利用角度可变照明的自动对焦制造技术

本发明专利技术的各个方面涉及通过角度可变照明来促进测试对象(499)的自动聚焦技术的技术。此处，在多个角度可变照明的几何构型(301，302)捕获图像数据集。评估所捕获的图像数据集以确定Z位置。

Automatic Focusing Using Angle-Variable Illumination

【技术实现步骤摘要】
利用角度可变照明的自动对焦
本专利技术的各种实施例一般涉及在多个角度可变照明的几何构型捕获多个图像数据集，并且相应地设置显微镜的样品台的Z位置。本专利技术的各种实施例具体地涉及以提高的精度来设置Z位置。
技术介绍
测试对象的角度可变照明用在显微镜成像范围内的各种应用中。此处，角度可变照明的几何构型用于对测试对象进行照明，所述照明的几何构型具有随入射角进行变化的发光强度。举例来说，可以从一个或多个所选择的照明角度或照射方向来对测试对象进行照明。角度可变的照明有时也被称为角度选择性照明或被构造为根据角度的照明。原则上，角度可变照明可以与非常不同的用例进行组合。典型的用例是样品台的Z定位，例如为了对布置在样品台上的测试对象进行聚焦。这种方法可从例如DE102014109687A1中获得。然而，与这种自动聚焦技术相关的，经常观察到的是有限的可靠性和/或准确性。这通常是因为由除了测试对象之外所捕获的图像数据集所再现的干涉结构。而且，这可以是具有弱对比度的样品，具有较小的吸收和较小的相角偏差。按照这种方式，对可以从样品获得的信号进行限制。然后，在一个方面的测试对象的再现和在另一个方面的干涉结构的再现之间通常没有分离或仅有不充分的分离；这使得将图像数据集中的对象移位用于设置Z位置的确定是不可能的或错误的或仅可能是不够精确的。然后，自动聚焦可能失败或不准确。
技术实现思路
因此，存在对于用于角度可变照明的Z定位的改进技术的需求。特别是，存在对于以高可靠性和高精度来促进Z定位的技术的需求。这个目的是通过独立权利要求的特征来实现的。从属权利要求的特征限定了实施例。用于操作显微镜的方法包括在多个角度可变照明的几何构型捕获至少一个图像数据集。所述方法还包括在所述至少一个图像数据集中执行测试对象的再现与干涉结构的分离。此处，基于指示先验知识的控制数据来执行所述分离。在所述分离的基础上，所述方法然后进一步包括识别图像数据集中的分量，所述分量相对于角度可变照明的几何构型的变化而进行变化。这产生了测试对象的对象移位。此外，所述方法包括基于所述对象移位确定测试对象的散焦位置。所述方法包括基于所述散焦位置设置显微镜的样品台的Z位置。此处，通常的，Z位置表示样品台的定位平行于显微镜的光轴。横向方向，即垂直于光轴，通常由X位置和Y位置所描述。可以通过改变Z位置来改变所述测试对象的散焦位置。此处，通常可以执行用于在多个角度可变照明的几何构型捕获至少一个图像数据集的不同技术。举例来说，为了在多个角度可变照明的几何构型中捕获至少一个图像数据集的目的，所述方法可以包括：用多个可单独切换的光源来驱动照明模块。然后，每个照明的几何构型可以与一个或多个所激活的光源相关联。结果是，不同照明的几何构型可以包括不同的照明角度–通过不同的照明角度对布置在样品台上的测试对象进行照明。换句话说，光强度根据从照明的几何构型到照明的几何构型的入射角进行变化。例如，在另一选项中使用可调节的挡块，其中挡块被布置在延伸光源的前面或者被布置在被映射到光源的平面中。举例来说，可调节的挡块可以由液晶矩阵所形成或被形成为DMD(数字微镜器件)装置。根据常用规则，可以的是，对于每个角度可变照明的几何构型，测试对象上的强度可以是恒定的。换句话说，角度可变照明的几何构型可以提供全区域照明，其中照明覆盖比对象更大的区域。为了在多个角度可变照明的几何构型捕获至少一个图像数据集的目标，所述方法可以包括：驱动提供图像数据集的检测器。捕获所述至少一个图像数据集可能已经包括还有对至少一个图像数据集的预处理。举例来说，可以例如通过减去平均对比度等来执行归一化。举例来说，可以扩展直方图以增加对比度。举例来说，可以捕获多个图像数据集。举例来说，可以针对每个照明的几何构型来捕获关联的图像数据集。然而，在其他实施例中，可以在每个图像数据集中以叠加的方式来应用多于一个的照明的几何构型。在所述过程中，例如，第一照明的几何构型可以对应于第一照明方向，并且第二照明的几何构型可以对应于第二照明方向；此处，例如，这些照明的几何构型可以被在同一时间施加，即同时施加。根据常用规则，可以在发射光的几何构型或反射光的几何构型中捕获本申请所介绍的技术中的图像数据集。这意味着，样品台可以被布置在照明模块和检测器之间(发射光的几何构型)，或者照明模块和检测器被布置在样品台的同一侧(反射光的几何构型)。检测器或相关联的成像光学单元可以具有检测器孔径，该检测器孔径限制在检测器的敏感表面上成像的光的场效应区。如果照明的几何构型包括直接通过而没有从照明模块通过检测器孔径散射的照明角度，则这对应于亮场成像。否则，使用暗场成像。根据常用规则，本申请所介绍的各种技术中使用的照明的几何构型可以被配置用于亮场成像和/或用于暗场成像。此外，可以基于显微镜的至少一个光学系统参数来确定测试对象的散焦位置。在本申请所介绍的各种实施例中可以考虑不同种类和类型的干涉结构。干涉结构的实例包括：光反射；阴影；考虑污染的影响，例如在样品台的区域中或者在显微镜的成像光学单元的静态区域中；检测器的传感器噪声等。通过实例的方式，干涉结构的实例包括由于位于相机上或附近或在显微镜的光学系统中的样品台的界面上的灰尘颗粒的影响。通常，相对于多个图像数据集的图像数据集创建，这种和其他干涉结构贡献显著的对比。这使得在测试对象的背景下评估物理信息项更加困难。然而，本申请所介绍的技术使得可以将干涉结构与测试对象的再现进行分离。根据常用规则，本申请所介绍的技术可以用于对不同种类和类型的测试对象进行成像。举例来说，可以测量具有大相位分量的测试对象；此处，通常会造成穿过测试对象的光的相位偏移，而通常不造成光的幅度的衰减或仅造成轻微的衰减。然而，在这种示例中观察到显著的吸收的情况下，在其他实施例中也可以测量幅度测试对象。对象移位可以根据所采用的照明几何构型描述测试对象的再现位置的变化。举例来说，使用不同的照明角度可以导致测试对象的再现的不同位置。测试对象的再现之间的相应距离可以表示对象偏移。在捕获多个图像数据集之前，或者通常在执行成像之前，可以提供先验知识或相应的控制数据。可以基于确定的边界条件或基于显微镜的相关系统状态来建立先验知识。因此，先验知识可以基于特定背景下的成像。可以从除测量本身之外的其他环境得出先验知识。举例来说，先验知识可以是用户相关的。例如，可以从用户接口获得控制数据，并因此从显微镜的用户获得控制数据。举例来说，这可以允许用户预先确定要使用的测试对象的种类或类型。作为替代或补充，用户还可以指定显微镜的一个或多个系统参数。这允许用户灵活地指定测量的边界条件。通常地，这可以在分离期间实现很高的精度；另一方面，考虑到方法的可靠性，半自动性质可能是不利的。在其他实例中，以这种半自动方式建立控制数据可以通过控制数据的全自动建立来补充或替换。举例来说，可以从所训练的分类器获得控制数据。此处，所训练的分类器可以对多个图像数据集进行操作。这意味着，分类器识别多个图像数据集的特定属性，并且能够将这些属性分配给预先定义的分类。在这样的实施例中，分类器的分类器模型可以实现将测试对象的再现与干涉结构执行分离所需的先验知识。举例来说，如果干涉结构的种类和类型以及测试对象的种类和类型在不同的成像过程中保持相同本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于操作显微镜(100)的方法，所述方法包括：在多个角度可变照明的几何构型(300‑302)捕获至少一个图像数据集(401，402，401A，402A)；基于指示先验知识的控制数据：在所述至少一个图像数据集(401，402，401A，402A)中执行测试对象(499)的再现(1032，1033)与干涉结构(492，493)的分离；基于所述分离：识别至少一个图像数据集(401，402，401A，402A)中的分量，其中根据所述测试对象(499)的对象移位(1034)，所述分量相对于角度可变照明的几何构型的变化而进行变化；基于所述对象移位(1034)：确定所述测试对象(499)的散焦位置；以及基于所述散焦位置：设置所述显微镜(100)的样品台(113)的Z位置(501，502)。

【技术特征摘要】
2018.03.28 DE 102018107356.91.一种用于操作显微镜(100)的方法，所述方法包括：在多个角度可变照明的几何构型(300-302)捕获至少一个图像数据集(401，402，401A，402A)；基于指示先验知识的控制数据：在所述至少一个图像数据集(401，402，401A，402A)中执行测试对象(499)的再现(1032，1033)与干涉结构(492，493)的分离；基于所述分离：识别至少一个图像数据集(401，402，401A，402A)中的分量，其中根据所述测试对象(499)的对象移位(1034)，所述分量相对于角度可变照明的几何构型的变化而进行变化；基于所述对象移位(1034)：确定所述测试对象(499)的散焦位置；以及基于所述散焦位置：设置所述显微镜(100)的样品台(113)的Z位置(501，502)。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述先验知识包括至少一个图像数据集(401，402，401A，402A)中对象移位(1034)的至少一个方向(471-475)。3.根据权利要求2所述的方法，还包括：执行所述至少一个图像数据集(401，402，401A，402A)的相互关系(450，450A)；以及选择对应于所述对象移位(1034)的至少一个方向(471-475)的相互关系(450，450A)的数据点；其中，基于所选择的数据点来识别所述对象移位(1034)。4.根据权利要求3所述的方法，还包括：选择对应于所述至少一个方向(471-475)中的第一方向(471-475)的相互关系(450，450A)的第一数据点；选择对应于所述至少一个方向(471-475)中的第二方向(471-475)的相互关系(450，450A)的第二数据点；以及叠加所述第一数据点和第二数据点；其中，基于所选择的和所叠加的数据点来识别对象移位(1034)。5.根据权利要求2所述的方法，还包括：基于所述显微镜(100)的照明模块(111)的光源(121，121-1，121-2，121A，121B)的相对定位来确定对象移位(1034)的至少一个方向(471-475)，所述光源与多个角度可变照明的几何构型(300-302)相关联。6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述先验知识包括用于对象移位(1034)的搜索区域(456，457，459)。7.根据权利要求6所述的方法，其中，在多个角度可变照明的几何构型(300-302)中捕获所述至少一个图像数据集(401，402，401A，402A)，并且与其相关联地重复执行设置所述Z位置(501，502)以进行多次迭代(9010)；其中，所述先验知识包括根据所述迭代(9010)的搜索区域(456，457，459)。8.根据权利要求6所述的方法，其中，所述先验知识包括用于显微镜(100)的成像光学单元(113)的不同景深范围的搜索区域(456，457，459)。9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述先验知识包括至少一个图像数据集(401，402，401A，402A)中的干涉结构(492，493)的再现位置和所述测试对象(499)的再现位置中的至少一个。10.根据权利要求9所述的方法，还包括：根据所述干涉结构(492，493)的再现位置：将平铺(405，406)应用于所述至少一个图像数据集(401，402，401A，402A)；以及抑制包含所述干涉结构(492，493)的平铺(405，406)的图像数据集块中的至少一个图像数据集(401，402，401A，402A)的评估。11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述先验知识包括至少一个图像数据集(401，402，401A，402A)中的所述干涉结构(492，493)的对比度和所述测试对象(499)的再现(1032，1033)的对比度中的至少一个。12.根据权利要求11所述的方法，还包括：执行所述至少一个图像数据集(401，402，401A，402A)的相互关系(450，450A)；识别所述相互关系(450，450A)中的至少一个相互关系最大值(461-463，469)；以及基于所述干涉结构(492，493)的对比度：丢弃所述至少一个相互关系最大值(461-463，469)。13.根据权利要求1所述的方法，其中，所述先验知识包括测试对象(499)的真实空间周期(499A，499B)。14.根据权利要求1所述的方法，还包括：从所训练的分类器或所述显微镜的用户界面中的至少一个接收所述控制数据，所述分类器对所述至少一个图像数据集(401，402，401A，402A)进行操作。15.一种用于操作显微镜(100)的方法，所述方法包括：在多个角度可变照明的几...

【专利技术属性】
技术研发人员：拉尔斯·施托普，托马斯·奥尔特，克里斯蒂安·迪特里希，马库斯·施蒂克，
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