JP2022508329A - 試料配置部上の位置を自動的に特定するための方法および対応する顕微鏡 - Google Patents

Abstract

本発明は、顕微鏡（１）の物体空間内における試料配置部（４０）上の複数の位置（Ｐ１～Ｐ８）を自動的に特定するための方法であって、顕微鏡（１）は、光軸（８）を定義する顕微鏡対物レンズ（１０）を含み、測定ビーム装置（１９）によって測定ビーム（３０）が生成されて、試料配置部（４０）に向けられ、試料配置部（４０）によって反射された測定ビーム（３２，３２’）が検出器（２８）によって検出されて、検出器（２８）によって出力信号が生成され、試料配置部（４０）は、光軸（８）に対して垂直な少なくとも１つの方向に変位され、変位に依存して、少なくとも１つの方向への変位中に生成された、検出器（２８）の出力信号を用いて、試料配置部上の複数の位置（Ｐ１～Ｐ８）が特定される、方法および対応する顕微鏡（１）に関する。

Description

本発明は、顕微鏡の物体空間内における試料配置部上の位置を自動的に特定するための方法および対応する顕微鏡に関する。とりわけ本発明は、とりわけ顕微鏡法における調節可能な保持装置において、試料支持体の空間的な位置を自動的に検出することに関する。

とりわけ生体試料を検査するために、従来技術から正立顕微鏡および倒立顕微鏡が公知である。これらの顕微鏡は、通常、ｘ－ｙ顕微鏡ステージを有し、ｘ－ｙ顕微鏡ステージは、顕微鏡対物レンズによって定義されるような顕微鏡の光軸に対して垂直な平面内において移動可能である。このｘ－ｙ顕微鏡ステージは、座標系を有し、この座標系にわたってそれぞれの任意の位置へと接近させることが可能である。このようにして、試料検査が実施されるべき所定の点へと接近させることが可能であり、かつ／または試料が視察または走査されるべき所定の領域を定義することが可能である。対応する点または領域は、通常、ユーザによって入力され、このために、顕微鏡画像の視認による視覚的な制御が実施されることが多い。物体支持体（英語の“slide（スライド）”）またはより一般的には試料支持体が、固定の位置をとっている公知の保持装置（ホルダ）が使用される場合には、位置への接近および／または領域の走査を自動的に実施することも可能である。

種々の試料支持体、特にスライド、ペトリ皿、マルチウェルプレート等を収容するための調節可能なフレームを有する保持装置として、ユニバーサルホルダが使用される場合には、ホルダの調節可能性に起因して、顕微鏡ステージの座標系と試料支持体の位置との間に固定の基準がもはや存在しないので、試料支持体上の定義された位置に接近させることができない。基準が欠如していることに起因して、ユーザは、試料支持体を所望の位置へと視覚的に移動させなければならない。このようなユーザによる手動の介入は、時間を浪費することが多く、面倒である場合がある。ユーザと試料支持体との間に視覚的なコンタクトが存在しないか、または制限されているような閉鎖されたシステムの場合には、そのような手動の位置決めは、さらに面倒になり、全く不可能ではないにしても誤差が発生し易くなる。

上記の背景を踏まえて、特定された位置に基づいて位置決めを実施することおよび／または後続する顕微鏡検査のための試料領域を指定することが可能となるように、試料配置部上の、例えば保持装置上および／または試料支持体上の位置を自動的に特定することが望まれている。

本発明は、独立請求項による、顕微鏡の物体空間内における試料配置部上の複数の位置を自動的に特定するための方法および対応する顕微鏡を提案する。有利な実施形態は、それぞれの従属請求項および以下の説明から明らかとなる。

本発明による方法は、顕微鏡の物体空間内における試料配置部上および／または試料配置部内の複数の位置を自動的に特定するために使用され、顕微鏡は、光軸を定義する顕微鏡対物レンズを含む。特定されるべき位置とは、とりわけ、試料配置部を形成する要素の境界点、すなわち例えば、所定の方向に関する要素の縁端点、開始点、または終了点である。このような位置を特定するために、顕微鏡の測定ビーム装置によって測定ビームが生成されて、試料配置部に向けられ、試料配置部によって反射された測定ビームが検出器によって検出されて、検出器によって出力信号が生成される。試料配置部は、光軸に対して垂直な少なくとも１つの方向に変位される。この変位に依存して、少なくとも１つの方向への変位中に生成された、検出器の出力信号を用いて、試料配置部上の複数の位置が特定される。

検出器によって生成された出力信号は、とりわけ少なくとも、試料配置部における高さ変化に関しても敏感である（以下では、「高さに敏感な検出器信号」とも呼ばれる）。したがって、試料配置部の複数の所定の要素が、それぞれ異なる高さを有する場合、すなわち光軸に対して平行なｚ方向において拡がりを有する場合には、試料配置部の変位中に測定ビームが、複数のそれぞれ異なる高さを有する要素において反射されると、検出器信号が変化する。代替的または追加的に、検出器信号は、試料配置部における材料変化に関して敏感であってもよい（以下では、「材料に敏感な検出器信号」とも呼ばれる）。この場合には、試料配置部の変位中に測定ビームが、複数のそれぞれ異なる材料を有する要素において反射されると、検出器信号が変化する。このことは、試料配置部の内部においてｚ方向の拡がりは変化しないが屈折率が変化する場合、例えばシリコーン等の中に埋め込まれた工業用試料の場合にも、とりわけ有利である。このようなケースでは、同じ屈折率または同じ反射率を有する試料領域を検出することが可能である。多くの場合、検出器信号は、高さおよび材料の両方に敏感であり、したがって、ｚ方向における拡がりおよび屈折率の両方に関する変化を検出することができる。

有利には、試料配置部上の複数の位置を特定するために、検出器によって生成された出力信号が、存在する信号エッジに関して評価される。信号エッジは、例えば、上述した高さおよび／または材料に敏感な検出器信号の場合には、原則として常に、試料配置部上の高さまたは材料のような入力変数が変位方向において変化したときに発生する。その場合、このような信号エッジ上の所定の点に、変位方向における対応する場所、ひいては、試料配置部上における対応する位置を対応付けることができる。

測定ビーム装置が、有向の測定ビームを生成し、この測定ビームが顕微鏡対物レンズを通って試料配置部に到達するように、この測定ビームを、偏向要素を介して光軸に対して平行に顕微鏡に入射させると、有利である。試料配置部で反射された後、反射された測定ビームは、好ましくは顕微鏡対物レンズを通って偏向要素に到達し、この偏向要素から検出器に到達し、好ましくは同じ１つの偏向要素である。

本発明に従って検査される試料配置部は、好適には、以下の要素、すなわち試料支持体のための保持装置であって、通常、ホルダまたは保持フレームと呼ばれる保持装置および／または試料支持体であって、この場合、物体支持体（英語の“slide”）、ガラス支持体、ペトリ皿（英語の“Petri dish”）、細胞培養システム（英語の“cell cultivation system”）、チャンバ物体支持体システム（英語の“chambered coverglass system”）、マルチウェルプレート（英語の“multiwell plate”）であり得る試料支持体および／またはチャンバカバーガラスシステム（英語の“chambered coverglass system”）を含む、カバーガラス、および／または試料のうちの１つまたは複数を含む。すなわち、試料配置部は、例えば、装填された物体支持体（スライド）を有するホルダまたは保持フレームであり得、物体支持体の上に薄い生体試料が被着されており、生体試料自体は、カバーガラスの下に位置する。もちろん、上記の要素のうちのいくつかが欠如していてもよい。そのような試料配置部において、本発明による方法によれば、試料配置部が１つの方向に変位されると、とりわけ、この方向におけるこれらの要素のそれぞれの境界点、すなわち、ホルダおよび／または物体支持体および／またはカバーガラスおよび／または場合により試料の開始点および終了点を特定することができる。さらに下の方で説明するオプションの実施形態では、試料および／または試料領域の境界点を、高信頼性に特定することも可能である。

有利には、本発明は、三角測量式オートフォーカス装置を用いて使用される。このような三角測量式オートフォーカス装置は、オートフォーカス測定ビームを生成し、このオートフォーカス測定ビームは、通常、顕微鏡対物レンズを通して試料領域に向けられ、試料領域で反射された測定ビームが、今度は、顕微鏡対物レンズを通してオートフォーカス検出器に供給される。この検出器は、出力信号を生成し、この出力信号は、顕微鏡対物レンズと試料領域との間の距離が変化すると変化し、したがってすなわち、上で定義した意味で高さに敏感である。このようなオートフォーカス装置は、通常、顕微鏡を用いた試料検査の前または最中に焦点を設定および／または保持するために使用される。

より良好に理解できるように、以下では一般性を制限することなく、本発明を、このような三角測量式オートフォーカス装置に関連してより詳細に説明することとする。このような三角測量式オートフォーカス装置自体は、例えば米国特許第５１３６１４９号明細書から公知であり、添付の図１に基づいてより詳細に説明する。図１は、そのようなオートフォーカス装置２の基本原理を説明しているに過ぎないことに留意されたい。例えば、本出願人の独国特許発明第１０２０１００３０４３０号明細書から、有利な発展形態が公知である。詳細、動作方式および構造に関して、上記の刊行物を明示的に参照されたい。図１に示されているように、オートフォーカス光源１９は、オートフォーカス測定ビーム３０が偏向されて顕微鏡対物レンズ１０を通過した後、物体平面１６に斜めにまたは傾斜して当たるように配置されている。位置感知式のオートフォーカス検出器２８は、さらに下の方で説明するように、入射したビーム３２の横方向のオフセットを検出する。オートフォーカス装置はさらに、対物レンズ１０を光軸８の方向（ｚ方向）に動かすためのモータ２７を含む。代替的または追加的に、物体平面１６を光軸８の方向に変位させてもよい。

図１のオートフォーカス装置２では、測定ビーム３０は、ビームスプリッタ２０によって点Ａにおいて対物レンズの方向に偏向され、偏向されたビーム３０は、対物レンズによって物体平面１６上の点Ｃに角度αで斜めにまたは傾斜して当たる。反射された測定ビーム３２は、今度は、対物レンズ１０を通ってビームスプリッタ２０に到達し、そこで点Ｂにおいて検出器２８へと偏向される。検出器２８の出力信号は、ビーム３２が当たる場所に依存しているので、これによって場所が特定される。

脱焦している場合、すなわち図１のこの例では、物体平面１６が平面１６’に変位している場合（または、結像されるべき点が平面１６から平面１６’に移行している場合）には、測定ビーム３０は、点Ｃに対して光軸８の方向に変位しているだけでなく光軸８に対して横方向または側方向にも変位している反射点Ｄにおいて、ようやく反射される。図１から見て取れるように、ビームスプリッタ２０の点Ｂ’に当たる対応する反射されたビーム３２’は、検出器２８の異なる場所に到達するので、焦点位置とは異なる信号を供給する。このようにして、脱焦の程度を測定することができ、オートフォーカス装置２によって制御されるモータ２７により対物レンズ１０を動かすことによって補償することができる。図１はさらに、顕微鏡１のチューブレンズ１２と画像平面１４とを示す。図１については、さらに下の方の図面の説明においてさらに解説されている。

したがって、オートフォーカス装置の検出器２８によって生成される出力信号は、顕微鏡対物レンズ１０と物体平面１６との間の距離と相関しており、したがって、上で定義した意味で「高さに敏感」である。本発明の有利な本実施形態は、試料配置部上の位置を特定するためにこのことを利用する。図１に示されている物体平面１６の代わりに、物体空間内に、ｚ方向において複数のそれぞれ異なる拡がり／高さを有する要素を有する試料配置部が存在する場合には、オートフォーカス装置の検出器２８は、ｚ方向におけるそれぞれの要素の拡がり／高さに応じて異なる出力信号を供給する。それと同時に、検出器信号は、通常、上で定義した意味で材料に敏感でもある。試料配置部が光軸８に対して垂直な方向に変位されると、生成された出力信号は、オートフォーカス装置によって見られるような、高さに敏感であって、かつ一般に材料に敏感でもあるプロファイルをもたらす。このプロファイルから、とりわけ、変位方向における試料配置部のそれぞれの要素の境界点または開始点および終了点を特定することが可能である。本発明は、場合によって存在するオートフォーカス装置を、焦点の設定または保持というオートフォーカス装置の本来の目的のために使用しているのではなく、試料配置部上の関心位置を特定するという全く異なる目的のために使用しているということを強調しておく。

換言すれば、顕微鏡の通常の動作時に所望の物体平面上に焦点を設定および／または保持するために使用される三角測量式オートフォーカス装置は、オートフォーカス装置の検出器によって生成された出力信号を相応に評価することにより、試料配置部上の位置を特定するために使用可能である。顕微鏡の通常の動作時には、これらの出力信号は、顕微鏡対物レンズと選択された基準物体平面との間の距離の変化を示し、これによってオートフォーカス装置は、距離の変化を補償するために、顕微鏡対物レンズおよび／または物体平面を相応に変位させる。これに対して、本発明の本実施形態では、高さおよび／または材料に敏感な、検出器によって生成される出力信号が、本来の顕微鏡動作の前に、所定の方向に変位された試料配置部上の所定の位置を特定するために使用される。このために例えば、試料配置部の変位中に生成された出力信号を記録し、その結果として生じたプロファイルを評価することができる。さらに下の方で説明するように、このプロファイルを、変位方向における試料配置部の高さ推移および／または材料推移と相関させることができる。

試料配置部を少なくとも１つの方向に変位させるために、有利には、顕微鏡のｘ－ｙ顕微鏡ステージが使用され、このｘ－ｙ顕微鏡ステージが、ｘ方向および／またはｙ方向に動かされる。例えば、試料配置部は、複数の異なるｙ座標においてそれぞれｘ方向に変位可能である。このようにして、ｘ方向に延在する複数のプロファイルを生成することができ、これらのプロファイルを組み合わせて２次元のプロファイルマップを生成することができる。

ｘ－ｙ顕微鏡ステージを使用する場合、試料配置部上において特定された位置に、当該顕微鏡ステージの所定のｘ－ｙ座標を対応付けることができる。このようにして後々の時点に、とりわけ顕微鏡検査中に、特定された位置に再び接近させることが可能となる。さらに、試料配置部上における特定された位置に基づいて、顕微鏡を用いた試料検査のための試料領域（「作業領域」とも呼ばれる）を指定することが有意義である。ホルダ、物体支持体、試料およびカバーガラスを含む、冒頭で挙げた試料配置部の場合には、カバーガラスの領域を、試料検査のための有意義な作業領域として定義することができる。このようにして、カバーガラスの外側にある領域を、試料検査から有意義に除外することができる。作業領域をカバーガラスの下に位置する試料に制限するためのさらなる手段については、さらに下の方で説明する。

試料配置部が既知である場合には、試料領域または作業領域を指定するために特定されるべき位置の数を、この既知の試料配置部の事前に保存された寸法または幾何形状を考慮することにより、既に低減することが有利である。データベース内において、一般的にはメモリから、ユーザは、例えば、試料支持体（スライドガラス、ペトリ皿、またはウェルプレート）を収容するために自分自身がどのような種類の保持フレームを使用するかを選択することができる。データベースは、試料収容部の固定軸を有する保持フレームの寸法を提供する。この情報により、試料支持体の可能な位置を有意義に制限することができる。その場合、本発明による方法は、好適には、使用されている試料支持体の境界点を特定するために、既に制限された領域の内部でのみ使用可能となる。

さらに有利な実施形態では、１つの方向への試料配置部の変位中に顕微鏡の光学評価装置により、輝度信号および／またはコントラスト信号が生成されて、評価される。とりわけこのために、１つの方向への試料配置部の変位中に顕微鏡の画像生成装置により、顕微鏡画像を記録することができ、記録された画像を輝度および／またはコントラストの変化に関して評価することができる。上述したプロファイルまたは上述したプロファイルマップの生成中に並行して、光学評価装置の対応する信号に基づいて、輝度値および／またはコントラスト値を記録することができるか、またはとりわけ、顕微鏡の画像生成装置、すなわち通常はカメラを用いて、画像を記録することができる。記録された信号または画像を、輝度および／またはコントラストの変化に関して評価することは、好適には、記録された信号または画像を１つまたは複数の比較信号または比較画像と比較することによって実施される。輝度の変化が存在する場合、この情報は、変位方向における検出器の関連する出力信号および／または顕微鏡ステージの関連するｘ－ｙ座標に追加的に結び付けられる。このようにして、例えば、変位方向において空のガラス物体支持体の後に試料が現れたときの輝度の変化を登録することができる。その場合、この輝度の変化に関連する場所は、検査された変位方向における試料の開始点に対応する。この情報を、作業領域を指定するために使用することができ、このようにして、物体支持体上の試料を識別し、作業領域を試料に制限することが可能となる。これに関連して、この評価により、それぞれ上述した変位方向における試料の寸法を特定することも好適であり得る。このようにして、試料の２次元の走査／変位において、ｘ－ｙ平面内における試料の拡がりを特定することができる。

試料配置部のプロファイル（１次元）またはプロファイルマップ（２次元）を表示するために、少なくとも１つの方向への試料配置部の変位の経過において生成された、オートフォーカス装置の検出器の出力信号を使用すると、特に有利である。この実施形態は、既に上で説明したものであり、実施例との関連において個々に詳細に説明する。

本発明はさらに、本発明による方法を実施するように構成された顕微鏡に関する。

本発明による顕微鏡は、光軸を定義する顕微鏡対物レンズと、試料配置部に向けられる測定ビームを生成するための測定ビーム装置と、試料配置部によって反射された測定ビームを検出するための、出力信号を生成する検出器と、さらに、光軸に対して垂直な少なくとも１つの方向に試料配置部を変位させるための変位装置と、さらに、試料配置部上の複数の位置を自動的に特定するための特定装置と、を有する。この場合、特定装置は、試料配置部上の複数の位置が、変位に依存して、少なくとも１つの方向への試料配置部の変位中に生成された、検出器の出力信号を用いて特定されるように構成されている。

本発明による顕微鏡の実施形態および利点に関しては、本発明による対応する方法に関連する記述の全範囲を参照されたい。

有利には、顕微鏡は、既知の試料配置部の寸法を保存するための、とりわけデータベースの形態のメモリを含む。これに関しても、本発明による方法に関連する記述を参照されたい。

有利には、本発明による顕微鏡は、試料配置部の変位中に輝度信号および／またはコントラスト信号を生成および評価するための光学評価装置を、とりわけ、試料配置部の変位中に顕微鏡画像を生成するための画像生成装置と、生成された画像の輝度および／またはコントラストの変化を評価するための画像評価装置と、の形態で有する。この実施形態に関しても、本発明による方法に関連する記述を参照されたい。

有利には、本発明による顕微鏡の特定装置は、試料配置部上において特定された位置が、顕微鏡の変位装置を形成する顕微鏡ステージの所定のｘ－ｙ座標に対応付けられるように構成されている。さらに有利には、特定装置は、特定された位置に基づいて、試料検査のための作業領域が指定されるように構成されている。さらに有利には、特定装置は、作業領域を指定するために、輝度および／またはコントラストの変化に関する、光学評価装置の記録された信号または画像生成装置の記録された画像の評価が使用されるように、かつ／または試料配置部上に位置する試料の寸法が、輝度および／またはコントラストの変化に関する記録された信号または画像の評価によって特定されるように構成可能である。

最後に、本発明は、本発明による顕微鏡に対応付けられた計算ユニット上で実行されたときに、本発明による方法が実行されるプログラムコードを有する、コンピュータプログラムに関する。本発明はさらに、本発明による顕微鏡に対応付けられた計算ユニット上で実行されたときに、本発明による方法が実行されるプログラムコードを有するコンピュータプログラムが保存されている、対応するコンピュータプログラム製品に関する。コンピュータプログラムは、そのようなものとしてダウンロード可能もしくはアップロード可能であるか、またはコンピュータプログラム製品上に保存可能または一時的に保存可能である。コンピュータプログラム製品として、例えば、周知の形式のＵＳＢスティック、ＲＡＭメモリ、またはＲＯＭメモリのような揮発性または不揮発性の記憶媒体が考慮される。上述した計算ユニットは、顕微鏡の制御装置であり得るか、またはこの制御装置の一部であり得る。本発明による顕微鏡の上述した特定装置は、この計算ユニットおよび／または上述した制御装置の構成部分であり得る。

本発明のさらなる利点および実施形態は、明細書および添付の図面から明らかになる。

言うまでもなく、上で説明した特徴および以下でさらに説明する特徴は、それぞれ記載された組み合わせにおいて使用可能であるだけでなく、本発明の範囲から逸脱することなく他の組み合わせにおいても、または単独でも使用可能である。

本発明を、実施例に基づいて図面に概略的に示し、以下、図面を参照しながら説明する。

本発明による顕微鏡の１つの実施形態の概略図である。 １つの可能な実施形態において、顕微鏡の物体空間内における試料配置部が１つの方向に変位されているときの、本発明による顕微鏡のオートフォーカス装置の検出器の出力信号を示す図である。 試料配置部のためのプロファイルマップを生成するための手段を示す概略図である。 可能な作業領域を特定する手段を有する試料配置部の１つの実施形態を示す概略図である。

図面は、包括的に描写される。同一の参照符号は、同一または類似の要素を示す。図１の実施形態については、三角測量式オートフォーカス装置の構造および動作方式を解説するために既に上で説明したが、以下では、そのようなオートフォーカス装置を使用する本発明の有利な実施形態についてより詳細に説明することとする。三角測量式オートフォーカス装置には、全体として参照符号２が付されている。三角測量式オートフォーカス装置２は、測定ビーム３０を生成するための少なくとも１つのオートフォーカス光源１９と、測定ビーム３０を物体平面１６の方向に偏向するためのビームスプリッタ２０と、物体平面１６で反射された測定ビーム３２が当たる検出器２８と、を含む。既に上で説明したように、反射された測定ビーム３２は、反射された測定ビーム３２’へと変位するので、物体平面１６から１６’への変位を検出器２８によって検出することができる。顕微鏡１の通常動作において、物体平面のこのような変位は、オートフォーカス装置２がモータ２７を制御することによって補償され、モータ２７は、顕微鏡対物レンズ１０を、対物レンズ１０と物体平面との間の距離が不変に維持されるようにｚ方向に変位させる。代替的または追加的に、例えばｚ方向に変位可能な顕微鏡ステージによって物体平面１６をｚ方向に変位させることが可能である場合には、物体平面１６をｚ方向に変位させてもよい。

図１に示されている顕微鏡１は、既に説明したこれらの要素に加えてさらに、物体平面１６上に位置する試料配置部（図１には示されていない）を光軸８に対して垂直な少なくとも１つの方向に変位させるための変位装置３を有する。この変位装置３は、ｘ－ｙ顕微鏡ステージであり得る。ｘ－ｙ方向は、図１に相応に示されている。顕微鏡１はさらに、試料配置部上の位置Ｐ１～Ｐ８（図２を参照）を自動的に特定するための特定装置４を含み、特定装置４は、これらの位置が、１つの方向への試料配置部の変位中に生成された、オートフォーカス装置２の検出器２８の出力信号を用いて特定されるように構成されている。このために特定装置４は、信号伝達のために検出器２８に接続されており、この接続は、有線または無線で実施可能である。

試料配置部上の位置の特定は、好適には顕微鏡１の通常動作が開始される前に、とりわけ、この通常動作のために適切な作業領域、すなわち試料検査のための試料領域を指定するために実施される。したがって、試料配置部上の位置の特定は、焦点を設定または保持するためのオートフォーカス装置２の目的の動作の前に実施されるものである。したがって、オートフォーカス装置２は、試料配置部上の位置が自動的に特定されている間、試料配置部が１つの方向に走査されることに基づいて起こり得るオートフォーカス測定ビーム３０のｚ方向の変位を、例えば顕微鏡対物レンズ１０をモータにより変位させることによって補償するようには構成されていない。むしろ、オートフォーカス装置２の検出器２８によって生成された出力信号は、測定される試料配置部上の特徴的な位置を自動的に特定するために使用される。これについては、図２を参照しながらより詳細に説明する。

図２は、試料配置部が１つの方向に変位されているときに生成される出力信号、または図１に示されているオートフォーカス装置２の検出器２８の出力信号の時間推移を概略的に示す。例えば、図１のｘ－ｙ顕微鏡ステージ３は、このために試料配置部（図４参照）の長辺に沿ってｘ方向に移動され、その間に、オートフォーカス装置２の出力信号が評価される。図２に示されている例では、試料配置部は、保持フレームを含み、この保持フレームの内部には物体支持体が固定されており、物体支持体の上にはカバーガラスが被着されている。被検試料は、通常、物体支持体とカバーガラスとの間に位置する。

検出器２８は、顕微鏡対物レンズ１０と物体平面１６との間に物体が存在しない間は、信号を出力しない。試料配置部がさらに変位されて、調節可能な保持フレームの縁部が対物レンズ１０を横切るとすぐに、検出器２８が信号を受信し、高さおよび／または材料の変化の出現に基づいて対応する出力信号を出力し（第１のエッジ）、これによって保持フレームの縁部の位置が特定される。図２において、Ｐ１は、例えばｘ方向への試料配置部の変位の開始点を示し、Ｐ２は、保持フレームの第１の縁部を示す。Ｐ３は、図示のケースでは被覆されたガラス面を有する物体支持体の開始（第２のエッジ）を示す。Ｐ４は、カバーガラスの開始（第３のエッジ）を示し、Ｐ５は、カバーガラスの終了（第４のエッジ）を示す。Ｐ６は、物体支持体の終了点と保持フレームの開始点とを示す（第５のエッジ）。Ｐ７は、保持フレームの終了点（第６のエッジおよび最後のエッジ）を示し、さらに、検出器２８は、測定ビーム３０の反射が欠如しているので出力信号を供給していない。最後に、Ｐ８は、移動範囲の終了を示す。位置Ｐ１～Ｐ８は、関連するステージ座標と一緒に保存可能であり、試料配置部の（１次元）プロファイルとして解釈可能である。プロファイルの評価により、試料配置部の位置だけでなく試料配置部の性質についても逆推論することができる。なぜなら、試料配置部の表面の性質は、反射された測定ビーム３２の信号強度に影響を及ぼし、ひいては、検出器２８の出力信号の信号強度にも影響を及ぼすからである。

図２の横軸をステージ座標にプロットまたは変換すると、図２に示されているプロファイルから、ステージ座標におけるＰ２とＰ７との間の保持フレームの位置、Ｐ３とＰ６との間の物体支持体の位置およびＰ４とＰ５との間のカバーガラスの位置が見て取れる。今や、後続する顕微鏡検査のための作業領域を、Ｐ４とＰ５との間の最も内側の領域に、またはこの領域のうちのサブ領域に指定することが可能となる。その後、この指定された作業領域の内部で、顕微鏡検査が実施され、このためにオートフォーカス装置２は、自身の元々の使用目的のために再び利用される。ステージが作業領域上に位置決めされると、ｚ方向における焦点補正が実施され、このためにオートフォーカス装置２により、顕微鏡１の焦点領域内に位置する事前に較正されたｚ値に調整されて、その後、カバーガラスの厚さの分だけ補正される。この手順自体は、公知である。顕微鏡１は、図１に示されているように正立顕微鏡であってもよいが、倒立顕微鏡であってもよい。後者の顕微鏡は、比較的薄い生体試料を検査するために使用されることが多い。

試料配置部のプロファイルを上述したように特定している間に、有利には並行して、図１に概略的に示されているような顕微鏡１の画像生成装置５によって画像を記録することができる。画像の代わりに、輝度および／またはコントラストの推移を記録するだけで十分な場合もある。画像生成装置５のカメラ１７は、ここでは、自身の感光性の検出面が顕微鏡１の画像平面１４内に位置する状態で、概略的に配置されている。生成された画像は、画像評価装置６を用いて、とりわけ輝度の変化に関して検査される。この変化を、それぞれ以前の画像と比べて、または比較画像と比べて判定することができる。輝度の変化が存在する場合、この情報は、対応するステージ位置と、検出器２８の出力信号の関連する値と、に追加的に結び付けられる。この手順では、例えば、試料配置部が変位されている間に、カバーガラスの領域の内部、すなわち、例えば図２のように、位置Ｐ４およびＰ５の領域の内部において、試料の開始を検出することができる。同様にして、カバーガラスの領域の内部において、試料の終了を検出することができる。このようにして、変位方向における試料の寸法が得られる。この情報自体を、試料検査のために指定されるべき作業領域に対して適用することができる。

図３は、試料配置部全体またはこの試料配置部の実質的な部分にわたるプロファイルマップを作成するための有利な拡張を示す。試料配置部自体には、参照符号４０が付されている。試料配置部は、この実施例でも、保持装置または保持フレーム４１と、試料支持体または物体支持体４２と、カバーガラス４３と、からなる。カバーガラス４３と物体支持体４２との間には、被検試料が配置されている。関心のある試料点（points of interest）には、参照符号Ｘが付されている。一般性を制限することなく、試料配置部４０の長辺を、ｘ方向と定義することができ、試料配置部４０の長辺に対して垂直な短辺を、ｙ方向と定義することができる。図３には、ｙ方向における複数の異なる箇所において記録された、オートフォーカス装置２の検出器２８の出力信号のプロファイルが示されている。物体支持体４２の内部において記録されたプロファイルは、図２に関連して説明したプロファイルに対応する。この領域の外側において記録されたプロファイルは、位置として、図２の点Ｐ２およびＰ３またはＰ６およびＰ７に対応する保持フレームの開始および終了を示すだけである。このようにして、ｙ方向における目の細かい測定により、２次元のプロファイルマップを得ることができ、２次元のプロファイルマップから、両方の方向（ｘ，ｙ）におけるカバーガラス４３の境界点を得ることができる。後々に試料を検査するための作業領域を、これらの境界点の内部に保持することができる。上述したように、追加的な画像記録または輝度推移の記録により、このようにして、試料の境界線を特定することができ、後々の顕微鏡検査のための作業領域を相応に指定することが可能となる。

最後に、図４は、図２および図３に関連して説明したプロファイルをもたらすような試料配置部４０の１つの実施形態を示す。試料配置部４０は、ここでも、保持装置としての保持フレーム４１と、試料支持体としての物体支持体４２と、物体支持体４２上に位置するカバーガラス（ここでは図示せず）と、を含む。保持フレーム４１の調節可能な収容部には、参照符号４４が付されている。調節可能な収容部４４により、試料配置部４０の長い方の長辺に沿って物体支持体４２を位置決めすることが可能となる。物体支持体４２の可能な位置４５が、相応に示されている。

試料配置部４０の寸法が既知である場合には、この寸法をメモリ内に、またはより良好にはデータベース内に格納することができる。このデータベースから、ユーザは、試料支持体４２（スライドガラス、ペトリ皿、またはウェルプレート）を収容するために自分自身が使用する保持装置４１の種類、より一般的には、試料配置部４０の種類を選択することができる。データベースは、試料配置部４０の寸法および固定軸を提供する。この情報によるだけでもう、物体支持体４２の可能な位置４５を制限することができる。次いで、顕微鏡ステージを開始位置Ｐ１へと移動させることができ、この開始位置Ｐ１は、物体支持体４２の短い方の縁部の中央に位置していて、かつ可能な位置領域４５の長い方の縁部の左端に位置している。その後、図２および／または図３に基づいて説明したように、測定が実施される。作業領域が指定された後、本来の顕微鏡検査を開始することが可能となる。

本発明は、作業領域を定義するために、とりわけこの作業領域を視覚的に決定することが不可能であるか、または非常に面倒である場合に、特に適している。

１ 顕微鏡
２ オートフォーカス装置
３ 変位装置、ｘ－ｙ顕微鏡ステージ
４ 特定装置
５ 画像生成装置
６ 画像評価装置
８ 光軸
１０ 顕微鏡対物レンズ
１２ チューブレンズ
１４ 画像平面
１６，１６’ 物体平面
１７ カメラ
１９ 測定ビーム光源、オートフォーカス光源
２０ ビームスプリッタ
２７ モータ
２８ 検出器、オートフォーカス検出器
３０ 測定ビーム、オートフォーカス測定ビーム
３２，３２’ 反射された測定ビーム
４０ 試料配置部
４１ 保持装置、保持フレーム
４２ 試料支持体、物体支持体
４３ カバーガラス
４４ 調節可能な収容部
４５ 可能な位置
Ａ，Ｂ，Ｂ’，Ｃ，Ｄ 点
ｘ，ｙ，ｚ 空間方向
α 角度

Claims (27)

1. 顕微鏡（１）の物体空間内における試料配置部（４０）上の複数の位置（Ｐ１～Ｐ８）を自動的に特定するための方法であって、
   前記顕微鏡（１）は、光軸（８）を定義する顕微鏡対物レンズ（１０）を含み、
   測定ビーム装置（１９，２０）によって測定ビーム（３０）が生成されて、前記試料配置部（４０）に向けられ、前記試料配置部（４０）によって反射された測定ビーム（３２，３２’）が検出器（２８）によって検出されて、前記検出器（２８）によって出力信号が生成され、
   前記試料配置部（４０）は、前記光軸（８）に対して垂直な少なくとも１つの方向に変位され、
   前記変位に依存して、前記少なくとも１つの方向への変位中に生成された、前記検出器（２８）の出力信号を用いて、前記試料配置部上の複数の位置（Ｐ１～Ｐ８）が特定される、
   方法。
2. 前記試料配置部（４０）上の複数の位置（Ｐ１～Ｐ８）を特定するために、前記検出器（２８）によって生成された前記出力信号が、存在する信号エッジ（５０～５６）に関して評価される、
   請求項１記載の方法。
3. 前記複数の位置（Ｐ１～Ｐ８）は、前記試料配置部（４０）に含まれる少なくとも１つの要素（４１，４２，４３）の境界点によって定義される、
   請求項１または２記載の方法。
4. 前記試料配置部（４０）に含まれる前記少なくとも１つの要素は、試料支持体のための保持装置（４１）、試料支持体（４２）、カバーガラス（４３）、試料を含む群から選択される、
   請求項３記載の方法。
5. 前記試料配置部（４０）を少なくとも１つの方向に変位させるために、前記顕微鏡（１）のｘ－ｙ顕微鏡ステージ（３）が、ｘ方向および／またはｙ方向に動かされる、
   請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
6. 前記試料配置部（４０）上において特定された前記位置（Ｐ１～Ｐ８）が、前記顕微鏡ステージ（３）の所定のｘ－ｙ座標に対応付けられる、
   請求項５記載の方法。
7. 前記試料配置部（４０）上において特定された前記位置（Ｐ１～Ｐ８）に基づいて、試料検査のための試料領域が指定される、
   請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。
8. 前記試料領域を指定するために特定されるべき位置（Ｐ１～Ｐ８）の数は、試料配置部（４０）が既知である場合には、既知である前記試料配置部（４０）の事前に保存された寸法を考慮することによって低減される、
   請求項７記載の方法。
9. 前記試料配置部（４０）の変位中に前記顕微鏡（１）の光学評価装置（５，６）により、輝度信号および／またはコントラスト信号が生成されて、評価される、
   請求項１から８までのいずれか１項記載の方法。
10. 前記試料配置部（４０）の変位中に前記顕微鏡（１）の電子的な画像生成装置（５）により、顕微鏡画像が記録され、前記顕微鏡（１）の画像評価装置（６）により、前記顕微鏡画像が輝度および／またはコントラストの変化に関して評価される、
    請求項９記載の方法。
11. 前記試料領域を指定するために、前記輝度信号および／または前記コントラスト信号の評価が使用される、
    請求項７を引用する、請求項９または１０記載の方法。
12. 前記試料配置部（４０）上に位置する試料の寸法が、前記輝度信号および／または前記コントラスト信号の評価によって特定される、
    請求項９から１１までのいずれか１項記載の方法。
13. 前記少なくとも１つの方向への前記試料配置部（４０）の変位の経過において生成された、前記検出器（２８）の出力信号から、前記試料配置部のプロファイルまたはプロファイルマップが生成される、
    請求項１から１２までのいずれか１項記載の方法。
14. 三角測量式オートフォーカス装置（２）が使用され、
    前記測定ビーム装置（１９，２０）は、前記オートフォーカス装置（２）のオートフォーカス光源（１９）を含み、
    前記オートフォーカス光源（１９）によって生成されるオートフォーカス測定ビームが、前記測定ビーム（３０）として使用され、前記検出器（２８）として、前記オートフォーカス装置（２）のオートフォーカス検出器が使用される、
    請求項１から１３までのいずれか１項記載の方法。
15. 試料領域を検査するために、前記複数の位置（Ｐ１～Ｐ８）が特定された後、試料配置部（４０）と顕微鏡対物レンズ（１０）との間の焦点距離が、前記オートフォーカス装置（２）の前記検出器（２８）の出力信号を評価することによって設定および／または保持される、
    請求項１４記載の方法。
16. 顕微鏡（１）であって、前記顕微鏡（１）は、
    光軸（８）を定義する顕微鏡対物レンズ（１０）と、
    試料配置部（４０）に向けられる測定ビーム（３０）を生成するための測定ビーム装置（１９，２０）と、
    前記試料配置部（４０）によって反射された測定ビーム（３２，３２’）を検出するための、出力信号を生成する検出器（２８）と、
    前記光軸（８）に対して垂直な少なくとも１つの方向に前記試料配置部（４０）を変位させるための変位装置（３）と、
    前記試料配置部（４０）上の複数の位置（Ｐ１～Ｐ８）を自動的に特定するための特定装置（４）と、
    を有し、
    前記特定装置（４）は、前記試料配置部上の複数の位置（Ｐ１～Ｐ８）が、前記変位に依存して、前記少なくとも１つの方向への前記試料配置部の変位中に生成された、前記検出器（２８）の出力信号を用いて特定されるように構成されている、
    顕微鏡（１）。
17. 前記試料配置部（４０）は、以下の要素（４１，４２，４３）、すなわち試料支持体のための保持装置（４１）、試料支持体（４２）、カバーガラス（４３）、試料のうちの１つまたは複数を含む、
    請求項１６記載の顕微鏡（１）。
18. 前記顕微鏡（１）は、三角測量式オートフォーカス装置（２）を有し、
    前記測定ビーム装置（１９，２０）は、前記オートフォーカス装置（２）のオートフォーカス光源（１９）を含み、
    前記オートフォーカス光源（１９）によって生成されるオートフォーカス測定ビームが、前記測定ビーム（３０）を形成し、前記検出器（２８）は、前記オートフォーカス装置（２）のオートフォーカス検出器を含む、
    請求項１６または１７記載の顕微鏡（１）。
19. 前記変位装置（３）は、ｘ－ｙ顕微鏡ステージとして構成されている、
    請求項１６から１８までのいずれか１項記載の顕微鏡（１）。
20. 前記特定装置（４）は、前記試料配置部（４０）上において特定された前記位置（Ｐ１～Ｐ８）に、前記顕微鏡ステージ（３）の所定のｘ－ｙ座標が対応付けられるように構成されている、
    請求項１９記載の顕微鏡（１）。
21. 前記顕微鏡（１）は、既知の試料配置部（４０）の寸法を保存するためのメモリを含む、
    請求項１６から２０までのいずれか１項記載の顕微鏡（１）。
22. 前記特定装置（４）は、特定された前記位置（Ｐ１～Ｐ８）に基づいて、試料検査のための試料領域が指定されるように構成されている、
    請求項１６から２１までのいずれか１項記載の顕微鏡（１）。
23. 前記顕微鏡は、前記試料配置部（４０）の変位中に輝度信号および／またはコントラスト信号を生成および評価するように構成された光学評価装置（５，６）を有する、
    請求項１６から２２までのいずれか１項記載の顕微鏡（１）。
24. 前記光学評価装置は、
    前記試料配置部（４０）の変位中に顕微鏡画像を生成するための、前記顕微鏡（１）の電子的な画像生成装置（５）と、
    生成された画像の輝度および／またはコントラストの変化を評価するための画像評価装置（６）と、
    を含む、
    請求項２３記載の顕微鏡（１）。
25. 前記特定装置（４）は、前記試料領域を指定するために、
    前記輝度信号および／または前記コントラスト信号の評価が使用されるように、かつ／または、
    前記試料配置部（４０）上に位置する試料の寸法が、前記輝度信号および／または前記コントラスト信号の評価によって特定されるように、
    構成されている、
    請求項２２を引用する、請求項２３または２４記載の顕微鏡（１）。
26. 請求項１６から２５までのいずれか１項記載の顕微鏡（１）に対応付けられた計算ユニット上で実行されたときに、請求項１から１５までのいずれか１項記載の方法が実行されるプログラムコードを有する、
    コンピュータプログラム。
27. 請求項１６から２５までのいずれか１項記載の顕微鏡（１）に対応付けられた計算ユニット上で実行されたときに、請求項１から１５までのいずれか１項記載の方法が実行されるプログラムコードを有するコンピュータプログラムが保存されている、
    コンピュータプログラム製品。

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