WO2015044035A1 - Confocal light microscope and method for examining a sample using a confocal light microscope - Google Patents

Confocal light microscope and method for examining a sample using a confocal light microscope Download PDF

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WO2015044035A1
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Peter Westphal
Alexander Gaiduk
Helmut Lippert
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Carl Zeiss Microscopy Gmbh
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    • G02B21/0068Optical details of the image generation arrangements using polarisation

Definitions

  • the present invention relates in a first aspect to a light microscope according to the preamble of claim 1.
  • the invention relates to a method for examining a sample with a light microscope according to the preamble of claim 12.
  • a generic light microscope includes light source means for emitting illumination light toward a sample, detector means for recording sample images of the sample, and optical imaging means for focusing illumination light as a spot pattern onto a height plane on the sample and for directing sample light from the sample to the detector means.
  • the light source device and the optical imaging means are configured to illuminate a plurality of spaced-apart lateral regions of the sample during a camera integration time of the detector device with the light spot pattern.
  • illumination light is emitted in the direction of a sample with a light source device, that sample images of the sample are recorded with a detector device and that illuminating light is focused as a light spot pattern onto a height plane on the sample with optical imaging means and sample light is passed from the sample to the detector device.
  • the light source device and the optical imaging means are designed to illuminate a plurality of spaced-apart lateral regions of the sample simultaneously or successively during a camera integration time of the detector device with the light spot pattern. Autofocusing is carried out in particular with such light microscopes and methods. In this case, a sample table on which the sample is held, adjusted in a height direction.
  • DE 197 13 362 A1 describes a confocal scanning microscope with a confocal measurement of the dimensions.
  • This problem can be alleviated by illuminating a plurality of spaced-apart lateral regions of the sample with one light spot each. As a result, it is probable that at least some of the illuminated lateral regions reflect a quantity of sample light which neither saturates nor is too low for the detector device.
  • the light source device, the optical imaging means and the detector device are designed to enable images of at least two sample images in which the light spot patterns are focused on different height planes and / or in which different height planes are imaged onto the detector device wherein the light source means, the optical imaging means and the detector means are spatially equally spaced for each of the images of the different sample images.
  • the same lateral areas of the sample are illuminated for the recordings of the at least two sample images.
  • electronic evaluation means are provided and designed to calculate height information of the sample with the aid of the at least two sample images.
  • the light source device, the optical imaging means and the detector device are arranged spatially the same during recording of at least two sample images, the light spot patterns being focused on different height planes in the at least two sample images and / or Different height levels are imaged on the detector device, and wherein for the at least two sample images each same lateral regions of the sample are illuminated. Furthermore, height information of the sample is calculated with the aid of the at least two sample images.
  • a basic idea of the invention can be seen in that a spatially identical arrangement is used for recording the at least two sample images. It is therefore carried out between the images of these images no scanning movement in the height direction.
  • Such a scanning movement is carried out in conventional light microscopes, in particular by moving a sample stage relative to the beam path or by changing an illumination or detection plane relative to the sample.
  • a speed advantage is achieved.
  • improved precision is possible since inaccuracies of mechanical movements are eliminated and vibrations of optical components have less effect.
  • a spatially fixed arrangement can be used. In this case, no movement of the light source device, the optical imaging means or the detector device takes place during or between the recordings of the two sample images.
  • a lateral area should be understood to mean a sample area with an extension transverse, in particular vertical, to a height direction.
  • the height direction may correspond to the optical axis from one objective to the next.
  • the lateral areas illuminated by the light spot pattern are preferably separated from one another, that is, there are non-illuminated sample areas between them.
  • the light spot pattern causes the sample to have a spatially inhomogeneous light intensity distribution is irradiated.
  • a grid or stripe image can be generated as a light spot pattern.
  • a light spot pattern consists of a plurality of mutually separate light spots, which are each round, for example.
  • the lateral region which is illuminated by a light spot during the recording of the first sample image illuminates with the lateral region which illuminates from a light spot during the recording of the second sample image will, at least overlapped.
  • the centers of these two lateral regions are identical.
  • the extent of the two lateral areas may be different. At a common center, therefore, one lateral area is completely contained in the other.
  • the two light spots for the two images of the two sample images can be focused in different height levels.
  • the light spots generated on the sample surface, that is, the illuminated lateral areas are of different sizes, but have a common center.
  • the invention is particularly suitable for the investigation of samples with a height profile, ie a non-uniform height.
  • structures within a particular liquid sample can also be investigated. In both cases, the exact heights of regions of interest of the sample are unknown.
  • One goal is the determination of these heights, ie either the surface profile or a determination of the course and position of sample parts, for example cell structures of biological samples. More generally, therefore, the profile of sample parts within a sample can also be understood by a height profile, and the sample surface can be understood as the surface of a sample part.
  • the light spots are focused on at least one height level on the sample.
  • a height level refers to a plane which is transverse, in particular perpendicular, to an optical axis from an objective to the sample. Since the position, geometry or structure of the sample are initially unknown, such a plane may be either spaced from the sample, that is, between the objective and the sample, the plane may be within the sample, or the plane may intersect, ie partially within, the sample surface and partially outside the sample.
  • the focusing of the light spots on a height plane indicates that the height plane is an optically conjugate plane to a plane in which the light spot pattern is generated. This may be the light source itself or, for example, a pinhole disk, which is irradiated by the illumination light.
  • the size of an illuminated lateral region depends on the height of the elevation plane at which the light spot is focused relative to that lateral region. Depending on the surface profile, differently sized spots of light on the sample surface are therefore produced with one height level.
  • sample light is received by the illuminated lateral areas.
  • a relatively small illuminated lateral area a relatively small area with high sample light intensity is illuminated on the detector device.
  • a larger illuminated lateral area leads to a comparatively large area with lower sample light intensity being illuminated on the detector device.
  • the light spot patterns are focused on different height levels for the two images of the sample images.
  • the detector elements which record the two sample images can be located in the same image plane for the recording of the two images. Whether a lateral area illuminated for the second sample image is larger or smaller than the corresponding lateral area illuminated for the first sample image depends on whether the height of this lateral area is above or below the first height plane on which the light spot pattern focuses on the first sample image becomes. Therefore, from a comparison of the measurement information, the same Lateral area are obtained in both sample images, it can be determined whether the height of this lateral area is above or below the first height level.
  • an identical light spot pattern is generated on the sample surface for the acquisition of both sample images.
  • different altitude levels are mapped to the detector device.
  • the detector device accordingly receives at least two sample images in which a detector plane in which the detector elements of the detector device are located is optically conjugate to a first height level and a second height level different therefrom.
  • the height level to which the light spot pattern is focused may be identical to the first or second height level or to both.
  • the image planes are different with respect to the detector plane of the detection direction and are measured separately, with which the two sample images are recorded.
  • the height level is thus imaged differently sharply on the detector plane.
  • it can then be determined from a comparison of the measurement information obtained at the same lateral area in both sample images, whether the height of this lateral area is above or below the first height level.
  • height information can be obtained precisely by the invention, without mechanical movements would be required.
  • the sample light to be detected may be illumination light reflected by the sample, in particular reflected or scattered illumination light.
  • the sample light can also be luminescent light, ie fluorescent or phosphorescent light, which is produced by excitation by means of the illumination light.
  • the light source device used can in principle be designed as desired. It may comprise one or more light source units, for example lasers or LEDs.
  • a plurality of light sources may be arranged next to each other in a corresponding pattern.
  • a light source may illuminate a mask that generates the light spot pattern.
  • the mask can be formed for example by pinhole or mirror.
  • an electronically adjustable micromirror array (DMD, English: Digital Mirror Device) can be used.
  • Other electronically controllable light modulators can be used which, for example, can be based on switchable liquid crystal regions, such as an LCoS (English: Liquid Crystal on Silicon).
  • a grid can also be used. This can be adjustable transversely and / or in the propagation direction of the light. This increases the number of different lateral areas that can be illuminated.
  • the height level can be changed, in which the light spot pattern is sharply imaged.
  • the grating may have a periodic structure with one or two lattice constants.
  • the grid may also have an irregular structure, whereby light spots of different dimensions are generated simultaneously.
  • the light source device or the optical imaging means can also have a scanner, by means of which an illumination light beam illuminates different lateral areas one after the other and thus generates the light spot pattern.
  • the light spots of a light spot pattern have different sizes and / or shapes.
  • at least one lateral area of the sample is illuminated with a light intensity which is suitable for this sample area, in order to avoid the detector device
  • a light intensity or an image sharpness are preferably determined in the at least two sample images for each of the lateral regions.
  • the light intensities or image sharpnesses which were determined in the at least two sample images at the same lateral area then become the
  • Quantitative statements are possible with the help of pre-stored reference data. These may have been determined in a previous reference measurement on an object with a known height profile. By comparing the image sharpening, the reference data can be used to make a statement as to how far the height of the examined lateral area is from the two height levels.
  • the light intensity for the different lateral areas can also be evaluated.
  • the light source device for focusing the light spot pattern on different height levels comprises a first and at least one second light source unit.
  • the first light source unit is arranged in a plane that is optically conjugate to a first height level on the sample
  • the second light source unit is arranged in a plane that is optically conjugate to a second height level on the sample.
  • a spatially rigid arrangement can be used to generate light spot patterns in the different elevation planes.
  • the at least two light source units can be switched on one after the other.
  • one and the same detector region of the detector device that is, for example, the same camera sensor elements, can be used to receive the at least two sample images.
  • the at least two sample images can also be recorded simultaneously.
  • sample light is split into at least two spatially different detection beam paths.
  • the detector device in each case comprises a detector area for each of the different detection beam paths.
  • the at least two sample images can be recorded simultaneously. As a result, a speed gain can be achieved.
  • the beam splitting means may in principle be of any type and comprise, for example, a semitransparent mirror.
  • the beam splitting means are formed by a light diffractive element, wherein the two detection beam paths are generated by different diffraction orders of the light diffractive element.
  • the illumination light emitted by the at least two light source units may differ in wavelength.
  • a dichroic element may be present which reflects or transmits light as a function of wavelength. Losses of light are thereby reduced compared to merging the illumination light of the light source units through a semitransparent mirror.
  • polarization means may be present, by means of which the illumination light emitted by the at least two light source units is differently polarized.
  • a polarization beam splitter may be present, which reflects or transmits incident illumination light as a function of its polarization.
  • the light source device may also be configured to illuminate light from at least send out two different spectral ranges.
  • the optical imaging means in this case have a longitudinal chromatic aberration by which illumination light is wavelength-dependent focused at different height levels on the sample.
  • the light source device can have different light source units.
  • a single spectrally broadband light source unit can also be provided.
  • two sample images can also be taken, in which a light spot pattern is focused on one and the same height level, but different height levels are imaged on the detector device.
  • beam splitting means can be present between the sample and the detector device, with which sample light is split up to at least two spatially different detection beam paths.
  • the detector device in each case has a detector area for each of the different detection beam paths. Different altitude levels are mapped to the different detector areas.
  • an image of the illuminated height plane is generated in each case one image plane, wherein the image planes of the different detection beam paths are generated in different planes relative to the respective detector area.
  • the two detector areas can be formed, for example, by different cameras. However, it is particularly preferred that the different detector areas are different sections of a common camera, that is, a common camera chip.
  • the beam splitting means with which sample light is directed to at least two spatially different detection beam paths, preferably comprises a dichroic element which reflects or transmits light in a wavelength-dependent manner. As a result, light losses when dividing the sample light onto the different detection beam paths are low, which results in improved measurement accuracy.
  • the beam splitting means with which sample light is directed to at least two spatially different detection beam paths preferably comprises a polarization beam splitter which reflects incident sample light depending on its polarization direction or transmitted.
  • a three-dimensional image of the sample can be obtained with the obtained height information.
  • a height-scanning movement can also be carried out, for example a height adjustment of a sample table.
  • at least two sample images are taken again by the method described. This allows height information to be collected over a larger altitude range.
  • the main camera may be different from the detector device used for the autofocus method.
  • a scanning device may be present. This can be used to shift a focus of illumination light in its propagation direction or to shift an imaging plane from the sample light. be guided.
  • the electronic evaluation means are designed to control the scanning device in the autofocus method so that the displacement takes place in accordance with the determined adjustment direction to achieve a sharp image. This means that the sample is moved in the adjustment direction or the focus of the illumination light is shifted in the opposite direction to the adjustment direction.
  • a dynamic range of the detector device is preferably larger than a dynamic range of the main camera.
  • the dynamic range indicates the respective range of measurable light intensities without saturation occurring.
  • a particularly large dynamic range is especially important for the autofocus method. This is done before the actual sample measurement with the main camera, so that sample properties are still largely unknown. Therefore, a predetermined light intensity of the light source device is used, which may be relatively high or low for the still unknown sample. As a result, the light intensity received by the detector means may also have very low or high values. Therefore, a higher dynamic range is advantageous for the detector device used for the autofocus method.
  • the detector device preferably has at least one HDR camera (HDR: High Dynamic Range).
  • HDR High Dynamic Range
  • This can take, for example, several raw images with exposure times of different lengths in succession and charge them to a sample image.
  • the HDR camera can also be designed to record the raw images simultaneously with different camera sensors or different camera pixels of the same camera sensor. In this case, the exposure times may in turn be different for the raw images.
  • the sensitivities of the camera sensors may differ.
  • an HDR camera can also be formed with a camera chip whose photosensitivity is not linear but, for example, logarithmic.
  • a light microscope can also be understood as any optically operating topology measuring device.
  • observation means such as a camera or an eyepiece
  • optical imaging means such as a lens
  • Fig. 1 shows a first embodiment of a light microscope according to the invention, in which two light source units are arranged in different planes.
  • FIG. 2 shows a second exemplary embodiment of a light microscope according to the invention, in which two different height levels are imaged side by side on a detector device.
  • 3 shows a third exemplary embodiment of a light microscope according to the invention, in which two different height levels are imaged onto two detector units.
  • FIG. 4 shows a fourth exemplary embodiment of a light microscope according to the invention, in which two light source units of different wavelengths are arranged in different planes.
  • FIG. 5 shows a fifth exemplary embodiment of a light microscope according to the invention, in which two light source units of different wavelengths are arranged in different planes and in which two different height planes are imaged side by side on a detector device.
  • FIG. 6 shows a sixth exemplary embodiment of a light microscope according to the invention, in which two light source units are arranged in different planes.
  • Fig. 7 shows a seventh embodiment of a light microscope according to the invention, in which two light source units of different wavelengths are arranged in different planes and in which two different height levels be imaged side by side on a detector device.
  • FIG. 8 shows an eighth exemplary embodiment of a light microscope according to the invention, in which two light source units focus illuminating light of different wavelengths on different height levels and in which two different height levels are imaged side by side on a detector device.
  • FIG. 9 shows a ninth exemplary embodiment of a light microscope according to the invention, in which a light spot pattern is generated by a scanning illumination light beam and in which two different height planes are imaged side by side on a detector device.
  • FIG. 10 shows a tenth exemplary embodiment of a light microscope according to the invention, in which a light spot pattern is generated by a scanning illumination light beam and in which two different height levels are imaged onto two detector units.
  • FIG. 1 shows a first exemplary embodiment of a light microscope 100 according to the invention.
  • This first comprises observation means 28, which may comprise an eyepiece and / or a main camera, a lens 22 and further imaging means 27. With these, a focal plane 24 is imaged onto the observation means 28. in the
  • a sample 26 can be arranged on, for example, a sample table or other sample holding means.
  • a basic object of the invention is to obtain height information about the sample 26. In contrast to conventional measuring methods, no scanning movement in the height direction is required for this purpose.
  • altitude direction the direction of the sample 26 to the lens 22 are understood, that is, the direction of the optical axis.
  • the light source device 10 for recording altitude information, a light source device 10 and a detector device 30 are used.
  • the light source device 10 in this embodiment includes two light source units 1 1 and 12. Each of them emits illuminating light, which is passed to the sample 26 as a light spot pattern.
  • the light source units 1 1 and 12 are arranged in different optical planes, which are not optically conjugate to each other.
  • the light source unit 1 1 is located behind a confocal plane 14 and the light source unit 12 in front of the confocal plane 14, which is a plane conjugate to the focal plane 24.
  • the light spot patterns of the two light source units 1 1 and 12 are imaged or focused on different planes on the sample.
  • the illumination light of the light source units 1 1 and 12 is guided via beam combination means 15 onto a common beam path.
  • beam combination means 15 For this purpose, for example, serve a partially transparent mirror.
  • the illumination light is further guided to a coupling element 21, which is arranged in the beam path from the sample 26 to the main camera 28.
  • the coupling element 21 may for example be a mirror, which is either partially transparent or covers only a portion of a lighting light cross section.
  • the Einkop- ele- element 21 may be adjustable to sample light either in the direction of
  • Main camera 28 or in the direction of the detector device 30 to guide.
  • the detector device 30 comprises a single camera 31 on which an image of a sample plane is generated by imaging means 36.
  • This sample plane can be the focal plane 24, with which the imaged sample plane differs from the two altitude planes, which are illuminated in a focused manner by the light source units 11 and 12.
  • the two light source units 1 1 and 12 may each successively generate a light spot pattern on the sample 26.
  • This allows the camera 31 to successively record two sample images, with no mechanical movements required.
  • no height scan is carried out by adjusting the light source device 10, the detector device 30 or optical imaging means 22, 36 between them and the sample 26 for receiving these two sample images.
  • the light source device 10, the optical imaging means 22, 36 and the detector device 30 are arranged spatially the same for each of the images of the different sample images.
  • the sample 26 may have an unknown height profile. This may be either the surface of the sample 26, the surface of sample parts or the arrangement of certain sample parts.
  • incident illumination light sample light is emitted.
  • the sample light may be surface reflected, scattered or diffracted illumination light.
  • the sample light may also be luminescent light emitted from illuminated sample parts.
  • a sharp image of a light spot pattern is generated in different height levels. Accordingly, in the respective height plane, light spots of the light spot pattern have minimum cross-sectional dimensions, while as the distance from the respective height plane increases, the cross-sectional dimensions become larger.
  • the cross-sectional dimensions of the light spots generated on the sample profile therefore depend on how the sample profile extends to a height plane.
  • two light spot patterns are generated on the sample profile that differ in the cross-sectional dimensions of their light spots.
  • the different cross-sectional dimensions of the light spots can be detected.
  • the sample light intensity emanating from a sample point can be determined in the two recorded sample images.
  • the light spots of different light spot patterns illuminate the same sample areas. Different light spot patterns are thus not laterally offset from one another. Rather, equal lateral areas of the sample are illuminated with both light spot patterns. That is, the lateral area of the sample illuminated by any light spot of a light spot pattern is at least overlapping with the lateral area illuminated by a light spot of the other light spot pattern. Preferably, these lateral areas are concentric.
  • the light source device 10 here comprises only one light source unit 11.
  • the same light spot pattern of the light source unit 11 is imaged in the same height level on the sample. The lighting is therefore identical for both sample images.
  • the light source unit is located in the confocal plane 14, with which the light spot pattern is sharply imaged in the focal plane 14.
  • this embodiment differs from the previous one additionally in the detection beam path.
  • beam splitting means 33 may be a partially transmissive mirror, which preferably reflects and transmits sample light in equal proportions.
  • sample light is forwarded to the detector device 30 on two different beam paths.
  • the detector device 30 comprises exactly one camera 31.
  • the two beam paths lead sample light to different detector areas 41, 42 of this camera 31, that is, to different camera elements of the same camera 31.
  • the focal plane 24 is imaged via the two beam paths into two different image planes 34, 35 which are offset relative to each other in the propagation direction of the sample light.
  • these two image planes 34, 35 are different in the propagation direction of the sample light with respect to a detection plane in which the camera 31 with its two detector regions 41, 42 is arranged.
  • different imaging means 36, 37 or the same imaging means can be arranged at different locations in the two beam paths.
  • optical paths of different lengths can also be used by the beam-splitting means 33 to the detector regions 41, 42.
  • the detection plane of the detector area 41 coincides with the image plane 34. With this detector region 41, therefore, a sample image is recorded which is a sharp image of the focal plane 14. However, because the image plane 35 is different from the detection plane of the detector region 42, the sample image recorded with the detector region 42 is a blurred image of the focal plane. In other words, the detection plane of the detector area 41 is optically conjugate to the focal plane 14, while the detection plane of the detector area 42 is optically conjugate to another altitude plane. Thus, different height levels are imaged onto the detector device 30 in the two sample images. In the two sample images, the image of a lateral area illuminated by a light spot differs depending on the height of this lateral area relative to the focal plane 14. Thus, as described with reference to FIG. 1, a comparison can be made by comparing the sharpness or light intensity in the two sample images. whether and how far the illuminated lateral areas each lie above or below the focal plane 14.
  • the light source device 30 generates a light spot pattern sharply in the focal plane 14.
  • the light spot pattern can also be generated sharply in any height level different from the focal plane 14.
  • the detection plane of the detector region 41 does not have to be optically conjugate to the focal plane 14. Rather, it is sufficient that the two detection levels of the two detector areas 41 and 42 are conjugate to two different height levels.
  • the light spot pattern is preferably sharply imaged, wherein the light spot pattern can, however, in principle also be sharply imaged into another elevation plane.
  • Sample light is again divided by beam splitting means 33 into two different beam paths, which lead to two detector areas 41 and 42.
  • the two detector regions 41 and 42 are also arranged differently with respect to an image plane 34.
  • the two detector regions 41 and 42 are not formed by the same camera but by two different cameras 31 and 32.
  • the embodiment of Fig. 2 offers the advantage that only a single camera is required, whereby lower costs and a smaller space requirement are possible.
  • the embodiment of FIG. 3 offers the advantage that two smaller camera chips suffice instead of one large camera chip.
  • the optical axes of the illumination light are perpendicular to the respective camera surface, whereby not distorted images are generated on the camera surfaces.
  • the embodiment of the invention shown in FIG. 4 corresponds largely to the embodiment of FIG. 1.
  • Two light source units 1 1 and 12 are arranged in different planes, one of which is located in front of and behind a confocal plane 14. While in the embodiment of FIG. 1 the light source units 1 1 and 12 emit illumination light of the same spectral range, in the embodiment of FIG. 4 the two light source units 1 1 and 12 emit illumination light of different spectral ranges.
  • the light source unit 11 may comprise an array of LEDs or lasers emitting 800nm light while the light source unit 12 comprises an array of LEDs or lasers emitting 850nm light.
  • the arrangements of the LEDs or lasers is the same for both light source units 1 1 and 12 and corresponds to the light spot pattern to be generated.
  • a dichroic optical element is used as the beam combining means 15. This has a cut-off wavelength between transmission and reflection, which lies between the two spectral ranges of the light emitted by the light source units 1 1 and 12 illumination light. As a result, light losses are less than, for example, a semipermeable mirror as beam combining means. Due to the different spectral ranges of the illumination light of the two light source units 11 and 12, sample light with two different spectral ranges is also emitted. While in FIG. 4 the detection beam path is similar to that of FIG. 1, in the embodiment of FIG. 5 the different spectral ranges of the sample light are used. Thus, the illumination beam path of the embodiment of Fig.
  • the sample light with the light source units 1 1, 12 is similar to the structure of Fig. 4.
  • the sample light with beam splitting means 33 which comprise a dichroic element, divided into two beam paths and guided to different detector areas.
  • the detector areas may be different areas of the same camera 31 (as shown), or may be formed by different cameras (not shown). These designs allow measurements to be made with high light intensity and low light losses, increasing measurement accuracy.
  • the two sample images can be recorded simultaneously.
  • two light source units 1 1 and 12 are arranged in different planes here.
  • a polarization beam splitter 15 is used here. This reflects or transmits incident light depending on its polarization.
  • a polarizer 16, 17 is located between the polarization beam splitter 15 and the two light source units 1 1 and 12.
  • the illumination light of the two light source units 1 1 and 12 is polarized differently by the polarizers 16, 17, so that the light from one of the light source units at the polarization beam splitter 1 1 and 12 largely completely transmitted and the light from the other of the two light source units 1 1 and 12 is largely completely reflected.
  • a combination of the two beam paths is achieved with low light losses.
  • polarized illumination described with reference to FIG. 6 is used.
  • a polarization beam splitter is used in the detection beam path as beam splitting means 33. This transmits or reflects incident sample light depending on its polarization. This structure is suitable if the sample light emitted thereon is also polarized by a polarization of illumination light. This is the case, for example, when illumination light is reflected on the sample surface as sample light. Depending on its polarization, the sample light is passed through the polarization beam splitter 33 onto two different beam paths and guided to different detector areas of the detector device 30. In this embodiment, both sample images can be recorded simultaneously with only slight light losses.
  • FIG 8 shows a further embodiment in which two light source units 1 1 and 12 are used, which are arranged in geometrically identical planes 14.
  • the illumination light emitted by the two light sources 1 1 and 12 separates in wavelength and is brought via dichroic beam combination means to a common beam path to the sample 26.
  • the optical imaging means 22, 40 are preferably achromatic. That is, the refractive power and thus imaging are identical for at least two wavelengths. For other wavelengths, differences in the refractive power of the optical imaging means 22, 40 are only small.
  • chromatic optical imaging means 22, 40 are used, preferably a chromatic objective 22.
  • This has a longitudinal chromatic aberration, by means of which illumination light is focused on different height levels as a function of wavelength.
  • the light spot patterns of the two light source units 1 1 and 12 are imaged on different height planes 24 and 25, although both light source units 1 1 and 12 are arranged in the same confocal plane 14.
  • the detection of the sample light can take place as shown and with reference to FIG. 1 or to FIG. 5.
  • the beam splitting means 33 the sample light is guided as a function of the wavelength to different beam paths (not shown).
  • sample light due to the light spot pattern imaged in the elevation plane 24 may be distinguished from the sample light due to the spot pattern imaged in the elevation plane 25.
  • an image is respectively generated in two image planes 34 and 35.
  • These two image planes 34 and 35 are different from a detection plane, which is formed in Fig. 8 by a single camera. As a result, different height levels can be examined, as described for FIG. 2.
  • FIG. 1 Another embodiment of the invention is shown in FIG.
  • the detection of sample light is carried out as described for Fig. 2.
  • the illumination is effected with a light source device 10, which generates a light spot pattern with the aid of lateral scanning means 48, 49.
  • a single illumination light beam of the light source device 10 thus successively generates the light spots of a light spot pattern.
  • the lateral scanning means 48, 49 thus carry out a scan in the lateral direction, that is to say perpendicular to the height direction, and not in the vertical direction. The scan takes place during the recording of the sample images, which are recorded simultaneously in the example shown.
  • the imaging means 40 are designed as adjustable focusing means. These can be used to change to which height level a light spot pattern is focused. An adjustment of the focusing means 40 is performed after two sample images have been taken and evaluated. The direction of the adjustment may be selected so that the height level in which a light spot pattern is focused is brought closer to the height of one or more of the lateral areas of the sample.
  • the design of the imaging means 40 as adjustable focusing means can be supplemented in each of the other embodiments.
  • FIG. This is scanned laterally with an illumination light beam, as described for Fig. 9.
  • sample light is split into two beam paths and guided to different cameras 31, 32, as described for FIG. 3.
  • two sample images are generated and evaluated. This should generally be understood as at least two sample images.
  • the two light source units and the division of the sample light into two beam paths to two detector areas or two cameras are also to be understood as "at least two.”
  • the invention includes two sample images in which different altitude information is contained
  • the light microscope according to the invention is spatially identical for the recording of both sample images.
  • no height scan is required for the recording of these images, which is associated with a time and a measurement accuracy advantage.

Abstract

The invention relates to a light microscope comprising a light source device for emitting illumination light in the direction of a sample, a detector device for recording sample images of the sample and optical imaging means for focusing illumination light as light spot pattern onto a height plane at the sample and for guiding sample light from the sample to the detector device. The light source device and the optical imaging means are designed to illuminate a plurality of mutually spaced apart lateral regions of the sample with the light spot pattern during a camera integration time of the detector device. According to the invention, the light microscope is characterized in that the light source device, the optical imaging means and the detector device are designed to enable recordings of at least two sample images in which the light spot patterns are focused onto different height planes and/or in which different height planes are imaged onto the detector device, wherein the light source device, the optical imaging means and the detector device are arranged spatially identically for each of the recordings of the different sample images. In this case, identical lateral regions of the sample are illuminated in each of the at least two sample images. In addition, electronic evaluation means are present and designed to calculate height information of the sample with the aid of the at least two sample images. In addition, the invention relates to a corresponding method for examining a sample using a light microscope.

Description

KONFOKALES LICHTMIKROSKOP UND VERFAHREN ZUM UNTERSUCHEN EINER PROBE MIT EINEM KONFOKALEN  CONFOCUS LIGHT MICROSCOPE AND METHOD FOR EXAMINING A SAMPLE WITH A CONFOCAL
LICHTMIKROSKOP  LIGHT MICROSCOPE
Die vorliegende Erfindung bezieht sich in einem ersten Aspekt auf ein Lichtmikroskop nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 . In einem zweiten Gesichtspunkt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Untersuchen einer Probe mit einem Lichtmikroskop nach dem Oberbegriff des Anspruchs 12. The present invention relates in a first aspect to a light microscope according to the preamble of claim 1. In a second aspect, the invention relates to a method for examining a sample with a light microscope according to the preamble of claim 12.
Ein gattungsgemäßes Lichtmikroskop umfasst eine Lichtquelleneinrichtung zum Aussenden von Beleuchtungslicht in Richtung einer Probe, eine Detektoreinrichtung zum Aufzeichnen von Probenbildern der Probe und optische Abbildungsmittel zum Fokussieren von Beleuchtungslicht als Lichtfleckmuster auf eine Höhenebene an der Probe und zum Leiten von Probenlicht von der Probe zur Detektoreinrichtung. Die Lichtquelleneinrichtung und die optischen Abbildungsmittel sind dazu gestaltet, während einer Kameraintegrationszeit der Detektoreinrichtung mit dem Lichtfleckmuster mehrere voneinander beabstandete Lateralbereiche der Probe zu beleuchten. Bei einem gattungsgemäßen Verfahren zum Untersuchen einer Probe mit einem Lichtmikroskop ist vorgesehen, dass mit einer Lichtquelleneinrichtung Beleuchtungslicht in Richtung einer Probe ausgesendet wird, dass mit einer Detektoreinrichtung Probenbilder der Probe aufgezeichnet werden und dass mit optischen Abbildungsmitteln Beleuchtungslicht als Lichtfleckmuster auf eine Höhenebene an der Probe fokussiert wird und Probenlicht von der Probe zur Detektoreinrichtung geleitet wird. Dabei sind die Lichtquelleneinrichtung und die optischen Abbildungsmittel dazu gestaltet, während einer Kameraintegrationszeit der Detektoreinrichtung mit dem Lichtfleckmuster mehrere voneinander beabstandete Lateralbereiche der Probe gleichzeitig oder nacheinander zu beleuchten. Mit solchen Lichtmikroskopen und Verfahren wird insbesondere eine Autofokussie- rung durchgeführt. Bei dieser wird ein Probentisch, an dem die Probe gehalten wird, in einer Höhenrichtung verstellt. Dadurch kann auf einer Kamera des Lichtmikroskops ein scharfes Bild erzeugt werden. Eine Autofokussierung ist insbesondere bei reflektierenden oder lichtstreuenden Proben vorteilhaft, welche eine unebene Ober- fläche haben. So ist wegen der nicht ebenen Oberfläche eine Fokuseinstellung auf die Höhe eines interessierenden Probenbereichs zwingend erforderlich. A generic light microscope includes light source means for emitting illumination light toward a sample, detector means for recording sample images of the sample, and optical imaging means for focusing illumination light as a spot pattern onto a height plane on the sample and for directing sample light from the sample to the detector means. The light source device and the optical imaging means are configured to illuminate a plurality of spaced-apart lateral regions of the sample during a camera integration time of the detector device with the light spot pattern. In a generic method for examining a sample with a light microscope, it is provided that illumination light is emitted in the direction of a sample with a light source device, that sample images of the sample are recorded with a detector device and that illuminating light is focused as a light spot pattern onto a height plane on the sample with optical imaging means and sample light is passed from the sample to the detector device. In this case, the light source device and the optical imaging means are designed to illuminate a plurality of spaced-apart lateral regions of the sample simultaneously or successively during a camera integration time of the detector device with the light spot pattern. Autofocusing is carried out in particular with such light microscopes and methods. In this case, a sample table on which the sample is held, adjusted in a height direction. As a result, a sharp image can be generated on a camera of the light microscope. Autofocusing is particularly advantageous in the case of reflective or light-scattering samples, which cause an uneven surface. have surface. Thus, due to the non-planar surface, a focus adjustment to the height of a sample area of interest is imperative.
Aus DE102 42 373 A1 ist ein Sensor zur schnellen optischen Abstnadsmessung nach dem konfokalen Abbildungsprinzip bekannt. DE 197 13 362 A1 beschreibt ein konfokales Scanningmikroskop mit einer konfokalen Absandsmessung. From DE 102 42 373 A1 a sensor for fast optical Abstnadsmessung according to the confocal imaging principle is known. DE 197 13 362 A1 describes a confocal scanning microscope with a confocal measurement of the dimensions.
Aus der DE 10 2004 014 048 A1 ist eine Vermessungseinrichtung für Objekte nach dem Prinzip der konfokalen Mikroskopie bekannt. From DE 10 2004 014 048 A1 a measuring device for objects according to the principle of confocal microscopy is known.
Bei bekannten Autofokus-Verfahren wird meist nur ein einziger Lichtfleck auf der Probe erzeugt und das von dieser Probenstelle ausgesandte Probenlicht wird gemessen. Ein solches Vorgehen ist bei inhomogenen Proben mit großen Unterschieden in der Reflektivität oder Lichtstreuung nachteilig. Bei diesen Proben hängt die zurückgestrahlte Menge an Probenlicht stark davon ab, auf welchen Probenbereich der Lichtfleck gestrahlt wird. Bei einer vorgegebenen Intensität des Beleuchtungs- lichts kann es daher vorkommen, dass die Intensität des zurückgeworfenen Probenlichts die Detektoreinrichtung zur Sättigung bringt oder zu niedrig ist. In known autofocus methods, usually only a single light spot is generated on the sample and the sample light emitted by this sample point is measured. Such a procedure is disadvantageous in inhomogeneous samples with large differences in reflectivity or light scattering. For these samples, the amount of sample light returned depends strongly on which area of the sample the spot is blasted. For a given intensity of the illumination light, it may therefore happen that the intensity of the reflected sample light brings the detector device to saturation or is too low.
Dieses Problem kann gemindert werden, indem mehrere voneinander beabstandete Lateralbereiche der Probe mit jeweils einem Lichtfleck beleuchtet werden. Dadurch ist es wahrscheinlich, dass zumindest von einigen der beleuchteten Lateral bereiche eine Probenlichtmenge zurückgeworfen wird, die die Detektoreinrichtung weder zur Sättigung bringt noch zu niedrig für diese ist. This problem can be alleviated by illuminating a plurality of spaced-apart lateral regions of the sample with one light spot each. As a result, it is probable that at least some of the illuminated lateral regions reflect a quantity of sample light which neither saturates nor is too low for the detector device.
Lichtmikroskope und Verfahren der vorgenannten Art sind beispielsweise aus US 201 1/0017902 A1 und US 7,570,795 B2 bekannt und werden bei dem Scanning- Mikroskop aus US 7,858,91 1 B2 angeregt. Ein weiteres Lichtmikroskop mit einer Au- tofokus-Funktion ist in US 2010/003381 1 A1 beschrieben. Light microscopes and methods of the aforementioned type are known for example from US 201 1/0017902 A1 and US 7,570,795 B2 and are excited in the scanning microscope from US 7,858,91 1 B2. Another light microscope with an autofocus function is described in US 2010/003381 1 A1.
Insbesondere bei Proben mit einem ausgeprägten Höhenprofil können mit bekannten Lichtmikroskopen und Verfahren jedoch häufig Fehler oder Ungenauigkeiten auftreten, wobei auch der Zeitaufwand von Höhenmessungen der Probe hoch ist. Dies ist nachteilig für die Bestimmung eines Höhenprofils und/oder die Durchführung einer Autofokussierung. However, in particular with samples having a pronounced height profile, faults or inaccuracies can frequently occur with known light microscopes and methods, whereby the time required for height measurements of the sample is also high. This is disadvantageous for the determination of a height profile and / or the performance of an autofocusing.
Als eine A u f g a b e der Erfindung kann angesehen werden, ein Lichtmikroskop und ein Verfahren zum Untersuchen einer Probe mit einem Lichtmikroskop anzuge- ben, die einfach und schnell eine präzise Höhenmessung der Probe ermöglichen. As an aspect of the invention, it can be considered to provide a light microscope and a method for examining a sample with a light microscope, which easily and quickly enable precise height measurement of the sample.
Diese Aufgabe wird durch das Lichtmikroskop mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst. This object is achieved by the light microscope with the features of claim 1 and by the method having the features of claim 12.
Vorteilhafte Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens und des erfindungsgemäßen Lichtmikroskops sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche und werden au- ßerdem in der folgenden Beschreibung erläutert. Advantageous variants of the method according to the invention and of the light microscope according to the invention are the subject of the dependent claims and are also explained in the following description.
Bei dem Lichtmikroskop der oben genannten Art sind erfindungsgemäß die Lichtquelleneinrichtung, die optischen Abbildungsmittel und die Detektoreinrichtung dazu gestaltet, Aufnahmen von mindestens zwei Probenbildern zu ermöglichen, bei denen die Lichtfleckmuster auf unterschiedliche Höhenebenen fokussiert sind und/oder bei denen unterschiedliche Höhenebenen auf die Detektoreinrichtung abgebildet sind, wobei die Lichtquelleneinrichtung, die optischen Abbildungsmittel und die Detektoreinrichtung für jede der Aufnahmen der verschiedenen Probenbilder räumlich gleich angeordnet sind. Dabei werden für die Aufnahmen der mindestens zwei Probenbilder jeweils gleiche Lateralbereiche der Probe beleuchtet. Zudem sind elektro- nische Auswertemittel vorhanden und dazu gestaltet, mit Hilfe der mindestens zwei Probenbilder Höheninformationen der Probe zu berechnen. In the light microscope of the above-mentioned kind, the light source device, the optical imaging means and the detector device are designed to enable images of at least two sample images in which the light spot patterns are focused on different height planes and / or in which different height planes are imaged onto the detector device wherein the light source means, the optical imaging means and the detector means are spatially equally spaced for each of the images of the different sample images. In each case, the same lateral areas of the sample are illuminated for the recordings of the at least two sample images. In addition, electronic evaluation means are provided and designed to calculate height information of the sample with the aid of the at least two sample images.
Bei dem Verfahren der oben genannten Art ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Lichtquelleneinrichtung, die optischen Abbildungsmittel und die Detektoreinrichtung während Aufnahmen von mindestens zwei Probenbildern räumlich gleich ange- ordnet sind, wobei bei den mindestens zwei Probenbildern die Lichtfleckmuster auf unterschiedliche Höhenebenen fokussiert werden und/oder unterschiedliche Höhenebenen auf die Detektoreinrichtung abgebildet werden, und wobei für die mindestens zwei Probenbilder jeweils gleiche Lateralbereiche der Probe beleuchtet werden. Weiterhin werden mit Hilfe der mindestens zwei Probenbilder Höheninformationen der Probe berechnet. Ein grundlegender Gedanke der Erfindung kann darin gesehen werden, dass eine räumlich gleiche Anordnung für die Aufnahme der mindestens zwei Probenbilder verwendet wird. Es wird also zwischen den Aufnahmen dieser Bilder keine Scanbewegung in Höhenrichtung durchgeführt. Solch eine Scanbewegung erfolgt bei her- kömmlichen Lichtmikroskopen insbesondere durch das Verfahren eines Probentischs relativ zum Strahlengang oder durch Verändern einer Beleuchtungs- oder Detekti- onsebene relativ zur Probe. Indem keine solche Höhen-Scanbewegung erfolgt, wird ein Geschwindigkeitsvorteil erreicht. Außerdem ist eine verbesserte Präzision möglich, da Ungenauigkeiten von mechanischen Bewegungen entfallen und Schwingun- gen von optischen Komponenten geringere Auswirkungen haben. In the method of the abovementioned type, it is provided according to the invention that the light source device, the optical imaging means and the detector device are arranged spatially the same during recording of at least two sample images, the light spot patterns being focused on different height planes in the at least two sample images and / or Different height levels are imaged on the detector device, and wherein for the at least two sample images each same lateral regions of the sample are illuminated. Furthermore, height information of the sample is calculated with the aid of the at least two sample images. A basic idea of the invention can be seen in that a spatially identical arrangement is used for recording the at least two sample images. It is therefore carried out between the images of these images no scanning movement in the height direction. Such a scanning movement is carried out in conventional light microscopes, in particular by moving a sample stage relative to the beam path or by changing an illumination or detection plane relative to the sample. By not making such a height scan motion, a speed advantage is achieved. In addition, improved precision is possible since inaccuracies of mechanical movements are eliminated and vibrations of optical components have less effect.
Als räumlich gleiche Anordnung zur Aufnahme der mindestens zwei Probenbilder kann einerseits eine räumlich feststehende Anordnung eingesetzt werden. In diesem Fall erfolgt keine Bewegung der Lichtquelleneinrichtung, der optischen Abbildungsmittel oder der Detektoreinrichtung während oder zwischen den Aufnahmen der bei- den Probenbilder. As a spatially identical arrangement for receiving the at least two sample images on the one hand a spatially fixed arrangement can be used. In this case, no movement of the light source device, the optical imaging means or the detector device takes place during or between the recordings of the two sample images.
Andererseits kann auch vorgesehen sein, zur Erzeugung des Lichtfleckmusters einen Lichtstrahl nacheinander auf verschiedene Lateralbereiche zu richten. In diesem Fall erfolgt zwar eine Bewegung von beispielsweise einem Scanspiegel, aber die genau gleiche Anordnung mit der genau gleichen Bewegung wird auch zur Aufnahme des zweiten Probenbilds genutzt. Für dieses wird also die gleiche Scanbewegung über die Lateralbereiche durchgeführt. Es wird jedoch keine Höhenscanbewegung durchgeführt, durch welche sich die Anordnungen für die Aufnahmen der beiden Probenbilder unterscheiden würden. On the other hand, it can also be provided to direct a light beam successively to different lateral areas in order to generate the light spot pattern. In this case, although there is a movement of, for example, a scanning mirror, but the exact same arrangement with the exact same movement is also used to record the second sample image. For this, therefore, the same scan movement is performed over the lateral areas. However, no height scanning motion is performed that would distinguish the arrangements for the images of the two sample images.
Für die Berechnung der Höheninformationen aus den Probenbildern ist es entschei- dend, dass für beide Probenbilder gleiche Lateralbereiche beleuchtet und mit derFor the calculation of the height information from the sample images, it is important that the same lateral areas are illuminated for both sample images and that they are illuminated
Detektoreinrichtung gemessen werden. Unter einem Lateralbereich soll ein Probenbereich mit einer Ausdehnung quer, insbesondere senkrecht, zu einer Höhenrichtung verstanden werden. Die Höhenrichtung kann der optischen Achse von einem Objektiv zur Probe entsprechen. Die durch das Lichtfleckmuster beleuchteten Lateralberei- che sind bevorzugt voneinander getrennt, das heißt, zwischen ihnen befinden sich nicht beleuchtete Probenbereiche. Allgemein ist aber genügend, dass durch das Lichtfleckmuster die Probe mit einer räumlich inhomogenen Lichtintensitätsverteilung bestrahlt wird. So kann auch eine Gitter- oder Streifenabbildung als Lichtfleckmuster erzeugt werden. Bevorzugt besteht ein Lichtfleckmuster aber aus mehreren voneinander getrennten Lichtflecken, die beispielsweise jeweils rund sind. Detector device are measured. A lateral area should be understood to mean a sample area with an extension transverse, in particular vertical, to a height direction. The height direction may correspond to the optical axis from one objective to the next. The lateral areas illuminated by the light spot pattern are preferably separated from one another, that is, there are non-illuminated sample areas between them. Generally, however, it is sufficient that the light spot pattern causes the sample to have a spatially inhomogeneous light intensity distribution is irradiated. Thus, a grid or stripe image can be generated as a light spot pattern. Preferably, however, a light spot pattern consists of a plurality of mutually separate light spots, which are each round, for example.
Unter der Beleuchtung gleicher oder derselben Lateralbereiche für die Aufnahmen der mindestens zwei Probenbilder ist zu verstehen, dass der Lateralbereich, der von einem Lichtfleck bei der Aufnahme des ersten Probenbilds beleuchtet wird, mit dem Lateralbereich, der von einem Lichtfleck bei der Aufnahme des zweiten Probenbilds beleuchtet wird, zumindest überlappt. Bevorzugt sind die Mittelpunkte dieser beiden Lateralbereiche identisch. Die Ausdehnung der beiden Lateralbereiche kann hinge- gen unterschiedlich sein. Bei gemeinsamem Mittelpunkt ist daher ein Lateralbereich vollständig in dem anderen enthalten. Beispielsweise können die beiden Lichtflecken für die beiden Aufnahmen der zwei Probenbilder in unterschiedliche Höhenebenen fokussiert sein. Dadurch sind die auf der Probenoberfläche erzeugten Lichtflecke, das heißt die beleuchteten Lateralbereiche, unterschiedlich groß, haben aber einen gemeinsamen Mittelpunkt. By illuminating the same or the same lateral regions for the images of the at least two sample images, it is to be understood that the lateral region which is illuminated by a light spot during the recording of the first sample image illuminates with the lateral region which illuminates from a light spot during the recording of the second sample image will, at least overlapped. Preferably, the centers of these two lateral regions are identical. The extent of the two lateral areas, however, may be different. At a common center, therefore, one lateral area is completely contained in the other. For example, the two light spots for the two images of the two sample images can be focused in different height levels. As a result, the light spots generated on the sample surface, that is, the illuminated lateral areas, are of different sizes, but have a common center.
Die Erfindung eignet sich besonders zur Untersuchung von Proben mit einem Höhenprofil, also einer ungleichmäßigen Höhe. Prinzipiell können aber auch Strukturen innerhalb einer insbesondere flüssigen Probe untersucht werden. In beiden Fällen sind die genauen Höhen von interessierenden Bereichen der Probe unbekannt. Ein Ziel ist die Bestimmung dieser Höhen, also entweder des Oberflächenprofils oder eine Bestimmung von Verlauf und Position von Probenteilen, beispielsweise Zellstrukturen biologischer Proben. Allgemeiner kann daher unter einem Höhenprofil auch das Profil von Probenteilen innerhalb einer Probe verstanden werden und die Probenoberfläche kann als Oberfläche eines Probenteils aufgefasst werden. Um Informationen über das Höhenprofil zu ermitteln, werden die Lichtflecken auf zumindest eine Höhenebene an der Probe fokussiert. Eine Höhenebene bezeichnet eine Ebene, welche quer, insbesondere senkrecht, zu einer optischen Achse von einem Objektiv zu der Probe steht. Da Position, Geometrie oder Aufbau der Probe zunächst nicht bekannt sind, kann sich eine solche Ebene entweder beabstandet zur Probe befinden, das heißt zwischen Objektiv und Probe, die Ebene kann sich innerhalb der Probe befinden oder die Ebene kann die Probenoberfläche schneiden, also teilweise innerhalb und teilweise außerhalb der Probe liegen. Die Fokussierung der Lichtflecken auf eine Höhenebene gibt an, dass die Höhenebene eine optisch konjugierte Ebene zu einer Ebene ist, in welcher das Lichtfleckmuster erzeugt wird. Dies kann die Lichtquelle selbst oder beispielsweise eine Lochblendenscheibe sein, die vom Beleuchtungslicht durchstrahlt wird. Bei der Untersuchung eines Oberflächenprofils der Probe hängt die Größe eines beleuchteten Lateralbereichs von der Höhe der Höhenebene, auf welche der Lichtfleck fokussiert wird, relativ zu diesem Lateralbereich ab. Abhängig vom Oberflächenprofil werden daher mit einer Höhenebene unterschiedlich große Lichtflecken auf der Probenoberfläche erzeugt. The invention is particularly suitable for the investigation of samples with a height profile, ie a non-uniform height. In principle, structures within a particular liquid sample can also be investigated. In both cases, the exact heights of regions of interest of the sample are unknown. One goal is the determination of these heights, ie either the surface profile or a determination of the course and position of sample parts, for example cell structures of biological samples. More generally, therefore, the profile of sample parts within a sample can also be understood by a height profile, and the sample surface can be understood as the surface of a sample part. In order to determine information about the height profile, the light spots are focused on at least one height level on the sample. A height level refers to a plane which is transverse, in particular perpendicular, to an optical axis from an objective to the sample. Since the position, geometry or structure of the sample are initially unknown, such a plane may be either spaced from the sample, that is, between the objective and the sample, the plane may be within the sample, or the plane may intersect, ie partially within, the sample surface and partially outside the sample. The focusing of the light spots on a height plane indicates that the height plane is an optically conjugate plane to a plane in which the light spot pattern is generated. This may be the light source itself or, for example, a pinhole disk, which is irradiated by the illumination light. In examining a surface profile of the specimen, the size of an illuminated lateral region depends on the height of the elevation plane at which the light spot is focused relative to that lateral region. Depending on the surface profile, differently sized spots of light on the sample surface are therefore produced with one height level.
Dies kann zum Bestimmen von Höheninformationen genutzt werden. In einem Probenbild wird Probenlicht von den beleuchteten Lateralbereichen empfangen. Bei einem verhältnismäßig kleinen beleuchteten Lateralbereich wird auf der Detektoreinrichtung ein verhältnismäßig kleiner Bereich mit hoher Probenlichtintensität beleuchtet. Hingegen führt ein größerer beleuchteter Lateralbereich dazu, dass auf der Detektoreinrichtung ein verhältnismäßig großer Bereich mit niedrigerer Probenlichtintensität beleuchtet wird. This can be used to determine altitude information. In a sample image, sample light is received by the illuminated lateral areas. With a relatively small illuminated lateral area, a relatively small area with high sample light intensity is illuminated on the detector device. On the other hand, a larger illuminated lateral area leads to a comparatively large area with lower sample light intensity being illuminated on the detector device.
Hieraus kann ermittelt werden, welche beleuchteten Lateralbereiche innerhalb oder außerhalb der Höhenebene liegen, auf welche das Lichtfleckmuster fokussiert wird. Aus einem einzigen Bild kann aber noch nicht bestimmt werden, ob sich die außer- halb der Höhenebene liegenden Lateral bereiche oberhalb oder unterhalb dieser Höhenebene befinden. Dies wird mit Hilfe des zweiten Probenbilds möglich. From this, it can be determined which illuminated lateral regions lie within or outside the height plane onto which the light spot pattern is focused. However, it is not yet possible to determine from a single image whether the lateral regions lying outside the height plane are above or below this height level. This is possible with the help of the second sample image.
Bei einer der Alternativen des Erfindungsgedankens werden für die beiden Aufnahmen der Probenbilder die Lichtfleckmuster auf unterschiedliche Höhenebenen fokussiert. Dabei können sich die Detektorelemente, die die beiden Probenbilder aufzeichnen, für die Aufnahme der beiden Bilder in einer selben Bildebene befinden. Ob ein für das zweite Probenbild beleuchteter Lateralbereich größer oder kleiner ist als der entsprechende Lateralbereich, der für das erste Probenbild beleuchtet wird, hängt davon ob, ob die Höhe dieses Lateralbereichs oberhalb oder unterhalb der ersten Höhenebene liegt, auf weiche das Lichtfleckmuster beim ersten Probenbild fokussiert wird. Daher kann aus einem Vergleich der Messinformationen, die zu dem gleichen Lateralbereich in beiden Probenbildern erhalten werden, bestimmt werden, ob die Höhe dieses Lateralbereichs oberhalb oder unterhalb der ersten Höhenebene liegt. In one of the alternatives of the inventive concept, the light spot patterns are focused on different height levels for the two images of the sample images. In this case, the detector elements which record the two sample images can be located in the same image plane for the recording of the two images. Whether a lateral area illuminated for the second sample image is larger or smaller than the corresponding lateral area illuminated for the first sample image depends on whether the height of this lateral area is above or below the first height plane on which the light spot pattern focuses on the first sample image becomes. Therefore, from a comparison of the measurement information, the same Lateral area are obtained in both sample images, it can be determined whether the height of this lateral area is above or below the first height level.
Müssten hingegen die Messinformationen verschiedener Lateralbereiche miteinander verglichen werden, so würden über die Probe variierende Grade an Reflektivitat und/oder Lichtstreuung das Ergebnis verfälschen. On the other hand, if the measurement information of different lateral areas had to be compared with one another, varying degrees of reflectivity and / or light scattering over the sample would falsify the result.
Bei der anderen Alternative des Erfindungsgedankens wird für die Aufnahme beider Probenbilder ein identisches Lichtfleckmuster auf der Probenoberfläche erzeugt. Um umfangreiche Höheninformationen zu gewinnen, werden hier verschiedene Höhenebenen auf die Detektoreinrichtung abgebildet. Die Detektoreinrichtung nimmt dem- nach mindestens zwei Probenbilder auf, bei denen eine Detektorebene, in welcher sich die Detektorelemente der Detektoreinrichtung befinden, optisch konjugiert zu einer ersten Höhenebene und einer davon verschiedenen zweiten Höhenebene ist. Die Höhenebene, auf weiche das Lichtfleckmuster fokussiert wird, kann identisch zur ersten oder zweiten Höhenebene sein oder zu beiden verschieden. Die obige Alternative kann auch wie folgt beschrieben werden: Eine bestimmte Höhenebene an der Probe wird auf zwei räumlich versetzte Bildebenen abgebildet. Die beiden Bildebenen sind also jeweils optisch konjugiert zur Höhenebene. Die Bildebenen liegen unterschiedlich bezüglich der Detektorebene der Detektionsrichtung und werden separat gemessen, womit die beiden Probenbilder aufgenommen werden. Die Höhenebene wird somit unterschiedlich scharf auf die Detektorebene abgebildet. Wie zur ersten Erfindungsalternative beschrieben, kann sodann aus einem Vergleich der Messinformationen, die zu dem gleichen Lateralbereich in beiden Probenbildern erhalten werden, bestimmt werden, ob die Höhe dieses Lateralbereichs oberhalb o- der unterhalb der ersten Höhenebene liegt. Vorteilhafterweise können daher durch die Erfindung Höheninformationen präzise erhalten werden, ohne dass mechanische Bewegungen erforderlich wären. In the other alternative of the inventive concept, an identical light spot pattern is generated on the sample surface for the acquisition of both sample images. In order to gain extensive altitude information, different altitude levels are mapped to the detector device. The detector device accordingly receives at least two sample images in which a detector plane in which the detector elements of the detector device are located is optically conjugate to a first height level and a second height level different therefrom. The height level to which the light spot pattern is focused may be identical to the first or second height level or to both. The above alternative can also be described as follows: A specific height level on the sample is imaged onto two spatially offset image planes. The two image planes are thus each optically conjugate to the height level. The image planes are different with respect to the detector plane of the detection direction and are measured separately, with which the two sample images are recorded. The height level is thus imaged differently sharply on the detector plane. As described for the first inventive alternative, it can then be determined from a comparison of the measurement information obtained at the same lateral area in both sample images, whether the height of this lateral area is above or below the first height level. Advantageously, therefore, height information can be obtained precisely by the invention, without mechanical movements would be required.
Das nachzuweisende Probenlicht kann von der Probe zurückgeworfenes Beleuchtungslicht sein, insbesondere reflektiertes oder gestreutes Beleuchtungslicht. Das Probenlicht kann aber auch Lumineszenzlicht sein, also Fluoreszenz- oder Phospho- reszenzlicht, welches durch Anregung mittels des Beleuchtungslichts entsteht. Die verwendete Lichtquelleneinrichtung kann prinzipiell beliebig gestaltet sein. Sie kann eine oder mehrere Lichtquelleneinheiten, beispielsweise Laser oder LEDs, umfassen. Zur Erzeugung des Lichtfleckmusters können mehrere Lichtquellen in einem entsprechenden Muster nebeneinander angeordnet sein. Alternativ kann eine Lichtquelle eine Maske beleuchten, durch die das Lichtfleckmuster erzeugt wird. Die Maske kann zum Beispiel durch Lochblenden oder Spiegel gebildet sein. Als Spiegel kann auch ein elektronisch verstellbares Mikrospiegelarray (DMD, englisch: Digital Mirror Device) verwendet werden. Andere elektronisch ansteuerbare Lichtmodulatoren können eingesetzt werden, welche beispielsweise wie ein LCoS (englisch: Liquid Crystal on Silicon) auf schaltbaren Flüssigkristallbereichen beruhen können. Als Maske kann auch ein Gitter eingesetzt werden. Dieses kann quer und/oder in Ausbreitungsrichtung des Lichts verstellbar sein. Dadurch wird die Anzahl an verschiedenen Lateralbereichen erhöht, welche beleuchtet werden können. Zudem kann die Höhenebene verändert werden, in welche das Lichtfleckmuster scharf abgebildet wird. Das Gitter kann eine periodische Struktur mit einer oder zwei Gitterkonstanten aufweisen. Alternativ kann das Gitter auch eine unregelmäßige Struktur haben, wodurch Lichtflecken unterschiedlicher Abmessungen gleichzeitig erzeugt werden. The sample light to be detected may be illumination light reflected by the sample, in particular reflected or scattered illumination light. However, the sample light can also be luminescent light, ie fluorescent or phosphorescent light, which is produced by excitation by means of the illumination light. The light source device used can in principle be designed as desired. It may comprise one or more light source units, for example lasers or LEDs. For generating the light spot pattern, a plurality of light sources may be arranged next to each other in a corresponding pattern. Alternatively, a light source may illuminate a mask that generates the light spot pattern. The mask can be formed for example by pinhole or mirror. As a mirror, an electronically adjustable micromirror array (DMD, English: Digital Mirror Device) can be used. Other electronically controllable light modulators can be used which, for example, can be based on switchable liquid crystal regions, such as an LCoS (English: Liquid Crystal on Silicon). As a mask, a grid can also be used. This can be adjustable transversely and / or in the propagation direction of the light. This increases the number of different lateral areas that can be illuminated. In addition, the height level can be changed, in which the light spot pattern is sharply imaged. The grating may have a periodic structure with one or two lattice constants. Alternatively, the grid may also have an irregular structure, whereby light spots of different dimensions are generated simultaneously.
Weiterhin können die Lichtquelleneinrichtung oder die optischen Abbildungsmittel auch über einen Scanner verfügen, durch den ein Beleuchtungslichtstrahl nachei- nander verschiedene Lateralbereiche beleuchtet und so das Lichtfleckmuster erzeugt. Furthermore, the light source device or the optical imaging means can also have a scanner, by means of which an illumination light beam illuminates different lateral areas one after the other and thus generates the light spot pattern.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung weisen die Lichtflecken eines Lichtfleckmusters unterschiedliche Größen und/oder Formen auf. Dadurch wird mit noch größerer Sicherheit zumindest ein Lateralbereich der Probe mit einer Lichtintensität beleuchtet, welche für diesen Probenbereich geeignet ist, um die Detektoreinrichtung nicht zurIn a preferred embodiment, the light spots of a light spot pattern have different sizes and / or shapes. As a result, with even greater certainty, at least one lateral area of the sample is illuminated with a light intensity which is suitable for this sample area, in order to avoid the detector device
Sättigung zu bringen. To bring saturation.
Um Höheninformationen zu bestimmen, werden vorzugsweise in den mindestens zwei Probenbildern zu jedem der Lateral bereiche eine Lichtintensität oder eine Bildschärfe ermittelt. Die Lichtintensitäten oder Bildschärfen, die in den mindestens zwei Probenbildern zu demselben Lateralbereich ermittelt wurden, werden sodann zumIn order to determine height information, a light intensity or an image sharpness are preferably determined in the at least two sample images for each of the lateral regions. The light intensities or image sharpnesses which were determined in the at least two sample images at the same lateral area then become the
Erhalten einer Höheninformation des Lateralbereichs miteinander verrechnet. Beispielsweise werden bei den beiden Probenbildern Lichtfleckmuster auf unterschiedliche Höhenebenen fokussiert. Werden nun für die Messsignale der beiden Probenbilder zu einem bestimmten Lateralbereich unterschiedliche Schärfen ermittelt, so kann geschlussfolgert werden, dass die Höhe dieses Lateralbereichs näher an der Höhenebene von dem Probenbild mit der höheren Schärfe liegt. Obtain a height information of the lateral area offset against each other. For example, in the two sample images, light spot patterns are focused on different height levels. If different sharpenings are now determined for the measurement signals of the two sample images for a specific lateral region, then it can be concluded that the height of this lateral region lies closer to the height plane of the sample image with the higher sharpness.
Quantitative Aussagen sind mit Hilfe von vorab gespeicherten Referenzdaten möglich. Diese können in einer vorhergehenden Referenzmessung an einem Objekt mit bekanntem Höhenprofil ermittelt worden sein. Durch die Referenzdaten kann bei einem Vergleich der Bildschärfen eine Aussage gemacht werden, wie weit die Höhe des untersuchten Lateralbereichs von den beiden Höhenebenen entfernt ist. Quantitative statements are possible with the help of pre-stored reference data. These may have been determined in a previous reference measurement on an object with a known height profile. By comparing the image sharpening, the reference data can be used to make a statement as to how far the height of the examined lateral area is from the two height levels.
In analoger Weise kann anstelle der Schärfe auch die Lichtintensität für die verschiedenen Lateralbereiche ausgewertet werden. In an analogous manner, instead of the sharpness, the light intensity for the different lateral areas can also be evaluated.
Vorzugsweise umfasst die Lichtquelleneinrichtung zum Fokussieren der Lichtfleckmuster auf unterschiedliche Höhenebenen eine erste und mindestens eine zweite Lichtquelleneinheit. Dabei ist die erste Lichtquelleneinheit in einer Ebene angeordnet, die optisch konjugiert zu einer ersten Höhenebene an der Probe ist, und die zweite Lichtquelleneinheit ist in einer Ebene angeordnet, die optisch konjugiert zu einer zweiten Höhenebene an der Probe ist. Somit kann eine räumlich starre Anordnung verwendet werden, um Lichtfleckmuster in den verschiedenen Höhenebenen zu er- zeugen. Preferably, the light source device for focusing the light spot pattern on different height levels comprises a first and at least one second light source unit. In this case, the first light source unit is arranged in a plane that is optically conjugate to a first height level on the sample, and the second light source unit is arranged in a plane that is optically conjugate to a second height level on the sample. Thus, a spatially rigid arrangement can be used to generate light spot patterns in the different elevation planes.
Als Lichtquelleneinheiten können hier auch beleuchtete Masken mit insbesondere punktförmigen Löchern angesehen werden. As light source units here also illuminated masks can be viewed with particular punctiform holes.
Für eine einfache Gestaltung können die mindestens zwei Lichtquelleneinheiten nacheinander eingeschaltet werden. Dadurch kann ein und derselbe Detektorbereich der Detektoreinrichtung, also beispielsweise dieselben Kamerasensorelemente, zur Aufnahme der mindestens zwei Probenbilder verwendet werden. For a simple design, the at least two light source units can be switched on one after the other. As a result, one and the same detector region of the detector device, that is, for example, the same camera sensor elements, can be used to receive the at least two sample images.
Sofern das Beleuchtungslicht der beiden Lichtquelleneinheiten voneinander unterscheidbar ist, können die mindestens zwei Probenbilder aber auch gleichzeitig aufgenommen werden. Insbesondere für diesen Zweck wird bei einer bevorzugten Ausgestaltung mit Strahlteilungsmitteln, welche zwischen der Probe und der Detektoreinrichtung angeordnet sind, Probenlicht auf mindestens zwei räumlich verschiedene Detektionsstrahlen- gänge aufgeteilt. Die Detektoreinrichtung umfasst für jeden der verschiedenen De- tektionsstrahlengänge jeweils einen Detektorbereich. If the illumination light of the two light source units is distinguishable from each other, the at least two sample images can also be recorded simultaneously. In particular for this purpose, in a preferred embodiment with beam splitting means, which are arranged between the sample and the detector device, sample light is split into at least two spatially different detection beam paths. The detector device in each case comprises a detector area for each of the different detection beam paths.
Mit den Detektorbereichen können die mindestens zwei Probenbilder gleichzeitig aufgenommen werden. Dadurch kann ein Geschwindigkeitsgewinn erzielt werden. With the detector areas, the at least two sample images can be recorded simultaneously. As a result, a speed gain can be achieved.
Die Strahlteilungsmittel können grundsätzlich beliebiger Art sein und beispielsweise einen teildurchlässigen Spiegel umfassen. Bei einer bevorzugten Ausgestaltung sind die Strahlteilungsmittel durch ein lichtbeugendes Element gebildet, wobei die beiden Detektionsstrahlengänge durch unterschiedliche Beugungsordnungen des lichtbeugenden Elements erzeugt werden. Hierdurch wird bei besonders geringen Lichtverlusten ein Aufbau mit geringer Komponentenzahl und somit geringen Kosten möglich. Damit das Beleuchtungslicht der beiden Lichtquelleneinheiten voneinander unterscheidbar ist, kann sich das von den mindestens zwei Lichtquelleneinheiten ausgesendete Beleuchtungslicht in der Wellenlänge unterscheiden. Zum Zusammenführen des Beleuchtungslichts der mindestens zwei Lichtquelleneinheiten auf einen gemeinsamen Beleuchtungsstrahlengang zur Probe kann ein dichroitisches Element vor- handen sein, welches wellenlängenabhängig Licht reflektiert oder transmittiert. Lichtverluste sind dadurch geringer im Vergleich zu einem Zusammenführen des Beleuchtungslichts der Lichtquelleneinheiten durch einen halbdurchlässigen Spiegel. The beam splitting means may in principle be of any type and comprise, for example, a semitransparent mirror. In a preferred embodiment, the beam splitting means are formed by a light diffractive element, wherein the two detection beam paths are generated by different diffraction orders of the light diffractive element. As a result, a construction with a low number of components and thus low cost is possible at very low light losses. In order for the illumination light of the two light source units to be distinguishable from each other, the illumination light emitted by the at least two light source units may differ in wavelength. For combining the illumination light of the at least two light source units onto a common illumination beam path to the sample, a dichroic element may be present which reflects or transmits light as a function of wavelength. Losses of light are thereby reduced compared to merging the illumination light of the light source units through a semitransparent mirror.
Alternativ oder zusätzlich können Polarisationsmittel vorhanden sein, durch welche das von den mindestens zwei Lichtquelleneinheiten ausgesendete Beleuchtungslicht unterschiedlich polarisiert ist. Zum Zusammenführen des Beleuchtungslichts der mindestens zwei Lichtquelleneinheiten auf einen gemeinsamen Beleuchtungsstrahlengang zur Probe kann ein Polarisationsstrahlteiler vorhanden sein, welcher auftreffendes Beleuchtungslicht abhängig von dessen Polarisation reflektiert oder transmittiert. Um Lichtfleckmuster auf verschiedene Höhenebenen zu fokussieren, kann die Lichtquelleneinrichtung auch dazu eingerichtet sein, Beleuchtungslicht von mindestens zwei verschiedenen Spektralbereichen auszusenden. Die optischen Abbildungsmittel weisen in diesem Fall eine chromatische Längsaberration auf, durch welche Beleuchtungslicht wellenlängenabhängig auf verschiedene Höhenebenen an der Probe fokussiert wird. Zum Aussenden von Beleuchtungslicht verschiedener Spektralbereiche kann die Lichtquelleneinrichtung verschiedene Lichtquelleneinheiten aufweisen. Alternativ kann auch eine einzige spektral-breitbandige Lichtquelleneinheit vorgesehen sein. Alternatively or additionally, polarization means may be present, by means of which the illumination light emitted by the at least two light source units is differently polarized. For merging the illumination light of the at least two light source units onto a common illumination beam path to the sample, a polarization beam splitter may be present, which reflects or transmits incident illumination light as a function of its polarization. In order to focus light spot patterns on different height levels, the light source device may also be configured to illuminate light from at least send out two different spectral ranges. The optical imaging means in this case have a longitudinal chromatic aberration by which illumination light is wavelength-dependent focused at different height levels on the sample. For emitting illumination light of different spectral ranges, the light source device can have different light source units. Alternatively, a single spectrally broadband light source unit can also be provided.
Gemäß der Erfindung können auch zwei Probenbilder aufgenommen werden, bei denen ein Lichtfleckmuster auf ein und dieselbe Höhenebene fokussiert wird, wobei aber unterschiedliche Höhenebenen auf die Detektoreinrichtung abgebildet werden. Hierzu können zwischen der Probe und der Detektoreinrichtung Strahlteilungsmittel vorhanden sein, mit denen Probenlicht auf mindestens zwei räumlich verschiedene Detektionsstrahlengänge aufgeteilt wird. Die Detektoreinrichtung umfasst für jeden der verschiedenen Detektionsstrahlengänge jeweils einen Detektorbereich. Dabei werden auf die verschiedenen Detektorbereiche unterschiedliche Höhenebenen abgebildet. According to the invention, two sample images can also be taken, in which a light spot pattern is focused on one and the same height level, but different height levels are imaged on the detector device. For this purpose, beam splitting means can be present between the sample and the detector device, with which sample light is split up to at least two spatially different detection beam paths. The detector device in each case has a detector area for each of the different detection beam paths. Different altitude levels are mapped to the different detector areas.
In anderen Worten wird in jedem der Detektionsstrahlengänge mit dem Probenlicht eine Abbildung der beleuchteten Höhenebene in jeweils eine Bildebene erzeugt, wobei die Bildebenen der verschiedenen Detektionsstrahlengänge in unterschiedlichen Ebenen relativ zu dem jeweiligen Detektorbereich erzeugt werden. In other words, in each of the detection beam paths with the sample light, an image of the illuminated height plane is generated in each case one image plane, wherein the image planes of the different detection beam paths are generated in different planes relative to the respective detector area.
Die beiden Detektorbereiche können zum Beispiel durch verschiedene Kameras gebildet sein. Es ist aber besonders bevorzugt, dass die verschiedenen Detektorbereiche unterschiedliche Abschnitte einer gemeinsamen Kamera, das heißt eines gemeinsamen Kamerachips, sind. Wenn die Lichtquelleneinrichtung mindestens zwei Lichtquelleneinheiten umfasst, deren Beleuchtungslicht sich in der Wellenlänge unterscheidet, dann umfassen die Strahlteilungsmittel, mit denen Probenlicht auf mindestens zwei räumlich verschiedene Detektionsstrahlengänge geleitet wird, bevorzugt ein dichroitisches Element, welches wellenlängenabhängig Licht reflektiert oder transmittiert. Dadurch sind Lichtver- luste beim Aufteilen des Probenlichts auf die verschiedenen Detektionsstrahlengänge gering, womit eine verbesserte Messgenauigkeit erreicht wird. Wenn Polansationsmittel vorhanden sind, durch welche das von den mindestens zwei Lichtquelleneinheiten ausgesendete Beleuchtungslicht unterschiedlich polarisiert ist, dann umfassen die Strahlteilungsmittel, mit denen Probenlicht auf mindestens zwei räumlich verschiedene Detektionsstrahlengänge geleitet wird, vorzugswei- se einen Polarisationsstrahlteiler, welcher auftreffendes Probenlicht abhängig von dessen Polarisationsrichtung reflektiert oder transmittiert. Hierdurch können ebenfalls Lichtverluste gering gehalten werden und somit die Messgenauigkeit verbessert werden. The two detector areas can be formed, for example, by different cameras. However, it is particularly preferred that the different detector areas are different sections of a common camera, that is, a common camera chip. If the light source device comprises at least two light source units whose illumination light differs in wavelength, then the beam splitting means, with which sample light is directed to at least two spatially different detection beam paths, preferably comprises a dichroic element which reflects or transmits light in a wavelength-dependent manner. As a result, light losses when dividing the sample light onto the different detection beam paths are low, which results in improved measurement accuracy. If there are polarization means by which the illumination light emitted by the at least two light source units is differently polarized, then the beam splitting means with which sample light is directed to at least two spatially different detection beam paths preferably comprises a polarization beam splitter which reflects incident sample light depending on its polarization direction or transmitted. As a result, light losses can also be kept low and thus the measurement accuracy can be improved.
Mit den gewonnenen Höheninformationen kann insbesondere ein drei-dimensionales Bild der Probe erhalten werden. Nachdem die mindestens zwei Probenbilder aufgenommen wurden, kann auch eine Höhenscanbewegung durchgeführt werden, beispielsweise eine Höhenverstellung eines Probentischs. Anschließend werden wieder mindestens zwei Probenbilder durch das beschriebene Verfahren aufgenommen. Dadurch können Höheninformationen über einen größeren Höhenbereich gesammelt werden. In particular, a three-dimensional image of the sample can be obtained with the obtained height information. After the at least two sample images have been recorded, a height-scanning movement can also be carried out, for example a height adjustment of a sample table. Subsequently, at least two sample images are taken again by the method described. This allows height information to be collected over a larger altitude range.
Anstelle oder zusätzlich zum Messen eines drei-dimensionalen Bilds können aber auch elektronische Auswertemittel zum Durchführen eines Autofokusverfahrens gestaltet sein. Bei diesem wird aus den mindestens zwei Probenbildern berechnet, ob die vom Lichtfleckmuster beleuchteten Lateralbereiche der Probe oberhalb oder un- terhalb einer Ebene liegen, welche scharf auf eine Hauptkamera des Lichtmikroskops abgebildet wird, und hiermit wird eine Verstellrichtung bestimmt, in welche die Probe relativ zu einem Abbildungsstrahlengang des Probenlichts zu bewegen ist, um eine scharfe Abbildung auf der Hauptkamera zu erreichen. Instead of or in addition to measuring a three-dimensional image but can also be designed electronic Auswertemittel for performing an autofocus method. In this method, it is calculated from the at least two sample images whether the lateral areas of the sample illuminated by the light spot pattern are above or below a plane which is sharply imaged onto a main camera of the light microscope, and an adjustment direction is determined in which the sample is moved relative to To move an imaging beam path of the sample light is to achieve a sharp image on the main camera.
Sodann kann eine Relativbewegung in der Verstellrichtung zwischen dem Proben- tisch, an welchem die Probe haltbar ist, und einem Abbildungsstrahlengang des Probenlichts von der Probe zur Hauptkamera durchgeführt werden. Die Hauptkamera kann von der Detektoreinrichtung, die für das Autofokusverfahren verwendet wird, verschieden sein. Then, a relative movement in the adjustment direction between the sample table, on which the sample is durable, and an imaging beam path of the sample light from the sample to the main camera can be performed. The main camera may be different from the detector device used for the autofocus method.
Für ein iteratives Autofokusverfahren kann eine Scaneinrichtung vorhanden sein. Mit dieser kann ein Verschieben eines Fokus von Beleuchtungslicht in dessen Ausbreitungsrichtung oder ein Verschieben einer Abbildungsebene vom Probenlicht durch- geführt werden. Die elektronischen Auswertemittel sind dazu gestaltet, die Scaneinrichtung im Autofokusverfahren so anzusteuern, dass das Verschieben gemäß der ermittelten Verstellrichtung zum Erreichen einer scharfen Abbildung erfolgt. Das heißt, die Probe wird in Verstellrichtung bewegt oder der Fokus vom Beleuchtungs- licht wird entgegengesetzt zur Verstellrichtung verschoben. For an iterative autofocus method, a scanning device may be present. This can be used to shift a focus of illumination light in its propagation direction or to shift an imaging plane from the sample light. be guided. The electronic evaluation means are designed to control the scanning device in the autofocus method so that the displacement takes place in accordance with the determined adjustment direction to achieve a sharp image. This means that the sample is moved in the adjustment direction or the focus of the illumination light is shifted in the opposite direction to the adjustment direction.
Ein Dynamikbereich der Detektoreinrichtung ist vorzugsweise größer als ein Dynamikbereich der Hauptkamera. Dabei gibt der Dynamikbereich die jeweilige Spanne von messbaren Lichtintensitäten an, ohne dass eine Sättigung eintritt. Ein besonders großer Dynamikbereich ist gerade für das Autofokusverfahren wichtig. Dieses wird vor der eigentlichen Probenmessung mit der Hauptkamera durchgeführt, so dass Probeneigenschaften noch weitgehend unbekannt sind. Daher wird eine vorgegebene Lichtintensität der Lichtquelleneinrichtung verwendet, welche für die noch unbekannte Probe verhältnismäßig hoch oder niedrig sein kann. Als Folge kann die von der Detektoreinrichtung empfangene Lichtintensität ebenfalls sehr niedrige oder hohe Werte haben. Deshalb ist ein höherer Dynamikbereich für die Detektoreinrichtung, die für das Autofokusverfahren verwendet wird, vorteilhaft. A dynamic range of the detector device is preferably larger than a dynamic range of the main camera. The dynamic range indicates the respective range of measurable light intensities without saturation occurring. A particularly large dynamic range is especially important for the autofocus method. This is done before the actual sample measurement with the main camera, so that sample properties are still largely unknown. Therefore, a predetermined light intensity of the light source device is used, which may be relatively high or low for the still unknown sample. As a result, the light intensity received by the detector means may also have very low or high values. Therefore, a higher dynamic range is advantageous for the detector device used for the autofocus method.
Für einen hohen Dynamikbereich weist die Detektoreinrichtung bevorzugt mindestens eine HDR-Kamera auf (HDR: High Dynamic Range). Diese kann beispielsweise mehrere Rohbilder mit unterschiedlich langen Belichtungszeiten nacheinander auf- nehmen und zu einem Probenbild verrechnen. Die HDR-Kamera kann auch dazu gestaltet sein, mit verschiedenen Kamerasensoren oder verschiedenen Kamerapixeln desselben Kamerasensors die Rohbilder gleichzeitig aufzunehmen. Dabei können für die Rohbilder die Belichtungszeiten wiederum verschieden sein. Alternativ können sich auch die Empfindlichkeiten der Kamerasensoren unterscheiden. Weiter- hin kann eine HDR-Kamera auch mit einem Kamerachip gebildet sein, dessen Lichtempfindlichkeit nicht linear ist, sondern beispielsweise logarithmisch. For a high dynamic range, the detector device preferably has at least one HDR camera (HDR: High Dynamic Range). This can take, for example, several raw images with exposure times of different lengths in succession and charge them to a sample image. The HDR camera can also be designed to record the raw images simultaneously with different camera sensors or different camera pixels of the same camera sensor. In this case, the exposure times may in turn be different for the raw images. Alternatively, the sensitivities of the camera sensors may differ. Furthermore, an HDR camera can also be formed with a camera chip whose photosensitivity is not linear but, for example, logarithmic.
Unter einem Lichtmikroskop kann auch jedes optisch arbeitende Topologie- Messgerät verstanden werden. Insofern genügt es, wenn Beobachtungsmittel, wie eine Kamera oder ein Okular, und optische Abbildungsmittel, wie ein Objektiv, vor- handen sind. Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden nachstehend mit Bezug auf die beigefügten schematischen Figuren beschrieben. A light microscope can also be understood as any optically operating topology measuring device. In this respect, it suffices if observation means, such as a camera or an eyepiece, and optical imaging means, such as a lens, are present. Further advantages and features of the invention will be described below with reference to the accompanying schematic figures.
Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Lichtmikroskops, bei dem zwei Lichtquelleneinheiten in verschiedenen Ebenen angeordnet sind. Fig. 1 shows a first embodiment of a light microscope according to the invention, in which two light source units are arranged in different planes.
Fig. 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Lichtmikroskops, bei dem zwei verschiedene Höhenebenen nebeneinander auf eine Detektoreinrichtung abgebildet werden. Fig. 3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Lichtmikroskops, bei dem zwei verschiedene Höhenebenen auf zwei Detektoreinheiten abgebildet werden. FIG. 2 shows a second exemplary embodiment of a light microscope according to the invention, in which two different height levels are imaged side by side on a detector device. 3 shows a third exemplary embodiment of a light microscope according to the invention, in which two different height levels are imaged onto two detector units.
Fig. 4 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Lichtmikroskops, bei dem zwei Lichtquelleneinheiten un- terschiedlicher Wellenlängen in verschiedenen Ebenen angeordnet sind. 4 shows a fourth exemplary embodiment of a light microscope according to the invention, in which two light source units of different wavelengths are arranged in different planes.
Fig. 5 zeigt ein fünftes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Lichtmikroskops, bei dem zwei Lichtquelleneinheiten unterschiedlicher Wellenlängen in verschiedenen Ebenen an- geordnet sind und bei dem zwei verschiedene Höhenebenen nebeneinander auf eine Detektoreinrichtung abgebildet werden. 5 shows a fifth exemplary embodiment of a light microscope according to the invention, in which two light source units of different wavelengths are arranged in different planes and in which two different height planes are imaged side by side on a detector device.
Fig. 6 zeigt ein sechstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Lichtmikroskops, bei dem zwei Lichtquelleneinheiten in verschiedenen Ebenen angeordnet sind. 6 shows a sixth exemplary embodiment of a light microscope according to the invention, in which two light source units are arranged in different planes.
Fig. 7 zeigt ein siebtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Lichtmikroskops, bei dem zwei Lichtquelleneinheiten unterschiedlicher Wellenlängen in verschiedenen Ebenen angeordnet sind und bei dem zwei verschiedene Höhenebenen nebeneinander auf eine Detektoreinrichtung abgebildet werden. Fig. 7 shows a seventh embodiment of a light microscope according to the invention, in which two light source units of different wavelengths are arranged in different planes and in which two different height levels be imaged side by side on a detector device.
Fig. 8 zeigt ein achtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemä- ßen Lichtmikroskops, bei dem zwei Lichtquelleneinheiten Be- leuchtungslicht unterschiedlicher Wellenlängen auf verschiedene Höhenebenen fokussieren und bei dem zwei verschiedene Höhenebenen nebeneinander auf eine Detektoreinrichtung abgebildet werden. 8 shows an eighth exemplary embodiment of a light microscope according to the invention, in which two light source units focus illuminating light of different wavelengths on different height levels and in which two different height levels are imaged side by side on a detector device.
Fig. 9 zeigt ein neuntes Ausführungsbeispiel eines erfindungsge- mäßen Lichtmikroskops, bei dem ein Lichtfleckmuster durch einen scannenden Beleuchtungslichtstrahl erzeugt wird und bei dem zwei verschiedene Höhenebenen nebeneinander auf eine Detektoreinrichtung abgebildet werden. 9 shows a ninth exemplary embodiment of a light microscope according to the invention, in which a light spot pattern is generated by a scanning illumination light beam and in which two different height planes are imaged side by side on a detector device.
Fig. 10 zeigt ein zehntes Ausführungsbeispiel eines erfindungsge- mäßen Lichtmikroskops, bei dem ein Lichtfleckmuster durch einen scannenden Beleuchtungslichtstrahl erzeugt wird und bei dem zwei verschiedene Höhenebenen auf zwei Detektoreinheiten abgebildet werden. 10 shows a tenth exemplary embodiment of a light microscope according to the invention, in which a light spot pattern is generated by a scanning illumination light beam and in which two different height levels are imaged onto two detector units.
Gleiche und gleich wirkende Bestandteile sind in den Figuren in der Regel mit den- selben Bezugszeichen versehen. Identical and identically acting components are generally provided with the same reference numerals in the figures.
Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Lichtmikroskops 100. 1 shows a first exemplary embodiment of a light microscope 100 according to the invention.
Dieses weist zunächst Beobachtungsmittel 28, welche ein Okular und/oder eine Hauptkamera umfassen können, ein Objektiv 22 und weitere Abbildungsmittel 27 auf. Mit diesen wird eine Fokusebene 24 auf die Beobachtungsmittel 28 abgebildet. ImThis first comprises observation means 28, which may comprise an eyepiece and / or a main camera, a lens 22 and further imaging means 27. With these, a focal plane 24 is imaged onto the observation means 28. in the
Bereich der Fokusebene 24 kann eine Probe 26 an beispielsweise einem Probentisch oder anderen Probenhaltemitteln angeordnet werden. In the area of the focal plane 24, a sample 26 can be arranged on, for example, a sample table or other sample holding means.
Ein grundlegendes Ziel der Erfindung ist es, Höheninformationen über die Probe 26 zu gewinnen. Im Gegensatz zu üblichen Messverfahren soll hierzu keine Abtastbe- wegung in Höhenrichtung erforderlich sein. Als Höhenrichtung kann die Richtung von der Probe 26 zum Objektiv 22 aufgefasst werden, das heißt die Richtung der optischen Achse. A basic object of the invention is to obtain height information about the sample 26. In contrast to conventional measuring methods, no scanning movement in the height direction is required for this purpose. As altitude direction, the direction of the sample 26 to the lens 22 are understood, that is, the direction of the optical axis.
Zum Aufnehmen von Höheninformationen werden eine Lichtquelleneinrichtung 10 und eine Detektoreinrichtung 30 genutzt. Die Lichtquelleneinrichtung 10 umfasst bei dieser Ausführungsform zwei Lichtquelleneinheiten 1 1 und 12. Jede von diesen sendet Beleuchtungslicht aus, welches als Lichtfleckmuster auf die Probe 26 geleitet wird. Die Lichtquelleneinheiten 1 1 und 12 sind in verschiedenen optischen Ebenen angeordnet, welche zueinander nicht optisch konjugiert sind. In Fig. 1 befindet sich die Lichtquelleneinheit 1 1 hinter einer Konfokalebene 14 und die Lichtquelleneinheit 12 vor der Konfokalebene 14, welche eine zu der Fokusebene 24 konjugierte Ebene ist. Dadurch werden die Lichtfleckmuster der beiden Lichtquelleneinheiten 1 1 und 12 auf unterschiedliche Ebenen an der Probe abgebildet oder fokussiert. Diese Ebenen sind zueinander in Höhenrichtung versetzt und werden daher als Höhenebenen bezeichnet. Das Beleuchtungslicht der Lichtquelleneinheiten 1 1 und 12 wird über Strahlvereinigungsmittel 15 auf einen gemeinsamen Strahlengang geführt. Hierzu kann beispielsweise ein teildurchlässiger Spiegel dienen. Das Beleuchtungslicht wird weiter zu einem Einkoppelelement 21 geführt, welches im Strahlengang von der Probe 26 zur Hauptkamera 28 angeordnet ist. Das Einkoppelelement 21 kann beispielsweise ein Spiegel sein, der entweder teildurchlässig ist oder nur einen Anteil eines Beleuchtungslichtquerschnitts abdeckt. For recording altitude information, a light source device 10 and a detector device 30 are used. The light source device 10 in this embodiment includes two light source units 1 1 and 12. Each of them emits illuminating light, which is passed to the sample 26 as a light spot pattern. The light source units 1 1 and 12 are arranged in different optical planes, which are not optically conjugate to each other. In FIG. 1, the light source unit 1 1 is located behind a confocal plane 14 and the light source unit 12 in front of the confocal plane 14, which is a plane conjugate to the focal plane 24. As a result, the light spot patterns of the two light source units 1 1 and 12 are imaged or focused on different planes on the sample. These planes are offset from each other in the height direction and are therefore referred to as height levels. The illumination light of the light source units 1 1 and 12 is guided via beam combination means 15 onto a common beam path. For this purpose, for example, serve a partially transparent mirror. The illumination light is further guided to a coupling element 21, which is arranged in the beam path from the sample 26 to the main camera 28. The coupling element 21 may for example be a mirror, which is either partially transparent or covers only a portion of a lighting light cross section.
Wird Beleuchtungslicht mit den Lichtquelleneinheiten 1 1 und 12 auf die Probe 26 gestrahlt, so wird von der Probe kommendes Probenlicht ebenfalls mit dem Einkoppelelement 21 abgelenkt und weiter zur Detektoreinrichtung 30 geleitet. Das Einkop- pelelement 21 kann verstellbar sein, um Probenlicht entweder in Richtung derIf illumination light is radiated onto the sample 26 with the light source units 11 and 12, sample light coming from the sample is likewise deflected by the coupling-in element 21 and passed on to the detector device 30. The Einkop- ele- element 21 may be adjustable to sample light either in the direction of
Hauptkamera 28 oder in Richtung der Detektoreinrichtung 30 zu leiten. Main camera 28 or in the direction of the detector device 30 to guide.
Mit einem Strahlteiler 20 wird auftreffendes Beleuchtungslicht, das von den Lichtquelleneinheiten 1 1 und 12 kommt, zum Einkoppelelement 21 geleitet, während vom Einkoppelelement 21 kommendes Probenlicht zur Detektoreinrichtung 30 geleitet wird. Der Strahlteiler 20 kann beispielsweise ein teildurchlässiger Spiegel sein. In der Ausführung von Fig. 1 umfasst die Detektoreinrichtung 30 eine einzige Kamera 31 , auf weiche mit Abbildungsmitteln 36 eine Abbildung einer Probenebene erzeugt wird. Diese Probenebene kann die Fokusebene 24 sein, womit die abgebildete Probenebene sich von den beiden Höhenebenen unterscheidet, welche von den Licht- quelleneinheiten 1 1 und 12 fokussiert beleuchtet werden. With a beam splitter 20 incident illumination light coming from the light source units 1 1 and 12, led to the coupling element 21, while coming from the coupling element 21 sample light is passed to the detector device 30. The beam splitter 20 may be, for example, a partially transparent mirror. In the embodiment of FIG. 1, the detector device 30 comprises a single camera 31 on which an image of a sample plane is generated by imaging means 36. This sample plane can be the focal plane 24, with which the imaged sample plane differs from the two altitude planes, which are illuminated in a focused manner by the light source units 11 and 12.
Die zwei Lichtquelleneinheiten 1 1 und 12 können beispielsweise nacheinander jeweils ein Lichtfleckmuster auf der Probe 26 erzeugen. Dadurch kann die Kamera 31 nacheinander zwei Probenbilder aufnehmen, wobei keine mechanischen Bewegungen erforderlich sind. Insbesondere erfolgt zur Aufnahme dieser beiden Probenbilder kein Höhenscan durch Verstellen der Lichtquelleneinrichtung 10, der Detektoreinrichtung 30 oder von optischen Abbildungsmitteln 22, 36 zwischen diesen und der Probe 26. For example, the two light source units 1 1 and 12 may each successively generate a light spot pattern on the sample 26. This allows the camera 31 to successively record two sample images, with no mechanical movements required. In particular, no height scan is carried out by adjusting the light source device 10, the detector device 30 or optical imaging means 22, 36 between them and the sample 26 for receiving these two sample images.
Allgemeiner ausgedrückt sind die Lichtquelleneinrichtung 10, die optischen Abbildungsmittel 22, 36 und die Detektoreinrichtung 30 für jede der Aufnahmen der ver- schiedenen Probenbilder räumlich gleich angeordnet. More generally, the light source device 10, the optical imaging means 22, 36 and the detector device 30 are arranged spatially the same for each of the images of the different sample images.
Im Folgenden wird erläutert, wie mit diesem Aufbau Höheninformationen gewonnen werden. The following section explains how to obtain altitude information using this setup.
Die Probe 26 kann ein unbekanntes Höhenprofil aufweisen. Dieses kann entweder die Oberfläche der Probe 26, die Oberfläche von Probenteilen oder die Anordnung von bestimmten Probenteilen sein. Durch auftreffendes Beleuchtungslicht wird Probenlicht ausgesendet. Das Probenlicht kann an der Oberfläche reflektiertes, gestreutes oder gebeugtes Beleuchtungslicht sein. Alternativ kann das Probenlicht auch Lumineszenzlicht sein, das von beleuchteten Probenteilen emittiert wird. The sample 26 may have an unknown height profile. This may be either the surface of the sample 26, the surface of sample parts or the arrangement of certain sample parts. By incident illumination light sample light is emitted. The sample light may be surface reflected, scattered or diffracted illumination light. Alternatively, the sample light may also be luminescent light emitted from illuminated sample parts.
Durch die Lichtquelleneinheiten 1 1 , 12 wird in verschiedenen Höhenebenen eine scharfe Abbildung eines Lichtfleckmusters erzeugt. In der jeweiligen Höhenebene haben demnach Lichtflecken des Lichtfleckmusters minimale Querschnittsabmessungen, während mit zunehmendem Abstand von der jeweiligen Höhenebene die Querschnittsabmessungen größer werden. By the light source units 1 1, 12 a sharp image of a light spot pattern is generated in different height levels. Accordingly, in the respective height plane, light spots of the light spot pattern have minimum cross-sectional dimensions, while as the distance from the respective height plane increases, the cross-sectional dimensions become larger.
Die Querschnittsabmessungen der Lichtflecken, die auf dem Probenprofil erzeugt werden, hängen daher davon ab, wie das Probenprofil zu einer Höhenebene verläuft. Indem Lichtfleckmuster in zwei verschiedene Höhenebenen abgebildet werden, werden am Probenprofil zwei Lichtfleckmuster erzeugt, die sich in den Querschnittsabmessungen ihrer Lichtflecken unterscheiden. The cross-sectional dimensions of the light spots generated on the sample profile therefore depend on how the sample profile extends to a height plane. By imaging light spot patterns in two different height planes, two light spot patterns are generated on the sample profile that differ in the cross-sectional dimensions of their light spots.
In den beiden aufgenommenen Probenbildern können beispielsweise die unter- schiedlichen Querschnittsabmessungen der Lichtflecken erfasst werden. In the two recorded sample images, for example, the different cross-sectional dimensions of the light spots can be detected.
Alternativ oder zusätzlich kann in den beiden aufgenommenen Probenbildern die von einem Probenpunkt ausgehende Probenlichtintensität bestimmt werden. Je größer die Querschnittsabmessungen eines Lichtflecks sind, desto geringer ist die von einem Probenpunkt innerhalb dieses beleuchteten Bereichs zurückgestrahlte Proben- lichtintensität. Alternatively or additionally, the sample light intensity emanating from a sample point can be determined in the two recorded sample images. The larger the cross-sectional dimensions of a light spot, the lower the sample light intensity reflected back from a sample point within this illuminated area.
Um aus einer Verrechnung der beiden Probenbilder quantitative Aussagen treffen zu können, ist es entscheidend, dass die Lichtflecken von unterschiedlichen Lichtfleckmustern gleiche Probenbereiche beleuchten. Verschiedene Lichtfleckmuster sind also nicht lateral zueinander versetzt. Vielmehr werden gleiche Lateralbereiche der Probe mit beiden Lichtfleckmustern beleuchtet. Das heißt, der Lateralbereich der Probe, der von einem beliebigen Lichtfleck eines Lichtfleckmusters beleuchtet wird, ist zumindest überlappend mit dem Lateralbereich, der von einem Lichtfleck des anderen Lichtfleckmusters beleuchtet wird. Bevorzugt sind diese Lateralbereiche konzentrisch. Durch einen Vergleich der Messsignale in den beiden Probenbildern, welche durch denselben Lateralbereich bedingt sind, kann bestimmt werden, wie die Höhe dieses Lateralbereichs relativ zu den beiden Höhenebenen und damit relativ zur Fokusebene 24 liegt. Insbesondere kann ermittelt werden, ob die Höhe des Lateralbereichs unterhalb oder oberhalb der Fokusebene 24 liegt. Dieses Höhenverhältnis kann nicht nur qualitativ, sondern auch quantitativ bestimmt werden. In order to be able to make quantitative statements from a calculation of the two sample images, it is crucial that the light spots of different light spot patterns illuminate the same sample areas. Different light spot patterns are thus not laterally offset from one another. Rather, equal lateral areas of the sample are illuminated with both light spot patterns. That is, the lateral area of the sample illuminated by any light spot of a light spot pattern is at least overlapping with the lateral area illuminated by a light spot of the other light spot pattern. Preferably, these lateral areas are concentric. By comparing the measurement signals in the two sample images, which are caused by the same lateral region, it can be determined how the height of this lateral region lies relative to the two height planes and thus relative to the focal plane 24. In particular, it can be determined whether the height of the lateral region lies below or above the focal plane 24. This height ratio can be determined not only qualitatively but also quantitatively.
Als wesentliche Eigenschaft dieser Ausführungsform werden Lichtfleckmuster in zwei Höhenebenen jeweils scharf abgebildet, wobei eine währenddessen räumlich unveränderte Anordnung verwendet wird. Dadurch kann ein Geschwindigkeitsgewinn erreicht werden und mögliche Fehler durch Bewegungsungenauigkeiten werden ver- mieden. Eine weitere Ausführung der Erfindung ist in Fig. 2 dargestellt. Diese entspricht weitgehend der vorherigen Ausführung. Die Lichtquelleneinrichtung 10 umfasst hier jedoch nur eine Lichtquelleneinheit 1 1 . Für die Erzeugung der beiden Probenbilder wird dasselbe Lichtfleckmuster der Lichtquelleneinheit 1 1 in dieselben Höhenebene an der Probe abgebildet. Die Beleuchtung ist also für beide Probenbilder identisch. Im dargestellten Beispiel befindet sich die Lichtquelleneinheit in der Konfokalebene 14, womit das Lichtfleckmuster scharf in die Fokusebene 14 abgebildet wird. As an essential feature of this embodiment, light spot patterns are sharply imaged in two height planes, with a spatially unchanged arrangement being used in the meantime. As a result, a speed gain can be achieved and possible errors due to movement inaccuracies are avoided. Another embodiment of the invention is shown in FIG. This corresponds largely to the previous version. However, the light source device 10 here comprises only one light source unit 11. For the generation of the two sample images, the same light spot pattern of the light source unit 11 is imaged in the same height level on the sample. The lighting is therefore identical for both sample images. In the example shown, the light source unit is located in the confocal plane 14, with which the light spot pattern is sharply imaged in the focal plane 14.
Um gleichwohl zwei verschiedene Probenbilder aufzunehmen, unterscheidet sich diese Ausführung von der vorhergehenden zusätzlich im Detektionsstrahlengang. Nachdem Probenlicht den Strahlteiler 20 passiert hat, trifft es auf Strahlteilungsmittel 33. Diese können ein teildurchlässiger Spiegel sein, welcher bevorzugt Probenlicht zu gleichen Anteilen reflektiert und transmittiert. Dadurch wird Probenlicht auf zwei verschiedenen Strahlengängen zur Detektoreinrichtung 30 weitergeleitet. Im dargestellten Fall umfasst die Detektoreinrichtung 30 genau eine Kamera 31 . Die beiden Strahlengänge führen Probenlicht zu verschiedenen Detektorbereichen 41 , 42 dieser Kamera 31 , das heißt zu verschiedenen Kameraelementen derselben Kamera 31 . Über die beiden Strahlengänge wird die Fokusebene 24 in zwei verschiedene Bildebenen 34, 35 abgebildet, welche zueinander in Ausbreitungsrichtung des Probenlichts versetzt sind. Diese beiden Bildebenen 34, 35 stehen also in Ausbreitungsrich- tung des Probenlichts unterschiedlich bezüglich einer Detektionsebene, in welcher die Kamera 31 mit ihren zwei Detektorbereichen 41 , 42 angeordnet ist. Hierzu können in den beiden Strahlengängen verschiedene Abbildungsmittel 36, 37 oder gleiche Abbildungsmittel an verschiedenen Orten angeordnet sein. Zur Reduzierung der Komponentenzahl können auch unterschiedlich lange optische Wegstrecken von den Strahlteilungsmitteln 33 zu den Detektorbereichen 41 , 42 genutzt werden. However, to accommodate two different sample images, this embodiment differs from the previous one additionally in the detection beam path. After sample light has passed the beam splitter 20, it encounters beam splitting means 33. These may be a partially transmissive mirror, which preferably reflects and transmits sample light in equal proportions. As a result, sample light is forwarded to the detector device 30 on two different beam paths. In the illustrated case, the detector device 30 comprises exactly one camera 31. The two beam paths lead sample light to different detector areas 41, 42 of this camera 31, that is, to different camera elements of the same camera 31. The focal plane 24 is imaged via the two beam paths into two different image planes 34, 35 which are offset relative to each other in the propagation direction of the sample light. Thus, these two image planes 34, 35 are different in the propagation direction of the sample light with respect to a detection plane in which the camera 31 with its two detector regions 41, 42 is arranged. For this purpose, different imaging means 36, 37 or the same imaging means can be arranged at different locations in the two beam paths. To reduce the number of components, optical paths of different lengths can also be used by the beam-splitting means 33 to the detector regions 41, 42.
Im dargestellten Beispiel stimmt die Detektionsebene des Detektorbereichs 41 mit der Bildebene 34 überein. Mit diesem Detektorbereich 41 wird also ein Probenbild aufgezeichnet, das eine scharfe Abbildung der Fokusebene 14 ist. Weil aber die Bildebene 35 von der Detektionsebene des Detektorbereichs 42 verschieden ist, ist das mit dem Detektorbereich 42 aufgezeichnete Probenbild eine unscharfe Abbildung der Fokusebene. Anders ausgedrückt ist die Detektionsebene des Detektorbereichs 41 optisch konjugiert zur Fokusebene 14, während die Detektionsebene des Detektorbereichs 42 optisch konjugiert zu einer anderen Höhenebene ist. Somit werden in den beiden Probenbildern unterschiedliche Höhenebenen auf die Detektoreinrichtung 30 abgebildet. In den beiden Probenbildern unterscheidet sich die Abbildung eines durch einen Lichtfleck beleuchteten Lateralbereichs abhängig von der Höhe dieses Lateralbereichs relativ zur Fokusebene 14. Wie zu Fig. 1 beschrieben, kann daher durch einen Vergleich der Schärfe oder Lichtintensität in den beiden Probenbildern eine Aussage gemacht werden, ob und wie weit die beleuchteten Lateralbereiche jeweils über oder unter der Fokusebene 14 liegen. In the illustrated example, the detection plane of the detector area 41 coincides with the image plane 34. With this detector region 41, therefore, a sample image is recorded which is a sharp image of the focal plane 14. However, because the image plane 35 is different from the detection plane of the detector region 42, the sample image recorded with the detector region 42 is a blurred image of the focal plane. In other words, the detection plane of the detector area 41 is optically conjugate to the focal plane 14, while the detection plane of the detector area 42 is optically conjugate to another altitude plane. Thus, different height levels are imaged onto the detector device 30 in the two sample images. In the two sample images, the image of a lateral area illuminated by a light spot differs depending on the height of this lateral area relative to the focal plane 14. Thus, as described with reference to FIG. 1, a comparison can be made by comparing the sharpness or light intensity in the two sample images. whether and how far the illuminated lateral areas each lie above or below the focal plane 14.
Als wichtiges Merkmal ist wiederum zur Aufnahme der beiden Probenbilder keine Verschiebung oder Höhenänderung der verwendeten Komponenten erforderlich. Zudem können die beiden Probenbilder gleichzeitig aufgenommen werden. Durch den reduzierten Zeitbedarf können insbesondere Ungenauigkeiten durch Änderungen der Probe vermieden werden. As an important feature, in turn, no shift or change in height of the components used is required to accommodate the two sample images. In addition, the two sample images can be recorded simultaneously. Due to the reduced time required in particular inaccuracies can be avoided by changing the sample.
Im dargestellten Beispiel erzeugt die Lichtquelleneinrichtung 30 ein Lichtfleckmuster scharf in der Fokusebene 14. Allgemein kann das Lichtfleckmuster aber auch in einer beliebigen, von der Fokusebene 14 verschiedenen Höhenebene scharf erzeugt werden. Ebenso muss die Detektionsebene des Detektorbereichs 41 nicht optisch kon- jugiert zur Fokusebene 14 sein. Vielmehr genügt es, dass die beiden Detektionsebe- nen der zwei Detektorbereiche 41 und 42 zu zwei verschiedenen Höhenebenen konjugiert sind. In eine dieser Höhenebenen wird vorzugsweise das Lichtfleckmuster scharf abgebildet, wobei das Lichtfleckmuster grundsätzlich aber auch in eine andere Höhenebene scharf abgebildet werden kann. Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 3 gezeigt. Dieses entspricht Großteils der Ausführung von Fig. 2. Probenlicht wieder ebenfalls mit Strahlteilungsmitteln 33 auf zwei verschiedene Strahlengänge geteilt, welche zu zwei Detektorbereichen 41 und 42 führen. Dabei sind ebenfalls die beiden Detektorbereiche 41 und 42 unterschiedlich in Bezug auf eine Bildebene 34 angeordnet. Im Unter- schied zu Fig. 2 werden hier die beiden Detektorbereiche 41 und 42 aber nicht durch dieselbe Kamera, sondern durch zwei verschiedene Kameras 31 und 32 gebildet. Die Ausführung von Fig. 2 bietet den Vorteil, dass bloß eine einzige Kamera erforderlich ist, womit niedrigere Kosten und ein geringerer Raumbedarf möglich sind. Hingegen bietet die Ausführung von Fig. 3 den Vorteil, dass zwei kleinere Kamerachips anstelle eines großen Kamerachips genügen. Zudem stehen die optischen Achsen des Beleuchtungslichts senkrecht auf die jeweilige Kamerafläche, womit nicht verzerrte Abbildungen auf den Kameraflächen erzeugt werden. In the illustrated example, the light source device 30 generates a light spot pattern sharply in the focal plane 14. In general, however, the light spot pattern can also be generated sharply in any height level different from the focal plane 14. Likewise, the detection plane of the detector region 41 does not have to be optically conjugate to the focal plane 14. Rather, it is sufficient that the two detection levels of the two detector areas 41 and 42 are conjugate to two different height levels. In one of these elevation levels, the light spot pattern is preferably sharply imaged, wherein the light spot pattern can, however, in principle also be sharply imaged into another elevation plane. Another embodiment of the invention is shown in FIG. This corresponds to the majority of the embodiment of FIG. 2. Sample light is again divided by beam splitting means 33 into two different beam paths, which lead to two detector areas 41 and 42. In this case, the two detector regions 41 and 42 are also arranged differently with respect to an image plane 34. In contrast to FIG. 2, however, the two detector regions 41 and 42 are not formed by the same camera but by two different cameras 31 and 32. The embodiment of Fig. 2 offers the advantage that only a single camera is required, whereby lower costs and a smaller space requirement are possible. By contrast, the embodiment of FIG. 3 offers the advantage that two smaller camera chips suffice instead of one large camera chip. In addition, the optical axes of the illumination light are perpendicular to the respective camera surface, whereby not distorted images are generated on the camera surfaces.
Die Ausführungsform der Erfindung, die in Fig. 4 gezeigt ist, entspricht wiederum weitgehend der Ausführung von Fig. 1 . Zwei Lichtquelleneinheiten 1 1 und 12 sind in unterschiedlichen Ebenen angeordnet, von denen sich eine vor und eine hinter einer Konfokalebene 14 befindet. Während bei der Ausführung von Fig. 1 die Lichtquelleneinheiten 1 1 und 12 Beleuchtungslicht des gleichen Spektralbereichs aussenden, senden bei der Ausführung von Fig. 4 die beiden Lichtquelleneinheiten 1 1 und 12 Beleuchtungslicht unterschiedlicher Spektralbereiche aus. Beispielsweise kann die Lichtquelleneinheit 1 1 eine Anordnung von LEDs oder Lasern umfassen, welche Licht mit 800nm aussendet, während die Lichtquelleneinheit 12 eine Anordnung von LEDs oder Lasern umfassen, welche Licht mit 850nm aussendet. Die Anordnungen der LEDs oder Laser ist bei beiden Lichtquelleneinheiten 1 1 und 12 gleich und entspricht dem zu erzeugenden Lichtfleckmuster. The embodiment of the invention shown in FIG. 4, in turn, corresponds largely to the embodiment of FIG. 1. Two light source units 1 1 and 12 are arranged in different planes, one of which is located in front of and behind a confocal plane 14. While in the embodiment of FIG. 1 the light source units 1 1 and 12 emit illumination light of the same spectral range, in the embodiment of FIG. 4 the two light source units 1 1 and 12 emit illumination light of different spectral ranges. For example, the light source unit 11 may comprise an array of LEDs or lasers emitting 800nm light while the light source unit 12 comprises an array of LEDs or lasers emitting 850nm light. The arrangements of the LEDs or lasers is the same for both light source units 1 1 and 12 and corresponds to the light spot pattern to be generated.
Bei Fig. 4 wird als Strahlvereinigungsmittel 15 ein dichroitisches optisches Element verwendet. Dieses hat eine Grenzwellenlänge zwischen Transmission und Reflexion, welche zwischen den beiden Spektralbereichen des von den Lichtquelleneinheiten 1 1 und 12 ausgesandten Beleuchtungslichts liegt. Dadurch sind Lichtverluste geringer als bei zum Beispiel einem halbdurchlässigen Spiegel als Strahlvereinigungsmittel. Durch die unterschiedlichen Spektralbereiche des Beleuchtungslichts der beiden Lichtquelleneinheiten 1 1 und 12 wird auch Probenlicht mit zwei verschiedenen Spektralbereichen ausgesendet. Während bei Fig. 4 der Detektionsstrahlengang dem von Fig. 1 gleicht, werden bei der Ausführung von Fig. 5 die verschiedenen Spektralbereiche des Probenlichts genutzt. So gleicht der Beleuchtungsstrahlengang der Ausführung von Fig. 5 mit den Lichtquelleneinheiten 1 1 , 12 dem Aufbau von Fig. 4. Im Detektionsstrahlengang wird das Probenlicht hingegen mit Strahlteilungsmitteln 33, welche ein dichroitisches Element umfassen, auf zwei Strahlengänge aufgeteilt und zu unterschiedlichen Detektorbereichen geführt. Die Detektorbereiche können verschiedene Bereiche derselben Kamera 31 sein (wie dargestellt), oder durch verschiedene Kameras gebildet sein (nicht dargestellt). Durch diese Ausführungen kann mit hoher Lichtintensität und geringen Lichtverlusten gemessen werden, womit die Messgenauigkeit steigt. Zudem können die beiden Probenbilder gleichzeitig aufgenommen werden. In Fig. 4, a dichroic optical element is used as the beam combining means 15. This has a cut-off wavelength between transmission and reflection, which lies between the two spectral ranges of the light emitted by the light source units 1 1 and 12 illumination light. As a result, light losses are less than, for example, a semipermeable mirror as beam combining means. Due to the different spectral ranges of the illumination light of the two light source units 11 and 12, sample light with two different spectral ranges is also emitted. While in FIG. 4 the detection beam path is similar to that of FIG. 1, in the embodiment of FIG. 5 the different spectral ranges of the sample light are used. Thus, the illumination beam path of the embodiment of Fig. 5 with the light source units 1 1, 12 is similar to the structure of Fig. 4. In the detection beam path, the sample light, however, with beam splitting means 33 which comprise a dichroic element, divided into two beam paths and guided to different detector areas. The detector areas may be different areas of the same camera 31 (as shown), or may be formed by different cameras (not shown). These designs allow measurements to be made with high light intensity and low light losses, increasing measurement accuracy. In addition, the two sample images can be recorded simultaneously.
Eine weitere Ausführung wird nachstehend mit Bezug auf Fig. 6 beschrieben. Wie bei Fig. 1 sind hier zwei Lichtquelleneinheiten 1 1 und 12 in verschiedenen Ebenen angeordnet. Als Strahlvereinigungsmittel 15 wird hier ein Polarisationsstrahlteiler 15 eingesetzt. Dieser reflektiert oder transmittiert auftreffendes Licht abhängig von dessen Polarisierung. Zwischen dem Polarisationsstrahlteiler 15 und den beiden Lichtquelleneinheiten 1 1 und 12 befindet sich jeweils ein Polarisator 16, 17. Durch die Polarisatoren 16, 17 wird das Beleuchtungslicht der beiden Lichtquelleneinheiten 1 1 und 12 unterschiedlich polarisiert, so dass am Polarisationsstrahlteiler das Licht von einer der Lichtquelleneinheiten 1 1 und 12 weitgehend vollständig transmittiert und das Licht von der anderen der beiden Lichtquelleneinheiten 1 1 und 12 weitgehend vollständig reflektiert wird. Somit wird eine Zusammenführung beider Strahlengänge mit geringen Lichtverlusten erreicht. Another embodiment will be described below with reference to FIG. As in Fig. 1, two light source units 1 1 and 12 are arranged in different planes here. As beam combining means 15, a polarization beam splitter 15 is used here. This reflects or transmits incident light depending on its polarization. A polarizer 16, 17 is located between the polarization beam splitter 15 and the two light source units 1 1 and 12. The illumination light of the two light source units 1 1 and 12 is polarized differently by the polarizers 16, 17, so that the light from one of the light source units at the polarization beam splitter 1 1 and 12 largely completely transmitted and the light from the other of the two light source units 1 1 and 12 is largely completely reflected. Thus, a combination of the two beam paths is achieved with low light losses.
Bei der Ausführung von Fig. 7 wird die zu Fig. 6 beschriebene polarisierte Beleuch- tung verwendet. Zusätzlich wird im Detektionsstrahlengang als Strahlteilungsmittel 33 ein Polarisationsstrahlteiler verwendet. Dieser transmittiert oder reflektiert auftreffendes Probenlicht abhängig von dessen Polarisierung. Dieser Aufbau ist geeignet, wenn durch eine Polarisation von Beleuchtungslicht das darauf ausgesendete Probenlicht ebenfalls polarisiert ist. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn Beleuchtungs- licht an der Probenoberfläche als Probenlicht reflektiert wird. Durch den Polarisationsstrahlteiler 33 wird das Probenlicht abhängig von seiner Polarisierung auf zwei verschiedene Strahlengänge geleitet und auf verschiedene Detektorbereiche der Detektoreinrichtung 30 geführt. Bei dieser Ausführung können beide Probenbilder mit nur geringen Lichtverlusten gleichzeitig aufgenommen werden. Fig. 8 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei welcher zwei Lichtquelleneinheiten 1 1 und 12 verwendet werden, die in geometrisch gleichen Ebenen 14 angeordnet sind. Das von den beiden Lichtquellen 1 1 und 12 ausgesendete Beleuchtungslicht unter- scheidet sich in der Wellenlänge und wird über dichroitische Strahlvereinigungsmittel auf einen gemeinsamen Strahlengang zur Probe 26 gebracht. In the embodiment of FIG. 7, the polarized illumination described with reference to FIG. 6 is used. In addition, a polarization beam splitter is used in the detection beam path as beam splitting means 33. This transmits or reflects incident sample light depending on its polarization. This structure is suitable if the sample light emitted thereon is also polarized by a polarization of illumination light. This is the case, for example, when illumination light is reflected on the sample surface as sample light. Depending on its polarization, the sample light is passed through the polarization beam splitter 33 onto two different beam paths and guided to different detector areas of the detector device 30. In this embodiment, both sample images can be recorded simultaneously with only slight light losses. 8 shows a further embodiment in which two light source units 1 1 and 12 are used, which are arranged in geometrically identical planes 14. The illumination light emitted by the two light sources 1 1 and 12 separates in wavelength and is brought via dichroic beam combination means to a common beam path to the sample 26.
Bei den vorhergehenden Ausführungen sind die optischen Abbildungsmittel 22, 40 vorzugsweise achromatisch ausgeführt. Das heißt, die Brechkraft und somit Abbil- düngen sind für mindestens zwei Wellenlängen identisch. Für andere Wellenlängen sind Unterschiede in der Brechkraft der optischen Abbildungsmittel 22, 40 nur gering. In the foregoing embodiments, the optical imaging means 22, 40 are preferably achromatic. That is, the refractive power and thus imaging are identical for at least two wavelengths. For other wavelengths, differences in the refractive power of the optical imaging means 22, 40 are only small.
Hingegen werden bei der Ausführung von Fig. 8 chromatische optische Abbildungsmittel 22, 40 verwendet, vorzugsweise ein chromatisches Objektiv 22. Dieses weist einen Farblängsfehler auf, durch welchen Beleuchtungslicht wellenlängenabhängig auf verschiedene Höhenebene fokussiert wird. Dadurch werden die Lichtfleckmuster der beiden Lichtquelleneinheiten 1 1 und 12 auf verschiedene Höhenebenen 24 und 25 abgebildet, obwohl beide Lichtquelleneinheiten 1 1 und 12 in derselben Konfokalebene 14 angeordnet sind. On the other hand, in the embodiment of FIG. 8 chromatic optical imaging means 22, 40 are used, preferably a chromatic objective 22. This has a longitudinal chromatic aberration, by means of which illumination light is focused on different height levels as a function of wavelength. Thereby, the light spot patterns of the two light source units 1 1 and 12 are imaged on different height planes 24 and 25, although both light source units 1 1 and 12 are arranged in the same confocal plane 14.
Die Detektion des Probenlichts kann bei dieser Ausführung wie dargestellt und zu Fig. 1 oder zu Fig. 5 beschrieben erfolgen. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass mit Strahlteilungsmittels 33 das Probenlicht wellenlängenabhängig auf unterschiedliche Strahlengänge geleitet wird (nicht dargestellt). Somit kann Probenlicht, das auf das in die Höhenebene 24 abgebildete Lichtfleckmuster zurückgeht, unterschieden werden von dem Probenlicht, das auf das in die Höhenebene 25 abgebildete Licht- fleckmuster zurückgeht. Mit dem Probenlicht der beiden unterschiedlichen Strahlengänge wird in zwei Bildebenen 34 und 35 jeweils eine Abbildung erzeugt. Diese beiden Bildebenen 34 und 35 stehen unterschiedlich zu einer Detektionsebene, welche bei Fig. 8 durch eine einzige Kamera gebildet ist. Dadurch können verschiedene Höhenebenen untersucht werden, wie zu Fig. 2 beschrieben. Zwar werden bereits durch das chromatische Objektiv 22 Lichtfleckmuster in zwei verschiedenen Höhenebenen 24 und 25 erzeugt, so dass prinzipiell darauf verzichtet werden kann, dass verschiedene Höhenebenen auf die beiden Detektorbereiche abgebildet werden. Die beiden Höhenebenen 24 und 25 liegen aber in der Regel nah beieinander, da durch einen Farblängsfehler nur verhältnismäßig gering zueinander verschobene Fokus- ebenen erzeugt werden können. Daher ist es vorteilhaft, wenn durch die beiden Detektorbereiche zusätzlich verschiedene Höhenebenen scharf auf die Kamera 30 abgebildet werden. Die Unterschiede in den beiden Probenbildern, aus welchen eine Höheninformation abgeleitet wird, ist dadurch größer, so dass die Genauigkeit der Messung verbessert wird. In this embodiment, the detection of the sample light can take place as shown and with reference to FIG. 1 or to FIG. 5. However, it can also be provided that with the beam splitting means 33 the sample light is guided as a function of the wavelength to different beam paths (not shown). Thus, sample light due to the light spot pattern imaged in the elevation plane 24 may be distinguished from the sample light due to the spot pattern imaged in the elevation plane 25. With the sample light of the two different beam paths, an image is respectively generated in two image planes 34 and 35. These two image planes 34 and 35 are different from a detection plane, which is formed in Fig. 8 by a single camera. As a result, different height levels can be examined, as described for FIG. 2. Although 22 light spot pattern in two different height levels 24 and 25 are already generated by the chromatic lens, so that it can be dispensed in principle that different altitude levels are mapped to the two detector areas. However, the two height levels 24 and 25 are usually close to each other, since only a relatively small mutually shifted focal planes can be generated by a longitudinal chromatic aberration. Therefore, it is advantageous if, in addition, different height levels are imaged sharply on the camera 30 by the two detector areas. The differences in the two sample images, from which one Height information is derived, thereby larger, so that the accuracy of the measurement is improved.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 9 dargestellt. Die Detektion von Probenlicht erfolgt hierbei wie zu Fig. 2 beschrieben. Die Beleuchtung erfolgt hingegen mit einer Lichtquelleneinrichtung 10, welche ein Lichtfleckmuster mit Hilfe von Lateralscanmitteln 48, 49 erzeugt. Ein einzelner Beleuchtungslichtstrahl der Lichtquelleneinrichtung 10 erzeugt somit nacheinander die Lichtflecken eines Lichtfleckmusters. Mit den Lateralscanmitteln 48, 49 wird also ein Scan in lateraler Richtung, das heißt senkrecht zur Höhenrichtung, und nicht in Höhenrichtung durchge- führt. Der Scan erfolgt während der Aufnahme der Probenbilder, welche im dargestellten Beispiel gleichzeitig aufgenommen werden. Another embodiment of the invention is shown in FIG. The detection of sample light is carried out as described for Fig. 2. On the other hand, the illumination is effected with a light source device 10, which generates a light spot pattern with the aid of lateral scanning means 48, 49. A single illumination light beam of the light source device 10 thus successively generates the light spots of a light spot pattern. The lateral scanning means 48, 49 thus carry out a scan in the lateral direction, that is to say perpendicular to the height direction, and not in the vertical direction. The scan takes place during the recording of the sample images, which are recorded simultaneously in the example shown.
Bei dieser Ausführung sind die Abbildungsmittel 40 als verstellbare Fokussiermittel ausgeführt. Mit diesen kann verändert werden, auf welche Höhenebene ein Lichtfleckmuster fokussiert wird. Eine Verstellung der Fokussiermittel 40 wird vorgenom- men, nachdem zwei Probenbilder aufgenommen und ausgewertet worden sind. Die Richtung der Verstellung kann so gewählt werden, dass die Höhenebene, in welche ein Lichtfleckmuster fokussiert wird, näher an die Höhe eines oder mehrerer der Lateralbereiche der Probe gebracht wird. Die Gestaltung der Abbildungsmittel 40 als verstellbare Fokussiermittel kann bei jeder der übrigen Ausführungsformen ergänzt sein. In this embodiment, the imaging means 40 are designed as adjustable focusing means. These can be used to change to which height level a light spot pattern is focused. An adjustment of the focusing means 40 is performed after two sample images have been taken and evaluated. The direction of the adjustment may be selected so that the height level in which a light spot pattern is focused is brought closer to the height of one or more of the lateral areas of the sample. The design of the imaging means 40 as adjustable focusing means can be supplemented in each of the other embodiments.
Ein letztes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 10 abgebildet. Hierbei wird mit einem Beleuchtungslichtstrahl lateral gescannt, wie zu Fig. 9 beschrieben. Zudem wird Probenlicht auf zwei Strahlengänge aufgeteilt und zu verschiedenen Kameras 31 , 32 geführt, wie zu Fig. 3 beschrieben. Bei den vorstehenden Ausführungsformen werden zwei Probenbilder erzeugt und ausgewertet. Dies soll allgemein als mindestens zwei Probenbilder aufgefasst werden. Auch die beiden Lichtquelleneinheiten und die Aufteilung des Probenlichts auf zwei Strahlengänge zu zwei Detektorbereichen oder zwei Kameras sind jeweils als „mindestens zwei" zu verstehen. Somit werden durch die Erfindung zwei Probenbilder aufgenommen, in denen verschiedene Höheninformationen enthalten sind. Die Anordnung der Komponenten des erfindungsgemäßen Lichtmikroskops ist für die Aufnahme beider Probenbilder räumlich gleich. Vorteilhafterweise ist für die Aufnahme dieser Bilder somit kein Höhenscan erforderlich, womit ein Zeit- und ein Messgenauigkeitsvorteil einhergehen. A final embodiment of the invention is shown in FIG. This is scanned laterally with an illumination light beam, as described for Fig. 9. In addition, sample light is split into two beam paths and guided to different cameras 31, 32, as described for FIG. 3. In the above embodiments, two sample images are generated and evaluated. This should generally be understood as at least two sample images. The two light source units and the division of the sample light into two beam paths to two detector areas or two cameras are also to be understood as "at least two." Thus, the invention includes two sample images in which different altitude information is contained The light microscope according to the invention is spatially identical for the recording of both sample images. Advantageously, no height scan is required for the recording of these images, which is associated with a time and a measurement accuracy advantage.
Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
10 Lichtquelleneinrichtung  10 light source device
1 1 , 12 Lichtquelleneinheiten  1 1, 12 light source units
14 Konfokalebene  14 confocal plane
15 Strahlvereinigungsmittel für Beleuchtungslicht  15 beam combining means for illumination light
16, 17 Polarisatoren 16, 17 polarizers
20 Strahlteiler  20 beam splitters
21 Einkoppelelement  21 coupling element
22 optische Abbildungsmittel, Objektiv  22 optical imaging agents, lens
24 Fokusebene, Höhenebene 24 focus plane, elevation plane
25 Höhenebene 25 height level
26 Probe  26 sample
27 optische Abbildungsmittel  27 optical imaging means
28 Beobachtungsmittel, Okular, Hauptkamera  28 observation equipment, eyepiece, main camera
30 Detektoreinrichtung 30 detector device
31 , 32 Kamera 31, 32 camera
33 Strahlteilungsmittel für Probenlicht  33 beam splitting means for sample light
34, 35 Bildebene  34, 35 picture plane
36, 37 optische Abbildungsmittel  36, 37 optical imaging agents
40 optische Abbildungsmittel, verstellbare Fokussiermittel  40 optical imaging means, adjustable focusing means
48, 49 Lateralscanmittel 48, 49 Lateral Scanning Agent
41 , 42 Detektorbereiche  41, 42 detector areas
100 Lichtmikroskop  100 light microscope

Claims

PATENTANSPRÜCHE
Lichtmikroskop light microscope
mit einer Lichtquelleneinrichtung (10) zum Aussenden von Beleuchtungslicht in Richtung einer Probe (26),  with a light source device (10) for emitting illumination light in the direction of a sample (26),
mit einer Detektoreinrichtung (30) zum Aufzeichnen von Probenbildern der Probe (26),  with a detector device (30) for recording sample images of the sample (26),
mit optischen Abbildungsmitteln (40, 22, 36) zum Fokussieren von Beleuchtungslicht als Lichtfleckmuster auf eine Höhenebene (25) an der Probe (26) und zum Leiten von Probenlicht von der Probe (26) zur Detektoreinrichtung (30),  optical imaging means (40, 22, 36) for focusing illumination light as a spot pattern onto a height plane (25) on the sample (26) and for directing sample light from the sample (26) to the detector means (30),
wobei die Lichtquelleneinrichtung (10) und die optischen Abbildungsmittel (40, 22, 36) dazu gestaltet sind, während einer Kameraintegrationszeit der Detektoreinrichtung (30) mit dem Lichtfleckmuster mehrere voneinander beabstan- dete Lateralbereiche der Probe (26) zu beleuchten,  the light source device (10) and the optical imaging means (40, 22, 36) being designed to illuminate a plurality of spaced-apart lateral regions of the sample (26) during a camera integration time of the detector device (30) with the light spot pattern,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t ,  characterized ,
dass die Lichtquelleneinrichtung (10), die optischen Abbildungsmittel (40, 22, 36) und die Detektoreinrichtung (30) dazu gestaltet sind, Aufnahmen von mindestens zwei Probenbildern zu ermöglichen, bei denen die Lichtfleckmuster auf unterschiedliche Höhenebenen (25) fokussiert sind und/oder bei denen unterschiedliche Höhenebenen auf die Detektoreinrichtung (30) abgebildet sind, wobei die Lichtquelleneinrichtung (10), die optischen Abbildungsmittel (40, 22, 36) und die Detektoreinrichtung (30) für jede der Aufnahmen der verschiedenen Probenbilder räumlich gleich angeordnet sind,  in that the light source device (10), the optical imaging means (40, 22, 36) and the detector device (30) are designed to enable taking pictures of at least two sample images in which the light spot patterns are focused on different height planes (25) and / or in which different height levels are imaged on the detector device (30), wherein the light source device (10), the optical imaging means (40, 22, 36) and the detector device (30) are arranged spatially identical for each of the recordings of the different sample images,
wobei für die mindestens zwei Probenbilder jeweils gleiche Lateralbereiche der Probe (26) beleuchtet werden, und  wherein in each case the same lateral areas of the sample (26) are illuminated for the at least two sample images, and
dass elektronische Auswertemittel vorhanden und dazu gestaltet sind, mit Hilfe der mindestens zwei Probenbilder Höheninformationen der Probe (26) zu berechnen. Lichtmikroskop nach Anspruch 1 , in that electronic evaluation means are provided and designed to calculate height information of the sample (26) with the aid of the at least two sample images. Light microscope according to claim 1,
dadurch g e k e n n ze i c h n e t , dass die elektronischen Auswertemittel zum Durchführen eines Autofokusverfahrens gestaltet sind, characterized in that the electronic evaluation means are designed to perform an autofocus method,
bei dem aus den mindestens zwei Probenbildern berechnet wird, ob die von den Lichtfleckmustern beleuchteten Lateralbereiche der Probe (26) oberhalb oder unterhalb einer Ebene liegen, welche scharf auf eine Hauptkamera (28) des Lichtmikroskops abgebildet wird, und hiermit eine Verstellrichtung bestimmt wird, in welche die Probe (26) relativ zu einem Abbildungsstrahlengang des Probenlichts zu bewegen ist, um eine scharfe Abbildung auf der Hauptkamera (28) zu erreichen. in which it is calculated from the at least two sample images whether the lateral areas of the sample (26) illuminated by the light spot patterns lie above or below a plane which is imaged sharply on a main camera (28) of the light microscope, and an adjustment direction is thereby determined which is to move the sample (26) relative to an imaging beam path of the sample light to achieve a sharp image on the main camera (28).
Lichtmikroskop nach Anspruch 2, Light microscope according to claim 2,
dadurch gekennzeich net, dass eine Scaneinrichtung (40) vorhanden ist zum Verschieben eines Fokus von Beleuchtungslicht in dessen Ausbreitungsrichtung oder zum Verschieben einer Abbildungsebene vom Probenlicht und characterized in that a scanning device (40) is provided for shifting a focus of illumination light in its propagation direction or for shifting an imaging plane from the sample light and
dass die elektronischen Auswertemittel dazu gestaltet sind, die Scaneinrichtung (40) im Autofokusverfahren so anzusteuern, dass das Verschieben gemäß der ermittelten Verstellrichtung zum Erreichen einer scharfen Abbildung erfolgt. in that the electronic evaluation means are designed to control the scanning device (40) in the autofocus method in such a way that the displacement takes place in accordance with the determined adjustment direction in order to achieve a sharp imaging.
Lichtmikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 3, Light microscope according to one of claims 1 to 3,
dadurch ge ken nzeich n et, dass zum Fokussieren der Lichtfleckmuster auf unterschiedliche Höhenebenen (25) die Lichtquelleneinrichtung (10) eine erste und eine zweite Lichtquelleneinheit (11, 12) umfasst, wobei die erste Lichtquelleneinheit (11) in einer Ebene angeordnet ist, die optisch konjugiert zu einer ersten Höhenebene an der Probe (26) ist, und wobei die zweite Lichtquelleneinheit (12) in einer Ebene angeordnet ist, die optisch konjugiert zu einer zweiten Höhenebene an der Probe (26) ist. Lichtmikroskop nach Anspruch 4, characterized in that for focusing the light spot patterns on different height planes (25), the light source means (10) comprises first and second light source units (11, 12), the first light source unit (11) being arranged in a plane which is optically conjugate to a first height level on the sample (26), and wherein the second light source unit (12) is disposed in a plane that is optically conjugate to a second height level on the sample (26). Light microscope according to claim 4,
dadurch g e ke n n ze i c h n et , dass sich das von den mindestens zwei Lichtquelleneinheiten (11, 12) ausgesendete Beleuchtungslicht in der Wellenlänge unterscheidet und characterized in that the illumination light emitted by the at least two light source units (11, 12) differs in wavelength and
dass zum Zusammenführen des Beleuchtungslichts der mindestens zwei Lichtquelleneinheiten (11, 12) auf einen gemeinsamen Beleuchtungsstrahlengang zur Probe (26) ein dichroitisches Element (15) vorhanden ist, welches wellenlängenabhängig Licht reflektiert oder transmittiert. in that for combining the illumination light of the at least two light source units (11, 12) onto a common illumination beam path to the sample (26) there is a dichroic element (15) which reflects or transmits light as a function of wavelength.
Lichtmikroskop nach Anspruch 4 oder 5, Light microscope according to claim 4 or 5,
dadurch ge ke n n ze i ch n et , dass Polarisationsmittel (16, 17) vorhanden sind, durch welche das von den mindestens zwei Lichtquelleneinheiten (11, 12) ausgesendete Beleuchtungslicht unterschiedlich polarisiert ist, und dass zum Zusammenführen des Beleuchtungslichts der mindestens zwei Lichtquelleneinheiten (11, 12) auf einen gemeinsamen Beleuchtungsstrahlengang zur Probe (26) ein Polarisationsstrahlteiler (15) vorhanden ist, welcher auftreffendes Beleuchtungslicht abhängig von dessen Polarisation reflektiert oder transmittiert. in that polarization means (16, 17) are present, by means of which the illumination light emitted by the at least two light source units (11, 12) is differently polarized, and in that for combining the illumination light of the at least two light source units ( 11, 12) to a common illumination beam path to the sample (26) a polarization beam splitter (15) is present, which reflects incident illumination light depending on its polarization or transmits.
Lichtmikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 6, Light microscope according to one of claims 1 to 6,
dadurch geken nzeichnet, dass die Lichtquelleneinrichtung (10) dazu eingerichtet ist, Beleuchtungslicht von mindestens zwei verschiedenen Spektralbereichen auszusenden, und characterized in that the light source device (10) is adapted to emit illumination light from at least two different spectral regions, and
dass die optischen Abbildungsmittel (22) eine chromatische Längsaberration aufweisen, durch welche Beleuchtungslicht wellenlängenabhängig auf verschiedene Höhenebenen (25) an der Probe (26) fokussiert wird. Lichtmikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 7, in that the optical imaging means (22) have a longitudinal chromatic aberration, by means of which illumination light is focused wavelength-dependently on different height planes (25) on the sample (26). Light microscope according to one of claims 1 to 7,
dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Probe (26) und der Detektoreinrichtung (30) Strahlteilungsmittel (33) vorhanden sind, mit denen Probenlicht auf mindestens zwei räumlich verschiedene Detektionsstrahlengange aufgeteilt wird,  characterized in that between the sample (26) and the detector device (30) beam splitting means (33) are provided, with which sample light is split into at least two spatially different detection beam path,
dass die Detektoreinrichtung (30) für jeden der verschiedenen Detektionsstrahlengange jeweils einen Detektorbereich (41, 42) umfasst,  in that the detector device (30) in each case comprises a detector region (41, 42) for each of the different detection beam paths,
dass auf die verschiedenen Detektorbereiche (41, 42) unterschiedliche Höhenebenen abgebildet werden.  in that different height levels are imaged onto the different detector areas (41, 42).
Lichtmikroskop nach Anspruch 8, Light microscope according to claim 8,
dadurch ge ken nzeich n et, dass die verschiedenen Detektorbereiche (41, 42) unterschiedliche Abschnitte einer gemeinsamen Kamera (31) der Detektoreinrichtung (30) sind.  Thereby ge ken nzeich n et that the various detector areas (41, 42) are different sections of a common camera (31) of the detector device (30).
0. Lichtmikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 9, 0. Light microscope according to one of claims 1 to 9,
dadurch ge ken nzeich n et, dass die Lichtquelleneinrichtung (10) mindestens zwei Lichtquelleneinheiten (11, 12) umfasst, deren Beleuchtungslicht sich in der Wellenlänge unterscheidet, und dass die Strahlteilungsmittel (33), mit denen Probenlicht auf mindestens zwei räumlich verschiedene Detektions- strahlengänge geleitet wird, ein dichroitisches Element (33) umfassen, welches wellenlängenabhängig Licht reflektiert oder transmittiert.  characterized in that the light source device (10) comprises at least two light source units (11, 12) whose illumination light differs in wavelength, and in that the beam splitting means (33), with which sample light on at least two spatially different detection beam paths is directed to comprise a dichroic element (33) which reflects or transmits light in a wavelength-dependent manner.
1. Lichtmikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 10, 1. Light microscope according to one of claims 1 to 10,
dadurch ge ken nze ich net, dass die Lichtquelleneinrichtung (10) mindestens zwei Lichtquelleneinheiten (11, 12) umfasst und Polarisationsmittel (16, 17) vorhanden sind, durch welche das von den mindestens zwei Lichtquelleneinheiten (11, 12) ausgesendete Beleuchtungslicht unterschiedlich polarisiert ist, und dass die Strahlteilungsmittel (33), mit denen Probenlicht auf mindestens zwei räumlich verschiedene Detektionsstrahlengänge geleitet wird, einen Polarisationsstrahlteiler (33) umfassen, welcher auftreffendes Probenlicht abhängig von dessen Polarisationsrichtung reflektiert oder transmittiert. Thereby I net net, that the light source device (10) comprises at least two light source units (11, 12) and polarizing means (16, 17) are provided, through which the illumination light emitted by the at least two light source units (11, 12) is differently polarized in that the beam splitting means (33), with which sample light is conducted onto at least two spatially different detection beam paths, comprise a polarization beam splitter (33) which reflects or transmits incident sample light in dependence on its polarization direction.
12. Verfahren zum Untersuchen einer Probe (26) mit einem Lichtmikroskop, bei dem mit einer Lichtquelleneinrichtung (10) Beleuchtungslicht in Richtung einer Probe (26) ausgesendet wird, 12. A method for examining a sample (26) with a light microscope in which illumination light is emitted in the direction of a sample (26) with a light source device (10),
bei dem mit einer Detektoreinrichtung (30) Probenbilder der Probe (26) aufgezeichnet werden,  in which sample images of the sample (26) are recorded with a detector device (30),
bei dem mit optischen Abbildungsmitteln (40, 22, 36) Beleuchtungslicht als Lichtfleckmuster auf eine Höhenebene (25) an der Probe (26) fokussiert wird und Probenlicht von der Probe (26) zur Detektoreinrichtung (30) geleitet wird, wobei die Lichtquelleneinrichtung (10) und die optischen Abbildungsmittel (40, 22, 36) dazu gestaltet sind, während einer Kameraintegrationszeit der Detektoreinrichtung (30) mit dem Lichtfleckmuster mehrere voneinander beabstan- dete Lateralbereiche der Probe (26) zu beleuchten,  in which illumination light as light spot pattern is focused onto a height plane (25) on the sample (26) by optical imaging means (40, 22, 36) and sample light is conducted from the sample (26) to the detector device (30), the light source device (10 ) and the optical imaging means (40, 22, 36) are designed to illuminate a plurality of mutually spaced lateral regions of the sample (26) during a camera integration time of the detector device (30) with the light spot pattern;
dadurch g e k e n n z e i c h n e t ,  characterized ,
dass die Lichtquelleneinrichtung (10), die optischen Abbildungsmittel (40, 22, 36) und die Detektoreinrichtung (30) während Aufnahmen von mindestens zwei Probenbildern räumlich gleich angeordnet sind, wobei bei den mindestens zwei Probenbildern die Lichtfleckmuster auf unterschiedliche Höhenebenen (25) fokussiert werden und/oder unterschiedliche Höhenebenen (25) auf die Detektoreinrichtung (30) abgebildet werden, und wobei für die mindestens zwei Probenbildern jeweils gleiche Lateral bereiche der Probe (26) beleuchtet werden, und  in that the light source device (10), the optical imaging means (40, 22, 36) and the detector device (30) are arranged spatially equally during recording of at least two sample images, the light spot patterns being focused on different height planes (25) in the at least two sample images and / or different height levels (25) are imaged onto the detector device (30), and wherein in each case the same lateral areas of the sample (26) are illuminated for the at least two sample images, and
dass mit Hilfe der mindestens zwei Probenbilder Höheninformationen der Probe (26) berechnet werden. height information of the sample (26) can be calculated with the aid of the at least two sample images.
Verfahren nach Anspruch 12, Method according to claim 12,
dadurch geken nzeichnet, dass mit Strahlteilungsmitteln (33), welche zwischen der Probe (26) und der Detektoreinrichtung (30) angeordnet sind, Probenlicht auf mindestens zwei räumlich verschiedene Detektionsstrahlen- gänge aufgeteilt wird,  characterized in that, with beam splitting means (33) which are arranged between the sample (26) and the detector device (30), sample light is split into at least two spatially different detection beam paths,
dass die Detektoreinrichtung (30) für jeden der verschiedenen Detektions- strahlengänge jeweils einen Detektorbereich (41, 42) umfasst, mit denen die mindestens zwei Probenbilder gleichzeitig aufgenommen werden. 14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13,  in that the detector device (30) for each of the different detection beam paths in each case comprises a detector region (41, 42) with which the at least two sample images are recorded simultaneously. 14. The method according to claim 12 or 13,
dadurch g e ke n n ze i c h n et , dass in den mindestens zwei Probenbildern zu jedem der Lateralbereiche eine Lichtintensität oder eine Bildschärfe ermittelt wird  By this means, a light intensity or a sharpness of image is determined in the at least two sample images for each of the lateral regions
und dass durch Verrechnen der Lichtintensitäten oder Bildschärfen, die in den mindestens zwei Probenbildern zu demselben Lateralbereich ermittelt wurden, eine Höheninformation des Lateralbereichs erhalten wird.  and that height information of the lateral area is obtained by calculating the light intensities or image sharpnesses which were determined in the at least two sample images for the same lateral area.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, 15. The method according to any one of claims 12 to 14,
dadurch geken nzeich net, dass die Detektoreinrichtung (30) zur Bild- aufnähme in einem Autofokusverfahren verwendet wird,  characterized in that the detector device (30) is used for capturing images in an autofocusing method,
dass eine von der Detektoreinrichtung (30) verschiedene Hauptkamera (28) zur Bildaufnahme in einem normalen Messbetrieb verwendet wird und dass ein Dynamikbereich der Detektoreinrichtung (30) größer ist als ein Dynamikbereich der Hauptkamera (28), wobei der Dynamikbereich die jeweilige Spanne von messbaren Lichtintensitäten angibt.  in that a main camera (28) different from the detector device (30) is used for image acquisition in a normal measuring operation and that a dynamic range of the detector device (30) is greater than a dynamic range of the main camera (28), the dynamic range being the respective range of measurable light intensities indicates.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106443995A (en) * 2016-11-25 2017-02-22 中国科学院上海技术物理研究所 Optical fiber co-focus micro-imaging instrument for fluorescence observation of spatial biological sample
CN108885336A (en) * 2016-04-08 2018-11-23 徕卡显微系统复合显微镜有限公司 Method and microscope for study sample
CN114460020A (en) * 2022-01-30 2022-05-10 清华大学深圳国际研究生院 Hyperspectral scanning system and method based on digital micro-reflector
CN117232792A (en) * 2023-11-14 2023-12-15 南京木木西里科技有限公司 Microscope defect detection system based on image information

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106970047A (en) * 2017-05-12 2017-07-21 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 Reflectivity distribution measuring system and method
LU101084B1 (en) * 2018-12-21 2020-06-22 Abberior Instruments Gmbh Method and device for spot-illuminating a sample in a microscope

Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19713362A1 (en) 1997-03-29 1998-10-01 Zeiss Carl Jena Gmbh Confocal microscopic arrangement
US6399942B1 (en) * 1999-03-23 2002-06-04 Takaoka Electric Mfg. Co., Ltd. Active confocal image acquisition apparatus and method of three-dimensional measurement using same
US20020167723A1 (en) * 2000-09-11 2002-11-14 Olympus Optical Co., Ltd. Confocal microscope and height measurement method using the same
US6657216B1 (en) * 2002-06-17 2003-12-02 Nanometrics Incorporated Dual spot confocal displacement sensor
DE10242373A1 (en) 2002-09-12 2004-04-15 Siemens Ag Confocal distance sensor
DE102004014048A1 (en) 2004-03-19 2005-10-20 Sirona Dental Systems Gmbh Measuring device and method according to the basic principle of confocal microscopy
DE102005052743A1 (en) * 2005-11-04 2007-05-10 Precitec Optronik Gmbh Measuring system for the measurement of boundary surfaces or surfaces of workpieces
JP2008268387A (en) * 2007-04-18 2008-11-06 Nidec Tosok Corp Confocal microscope
US7570795B2 (en) 2006-07-18 2009-08-04 Mitutoyo Corporation Multi-region autofocus tool and mode
US20100033811A1 (en) 2006-06-16 2010-02-11 Carl Zeiss Microimaging Gmbh Autofocus device for microscopy
US7858911B2 (en) 1999-03-23 2010-12-28 Kla-Tencor Corporation Confocal wafer inspection system and method
US20110017902A1 (en) 2009-07-27 2011-01-27 Sensovation Ag Method and apparatus for autofocus

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19713362A1 (en) 1997-03-29 1998-10-01 Zeiss Carl Jena Gmbh Confocal microscopic arrangement
US6399942B1 (en) * 1999-03-23 2002-06-04 Takaoka Electric Mfg. Co., Ltd. Active confocal image acquisition apparatus and method of three-dimensional measurement using same
US7858911B2 (en) 1999-03-23 2010-12-28 Kla-Tencor Corporation Confocal wafer inspection system and method
US20020167723A1 (en) * 2000-09-11 2002-11-14 Olympus Optical Co., Ltd. Confocal microscope and height measurement method using the same
US6657216B1 (en) * 2002-06-17 2003-12-02 Nanometrics Incorporated Dual spot confocal displacement sensor
DE10242373A1 (en) 2002-09-12 2004-04-15 Siemens Ag Confocal distance sensor
DE102004014048A1 (en) 2004-03-19 2005-10-20 Sirona Dental Systems Gmbh Measuring device and method according to the basic principle of confocal microscopy
DE102005052743A1 (en) * 2005-11-04 2007-05-10 Precitec Optronik Gmbh Measuring system for the measurement of boundary surfaces or surfaces of workpieces
US20100033811A1 (en) 2006-06-16 2010-02-11 Carl Zeiss Microimaging Gmbh Autofocus device for microscopy
US7570795B2 (en) 2006-07-18 2009-08-04 Mitutoyo Corporation Multi-region autofocus tool and mode
JP2008268387A (en) * 2007-04-18 2008-11-06 Nidec Tosok Corp Confocal microscope
US20110017902A1 (en) 2009-07-27 2011-01-27 Sensovation Ag Method and apparatus for autofocus

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108885336A (en) * 2016-04-08 2018-11-23 徕卡显微系统复合显微镜有限公司 Method and microscope for study sample
CN108885336B (en) * 2016-04-08 2021-12-14 徕卡显微系统复合显微镜有限公司 Method and microscope for investigating a sample
CN106443995A (en) * 2016-11-25 2017-02-22 中国科学院上海技术物理研究所 Optical fiber co-focus micro-imaging instrument for fluorescence observation of spatial biological sample
CN106443995B (en) * 2016-11-25 2019-01-01 中国科学院上海技术物理研究所 Optical fiber confocal microscopic image instrument for space biological sample Fluirescence observation
CN114460020A (en) * 2022-01-30 2022-05-10 清华大学深圳国际研究生院 Hyperspectral scanning system and method based on digital micro-reflector
CN114460020B (en) * 2022-01-30 2023-11-17 清华大学深圳国际研究生院 Hyperspectral scanning system and method based on digital micro-reflector
CN117232792A (en) * 2023-11-14 2023-12-15 南京木木西里科技有限公司 Microscope defect detection system based on image information
CN117232792B (en) * 2023-11-14 2024-01-30 南京木木西里科技有限公司 Microscope defect detection system based on image information

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