具有孔径相关的共聚焦显微镜制造技术

本发明专利技术涉及一种共聚焦显微镜以及一种利用相关联的转盘光谱法来确定样品形貌的方法。使载物台和/或调焦控制器垂直地移动从而确定该形貌，同时以交替的方式捕获被置于载物台上的样品的第一和第二图像。将用于各图像的垂直焦点位置以元数据的形式加以存储。将两个第一和第二图像插值入中间图像中，并且通过利用在该位置的第二或第一图像来计算中间图像而生成用于特定垂直位置的共聚焦图像。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种具有孔径相关的共聚焦显微镜、以及一种用于其操作的方法和软件。
技术介绍
共聚焦显微术的一个主要优点是：通过排斥来自焦平面的外部的光，而获得具有在单层中的提高的对比度的被观察物体的分层图像。这允许物体的三维结构的重建。共聚焦显微术的各种方法在现有技术中是已知的。被最广泛使用的是激光扫描共聚焦显微镜术。由于样品的单独点的扫描(逐个像素)捕获，因而需要相对较长的时间以便生成全体图像。扫描系统同样地是已知的，其中并行地对若干个点进行检测。激光装置的使用意味着这些系统是昂贵的。另外，激光只具有窄带光谱，因而限制了图像信息的光谱评估。用于图像原始数据的解调的软件算法必须对信号的调制部分进行滤波并且对来自不同遮罩位置的若干图像进行计算从而形成全体图像。由于共聚焦转盘的使用所带来的成像的速度相关优点在孔径相关得到使用。与此同时，却能够避免由于共聚焦转盘或者例如侧向扫描缝隙掩模的使用所造成的缺点。在孔径相关中，破坏性的串扰(因在检测期间而不是在暴露期间通过另一个针孔而影响共聚焦的光)被接收。在孔径相关中，通过使用非共聚焦图像的计算而实际上消除串扰。在共聚焦转盘中，串扰将会最终导致光学伪像，该光学伪像也显示于随后要进行计算的形貌中。这种方法也描述于DE 6970454T2。不同部分的图像(合成图像和宽场图像)被相继地记录、进行减法运算和显示。因为合成图像和宽场图像的捕获是在转盘的旋转期间相继地进行并且仅在其后进行减法计算，所以显示程序最多可以是捕获程序的一半。以这种方式不能实现动态图像显示。US 6,341,035B1公开了一种根据上述原理并且能够实现动态图像显示的方法。在此方法中，始终对最新的捕获图像和在即将捕获最新图像之前所捕获的图像进行计算。为了这个目的，在每种情况下判定最新图像是否为合成图像或宽场图像，并且相应地确定减法方向。各种触发信号控制了图像捕获和图像处理。标志被设置在转盘的边缘区上，并且允许局部图像的性质确定。所述文件中并未对一个物体的空间特征的提取进行描述，因为活动图像显示仅发生在焦平面中。
技术实现思路
基于现有技术，本专利技术的目的是开发一种具有孔径相关的共聚焦显微镜，从而容易地实现形貌的产生或者叠层图像的生成。该目的是通过以下显微镜方法、和计算机程序而实现。一种共聚焦显微镜，包括：照明装置，用于照亮样品；转盘单元，包括可旋转的孔挡板，所述孔挡板具有任选地开放的第一部和用于对所述照明进行编码的结构化的第二部孔挡板；图像捕获单元，用于通过所述孔挡板或解码器挡板来检测第一图像和/或第二图像，所述第一图像分配给所述第一部，所述第二图像分配给所述第二部；可垂直地位移的载物台和/或可垂直位移的调焦控制器，其具有用于对所述载物台和/或所述调焦控制器的垂直位置(z1…z7)进行检测的位置检测装置；和图像处理器，通过计算被分配给所述第一部和所述第二部的所述第一图像和所述第二图像而生成共聚焦图像。其中，所述第一图像和所述第二图像利用它们的相关的垂直位置(z1…z7)各自被暂时地存储于所述图像捕获单元中；以及，为了在所述图像处理器中生成被置于所述载物台上的样品的共聚焦图像，对两个第一图像或两个第二图像进行插值从而产生中间图像，并且对其用基于其垂直位置(z1…z7)的所述第二图像或第一图像进行计算，从而生成共聚焦图像。一种利用相关的转盘显微法来确定样品形貌的方法，所述方法包括以下步骤：在交替检测置于载物台上的样品的第一图像和第二图像期间，使载物台和/或调焦控制器垂直地移动，其中用于各图像的垂直焦点位置以元数据的形式进行存储；对两个第一图像或两个第二图像进行插值从而产生中间图像；和通过在规定的垂直位置的所述中间图像与所述第二图像或第一图像之间的计算，而生成所述规定的垂直位置的共聚焦图像。一种用于在共聚焦显微镜的图像处理器中执行的数据处理程序，其包括用于执行本专利技术方法的编码程序命令。根据本专利技术的共聚焦显微镜首先以已知的方式包括用于照亮可以被置于载物台上的样品的照明装置。该照明装置可以是例如已知用于宽场显微镜的类型的常规照明。载物台优选地被设计成可在水平面中位移和垂直地位移。可替代地或另外，可以在物镜上设置调焦控制器，用以实现焦点变化。将以同样的已知方式工作并且构造的转盘单元设置在照明装置与载物台之间。转盘单元包括可旋转的孔挡板，该孔挡板具有任选地开放的第一部和用于对照明进行编码的至少一个的结构化第二部，例如在DE 6970454T2中所描述。由样品所反射或发出的辐射是通过物镜而被解码，该辐射经过孔挡板或者类似地结构化的解码器挡板并且被图像捕获单元所捕获。第一图像(宽场图像)是由第一部的图像捕获单元所检测，而第二图像(所谓的合成图像)是由第二部进行解码和检测。然而，除共聚焦部分外，合成图像还包含宽场图像的部分。因此，通常必须从合成图像中减去宽场图像，从而获得共聚焦图像。执行该步骤和其它处理步骤，从而利用根据本专利技术的方法在图像处理器中生成共聚焦图像。本专利技术还包括一种数据处理程序，该数据处理程度具有程序编码手段并且可以在所述类型的共聚焦显微镜的图像处理器中被执行，从而以自动化的方式执行根据本专利技术的方法的方法步骤。有利地，数据处理程序也可以在所述类型的共聚焦显微镜的图像处理器(例如，作为固件更新)中被执行从而产生样品的形貌。为了这个目的，图像处理器具有与显微镜的控制单元的通信接口，以便读出或者控制焦点位置。为了生成样品的形貌，在各种垂直的焦点位置所捕获的堆栈图像是合适的。各种垂直的焦点位置可以通过载物台的垂直调整和/或通过物镜的调焦(调焦控制器)而设定。以这种方式，可以具体地用延长的焦深来显示几何结构、边缘等。这尤其适用于用人工方法制作的表面的显示，例如用于确定粗糙度值。根据本专利技术，在图像捕获期间，现在垂直方向上连续地驱动载物台和/或调焦控制器，同时以不断地交替的方式捕获第一图像和第二图像。对于各图像而言，优选地由位置检测装置所检测或者预先设置的载物台和/或调焦控制器的焦点位置是以元数据的形式在图像捕获时被存储。用于各种图像类型的该存储可以在不同的或共同的堆栈中进行。为了计算在规定的焦点位置的共聚焦图像，始终对三个连续地捕获的图像进行计算，其中对两个第一(宽场)图像或者两个第二(合成)图像进行插值以产生中间图像，并且用各自的其它图像类型的图像(第二或第一图像)进行计算以产生共聚焦图像，该共聚焦图像优选地连同相关的焦点位置以元数据被存储于图像堆栈中。当然，这里必须考虑减法的方法(合成图像减去宽场图像)。现在可以以已知的方式基于在不同焦点位置的共聚焦图像来确定样品的形貌。这里形貌是基于对沿堆栈方向的强度的评估而产生。该过程的步骤描述于例如R.Leach的“表面形貌的光学测量”。本专利技术的优点具体地在于：能够以快速和简单的方式计算各种焦点位置的聚焦图像，无需为此目的必须在各自情况下停留在一个焦点位置，这导致总测量时间的显著减少，尤其是在叠加成像中。各种替代实施例可以应用于图像捕获。在本专利技术的一个优选实施例中，第一和第二图像是以交替的方式被捕获于混合堆栈中。这两种图像类型的数目不必相同。可替代地，第一和第二图像被捕获于不同的堆栈中，即存在宽场堆栈(第一图像)和合成堆栈(第二图像)。在这种情况下，可以将这些图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种共聚焦显微镜，包括：照明装置，用于照亮样品；转盘单元，包括可旋转的孔挡板，所述孔挡板具有任选地开放的第一部和用于对所述照明进行编码的结构化的第二部孔挡板；图像捕获单元，用于通过所述孔挡板或解码器挡板来检测第一图像(02)和/或第二图像(03)，所述第一图像分配给所述第一部，所述第二图像分配给所述第二部；可垂直地位移的载物台和/或可垂直位移的调焦控制器，其具有用于对所述载物台和/或所述调焦控制器的垂直位置(z1…z7)进行检测的位置检测装置；和图像处理器，通过计算被分配给所述第一部和所述第二部的所述第一图像和所述第二图像(02、03)而生成共聚焦图像(05)；其特征在于，所述第一图像和所述第二图像(02、03)利用它们的相关的垂直位置(z1…z7)各自被暂时地存储于所述图像捕获单元中；和为了在所述图像处理器中生成被置于所述载物台上的样品的共聚焦图像(05)，对两个第一图像(02)或两个第二图像(03)进行插值从而产生中间图像(06或08)，并且对其用基于其垂直位置(z1…z7)的所述第二图像(03)或第一图像(02)进行计算，从而生成共聚焦图像(05)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.03.24 DE 102014004249.91.一种共聚焦显微镜，包括：照明装置，用于照亮样品；转盘单元，包括可旋转的孔挡板，所述孔挡板具有任选地开放的第一部和用于对所述照明进行编码的结构化的第二部孔挡板；图像捕获单元，用于通过所述孔挡板或解码器挡板来检测第一图像(02)和/或第二图像(03)，所述第一图像分配给所述第一部，所述第二图像分配给所述第二部；可垂直地位移的载物台和/或可垂直位移的调焦控制器，其具有用于对所述载物台和/或所述调焦控制器的垂直位置(z1…z7)进行检测的位置检测装置；和图像处理器，通过计算被分配给所述第一部和所述第二部的所述第一图像和所述第二图像(02、03)而生成共聚焦图像(05)；其特征在于，所述第一图像和所述第二图像(02、03)利用它们的相关的垂直位置(z1…z7)各自被暂时地存储于所述图像捕获单元中；和为了在所述图像处理器中生成被置于所述载物台上的样品的共聚焦图像(05)，对两个第一图像(02)或两个第二图像(03)进行插值从而产生中间图像(06或08)，并且对其用基于其垂直位置(z1…z7)的所述第二图像(03)或第一图像(02)进行计算，从而生成共聚焦图像(05)。2.一种利用相关的转盘显微法来确定样品形貌的方法，所述方法包括以下步骤：在交替检测置于...

【专利技术属性】
技术研发人员：尼尔斯·兰霍斯，维克托·德雷舍，赫尔穆特·利珀特，沃尔夫冈·施韦特费格尔，
申请(专利权)人：卡尔蔡司显微镜有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE