi, wiederum um v2 und danach dreimal um vi.To generate the sixteen illumination patterns in this example, the basic pattern, which itself constitutes a first illumination pattern, is first three times in succession by the distance vi in the direction 1, i. parallel to the in Fig.7 horizontal side of the bright areas 33, shifted, wherein a second, third and fourth illumination pattern arise. To generate a fifth illumination pattern, a displacement is then made by the distance v2 in a direction 2 orthogonal to the direction of the first displacement, i. parallel to the vertical in Fig.7 side of the bright areas. Thereafter, three further illumination patterns are generated by shifting by the distance vi in the direction of the first displacements. There are then further shifts by v2, then three times by vi, again by v2 and then three times by vi.
Die Perioden pl und p2 liegen in der Objektebene vorzugsweise im Bereich zwischen lμm und lOOμm. Sie können in anderen Ausführungsbeispielen verschieden groß gewählt sein.The periods pl and p2 are in the object plane preferably in the range between lμm and lOOμm. You can be chosen different sizes in other embodiments.
Bei Überlagerung der sechzehn Beleuchtungsmuster decken deren Hellbereiche 33 das Objekt 4 in der Objektebene 3 vollständig ab. Entsprechendes gilt für die Dunkelbereiche 34.When the sixteen illumination patterns are superimposed, their bright areas 33 completely cover the object 4 in the object plane 3. The same applies to the dark areas 34.
Das Verfahren zur Abbildung des Objekts 4 nach der sechsten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfolgt analog zu dem ersten Ausführungsbeispiel. Die Teilsegmente entspre- chen nun jeweils quadratisch Bereichen 37 bzw. 38 in einem Quadrat des Schachbrettmusters, dessen Rand von dem jeweiligen Rand des Hell- bzw. Dunkelbereichs einen Abstand von einem Viertel der Seitenlänge des Hell- bzw. Dunkelbereichs aufweist .The method for imaging the object 4 according to the sixth preferred embodiment of the invention is analogous to the first embodiment. The sub-segments correspond Now each square areas 37 and 38 in a square of the checkerboard pattern, the edge of the respective edge of the light or dark area has a distance of one quarter of the side of the bright and dark area.
Das Verfahren hat gegenüber dem Verfahren des ersten Ausführungsbeispiels, d.h. der Verwendung von Beleuchtungsmustern mit Streifen, den Vorteil, daß die Modulation durch die strukturierte Beleuchtung schneller außerhalb der Fokusebene bzw. Objektebene verschwindet, so daß Licht außerhalb der Schärfentiefe der Abbildungsoptik besser unterdrückt wird.The method has over the method of the first embodiment, i. the use of illumination patterns with stripes, the advantage that the modulation by the structured illumination disappears faster outside the focus plane or object plane, so that light outside the depth of field of the imaging optics is better suppressed.
In der Fig.8 ist beispielhaft die Gesamttiefenresponsefunk- tion in der Näherung geometrischer Optik für das binäre Beleuchtungsmuster mit schachbrettmusterförmiger Intensitätsverteilung (durchgezogene Linie) und für ein Beleuchtungsmuster mit in zwei Dimensionen sinusförmiger Intensitätsverteilung (gestrichelte Linie) gezeigt. Wie in Fig.4 und Fig.5 beschreibt die Abszisse den Abstand von der Fokusebene in skalierten, beliebigen Einheiten und die Ordinate den jeweiligen Wert der Gesamttiefenresponsefunktion ebenfalls in beliebig skalierten Einheiten. Danach wird eine bessere Annäherung an ein kastenförmiges Profil erreicht .FIG. 8 shows by way of example the total depth response function in the approximation of geometrical optics for the binary illumination pattern with checkerboard pattern-shaped intensity distribution (solid line) and for an illumination pattern with sinusoidal intensity distribution (dashed line) in two dimensions. As in FIGS. 4 and 5, the abscissa describes the distance from the focal plane in scaled, arbitrary units and the ordinate also describes the respective value of the total depth response function in arbitrarily scaled units. Thereafter, a closer approach to a box-shaped profile is achieved.
Eine Vorrichtung zur Erfassung eines Bildes eines Objekts nach einer siebten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung unterscheidet sich von der Vorrichtung des ersten Ausführungsbeispiels durch einen anderen Antrieb für die Feldblende 15. Alle anderen Komponenten sind unverändert, sodaß für diese die gleichen Bezugszeichen verwendet werden und die Erläuterungen im Zusammenhang mit dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß Fig.l entsprechend gelten.An apparatus for detecting an image of an object according to a seventh preferred embodiment of the invention differs from the apparatus of the first embodiment by another drive for the field diaphragm 15. All other components are unchanged, so that the same reference numerals are used for them and the explanations in connection with the first embodiment according to Fig.l apply accordingly.
Fig.9 zeigt eine schematische teilweise Darstellung der veränderten Einrichtung zur Erzeugung von Beleuchtungsmustern. Der von der Steuerung in der Auswerteeinrichtung gesteuerte Antrieb umfaßt Piezoaktoren 35 und 36, welche mit der Feldblende 15 gekoppelt sind, so daß die Feldblende 15 mittels der Piezoaktoren 35 und 36 definiert durch laterale Verschiebung längs zweier zueinander orthogonaler Richtungen in der Feldblendenebene 14 verstellt werden kann. Durch die Abbildung der in unterschiedlichen Positionen eingestellten Feldblende 15 auf das Objekt 4 werden wie zuvor unterschiedliche Beleuchtungsstrukturen in der Objektebene 3 erzeugt, welche dann zusammen mit dem Objekt 3 auf den Detektor 6 abgebildet werden.9 shows a schematic partial representation of the modified device for generating illumination patterns. The drive controlled by the controller in the evaluation device comprises piezo actuators 35 and 36, which are coupled to the field diaphragm 15, so that the field diaphragm 15 can be adjusted by means of the piezo actuators 35 and 36 by lateral displacement along two mutually orthogonal directions in the field stop plane 14 , By mapping the field diaphragm 15 set in different positions onto the object 4, different illumination structures in the object plane 3 are generated as before, which are then imaged onto the detector 6 together with the object 3.
Eine achte bevorzugte Ausführungsform der Erfindung unterscheidet sich von den bisher beschriebenen Ausführungsbeispielen dadurch, daß die Einrichtung zur Erzeugung von Beleuchtungsmustern nun weder eine Feldblende noch einen Antrieb, sondern statt dessen als als strukturierte Blende wirkendes Element eine in der Feldblendenebene 14 angeordnete elektrisch steuerbare Modulationseinheit 45 in Form eines Durchlicht-LCD besitzt. Wie in Fig.10 schematisch dargestellt ist die Modulationseinheit 45 über eine Steuerleitung mit einer Auswerteeinrichtung 46 verbunden, die gegenüber der Auswerteeinrichtung 7 des ersten Ausführungsbeispiels dahingehend verändert ist, daß in der Auswerteeinrichtung gespeicherte Hell-Dunkel-Muster auf dem Durchlicht-LCD dargestellt werden, sodaß auf die Objektebene 3 entsprechende Beleuchtungsmuster gestrahlt werden. Eine Vorrichtung nach einer neunten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, deren optischer Gesamtaufbau schematisch vereinfacht in Fig.11 gezeigt ist, unterscheidet sich von der Vorrichtung des ersten Ausführungsbeispiels dadurch, daß das als Blende wirkende Element zur Dunkelfeldbeleuchtung scharf auf das Objekt abbildbar ist. Hierzu ist die zweite Beleuchtungsoptik 19 durch eine modifizierte zweite Beleuchtungsoptik 40 ersetzt, der Strahlenteiler 21 ist nicht mehr notwendig. Für Komponenten, die gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel im Wesentlichen unverändert sind, gelten die Ausführungen des ersten Ausführungsbeispiels entsprechend und es werden die gleichen Bezugszeichen verwendet.An eighth preferred embodiment of the invention differs from the previously described embodiments in that the means for generating illumination patterns now neither a field stop nor a drive, but instead acting as a structured aperture element arranged in the field stop plane 14 electrically controllable modulation unit 45 in Shape of a transmitted light LCD has. As shown schematically in FIG. 10, the modulation unit 45 is connected via a control line to an evaluation device 46, which is modified relative to the evaluation device 7 of the first embodiment such that light-dark patterns stored in the evaluation device are displayed on the transmitted-light LCD, so that corresponding to the object plane 3 corresponding illumination patterns are blasted. A device according to a ninth preferred embodiment of the invention, whose overall optical structure is shown schematically simplified in Figure 11, differs from the device of the first embodiment in that the element acting as a diaphragm for dark field illumination is sharply imaged on the object. For this purpose, the second illumination optical system 19 is replaced by a modified second illumination optical system 40, the beam splitter 21 is no longer necessary. For components that are substantially unchanged from the first embodiment, the embodiments of the first embodiment apply mutatis mutandis and the same reference numerals are used.
Die Vorrichtung umfaßt die Beleuchtungseinrichtung 1 mit der Licht- oder Strahlungsquelle 8, der optional der Verschluß 10 und, vorteilhaft, den Strahlengang homogenisierende optische Elemente 11, wie z.B. ein Lichtleitstab oder ein innen verspiegelter Glashohlstab, und Beleuchtungsoptiken 12 und 13 zur homogenen Ausleuchtung einer in der Feldblendenebene 14 im Strahlengang angeordneten Einrichtung 2 zur Erzeugung von Beleuchtungsmustern, die im Beispiel die strukturierte Feldblende 15 umfaßt, nachgeordnet sind. Diese Feldblende 15 ist im Strahlengang in zwei zueinander orthogonalen Richtungen der Feldblendenebene 14 definiert positionierbar angeordnet. Sie kann also mittels des mit der Feldblende 15 gekoppelten Antriebs 16 in dieser Ebene 14 verschoben werden.The device comprises the illumination device 1 with the light or radiation source 8, optionally the shutter 10 and, advantageously, the beam path homogenizing optical elements 11, such as. a Lichtleitstab or internally mirrored glass hollow rod, and illumination optics 12 and 13 for homogeneous illumination of arranged in the field stop plane 14 in the beam path means 2 for generating illumination patterns, which in the example comprises the structured field stop 15, are arranged downstream. This field diaphragm 15 is arranged positionable defined in the beam path in two mutually orthogonal directions of the field stop plane 14. It can therefore be moved by means of coupled to the field diaphragm 15 drive 16 in this plane 14.
Durch die der Feldblende 15 nachgeordnete modifizierte zweite Beleuchtungsoptik 40, die im Beispiel einen Beleuchtungstubus 41, einen Ablenkspiegel 42, einen Anregungsfilter 43, und ein Objektiv 44, wird das als strukturierte Blende wirkende Element, d.h. hier die strukturierte Feldblende 15, in Dunkelfeldbeleuchtung auf das zu untersuchende oder zu messende Objekt 4 bzw. die Objektebene 3 abgebildet. Die zweite Beleuchtungsoptik 40 bildet eine sogenannte Scheimpflugoptik, deren optische Achse unter einem Winkel α zur senkrecht zur Oberfläche des Objekts 4 bzw. der Objektebene 3 verlaufenden optischen Achse der Abbildungsoptik 5 angeordnet ist. Vorteilhaft ist der Winkel α > 50°. Durch diese Abbildungsoptik 5, die beispielsweise das Objektiv 22, den Filter 25 sowie den Abbildungstubus 23 umfaßt, wird das Objekt 4 kontrastreich zusammen mit der ihr überlagerten Beleuchtungsstruktur auf den ortsauflösenden Detektor 6 für optische Strahlung abgebildet.Subsequent to the field diaphragm 15 downstream modified second illumination optical system 40, which in the example a lighting tube 41, a deflection mirror 42, an excitation filter 43, and an objective 44, which is structured as Aperture acting element, ie here the structured field stop 15, in dark field illumination on the object to be examined or measured 4 or the object plane 3 shown. The second illumination optics 40 forms a so-called Scheimpflug optics whose optical axis is arranged at an angle α to the perpendicular to the surface of the object 4 and the object plane 3 extending optical axis of the imaging optics 5. Advantageously, the angle α> 50 °. By means of this imaging optics 5, which comprises, for example, the objective 22, the filter 25 and the imaging tube 23, the object 4 is imaged in high contrast together with the illumination structure superimposed on it onto the spatially resolving detector 6 for optical radiation.
In analoger Weise kann jedoch auch bei einer modifizierten Ausführungsform die Abbildungsoptik als eine Scheimpflugoptik ausgebildet sein. In diesem Fall steht die optische Achse der zweiten Beleuchtungsoptik 40 senkrecht auf der Oberfläche des Objekts 4 bzw. der Objektebene 3. Mit dieser optischen Achse bildet dann die optische Achse der Abbildungsoptik den Winkel α. In an analogous manner, however, the imaging optics can also be designed as a Scheimpflug optics in a modified embodiment. In this case, the optical axis of the second illumination optical system 40 is perpendicular to the surface of the object 4 or the object plane 3. With this optical axis, the optical axis of the imaging optics then forms the angle α.
Bezugs zeichenlisteReference sign list
1 Beleuchtungseinrichtung1 lighting device
2 Einrichtung zur Erzeugung von2 device for the production of
Beleuchtungsmusternillumination patterns
3 Objektebene3 object level
CO C O
4 Objekt4 object
5 Abbildungsoptik5 imaging optics
6 Detektor6 detector
7 Auswerteeinrichtung7 evaluation device
Strahlungsquelleradiation source
9 Filter9 filters
10 Verschluß10 closure
11 homogenisierendes optisches11 homogenizing optical
Elementelement
12, 13 erste Beleuchtungsoptiken12, 13 first illumination optics
14 Feldblendenebene14 field stop level
15 Feldblende15 field stop
16 Antrieb16 drive
17, 18 Exzenterantrieb17, 18 eccentric drive
19 zweite Beleuchtungsoptik19 second illumination optics
20 Beieuchtungstubus20 lighting tube
21 Strahlenteiler21 beam splitter
22 Objektiv22 lens
23 Abbildungstubus23 Figure tube
24, 25 Filter24, 25 filters
26 Dunkelbereiche26 dark areas
27 Hellbereiche27 bright areas
28 Einrichtung zur Erzeugung von28 device for generating
Beleuchtungsmusternillumination patterns
29 Feldblende29 field stop
30 Glasplatte30 glass plate
31 Antrieb 32 Piezoaktoren31 drive 32 piezo actuators
33 Hellbereiche33 bright areas
34 Dunkelbereiche34 dark areas
35 Piezoaktor35 piezoelectric actuator
36 Piezoaktor36 piezo actuator
37 Teilbereiche37 subareas
38 Teilbereiche38 subareas
39 Zellen39 cells
40 zweite Beleuchtungsoptik40 second illumination optics
41 Beleuchtungstubus41 lighting tube
42 Ablenkspiegel42 deflecting mirror
43 Anregungsfilter43 excitation filter
44 Objektiv44 lens
45 Modulationseinheit45 modulation unit
46 Auswerteeinrichtung 46 evaluation device

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Erzeugung eines Bildes einer Schicht eines Objekts (4) mittels einer Weitfeldoptik. (5) auf einem ortsauflösenden Detektor (6), bei dem das Objekt (4) in wenigstens einer Objektebene (3) mit wenigstens zwei binären Beleuchtungsmustern (26, 27; 33, 34) fokussiert beleuchtet wird und für jedes der Beleuchtungsmuster (26, 27; 33, 34) entsprechende Bilder erfaßt werden, wobei die Beleuchtungsmuster (26, 27; 33, 34) jeweils Dunkelbereiche (27; 34) und Hellbereiche (26; 33) aufweisen, von denen die Hellbereiche und/oder die Dunkelbereiche bei Überlagerung der Beleuchtungsmuster (26, 27; 33, 34) das Objekt (4) vollständig überdecken, und aus den erfaßten Bildern ein Schichtbild ermittelt wird, das Teilsegmente umfaßt, die jeweils einen Teilbereich des Objekts (4) wiedergeben, der so innerhalb eines Hellbereichs wenigstens eines der verwendeten Beleuchtungsmuster (26, 27; 33, 34) liegt, daß dessen Ränder von den Rändern des Hellbereichs um wenigstens einen vorgegebenen Mindestabstand beabstandet sind, und die jeweils unter wenigstens teilweiser Falschlichtkorrektur unter Verwendung von wenigstens zwei Bildern ermittelt sind, die bei jeweils verschiedenen Beleuchtungsmustern (26, 27; 33, 34) erfaßt wurden, in denen der dem jeweiligen Teilsegment entsprechende Teilbereich ganz innerhalb eines Hellbereichs eines ersten der verschiedenen Beleuchtungsmuster (26, 27; 33, 34) bzw. ganz innerhalb eines Dunkelbereichs eines zweiten der verschiedenen Beleuchtungsmuster (26, 27; 33, 34) liegt. 1. A method for producing an image of a layer of an object (4) by means of a wide field optics. (5) on a spatially resolving detector (6), in which the object (4) is focused in at least one object plane (3) with at least two binary illumination patterns (26, 27, 33, 34) and for each of the illumination patterns (26, 27, 33, 34), the illumination patterns (26, 27, 33, 34) each having dark areas (27, 34) and bright areas (26, 33), of which the bright areas and / or the dark areas are superposed the illumination pattern (26, 27; 33, 34) completely covers the object (4), and from the acquired images a slice image is determined which comprises sub-segments which each represent a subregion of the object (4) which is at least within a bright region one of the illumination patterns used (26, 27, 33, 34) is that its edges are spaced from the edges of the bright region by at least a predetermined minimum distance, and in each case at least partially Faltsichtkorrektu r are determined using at least two images, which in each case different illumination patterns (26, 27; 33, 34) in which the partial area corresponding to the respective partial segment is located entirely within a bright area of a first of the different illumination patterns (26, 27, 33, 34) or quite within a dark area of a second of the different illumination patterns (26, 27, 33 , 34).
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Teilsegmente lückenlos aneinander anschließen oder sich überlappen.2. The method of claim 1, wherein the subsegments join each other gapless or overlap.
3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die Teilsegmente sich weniger als 10% der minimalen Ausdehnung überlappen.3. The method of claim 2, wherein the sub-segments overlap less than 10% of the minimum extent.
4. Verfahren einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Mindestabstand größer als 1/5 des geringsten Abstands benachbarter Grenzen ist.A method as claimed in any one of the preceding claims, wherein the minimum distance is greater than 1/5 of the closest spacing of adjacent boundaries.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem, zur Ermittlung des Schichtbildes zunächst aus den erfaßten Bildern ein Hell- und ein Dunkelbild gebildet werden, wobei jeweils Bereiche des Objekts (4) wiedergebende Teilsegmente der erfaßten Bilder verwendet werden, die in einem Hell- bzw. Dunkelbereich eines bei der Erfassung des jeweiligen Bildes verwendeten Beleuchtungsmusters (26, 27; 33, 34) liegenden Bereich (37, 38) des Objekts (4) wiedergeben und deren Rand den Mindestabstand von den Übergängen zwischen den Hell- und Dunkelbereichen des Beleuchtungsmusters (26, 27; 33, 34) aufweist, und durch Differenzbildung aus dem Hell- und dem Dunkelbild ein wenigstens teilweise korrigiertes Schichtbild erzeugt wird.5. The method according to any one of the preceding claims, wherein, for determining the layer image first from the captured images, a light and a dark image are formed, each area of the object (4) reproducing sub-segments of the captured images are used, in a bright - or dark area of a used in the detection of the respective image illumination pattern (26, 27, 33, 34) lying area (37, 38) of the object (4) and the edge of the minimum distance from the transitions between the light and dark areas of Illumination pattern (26, 27, 33, 34), and by subtraction of the light and the dark image, an at least partially corrected layer image is generated.
6. Verfahren nach einem 1 bis 5, bei dem eine gerade Anzahl von Beleuchtungsmustern (26, 27; 33, 34) verwendet wird, und zunächst wenigstens teilweise falsch- lichtkorrigierte Bilder durch Bildung eines Differenzbildes aus erfaßten Bildern ermittelt werden, bei denen die jeweils verwendeten Beleuchtungsmuster (26, 27; 33, 34) zueinander komplementär sind, und aus den wenigstens teilweise falschlichtkorrigierten Bildern das Schichtbild ermittelt wird.6. Method according to one of claims 1 to 5, in which an even number of illumination patterns (26, 27, 33, 34) is used, and first at least partially false-light-corrected images are determined by forming a difference image from acquired images in which the respective used illumination patterns (26, 27; 33, 34) are complementary to each other, and from the at least partially false-corrected images, the layer image is determined.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Beleuchtungsmuster (26, 27; 33, 34) durch ein Grundmuster gegeben, das relativ zu dem Objekt (4) jeweils unterschiedlich versetzt ist.A method according to any one of the preceding claims, wherein the illumination patterns (26, 27, 33, 34) are given by a basic pattern which is offset differently relative to the object (4).
8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem als Grundmuster ein periodisches Grundmuster verwendet, wobei die versetzten Grundmuster durch Verschiebung des Grundmusters relativ zu dem Objekt (4) erhältlich sind.8. The method according to claim 7, wherein the basic pattern used is a periodic basic pattern, wherein the offset basic patterns can be obtained by shifting the basic pattern relative to the object (4).
9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem der Betrag der Verschiebung oder Verschiebungen und die Anzahl der Verschiebungen und damit der Beleuchtungsmuster (26, 27; 33, 34) so gewählt werden, daß eine Tiefenresponse- Funktion im Bereich einer Fokusebene, in die die Beleuchtungsmuster (26, 27; 33, 34) fokussiert sind, ein Plateau aufweist.9. The method of claim 8, wherein the amount of displacement or shifts and the number of shifts and thus the illumination patterns (26, 27, 33, 34) are selected so that a Tiefenresponse- function in the region of a focal plane, in which the Illuminated pattern (26, 27, 33, 34) are focused, has a plateau.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, bei dem das Objekt (4) gegenüber dem Grundmuster (26, 27) verschoben wird.10. The method according to any one of claims 7 to 9, wherein the object (4) relative to the basic pattern (26, 27) is moved.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, bei dem das Grundmuster (26, 27; 33, 34) mittels einer mechanischen Vorrichtung (15, 9; 15, 16; 15, 31) verschoben wird.11. The method according to any one of claims 7 to 10, wherein the basic pattern (26, 27, 33, 34) by means of a mechanical device (15, 9, 15, 16, 15, 31) is moved.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem eine elektrisch steuerbare Modulationseinheit (45) für Licht so angesteuert wird, daß die Beleuchtungsmuster (26, 27; 33, 34) erzeugt werden.12. The method according to any one of claims 1 to 11, wherein an electrically controllable modulation unit (45) for Light is controlled so that the illumination patterns (26, 27, 33, 34) are generated.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11 oder nach einem der Ansprüche 7 bis 11 und Anspruch 12, bei dem als Grundmuster ein periodisches Streifenmuster mit Periode p verwendet wird, dessen sich periodisch abwechselnde Hell- und Dunkelstreifen gleich breit sind und aus dem die anderen Beleuchtungsmuster (26, 27; 33, 34) durch Verschiebung das m/n-fache der Periode p quer zur Längsrichtung der Streifen erzeugbar sind, wobei 0<m<n ist.13. The method according to any one of claims 7 to 11 or any one of claims 7 to 11 and claim 12, wherein the basic pattern is a periodic stripe pattern with period p is used, the periodically alternating light and dark stripes are the same width and from the other illumination patterns (26, 27, 33, 34) can be generated by shifting m / n times the period p transverse to the longitudinal direction of the strips, where 0 <m <n.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11 oder nach einem der Ansprüche 7 bis 11 und Anspruch 12, bei dem Beleuchtungsmuster (33, 34) mit jeweils einer in zwei Richtungen periodischen Anordnung von Hell- und Dunkelbereichen (33, 34) verwendet werden, wobei die Anordnungen in wenigstens einer der Richtungen gegeneinander versetzt sind.14. The method according to any one of claims 7 to 11 or any one of claims 7 to 11 and claim 12, wherein the illumination pattern (33, 34) each having a two-directional periodic arrangement of light and dark areas (33, 34) are used wherein the assemblies are offset from each other in at least one of the directions.
15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem Hell- und/oder Dunkelbilder niederfrequent gefiltert werden.15. The method according to any one of the preceding claims, in which light and / or dark images are filtered low frequency.
16. Vorrichtung zur Erzeugung eines Bildes einer Schicht eines Objekts (4), mit einer Beleuchtungseinrichtung (1) zur fokussierten Beleuchtung des Objekts (4) in einer Objektebene (3), einer Einrichtung (2; 28; 45) zur Erzeugung wenigstens zweier vorgegebener Beleuchtungsmuster (26, 27; 33, 34) zur Beleuchtung des Objekts (4) in der Objektebene (3) mit einem im. Strahlengang nach der Beleuchtungs- einrichtung (1) angeordneten als strukturierte Blende wirkenden Element, wobei die Beleuchtungsmuster (26, 27; 33, 34) jeweils Dunkelbereiche (27; 34) und Hellbereiche (26; 33) aufweisen, von denen die Hellbereiche und/oder die Dunkelbereiche bei Überlagerung der Beleuchtungsmuster (26, 27; 33, 34) das Objekt (4) vollständig überdecken, einer, vorzugsweise als Weitfeldoptik ausgebildeten Abbildungsoptik (5) zur Abbildung der Objektebene (3) auf eine Bildebene (B) , einem in der Bildebene (B) angeordneten ortsauflösenden Detektor (6) zur Detektion der von dem Objekt (4) ausgehenden optischen Strahlung, und einer Auswerteeinrichtung (7, 46) zur Auswertung von Detektionssignalen des Detektors (6), die dazu ausgebildet ist, auf der Basis der Detektionssignale Bilder zu erfassen und die der Bilderfassung folgenden Schritte eines Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche auszuführen und insbesondere aus den erfaßten Bildern ein Schichtbild zu ermitteln, das Teilsegmente umfaßt, die jeweils einen Teilbereich des Objekts (4) wiedergeben, der so innerhalb eines Hellbereichs eines der verwendeten Beleuchtungsmuster (26, 27; 33, 34) liegt, daß dessen Ränder von den Rändern des Hellbereichs um wenigstens einen vorgegebenen Mindestabstand beabstandet sind, und die jeweils unter wenigstens teilweiser Falschlichtkorrektur unter Verwendung von wenigstens zwei Bildern ermittelt sind, die bei jeweils verschiedenen Beleuchtungsmustern (26, 27; 33, 34) erfaßt wurden, in denen der dem jeweiligen Teilsegment entsprechende Teilbereich ganz innerhalb eines Hellbereichs eines ersten der verschiedenen Beleuchtungsmuster (26, 27; 33, 34) bzw. ganz innerhalb eines Dunkelbereichs eines zweiten der verschiedenen Beleuchtungsmuster (26, 27; 33, 34) liegt.16. A device for producing an image of a layer of an object (4), comprising an illumination device (1) for focused illumination of the object (4) in an object plane (3), a device (2; 28; 45) for generating at least two predetermined ones Illumination pattern (26, 27, 33, 34) for illuminating the object (4) in the object plane (3) with an im. Beam path after the illumination Device (1) arranged as a structured aperture acting element, wherein the illumination patterns (26, 27, 33, 34) respectively dark areas (27; 34) and light areas (26; 33), of which the light areas and / or the dark areas when superimposed the illumination pattern (26, 27, 33, 34) completely covers the object (4), an imaging optics (5), preferably designed as a wide field optic, for imaging the object plane (3) on an image plane (B), one in the image plane (B) arranged spatially resolving detector (6) for detecting the optical radiation emitted by the object (4), and an evaluation device (7, 46) for evaluating detection signals of the detector (6), which is adapted to capture images on the basis of the detection signals and to carry out the steps of a method according to one of the preceding claims following the image acquisition, and in particular to determine from the acquired images a slice image comprising sub-segments t, each of which reproduces a partial region of the object (4) which is thus located within a bright region of one of the illumination patterns (26, 27; 33, 34), the edges of which are spaced from the edges of the bright region by at least a predetermined minimum distance and which are each determined by at least partially straightening correction using at least two images which are respectively different for each illumination pattern (26, 27; 34), in which the partial area corresponding to the respective sub-segment is completely within a bright area of a first of the different illumination patterns (26, 27, 33, 34) or entirely within a dark area of a second of the different illumination patterns (26, 27, 33, 34).
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, die so ausgebildet ist, daß die Teilsegmente lückenlos aneinander anschließen oder sich überlappen.17. The apparatus of claim 16, which is formed so that the subsegments join each other gapless or overlap.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, die so ausgebildet ist, daß die Teilsegmente sich weniger als 10% der minimalen Ausdehnung überlappen.18. The apparatus of claim 17, which is formed so that the sub-segments overlap less than 10% of the minimum extent.
19. Vorrichtung nach Anspruch 16 oder 17, die so ausgebildet ist, daß die Mindestabstände größer als 1/5 des geringsten Abstands benachbarter Grenzen eines Helloder Dunkelbereichs sind.A device according to claim 16 or 17, arranged such that the minimum distances are greater than 1/5 of the minimum distance of adjacent boundaries of a Hello dark area.
20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 19, bei der die Auswerteeinrichtung dazu ausgebildet ist, zur Ermittlung des Schichtbildes zunächst aus den erfaßten Bildern ein Hell- und ein Dunkelbild zu bilden, wobei jeweils Bereiche des Objekts (4) wiedergebende Teilsegmente der erfaßten Bilder verwendet werden, die in einem Hell- bzw. Dunkelbereich eines bei der Erfassung des jeweiligen Bildes verwendeten Beleuchtungsmusters (26, 27; 33, 34) liegenden Bereich des Objekts (4) wiedergeben und deren Rand den Mindestabstand von den Übergängen zwischen den Hell- und Dunkelbereichen des Beleuchtungsmusters (26, 27; 33, 34) aufweist, und durch Differenzbildung aus dem Hell- und dem Dunkelbild ein wenigstens teilweise korrigiertes Schichtbild zu erzeugen.20. Device according to one of claims 16 to 19, wherein the evaluation device is adapted to first form from the captured images a light and a dark image to determine the layer image, wherein each region of the object (4) reproducing sub-segments of the captured images are used, which in a light and dark area of an illumination pattern used in the detection of the respective image (26, 27, 33, 34) lying area of the object (4) and whose edge the minimum distance from the transitions between the light and Dark areas of the illumination pattern (26, 27, 33, 34), and by subtracting the light and the dark image to produce an at least partially corrected layer image.
21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 19, die so ausgebildet ist, daß eine gerade Anzahl von Beleuchtungsmustern (26, 27; 33, 34) verwendet wird, und bei der die Auswerteeinrichtung dazu ausgebildet ist, zunächst wenigstens teilweise falschlichtkorrigierte Bilder durch Bildung eines Differenzbildes aus erfaßten Bildern zu ermitteln, bei denen die jeweils verwendeten Beleuchtungsmuster (26, 27; 33, 34) zueinander komplementär sind, und aus den wenigstens teilweise falschlichtkorrigierten Bildern das Schichtbild zu ermitteln.21. Device according to one of claims 16 to 19, the like is formed so that an even number of illumination patterns (26, 27, 33, 34) is used, and in which the evaluation device is adapted to first at least partially false-corrected images by forming a difference image of detected images to determine in which each used Illumination patterns (26, 27, 33, 34) are complementary to each other, and to determine from the at least partially false-corrected images, the slice image.
22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 21, die so ausgebildet ist, daß die Beleuchtungsmuster (26, 27; 33, 34) durch ein Grundmuster gegeben sind, das relativ zu dem Objekt (4) jeweils unterschiedlich versetzt ist.22. Device according to one of claims 16 to 21, which is formed so that the illumination patterns (26, 27, 33, 34) are given by a basic pattern which is offset differently relative to the object (4).
23. Vorrichtung nach Anspruch 22, die so ausgebildet ist, daß das Grundmuster ein periodisches Grundmuster ist, wobei die versetzten Grundmuster durch Verschiebung des Grundmusters erhältlich sind.23. The apparatus of claim 22, which is formed so that the basic pattern is a periodic basic pattern, the staggered basic patterns are available by shifting the basic pattern.
24. Vorrichtung nach Anspruch 23, die so ausgebildet ist, daß er Betrag der Verschiebung oder Verschiebungen und die Anzahl der Verschiebungen und damit der Beleuchtungsmuster (26, 27; 33, 34) so gewählt sind, daß eine Tiefenresponse-Funktion im Bereich einer Fokusebene, in die die Beleuchtungsmuster (26, 27; 33, 34) fokus- siert sind, ein Plateau aufweist.24. Device according to claim 23, which is designed so that the amount of the displacement or displacements and the number of displacements and thus the illumination patterns (26, 27, 33, 34) are selected such that a depth response function in the region of a focal plane into which the illumination patterns (26, 27, 33, 34) are focused has a plateau.
25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 24, bei der ein Antrieb (16; 31), mit dem das Objekt (4) oder ein Träger für das Objekt (4) bewegbar ist, von der Auswerteeinrichtung (7) so steuerbar ist, daß auf dem mit dem Träger bewegten Objekt (4) ein von dem als strukturierte Blende wirkenden Element erzeugtes Grundmuster (26, 27; 33, 34) ein Beleuchtungsmuster (26, 27; 33, 34) abbildet, und mittels der Auswerteeinrichtung (7, 46) Bilder des Detektors (6) nach jeder Änderung der Lage des Objekts (4) automatisch erfaßbar sind.25. Device according to one of claims 16 to 24, wherein a drive (16; 31), with which the object (4) or a support for the object (4) is movable, of the Evaluation device (7) is controllable such that on the object (4) moved with the carrier, a basic pattern (26, 27, 33, 34) generated by the element acting as a structured diaphragm images an illumination pattern (26, 27; 33, 34) , and by means of the evaluation device (7, 46) images of the detector (6) are automatically detected after each change in the position of the object (4).
26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 25, bei der~ ein Antrieb (16; 31), mit dem das Objekt (4) oder ein Träger für das Objekt (4) bewegbar ist, von der Auswerteeinrichtung (7) so steuerbar ist, daß auf dem mit dem Träger bewegten Objekt (4) ein von dem als strukturierte Blende wirkenden Element erzeugtes Grundmuster (26, 27; 33, 34) ein Beleuchtungsmuster (26, 27; 33, 34) abbildet, und mittels der Auswerteeinrichtung (7, 46) Bilder des Detektors (6) nach jeder Änderung der Lage des Objekts (4) automatisch erfaßbar sind.26. Device according to one of claims 16 to 25, wherein ~ a drive (16; 31), with which the object (4) or a support for the object (4) is movable, from the evaluation device (7) is controllable in that a basic pattern (26, 27, 33, 34) generated by the element acting as a structured diaphragm is imaged on the object (4) moving with the support, and forms an illumination pattern (26, 27, 33, 34), and by means of the evaluation device (7 , 46) images of the detector (6) are automatically detectable after each change in the position of the object (4).
27. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 26, bei der das als strukturierte Blende wirkende Element eine Feldblende (15) ist und zur Erzeugung der mindestens zwei Beleuchtungsstrukturen hinter der Feldblende (15) ein bewegliches, lichtablenkendes Element (30) angeordnet ist.27. Device according to one of claims 16 to 26, wherein the element acting as a structured aperture is a field stop (15) and for generating the at least two illumination structures behind the field stop (15), a movable, light-deflecting element (30) is arranged.
28. Vorrichtung nach Anspruch 27 ,bei der die Feldblende (15) eine streifenförmige Struktur aus einander abwechselnden transparenten und opaken Bereichen aufweist. 28. The apparatus of claim 27, wherein the field stop (15) has a strip-shaped structure of alternating transparent and opaque areas.
29. Vorrichtung nach Anspruch 27, bei der die Feldblende29. The apparatus of claim 27, wherein the field stop
(15) eine in zwei Richtungen periodische Anordnung von transparenten und opaken Bereichen aufweist, wobei die opaken Bereiche aneinander angrenzen.(15) has a bi-directional array of transparent and opaque areas, the opaque areas being adjacent to each other.
30. Vorrichtung nach Anspruch 27, bei der das als Blende wirkende Element eine elektronisch ansteuerbare Modulationseinheit (45), insbesondere ein LCD oder ein DMD, ist.30. The apparatus of claim 27, wherein the element acting as a diaphragm is an electronically controllable modulation unit (45), in particular an LCD or a DMD.
31. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 30, bei der eine Beleuchtungsoptik (40) zur Abbildung des als Blende wirkenden Elements auf das Objekt (4) als eine Beleuchtungsoptik für eine Dunkelfeldbeleuchtung ausgebildet ist.31. Device according to one of claims 16 to 30, wherein an illumination optical system (40) for imaging the element acting as a diaphragm on the object (4) is designed as an illumination optical system for a dark field illumination.
32. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 31, bei der die Auswerteeinrichtung so ausgebildet ist, daß Hell- und/oder Dunkelbilder niederfrequent gefiltert werden. 32. Device according to one of claims 16 to 31, wherein the evaluation device is designed so that light and / or dark images are filtered low frequency.
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Families Citing this family (33)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8045181B2 (en) * 2009-05-21 2011-10-25 General Electric Company Inspection system and method with multi-image phase shift analysis
JP2011188218A (en) * 2010-03-08 2011-09-22 Toshiba Corp Display device
JP2011209019A (en) * 2010-03-29 2011-10-20 Sony Corp Robot device and method of controlling the same
JP5421207B2 (en) 2010-08-25 2014-02-19 株式会社東芝 Solid-state imaging device
JP5254291B2 (en) * 2010-09-07 2013-08-07 株式会社東芝 Solid-state imaging device
JP5127899B2 (en) 2010-09-14 2013-01-23 株式会社東芝 Solid-state imaging device
US9522396B2 (en) 2010-12-29 2016-12-20 S.D. Sight Diagnostics Ltd. Apparatus and method for automatic detection of pathogens
JP6033798B2 (en) * 2011-03-01 2016-11-30 ジーイー・ヘルスケア・バイオサイエンス・コーポレイション System and method for illumination phase control in fluorescence microscopy
DE102011053775A1 (en) 2011-09-20 2013-03-21 Carl Zeiss Ag Methods and apparatus for detecting tau protein deposits in the eye
DE102011114500B4 (en) * 2011-09-29 2022-05-05 Fei Company microscope device
BR112014016072B1 (en) 2011-12-29 2021-01-12 Sight Diagnostics Ltd. method and system for detecting a plasmodium infection in a blood sample
DE102012206319A1 (en) 2012-04-17 2013-10-17 Carl Zeiss Microscopy Gmbh Microscope and microscopy method
US20140146155A1 (en) * 2012-11-24 2014-05-29 Novarad Corporation Image Processing
EP2999988A4 (en) 2013-05-23 2017-01-11 S.D. Sight Diagnostics Ltd. Method and system for imaging a cell sample
EP2840353B1 (en) * 2013-06-21 2019-08-07 3Shape A/S Scanning apparatus with patterned probe light
IL227276A0 (en) 2013-07-01 2014-03-06 Parasight Ltd A method and system for preparing a monolayer of cells, particularly suitable for diagnosis
EP3039477B1 (en) 2013-08-26 2021-10-20 S.D. Sight Diagnostics Ltd. Digital microscopy systems, methods and computer program products
JP6327830B2 (en) * 2013-10-25 2018-05-23 株式会社キーエンス Microscope imaging apparatus, microscope imaging method, and microscope imaging program
DE102014204994A1 (en) * 2014-03-18 2015-09-24 Carl Zeiss Microscopy Gmbh Method for fluorescence microscopy of a sample
WO2016030897A1 (en) 2014-08-27 2016-03-03 S.D. Sight Diagnostics Ltd System and method for calculating focus variation for a digital microscope
DE102015208080A1 (en) * 2015-04-30 2016-11-03 Carl Zeiss Microscopy Gmbh Method for reflection correction of images and related devices
US10724861B2 (en) * 2015-08-03 2020-07-28 Commonwealth Scientific And Industrial Research Organisation Monitoring systems and methods
EP3350644B1 (en) 2015-09-17 2021-04-28 S.D. Sight Diagnostics Ltd. Methods and apparatus for detecting an entity in a bodily sample
US11733150B2 (en) 2016-03-30 2023-08-22 S.D. Sight Diagnostics Ltd. Distinguishing between blood sample components
EP3455610B1 (en) 2016-05-11 2023-01-04 S.D. Sight Diagnostics Ltd. Sample carrier for optical measurements
JP6942148B2 (en) 2016-05-11 2021-09-29 エス.ディー.サイト ダイアグノスティクス リミテッド Performing optical measurements on the sample
DE102016124408A1 (en) * 2016-12-14 2018-06-14 Lilas Gmbh Device for deflecting and / or modulating a laser radiation, in particular a plurality of laser beams
WO2018168137A1 (en) * 2017-03-16 2018-09-20 ソニー株式会社 Biological substance analysis method, biological substance analysis device, biological substance analysis program, and biological substance analysis system
DE102017107178B4 (en) * 2017-04-04 2019-01-17 Carl Zeiss Meditec Ag Microscope with apparatus for generating reflex-corrected images and reflex correction method for correcting digital microscopic images
DE102017108874A1 (en) * 2017-04-26 2018-10-31 Carl Zeiss Ag Material testing with structured lighting
AU2018369859B2 (en) 2017-11-14 2024-01-25 S.D. Sight Diagnostics Ltd Sample carrier for optical measurements
US11187658B2 (en) * 2019-06-20 2021-11-30 Cilag Gmbh International Fluorescence imaging with fixed pattern noise cancellation
DE102023102991B3 (en) 2023-02-08 2024-02-01 Till I.D. Gmbh Method for generating microscopic slice images of 3-dimensional fluorescent objects as well as device, computer program and computer-readable storage medium

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE9308486U1 (en) 1993-06-07 1993-07-15 Carl Zeiss Jena Gmbh, O-6900 Jena, De
DE4436500A1 (en) * 1993-10-26 1995-05-11 Zeiss Carl Jena Gmbh Optical projection grating
US5431308A (en) * 1994-07-18 1995-07-11 Tchen; Jian P. Apparatus for storing and dispensing fluids for use by an athlete
US5471308A (en) 1994-09-22 1995-11-28 Zeien; Robert Phase shifting device
DE69530367T2 (en) * 1995-03-06 2004-02-19 Perkin-Elmer Ltd., Beaconsfield Checking a microscope carrier
US5867604A (en) * 1995-08-03 1999-02-02 Ben-Levy; Meir Imaging measurement system
WO1998045745A1 (en) * 1997-04-04 1998-10-15 Isis Innovation Limited Microscopy imaging apparatus and method
US6219461B1 (en) * 1997-07-29 2001-04-17 Cognex Corporation Determining a depth
US6731390B2 (en) 1999-07-01 2004-05-04 Carl Zeiss Jena Gmbh Process and apparatus for determining surface information using a projected structure with a periodically changing brightness curve
DE19930816A1 (en) * 1999-07-01 2001-01-04 Zeiss Carl Jena Gmbh Determining surface information involves using CCD camera to acquire image of projected structure with periodically variably intensity characteristic shifted by fraction of grid constant
DE10038527A1 (en) 2000-08-08 2002-02-21 Zeiss Carl Jena Gmbh Arrangement to increase depth discrimination in optical imaging systems
DE10250568A1 (en) * 2002-10-28 2004-05-13 Carl Zeiss Jena Gmbh Procedures to improve the depth discrimination of optical imaging systems
JP2006113463A (en) * 2004-10-18 2006-04-27 Nikon Corp Grating illumination microscope
DE102004053730B4 (en) * 2004-11-06 2014-04-03 Carl Zeiss Jena Gmbh Method and arrangement for the suppression of false light

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO2008003419A2 *

Also Published As

Publication number Publication date
JP2009543101A (en) 2009-12-03
WO2008003419A3 (en) 2008-02-21
US8175353B2 (en) 2012-05-08
US20100066823A1 (en) 2010-03-18
WO2008003419A2 (en) 2008-01-10
JP5123296B2 (en) 2013-01-23
DE102006031177A1 (en) 2008-01-10

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