用于生成样品概览图像的显微镜和方法技术

一种显微镜(100)包括：光学系统(102)，其包括被设计用于具有预定折射率的浸没介质(102)的浸没物镜(106)；孔径光阑(118)；以及处理器(116)，其配置成设定无浸没成像模式，其中所述光学系统(102)在没有所述浸没介质(102)的情况下操作，其中所述处理器(116)进一步配置成在所述无浸没成像模式下控制所述孔径光阑(118)，以将所述浸没物镜(106)的数值孔径设定为低于所述数值孔径的标称值的减小值，当使用所述浸没介质(108)操作所述光学系统(102)而不借助所述孔径光阑(118)减小所述数值孔径时，所述数值孔径等于所述标称值，并且其中，所述处理器(116)进一步配置成在所述无浸没成像模式下根据所述数值孔径的所述减小值控制所述光学系统(102)以生成代表样品(104)的概览图像的至少一个图像。图像的至少一个图像。图像的至少一个图像。

【技术实现步骤摘要】
用于生成样品概览图像的显微镜和方法


[0001]本专利技术涉及一种显微镜和一种使用显微镜生成样品的概览图像的方法。

技术介绍

[0002]在自动显微镜中，需要为取向目的快速生成样品的概览图像，并需要具有高分辨率(即具有大数值孔径(NA))的有效显微镜成像。在生物显微镜中，尤其是在生命细胞显微镜中，要成像的样品处于水环境中，因此要使用与折射率相适应的浸没物镜来实现具有良好球面校正的高数值孔径。
[0003]在传统方法中，保持样品的显微镜载物台相对于物镜的光轴在横向方向上移动，以创建多个图像，这些图像组合成马赛克状的概览图像。如果使用浸没物镜来创建概览图像，则必须防止浸没物镜的前透镜和样品载体之间的浸没介质形成的膜因样品载体和浸没物镜的前透镜的相对运动引起的拖曳力而破裂。尤其是在浸没物镜的前透镜与样品之间的工作距离大的情况下，浸没物镜的前透镜与样品之间的相对运动速度受到限制。因此，成像速度相应地受到限制。
[0004]为了避免以上关于浸没膜破裂的问题，可以设想利用所谓的干物镜来生成概览图像，这样的干物镜适于在没有任何浸没介质的情况下操作。然而，干物镜的折射率不适合以高数值孔径在液体环境中对样品进行成像，因此必须用浸没物镜代替干物镜，并且必须在可以进行高分辨率成像之前应用浸没介质。

技术实现思路

[0005]本专利技术的一个目的是提供一种允许以高速和良好的图像质量生成样品的概览图像的显微镜和方法。
[0006]上述目的通过独立权利要求的主题实现。从属权利要求和以下描述中定义了有利的实施例。
[0007]显微镜包括：光学系统，其包括被设计用于具有预定折射率的浸没介质的浸没物镜；孔径光阑；以及处理器，其配置成设定无浸没成像模式，其中所述光学系统在没有所述浸没介质的情况下操作。所述处理器进一步配置成在所述无浸没成像模式下控制所述孔径光阑，以将所述浸没物镜的数值孔径设定为低于所述数值孔径的标称值的减小值，当使用所述浸没介质操作所述光学系统而不借助所述孔径光阑减小所述数值孔径时，所述数值孔径等于所述标称值。所述处理器进一步配置成在所述无浸没成像模式下根据所述数值孔径的所述减小值控制所述光学系统以生成代表样品的概览图像的至少一个图像。
[0008]如本文所公开的浸没物镜是配置成并适于与具有预定折射率的浸没介质一起操作的物镜。因此，浸没物镜的透镜设计针对像差(特别是球面像差)进行校正，同时考虑到与物镜一起使用的浸没介质的特定折射率和色散。
[0009]显微镜配置成使用浸没物镜来生成概览图像，就好像该浸没物镜是干物镜，即在没有任何浸没介质的情况下操作的物镜。为了仍然能够产生高质量的概览图像，提供了孔
径光阑,并且在无浸没成像模式下操作时，孔径光阑被控制成减小浸没物镜的数值孔径。降低浸没物镜的数值孔径可以显著减少像差(尤其是球面像差)，否则会由于没有浸没介质而发生像差，请记住，物镜的透镜设计被优化以与特定浸没介质一起使用。因此，高质量的概览成像是可能的。
[0010]此外，由于显微镜配置成在没有任何浸没介质的情况下进行操作，因此无需限制用于浸没物镜和样品相对于彼此在横向方向上移动以生成概览图像的速度，因为不会发生浸没膜的破裂。因此，快速概览成像是可能的。
[0011]在优选实施例中，所述孔径光阑具有可变的开度，并且所述处理器配置成通过从最大开度减小所述孔径光阑的所述开度来减小所述浸没物镜的所述数值孔径，当使用所述浸没介质操作所述光学系统并且所述孔径光阑设定为所述最大开度时，所述数值孔径等于所述标称值。在无浸没成像模式下改变孔径光阑的开度允许以灵活的方式减少由于没有浸没介质而产生的像差。
[0012]孔径光阑的任务不仅是在无浸没成像模式下减少渐晕，从而使图像强度均匀。此外，孔径光阑在无浸没成像模式下从图像形成中排除了高孔径光线，这些光线受到像散和彗差之类的场相关像差的严重影响以及受到由于在无浸没成像模式下使用浸没物镜时发生的折射率不匹配而导致的球面像差之类的对称像差的严重影响。因此，适当尺寸的孔径光阑不仅可以减少渐晕，还可以减少成像射线束的波前误差，提高图像质量和分辨率。
[0013]优选地，所述光学系统包括多个透镜元件，这些透镜元件配置成与所述浸没物镜相互作用，用于选择性地在根据所述数值孔径的所述标称值的第一操作模式下和根据所述数值孔径的所述减小值的第二操作模式下对所述样品进行光学成像，所述第二操作模式代表所述无浸没成像模式。所述光学系统包括与所述第一操作模式相关联的第一光学子系统，所述第一光学子系统配置成以第一视场形成所述样品的第一图像。所述光学系统包括与所述第二操作模式相关联的第二光学子系统，所述第二光学子系统配置成以第二视场形成所述样品的至少一个第二图像，所述至少一个第二图像代表所述概览图像，所述第二视场大于所述第一视场。所述第二光学子系统包括可插入到从所述浸没物镜延伸的光学路径中以用于选择所述第二操作模式的光学模块，所述光学模块包括具有正折射力的透镜元件，该透镜元件当插入到所述光学路径中时通过比所述光学系统的其他透镜元件更靠近所述浸没物镜的出射光瞳而使所述第二视场大于所述第一视场。
[0014]根据该实施例，提供了用于根据两个视场(即两个不同的放大率)对样品进行成像的两种不同的操作状态。具体地，第一操作模式可以用于提供在实际图像采集之前已经发现的受关注区域(ROI)的高放大率特写图像。为了找到该ROI，可以使用代表无浸没成像模式的第二操作模式，提供其中包括ROI的低放大率概览图像。因此，显微镜使用户能够更容易地找到要成像的对象。特别是，用户不会被迫改变物镜，从而提高了概览图像和ROI的高放大率图像之间的相关性。
[0015]在偏离其中光学系统聚焦到平行于显微镜载物台表面的平面上的通常成像配置的配置中，避免物镜变化是特别有利的。例如，该显微镜可以有利地用于光片显微镜(例如，倾斜平面显微镜(OPM))，其中光学系统聚焦到相对于显微镜载物台的表面倾斜的物平面上，因为照明和检测需要彼此正交。
[0016]此外，显微镜特别适用于对包括多个这样的腔的孔板的整个微量滴定腔进行成
像。因此，在第一步骤中，通过应用第二操作模式(即，基于较低放大率进行图像采集的无浸没成像模式)，可以将特定腔作为整体成像。随后，在第二步骤中，可以通过应用基于更高放大率的第一操作模式来详细检查由此发现的空腔。
[0017]通过将光学模块选择性地插入光学路径中来实现第一和第二操作模式之间的切换，所述光学模块是与第二操作模式相关联的第二光学子系统的一部分。换言之，当光学模块插入到光学路径中时，选择第二操作模式。相反，当光学模块从光学路径缩回时，选择第一操作模式。因此，通过控制光学模块，用户可以很容易地在两种模式之间切换。
[0018]为了在第二操作模式下产生要成像的大物场，光学模块包括具有正折射力的透镜元件。当光学模块插入光学路径中时，该正透镜元件比光学系统的其他透镜元件更靠近浸没物镜的出射光瞳。将光学模块的正透镜元件靠近浸没物镜的出射光瞳布置，保证了正透镜元件将检本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种显微镜(100)，包括：光学系统(102)，其包括被设计用于具有预定折射率的浸没介质(102)的浸没物镜(106)；孔径光阑(118)；以及处理器(116)，其配置成设定无浸没成像模式，其中所述光学系统(102)在没有所述浸没介质(102)的情况下操作，其中所述处理器(116)进一步配置成在所述无浸没成像模式下控制所述孔径光阑(118)，以将所述浸没物镜(106)的数值孔径设定为低于所述数值孔径的标称值的减小值，当使用所述浸没介质(108)操作所述光学系统(102)而不借助所述孔径光阑(118)减小所述数值孔径时，所述数值孔径等于所述标称值，并且其中，所述处理器(116)进一步配置成在所述无浸没成像模式下根据所述数值孔径的所述减小值控制所述光学系统(102)以生成代表样品(104)的概览图像的至少一个图像。2.根据权利要求1所述的显微镜(100)，其中所述孔径光阑(118)具有可变的开度，并且所述处理器(116)配置成通过从最大开度减小所述孔径光阑(118)的开度来减小所述浸没物镜(106)的数值孔径，当使用所述浸没介质(108)操作所述光学系统(102)并且所述孔径光阑(118)设定为所述最大开度时，所述数值孔径等于所述标称值。3.根据权利要求1或2所述的显微镜，其中所述光学系统(102)包括多个透镜元件，所述多个透镜元件配置成与所述浸没物镜(106)相互作用，用于选择性地在根据所述数值孔径的所述标称值的第一操作模式下和根据所述数值孔径的所述减小值的第二操作模式下对所述样品(104)进行光学成像，所述第二操作模式代表所述无浸没成像模式，其中所述光学系统(102)包括与所述第一操作模式相关联的第一光学子系统(120)，所述第一光学子系统(120)配置成以第一视场形成所述样品(104)的第一图像，其中所述光学系统(102)包括与所述第二操作模式相关联的第二光学子系统(122)，所述第二光学子系统(122)配置成以第二视场形成所述样品(104)的至少一个第二图像，所述至少一个第二图像代表所述概览图像，所述第二视场大于所述第一视场，并且其中所述第二光学子系统(122)包括光学模块(128)，所述光学模块(128)可插入到从所述浸没物镜(106)延伸的光学路径(112)中以用于选择所述第二操作模式，所述光学模块(128)包括具有正折射力的透镜元件(130)，所述透镜元件(130)当插入到所述光学路径(112)中时通过比所述光学系统(102)的其他透镜元件更靠近所述浸没物镜(106)的出射光瞳(134)而使所述第二视场大于所述第一视场。4.根据权利要求3所述的显微镜，其中所述孔径光阑(118)包括在所述第二光学子系统(122)中。5.根据权利要求3或4所述的显微镜(100)，其中，所述光学模块(128)还包括光偏转器(132)，所述光偏转器(132)配置成当插入到所述光学路径(112)中时从所述光学路径(112)分支出光学侧路径(140)，所述第二图像形成在所述光学侧路径(140)中。6.根据权利要求3至5中任一项所述的显微镜(100)，其中所述第二光学子系统(122)包括开普勒望远镜系统(142)，所述开普勒望远镜系统(142)具有最物体侧的第一透镜元件，所述第一透镜元件由包括在所述光学模块(128)中的具有正折射力的所述透镜元件(130)
形成。7.根据权利要求6所述的显微镜(100)，其中所述开普勒望远...

【专利技术属性】
技术研发人员：克里斯蒂安，
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：