利用吸收滤光器进行相衬成像的角度可变照明制造技术

本发明专利技术涉及一种包括显微镜(100)的系统(90)，该显微镜具有：照明模块(111)；样本固持器(113)；检测器(114)；以及位于该样本固持器113)与该检测器(114)之间的成像光学单元(112)。该系统还包括至少一个计算单元(115)，该至少一个计算单元被设计为：控制该照明模块(111)，以便利用来自多个照明方向(700‑703，381，382)的光照射样本物体(390)，并且控制该检测器(114)，以捕获各自对应于该多个照明方向(700‑703，381，382)之一的图像。该系统还包括吸收滤光器(800)，该吸收滤光器位于该成像光学单元(112)中并具有取决于位置的吸收率(810)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】利用吸收滤光器进行相衬成像的角度可变照明
本专利技术的各种示例总体上涉及一种包括显微镜和至少一个计算单元的系统。在本案中，显微镜包括照明模块，该照明模块被配置为用来自多个照明方向的光照射样本物体。可以借助于计算单元执行数字后处理，以获得具有定制对比度的结果图像。本专利技术尤其涉及布置在显微镜的成像光学单元中的吸收滤光器的使用。
技术介绍
在样本物体的光学成像中，通常可能值得生成样本物体的所谓相衬图像。在相衬图像中，至少一些图像对比度是由穿过被成像的样本物体的光的相移引起的。特别地，这使得那些没有引起振幅衰减或仅引起较小振幅衰减但引起显著相移的样本物体能够以相对较高的对比度成像；通常，这样的样本物体也称为相位物体。在显微镜中作为样本物体的生物样本通常可能引起比电磁场振幅变化相对更大的相位变化。已知存在各种相衬成像技术，例如暗场照明、斜射照明、微分干涉对比(DIC)或Zernike相衬法。上述这样的技术具有各种缺点或局限性。通常，可能需要在所谓的成像光学单元的区域中在样本与检测器之间提供附加的光学元件，以便于相衬成像。这可能会导致结构上的限制。此外，可能存在应用上的限制：举例来说，通过提供附加的光学元件可能使荧光成像更加困难。还已知可以借助于所谓的角度可变照明来获得相衬的技术。在本案中，与本披露相关联的角度可变照明旨在表示一种技术，在这种技术中，可以在整个区域上以不同的照明几何形状、即特别是从不同的照明方向来照射样本物体。照明几何形状是通过一个或多个照明方向实施的。在DE102014112242A1中披露了可以借助于角度可变照明来获得具有相衬的图像的技术的第一示例。还参见：Tian、Lei和LauraWaller。“3DintensityandphaseimagingfromlightfieldmeasurementsinanLEDarraymicroscope[通过LED阵列显微镜中的光场测量获得的3D强度和相位成像]。”optica2.2(2015):104-111。但是，这些技术具有一定的局限性。举例来说，已经观察到，在这些技术中，如果检测器数值孔径大于照明数值孔径，则相衬强度降低。然而，另一方面，在与高分辨率成像相关联的情况下，如果使用较大的检测器数值孔径，则可能是值得的。
技术实现思路
因此，需要改进的相衬成像技术。特别地，需要消除至少一些上述缺点和局限性的相衬成像技术。这个目的通过独立专利权利要求的特征来实现。从属专利权利要求的特征限定了实施例。在一个示例中，一种系统包括显微镜。该显微镜具有照明模块、样本固持器和检测器。该显微镜还具有布置在该检测器与该样本固持器之间的成像光学单元。另外，该系统还包括至少一个计算单元。在本案中，该至少一个计算单元被配置为控制该照明模块，以便利用来自多个照明方向的光照射样本物体。另外，该至少一个计算单元还被配置为控制该检测器，以便捕获图像。在本案中，这些图像各自对应于该多个照明方向之一。该系统还包括吸收滤光器。该吸收滤光器布置在该成像光学单元中。该吸收滤光器具有位置相关吸收率。这些照明方向可以实施不同的照明几何形状。在本案中，可以在各自情况下通过一个或多个照明方向形成照明几何形状。这样的技术也可以相应地称为角度可变照明，因为不同的照明几何形状在各自情况下被用于样本物体或样本固持器的整个区域照明。由于使用不同的照明方向或不同的照明几何形状，对应的图像可以具有不同的对比度。特别地，在相位物体的情况下，图像可以具有不同的对比度。然后可以通过组合这些图像来生成具有相衬的结果图像。作为示例，在这种情况下，该至少一个计算单元还可以被配置为将这些图像彼此组合以获得结果图像。该结果图像可以具有相衬。在本案中，取决于组合的类型，可以获得不同的相衬，例如包括非量化相衬或相位梯度对比度。尤其在以下文件中披露了对应的技术：DE102014112242A1和DE102017108873A1。通过使用吸收滤光器可以获得特别高的图像质量。例如，在一些示例中，可以形成特别强烈的相衬，如例如相位梯度对比度。这意味着，即使通过样本物体的很小的相位偏移也可以为结果图像中的相衬带来很大的值。吸收滤光器的使用可以另外使得能够以灵活的方式确定成像光学单元的检测器数值孔径的尺寸。特别地，可以使用相对较大的检测器数值孔径。特别地，可以将检测器数值孔径选择为大于照明模块的照明数值孔径。在本案中，使用较大的检测器数值孔径可以为所捕获的图像以及因此还为结果图像带来高质量。一种方法包括控制显微镜的照明模块，以便用来自多个照明方向的光照射该显微镜的样本固持器上的样本物体。该方法另外包括控制该显微镜的检测器，以便捕获各自对应于该多个照明方向之一的图像。具有位置相关吸收率的吸收滤光器布置在该显微镜的成像光学单元中。一种计算机程序或计算机程序产品或计算机可读存储介质，包括程序代码。该程序代码可以由计算单元执行以便执行一种方法。该方法包括控制显微镜的照明模块，以便利用来自多个照明方向的光照射该显微镜的样本固持器上的样本物体。该方法另外包括控制该显微镜的检测器，以便捕获各自对应于该多个照明方向之一的图像。具有位置相关吸收率的吸收滤光器布置在该显微镜的成像光学单元中。附图说明图1示意性地展示了根据各种示例的系统，该系统包括显微镜和计算单元。图2是一个示例性方法的流程图。图3示意性地展示了显微镜的被配置用于角度可变照明的示例性照明模块。图4示意性地展示了根据各种示例可以与角度可变照明相关联地使用的照明几何形状。图5示意性地展示了根据各种示例的不引起相位偏移的样本物体的角度可变照明。图6示意性地展示了根据各种示例的引起相位偏移的样本物体的角度可变照明。图7示意性地展示了根据各种示例的引起相位偏移的样本物体的角度可变照明，其中在图7中，检测器数值孔径大于照明数值孔径。图8示意性地展示了根据各种示例的引起相位偏移的样本物体的角度可变照明，其中在图8中，检测器数值孔径大于照明数值孔径，并且其中，在显微镜的成像光学单元中使用了吸收滤光器。图9示意性地展示了根据各种示例的吸收滤光器的吸收率的分布曲线。图10示意性地展示了根据各种示例的吸收滤光器的吸收率的分布曲线。具体实施方式结合以下对示例性实施例的描述，上文描述的本专利技术的特性、特征和优点以及实现其的方式将变得更清楚且更清晰明白，这些示例性实施例结合附图进行更详细地解释。在附图中，相同的附图标记表示相同或相似的要素。附图是本专利技术的各种实施例的示意性表示。图中展示的要素不一定按真实比例展示。而是，将图中展示的各种要素呈现成使得它们的功能和一般目的对于本领域技术人员来说是易懂的。图中所示的功能单元和要素之间的连接和联接也可以被实施为间接连接或联接。可以以有线或无线的方式来实施连接或联接。功能单元可以被实施为硬件、软件、或硬件与软件的组合。下面描述用于借助于显微镜捕获图像的技术。在本案中，显微镜包括照明本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种系统(90)，包括：/n-显微镜(100)，具有照明模块(111)、样本固持器(113)、检测器(114)一级布置在该样本固持器(113)与该检测器(114)之间的成像光学单元(112)，/n-至少一个计算单元(115)，被配置为：控制该照明模块(111)，以便利用来自多个照明方向(700-703，381，382)的光照射该样本固持器(113)上的样本物体(390)，并且控制该检测器(114)，以便捕获各自对应于该多个照明方向(700-703，381，382)之一的图像，/n-吸收滤光器(800)，布置在该成像光学单元(112)中并具有位置相关吸收率(810)。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20190109 DE 102019100419.51.一种系统(90)，包括：
-显微镜(100)，具有照明模块(111)、样本固持器(113)、检测器(114)一级布置在该样本固持器(113)与该检测器(114)之间的成像光学单元(112)，
-至少一个计算单元(115)，被配置为：控制该照明模块(111)，以便利用来自多个照明方向(700-703，381，382)的光照射该样本固持器(113)上的样本物体(390)，并且控制该检测器(114)，以便捕获各自对应于该多个照明方向(700-703，381，382)之一的图像，
-吸收滤光器(800)，布置在该成像光学单元(112)中并具有位置相关吸收率(810)。


2.如权利要求1所述的系统(90)，
其中，相对于该显微镜(100)的光轴(309)的距离越大，该吸收率(810)取的值就越大。


3.如权利要求1或2所述的系统(90)，
其中，该吸收率(810)具有渐变的或阶梯状的径向分布曲线。


4.如前述权利要求中任一项所述的系统(90)，
其中，该吸收滤光器(800)具有内部区域(801)，该内部区域具有第一吸收率(810)，
其中，该吸收滤光器(800)具有外部区域(802)，该外部区域围绕该内部区域并具有第二吸收率(810)，
其中，该第二吸收率(810)大于该第一吸收率(810)。


5.如权利要求4所述的系统(90)，
其中，该内部区域(801)的吸收率(810)不大于10％，和/或
其中，该外部区域(802)的吸收率(810)大于50％。


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【专利技术属性】
技术研发人员：拉尔斯·施托佩，迪尔克·德林，托马斯·米尔德，
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