显微镜和用于确定显微镜中的像差的方法技术

显微镜包括被配置为对包括盖玻片的样品进行成像的光学成像系统、显微镜驱动、位置敏感检测器、光学测量系统和控制单元，所述光学成像系统包括可调校正装置，显微镜驱动被配置为沿光学成像系统的光轴调节盖玻片和光学成像系统之间的距离。光学测量系统被配置为形成第一和第二测量光束，将测量光束以相对于光学成像系统的光轴的不同距离引导到光学成像系统的入射光瞳中，接收由测量光束在盖玻片的表面上的部分反射通过光学成像系统产生的第一和第二反射光束，以及将第一和第二反射光束引导到位置敏感检测器上。控制单元被配置为记录第一和第二反射光束在位置敏感检测器上的位置，并且基于所记录的第一和第二反射光束的位置确定像差。

【技术实现步骤摘要】
显微镜和用于确定显微镜中的像差的方法
本专利技术涉及一种显微镜。进一步地，本专利技术涉及一种用于确定显微镜中的像差的方法。
技术介绍
对样品的显微图像的质量的主要影响是由样品引起的球面像差，特别是由盖玻片或折射率不匹配引起的球面像差。在生物显微术中，折射率不匹配的主要原因是盖玻片的光学厚度不适当、盖玻片的折射率不适当或样品所嵌入的光学介质的折射率不适当。为了校正由样品引起的球面像差，常规显微镜包括可调校正装置。这些可调校正装置通常包括一个或多个透镜，它们布置在物镜中并且沿物镜的光轴可移动。通过使透镜沿光轴移动引起球面像差，这抵消了由样品引起的球面像差。然而为了抵消由样品引起的球面像差，首先需要确定该球面像差。用于确定显微镜中的像差的常用方法是利用基于多个输入参数描述显微镜的光学特性的模型函数。这样的参数包括例如盖玻片的厚度和样品所嵌入的光学介质的折射率。这些参数可以在对样品进行显微镜检查之前预先确定，或者就地测量(即在检查期间测量)。模型函数描述光学测量系统的光学特性，并因此描述由作为参数输入到模型中的样品特性引起的任何像差。从以这种方式确定的像差，可以确定可调校正装置的设置。US7825360公开一种包括具有校正轴环的物镜的显微镜和用于校正根据盖玻片的光学厚度引起的球面像差的方法。为了校正球面像差，在第一步骤中测量盖玻片的光学厚度。将测得的光学厚度作为参数输入到用于计算操纵值的函数中，该操纵值用于控制校正轴环。然后根据计算值调节校正轴环，从而校正由盖玻片的光学厚度引起的像差。US6563634B2公开一种包括用于校正像差的校正透镜的显微镜，校正透镜特别是用于校正盖玻片、培养皿或显微镜载玻片的厚度的像差。该文献还公开一种使用校正透镜校正物镜的焦平面的位置的方法。US9411142B2公开一种用于在聚焦显微镜时调节校正环的方法。方法基于由操作员定义的校正环的不同设置给出的支撑点的内插。通过这种方法，可以针对具有大折射率变化的样本调节校正环的设置。然而，精确的评估以及因此确定内插点是费时的，并且需要有经验的操作员。此外，上述方法需要产生大量图像，例如由于荧光的减弱或光毒效应这对于光敏样品特别不利。然而，已知的显微镜依赖于其光学成像系统的光学行为的模型以便确定球面像差。例如，在US7825360中公开的显微镜中，仅盖玻片的厚度用作模型的输入参数，而对其他因素(诸如样本所嵌入的介质的折射率、盖玻片的折射率或它们的温度相依性)保持忽略。因此，已知的显微镜不能确定球面像差本身，而只能确定其可能不准确的近似值。DE102011084562B4公开一种用于测量显微镜中的球面像差的设备和方法。该方法基于自动对焦系统的光学原理，但利用了对仅一个反射测量光束的强度分布的分析。因此，该方法确定球面像差对强度分布的影响，但不能确定球面像差本身。
技术实现思路
目的是提供一种允许球面相差的容易且准确确定的显微镜。前述目的通过一种显微镜以及一种用于确定显微镜中的像差的方法实现。有利实施例被限定在以下描述中。显微镜包括被配置为对包括盖玻片的样品进行成像的光学成像系统、显微镜驱动、位置敏感检测器、光学测量系统和控制单元，所述光学成像系统包括可调校正装置，显微镜驱动被配置为沿光学成像系统的光轴调节盖玻片和光学成像系统之间的距离。光学测量系统被配置为形成第一测量光束和第二测量光束，将第一测量光束以相对于光学成像系统的光轴的第一距离偏心地引导到光学成像系统的入射光瞳中，以及将第二测量光束以相对于光学成像系统的光轴的第二距离偏心地引导到光学成像系统的入射光瞳中，第二距离不同于第一距离。进一步地，光学测量系统被配置为接收由第一测量光束在盖玻片的表面上的部分反射通过光学成像系统产生的第一反射光束，接收第二测量光束在盖玻片的表面上的部分反射通过光学成像系统产生的第二反射光束，以及将第一反射光束和第二反射光束引导到位置敏感检测器上。控制单元被配置为记录第一反射光束和第二反射光束在位置敏感检测器上的位置，并且基于所记录的第一反射光束和第二反射光束的位置确定像差。盖玻片可以是覆盖或支撑待用显微镜检查的样本的任何透明窗玻璃，诸如盖玻璃或培养皿的底部。优选地，光学成像系统包括物镜。显微镜驱动特别是可以用于沿光学成像系统的光轴调节光学成像系统的焦点位置。光学成像系统的球面像差通常呈现自身为，穿过光学成像系统的光束沿光学成像系统的光轴具有不同的焦点位置，这取决于它们在光学成像系统的入射光瞳中的入射位置。特别地，穿过外部环形光瞳区域的光束与穿过内部环形光瞳区域的光束相比沿光学成像系统的光轴具有不同的焦点位置，即内部环形光瞳区域比外部环形光瞳区域更靠近光轴。如以下描述的，该事实用于确定光学成像系统直至盖玻片的反射表面的球面像差。特别地，前述反射表面可以是面对样本的盖玻片表面。这两个测量光束以不同的高度(即以距光学成像系统的光轴的不同距离)被引导到光学成像系统的入射光瞳中。由于光学成像系统中存在的球面像差，因此两个测量光束将在不同点处与盖玻片的表面相交。由两个测量光束在盖玻片的表面上的部分反射产生的两个反射光束被光学成像系统接收。反射光束以不同的高度离开光学成像系统。每个离开的反射光束的高度取决于对应测量光束与盖玻片的表面相交的位置和/或角度。因此，位置和/或角度本身是光学成像系统中存在的球面像差及其焦点位置的结果。因此，离开的反射光束的不同高度是光学成像系统中存在的球面像差的特征，并且可以在校正焦点位置的校正后或结合焦点位置的校正容易地从每个离开的反射光束的高度得出球面像差。为了确定反射光束的不同高度，将反射光束引导到位置敏感检测器上，并记录第一反射光束和第二反射光束在位置敏感检测器上的位置。因此，显微镜允许容易且准确地确定球面像差。在优选实施例中，控制单元被配置为逐步地调节显微镜驱动，针对每步记录第一反射光束和第二反射光束在位置敏感检测器上的位置，逐步地调节校正装置，针对每步记录第一反射光束和第二反射光束在位置敏感检测器上的位置，以及基于所记录的第一反射光束和第二反射光束的位置确定像差。两个测量光束中的每个沿光学成像系统的光轴的焦点位置，以及因此对应反射光束在位置敏感传感器上的位置，都取决于显微镜驱动的设置和校正装置的设置这两者。因此，为了正确地确定球面像差，必须知道显微镜驱动的设置和校正装置的设置这两者对两个反射光束的位置的影响。在该实施例中，针对校正装置和显微镜驱动的各种设置，从第一反射光束和第二反射光束的多个位置确定球面像差。因此，可以从确定中消除显微镜驱动的设置和校正装置的设置的影响。这允许球面像差的更可靠确定。在另一优选实施例中，控制单元被配置为获得第一反射光束在位置敏感检测器上的位置、盖玻片和光学成像系统之间的沿光学成像系统的光轴的距离以及可调校正装置的控制变量之间的第一函数相关性，以及获取第二反射光束在位置敏感检测器上的位置、盖玻片和光学成像系统之间的沿光学成像系统的光轴的距离以及可调校正装置的控制变量之间的第二函数相关性。进一步地，控制单元被配置为基于第一函数相关性本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种显微镜(100，800)，包括：/n光学成像系统(102)，被配置为对包括盖玻片(118)的样品(114)进行成像，所述光学成像系统(102)包括可调校正装置(104)，/n显微镜驱动(106)，被配置为沿光学成像系统(102)的光轴(O1)调节盖玻片(118)和光学成像系统(102)之间的距离，/n位置敏感检测器(108)，/n光学测量系统(110)，被配置为：/n形成第一测量光束(210a)和第二测量光束(210b)；将第一测量光束(210a)以相对于光学成像系统(102)的光轴(O1)的第一距离偏心地引导到光学成像系统(102)的入射光瞳(300)中，将第二测量光束(210b)以相对于光学成像系统(102)的光轴(O1)的第二距离偏心地引导到光学成像系统(102)的入射光瞳(300)中，第二距离与第一距离不同；接收由第一测量光束(210a)在盖玻片(118)的表面上的部分反射通过光学成像系统(102)而产生的第一反射光束(222a)，接收由第二测量光束(210b)在盖玻片(118)的表面上的部分反射通过光学成像系统(102)而产生的第二反射光束(222b)；以及将第一反射光束(222a)和第二反射光束(222b)引导到位置敏感检测器(108)上；以及/n控制单元(112)，被配置为：/n记录第一反射光束(222a)和第二反射光束(222b)在位置敏感检测器(108)上的位置，并且基于所记录的第一反射光束(222a)和第二反射光束(222b)的位置确定像差。/n...

【技术特征摘要】
20191029 EP 19205882.41.一种显微镜(100，800)，包括：
光学成像系统(102)，被配置为对包括盖玻片(118)的样品(114)进行成像，所述光学成像系统(102)包括可调校正装置(104)，
显微镜驱动(106)，被配置为沿光学成像系统(102)的光轴(O1)调节盖玻片(118)和光学成像系统(102)之间的距离，
位置敏感检测器(108)，
光学测量系统(110)，被配置为：
形成第一测量光束(210a)和第二测量光束(210b)；将第一测量光束(210a)以相对于光学成像系统(102)的光轴(O1)的第一距离偏心地引导到光学成像系统(102)的入射光瞳(300)中，将第二测量光束(210b)以相对于光学成像系统(102)的光轴(O1)的第二距离偏心地引导到光学成像系统(102)的入射光瞳(300)中，第二距离与第一距离不同；接收由第一测量光束(210a)在盖玻片(118)的表面上的部分反射通过光学成像系统(102)而产生的第一反射光束(222a)，接收由第二测量光束(210b)在盖玻片(118)的表面上的部分反射通过光学成像系统(102)而产生的第二反射光束(222b)；以及将第一反射光束(222a)和第二反射光束(222b)引导到位置敏感检测器(108)上；以及
控制单元(112)，被配置为：
记录第一反射光束(222a)和第二反射光束(222b)在位置敏感检测器(108)上的位置，并且基于所记录的第一反射光束(222a)和第二反射光束(222b)的位置确定像差。


2.根据权利要求1所述的显微镜(100，800)，其中控制单元(112)被配置为：逐步地调节显微镜驱动(106)，针对每步记录第一反射光束(222a)和第二反射光束(222b)在位置敏感检测器(108)上的位置，逐步地调节校正装置(104)，针对每步记录第一反射光束(222a)和第二反射光束(222b)在位置敏感检测器(108)上的位置，以及基于所记录的第一反射光束(222a)和第二反射光束(222b)的位置确定像差。


3.根据权利要求1或2所述的显微镜(100，800)，其中控制单元(112)被配置为通过以下确定像差：
获得第一反射光束(222a)在位置敏感检测器(108)上的位置、盖玻片(118)和光学成像系统(102)之间的沿光学成像系统(102)的光轴(O1)的距离以及可调校正装置(104)的控制变量之间的第一函数相关性；
获得第二反射光束(222b)在位置敏感检测器(108)上的位置、盖玻片(118)和光学成像系统(102)之间的沿光学成像系统(102)的光轴(O1)的距离以及可调校正装置(104)的控制变量之间的第二函数相关性；以及
基于第一函数相关性和第二函数相关性确定像差。


4.根据权利要求3所述的显微镜(100，800)，其中控制单元(112)被配置为确定第一函数相关性和第二函数相关性，以及
在第一函数相关性和第二函数相关性是线性函数的假设下确定像差。


5.根据权利要求3或4所述的显微镜(100，800)，其中控制单元(112)被配置为通过以下校正像差：
基于第一函数相关性和第二函数相关性调节校正装置(104)和显微镜驱动(106)，以使第一反射光束(222a)落在位置敏感检测器(108)的第一预先确定区域上以及第二反射光束(222b)落在位置敏感检测器(108)的第二预先确定区域上。


6.根据前述权利要求中任一项所述的显微镜(100，800)，其中控制单元(112)被配置为通过以下校正像差：
基于确定的像差，确定用于调节校正装置(104)的控制变量的值和用于调节显微镜驱动(106)的控制变量的值，以及
根据校正装置(104)和显微镜驱动(106)各自的控制变量的确定值调节校正装置(104)和显微镜驱动(106)。


7.根据权利要求6所述的显微镜(100，800)，其中控制单元(112)被配置为基于用于调节校正装置的控制变量的确定值确定盖玻片(118)的光学厚度。


8.根据前述权利要求中任一项所述的显微镜(100，800...

【专利技术属性】
技术研发人员：克里斯蒂安·舒曼，亚历山大·韦斯，安德烈亚斯·洛特，
申请(专利权)人：莱卡微系统CMS有限责任公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE