EP3959557A1 - Objektiv für ein mikroskop und verfahren zum korrigieren eines abbildungsfehlers eines mikroskops mit einem objektiv - Google Patents

Objektiv für ein mikroskop und verfahren zum korrigieren eines abbildungsfehlers eines mikroskops mit einem objektiv

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Publication number
EP3959557A1
EP3959557A1 EP19813412.4A EP19813412A EP3959557A1 EP 3959557 A1 EP3959557 A1 EP 3959557A1 EP 19813412 A EP19813412 A EP 19813412A EP 3959557 A1 EP3959557 A1 EP 3959557A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
lens
objective
correction means
microscope
imaging error
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.)
Pending
Application number
EP19813412.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Sebastian HITZLER
Jochen Sieper
Christian Schumann
Tobias Bauer
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.)
Leica Microsystems CMS GmbH
Original Assignee
Leica Microsystems CMS GmbH
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 Leica Microsystems CMS GmbH filed Critical Leica Microsystems CMS GmbH
Publication of EP3959557A1 publication Critical patent/EP3959557A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/0025—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for optical correction, e.g. distorsion, aberration
    • G02B27/0068—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for optical correction, e.g. distorsion, aberration having means for controlling the degree of correction, e.g. using phase modulators, movable elements
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B21/00—Microscopes
    • G02B21/02—Objectives
    • G02B21/025—Objectives with variable magnification
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B21/00—Microscopes
    • G02B21/34—Microscope slides, e.g. mounting specimens on microscope slides

Definitions

  • the invention relates to a lens for a microscope, with a correction means, which is adjustable for correcting an imaging error.
  • the invention further relates to a method for correcting an aberration of a microscope with an objective.
  • Lenses are known from the prior art which have a correction means in the form of a lens system for correction of the cover slip thickness.
  • the lens systems are motorized or manually adjustable.
  • Such an objective is disclosed, for example, in DE 10 2011 051 677 A1.
  • a disadvantage of known lenses is that due to manufacturing problems, the correction behavior, i.e. the influence of the correction means on an image taken with the lens of individual lenses can differ from one another.
  • the lens according to the invention for a microscope has a correction means that can be adjusted to correct an imaging error and a non-volatile memory module on which at least one mapping error to be corrected and stored for the lens is an individual manipulated variable by means of which the correction means can be adjusted.
  • an individual assignment for the lens for example in the form of a table or an assignment rule, is stored between the imaging error to be corrected and an actuating variable that is individual for the lens. Due to the individual assignment for the lens, the correction behavior of the individual lens is characterized independently of manufacturing tolerances. This allows an imaging error determined, for example, by the microscope to be corrected in a simple manner, objectively and thus reliably.
  • the correction means preferably comprises at least one lens which can be moved along the optical axis of the objective in order to correct imaging errors.
  • a lens or lens group that can be moved along the optical axis can be used to reliably correct spherical aberrations in a mechanically simple manner.
  • the objective comprises a control unit which is designed to receive the imaging error to be corrected from the microscope and to make an adjustment of the correction means on the basis of the manipulated variable assigned to the received imaging error.
  • the control unit can receive the imaging error to be corrected, for example in the form of coefficients of a series development according to orthogonal polynomials, in particular according to Zernike polynomials, of the wavefront error.
  • the correction means for correcting the received imaging error are set on the basis of the individual assignment for the objective between the received imaging error and the manipulated variable assigned to the received imaging error. Specifically, this can be done, for example, by reading the manipulated variable from a table stored on the memory chip or determining the manipulated variable from an assignment rule stored on the memory chip.
  • individual hysteresis information for the correction means is stored on the memory module, taking into account the fact that the correction means can be set.
  • a mechanical hysteresis of the correction means is a source of error in the adjustment of the correction means.
  • the hysteresis information stored on the memory module enables the control unit to carry out an objective-specific setting of the correction means, taking into account the mechanical hysteresis of the correction means.
  • the hysteresis information stored on the memory module may include an offset that must be added to or subtracted from the manipulated variable associated with the received imaging error in order to compensate for the mechanical hysteresis.
  • the hysteresis information may include instructions that the correction agent only exists in one certain way should be set. If the correction means is a lens or lens group, the hysteresis information can include, in particular, the instruction to approach the position of the lens or lens group associated with the manipulated variable only from one direction.
  • the objective is connected to the microscope via a bus system.
  • Communication between the objective and the microscope can take place via the bus system.
  • the connection to the bus system can take place, for example, via an external cable or via a suitable contacting of a mechanical connection surface between the microscope and the objective.
  • the bus system is designed such that a further manipulated variable predetermined by the microscope can be transmitted, on the basis of which the correction means can be set.
  • the microscope can hereby adjust the correction means via the bus system.
  • the bus system is preferably designed such that the imaging error associated with the transmitted manipulated variable can be transmitted from the objective to the microscope.
  • individual optical data are stored on the memory module for the lens.
  • the bus system is designed such that the optical data for determining the imaging error to be corrected can be read out by the microscope.
  • Optical data from the objective are required to determine the imaging error to be corrected by the microscope. In the preferred embodiment, these are stored on the memory module and can be read out by the microscope via the bus system.
  • the optical data can be, in particular, numerical aperture, magnification and / or color correction of the objective.
  • other data necessary for the operation of the microscope such as working distance, position of the exit pill, vignetting data, control data for autofocus or focus holding systems and / or the laser destruction thresholds, as well as the designation, order number and / or serial number, can also be stored on the memory module.
  • the lens preferably comprises a mechanical stop and / or a light barrier for detecting a value of the manipulated variable of the correction means.
  • the current value of the correcting variable of the correction means relative to the mechanical stop and / or the light barrier is detected by a suitable measuring system, preferably an encoder. In this way, for example, a deviation between an actual value and a target value of the manipulated variable can be detected.
  • Another aspect of the invention relates to a method for correcting an imaging error of a microscope with a lens, in which a correction means arranged in the lens is set to correct the imaging error.
  • a correction means arranged in the lens is set to correct the imaging error.
  • the lens at least one of the aberrations and for the objective individual manipulated variable of the correction means is stored, by means of which the correction means can be adjusted.
  • the at least one manipulated variable of the objective is determined individually on the basis of the objective and / or calculated from optical data of the objective.
  • the at least one manipulated variable of the lens can be determined in a final assembly step, preferably individually for the lens, for example by an interferometric method.
  • the imaging error to be corrected is determined by the microscope, the imaging error to be corrected is received by the microscope through the objective lens, and the correction means is set on the basis of the manipulated variable assigned to the received imaging error.
  • the imaging error to be corrected is preferably transmitted in the form of development coefficients of orthogonal polynomials, in particular Zernike polynomials. This is a particularly simple way of quantifying the aberration to be corrected.
  • a refractive index of a sample, an embedding medium, an immersion medium and / or that of a cover slip and / or the thickness of the cover slip along the optical axis of the lens and / or the position of the object plane relative to the position of the cover slip are preferably used to determine the aberration to be corrected certainly.
  • a measuring light beam is directed through the lens onto the cover slip, for example under oblique incidence.
  • two spatially separated reflection light bundles are generated.
  • the two reflection light beams are received by the lens and directed to a position-sensitive detector.
  • the thickness of the cover slip can be determined on the basis of the detected incidence locations of the two reflection bundles on the position-sensitive detector.
  • the refractive index of the embedding medium can be determined, for example, by also detecting the intensities of the two reflection light bundles using the position-sensitive detector.
  • the refractive index of the embedding medium can be determined on the basis of the detected intensities of the two reflection light bundles, since the intensities of the two reflection light bundles depend on the reflection and the transmission of the measurement light bundle at the two interfaces, which are caused by the cover glass and the embedding medium or the Immersion medium are defined.
  • the reflection and transmission processes, on which ultimately the intensities of the two spatially separated reflection light bundles are based, are thus essentially determined by the refractive indices of the cover glass 16 and of the bed medium and the immersion medium.
  • the objective is set to a first focal plane arranged in a sample perpendicular to the optical axis of the objective.
  • the correction means is set to a first value of the manipulated variable, in which the imaging error to be corrected is minimized when the lens is set to the first focal plane.
  • the objective is adjusted to a second focal plane arranged in the sample and different from the first focal plane perpendicular to the optical axis of the objective.
  • the correction means is set to a second value of the manipulated variable, in which the imaging error to be corrected is minimized when the lens is set to the second focus level.
  • a refractive index of the sample is determined on the basis of the first value of the manipulated variable and the second value of the manipulated variable.
  • the method allows the determination of the refractive index of the sample, which can serve as a basis for a correction, in particular induced imaging errors due to refractive index mismatch.
  • a first value of the aberration assigned to the first value of the manipulated variable and a second value of the aberration assigned to the second value of the manipulated variable are preferably read out from the lens by the microscope to determine the refractive index of the sample.
  • Figure 1 is a schematic representation of a microscope as an embodiment
  • Figure 2 is a perspective view of a lens that is part of the microscope of Figure 1;
  • Figure 3 shows another perspective view of the lens of Figure 2
  • FIG. 4 shows a schematic illustration of a bus system which connects a control unit of the microscope according to FIG. 1 and the objective according to FIGS. 2 and 3;
  • FIG. 5 is a flowchart showing an embodiment of a method for determining a refractive index using the microscope according to FIG. 1.
  • Figure 1 shows a microscope 10 as the first embodiment.
  • the microscope 10 has an objective 12 according to the invention, which is aimed at a cover glass 16.
  • the Ob- Lens 12 includes a correction means 14 which is adjustable for correcting an imaging error.
  • the lens 12 is described in more detail with reference to FIGS. 2 and 3.
  • the microscope 10 further includes a control unit 18 which is connected to the lens 12 via an external cable 20 and which controls the various lens components. The communication between the control unit 18 of the microscope 10 and the lens 12 takes place via a bus system 22, which is described in more detail with reference to FIG. 4.
  • FIG. 2 and FIG. 3 each show a perspective illustration of the objective 12.
  • the objective 12 comprises an objective body 24 and a structure 26 which is arranged laterally on the objective body 24.
  • the objective body 24 comprises objective optics and the correction means 14, which in the exemplary embodiment shown is designed as a correction lens that can be moved along the optical axis O of the objective.
  • the structure 26 comprises an actuator 28 for adjusting the correction means 14, which in the exemplary embodiment shown is designed as a motor.
  • the actuator 28 is controlled by an actuator driver 30 also arranged in the structure 26.
  • the structure 26 further comprises a non-volatile memory module 32, on which a manipulated variable which is associated with an imaging error to be corrected and which is individual for the objective 12 is stored, by means of which the correction means 14 can be set.
  • the assignment takes place in the form of a table in which a value of the manipulated variable is assigned to a value of the imaging error to be corrected, on the basis of which the correction means 14 can be set.
  • an assignment rule can be stored, for example, in the form of a function on the non-volatile memory module 32.
  • optical data of the objective 12, in particular the numerical aperture, the magnification and the color correction are also on the nonvolatile memory module 32. saved.
  • the working distance, the location of the exit pupil, vignetting data, control data for autofocus and focus holding systems and laser destruction thresholds, as well as the designation, the order number, protocols of the final acceptance and the serial number of the lens 12 are stored.
  • the structure 26 further comprises a further control unit 34, which is designed to receive the imaging error to be corrected from the control unit 18 of the microscope 10 shown in FIG. 1 and to make an adjustment of the correction means 14 by means of the actuator 28. This takes place on the basis of the association between the received imaging error and the manipulated variable stored on the non-volatile memory module 32.
  • the structure 26 has a socket 36 into which the ex-internal cable 20 can be inserted. As a result, communication can take place between the control unit 18 of the microscope 10 and the control unit 34 of the objective 12.
  • FIG. 4 shows a schematic illustration of a bus system 22, which connects the control unit 18 of the microscope 10 according to FIG. 1 and the objective 12 according to FIGS. 2 and 3.
  • the control unit 34 of the objective 12 is connected to the control unit 18 of the microscope 10 via the external cable 18.
  • the control unit 34 of the lens 12 has direct access to the non-volatile memory module 32 and the actuator driver 30.
  • the actuator driver 30 is connected to the actuator 28.
  • FIG. 5 shows a flowchart which shows an embodiment of a method for determining a refractive index by means of the microscope 10 according to FIG. 1.
  • a first step S1 the lens 12 is changed manually by an operator or automatically by the control unit 18 of the microscope 10 to a first one Sample arranged focal plane perpendicular to the optical axis 0 of the lens 12 is set.
  • a second step S2 the correction means 14 is set to a first value of the manipulated variable, at which the imaging error to be corrected is minimized when the lens 12 is set to the first focus plane.
  • This can be done, for example, by the operator evaluating an image recorded by the microscope 10, or by an automated method based on a digital evaluation of the image by the control unit 18 of the microscope 10.
  • contrast and sharpness criteria are known from the prior art.
  • a first value of the imaging error assigned to the first value of the manipulated variable is determined by the control unit 34 of the objective 12 by means of the assignment stored on the non-volatile memory module 32 and transmitted to the control unit 18 of the microscope 10.
  • a third step S3 the objective 12 is adjusted manually or automatically to a second focus plane, different from the first focus plane, arranged in a sample, perpendicular to the optical axis O of the objective 12.
  • a fourth step S3 the correction means 14 is set to a second value of the manipulated variable, at which the imaging error to be corrected is minimized when the lens 12 is set to the second focus level.
  • a second value of the imaging error assigned to the second value of the manipulated variable is determined by the control unit 34 of the objective 12 by means of the assignment stored on the non-volatile memory module 32 and transmitted to the control unit 18 of the microscope 10.
  • the control unit 18 of the microscope 10 determines the refractive index n Spc of the sample on the basis of the first value of the imaging error and the second value of the imaging error.
  • a global determination of the refractive index n Spc can then be carried out by averaging over the pupil.

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Abstract

Ein Objektiv für ein Mikroskop (10), mit einem Korrektionsmittel (14), das zum Korrigieren eines Abbildungsfehlers einstellbar ist, wobei das Objektiv (12) einen nichtflüchtigen Speicherbaustein (32) hat, auf dem wenigstens eine dem zu korrigierenden Abbildungsfehler zugeordnete und für das Objektiv (12) individuelle Stellgröße gespeichert ist, anhand derer das Korrektionsmittel (14) einstellbar ist. Verfahren zum Korrigieren eines Abbildungsfehlers eines Mikroskops (10) mit einem Objektiv (12), bei dem ein in dem Objektiv (12) angeordnetes Korrektionsmittel (14) zum Korrigieren des Abbildungsfehlers eingestellt wird, wobei in dem Objektiv (12) wenigstens eine dem Abbildungsfehler zugeordnete und für das Objektiv (12) individuelle Stellgröße des Korrektionsmittels (14) gespeichert wird, anhand derer das Korrektionsmittel (14) einstellbar ist.

Description

Objektiv für ein Mikroskop und Verfahren zum Korrigieren eines Abbildungsfehlers eines Mikroskops mit einem Objektiv
Die Erfindung betrifft ein Objektiv für ein Mikroskop, mit einem Korrektionsmittel, das zum Korrigieren eines Abbildungsfehlers einstellbar ist. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Korrigieren eines Abbildungsfehlers eines Mikroskops mit einem Objek tiv.
Aus dem Stand der Technik sind Objektive bekannt, die ein Korrektionsmittel in Form eines Linsensystems zur Deckglasdickenkorrektur hat. Die Linsensysteme sind motori siert oder manuell verstellbar. Ein solches Objektiv ist beispielsweise in DE 10 2011 051 677 Al offenbart. Nachteil bekannter Objektive ist, dass aufgrund von Fertigungstole ranzen das Korrektionsverhalten, d.h. der Einfluss des Korrektionsmittels auf eine mit dem Objektiv vorgenommene Abbildung, einzelner Objektive voneinander abweichen kann.
Es ist Aufgabe der Erfindung ein Objektiv für ein Mikroskop, mit einem Korrektionsmit tel, das zum Korrigieren eines Abbildungsfehlers einstellbar ist und ein Verfahren zum Korrigieren eines Abbildungsfehlers eines Mikroskops mit einem Objektiv anzugeben, die eine einfache und zuverlässige Korrektion von Abbildungsfehlern erlauben.
Diese Aufgabe wird durch ein Objektiv mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildun gen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
Das erfindungsgemäße Objektiv für ein Mikroskop hat ein Korrektionsmittel, das zum Korrigieren eines Abbildungsfehlers einstellbar ist und einen nichtflüchtigen Speicher baustein, auf dem wenigstens eine dem zu korrigierenden Abbildungsfehler zugeord nete und für das Objektiv individuelle Stellgröße gespeichert ist, anhand derer das Kor rektionsmittel einstellbar ist. Auf dem Speicherbaustein des erfindungsgemäßen Objektivs ist eine für das Objektiv individuelle Zuordnung, beispielsweise in Form einer Tabelle oder einer Zuordnungs vorschrift, zwischen dem zu korrigierenden Abbildungsfehler und einer für das Objek tiv individuellen Stellgröße gespeichert. Durch die für das Objektiv individuelle Zuord nung ist das Korrektionsverhalten des individuellen Objektivs unabhängig von Ferti gungstoleranzen charakterisiert. Dies erlaubt es, einen beispielsweise durch das Mikro skop bestimmten Abbildungsfehler in einfacher Weise objektivindividuell und damit zuverlässig zu korrigieren.
Vorzugsweise umfasst das Korrektionsmittel wenigstens eine Linse, die zur Korrektion von Abbildungsfehlern entlang der optischen Achse des Objektivs bewegbar ist. Durch eine entlang der optischen Achse bewegbaren Linse oder Linsengruppe lassen sich sphärische Abbildungsfehler in mechanisch einfacher Weise zuverlässig korrigieren.
In einer bevorzugten Weiterbildung umfasst das Objektiv eine Steuereinheit, die aus gebildet ist, von dem Mikroskop den zu korrigierenden Abbildungsfehler zu empfangen und eine Einstellung des Korrektionsmittels auf Grundlage der dem empfangenen Ab bildungsfehler zugeordneten Stellgröße vorzunehmen. Die Steuereinheit kann den zu korrigierenden Abbildungsfehler, beispielsweise in Form von Koeffizienten einer Rei henentwicklung nach orthogonalen Polynomen, insbesondere nach Zernike-Polyno- men, des Wellenfrontfehlers empfangen. Die Einstellung des Korrektionsmittels zur Korrektion des empfangenen Abbildungsfehlers erfolgt auf Grundlage der für das Ob jektiv individuellen Zuordnung zwischen dem empfangenen Abbildungsfehler und der dem empfangenen Abbildungsfehler zugeordneten Stellgröße. Konkret kann dies bei spielsweise durch Auslesen der Stellgröße aus einer auf dem Speicherbaustein gespei cherten Tabelle oder Ermitteln der Stellgröße aus einer auf dem Speicherbaustein ge speicherten Zuordnungsvorschrift erfolgen. Es ist vorteilhaft, wenn auf dem Speicherbaustein eine für das Objektiv individuelle Hystereseinformation des Korrektionsmittels gespeichert ist, unter Berücksichtigung derer das Korrektionsmittel einstellbar ist. Eine mechanische Hysterese des Korrekti onsmittels ist eine Fehlerquelle bei der Einstellung des Korrektionsmittels. Die auf dem Speicherbaustein gespeicherte Hystereseinformation ermöglicht der Steuereinheit, eine objektivindividuelle Einstellung des Korrektionsmittels unter Berücksichtigung der mechanischen Hysterese des Korrektionsmittels vorzunehmen. Beispielsweise kann die auf dem Speicherbaustein gespeicherte Hystereseinformation einen Offset umfasst, der zu der dem empfangenen Abbildungsfehler zugeordneten Stellgröße addiert oder von diesem abgezogen werden muss, um die mechanische Hysterese zu kompensie ren. Alternativ kann die Hystereseinformation Anweisungen umfassen, dass das Kor rektionsmittel nur in einer bestimmten Art und Weise eingestellt werden soll. Handelt es sich bei dem Korrektionsmittel um eine Linse oder Linsengruppe, kann die Hyste reseinformation insbesondere die Anweisung umfassen, die der Stellgröße zugeord nete Position der Linse bzw. Linsengruppe nur aus einer Richtung anzufahren.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Objektiv über ein Bussystem mit dem Mikroskop verbunden. Über das Bussystem kann eine Kommunikation zwischen dem Objektiv und dem Mikroskop stattfinden. Die Verbindung zum Bussystem kann bei spielsweise über ein externes Kabel oder über eine geeignete Kontaktierung einer me chanischen Anschlussfläche zwischen Mikroskop und Objektiv erfolgen.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist das Bussystem derart ausgebildet, dass eine weitere durch das Mikroskop vorgegebene Stellgröße übermittelbar ist, anhand derer das Korrektionsmittel einstellbar ist. Das Mikroskop kann hierdurch über das Bussys tem eine Einstellung des Korrektionsmittels vornehmen. Vorzugsweise ist das Bussys tem derart ausgebildet, dass der der übermittelten Stellgröße zugeordnete Abbil dungsfehler von dem Objektiv zu dem Mikroskop übermittelbar ist. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind auf dem Speicherbaustein für das Objektiv individuelle optische Daten gespeichert. Das Bussystem ist derart ausge bildet, dass die optischen Daten zur Bestimmung des zu korrigierenden Abbildungsfeh lers durch das Mikroskop auslesbar sind. Zur Bestimmung des zu korrigierenden Abbil dungsfehlers durch das Mikroskop werden optische Daten des Objektivs benötigt. In der bevorzugten Ausführungsform sind diese auf dem Speicherbaustein gespeichert und über das Bussystem durch das Mikroskop auslesbar. Bei den optischen Daten kann es sich insbesondere um numerische Apertur, Vergrößerung, und/oder Farbkorrektion des Objektivs handeln. Ferner können auf dem Speicherbaustein auch weitere für den Betrieb des Mikroskops notwendige Daten wie Arbeitsabstand, Lage der Austrittspu pille, Vignettierungsdaten, Steuerdaten für Autofokus- oder Fokushaltesysteme und/o der Laser-Zerstörschwellen sowie Bezeichnung, Bestellnummer und/oder Seriennum mer gespeichert sein.
Vorzugsweise umfasst das Objektiv einen mechanischen Anschlag und/oder eine Licht schranke zum Erfassen eines Wertes der Stellgröße des Korrektionsmittels. Der mo mentane Wert der Stellgröße des Korrektionsmittels relativ zu dem mechanischen An schlag und/oder der Lichtschranke wird durch ein geeignetes Messsystem, vorzugs weise einen Encoder, erfasst. Hierdurch kann beispielsweise eine Abweichung zwi schen einem Ist-Wert und einem Soll-Wert der Stellgröße erfasst werden.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Korrigieren eines Abbil dungsfehlers eines Mikroskops mit einem Objektiv, bei dem ein in dem Objektiv ange ordnetes Korrektionsmittel zum Korrigieren des Abbildungsfehlers eingestellt wird. In dem Objektiv wird wenigstens eine dem Abbildungsfehler zugeordnete und für das Ob jektiv individuelle Stellgröße des Korrektionsmittels gespeichert, anhand derer das Kor rektionsmittel einstellbar ist. In einer bevorzugten Ausführungsform wird die wenigstens eine Stellgröße des Objek tivs anhand des Objektivs individuell ermittelt und/oder aus optischen Daten des Ob jektivs errechnet. Beispielsweise kann die wenigstens eine Stellgröße des Objektivs in einem Endmontageschritt, vorzugweise für das Objektiv individuell, beispielsweise durch ein interferometrisches Verfahren, ermittelt werden.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform werden der zu korrigierende Abbil dungsfehler durch das Mikroskop bestimmt, der zu korrigierende Abbildungsfehler durch das Objektiv von dem Mikroskop empfangen und eine Einstellung des Korrekti onsmittels auf Grundlage der dem empfangenen Abbildungsfehler zugeordneten Stell größe vorgenommen. Vorzugsweise wird der zu korrigierende Abbildungsfehler in Form von Entwicklungskoeffizienten orthogonaler Polynome, insbesondere Zernike- Polynome, übermittelt. Dies ist eine besondere einfache Art und Weise, den zu korri gierenden Abbildungsfehler zu quantifizieren.
Vorzugsweise werden zur Bestimmung des zu korrigierenden Abbildungsfehlers ein Brechungsindex einer Probe, eines Einbettmediums, eines Immersionsmediums und/o der eines Deckglases und/oder die Dicke des Deckglases entlang der optischen Achse des Objektivs und/oder die Position der Objektebene relativ zur Position des Deckgla ses bestimmt.
Zur Bestimmung der Dicke eines Deckglases wird beispielsweise unter schrägen Einfall ein Messlichtbündel durch das Objektiv auf das Deckglas gelenkt. Durch Teilreflexionen des Messlichtbündels an einer ersten durch das Deckglas und des Immersionsmedium gebildeten optischen Grenzfläche und an einer zweiten durch das Deckglas und das Einbettmedium gebildeten optischen Grenzfläche werden zwei räumlich getrennte Re flexionslichtbündel erzeugt. Die beiden Reflexionslichtbündel werden durch das Objek tiv empfangen und auf einen positionssensitiven Detektor gelenkt. Auf Grundlage der erfassten Einfallsorte der beiden Reflexionsbündel auf dem positionssensitiven Detek tor kann die Dicke des Deckglases ermittelt werden. Eine Bestimmung des Brechungsindex des Einbettmediums kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass auch die Intensitäten der beiden Reflexionslichtbündel mittels des positionssensitiven Detektors erfasst werden. Auf Grundlage der erfassten Intensi täten der beiden Reflexionslichtbündel kann der Brechungsindex des Einbettmediums ermittelt werden, da die Intensitäten der beiden Reflexionslichtbündel von der Refle xion und der Transmission des Messlichtbündels an den beiden Grenzflächen abhän- gen, die durch das Deckglas und das Einbettmedium bzw. das Immersionsmedium defi niert sind. Die Reflexions- und Transmissionsvorgänge, auf denen letztlich die Intensi täten der beiden räumlich voneinander getrennten Reflexionslichtbündel beruhen, werden somit wesentlich durch die Brechungsindizes des Deckglases 16 sowie des Ein bettmediums und des Immersionsmediums bestimmt.
In einer alternativen Ausführungsform erfolgt ein Einstellen des Objektivs auf eine erste in einer Probe angeordnete Fokusebene senkrecht zur optischen Achse des Ob jektivs. Es erfolgt ein Einstellen des Korrektionsmittels auf einen ersten Wert der Stell größe, bei dem der zu korrigierende Abbildungsfehler bei Einstellen des Objektivs auf die erste Fokusebene minimiert wird. Es erfolgt ein Einstellen des Objektivs auf eine zweite in der Probe angeordnete und von der ersten Fokusebene verschiedene Fokus ebene senkrecht zur optischen Achse des Objektivs. Es erfolgt ein Einstellen des Kor rektionsmittels auf einen zweiten Wert der Stellgröße, bei dem der zu korrigierende Abbildungsfehler bei Einstellung des Objektivs auf die zweite Fokusebene minimiert wird. Es erfolgt ein Ermitteln eines Brechungsindex der Probe auf Grundlage des ersten Wertes der Stellgröße und des zweiten Wertes der Stellgröße. In dieser Ausführungs form erlaubt das Verfahren die Bestimmung des Brechungsindex der Probe, die als Grundlage für eine Korrektion insbesondere durch Brechungsindexfehlanpassung indu zierter Abbildungsfehler dienen kann. In der oben genannten alternativen Ausführungsform werden vorzugsweise zum Er mitteln des Brechungsindex der Probe ein dem ersten Wert der Stellgröße zugeordne ter erster Wert des Abbildungsfehlers und ein dem zweiten Wert der Stellgröße zuge ordneter zweiter Wert des Abbildungsfehlers durch das Mikroskop aus dem Objektiv ausgelesen.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Be schreibung, die die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den beigefügten Figuren näher erläutert.
Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines Mikroskops als Ausführungsbeispiel;
Figur 2 eine perspektivische Darstellung eines Objektivs, das Teil des Mikroskops nach Figur 1 ist;
Figur 3 eine weitere perspektivische Darstellung des Objektivs nach Figur 2;
Figur 4 eine schematische Darstellung eines Bussystems, das eine Steuereinheit des Mikroskops nach Figur 1 und das Objektiv nach den Figuren 2 und 3 miteinander verbindet; und
Figur 5 ein Flussdiagramm, das eine Ausführungsform eines Verfahrens zur Bestim mung eines Brechungsindex mittels des Mikroskops nach Figur 1 zeigt.
Figur 1 zeigt ein Mikroskop 10 als erstes Ausführungsbeispiel. Das Mikroskop 10 weist ein erfindungsgemäßes Objektiv 12 auf, das auf ein Deckglas 16 gerichtet ist. Das Ob- jektiv 12 umfasst ein Korrektionsmittel 14, das zum Korrigieren eines Abbildungsfeh lers einstellbar. Das Objektiv 12 ist anhand der Figuren 2 und 3 noch näher beschrie ben. Das Mikroskop 10 umfasst ferner eine Steuereinheit 18, die über ein externes Ka bel 20 mit dem Objektiv 12 verbunden ist und welche die verschiedenen Objektivkom ponenten ansteuert. Die Kommunikation zwischen der Steuereinheit 18 des Mikro skops 10 und dem Objektivs 12 findet über ein Bussystem 22 statt, das anhand von Fi gur 4 näher beschrieben ist.
Figur 2 und Figur 3 zeigen jeweils eine perspektivische Darstellung des Objektivs 12.
Das Objektiv 12 umfasst einen Objektivkörper 24 und einen Aufbau 26, der seitlich an dem Objektivkörper 24 angeordnet ist.
Der Objektivkörper 24 umfasst eine Objektivoptik und das Korrektionsmittel 14, das in dem gezeigten Ausführungsbeispiel als Korrektionslinse ausgebildet ist, die entlang der optischen Achse O des Objektivs bewegbar ist.
Der Aufbau 26 umfasst einen Aktor 28 zum Verstellen des Korrektionsmittels 14, der im gezeigten Ausführungsbeispiel als ein Motor ausgebildet ist. Der Aktor 28 wird durch einen ebenfalls in dem Aufbau 26 angeordneten Aktortreiber 30 gesteuert.
Der Aufbau 26 umfasst ferner einen nichtflüchtigen Speicherbaustein 32, auf dem eine einem zu korrigierenden Abbildungsfehler zugeordnete und für das Objektiv 12 indivi duelle Stellgröße gespeichert ist, anhand derer das Korrektionsmittel 14 einstellbar ist. Die Zuordnung erfolgt in dem gezeigten Ausführungsbeispiel in Form einer Tabelle, in der jeweils einem Wert des zu korrigierenden Abbildungsfehlers ein Wert der Stell größe zugeordnet ist, anhand derer das Korrektionsmittel 14 einstellbar ist. Alternativ kann auf dem nichtflüchtigen Speicherbaustein 32 eine Zuordnungsvorschrift beispiels weise in Form einer Funktion gespeichert sein. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind auf dem nichtflüchtigen Speicherbaustein 32 auch optische Daten des Objektivs 12, insbesondere die numerische Apertur, die Vergrößerung und die Farbkorrektion, gespeichert. Ferner sind auf dem nichtflüchtigen Speicherbaustein 32 der Arbeitsab stand, die Lage der Austrittspupille, Vignettierungsdaten, Steuerdaten für Autofokus- und Fokushaltesysteme und Laser-Zerstörschwellen sowie die Bezeichnung, die Be stellnummer, Protokolle der Endabnahme und die Seriennummer des Objektivs 12 ge speichert.
Wie in Figur 3 gezeigt, umfasst der Aufbau 26 ferner eine weitere Steuereinheit 34, die ausgebildet ist, von der in Figur 1 gezeigten Steuereinheit 18 des Mikroskops 10 den zu korrigierenden Abbildungsfehler zu empfangen und mittels des Aktors 28 eine Einstel lung des Korrektionsmittels 14 vorzunehmen. Diese erfolgt auf Grundlage der auf dem nichtflüchtigen Speicherbaustein 32 gespeicherten Zuordnung zwischen dem empfan genen Abbildungsfehler und der Stellgröße.
Auf einer Außenseite weist der Aufbau 26 eine Steckerbuchse 36 auf, in die das ex terne Kabel 20 einsteckbar ist. Hierdurch kann eine Kommunikation zwischen der Steu ereinheit 18 des Mikroskops 10 und der Steuereinheit 34 des Objektivs 12 erfolgen.
Figur 4 zeigt eine schematische Darstellung eines Bussystems 22, das die Steuereinheit 18 des Mikroskops 10 nach Figur 1 und das Objektiv 12 nach den Figuren 2 und 3 mitei nander verbindet. Die Steuereinheit 34 des Objektivs 12 ist über das externe Kabel 18 mit der Steuereinheit 18 des Mikroskops 10 verbunden. Die Steuereinheit 34 des Ob jektivs 12 hat direkten Zugriff auf den nichtflüchtigen Speicherbaustein 32 und den Ak tortreiber 30. Der Aktortreiber 30 ist mit dem Aktor 28 verbunden.
Figur 5 zeigt ein Flussdiagramm, das eine Ausführungsform eines Verfahrens zur Be stimmung eines Brechungsindex mittels des Mikroskops 10 nach Figur 1 zeigt.
In einem ersten Schritt S1 wird das Objektiv 12 manuell durch eine Bedienperson oder automatisch durch die Steuereinheit 18 des Mikroskops 10 auf eine erste in einer Probe angeordnete Fokusebene senkrecht zur optischen Achse 0 des Objektivs 12 ein gestellt.
In einem zweiten Schritt S2 wird das Korrektionsmittel 14 auf einen ersten Wert der Stellgröße eingestellt, bei dem der zu korrigierende Abbildungsfehler bei Einstellen des Objektivs 12 auf die erste Fokusebene minimiert wird. Dies kann beispielsweise durch Bewertung eines durch das Mikroskop 10 aufgenommen Bildes durch die Bedienper son, oder durch ein automatisiertes Verfahren basierend auf einer digitalen Auswer tung des Bildes durch die Steuereinheit 18 des Mikroskops 10 erfolgen. Hierzu sind aus dem Stand der Technik Kontrast- und Schärfekriterien bekannt.
Es wird ein dem ersten Wert der Stellgröße zugeordneter erster Wert des Abbildungs fehlers durch die Steuereinheit 34 des Objektivs 12 mittels der auf dem nichtflüchtigen Speicherbaustein 32 gespeicherten Zuordnung ermittelt und an die Steuereinheit 18 des Mikroskops 10 übermittelt.
In einem dritten Schritt S3 wird das Objektiv 12 manuell oder automatisch auf eine zweite von der ersten Fokusebene verschiedene in einer Probe angeordnete Fokus ebene senkrecht zur optischen Achse O des Objektivs 12 eingestellt.
In einem vierten Schritt S3 wird das Korrektionsmittel 14 auf einen zweiten Wert der Stellgröße eingestellt, bei dem der zu korrigierende Abbildungsfehler bei Einstellen des Objektivs 12 auf die zweite Fokusebene minimiert wird.
Es wird ein dem zweiten Wert der Stellgröße zugeordneter zweiter Wert des Abbil dungsfehlers durch die Steuereinheit 34 des Objektivs 12 mittels der auf dem nicht flüchtigen Speicherbaustein 32 gespeicherten Zuordnung ermittelt und an die Steuer einheit 18 des Mikroskops 10 übermittelt. In einem fünften Schritt S5 wird durch die Steuereinheit 18 des Mikroskops 10 auf Grundlage des ersten Wertes des Abbildungsfehlers und des zweiten Wertes des Abbil dungsfehlers Brechungsindex nSpc der Probe ermittelt.
Ein durch Brechungsindexfehlanpassung induzierter Abbildungsfehler lässt sich schrei ben als dabei sind Dz der mechanische Abstand zwischen dem Objektiv und der Fokusebene, auf die das Objektiv fokussiert ist, r die radiale Koordinate auf dem zum Einheitskreis normierten Austrittspupille des Objektivs 12, nSpcder Brechungsindex der Probe, nImrn der Brechungsindex des Immersionsmediums und NA die numerische Apertur des Ob jektivs 12. Sind der erste Wert ^(r) und des zweite Wert y2 (r) des Abbildungsfeh lers in der durch Gleichung (1) angegebenen Art bekannt, lässt sich für jeden Punkt r auf der Pupille des Objektivs 12 des der Brechungsindex nSpc der Probe ermitteln als
Eine globale Bestimmung des Brechungsindex nSpc kann dann durch eine Mittelung über die Pupille erfolgen.
Bezugszeichenliste
10 Mikroskop
12 Objektiv
14 Korrektionsmittel
16 Deckglas
18 Steuereinheit
20 Kabel
22 Bussystem
24 Objektivkörper
26 Aufbau
28 Aktor
30 Aktortreiber
32 Speicherbaustein
34 Steuereinheit
36 Steckerbuchse
0 Achse
S1 bis S5 Verfahrensschritte

Claims

Ansprüche
1. Objektiv für ein Mikroskop (10), mit
einem Korrektionsmittel (14), das zum Korrigieren eines Abbildungsfehlers ein stellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass
das Objektiv (12) einen nichtflüchtigen Speicherbaustein (32) hat, auf dem we nigstens eine dem zu korrigierenden Abbildungsfehler zugeordnete und für das Objektiv (12) individuelle Stellgröße gespeichert ist, anhand derer das Korrekti onsmittel (14) einstellbar ist.
2. Objektiv nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Steuereinheit (18), die ausgebildet ist, von dem Mikroskop (10) den zu korrigierenden Abbildungsfeh ler zu empfangen und eine Einstellung des Korrektionsmittels (14) auf Grund lage der dem empfangenen Abbildungsfehler zugeordneten Stellgröße vorzu nehmen.
3. Objektiv nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Spei cherbaustein (32) eine für das Objektiv (12) individuelle Hystereseinformation des Korrektionsmittels (14) gespeichert ist, unter Berücksichtigung derer das Korrektionsmittel (14) einstellbar ist.
4. Objektiv nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Korrektionsmittel (14) wenigstens eine Linse umfasst, die zur Korrektion von Abbildungsfehlern entlang der optischen Achse (O) des Objektivs (12) beweg bar ist.
5. Objektiv nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Objektiv (12) über ein Bussystem (22) mit dem Mikroskop (10) verbunden ist.
6. Objektiv nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Bussystem (22) derart ausgebildet ist, dass mindestens eine weitere durch das Mikroskop (10) vorgegebene Stellgröße übermittelbar ist, anhand derer das Korrektionsmittel (14) einstellbar ist.
7. Objektiv nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Spei cherbaustein (32) für das Objektiv (12) individuelle optische Daten gespeichert sind und das Bussystem (2) derart ausgebildet ist, dass die optischen Daten zur Bestimmung des zu korrigierenden Abbildungsfehlers durch das Mikroskop (10) auslesbar sind.
8. Objektiv nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch einen me chanischen Anschlag und/oder eine Lichtschranke zum Erfassen eines Wertes der Stellgröße des Korrektionsmittels (14).
9. Verfahren zum Korrigieren eines Abbildungsfehlers eines Mikroskops (10) mit einem Objektiv (12), bei dem
ein in dem Objektiv (12) angeordnetes Korrektionsmittel (14) zum Korrigieren des Abbildungsfehlers eingestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Objektiv (12) wenigstens eine dem Abbildungsfehler zugeordnete und für das Objektiv (12) individuelle Stellgröße des Korrektionsmittels (14) gespei chert wird, anhand derer das Korrektionsmittel (14) einstellbar ist.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Stellgröße des Objektivs (12) anhand des Objektivs (12) individuell ermittelt und/oder aus optischen Daten des Objektivs (12) errechnet wird.
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Mikroskop (10) der zu korrigierende Abbildungsfehler bestimmt, durch das Ob- jektiv (12) der zu korrigierende Abbildungsfehler von dem Mikroskop (10) emp fangen und eine Einstellung des Korrektionsmittels (14) auf Grundlage der dem empfangenen Abbildungsfehler zugeordneten Stellgröße vorgenommen wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung des zu korrigierenden Abbildungsfehlers ein Brechungsindex einer Probe, eines Einbettmediums, eines Immersionsmediums und/oder eines Deckglases (16) und/oder die Dicke des Deckglases (16) entlang der optischen Achse (0) des Objektivs (12) und/oder die Position einer Objektebene relativ zur Position des Deckglases (16) bestimmt werden.
13. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
Einstellen des Objektivs (12) auf eine erste in einer Probe angeordnete Fokus ebene senkrecht zur optischen Achse (O) des Objektivs (12),
Einstellen des Korrektionsmittels (14) auf einen ersten Wert der Stellgröße, bei dem der zu korrigierende Abbildungsfehler bei Einstellen des Objektivs (12) auf die erste Fokusebene minimiert wird,
Einstellen des Objektivs (12) auf eine zweite in der Probe angeordnete und von der ersten Fokusebene verschiedene Fokusebene senkrecht zur optischen Achse (O) des Objektivs (12),
Einstellen des Korrektionsmittels (14) auf einen zweiten Wert der Stellgröße, bei dem der zu korrigierende Abbildungsfehler bei Einstellung des Objektivs (12) auf die zweite Fokusebene minimiert wird und
Ermitteln eines Brechungsindex der Probe auf Grundlage des ersten Wertes der Stellgröße und des zweiten Wertes der Stellgröße.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass zum Ermitteln des Brechungsindex der Probe ein dem ersten Wert der Stellgröße zugeordneter erster Wert des Abbildungsfehlers und ein dem zweiten Wert der Stellgröße zu geordneter zweiter Wert des Abbildungsfehlers durch das Mikroskop (10) aus dem Objektiv (12) ausgelesen werden.
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