各種方面涉及一種用于確定物體平行于光學(xué)裝置的光學(xué)軸的位置的方法及一種對(duì)應(yīng)裝置。

背景技術(shù)：

出于各種原因，可希望確定將被成像物體平行于光學(xué)裝置的光學(xué)軸的位置(z位置)。例如，通過(guò)已知的z位置，可在光學(xué)裝置的焦平面內(nèi)最優(yōu)地對(duì)物體進(jìn)行定位，以便能夠?yàn)槲矬w產(chǎn)生特別清晰的圖像。倘若物體是垂直于光學(xué)軸而延伸，則可希望為物體在垂直于光學(xué)軸上的不同點(diǎn)確定z位置，以便能夠?qū)ο嚓P(guān)圖像區(qū)段進(jìn)行聚焦。還可希望通過(guò)光學(xué)技術(shù)來(lái)收集物體的高度輪廓。

舉例來(lái)說(shuō)，現(xiàn)有技術(shù)容許通過(guò)以不同參考位置對(duì)物體進(jìn)行定位來(lái)確定z位置。接著，借助于物體在不同參考位置處的清晰度，可評(píng)定物體是否處于焦平面中。然而，確定物體的清晰度常?？赡苁莾H以有限的準(zhǔn)確度而進(jìn)行。出于此原因，此種先前已知的技術(shù)可能是相對(duì)不準(zhǔn)確的。此外，已知用于確定z的干涉技術(shù)。此類技術(shù)能夠在對(duì)z位置的確定中實(shí)現(xiàn)相對(duì)高的準(zhǔn)確度；然而，對(duì)應(yīng)裝置可能是相對(duì)復(fù)雜且昂貴的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

因此，需要一種改進(jìn)的技術(shù)來(lái)確定物體平行于光學(xué)裝置的光學(xué)軸的位置。具體來(lái)說(shuō)，需要可相對(duì)簡(jiǎn)單地在光學(xué)裝置中實(shí)施(即，不需要對(duì)這些光學(xué)裝置進(jìn)行結(jié)構(gòu)性修改或僅需作輕微修改)且能夠使對(duì)位置的確定具有相對(duì)高準(zhǔn)確度的技術(shù)。

此目標(biāo)通過(guò)獨(dú)立權(quán)利要求項(xiàng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。從屬權(quán)利要求項(xiàng)界定多個(gè)實(shí)施例。

根據(jù)第一方面，本申請(qǐng)涉及一種用于確定物體平行于光學(xué)裝置的光學(xué)軸的位置的方法。所述方法包括從第一照射方向照射所述物體并在所述照射期間獲取所述物體的第一圖像。所述方法進(jìn)一步包括從第二照射方向照射所述物體并在所述照射期間獲取所述物體的第二圖像。所述方法進(jìn)一步包括確定所述第一圖像中及所述第二圖像中所述物體的兩個(gè)成像位置之間的距離。所述方法進(jìn)一步包括基于所述距離來(lái)確定所述物體平行于所述光學(xué)軸的位置。

換句話說(shuō)，可因此循序地從第一照射方向及第二照射方向照射所述物體，并在每一情況中獲取所述物體的圖像。具體來(lái)說(shuō)，所述第一照射方向及/或所述第二照射方向可與光學(xué)裝置的軸(光學(xué)軸)形成夾角，沿著所述軸，理想化的光線不發(fā)生偏離或僅發(fā)生輕微偏離。在此種情況中，如果物體不處于光學(xué)裝置的焦平面中，則可使對(duì)應(yīng)圖像中物體的成像位置移位。通過(guò)相對(duì)于第一照射方向及第二照射方向來(lái)確定所述距離，可得出關(guān)于位置的結(jié)論。在簡(jiǎn)單模型中，可通過(guò)相對(duì)于照射方向?qū)σ暡畹男薷膩?lái)解釋此種效應(yīng)。

在此種情況中，對(duì)位置的確定可意指：對(duì)位置的定量確定，例如相對(duì)于焦平面或相對(duì)于光學(xué)裝置的另一適合參考系進(jìn)行；及/或?qū)ξ恢玫亩ㄐ源_定，例如關(guān)于是否已達(dá)到平行于光學(xué)軸的特定預(yù)定位置(例如焦平面)這一標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。

舉例來(lái)說(shuō)，可使第一照射方向的特征在于相對(duì)于光學(xué)軸成第一夾角，且使第二照射方向的特征在于相對(duì)于光學(xué)軸成第二夾角。確定物體的位置的步驟可進(jìn)一步基于第一夾角及第二夾角。在此種情況中，具體來(lái)說(shuō)，可實(shí)現(xiàn)：確定物體的位置的步驟進(jìn)一步包括：借助于第一夾角、第二夾角與距離之間的三角關(guān)系，相對(duì)于光學(xué)裝置的焦平面來(lái)對(duì)物體的位置進(jìn)行定量。

通過(guò)此種方法，可例如僅基于第一圖像及第二圖像來(lái)對(duì)物體平行于光學(xué)軸的位置進(jìn)行相對(duì)準(zhǔn)確的確定。具體來(lái)說(shuō)，例如，可無(wú)需針對(duì)物體平行于光學(xué)軸的不同參考位置來(lái)為物體獲得一系列不同的圖像。換句話說(shuō)，可僅借助于以不同照射方向獲得的圖像來(lái)確定物體的位置；可無(wú)需使物體在機(jī)械上平行于光學(xué)軸移位。此可容許特別快速且準(zhǔn)確地確定所述位置。此可容許特別簡(jiǎn)單地實(shí)施對(duì)應(yīng)測(cè)量過(guò)程。舉例來(lái)說(shuō)，相比于傳統(tǒng)的光學(xué)裝置(例如顯微鏡裝置)，可僅對(duì)光學(xué)裝置的照射裝置進(jìn)行修改；例如，可使光學(xué)裝置的檢測(cè)裝置保持不變。

然而，所述方法也可進(jìn)一步包括以平行于光學(xué)軸的不同參考位置來(lái)對(duì)物體進(jìn)行定位。所述方法可例如包括：對(duì)于平行于所述光學(xué)軸的所述參考位置中的每一個(gè)，從所述第一照射方向照射所述物體并獲取所述第一圖像，且從所述第二照射方向照射所述物體并獲取所述第二圖像，且確定所述距離。接著，所述確定所述物體的所述位置的步驟包括：對(duì)于所述不同的參考位置，使所述距離最小化。在此種情況中，具體來(lái)說(shuō)，可定性地確定所述物體平行于光學(xué)軸的位置。舉例來(lái)說(shuō)，對(duì)于其中距離最小的情況，可假設(shè)平行于光學(xué)軸的對(duì)應(yīng)參考位置處于焦平面中或靠近焦平面。舉例來(lái)說(shuō)，可使用兩個(gè)、三個(gè)或更多參考位置。原則上，也可根據(jù)參考位置來(lái)調(diào)適照射方向。還可作出針對(duì)不同參考位置從多于兩個(gè)照射方向獲取多于兩個(gè)圖像的規(guī)定。這樣一來(lái)，可確定多個(gè)成像位置，或者可獲得冗余信息，以使得可進(jìn)行特別準(zhǔn)確的位置確定。尤其在其中物體具有某一周期性或是周期性結(jié)構(gòu)的情形中，這樣一來(lái)，可特別準(zhǔn)確地確定所述位置。

一般來(lái)說(shuō)，例如在確定出物體的位置之后，可根據(jù)已被確定的位置來(lái)驅(qū)動(dòng)光學(xué)裝置的聚焦單元，以將物體定位在光學(xué)裝置的焦平面中。這樣一來(lái)，可對(duì)物體實(shí)施特別快速、可靠且準(zhǔn)確的聚焦。隨后，可接著獲取具有特別高質(zhì)量的物體圖像。

可采用各種技術(shù)來(lái)確定距離。舉例來(lái)說(shuō)，對(duì)距離的確定可包括：確定第一圖像中物體的第一參考點(diǎn)及確定第二圖像中的第二參考點(diǎn)?？纱_定第一參考點(diǎn)與第二參考點(diǎn)之間的距離。第一參考點(diǎn)及第二參考點(diǎn)可對(duì)應(yīng)于物體的特定部分?？赏ㄟ^(guò)適當(dāng)?shù)剡x擇參考點(diǎn)來(lái)特別準(zhǔn)確地確定所述距離。

一般來(lái)說(shuō)，對(duì)適合參考點(diǎn)的選擇并不受到特別限制。具體來(lái)說(shuō)，可希望選擇可在第一圖像及第二圖像兩者中以相對(duì)高的可靠性及準(zhǔn)確度找到并確定的參考點(diǎn)。被確定的位置的準(zhǔn)確度則可以是相對(duì)高的。舉例來(lái)說(shuō)，可設(shè)想出的參考點(diǎn)是：物體的顯著特征；界標(biāo)；機(jī)器可讀標(biāo)志；由用戶確立的點(diǎn)；等。

如果物體垂直于光學(xué)軸具有顯著的延伸范圍，則對(duì)參考點(diǎn)的選擇可對(duì)物體中要被確定位置的部分具有影響。在其中物體具有顯著高度輪廓的情形中，此可為特別重要的。這是因?yàn)榻又蓵?huì)出現(xiàn)其中對(duì)物體的一部分進(jìn)行聚焦會(huì)引起使物體的另一部分散焦的情形。在此種情況中，可希望產(chǎn)生所謂的聚焦圖，即，關(guān)于物體位置的例如垂直于光學(xué)軸具有位置分辨率的信息。

舉例來(lái)說(shuō)，可針對(duì)多對(duì)第一參考點(diǎn)與第二參考點(diǎn)來(lái)實(shí)施對(duì)距離的確定。接著，可基于所述多對(duì)第一參考點(diǎn)與第二參考點(diǎn)以在垂直于光學(xué)軸的平面中具有位置分辨率的方式來(lái)實(shí)施對(duì)物體位置的確定。這樣一來(lái)，可例如將物體的個(gè)別部分謹(jǐn)慎地定位在光學(xué)裝置的焦平面中。在樣品垂直于光學(xué)軸而延伸的情況中，此可為特別理想的。

通常，對(duì)物體平行于或沿著光學(xué)軸的位置的確定準(zhǔn)確度與對(duì)第一圖像中及第二圖像中物體的成像位置之間的距離的確定準(zhǔn)確度相關(guān)。此意味著：可希望特別準(zhǔn)確地確定成像位置之間的距離。舉例來(lái)說(shuō)，可通過(guò)選自以下群組的技術(shù)來(lái)確定所述距離：界標(biāo)識(shí)別；確定第一圖像中及/或第二圖像中物體的光學(xué)形心；用戶輸入；像差校正。

舉例來(lái)說(shuō)，通過(guò)將例如光學(xué)裝置的照射裝置中及/或光學(xué)裝置的檢測(cè)器光學(xué)元件中先前已知的像差考慮在內(nèi)，可考慮到第一圖像及第二圖像中可能會(huì)對(duì)物體的成像位置引起位移的失真。接著，可補(bǔ)償或在計(jì)算上減小位移，且可特別準(zhǔn)確地確定實(shí)際的距離。

根據(jù)另一方面，本申請(qǐng)涉及一種光學(xué)裝置。所述光學(xué)裝置適以確定物體平行于所述光學(xué)裝置的光學(xué)軸的位置。所述光學(xué)裝置包括照射裝置。所述照射裝置適以從第一照射方向及從第二照射方向照射所述物體。所述光學(xué)裝置進(jìn)一步包括檢測(cè)器，所述檢測(cè)器適以在從所述第一照射方向照射期間獲取所述物體的第一圖像。所述檢測(cè)器進(jìn)一步適以在從所述第二照射方向照射期間獲取所述物體的第二圖像。所述光學(xué)裝置進(jìn)一步包括計(jì)算單元，所述計(jì)算單元適以確定所述第一圖像中及所述第二圖像中所述物體的成像位置之間的距離。所述計(jì)算單元進(jìn)一步適以基于所述距離來(lái)確定所述物體平行于所述光學(xué)軸的位置。

舉例來(lái)說(shuō)，根據(jù)當(dāng)前所論述的方面，所述光學(xué)裝置可適以實(shí)施根據(jù)本申請(qǐng)的另一方面用于確定物體平行于所述光學(xué)軸的位置的方法。

對(duì)于此種裝置，可實(shí)現(xiàn)與可通過(guò)根據(jù)本申請(qǐng)的另一方面用于確定物體平行于光學(xué)軸的位置的方法而實(shí)現(xiàn)的效果相當(dāng)?shù)男Ч?/p>

上文所解釋的特征以及下文將描述的特征不僅可以明確解釋的對(duì)應(yīng)組合形式使用，而且可以其他組合形式或個(gè)別地使用，此并不背離本發(fā)明的保護(hù)范圍。

結(jié)合以下對(duì)實(shí)例性實(shí)施例的示意性說(shuō)明，本發(fā)明的上述性質(zhì)、特征及優(yōu)點(diǎn)、以及實(shí)現(xiàn)這些的方式將變得更加清晰且可容易補(bǔ)充，將結(jié)合圖式來(lái)更詳細(xì)地解釋所述實(shí)例性實(shí)施例。

附圖說(shuō)明

圖1例示物體平行于光學(xué)裝置的光學(xué)軸的位置。

圖2例示對(duì)于圖1所示情形，第一圖像中及第二圖像中物體的成像位置，所述第一圖像及所述第二圖像是從不同照射方向獲取；

圖3示意性地顯示光學(xué)裝置；

圖4是用于確定物體平行于光學(xué)軸的位置的方法的流程圖；

圖5顯示以平行于光學(xué)軸的不同參考位置迭代地對(duì)物體進(jìn)行定位，以定性地確定位置；

圖6例示在第一圖像及第二圖像中對(duì)物體的成像，所述物體是垂直于光學(xué)軸而延伸，其中顯示用于確定距離的參考點(diǎn)；以及

圖7例示根據(jù)不同實(shí)施例的方法的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

具體實(shí)施方式

下文將參照?qǐng)D式借助于優(yōu)選實(shí)施例來(lái)更詳細(xì)地解釋本發(fā)明。在各圖中，以相同的參考符號(hào)來(lái)表示相同或相似的元件。各圖是本發(fā)明不同實(shí)施例的示意圖。各圖中所示的元件未必是按比例顯示。而是，各圖中所示的各種元件是以使其功能及一般用途可由所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員理解的方式來(lái)繪示。各圖中在各功能單元及元件之間所示的連接及耦合也可被實(shí)施為間接連接或耦合?？梢杂芯€方式或無(wú)線方式來(lái)實(shí)施連接或耦合?？蓪⒐δ軉卧獙?shí)施為硬件、軟件、或硬件與軟件的組合。

下文將描述可用以確定物體平行于光學(xué)裝置的光學(xué)軸的位置(z位置)的技術(shù)。因此，在由x軸、y軸、z軸跨越而成的三維空間中，可確定位置的z分量；光學(xué)軸界定z軸且例如平行于z軸?；谝驯淮_定的z位置，舉例來(lái)說(shuō)，可對(duì)光學(xué)裝置的聚焦單元進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，且這樣一來(lái)，可根據(jù)已被確定的z位置將物體定位在裝置的焦平面中(對(duì)物體進(jìn)行聚焦)。隨后，可特別清晰地獲取表示物體的物體圖像。此類技術(shù)可用于各種各樣的領(lǐng)域中(例如用于顯微鏡檢查、或用于熒光測(cè)量、或與相位對(duì)比成像并行地使用)。

對(duì)于熒光測(cè)量這一實(shí)例性應(yīng)用，例如，可在進(jìn)行熒光測(cè)量之前及/或期間通過(guò)下文所述的技術(shù)來(lái)確定z位置。由此，可確保使熒光物體在測(cè)量期間處于光學(xué)裝置的焦平面中；這樣一來(lái)，可在熒光測(cè)量期間提高準(zhǔn)確度。下文詳細(xì)描述的技術(shù)是基于在從不同的第一照射方向及第二照射方向?qū)ξ矬w的照射下對(duì)第一圖像及第二圖像進(jìn)行評(píng)估。在此種情況中，具體來(lái)說(shuō)，可例如以處于熒光樣品的活性熒光范圍以外的波長(zhǎng)來(lái)實(shí)施照射。因此，原則上，可與熒光測(cè)量同時(shí)地確定z位置。舉例來(lái)說(shuō)，此能夠使得可隨著時(shí)間將移動(dòng)的物體可靠地定位在焦平面中。此外，一般來(lái)說(shuō)，可根據(jù)僅兩個(gè)照射過(guò)程來(lái)確定z位置；這樣一來(lái)，也可降低對(duì)熒光物體的光毒效應(yīng)。當(dāng)對(duì)染料進(jìn)行測(cè)量時(shí)，可例如在染料的激發(fā)范圍以外選擇用于確定z位置的光的波長(zhǎng)。這樣一來(lái)，可減輕或避免染料的褪色。用于確定z位置的光的可能波長(zhǎng)可例如處于紅外范圍中。

在各種情形中，具體來(lái)說(shuō)，可能已存在從不同照射方向獲得的圖像，從而不需要根據(jù)本發(fā)明技術(shù)另外獲取這些圖像來(lái)進(jìn)行聚焦。舉例來(lái)說(shuō)，此種情形可以是例如通過(guò)傅里葉疊層成像(Fourier ptychography)技術(shù)對(duì)相位對(duì)比圖像的確定。接著，可在無(wú)需將物體進(jìn)一步曝光的情況下使用本發(fā)明技術(shù)來(lái)確定z位置。

圖1示意性地顯示光學(xué)裝置1，例如，顯微鏡。光的光束路徑從照射裝置111延伸至檢測(cè)器112。圖1中顯示光學(xué)軸120及焦平面160。從圖1可看出，物體100是平行于光學(xué)軸120而放置在焦平面160以外。顯示z位置150，其是相對(duì)于焦平面160而測(cè)得(在圖1中由Δz表示)。在此種情況中，可特別簡(jiǎn)單且快速地驅(qū)動(dòng)光學(xué)裝置1的聚焦單元，以實(shí)施聚集。具體來(lái)說(shuō)，例如，可無(wú)需對(duì)相對(duì)于焦平面160的z位置150實(shí)施轉(zhuǎn)換。也可在光學(xué)裝置的另一適合參考坐標(biāo)系中確定物體100的位置。

在圖2中，進(jìn)一步顯示第一照射方向210-1及第二照射方向210-2。對(duì)于第一照射方向210-1，獲取第一圖像230-1。對(duì)于第二照射方向210-2，獲取第二圖像230-2。如從圖2可看出，照射方向210-1與光學(xué)軸120形成第一夾角251-1。因此，根據(jù)圖2，在第一圖像230-1中，物體100的成像位置220-1看上去是相對(duì)于光學(xué)軸120朝左偏移。在圖2中，第一夾角251-1被示為α。如從圖2可進(jìn)一步看出，在第二圖像230-2中，物體100的成像位置220-2是相對(duì)于光學(xué)軸120朝右偏移。這是由于第二照射方向210-2與光學(xué)軸120形成第二夾角251-2(在圖2中由β表示)而引起的情況。從圖2可看出，第一夾角251-1的量值不同于第二夾角251-2的量值。一般來(lái)說(shuō)，將可能使第一照射方向210-1與第二照射方向210-2相對(duì)于光學(xué)軸120對(duì)稱地布置。舉例來(lái)說(shuō)，也將可能使兩個(gè)方向210-1、210-2中的僅一個(gè)平行于光學(xué)軸120而定向。一般來(lái)說(shuō)，還可能使物體100相對(duì)于光學(xué)軸120具有偏移，即，使物體100相對(duì)于光學(xué)軸120在xy平面內(nèi)移位。此外，一般來(lái)說(shuō)，無(wú)需使第一照射方向210-1、第二照射方向210-2及光學(xué)軸120處于一個(gè)平面(在圖2所示情形中，即xz平面)中。此意味著第一照射方向210-1及/或第二照射方向210-2可傾斜出xy平面。

由于對(duì)物體100的照射是相對(duì)于光學(xué)軸120以有限夾角251-1、251-2進(jìn)行，因而甚至使穿過(guò)的光的振幅不發(fā)生衰減或僅發(fā)生輕微衰減的純相位物體也可被成像在第一圖像230-1及第二圖像230-2中。此容許將本發(fā)明技術(shù)多變地應(yīng)用于不同的樣品(尤其是例如生物樣品)。

圖2進(jìn)一步顯示第一圖像230-1中與第二圖像230-2中物體100的成像位置220-1、220-2之間的距離250(在圖2中由Δx表示)。首先，可定性地確認(rèn)距離250不會(huì)消失；即存在視差效應(yīng)。這樣一來(lái)，z位置150便可已被定性地確定為不等于0。舉例來(lái)說(shuō)，將可能通過(guò)以平行于光學(xué)軸120的不同參考位置(圖2中未顯示)迭代地對(duì)物體100進(jìn)行重新定位而將z位置150定性地確定為等于或接近0。為此，可例如迭代地平行于光學(xué)軸120來(lái)對(duì)物體進(jìn)行重新定位，直至距離250被最小化為止。

然而，也將可能使對(duì)z位置150的確定進(jìn)一步基于第一夾角251-1及第二夾角251-2。接著，可定量地確定z位置150。為此，如下文所解釋，可將第一夾角251-1及第二夾角251-2與距離250之間的三角關(guān)系考慮在內(nèi)。

對(duì)于圖2所示情形，以下成立：

Δz＝a·cosα＝b·cosβ (1)

其中a表示物體100與第一圖像230-1中物體100的成像位置220-1之間沿著第一照射方向210-1的距離，且b表示物體100與第二圖像230-2中物體100的成像位置220-2之間沿著第二照射方向210-2的距離(圖2中未顯示a及b)。此公式源自直角三角形的余弦定義。

一般來(lái)說(shuō)，通過(guò)使用三角形正弦定理，會(huì)獲得以下：

將方程式1與方程式2組合會(huì)得出：

借助于方程式3，可基于第一夾角251-2及第二夾角251-2且進(jìn)一步基于成像位置220-1、220-2的間隔250來(lái)確定z位置150。具體來(lái)說(shuō)，可僅通過(guò)進(jìn)行雙重照射并同時(shí)獲取第一圖像230-1及第二圖像230-2來(lái)確定z位置150。例如，與前述以平行于光學(xué)軸120的不同參考位置迭代地對(duì)物體100進(jìn)行定位的情形相比，可使物體100的曝光量最小化。

可希望提高z位置150的確定準(zhǔn)確度。z位置150的確定準(zhǔn)確度通常與第一夾角251-1、第二夾角251-2及距離250直接相關(guān)。因此，z位置150的確定準(zhǔn)確度可至少受第一圖像230-1及第二圖像230-2中的像素大小限制。

距離的誤差(下文稱為Δx′)會(huì)以如下方式引起z位置150的誤差：

如果物體100在xy平面中具有顯著的延伸范圍，則可例如希望確定第一圖像230-1中與第二圖像230-2中特定參考點(diǎn)之間的距離250。所述參考點(diǎn)可標(biāo)記物體100的特定部分，例如特別顯著的部分或?qū)τ诔上駚?lái)說(shuō)特別重要的部分。一般來(lái)說(shuō)，也可為物體100的多對(duì)參考點(diǎn)來(lái)確定距離250。這樣一來(lái)，可通過(guò)重復(fù)地應(yīng)用方程式3而分別為物體100的不同部分來(lái)確定z位置150。換句話說(shuō)，可因此以在xy平面中具有位置分辨率的方式來(lái)確定z位置150。

因此，可希望特別準(zhǔn)確地確定距離250。在本文中，可使用各種各樣的容許特別準(zhǔn)確地對(duì)距離250進(jìn)行確定的技術(shù)。此類技術(shù)可例如包括：界標(biāo)識(shí)別(landmark recognition)；確定第一圖像230-1及/或第二圖像230-2中物體100的光學(xué)形心；用戶輸入；像差校正。在一種簡(jiǎn)單情形中，舉例來(lái)說(shuō)，用戶可選擇第一圖像230-1中物體100的特定參考點(diǎn)及第二圖像230-2中對(duì)應(yīng)的參考點(diǎn)。通過(guò)進(jìn)行界標(biāo)識(shí)別，可例如以至少部分自動(dòng)化的方式來(lái)實(shí)施此種對(duì)參考點(diǎn)的選擇。也將可能使用光學(xué)形心作為用于確定距離250的參考點(diǎn)。舉例來(lái)說(shuō)，為將因光學(xué)裝置1中的像差而引起的已知成像誤差考慮在內(nèi)，可使用像差校正。

在確定z位置150期間對(duì)準(zhǔn)確度的另一種限制可起因于光學(xué)裝置1的檢測(cè)器112的相干焦深。具體來(lái)說(shuō)，權(quán)宜之計(jì)是確保使物體100甚至在相對(duì)于焦平面160具有顯著位移的情況下仍被成像在第一圖像230-1及第二圖像230-2中。然而，可無(wú)需實(shí)現(xiàn)對(duì)物體100的清晰成像；具體來(lái)說(shuō)，如上所述的技術(shù)(例如，確定物體100的光學(xué)形心)也可用于其中物體100僅被非常粗略地成像在圖像230-1、230-2中的情況。

盡管圖1及2顯示其中物體100是沿著光學(xué)軸120定位(即，物體100與光學(xué)軸120相交)的情形，然而，通過(guò)上文所述的技術(shù)，也可針對(duì)其中物體100相對(duì)于光學(xué)軸120具有平行于x方向及/或平行于y方向的特定偏移的情形來(lái)確定位置。因此，一般來(lái)說(shuō)，上文所述的用于平行于光學(xué)軸120來(lái)對(duì)物體的位置150進(jìn)行確定的技術(shù)使得可對(duì)物體100在由x軸、y軸、z軸跨越而成的三維空間中的位置的z分量進(jìn)行確定。

圖2進(jìn)一步顯示其中使用兩個(gè)照射方向210-1、210-2來(lái)確定z位置的情形。一般來(lái)說(shuō)，也可使用更大數(shù)目個(gè)照射方向210-1、210-2來(lái)確定物體100的z位置150。舉例來(lái)說(shuō)，可使用三個(gè)、四個(gè)、或十個(gè)、或更多個(gè)照射方向210-1、210-2。舉例來(lái)說(shuō)，也將可能分別對(duì)不同的照射方向210-1、210-2兩兩地使用前述技術(shù)，且舉例來(lái)說(shuō)，分別兩兩地應(yīng)用方程式3。這樣一來(lái)，舉例來(lái)說(shuō)，可數(shù)次確定物體100的z位置150，且可由此形成適合的平均值。這樣一來(lái)，舉例來(lái)說(shuō)，可特別準(zhǔn)確地確定出物體100的z位置150。一般來(lái)說(shuō)，可使用各種各樣的技術(shù)來(lái)組合出由多個(gè)照射方向210-1、210-2的成像位置220-1、220-2組成的相當(dāng)大的數(shù)據(jù)集。舉例來(lái)說(shuō)，可適當(dāng)?shù)貙?duì)方程式3進(jìn)行修改，或者可在多次應(yīng)用方程式3之后將從不同照射方向210-1、210-2獲得的多個(gè)z位置進(jìn)行合并。換句話說(shuō)，在通過(guò)多個(gè)照射方向210-1、210-2或冗余照射方向210-1、210-2確定z位置150期間，可實(shí)現(xiàn)更高的準(zhǔn)確度；例如，具體來(lái)說(shuō)，可實(shí)現(xiàn)比從中確定成像位置220-1、220-2的對(duì)應(yīng)圖像的分辨率高的準(zhǔn)確度。

圖3示意性地顯示光學(xué)裝置1。光學(xué)裝置1包括照射裝置111及檢測(cè)器112。此外，設(shè)置有具有聚焦單元311的樣品架。所述聚焦單元可適以平行于光學(xué)軸120來(lái)對(duì)物體100進(jìn)行定位，例如，以接近不同參考位置或?qū)Σ煌瑓⒖嘉恢眠M(jìn)行聚焦。光學(xué)裝置1進(jìn)一步包括計(jì)算單元312。計(jì)算單元312適以實(shí)施與對(duì)z位置150的確定有關(guān)的各種步驟，如上文所解釋。計(jì)算單元312可耦合至存儲(chǔ)器(圖3中未顯示)。用于由計(jì)算單元312實(shí)施上述技術(shù)的對(duì)應(yīng)工作指令及命令可存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器(例如，非易失性存儲(chǔ)器或易失性存儲(chǔ)器)中。舉例來(lái)說(shuō)，計(jì)算單元312可從存儲(chǔ)器接收命令，以借助于方程式3來(lái)確定z位置150，或者以找出第一圖像230-1及第二圖像230-2內(nèi)的參考點(diǎn)并接著確定距離250。

一般來(lái)說(shuō)，除確定z位置150以外，也可通過(guò)光學(xué)裝置1來(lái)實(shí)施另一些任務(wù)，例如熒光測(cè)量。在此種情況中，可通過(guò)輔助光學(xué)元件(其例如具有小孔徑及高焦深)基于第一圖像230-1及第二圖像230-2來(lái)實(shí)施對(duì)z位置150的確定，以便可確保在z位置150較大時(shí)仍能夠可靠地確定距離250。為實(shí)施實(shí)際熒光測(cè)量，可接著使用例如具有大孔徑的其他光學(xué)元件，以就光而言特別集中地進(jìn)行工作。這樣一來(lái)，可并行地獲取第一圖像230-1及第二圖像230-2并進(jìn)行熒光測(cè)量。

原則上，可使用各種各樣的照射裝置111來(lái)以不同的照射方向?qū)嵤?duì)物體100的照射?？衫缭谡丈溲b置111的場(chǎng)闌平面中使用例如掃描鏡。也可在照射設(shè)備的孔徑光闌或照射光瞳中使用自適應(yīng)性構(gòu)件；舉例來(lái)說(shuō)，可使用根據(jù)德國(guó)專利申請(qǐng)10 2014 101 219.4的照射裝置111。自適應(yīng)性構(gòu)件可例如是空間光調(diào)制器(SLM)、或數(shù)字微鏡裝置(DMD)、或者移動(dòng)式或位移式σ光圈。也將可能使照射裝置111包括發(fā)光二極管陣列。舉例來(lái)說(shuō)，發(fā)光二極管(LED)陣列中的各LED可排列成笛卡爾柵格。接著，舉例來(lái)說(shuō)，可通過(guò)驅(qū)動(dòng)發(fā)光二級(jí)管陣列中距光學(xué)軸120特定距離的特定發(fā)光二極管來(lái)實(shí)施特定照射方向210-1、210-2。

圖4顯示根據(jù)各種實(shí)施例，一種用于確定物體100的z位置150的方法。所述方法以步驟S1開始。首先，在步驟S2中，從第一照射方向210-1來(lái)照射物體100，并獲取第一圖像230-1。在步驟S3中，從第二照射方向210-2來(lái)照射物體100，并獲取第二圖像230-2。接著，在步驟S4中，確定第一圖像230-1中與第二圖像230-2中物體的兩個(gè)成像位置之間的距離250。隨后，在步驟S5中，實(shí)施對(duì)z位置150的確定。在步驟S5中，對(duì)z位置150的確定可例如是定性地實(shí)施或定量地實(shí)施。在定量地確定z位置150時(shí)，舉例來(lái)說(shuō)，可使用方程式3。除步驟S2-S4以外，也將可能從其他照射方向210-1、210-2(例如，從第三照射方向及從第四照射方向)來(lái)照射物體。在步驟S5中，可將冗余信息考慮在內(nèi)。

然而，也將可能在步驟S5中通過(guò)平行于光學(xué)軸120迭代地對(duì)物體100進(jìn)行重新定位來(lái)定性地確定z位置150。圖5中顯示此種情形。首先，在步驟T1中，對(duì)于物體100平行于光學(xué)軸120的當(dāng)前參考位置，確定物體100在第一圖像230-1與第二圖像230-2之間的距離250。在步驟T2中，關(guān)于距離250是否被最小化來(lái)作出檢查。舉例來(lái)說(shuō)，在步驟T2中，可以預(yù)定閾值來(lái)實(shí)施閾值比較。在步驟T2中，也將可能檢查距離250與較早所確定的距離(在先前所實(shí)施的對(duì)步驟T1的迭代期間)相比是否已被減小。

如果在步驟T2中發(fā)現(xiàn)距離250尚未被最小化，則實(shí)施步驟T3。在步驟T3中，以下一參考位置來(lái)平行于光學(xué)軸120對(duì)物體100進(jìn)行定位。所述參考位置可通過(guò)迭代方法來(lái)確定；所述參考位置也可以固定方式而預(yù)定。接著，以步驟S2(參看圖4)來(lái)繼續(xù)所述方法。具體來(lái)說(shuō)，為通過(guò)迭代技術(shù)來(lái)確定z位置150，如圖5所示，可希望使用多于兩個(gè)照射方向210-1、210-2來(lái)確定距離250。舉例來(lái)說(shuō)，接著可在步驟T2中針對(duì)所有成對(duì)的照射方向210-1、210-2來(lái)作出關(guān)于距離250是否已被最小化的檢查。

然而，如果在步驟T3中發(fā)現(xiàn)距離250已被最小化，則在步驟T4中將相對(duì)于焦平面160的z位置150確定為零。

圖6示意性地顯示在第一圖像230-1中對(duì)物體100的成像(在圖6中由實(shí)線所示)及在第二圖像230-2中對(duì)物體100的成像(在圖6中由虛線所示)。物體100在xy平面中(即，垂直于光學(xué)軸120)具有顯著的延伸范圍。顯示第一圖像230-1中用于將物體100成像的四個(gè)可能參考點(diǎn)600-1、600-2、600-3、600-4。原則上，對(duì)參考點(diǎn)600-1至600-4的選擇并不受到特別限制。然而，在第一圖像230-1及第二圖像230-1中，可特別可靠地找到圖6中所示的參考點(diǎn)600-1至600-4。舉例來(lái)說(shuō)，可確定第一參考點(diǎn)600-1之間的距離250(參看圖6)，因?yàn)榇它c(diǎn)是圖像230-1、230-1中物體100的最高布放點(diǎn)且因此可被容易并可靠地找到。參考點(diǎn)600-4例如表示圖像230-1、230-2中物體100的光學(xué)形心。

綜上所述，上文已描述了例如通過(guò)應(yīng)用方程式3或通過(guò)平行于光學(xué)軸來(lái)對(duì)物體進(jìn)行重新定位而能夠特別快速且準(zhǔn)確地確定z位置150的技術(shù)。由此可快速地對(duì)物體100進(jìn)行聚焦。

圖7顯示根據(jù)本文所述技術(shù)在從四個(gè)不同照射方向210-1、210-2、210-3、210-4照射樣品期間所獲取的一系列四個(gè)圖像的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。不同的照射方向210-1、210-2、210-3、210-4相對(duì)于軸120均具有不同的夾角。

詳細(xì)來(lái)說(shuō)，實(shí)驗(yàn)設(shè)置包括具有照射裝置111的顯微鏡100，照射裝置111具有LED陣列，所述LED陣列具有二十四個(gè)LED。除照射方向210-1、210-2、210-3、210-4以外，其他實(shí)驗(yàn)參數(shù)均無(wú)不同。所述圖像是以透射幾何術(shù)而獲取。

樣品容納有浸沒(méi)流體，在所述浸沒(méi)流體中存在多個(gè)固定單元，即，不會(huì)隨著時(shí)間改變其位置的單元。所述單元集中在浸沒(méi)流體的兩個(gè)不同平面中，即，位于平行于光學(xué)軸的不同位置處。

在圖7中，對(duì)于四個(gè)圖像中的每一個(gè)，用實(shí)線標(biāo)記出位于浸沒(méi)流體的上部平面中的特定單元(所述單元位于線的交點(diǎn)處)；此外，用虛線標(biāo)記出位于浸沒(méi)液的下部平面中的特定單元(所述單元位于線的交點(diǎn)處)。

通過(guò)對(duì)四個(gè)個(gè)別圖像進(jìn)行比較可看出，圖像中兩個(gè)單元的成像位置根據(jù)照射方向210-1、210-2、210-3、210-4而變化。在簡(jiǎn)單模型中，可通過(guò)相對(duì)于照射方向210-1、210-2、210-3、210-4對(duì)視差的修改來(lái)對(duì)此進(jìn)行說(shuō)明。出現(xiàn)陰影效應(yīng)。

此外，通過(guò)對(duì)四個(gè)個(gè)別圖像進(jìn)行比較可看出，在各圖像之間隨著照射方向210-1、210-2、210-3、210-4對(duì)兩個(gè)單元的成像位置的修改方向是相反地延伸。這是由于在實(shí)驗(yàn)中一個(gè)單元的z位置位于焦平面160前方而另一單元的z位置位于焦平面160后方而引起的情況。通過(guò)定量地對(duì)所述修改進(jìn)行分析，可確定單元沿著光學(xué)軸的精確位置。為此，照射方向210-1、210-2、210-3、210-4的不同夾角被考慮在內(nèi)(圖7中未顯示)。

當(dāng)然，上文所述的本發(fā)明實(shí)施例及方面的各特征可彼此組合。具體來(lái)說(shuō)，所述特征不僅可以所述組合形式使用，而且可以其他組合形式或個(gè)別地使用，此并不背離本發(fā)明的范圍。

舉例來(lái)說(shuō)，上文已具體描述了其中從兩個(gè)照射方向?qū)ξ矬w進(jìn)行照射的技術(shù)。尤其在打算使物體的曝光量最小化時(shí)，此技術(shù)可為有利的。然而，一般來(lái)說(shuō)，也將可能使用更大數(shù)目個(gè)照射方向，例如，在需要平行于光學(xué)軸特別準(zhǔn)確地確定物體的位置時(shí)。

此外，上文已參照各圖論述了其中對(duì)基本上整個(gè)物體進(jìn)行聚焦的情形。然而，一般來(lái)說(shuō)，可分別地僅對(duì)相關(guān)圖像區(qū)段進(jìn)行聚焦以僅將物體的一部分成像，且可確定物體的相關(guān)部分的z位置。

此外，上文已主要論述了其中物體是以其與光學(xué)軸相交的方式垂直于光學(xué)軸而定位的情形。然而，也將可能使物體相對(duì)于光學(xué)軸偏移。