用于确定样本介质的波长相关折射率的光显微镜和方法技术

通过使用根据本发明专利技术的方法，确定用光显微镜(100)检验的样本介质的波长相关折射率。使用所述光显微镜对具有未知折射率的样本介质进行样本测量。将照明光(22)照射到所述样本介质并且测量来自所述样本介质的检测光。借助所述样本测量来测量照明光和/或检测光的样本测量焦点位置。使用其中基于介质的折射率来表达照明光和/或检测光的焦点位置(25)的数学模型，从所述样本测量焦点位置导出所述样本介质的所述折射率。此外，描述了一种用于执行所述方法的光显微镜。

Optical microscope and method for determining wavelength dependent refractive index of sample medium

By using the method according to the invention, the wavelength dependent refractive index of the sample medium checked by an optical microscope (100) is determined. Samples of the sample medium with unknown refractive index are measured using the optical microscope. The illumination light (22) is irradiated to the sample medium and the detection light from the sample medium is measured. Measuring the location of the focus of the illuminated light and / or the detected light with the help of the sample measurement. Using a mathematical model in which the refractive index of the medium is expressed and / or the focus position of the light is detected (25), the refractive index of the sample medium is derived from the focus position of the sample. In addition, a light microscope for carrying out the method is described.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于确定样本介质的波长相关折射率的光显微镜和方法
本专利技术在第一方面涉及一种用于根据权利要求1的前序部分来确定用光显微镜检验的样本介质的波长相关折射率的方法。在本公开中，术语“样本介质”可以指稍后添加待检验样本的介质，例如液体。当然，表述“样本介质”也可以指已经添加样本的介质。在第二方面，本专利技术涉及一种根据权利要求12的前序部分的光显微镜。
技术介绍
一般来说，存在用于检验样本的多种不同类型的光显微镜。通常，用照明光照射位于样本介质内的样本，并检测来自样本的检测光。因此，通用光显微镜包括照明光源，用于在待检验的样本介质的方向上发射照明光。此外，通用光显微镜包括用于测量来自样本介质的检测光的物镜和相机设备。照明光和检测光在样本介质中的传播基本上取决于样本介质的折射率。折射率也被称为折射数或折射系数。折射率也可能与波长有关。通常光显微镜被配置用于一定的折射率或用于折射率的分布/范围，其中也考虑采用的盖玻片的折射率。光显微镜也可以被配置用于与波长相关的折射率，即，光显微镜的光学性质根据波长而设计，使得不同波长的照明光和/或检测光具有相同或相似的光束路径。特别地，可以使用消色差物镜或复消色差物镜。如果使用具有光显微镜不被调整/配置到的折射率的样本介质，则测量质量受到负面影响。例如，由于在成像中可能出现像差或颜色错误，因此清晰度可能会恶化。为了避免这些问题，使用具有已知波长相关折射率的特定样本介质。但是，这可能导致高成本。此外，在实际样本加入到此介质中之前通常仅针对样本介质将折射率调节至期望值。通常不考虑样本本身是否对折射率有影响。通常有可能预先确定样本介质的折射率。但是，这涉及到关于设备的额外努力和用户所需的时间。因此，在实践中，测量通常使用光显微镜进行，其中样本介质的折射率未知并且偏离理想值，在所述理想值处将获得最佳可能的图像质量。在下文中，描述了其中上述问题尤其相关的情况。一组重要的光显微镜是光片荧光显微镜。在这些显微镜中，照明光束路径横向于(通常垂直于)检测光束路径。为此，照明物镜垂直于检测物镜。或者，照明光束路径和检测光束路径也可以通过单个物镜彼此横向地延伸。照明光作为薄片/平面被引导到样本介质中。这被称为光片。检测光束路径横向或垂直于光片。在被照亮的平面状区域中，样本中的荧光团被激发。这个示例中，待检测的检测光因此可以是荧光。通常，使用折射率n接近水的折射率即n＝1.33的水溶液用作样本介质。样本的理想折射率通常在相似的数量级上。通常针对这种情况调整照明物镜和检测物镜并生成清晰的样本图像。然而，如果样本例如经过化学处理/清理后使其对深层组织中的荧光测量透明，则会出现问题。因此，折射率n和折射率波长相关性n(λ)，即色散，可能因此强烈地偏离水的折射率和色散。因此，为了避免折射率的变化，通常使用折射率已被调整为样本的折射率的样本介质。例如，样本介质可以直接对应于使用的清洁介质。为此目的对检测和照明物镜进行光学调整。然而，波长相关折射率一般主要取决于样本介质的相应组成/配方。在实验室中单独制造样本介质时，波长相关折射率也可能在批次之间发生变化。这对照射和检测光束路径都有不利影响。一些光显微镜包括Corr环或其它校正装置，以将光显微镜调整为样本介质的另一折射率；然而，只有当暂时检验的样本介质的折射率是已知时这种措施才能有效地进行。通常情况并非如此。
技术实现思路
可以认为本专利技术的一个目的是提供一种光显微镜和一种方法，其能够以特别简单的方式确定样本介质的波长相关折射率。通过包括权利要求1的特征的方法以及包括权利要求12的特征的光显微镜来实现这一目的。本专利技术的光显微镜和本专利技术的方法的有利变型是从属权利要求的主题，也在以下描述中进行解释。本专利技术用于确定用光显微镜检验的样本介质的波长相关折射率的方法包括：-利用光显微镜对具有未知折射率的样本介质进行样本测量，其中对于样本测量，将照明光照射到样本介质，并且测量来自样本介质的检测光；其中检测光尤其是通过样本介质中的散射和/或荧光产生的；-借助于样本测量来测量照明光和/或检测光的焦点位置(在下文中：样本测量焦点位置)；-使用数学模型，其中根据介质的折射率描述/界定照明光和/或检测光的焦点位置，以从样本测量焦点位置导出样本介质的折射率。根据本专利技术，上述类型的光显微镜包括控制和评估单元。在控制和评估单元中包括数学模型，其中根据介质的折射率来表示照明光和/或检测光的焦点位置。控制和评估单元被配置为针对待检验的样本介质并且借助于数学模型来确定来自待输入的焦点位置的样本介质的折射率。作为本专利技术方法的主旨，首先确定照明光和/或检测光的焦点位置。此样本测量焦点位置取决于样本介质的折射率。此外，此焦点位置取决于光显微镜的性质，所述性质可以预先确定，例如通过用已知的样本介质进行校准来预先确定。通过这种方式，了解样本测量焦点位置可以直接导出样本介质的折射率。类似地，本专利技术的光显微镜的控制和评估单元可以被配置为：-对具有未知折射率的样本介质进行样本测量，-借助于样本测量，确定样本介质中照明光和/或检测光的样本测量焦点位置，-使用确定的样本测量焦点位置作为待输入的焦点位置，用于确定样本介质的折射率。所描述的方法也可以直接用于已经包括样本的样本介质的测量。作为一个重要的优点，用于进行实际样本检查的光显微镜因此可以用于确定或导出折射率。为此，不需要单独的或附加的测量单元。相反，根据本专利技术，直接在样本区域中确定折射率。可以看出另一个重要的优点在于，可以在光显微镜中使用时确定样本介质的折射率。被检介质因此也可以包括实际的样本，即，在样本尚未被添加到样本介质时在样本制备期间或之前不需要进行测量。或者，也可以在添加样本之前确定样本介质的折射率。特别是，为了确定折射率，可以在后续测量使用与光显微镜相同的样本容器。这是有利的，因为样本容器本身可能对折射有影响。因此，表述“样本介质的波长相关折射率”也可以被理解为样本介质和样本容器的组合的波长相关折射率。所确定的样本介质的折射率接着可以例如经由屏幕或数据接口输出到用户。替代地或另外，取决于所确定的样本介质的折射率，针对改变显微镜设置的动作的特定指令也可以被输出到用户或被输出到控制和评估单元。根据折射率的可能的动作指令可以保存在存储装置中。例如，动作指令可以指照明物镜的光学变焦的调整、检测物镜的光学变焦的调整、更换暂时使用的样本容器、或改变光显微镜的光学部件。替选地，控制和评估单元也可以被配置成自身自动地或自动地执行动作指令。通过这些动作，可以影响照明光和/或检测光的光束路径，从而尤其可能至少部分地补偿检验的样本介质的折射率与具有暂时使用的部件的光显微镜所设计用于的理想折射率的偏差的影响。原则上，可以使用任何合适的数学模型来从焦点位置导出折射率。例如，数学模型可由其中焦点位置线性地取决于折射率加上常数的等式形成。在下面的示例中也被称为Zmax的样本测量焦点位置因此取决于折射率n1和也被称为“offset(偏移量)”的常数，如下所示：Zmax＝c*n1+offset。这里，“c”和“offset”是取决于光显微镜的常数，例如取决于所使用的物镜的变焦设置和数值孔径。如果常数c和offset是已知的，则可以根据焦点位置Zmax计算暂时使用的光波长的折射率n1。如果本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种确定用光显微镜检验的样本介质(12)的波长相关折射率(n1)的方法，所述方法包括：利用所述光显微镜对具有未知折射率(n1)的所述样本介质(12)执行样本测量，其中，将照明光(22)照射到所述样本介质(12)并且测量来自所述样本介质(12)的检测光；借助于所述样本测量来测量所述照明光和/或检测光的样本测量焦点位置(25)；使用其中与介质的折射率(n1)相关地界定照明光(22)和/或检测光的焦点位置(Zmax、Xmax)的数学模型，以从所述样本测量焦点位置(25)导出所述样本介质(12)的所述折射率(n1)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.11.09 DE 102015119258.61.一种确定用光显微镜检验的样本介质(12)的波长相关折射率(n1)的方法，所述方法包括：利用所述光显微镜对具有未知折射率(n1)的所述样本介质(12)执行样本测量，其中，将照明光(22)照射到所述样本介质(12)并且测量来自所述样本介质(12)的检测光；借助于所述样本测量来测量所述照明光和/或检测光的样本测量焦点位置(25)；使用其中与介质的折射率(n1)相关地界定照明光(22)和/或检测光的焦点位置(Zmax、Xmax)的数学模型，以从所述样本测量焦点位置(25)导出所述样本介质(12)的所述折射率(n1)。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过其中焦点位置(Zmax、Xmax)线性地取决于折射率(n1)加上常数(Offset)的等式形成所述数学模型。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，利用所述光显微镜执行至少一个校准测量以确定所述数学模型的至少一个参数(c，Offset)，其中，在所述校准测量中：-用照明光(22)照明具有已知折射率(n1)的介质，-测量来自所述具有已知折射率(n1)的介质的检测光以获得至少一个显微镜图像，并且-根据所述至少一个显微镜图像确定所述照明光(22)和/或检测光的校准测量焦点位置(27、28)，以及基于所述已知折射率(n1)和所确定的校准测量焦点位置(27、28)来计算所述数学模型的至少一个参数(c，Offset)。4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，执行至少两个校准测量，其中，所述校准测量在以下方式的一个或多个中彼此不同：-使用分别具有已知折射率(n1)的不同介质；-使用几何形状以已知方式彼此不同的不同样本容器(10)；-使用影响所述校准测量焦点位置(27、28)的不同显微镜设置。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，用于所述至少两个校准测量的所述不同显微镜设置在以下方式的一个或多个中不同：-所述显微镜设置在分别发射的照明光(22)的波长上不同；-所述显微镜设置在记录的检测光的波长上不同；-所述显微镜设置在所述照明光(22)照射到所述介质中的数值孔径(NA)上不同；-所述显微镜设置在所述照明光(22)照射到所述介质中的照明方向上不同；-所述显微镜设置在检测光学器件的变焦设置上不同，且因此在图像场大小上不同。6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，在每个校准测量中记录若干显微镜图像，其中针对所述若干显微镜图像，所述光显微镜的检测光学器件对不同高度平面成像，从所述显微镜图像中确定具有最大清晰度的显微镜图像，使用与所述具有最大清晰度的显微镜图像对应的高度平面作为校准测量焦点位置(27、28)。7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，在所述样本测量中记录若干样本图像，所述光显微镜的检测光学器件针对所述若干样本图像对不同高度平面成像，从所述样...

【专利技术属性】
技术研发人员：安妮特·贝格特，赫尔穆特·利珀特，
申请(专利权)人：卡尔蔡司显微镜有限责任公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE