在选择角度地照明时的伪迹减少制造技术

一种光学设备(100)，其包括：试样保持器(102)，该试样保持器设置为，将物体固定在所述光学设备(100)的光路中，和照明模块(180)，该照明模块包括多个光源(182)并且设置为，通过运行所述光源(182)由多个照明方向(111)照明所述物体，其中，每个照明方向(111)具有一个对应的照明场(215)。所述光学设备(100)还包括滤光镜(300)，该滤光镜设置在照明模块(180)与试样保持器(102)之间并且设置为，为每个照明方向(111)扩张对应的照明场(215)。由此可以在选择角度地照明时减少基于杂质的伪迹。还描述了数码伪迹减少技术。例如，所述光学设备(100)可以是显微镜。

Reduction of artifacts when lighting at selected angles

An optical device (100) includes a sample holder (102), which is arranged to fix an object in the optical path of the optical device (100) and an illumination module (180), which comprises a plurality of light sources (182) and is arranged to illuminate the object in multiple illumination directions (111) by running the light source (182), in which each illumination direction (111) has a pair. The corresponding illumination field (215). The optical device (100) also includes a filter (300), which is arranged between the illumination module (180) and the sample holder (102) and expands the corresponding illumination field (215) for each illumination direction (111). As a result, impurity-based artifacts can be reduced when illuminating at selected angles. Digital artifact reduction techniques are also described. For example, the optical device (100) may be a microscope.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】在选择角度地照明时的伪迹减少
本专利技术的不同实施方式涉及一种光学设备，该光学设备具有滤光镜，该滤光镜设置在所述光学设备的具有多个光源的照明模块与所述光学设备的试样保持器之间，并且该滤光镜设置用于为每个照明方向扩张对应的照明场。本专利技术的不同的其它实施方式涉及一种方法，在该方法中，在紧接着为了获得结果图像而将不同的测量图像组合之前为多个测量图像中的每个测量图像实施伪迹减少。例如，所述结果图像可以具有相位对比。
技术介绍
在物体的光学成像中常常值得追求的是：生成所谓的相位对比图像。在一个相位对比图像中，图像对比的至少一部分由光穿过映射物体的相移决定。由此特别是可以以相对较高的对比度映射这样的物体：其不导致光的振幅减弱或导致微小的减弱，但是导致显著的的相移(相位物体)。典型地，作为显微镜中的物体的生物试样可以引起比电磁场的振幅变化更大的相位变化。已知有不同的用于相位对比成像的技术，例如暗视场照明、倾斜照明、微分干涉对比(DIC)或Zernike相位对比。另外的技术例如是所谓的滑移法(英：knifeedge)或螺旋相位对比。这样的前述技术具有多种缺点或限制。例如在DIC技术、Zernike技术、滑移法或螺旋相位对比中典型必要的是：相对传统的振幅成像，在试样与所谓的探测光学系统的区域中的检测器之间提供附加的光学元件。这特别在模块化构造的显微镜中会导致结构限制。典型地升高了成本。在薄试样的情况中，在暗视场照明的情况中典型地仅少量的光子有助于图像产生，这会导致具有较差质量的消逝的图像。后续的对图像的处理或分析会是不可能的或仅限制性可行的。倾斜照明典型地导致不对称的对比度升高，这又会导致图像的降低的质量。因此还已知有通过数码后处理产生相位对比图像的技术。例如由DE102014112242A1已知的技术为：通过组合多个检测的强度图像生成相位对比图像。在此，不同的强度图像与不同的照明方向相关联。这样的技术有时称为选择角度的照明。在借助选择角度的照明进行相位对比成像时会出现的是：光路中的杂质对相位对比图像的质量具有负面影响。特别注意到的是：当光路中的杂质相对光学设备的物镜的焦平面具有间距时(不对焦)，这些光路中的杂质会作为相位对比图像中膨胀的图案出现。对于结合选择角度的照明、例如结合明视场成像的其它成像技术也会出现相应的缺点。
技术实现思路
因此存在对借助选择角度的照明进行成像的改进技术的需求。选择角度的照明经常也称为结构化照明。特别是存在对如下技术的需求：该技术能够减少基于光路中的杂质的伪迹。所述目的通过独立权利要求的特征得以实现。从属权利要求的特征限定实施方式。在一种实例中，光学设备包括试样保持器、照明模块和滤光镜。所述试样保持器设置为将物体固定在所述光学设备的光路中。所述照明模块包括多个光源。该照明模块设置为，通过运行光源由多个照明方向对物体进行照明。每个照明方向具有一个对应的照明场。所述滤光镜设置在照明模块与试样保持器之间。该滤光镜设置为，为每个照明方向扩张所述对应的照明场。所述光学设备例如可以是显微镜。例如可能的是：所述光学设备设置用于入射光成像和/或透射光成像。所述光学设备例如可以包括目镜和/或物镜。所述光学设备例如可以包括另外的照明模块，其例如具有用于荧光成像的激光器。物体例如可以是相位物体、例如生物试样。相应的生物试样例如可以包括一个或多个细胞培养。所述照明场例如可以为存在于空间的不同点上的每个相关联的照明方向描述光量。所述照明场例如可以与光的传播方向相关联。所述照明场例如可以在两个边缘之间具有确定的限定宽度；例如可以垂直于传播方向限定所述照明场的宽度。所述照明场例如可以限定光路。所述光路例如可以具有中心轴线，该中心轴线关于照明场的边缘对称地限定。通过照明场的扩张可以增大该照明场的宽度。这意味着：照明场的膨胀使得在较大的立体角中存在光。由此例如可以实现的是：由膨胀的立体角对物体进行照明，该立体角例如围绕相应的照明方向居中。通过所述扩张，不同照明方向的照明场因此在试样保持器或者物体的范围中具有垂直于光传播方向的较大延伸尺寸。通过这种技术可以实现的是：减少或者消除在结果图像中的基于光路中的杂质的伪迹(伪迹减少)。特别是可以减少结果图像中的基于如下杂质的伪迹，这些杂质在试样保持器的区域中处于光学设备的焦平面之外。特别会是可能的是：减少基于处于焦平面之外的杂质的伪迹，而同时不降低或不显著降低关于物体的成像质量，所述物体设置在光学设备的焦平面的区域中。在此，成像质量例如通过物体的锐度、信噪比、图像噪声等表征。可以使用不同的滤光镜，以便实现照明场的针对不同照明方向的扩张。滤光镜例如可以包括漫射板或实施为漫射板。这样可以采用特别坚固的且可简单制造的滤光镜。例如可以通过塑料板实现漫射板。例如可能的是：所述漫射板的一个或多个表面具有粗糙化的结构，也就是说存在具有显著拓扑结构的表面。在此，表面拓扑结构的纵向标度可以与照明场扩张的纵向标度相关联。所述滤光镜可以针对两个透射方向导致照明场的扩张或仅针对由照明模块入射到滤光镜上的光。值得追求的是：滤光镜对于沿着相应照明方向入射的光具有较高的透射率。例如透射率可以>50％、优选>85％、特别优选>95％。由此可以实现的是：由于设置有滤光镜，成像质量不降低或不显著降低。例如可能的是：漫射板的表面与光路的中心轴线围成明显的角，所述光路与不同的照明方向相关联。例如可能的是：所述角大于50°、优选大于70°、特别是大于85°。通过这种垂直的设置结构可以减少滤光镜表面上的反射并且升高透射率。例如可能的是，漫射板定位在照明模块附近。例如，在漫射板的表面与照明模块之间的间距可以小于漫射板的表面延伸尺寸。例如，在漫射板的表面与照明模块之间的间距可以小于在滤光镜之前或可选地在其之后的照明场针对不同照明方向的宽度。在一种实例中可能的是：照明模块包括载体，在该载体上安装有光源。于是可能的是：所述滤光镜与载体刚性联接。在这样的实例中可能的是：在位置方面相对照明模块特别紧地将滤光镜定位。由此可以实现不同照明方向的照明场的特别有效的扩张。此外可以结构空间有效地设置滤光镜。所述光学设备此外可以包括检测器、例如CMOS检测器或CCD检测器或光电倍增器。所述检测器可以具有一个像点阵列。所述检测器可以设置在所述光学设备的光路中。所述光学设备也可以包括计算单元。该计算单元可以设置为，对照明模块进行操控，以由多个测量照明方向照明物体。所述计算单元此外可以设置为，对检测器进行操控，以检测物体的测量图像。这些测量图像在此对应于各测量照明方向。所述计算单元此外可以设置为，为了获得结果图像而将各测量图像组合。在此处描述的不同实例中，在测量照明方向与测量图像之间的不同对应关系是可能的，例如，1:1的对应关系是可能的。例如所述计算单元可以设置为：对检测器进行操控，以为测量照明方向中的每个测量照明方向检测物体的一个相应的测量图像。然而另外的对应关系也是可能的：例如所述计算单元设置为对检测器进行操控，使得一个测量图像对应有一个以上的测量照明方向。在1：n的对应关系、其中n>2的情况中，可以提高成像速度：这尤其在明视场成像中可以是值得追求的。例如可能的是：结果图像具有相位对比。然而也可能的是：结果图像不具有相位对本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种方法，该方法包括：对光学设备(100)的照明模块(180)进行操控，并且所述照明模块具有用于由多个测量照明方向(111‑114)照明物体(125)的多个光源(182)，对所述光学设备(100)的检测器(101)进行操控，所述检测器用于检测所述物体(125)的测量图像(501，502)，其中，将所述测量图像(501，502)对应于所述测量照明方向(111‑114)，对于每个测量图像(501，502)：实施伪迹减少，其减少了相应的测量图像(501，502)中的基于不对焦设置的杂质(120)的伪迹(121‑123)，在实施伪迹减少之后对于所有的测量图像(501，502)：将这些测量图像(501，502)组合以获得结果图像(601)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.05.02 DE 102016108079.91.一种方法，该方法包括：对光学设备(100)的照明模块(180)进行操控，并且所述照明模块具有用于由多个测量照明方向(111-114)照明物体(125)的多个光源(182)，对所述光学设备(100)的检测器(101)进行操控，所述检测器用于检测所述物体(125)的测量图像(501，502)，其中，将所述测量图像(501，502)对应于所述测量照明方向(111-114)，对于每个测量图像(501，502)：实施伪迹减少，其减少了相应的测量图像(501，502)中的基于不对焦设置的杂质(120)的伪迹(121-123)，在实施伪迹减少之后对于所有的测量图像(501，502)：将这些测量图像(501，502)组合以获得结果图像(601)。2.根据权利要求1所述的方法，所述方法此外还包括：对于每个测量图像(501，502)：对照明模块(180)进行操控，以由至少一个对应的参考照明方向(411-413，421-423，431-433)照明物体(125)，对于每个参考照明方向(411-413，421-423，431-433)：对检测器(101)进行操控，以检测所述物体(125)的参考图像(551-558)，在实施伪迹减少时，对于每个测量图像(501，502)：将相应的测量图像(501，502)与至少一个对应的参考图像(551-558)组合，以获得至少一个修正图像(563，563-1，563-2，564，564-1，564-2，565-1，565-2，566，567)，所述修正图像表明伪迹(121-123)。3.根据权利要求2所述的方法，所述方法此外还包括：在实施伪迹减少时，对于每个修正图像(563，563-1，563-2，564，564-1，564-2，565-1，565-2，566，567)：使用基于强度阈值的图像分割以在所述修正图像(563，563-1，563-2，564，564-1，564-2，565-1，565-2，566，567)中获得隔离的伪迹区域，该伪迹区域包含伪迹(121-123)，在实施伪迹减少时，对于每个测量图像(501，502)：基于伪迹区域去除伪迹。4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述杂质(120)包括漫射材料和吸光材料，其中，为每个测量图像(501，502)对所述照明模块(180)进行操控，以由至少两个对应的参考照明方向(411-413，421-423，431-433)照明所述物体(125)，其中，所述方法此外还包括：在实施伪迹减少时，对于每个修正图像(563，563-1，563-2，564，564-1，564-2，565-1，565-2，566，567)：基于另外的修正图像(563，563-1，563-2，564，564-1，564-2，565-1，565-2，566，567)的伪迹区域对相应的伪迹区域进行修正。5.根据权利要求1所述的方法，所述方法此外还包括：对于每个测量图像(501，502)：对所述照明模块(180)进行操控，以由对应次序(499)的参考照明方向(411-413，421-423，431-433)照明所述物体(125)，对于每个参考照明方向(411-413，421-423，431-433)：对所述检测器(101)进行操控，以检测所述物体(125)的一个参考图像(551-558)，在实施伪迹减少时，对于每个测量图像(501，502)：识别伪迹运动，其作为对应的参考图像(551-558)中的相应次序(499)的参考照明方向(411-413，421-423，431-433)的函数，并且其中相应的伪迹减少基于伪迹的相应识别的运动。6.根据权利要求5所述的方法，所述方法此外还包括：在实施伪迹减少时，对于每个测量图像(501，502)：基于所识别的伪迹运动将相应的测量图像(501，502)与对应的参考图像(551-558)中的至少一个组合。7.根据权利要求2至6之一所述的方法，其中，对应于一个选出的测量图像(501，502)的至少一个测量照明方向(111-114)与其余的测量照明方向(111-114)围成第一平均角，其中，对应于选择出的测量图像(501，502)的至少一个测量照明方向(111-114)与对应的至少一个参考...

【专利技术属性】
技术研发人员：拉尔斯·施托佩，莫里茨·斯密德林，格哈德·克拉姆佩尔特，卡伊·威克尔，
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