显微镜使用方法和用于对物体成像的显微镜技术

本发明专利技术提供了一种显微镜(10)和用于对物体(12)成像的显微镜使用方法，其中使用包括物镜(14)和可调节的校正光学单元(32)的显微镜(10)，所述物镜限定了光学轴线和与其垂直的焦平面，可调节的校正光学单元(32)在物镜(14)处校正当以焦平面的特定深度位置对物体(12)成像时发生的球面像差，其中该方法包括以下步骤：确定物体(12)的实际类型；读取存储不同类型物体(12)的折射率的数据库(36)以确定物体(12)的折射率；使用所述折射率与由所述物体(12)引起的所述球面像差之间的关联关系来确定所述校正光学单元(32)的调节值，使得所述焦平面中的球面像差降低；以及将校正光学单元(32)调节到调节值并对物体(12)成像。

【技术实现步骤摘要】
显微镜使用方法和用于对物体成像的显微镜
本专利技术涉及一种借助于包括物镜和校正光学单元的显微镜来对物体成像的方法。所述物镜限定焦平面。校正光学单元是可调节的，以校正在焦平面上对物体成像时发生的球面像差。此外，本专利技术涉及这种显微镜。
技术介绍
由于进行类型非常不同的实验，显微镜通常需要在研究中具有高度的灵活性。在要观察的物体和物体载体中可能有很大的变化。随着来自物体的成像深度的增加，成像像差变得更加明显。如果在物体中存在折射率阶跃并且物镜的数值孔径相当高(例如数值孔径为1.2，如在常规的共焦显微镜中那样)，则已经在几微米的深度发生了明显的球面像差。三维成像，即在较厚或较深的物体中成像变得越来越重要，例如在检查3D细胞培养物的情况下、在球体的情况下或在较厚的切片的情况下。此处要求极好的图像质量，并且球面像差成为重要问题。对显微镜的特别是在荧光显微镜的情况下的应用和由此对显微镜的要求均差别很大。举例来说，在一个实验中，可能有必要仅观察盖玻片表面下的物体的前10μm，然而在另一个实验中，其目的是测量物体中的200μm的深度。类似的考虑适用于温度。一个实验在室温下进行，而其他实验在37℃下进行。这两个因素都影响显微镜的光学行为，并因此影响其成像特性。沿着从物体焦平面到物镜的光路的折射率的变化对高数值孔径的物镜中的衍射极限成像有很大影响。它们会产生球面像差。因此，放大物镜产生受物体的光学特性影响的第一光学像差。已知例如，通过在物镜处提供可调节的校正环并将该环设置为适当的值以减少成像的整体球面像差，以补偿与不同物体载体厚度(例如，从0.15mm至1.5mm的盖玻片厚度)的成像物体相关的球面像差。该校正环致动并调节校正元件，所述校正元件引入用于补偿的第二球面像差。到目前为止，调节校正环以匹配物体的性质非常麻烦。通常很难访问校正环，并且校正环的调节精度有限。同时，现有技术还公开了电动校正环，其简化了调节的机械部分并避免了可访问性差的问题。现有技术已经公开了用于显微镜的各种方法或附件，显微镜以自动或部分自动化方式操作并且包含用于校正球面像差的迭代过程。US2008/310016A描述了关于盖玻片厚度的球面像差的自动校正。US2005/024718A和JP2005/043624A2描述了由用户输入光学物理参数，从该参数随后导出球面像差的校正值。US2011/141260A和US2014/233094A描述了用于解决球面像差的迭代校正方法，该方法以图像分析方式评估对比度或亮度以得出球面像差的校正值。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供一种用于对物体成像的方法或显微镜，特别是在成像的相关光学参数未知的情况下，通过该方法或显微镜可以以简单的方式减小物体成像的整体球面像差。本专利技术在所附权利要求中限定。本专利技术涉及一种用于对物体成像的显微镜和方法，其中使用如下的显微镜，该显微镜包括限定光学轴线和与其垂直的焦平面的物镜，以及可调节的校正光学单元，该校正光学单元在物镜处校正当以焦平面的特定深度位置对物体成像时发生的球面像差，其中所述方法包括以下步骤：获取物体类型；读取存储不同类型的物体的折射率的数据库，以确定物体的折射率；利用由物体引起的折射率和球面像差之间的关联关系来确定校正光学单元的调节值，使得焦平面中的球面像差减小；并且将校正光学单元调节到调节值并对物体成像。用于对物体成像的方法的一些实施例使用如下的显微镜，该显微镜包括限定光学轴线和与之垂直的焦平面的物镜，以及校正光学单元。该校正光学单元可调节以用于校正当在焦平面的特定深度位置处对物体成像时发生的球面像差。该方法的一些实施例包括以下步骤：获取物体类型，读取将物体类型关联到校正光学单元的设定值的预定信息，使得对于该类型的物体的焦平面处存在球面像差的减小，并且将校正光学单元调节到设定值并对物体成像。用于对物体成像的显微镜的一些实施例包括：限定光学轴线和与其垂直的焦平面的物镜；可调节的校正光学单元，该校正光学单元在物镜处校正当以焦平面的特定深度位置对物体成像时发生的球面像差；调节校正光学单元的驱动器以及控制装置。在显微镜的一些实施例中，控制装置具有用于确定物体类型的界面并且控制装置连接到存储预定关联关系的存储装置，所述关联关系将物体类型关联到校正光学单元的设定值使得该设定值实现对于该物体类型的焦平面中的球面像差的减小。此外，控制装置适于经由界面确定物体类型，并且基于该关联关系致动驱动器使得在焦平面中球面像差减小。本专利技术的优点是无需知道物体的光学特性来校正球面像差。实验者只需要了解物体类型。然后，将整体球面像差自动校正到尽可能最佳的程度，从而改善成像。在大多数情况下，实验者知道物体类型，而其光学特性，例如，折射率，通常对他/她而言是未知的，或者未足够好地了解。此外，由于不使用迭代方法，而是基于关于物体类型的了解直接将使物体成像的球面像差最小化，而快速调节球面像差。省去了现有技术中需要的用于找到校正环的良好位置的“试验和误差”。不言而喻，在不脱离本专利技术的精神和范围的情况下，上述特征以及下面将要解释的特征不仅可以以所指定的组合使用，而且可以以其他组合或单独使用。附图说明下面例如基于附图更详细地解释本专利技术，所述附图还可以公开本专利技术的重要的特征。在图中：图1示出显微镜的示意图；图2示出用于显微镜的数据库的结构的示意图，和图3示出用于对物体成像的方法的框图。具体实施方式在用于对物体成像的方法中，使用包括放大物镜和可调节的校正光学单元的显微镜。物镜限定光学轴线和与其垂直的焦平面，并引入受成像物体的光学参数影响的第一球面像差。校正光学单元引入用于校正整体球面像差的可调节的第二球面像差。该方法包括以下步骤：确定物体类型；读取将校正光学单元的设定值关联到不同类型的物体的预定信息，以便确定校正光学单元的设定值，使得焦平面中的整体球面像差降低。然后将校正光学单元调节到设定值并对物体成像。在某些实施例中可以使用两阶段方法。该关联关系包括关联物体类型和折射率的数据库，以及折射率和设定值之间的相互关联关系。用于对物体成像的显微镜包括物镜、可调节的校正光学单元、驱动器和控制装置。物镜限定了光学轴线和与其垂直的焦平面。所述物镜引入受物体的光学特性影响的第一光学像差。校正光学单元引入可调节的第二球面像差以校正当物体例如，在某个焦平面深度位置处成像时出现的整体球面像差。驱动器调节关于第二光学像差的校正光学单元。控制装置可以访问存储装置。可以通过界面或接口检测物体类型。所提及的关联关系被存储在存储装置中，例如作为具有不同类型物体的折射率的数据库以及折射率与设定值之间的相互关联关系。控制装置适于确定物体的实际类型，例如，通过读取界面，并根据利用该关联关系检索的设定值来致动驱动器，从而减小整体球面像差。该方法可以通过为显微镜提供的或在显微镜中提供的控制装置来执行。控制装置可以由微处理器、电路、计算机或任何其他可编程装置来实现。在许多情况下，所述物体包括应该成像的样本以及围绕样本的覆盖介质或嵌入介质。举例来说，物体包括要成像的细胞和细胞所在的溶液。物镜用于放大物体。物镜也可以用来照亮物体；然后，物镜不仅设置在成像光束路径中，而且还作为照明光束路径的一部分。这同样适用于校正光学单元。物镜具有光学轴线并限定焦平面的位置。可选地，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于对物体成像的方法，所述方法包括：提供用于对物体成像的成像光束路径，所述成像光束路径包括放大物镜，所述放大物镜引入受物体的光学特性影响的第一球面像差，并且所述成像光束路径还包括引入第二球面像差的校正光学单元，其中校正光学单元在引入的第二球面像差方面是可调节的，提供将校正光学单元的设定值分配给物体类型的关联关系，其中在每个设定值处，校正光学单元引入第二球面像差，使得所述第二球面像差至少部分地补偿在分配给该设定值的物体类型的情况下发生的第一球面像差，并且因此减小当对所分配的类型的物体成像时发生的整体球面像差，确定物体的实际类型，从所述关联关系中检索分配给物体的实际类型的设定值，使用所检索的设定值来调节校正光学单元并且以减小的整体球面像差通过成像光束路径对物体成像。

【技术特征摘要】
2017.03.20 DE 102017105926.11.一种用于对物体成像的方法，所述方法包括：提供用于对物体成像的成像光束路径，所述成像光束路径包括放大物镜，所述放大物镜引入受物体的光学特性影响的第一球面像差，并且所述成像光束路径还包括引入第二球面像差的校正光学单元，其中校正光学单元在引入的第二球面像差方面是可调节的，提供将校正光学单元的设定值分配给物体类型的关联关系，其中在每个设定值处，校正光学单元引入第二球面像差，使得所述第二球面像差至少部分地补偿在分配给该设定值的物体类型的情况下发生的第一球面像差，并且因此减小当对所分配的类型的物体成像时发生的整体球面像差，确定物体的实际类型，从所述关联关系中检索分配给物体的实际类型的设定值，使用所检索的设定值来调节校正光学单元并且以减小的整体球面像差通过成像光束路径对物体成像。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述关联关系以两个阶段分配所述设定值，即，第一阶段是数据库，所述数据库保持随物体类型变化的折射率，以及第二阶段是折射率与设定值之间的相互关联关系。3.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述关联关系中，所述设定值还取决于影响第一球面像差的至少一个其他参数。4.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述关联关系中，所述设定值还取决于焦平面在所述物体中的深度位置。5.根据权利要求4所述的方法，其中，物体由物体载体携载，并且通过检测物体载体与物体之间的界面并通过测量界面与物体中的焦平面之间的距离来测量所述深度位置。6.根据权利要求4所述的方法，其中，限定若干深度位置区域，其中，所述设定值对所述深度位置的依赖性在每个区域内是恒定的。7.根据权利要求5所述的方法，其中，所述区域的大小取决于所述物镜的数值孔径。8.根据权利要求3所述的方法，其中，所述至少一个其他参数包括以下各项中的至少一个：物体的温度，物体载体的材料，物体载体的厚度，浸没介质，成像的波长，和物体中的焦平面的深度位置。9.根据权利要求3所述的方法，其中，物体由物体载体携载，并且所述载体包括存储数据的存储介质，所述数据包括物体类型和所述其他参数中的至少一个，并且其中所述存储介质被读取。10.根据权利要求1所述的方法，其中，物体被照射辐射所照射，并且通过检测或测量所述照射辐射的能量参数并通过从能量参数导出物体的温度来确定物体在成像期间具有的温度。11.一种用于对物体成像的显微镜，所述显微镜包括：用于对物体成像的成像光束路径，所述成像光束路径包括放大物镜，所述放大物镜引入受物体的光学特性影响的第一球面像差，并且所述成像光束路径还包括引入第二球面像差的校正光学单元，其中校正光学单元在引入的第二球面像差方面是可调节的，驱动...

【专利技术属性】
技术研发人员：迈克尔·古格拉，尤尔根·弗希提，
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