显微镜和用于产生具有扩展的景深的显微图像的方法技术

本发明专利技术涉及显微镜和用于产生具有扩展的景深的显微图像的方法。本发明专利技术首先涉及一种用于借助显微镜产生具有扩展的景深的显微图像的方法。在该方法的一个步骤中，以不同的焦点位置(02)，例如以在样本(01)与显微镜的物镜之间的距离的不同的程度来采集样本(01)的多个显微单图。在另一步骤中，将多个显微单图处理成一个具有扩展的景深的显微图像。根据本发明专利技术，焦点位置(02)在采集至少一些显微单图期间以能改变的速度或能改变的加速度连续不断地改变。此外，本发明专利技术还涉及一种具有用于对样本(01)进行光学成像的物镜的显微镜。

Microscopes and methods for generating microscopic images with extended depth of field

The present invention relates to a microscope and a method for generating microscopic images with extended depth of field. The invention first relates to a method for generating a microscopic image with extended depth of field by means of a microscope. In one step of the method, multiple microscopic single maps of the sample (01) are collected at different focal points (02), such as at different distances between the sample (01) and the objective mirror of the microscope. In another step, a plurality of microscopic single images are processed into a microscopic image with extended depth of field. According to the present invention, the focus position (02) is continuously changed at a variable speed or acceleration during the acquisition of at least some microscopic images. In addition, the invention also relates to a microscope with an objective for optical imaging of a sample (01).

【技术实现步骤摘要】
显微镜和用于产生具有扩展的景深的显微图像的方法
本专利技术首先涉及一种用于借助显微镜产生具有扩展的景深的显微图像的方法。此外，本专利技术还涉及一种具有用于使样本光学成像的物镜的显微镜。
技术介绍
DE102014006717A1说明了一种用于在数码显微镜中产生对象物的三维信息的方法。在该方法中，针对各一个焦点位置采集图像并且和相关的焦点位置一起保存在图像栈中。由图像栈的所采集的图像计算具有扩展的景深(EnhancedDepthofField)的图像，也就是所谓的EDoF图像。在EDoF图像的计算过程期间探测到一定数量的像素缺陷，这些像素缺陷通过与相邻的像素进行插补加以修正。经修正的EDoF图像被用于计算对象物的等高线图或3D模型。US2014/0185462A1示出了一种显微镜，其具有用于定位包括物镜和照相机的单元的沿z方向机动化的第一驱动器以及具有用于定位容纳样本的载物台的沿z方向机动化的第二驱动器。通过机动化的第一驱动器能够实现对具有扩展的景深的图像的采集。由US8,581,996B2公知了一种图像采集装置，用其能够采集和数字化样本的较大的区域并且能够输出具有扩展的景深的图像。该图像采集装置包括用于容纳样本的可运动的载物台和用于改缩放点位置的单元。此外，该图像采集装置还包括照相机和用于生成具有扩展的景深的图像的单元。具有扩展的景深的图像是指全焦图像。US2015/0185465A1教导了一种用于采集和产生具有扩展的景深的图像的显微镜。该显微镜被构造成用于，不同步地且并行地实施沿z方向的定位、图像采集和用于产生具有扩展的景深的图像的图像处理，以便能够更为快速地采集并产生具有扩展的景深的图像。在US2015/0185464A1中说明了一种解决方案，该解决方案的目的在于在检查视场时节省时间。为此另外还对物镜的放大系数和沿z方向的定位进行调整。制造商基恩士(Keyence)的型号为VHX2000和VHX5000的数码显微镜允许了采集具有扩展的景深的显微图像。制造商基恩士的型号为VHX5000的数码显微镜允许了在约9秒的持续时间内通过具有12个图像的图像栈采集高度大约为138μm的样本的拓扑结构。制造商卡尔蔡司股份有限公司(CarlZeissMicroscopyGmbH)的型号为SmartZoom5的显微镜允许了在约25秒内通过具有约60个图像的图像栈来用显微镜采集高度为10mm的样本，其中，接下来对具有扩展的景深的显微图像的计算大约占用19秒。因此提供具有扩展的景深的图像总共持续了44秒。
技术实现思路
以现有技术为出发点，本专利技术的任务在于，可以更为迅速并且/或者以更高的品质产生具有扩展的景深的显微图像。该产生要求是采集和处理显微单图。所提到的任务通过根据权利要求1所述的方法和根据并列的权利要求10所述的显微镜来解决。根据本专利技术的方法用于产生具有扩展的景深(EnhancedDepthofField-EDoF)的显微图像，其也被称为EDoF图像。为此使用如下显微镜，其尤其是指数码显微镜。该显微镜包括物镜和用于转换由物镜直接或间接成像到图像传感器上的图像的图像传感器。在根据本专利技术的方法的一个步骤中，用显微镜采集样本的多个显微单图。用不同的焦点位置采集显微单图，从而使样本的各个区域分别在其中至少一个显微单图中被清晰成像。不同的焦点位置特别优选通过对具有可运动的反光镜的微型系统的不同的驱控来促成。替选地，不同的焦点位置优选通过对可变形的光学的透镜的不同的驱控来促成。替选地，不同的焦点位置优选通过样本与显微镜的物镜之间的距离的不同的程度来形成。样本与显微镜的物镜之间的距离也可以描述为z坐标。若干显微单图形成栈。栈的图像的区别在于采集这些图像时的z坐标，从而它们也可以称为z栈或z堆栈。在根据本专利技术的方法的另一个步骤中，将所采集的多个显微单图处理成为一个具有扩展的景深的显微图像。为此，倘若可能的话，仅使用来自各个所采集的显微单图的被清晰成像的区域，以便由此计算出具有扩展的景深的显微图像。所要计算的显微图像成像出具有扩展的景深的样本。根据本专利技术，焦点位置在采集至少其中一些显微单图期间被连续不断地改变。因此，焦点位置在进行逐个采集显微单图的过程中以能改变的速度和/或能改变的加速度被连续不断地改变，从而使至少其中多个显微单图不是分别用恒定不变的焦点位置来采集，而是用不同的焦点位置来采集各自的显微单图的区域。优选地，焦点位置在采集其中所有的显微单图期间被连续不断地改变。速度和/或加速度优选在逐个采集显微单图期间被改变。相应地，优选在采集至少其中一些显微单图期间连续不断地改变样本与物镜之间的距离。因此，优选在逐个采集显微单图的过程中连续不断地改变样本与物镜之间的距离，从而至少其中多个显微单图不是分别用样本与物镜之间的恒定不变的距离来采集，而是用样本与物镜之间的不同程度的距离来采集各自的单图的区域。优选地，样本与物镜之间的距离在采集其中所有的显微单图期间被连续不断地改变。根据本专利技术的方法的特别的优点在于，焦点位置即使在采集至少其中一些显微单图期间被连续不断的改变也能够实现对所需的显微单图的快得多的采集。因此，用于提供具有扩展的景深的图像的持续时间根据上面引用的来自现有技术的示例在样本高度为10mm和具有约60个图像的图像栈的情况下，可以从约44秒减少到约25秒。根据现有技术，样本与物镜之间的距离仅在采集显微单图之间的时间段内被改变，从而该距离在采集单图的过程中是恒定不变的。因此该距离不是连续不断地改变，而是尤其是分散地改变。而根据本专利技术，该距离或者说焦点位置则持续改变，从而例如使用于改变承载样本的载物台的高度的马达不必在采集单图之间停顿。在根据本专利技术的方法的优选的实施方式中，焦点位置通过改变样本与显微镜的物镜之间的距离或者通过沿着样本的空间范围改缩放点位置地来被改变。例如优选通过驱控具有可运动的反光镜的微型系统或者通过使物镜的可变形的光学的透镜变形来改缩放点位置。在根据本专利技术的方法的优选的实施方式中，将多个显微单图处理成一个具有扩展的景深的显微图像的步骤在逐个采集显微单图之后就开始了，期间还采集其它的显微单图。因此，各个显微单图在它们被采集之后分别已经被处理，期间还采集其中其它的显微单图。因此，采集显微单图的方法步骤和将显微单图处理成一个具有扩展的景深的显微图像的方法步骤至少有时同时执行，其中，将显微单图处理成一个具有扩展的景深的显微图像的方法步骤可以持续得比采集显微单图的方法步骤更久。这种在时间上并行完成这些方法步骤导致了用于提供具有扩展的景深的显微图像的持续时间的进一步的减少。优选地，其中每个显微单图在其采集之后就已经被处理，在此期间其中下一个显微单图则被采集。在本专利技术的特别优选的实施方式中，以如下速度改缩放点位置，该速度在采集显微单图时和/或在采集显微单图之间被改变。速度的改变由加速度限定。速度和/或加速度优选在采集显微单图之间被改变。在根据本专利技术的方法的优选的实施方式中，显微单图在其被采集之后分别被加以分析，以便在采集其中接下来的显微单图时能调整焦点位置的改变、例如调整样本与物镜之间的距离的改变。该距离的改变能通过样本与物镜之间沿z方向的速度来描述。就此而言，显微单图在其采集之后分别被加以分析，以便在采集接下来的显微单图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于借助显微镜产生具有扩展的景深的显微图像的方法，所述方法包括下列步骤：‑以不同的焦点位置(02)采集样本(01)的多个显微单图；并且‑将所述多个显微单图处理成一个具有扩展的景深的显微图像；其特征在于，所述焦点位置(02)在采集所述显微单图中的至少一些显微单图期间以能改变的速度或能改变的加速度连续不断地改变。

【技术特征摘要】
2017.10.10 DE 102017123511.61.用于借助显微镜产生具有扩展的景深的显微图像的方法，所述方法包括下列步骤：-以不同的焦点位置(02)采集样本(01)的多个显微单图；并且-将所述多个显微单图处理成一个具有扩展的景深的显微图像；其特征在于，所述焦点位置(02)在采集所述显微单图中的至少一些显微单图期间以能改变的速度或能改变的加速度连续不断地改变。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过改变所述样本(01)与所述显微镜的物镜之间的距离或者通过沿着所述样本(01)的空间范围改变焦点位置(02)来改变所述焦点位置(02)。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在采集多个显微单图期间连续不断地改变所述焦点位置(02)。4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，将多个显微单图处理成一个具有扩展的景深的显微图像的步骤在单个采集显微单图之后就开始了，而所述显微单图中的其他显微单图还在采集。5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述焦点位置(02)以如下速度改变，所述速度在采集所述显微单图期间和/或在采集所述显微单图之间被改变，其中，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：亚历山大·盖杜克，罗西斯·库马尔，帕夫洛斯·伊利奥普洛斯，坦尼斯拉夫·加里宁，
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