CN113008134A - 用于成像深度测量的测量装置、光学显微镜和测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明所涉及的问题是改进用于成像深度测量的测量方法，测量装置和光学显微镜。为此，将物体布置在物镜的测量区域中。此外，成像装置包括物镜或通过物镜支架连接到物镜上的，其被配置为对从物体发出的光相对于物体的多个物面进行成像，以形成宽视场中间图像(wide‑field intermediate image)，其中，通过成像装置的纵向色差，物面根据来自物体的光的波长沿深度轴交错排列。此外，图像捕获装置被配置为以成像方式和相对于一个或多个可选的光谱分量解析的方式捕获宽视场中间图像，每个可选的光谱分量对应于其中一个物面。然后，以“焦点堆叠”为基础，将相对于不同物面的多个这样的宽视场中间图像组合起来，通过改变/选择相应的光谱分量及波长，来实现焦点的改变/变化。

Description

用于成像深度测量的测量装置、光学显微镜和测量方法

技术领域

本发明属于测量领域，特别是涉及一种用于成像深度测量的测量装置、光学显微镜和测量方法。

背景技术

在成像光学***中，待成像的物体或其部分通常仅在特定的距离范围内由光学***进行基本清晰的成像。该距离范围的范围称为景深。在该特定的距离范围之外，该物体的其他部分或其他物体可能以模糊的方式成像。

在这方面，在光学显微镜的情况下，例如，在一个物面中，位于该物面的待成像物体的部分被清晰地成像，而该物体的其他部分或其他物体则随着与该物面距离的增加，以更加模糊的方式成像。为了使该物体的其他部分或其他物体也能清晰成像，通常可以将一个或多个物体沿相对于显微镜的深度轴移动，从而使它们与显微镜的距离－也就是说，例如，与显微镜物镜的距离－发生变化，并将它们移到该物面中。此外，通常可以通过移动光学显微镜的光学元件来设置光学显微镜的焦距，从而移动物面。

同样，在常规相机－例如，照相机或摄像机－的情况下，可以通过移动光学元件来设置焦距，从而可以在任何距离范围内对物体进行清晰的成像。

然而，这意味着在每种情况下，只有在特定的距离范围，才能对被成像物体的每次成像和记录/捕获进行清晰地成像。为了扩大对物体进行清晰成像的距离范围，在景深扩展的情况下－也就是说，例如，所谓的“焦点堆叠”或所谓的焦点变化－捕获一个或多个物体的多个成像，用于在每种情况下－例如，各物面－对不同距离的物体清晰的成像－例如通过改变焦距和/或通过沿深度轴移动一个或多个物体－从所述多个成像中选择在每种情况下都能清晰成像的那些区域，并且将这些被选择的区域组合起来，形成具有特别高的景深的联合成像。

此外，还可以通过共焦显微镜来捕获具有特别高分辨率的物体，其中－与广角显微镜相比－在每种情况下，只有物体的一小段被聚焦、照明和捕获。在这种情况下，为了确定物体的二维或三维图像，在多个这样的小段上逐步扫描相应的测量区域，其结果是物体的成像可以从各个小段中重建，而不会在各个扫描步骤中产生物体的完整图像－由于与物体平面的距离可能存在模糊。

通过成像的清晰度依赖于物体和物面之间的距离－例如，焦平面－或者，相应地通过从不同距离范围的多个成像或从在每种情况下成像清晰的多个片段重建成像的方式，可以实现深度测量，即，例如，在以成像方式捕获的情况下，确定物体或其一部分或其他物体的绝对或相对距离，例如，以全景深对物体进行成像－可能是三维的。

有必要改进用于深度测量的测量方法、测量装置和光学显微镜，特别是能够进行成像深度测量，以减少深度测量的时间要求，以简化深度测量的实施或测量装置，例如，用于深度测量的测量装置或光学显微镜，和/或使这种实施或这种测量装置更具有适应能力。

发明内容

本发明分别通过一种用于成像深度测量的测量装置，通过一种光学显微镜以及通过每种情况下用于成像深度测量的测量方法来满足上述的需求。

本发明的第一方面涉及一种用于成像深度测量的测量装置。所述测量装置包括具有物镜的成像装置和图像捕获装置。所述成像装置被配置为将从物体发出的光相对所述物体的多个物面进行成像，以形成宽视场中间图像，其中，通过所述成像装置的纵向色差，所述物面根据所述物体发出的光的波长，沿深度轴交错排列。所述图像捕获装置被配置为以成像方式和以对一个或多个可选的光谱分量进行解析的方式来捕获宽视场中间图像－在一些变型中，正好是一个光谱分量，两个光谱分量，三个光谱分量，四个光谱分量或四个以上光谱分量同时可以选择的－每个光谱分量对应于所述物面中的之一。

所述纵向色差与相对于所述光谱分量的分辨率相结合的一个优势可能特别在于，所述物面是交错的，由此，可以对物体的不同平面清晰地成像－即，例如，所述物体相对于所述深度轴的不同高度－通过对应于所述物面的所述各自光谱分量，和/或可以沿着所述深度轴增加距离范围，在所述距离范围内物面至少基本上能够被清晰地成像。选择所述相应的光谱分量并因此选择相应的物面的一个优点可能特别在于这样的事实，与对所述测量装置或具有这种测量装置的光学显微镜的焦点进行机械调节相比，这样的选择可以更精确地实现，从而能够实现相对于所述深度轴的更高的分辨率。此外，这样的选择可以被加速，从而使得可以更有效地进行深度测量。不需要对焦距进行机械调整的事实的一个优点也可能在于简化了所述测量装置的设置。对所述宽视场图像或所述宽视场中间图像二维捕获的成像的一个优点可以特别在于以下事实：可以通过一个捕获步骤捕获关于所述物体的二维信息，从而使得测量能够进行得更快。

在一些实施例中，所述成像装置被配置为根据从所述物体发出的所述光的波长，将所述物面中相应的一个物面清晰地成像到所述宽视场中间图像上，其中，相对于各个相应波长的部分或全部所述物面被清晰地成像到一个公共的宽视场中间图像上。将所述物面成像到公共的宽视场中间图像上的一个优点可能特别在于以下事实：对于－在一些变型中很清晰的－捕获的公共的宽视场中间图像，不需要相对于不同光谱分量的不同的图像平面和/或不同的物面，而是有可能相对于所述公共的宽视场中间图像的一个图像平面，使用所述图像捕获装置捕获所述宽视场中间图像的不同光谱分量，每个光谱分量对应于一个物面－可能会根据每种情况下选择的光谱分量进行过滤或解析。

在与之相关的一些可选的实施例中，所述成像装置被配置为，相对于各自对应的波长，将所述物面中相应的一个物面清晰地成像到相应的宽视场中间图像上，其中，所述图像捕获装置被配置为捕获相对于各个相应的波长的所述相应的宽视场图像－即，例如，以包含相应波长的光谱分量解析的方式－并且以很清晰的成像方式－即，具有预先设定的空间分辨率或更高的空间分辨率。在这种情况下，所述成像装置的所述纵向色差可以有利地与所述图像捕获装置的可能的其它的色差结合起来，以这样的方式使得所要捕捉的宽视场图像被成像，并且可以被清晰地捕获。

在一些实施例中，所述测量装置还包括用于布置物体的，特别是三维的测量区域。在这种情况下，在一些变型中，所述物面位于所述测量区域内。在一些变型中，所述物面延伸穿过所述测量区域。在其他变型中，只有一些物面，例如至少一个物面位于或延伸穿过所述测量区域。在一些变型中，以这样的方式将所述物体布置在所述测量区域中，使得所述物面中的至少一个物面延伸穿过所述物体。在这种情况下，在与之相关的一些变型中，多个所述物体平面延伸穿过所述物体或至少部分地位于所述物体的表面上，而在与之相关的其他变型中，所述物面的一个或多个，尤其是多重的物面相对于所述深度轴与所述物体有一定的距离－即，例如，每个物面都位于所述物体上方或下方或在其上延伸。延伸穿过所述物体或位于所述物体上的多重物面的一个优点可能特别在于可以获得相对于所述深度轴的更高的分辨率。在相对于所述深度轴距离所述物体较远处延伸或位于该处的多重物面的一个优点尤其在于，多个物体平面相对于深度轴在一定距离上延伸或位于物体平面上的一个优点尤其在于，可以扩展相对于所述深度轴的距离范围，在该范围内至少可以基本清晰地捕获物体，即，例如，在沿所述深度轴的较大距离范围内可以对物体进行聚焦。

在一些实施例中，所述测量装置还包括用于照亮所述物体的照明光的光入口区域和/或配置成产生用于照亮物体的照明光源的一个或多个光源，其中，所述所照明光从所述光入口区域传递到所述物体，而无需穿过所述图像捕获装置或其一部分。

在一些实施例中，所述图像捕获装置被实现为高光谱图像捕获装置。在一些变型中，所述高光谱图像捕获装置被配置为以光谱解析的方式和二维解析的方式同时捕获十个或更多个光谱分量，即至少基本上同时捕获，即，例如，作为具有十种或更多种不同颜色的彩色图像。在它的一些其他可选的变型中，所述高光谱图像捕获装置被配置为以二维解析的方式捕获十个或更多个的光谱分量，其中，以相对于彼此在时间上偏移的方式捕获不同的光谱分量。

在一些实施例中，所述图像捕获装置包括图像传感器装置，其中，所述图像传感器装置被配置为以二维的方式并以相对于多种光谱分量的解析方式捕获所要捕获的宽视场图像。在一些变型中，所述图像传感器装置包括多个组－例如，至少五个组或至少十一个组－传感器元件，在每种情况下以二维分布的方式布置，其中，每个组相对于多个光谱分量中的特定的光谱分量敏感。以这种有利的方式，可以同时并且以二维解析的方式捕获不同的光谱分量，每个光谱分量对应于所述多个组中的一个。此外，在所谓的“焦点堆叠”的情况下，一些变型被配置为在每种情况下确定相对于所述多个组中的每个组的那些区域，在这些区域中，相对于所述各个组对物体清晰地成像。此外，与其相关的另外的变型还被配置为使用相对于各个组的剩余区域，即在各个组中没有被清晰成像的那些区域，以用于相对于所述剩余区域的，相对于各个光谱分量的颜色信息，各个组是敏感的。

在一些实施例中，所述图像捕获装置包括可调节的光谱滤波器装置，其用于选择所述一个或所述多个光谱分量。所述光谱滤波器装置具有输入侧和输出侧，并且被配置为将来自所述输入侧的光的选定的光谱分量传输到所述输出侧或将其反射到所述输出侧，并且相应地不传输或不反射其他光谱分量。在一些变型中，可调节光谱滤波器装置被配置成对一个或同时对多个光谱分量进行过滤，并且在此过程中将后者传输到所述输出侧或将后者反射到所述输出侧，其中，每个光谱分量根据各自的选择，分别位于200nm至4000nm之间，450nm至800nm之间，400nm至900nm之间，350nm至800nm之间，400nm至1500nm之间，400nm至2200nm之间的波长范围内或在可见的范围内，即，例如在3.8*10²nm至7.5*10²nm之间。

在一些实施例中，所述图像捕获装置包括用于选择所述一个或所述多个光谱分量的可调节的法布里-珀罗干涉仪。所述可调节法布里-珀罗干涉仪的一个优点尤其在于，后者使得可以实现大的通过区域，例如，对于具有大面积和/或大范围的宽视场图像/宽视场中间图像。直径大，由此，可以同时在物体上捕获较大的二维区域。此外，以这种有利的方式，可以实现较低的能源需求和/或可以减少机械磨损－例如，与机械更换彩色滤光片相比。在一些变型中，用于选择一个或多个所述光谱分量的可调节法布里-珀罗干涉仪可通过压电方式或通过MEMS(微机电***)进行调谐，从而能够特别快速和/或精确地选择相应的光谱分量或各自的光谱分量－可能与低能量需求和/或很少的磨损相结合。此外，与此有关的一些变型包括闭环控制装置，该装置具有与所选的一个或多个光谱分量相关的反馈，从而例如使得能够对光谱中的位置进行校准和/或对所选择的一个或多个光谱分量进行特别精确的设置。在一些其他变型中，可调节的法布里-珀罗干涉仪被配置为同时传输多个－例如，两个或三个－选定的，特别是窄带的光谱分量，由此，可以有利地同时捕获所述多个光谱分量。

在它的一些其他可选的实施例中，所述图像捕获装置包括多个滤色器作为可调节的光谱滤光器装置，其中，所述光谱滤光器装置被配置为引导来自所述输入侧的光通过/到达所述多个滤色器中相应的选定的滤色器。

在一些实施例中，其中，所述图像捕获装置包括可调节的法布里-珀罗干涉仪－或更一般地，光谱滤波器装置，所述图像捕获装置还包括图像传感器装置。此外，所述测量装置被配置成将来自所述物体的光在通过所述成像装置之后引导至所述法布里-珀罗干涉仪或光谱滤光器装置上，以通过后者过滤所述光，过滤之后保留来自所述物体的光的窄带光谱分量，并通过所述图像传感器装置以成像方式捕获所述光。在这种情况下，通过设置所述法布里-珀罗干涉仪或所述光谱滤波装置，可以选择所述窄带光谱分量，从而可以选择与所述图像捕获装置影响分辨率相关的所述光谱分量，以及因此可以选择相应的物面。在一些变型中，来自所述物体的光的窄带光谱分量在滤波之后仅保留一个。在与之相关的一些其他的可选的变型中，来自物体的光的多个－例如，两个或三个－窄带光谱分量在滤波之后保留。

在本公开的含义内，窄带光谱分量应该被理解为是指至少一种这样的光谱分量，其光谱宽度至少小到足以使来自具有该窄带光谱分量内的波长的物体的光，通过所述成像装置和可能的所述成像捕获装置的成像光学元件，能够被清晰地成像到所述宽视场中间图像上或要被捕获的宽视场图像上。在这方面，以这种窄带光谱分量为例，例如。其半峰全宽小于60nm，小于30nm，小于10nm，小于5nm或小于3nm。较小的半峰全宽的一个优点可能特别在于可以实现更清晰的成像。较大的半峰全宽的一个优点有可能特别在于以下事实：可以增加相对于来自手术物体的光的光强度，从而特别能够缩短曝光时间和/或降低噪声。在多个，特别是同时可选的光谱成分的情况下，它们可以分布在可以选择的光谱范围内－例如，200nm至4000nm之间－即，例如，所选成分之一可以在4*10²nm，另一个可以在6*10²nm，另一个可以在8*10²nm。

在一些实施例中，其中，所述图像捕获装置包括图像传感器装置和可调节的法布里-珀罗干涉仪－或更一般地，光谱滤波器装置，所述图像传感器装置被实现为单色图像传感器装置。因此，作为单色图像传感器装置的图像传感器装置被配置为相对于光强度捕获被二维地捕获的宽视场图像。在这方面，在一些变型中，所述单色图像传感器装置正好具有一组二维排列的传感器元件。在一些变型中，所述单色图像传感器装置被配置为对于至少可选的光谱分量捕获被二维地且至少在很大程度上同样灵敏地捕获的所述宽视场图像，使得，例如，所述单色图像传感器装置在给定相同的光强度的情况下，为所述光谱分量中的一个光谱分量的光和所述光谱分量中的另一个光谱分量的光输出相应的传感器值，并且这些传感器值相互之间的偏差最多为20％，最多为10％或最多为2％。在它的其他可选的变型中，所述传感器元件的灵敏度相对于不同的光谱分量可以是不同的，其中，例如，考虑到先前的滤波－例如，通过可调节的法布里-珀罗干涉仪－该影响传感器元件的光谱分量是已知的，因此，根据各自的光谱分量对应于特定光强度的传感器元件的传感器值是可校准的。以这种有利的方式，可以提高所述图像传感器装置的灵敏度和/或所述图像传感器装置的空间分辨率能力。

在它的一些其他可选的实施例中，其中，所述图像捕获装置包括图像传感器装置和可调节的法布里-珀罗干涉仪－或更一般地，光谱滤波器装置，所述图像传感器装置被实现为彩色图像传感器装置。因此，作为彩色图像传感器装置的所述图像传感器装置被配置为同时捕获要二维地捕获的宽视场图像，并且以颜色解析的方式－例如，作为RGB图像，也就是说以根据红、绿和蓝等颜色解析的方式捕获。在这方面，在一些变型中，所述彩色图像传感器装置在每种情况下具有三组二维排列的传感器元件，其中，例如，其中一组对红色敏感，另一组对绿色敏感，而另一组对绿色敏感。此外，在一些其他变型中，所述彩色图像传感器装置在每种情况下具有四组二维排列的传感器元件，其中，例如，一组对红色敏感，另一组对绿色敏感，而另一组对绿色敏感，还有一组对蓝色敏感，还有一组对红外线敏感。以这种有利的方式，可以－至少在没有选择光谱分量，相应地没有从所述宽视场中间图像或从所述物体的光中滤掉光谱分量的情况下－可能会按照颜色捕获所述物体。通过按照颜色进行捕获，还可以将不同的选定的光谱成分彼此区分开。在通过可调节的光谱滤波器装置同时选择多个光谱成分的变型中，可以同时捕获所述光谱分量，并在此过程中对其进行区分，其结果为，例如，使得更快地扫描多个物面成为可能和/或所述将测量装置可以被配置，特别是更快地，用于自动聚焦到所述物面中的一个物面上，该物面对应于同时捕获的所述光谱分量中的之一，和/或可以确定所述物面之中两个物面相对于所述深度轴的距离－即，例如，高度差－具有已经以这种方式按照色彩所捕获的图像。在这方面，例如，一些变体包括可调节的法布里-珀罗干涉仪干涉仪，其中，在每种情况下，可以同时选择两个光谱分量，以及RGB图像传感器装置，其中，这些颜色通道－即，例如传感器元件组例如，像素－其中，分别由所述可调节的法布里-珀罗干涉仪传输的所述两个光谱分量中的一个光谱分量是通过对所捕获的物体的彩色图像的强度分析和/或对比度分析来确定的－其中，例如，来自没有选定光谱分量的颜色通道的传感器元件组至少基本上输出对应于黑暗的信号，即，非常低的光强度－并通过校准，例如，对应于所述两个选定的光谱分量的所述两个物面之间的高度差被预先确定或被确定，因此，根据所述校准和已经捕获的彩色图像，确定被所述两个物面中的一个对其中一个颜色通道进行清晰成像的物体的那些二维区域与被所述两个物面中的另一个对另一个颜色通道进行清晰成像的物体的那些二维区域之间的高度差。

在所述图像捕获装置包括图像传感器装置的一些实施例中，所述图像捕获装置还包括成像光学元件。所述成像光学元件被配置为在所述图像传感器装置处将所述宽视场中间图像或者其所述可选的一个或多个光谱分量成像到图像平面上－在一些变体中恰好成像在一个图像平面上－作为要捕获的宽视场图像。此外，所述图像传感器装置被配置成至少二维的捕获所述待捕获的宽视场图像。

在一些变型中，所述图像传感器装置包括一组二维排布的传感器元件，用于二维地捕获宽视场中间图像，宽视场图像或来自所述物体的光。在它的一些变型中，所述图像传感器装置包括CMOS图像传感器或由CMOS图像传感器组成，其中，例如，所述CMOS图像传感器包括多个像素，其中，所述多个像素中的各个像素形成所述传感器元件的各个传感器元件。

在一些实施例中，所述图像捕获装置包括具有图像捕获区域的图像传感器装置和成像光学元件。在这种情况下，所述成像装置和所述成像光学元件形成光学***，该光学***被配置为根据来自所述物体的光的波长将所述物面中的相应一个物面清晰地成像到所述图像捕获区域上。此外，所述图像传感器装置被配置为二维的捕获分别成像到所述图像捕获区域上的所述物面，作为要被捕获的宽视场图像。在一些变型中，所述图像传感器装置的图像捕获区域对应于所述图像平面，所述成像光学元件清晰地将所述宽视场中间图像或者其可选的一个或多个光谱分量成像在所述图像平面上。

在所述成像布置和可能的成像光学元件形成光学***，并且所述图像捕获装置具有图像捕获区域的一些实施例中，所述深度轴对应于所述物镜的光轴，并且，所述物面至少基本垂直于所述深度轴－例如，所述物平面各自与所述深度轴形成40°至130°之间的角度，80°至100°之间的角度，85°至95°之间的角度或89°至91°之间的角度，并且可能沿所述深度轴彼此间隔一个预定的距离，所述距离取决于各自相应的波长之间的差异。在这种情况下，所述光学***具有景深，该景深定义了沿着所述深度轴从各个物面之一的距离范围。此外，所述光学***被配置为在所述距离范围内，对于来自所述物体的对应于各自的物面的光的波长，至少基本上将物体清晰地成像在所述图像捕获区域上。

在本公开的含义内，应将宽视场图像理解为是指物体的至少一个图像，该图像－例如，与共焦显微镜相比－包含所述物体的二维信息，并且，对应于，例如，所述物体的一个二维图像或整个物体。因此，在本公开的含义内，应将宽视场显微镜至少理解为物体要成像的全部区域同时成像－例如，在传统的光学显微镜中。这与连续扫描要成像区域的方法和装置划清界限－例如，在共焦显微镜下。

在本发明的含义内，应将宽视场中间图像理解为是指在光学***中包含所述物体的二维信息的至少一个中间图像。在这种情况下，例如，在所述宽视场中间图像的图像平面中的所述宽视场中间图像可以是所述物体或者其至少一个有限的二维区域的清晰成像。只要来自所述物体的光具有不同的光谱分量，例如，则所述宽视场中间图像也可以具有相应的光谱分量，其中，在一些变型中，所述宽视场中间图像至少对于所述光谱分量中的一个光谱和相对于对应的物面是清晰的，而其他光谱分量－例如，由于色差－在该物面的情况下可能是模糊的，和/或所述宽视场中间图像相对于其它物面的该光谱分量可能是模糊的－例如，由于有限的景深。

在本发明的含义内，清晰的成像应当被理解为至少意味着这样的成像，该成像将(光)点成像到二维区域上－例如，在图像平面内或在图像捕获区域上－最多只具有预定的大小，即，例如，最多是预定的范围。在这种情况下，所述二维区域的大小或范围－即，例如，其面积或直径－可能取决于所需的空间分辨率。在光学***中，例如，只有那些位于所述光学***的物面中的点才会在衍射极限的范围内被清晰地成像，特别是绝对地成像，而其他点随着与所述物面的距离的增加而不那么清晰地成像。对象平面。在这种情况下，光学***可以具有景深，该景深定义了距离物面的距离范围，在该距离范围内位于该范围内的点至少基本清晰地成像，从而，例如，可以在该距离范围内实现期望的空间分辨率。

在这方面，请看：

2019年11月1日版的

[“景深”]，在Wikipedia.de:

https://de.wikipedia.org/w/index.php？title＝Sch％C3％A4rfentiefe&oldid＝193646047

2019年11月1日版的“焦点堆栈”，在Wikipedia.de:

https://de.wikipedia.org/w/index.php？title＝Focus_stacking&oldid＝193649887

2018年7月7日版的“Fokusvariation”[“焦点变化”]在Wikipedia.de:

https://de.wikipedia.org/w/index.php？title＝Fokusvariation&oldid＝178947710

和

2019年12月2日版的“Konfokalmikroskop”[“共焦显微镜”]在Wikipedia.de:

https://de.wikipedia.org/w/index.php？title＝Konfokalmikroskop&oldid＝194581743

在这种情况下，在共焦显微镜中，针孔光阑以这样的方式关闭，使得不生成宽视场图像或宽视场中间图像。

在一些实施例中，给所述物面中的每个物面分配来自所述物体的光的相应波长，从相应选择的光谱分量，在该选定的光谱分量处所述物***于相应物面中的区域－即，例如，位于所述相应的物面沿着所述深度轴相对于一定的距离的高度－被清晰地，特别是绝对清晰地，成像在所述宽视场中间图像和/或宽视场图像上。

在一些实施例中，所述成像装置具有纵向色差，使得对于从所述物体发出的波长范围为400nm至800nm的光，所述物面沿深度轴布置在至少300μm或5μm的范围内。在这种情况下，在一些变型中，所述物面中对应于具有最短波长的可选的光谱分量的第一个物面与所述物面中对应于具有最长波长的可选的光谱分量的最后一个物面之间间隔至少300μm或至少5μm。在它的一些变型中，所述第一个和所示最后一个物面之间的距离－即，例如，后者之间的高度差－在4mm至10μm之间的范围内。

在一些实施例中，所述各个可选择的光谱分量的纵向色差和半峰全宽彼此协调，使得来自各个选定的光谱分量的光仅对应于沿所述深度轴从分别清晰成像的物面的距离范围，该距离范围小于景深。在一些变型中，该距离范围与景深的比值小于或等于1/2或小于或等于1/3。以这种有利的方式，对于相应选定的光谱分量，宽视场图像以及可能的宽视场中间图像至少基本上被清晰地成像。

在一些实施例中，所述纵向色差和所述景深以这样的方式彼此协调，使得在所述光谱分量是可选择的整个光谱范围内，所有相应的物面彼此之间最多间隔与对应于景深的距离，对应于景深的三分之一或对应于景深的四分之一。以这种有利的方式，对于相应选择的光谱分量，所述宽视场图像和可能的所述宽视场中间图像被特别清晰地成像，和/或所有物面－对应于相应的光谱分量－被清晰地成像，从而可以实现特别是沿所述深度轴的高分辨率。在这方面，在一些变型中，与所述纵向色差相互作用的所述图像捕获装置的可调节光谱滤光器装置，被配置为以这种方式过滤来自所述物体的光，使得来自所述物体的光的－相应可选的－窄带光谱分量在通过所述可调节光谱滤光器装置过滤之后保留下来，其中，那些对应于在相应的窄带光谱分量的半峰全宽的波长范围内的来自物体的光的相应波长的物面彼此之间最多间隔120nm、最多间隔9nm或最多间隔2nm。以这种有利的方式，可以沿所述深度轴以相应的高分辨率解决高度差－即，例如，已经可以区分120nm，9nm或2nm的高度差。在这方面，在一些变体中，所述物镜具有约为或正好为1.4的数值像差，和约为或正好为250nm的景深－例如，在波长约为或正好为500nm时，在400nm至800nm的波长范围内，所述纵向色差带来了所述物面沿所述深度轴的最大距离约为或正好为100nm，并且可选的光谱分量的半峰全宽约为或正好为5nm，从而导致，以半峰全宽的步长扫描400nm至800nm的波长范围－例如，在每种情况下5nm－在80步中，相应地有80个不同的物面的捕获图像，这些物面沿着大约或正好100nm的距离范围交错排列。因此，例如，可以解析所述物面之间的距离－例如，彼此相邻的物面之间的距离－大约为100nm/80，即大约1nm，和/或对所述物面进行清晰的成像，特别是绝对清晰。

在与此有关的一些可选的实施例中，所述纵向色差和所述景深相互协调，使得在光谱分量为可选择的整个光谱范围内，所有相应的物面彼此之间间隔一定的距离，该距离相当于所述景深的2/3，所述景深的7倍或所述景深的60倍。以这种有利的方式，可以实现相对于所述深度轴的较大的测量区域，因此，例如，对于在所述整个光谱范围内选择的不同的光谱分量，可以在更大的距离范围内－即，例如，在更大的高度差上－沿所述深度轴进行扫描，因此，尤其可以实现更大的景深。在一些变型中，所述测量装置包括自动聚焦装置，该自动聚焦装置被配置为将来自物体的具有相应光谱分量的光至少基本上清晰地成像的物面之一，确定作为聚焦的物面。在这种情况下，可以实现较大的距离范围的一个优点可能特别在于以下事实：通过选择相应的光谱分量，所述自动聚焦装置可以在这个更大的距离范围内－即，例如至少在1mm，4mm的或1cm的范围内－进行自动聚焦。在一些与之相关的可选的变型中，可能的距离范围小于可能的较大距离范围－例如，小于1mm。在一些变型中，与所述纵向色差相互作用的所述图像捕获装置的可调光谱滤光器装置被配置为过滤来自所述物体的光，使得来自所述物体的光的－分别可选的－窄带光谱分量在通过所述可调光谱滤光器装置进行滤波之后得以保留，其中，那些与在所述相应的窄带光谱分量的半峰全宽处的波长范围内的来自所述物体的光的波长相对应的物面彼此之间最多间隔120nm，最多间隔9nm或最多2nm。在它的一些变型中，景深小到足以使得所述物面中只有少量分别相邻的物面，特别是仅三个物平面或仅一个相应的物平面，被至少基本上清晰地成像。在这种情况下，在一些变型中，所述少量分别相邻的物面，特别是在每种情况下恰好只有一个清晰成像的物面，根据成像的清晰度－例如通过对比度分析确定－与其他物面区分开来。以这种有利的方式，可以沿手术深度轴以相应的高分辨率解决高度差－即，例如，已经可以区分高度差为120nm、9nm或2nm的物面。

在一些实施例中，成像装置还包括可调节的像差装置，借助该装置可调节成像装置的纵向色差。以这种有利的方式，可以设置所述物面和相应波长之间的依赖性－即，例如，具有相应波长的光谱分量。在这方面，例如，对于来自物体的光的两个预定的特定波长具有较大的纵向色差，通过与较小的纵向色差相比，可以在相应的物面之间实现较大的距离，其结果是，例如，可以在所述深度轴方向上扩大测量区域，在该测量区域上分布有物平面。相反，如果纵向色差较小，则有可能提高沿深度轴的空间分辨率的能力。

在所述成像布置包括可调节的像差装置的一些实施例中，所述可调节的像差装置包括用于多个像差元件中的各个像差元件的底座。在这种情况下，所述底座被配置为以可释放的方式保持所述各个像差元件。此外，所述可调节像差装置被配置为将来自所述物体的光在通过所述物镜之后引导至所述像差元件，并且通过相应的像差元件进行折射，使其在与物镜的相互作用中发生纵向色差，并且所述物面根据来自所述物体的光的波长沿所述深度轴交错排布。

在所述成像布置包括可调节的像差设备的一些实施例中，所述可调节的像差设备包括至少两个光学元件，它们之间的距离是可调节的，使得所述纵向色像差取决于分别设置的距离。

在一些实施例中，所述物镜具有纵向色差，以使得对于从物体发出的波长范围在400nm到800nm之间的光，所述物面沿着所述深度轴布置在至少300μm或10μm或5μm的范围上。在这种情况下，在一些变型中，所述物面中对应于具有最短波长的可选的光谱分量的第一个物面与所述物面中对应于具有最长波长的可选的光谱分量的最后一个物面间隔至少300μm，至少100μm或至少5μm。在它的一些变型中，所述第一个和所述最后一个物面之间的距离－即，例如，这些物面之间的高度差－介于1.4mm至0.5*10¹μm之间的范围内。

在一些与之相关的其他可选的实施例中，所述物镜是消色差物镜，并且所述成像装置还包括像差装置，该像差装置引起所述成像装置的纵向色差。在这种情况下，在一些变体中，所述像差装置被配置为产生纵向色差，以使得对于从物体的发出的波长范围为400nm到800nm的光，所述物面沿所述深度轴布置在至少300μm或至少10μm或至少1μm的范围内。在这种情况下，在一些变型中，所述物面中对应于具有最短波长的可选的光谱分量的第一个物面与所述物面中对应于具有最长波长的可选的光谱分量的最后一个物面间隔至少300μm，至少10μm或至少1μm。在它的一些变型中，所述第一个和所述最后一个物面之间的距离－即，例如，这些物面之间的高度差－在4mm至1μm之间的范围内，即，例如，介于4mm至1mm之间的范围内，或介于3mm至1.4mm之间的范围内，或介于5*10²μm至1μm之间的范围内，或介于50μm至5μm之间的范围内。

本发明的第二方面涉及一种用于成像深度测量的光学显微镜，其中，所述光学显微镜包括根据本发明的第一方面的测量装置，也就是说，相应地包括至少一个成像装置和图像捕获装置。所述成像装置可以包括用于物镜的物镜支架。所述成像装置被配置为对从物体发出的光相对于所述物体的多个物面进行成像，以形成宽视场中间图像，其中，通过所述成像装置的纵向色差，所述物面根据来自所述物体的光波长沿着深度轴交错排布。所述图像捕获装置被配置为以成像方式和相对于一个或多个可选的光谱分量的解析的方式捕获所述宽视场中间图像，每个所述可选的光谱分量对应于所述物面中的一个物面。

本发明第一方面的可能的优点，实施例或变型也相应地适用于光学显微镜。在这种情况下，例如，所述光学显微镜的部件，例如，所述成像装置或所述图像捕获装置，可以根据本发明的第一方面来体现，和/或，例如，根据本发明的第一方面形成测量装置。

在一些实施例中，所述光学显微镜包括光源和分光器。在这种情况下，所述光学显微镜被配置为通过光源产生照明光，并且将所述照明光引导至所述分光器，并且进一步地，在通过所述分光器之后不通过所述图像捕获装置或其部分，引导至所述成像装置。此外，所述成像装置被配置为将所述照明光引导到所述物体上。

照明光被引导到所述物体上而不通过所述图像捕获装置或其部分的事实的一个优点特别在于可以实现不同类型的照明。在这方面，例如，可能不需要结构照明和/或共焦照明。此外，只要来自这些光源的光具有与所述物面相对应的光谱成分，或者从所述物体中发出这样的光－例如，由于荧光的原因，可以使用外部光源或多色光源或白光光源进行照明。

在一些实施例中，所述光学显微镜被配置为通过明场照明和/或暗场照明来照明所述物体。

在一些实施例中，所述光学显微镜被配置为用于借助于多色和/或窄带，例如，单色照明，来照明所述物体。

在一些实施例中，所述光学显微镜被配置为通过同轴照明来照明所述物体。

本发明的第三方面涉及一种用于成像深度测量的测量方法。该测量方法包括将从物体发出的光相对于物体的多个物面进行成像，以形成宽视场中间图像。在这种情况下，通过纵向色差，使物平面根据来自物体的光的波长沿着深度轴的交错排列。此外，该测量方法包括以成像方式捕获宽视场中间图像，其中，来自所述物体的光的一个或多个可选的光谱分量，每个光谱分量对应于所述物体平面之一，被解析。

本发明上述的各方面的可能的优点，实施例或变型也相应地适用于测量方法。此外，例如，根据本发明的第一方面的测量装置或根据本发明的第二方面的光学显微镜可以被配置为执行根据本发明的第三方面的方法。

在一些实施例中，测量区域被照亮。

在一些实施例中，所述物体被布置在测量区域内或所述被照亮的测量区域内。

在一些实施例中，所述物面延伸穿过所述测量区域或位于所述测量区域内。

在一些实施例中，一个或多个物面延伸穿过所述物体。

在一些实施例中，所述物体被聚焦。在一些变型中，所述物面中的至少一个物面被聚焦，该物面延伸穿过所述物体。

在一些实施例中，多个所述物面被扫描，其中，选择所述物面中的相应一个物面，并且以成像方式捕获与各自选择的物面相对应的所述宽视场中间图像的那些光谱分量。

在一些实施例中，通过校准物体来校准所述物面与来自物体的光的相应波长之间的依赖性。

一些实施例涉及计算在所述宽视场中间图像中分别为相应的波长和物面捕获的那些二维区域，在这些二维区域上，相应的物面被清晰成像。

在一些实施例中，根据计算出的二维区域和所述相应的物面来确定所述物体的形貌。

一些实施例涉及根据所捕获的宽视场中间图像及其各自的二维区域来确定所述物体的联合成像－例如，具有扩展的景深。在一些变型中，所述联合成像是通过将所捕获的宽视场中间图像的那些片段进行组合来计算的，所述这些片段对应于相应的二维区域，与所述这些二维区域相对应的物面被清晰地成像。一些这样的变型被实现为焦点堆叠，其中，所述焦点的改变/变化是通过改变/选择所述相应的光谱分量及波长来实现的。

本发明的另一方面涉及一种***，该***包括根据本发明的第一方面的测量装置或根据本发明的第二方面的光学显微镜，并且包括用于校准所述物面与所述相应的各波长之间的依赖关系的校准物体。在这种情况下，在一些变型中，所述校准对象可以具有特定的阶梯结构。此外，在一些变型中，所述校准对象可以是无色的，例如灰色或白色。可选地，在一些变型中，所述校准对象可以是彩色的，其中，例如，所述校准对象的阶梯结构的特定区域均具有特定颜色，使得所述校准对象在各自的阶梯结构处发出具有波长的光，该波长的光对应于待校准的物面。

本发明的上述各方面的可能的优点，实施例或变型也相应地适用于包括校准对象的***。

根据以下示例性实施例的详细描述和/或附图，可以明显看出本发明进一步的优点、特征和应用可能性。

附图说明

下面参照图，在具有优势的示例性实施例的基础上，更详细地解释本发明。除非描述了与之相反的东西，或者除非从上下文可以明显地看出与之相反的东西，否则示例性实施例的相同元件或组成部分基本上由相同的附图标记标识。

在这方面，在图中，部分示意性地表示：

图1示出了根据一个实施例的具有根据一个实施例的校准物体的测量装置；

图2示出了根据一个实施例的光学显微镜；

图3示出了用于不同物面的物体的多个成像和物体的高度轮廓以及对不同物面的分配，以用于说明实施例；

图4示出了根据一个实施例的一种测量方法的流程图；

图5示出了多个不同的物面以及沿深度轴相对于景深的一个区域，以用于说明实施例；

图6示出了多个不同的物面，以及沿深度轴相对于景深的多个区域，以用于说明实施例；

图7示出了根据另一实施例的测量方法的流程图。

具体实施方式

附图是本发明的各种实施例和/或示例性实施例的示意图。附图中示出的元件和/或组成部件不一定按真实比例显示。而是，以使得本领域技术人员可以理解它们的功能和/或其目的的方式来描绘图中所示的各种元件和/或组成部件。

图中示出的功能单元和元件之间的连接和耦合也可以实现为间接连接或耦合。特别是，数据连接可以体现为有线或无线，也就是说特别是作为无线电连接。此外，为了清楚起见，可以不图示某些连接，例如电连接，例如用于供应能量的连接。此外，光学连接－例如光学元件之间的连接－可以特别说明为直线的光线，在一些变型中，也可以通过光波导和/或通过光学元件(例如镜子)来实现，以偏转光线，为了清楚起见，不一定要示出这种连接。

图1示意性地示出了根据本发明的一个实施例的测量装置100。图1还示出了照明装置30、校准物体70、物体80和控制装置140。在这种情况下，在一些变型中，测量装置100包括照明装置30或控制装置140。此外，根据本发明的一个实施例的***可以包括测量装置100和校准物体70，并且可能包括照明装置30，物体80和/或控制装置140。

在一个示例性实施例中，测量装置100包括图像捕获装置110，以及作为成像装置的物镜120，例如，成像装置可以由物镜120组成。图像捕获装置110包括作为可调光谱滤波器的可调节的法布里-珀罗(Fabry-Pérot)干涉仪114和作为图像传感器装置的CMOS图像传感器116，其中，CMOS图像传感器116包含具有像素－例如单色像素－的二维矩阵，其形成了图像捕获区域118。在这种情况下，CMOS图像传感器116通过像素被配置为以二维的解析方式和可能以单色的方式，捕获在图像捕获区域118上成像的图像，例如，宽视场图像或宽视场中间图像。可调节的法布里-珀罗干涉仪114被配置用于选择光的多个光谱分量，其中，法布里-珀罗干涉仪114在每种情况下仅将波长在分别选择的光谱分量内的光从物镜120传送到图像传感器装置，也就是说，例如，传送到图像捕获区域118，并且反射或吸收其他光谱分量。在一些变型中，法布里-珀罗干涉仪114是可调谐的压电式的，从而使得能够特别快速和/或精确地选择各自的光谱分量。

为了成像深度测量，可以将物体80布置在物镜120处，使得所述物体在布置物镜120处，处在物镜120的光轴128延伸的区域中。此外，可以将物体80布置在校准物体70处，以便，例如在成像深度测量期间进行校准。在一些变型中，为此目的，校准物体70具有用于待测物体的接收区域，也就是说，例如，物体80，该物体可以布置在该区域中。以这种有利的方式，在校准过程中，可以将确定的物面－即，例如，形貌的高度－直接分配给在物体处的确定的物面，因为在某些变型中，两者可以同时被捕获和确定。

此外，在一些变型中，测量装置100包括用于照明物体80的照明光的光入口区域130。在一些变型中，光入口区域130围绕－至少基本上－环绕物镜120和物体80周围的整个区域，在这方面，例如，物体80可以位于可接触到环境光的开放区域－例如，在传送带上或可能在传送带上的校准物体上－物镜120从该开放区域对物体80进行成像。

此外，在一些变型中，测量装置100包括照明装置30，而在关于其的一些可选的变型中，照明装置30是在外部的，并且被配置为照明物体80－可能通过光入口区域130。

在本示例中－例如，如图1所示－照明光可以从光入口区域130和/或从照明装置30到达物体80，而无需通过图像捕获装置110或其部分－例如，法布里-珀罗干涉仪114。

物镜120被配置为对从物体80发出的光进行成像－例如，考虑到用照明光进行照明和/或考虑到物体的自发光特性，例如，荧光或把其他形式的能量转换成光－对于相对于物体的多个物面82形成宽视场中间图像86。在本示例中，由于物镜120的纵向色差，物面82根据来自物体的光的波长沿深度轴28交错排列。在这方面，例如，相对于深度轴28，对应于较长波长的物面可以比对应于较短波长的其他物面离物镜120更远，或者反之亦然。在本示例，在一些变型中，深度轴28对应于物镜的光轴128，并且在相同的方向上或者－如图1所示－在相反的方向上延伸，物镜平面82至少基本上与深度轴28正交。

物镜120与法布里-珀罗干涉仪114一起形成一种光学***，该光学***被配置为将来自物体的，波长位于从各自对应的一个物面82中分别选定的光谱分量内的光，正好清晰地成像在一个共同的图像平面上，作为宽视场图像88被捕获到图像捕获区域118上。在本示例中，例如－如图1所示－宽视场中间图像86和宽视场图像88可以重合－也就是说，例如，可以彼此相同－并且，例如，图像平面可以沿着图像捕获区域118延伸。因此，例如，在选择各自的光谱分量的基础上，可以在每种情况下选择已选定的物面82中已选定的物面，该物面被清晰成像，并且通过CMOS图像传感器116以二维方式被捕获，而来自物体的光的其他光谱分量－即，相应地也来自宽视场中间图像86－对于这些光谱分量，各自的物面不会被清晰的成像，而通过法布里-珀罗干涉仪114被过滤掉。因此，该光学***具有景深，并被配置为在各自选定的物面周围的距离范围内，将物体以对应于选定物面的波长－即，对分别选定的光谱分量中的波长－在图像捕捉区域118上进行至少基本上清晰的成像。在本示例中，不言而喻，成像的清晰度会随着与分别选定的物面的距离的增加而降低，其中，例如，如果以这种方式成像的光点最多延伸到图像捕获区域的特定区域上，则至少会影响到基本清晰的成像。在这种情况下，特定区域的大小－即，例如，该区域的面积或直径－可能取决于所需的空间分辨率。在这方面，例如，特定区域的大小可以对应于CMOS图像传感器116的9个像素，4个像素或1个像素，其中，例如，这些像素彼此相邻－例如，3*3像素或2*2像素。

图2示意性地示出了根据本发明的一个实施例的光学显微镜200。

在一个示例性实施例中，显微镜200包括图像捕获装置210和成像装置220以及分光器204，第一照明装置230和第二照明装置232，它们被布置在显微镜200的壳体202中的。此外，显微镜200包括一个物体台208，通过该物体台可以将物体布置在显微镜200的测量区域280中。在一些变型中，显微镜包括第三照明装置234，例如，该第三照明装置234被实现为环形灯具。

第一照明装置230被配置为产生光，将光发射到分光器204上，并且该光在穿过分光器204和成像装置220以及可能的物镜－例如，用于反射光照明，之后照射测量区域280。

第二照明装置232被配置为产生光，并且发射光穿过物体台208射向测量区域280－例如，用于透射光照明。在这种情况下，在一些变型中，照明装置232被配置用于暗场照明。

图像捕获装置210包括成像光学元件212，并且在一些变型中，进一步根据图1中的图像捕获装置110来体现。在与此相关的一些作为备选的变型中，图像捕获装置210包括图像传感器装置，其被配置为以二维方式捕获宽视场图像，并根据多个光谱分量解析以解析方式－例如，通过二维排列的多个像素组，每个像素组对多个光谱分量中的特定一个敏感。为此，在它的一些变型中，图像捕获装置210包括RGB相机。相比之下，相对于图1，图像捕获装置110的一些变型还可以包括彩色图像传感器装置，例如，RGB相机。

成像装置220包括可调节的像差装置224，通过该装置可调节成像装置220的纵向色差。

此外，成像装置220包括用于物镜120的物镜支架222。在本示例中，物镜120不一定是光学显微镜200的一部分。就这一点而言，在一些变型中，例如，物镜支架222被配置为容纳各种物镜，并以可释放的方式连接到各种物镜中的各个物镜，使得当将物体布置在测量区域280中时，从物体发出的光通过相应的物镜被引导到可调节像差装置224。通过这种方式，可以使用各种物镜，并且因此可以实现，例如不同的放大倍数、测量区域和/或工作距离，要捕获的物体布置在相对于深度轴或物镜的轴线工作距离处。

可调节的像差装置224包括像差元件228和用于像差元件228的安装座226，其中，安装座226被配置为可释放地连接到像差元件228或多个其他像差元件中的相应的一个，使得来自物镜或来自物镜支架222的光通过相应的像差元件被引导到达分光器204。

成像装置220被配置为将从物体发出的用于在测量区域280内沿着深度轴28交错排布的多个物面的光通过物镜引导至像差元件，其中，像差元件228与物镜的相互作用会引起纵向色差，使得每个与该物面对应的特定波长的光的物面－例如，在分光器204反射后－被清晰地成像，以正好形成一个公共的宽视场中间图像86。因此，该公共的宽视场中间图像86具有分别对应于其中一个物面的多个光谱分量。

此外，成像光学元件212被配置为将所述公共的宽视场中间图像86准确地成像到一个公共的宽视场图像88上，其中图像捕获装置210被配置为二维地捕获该公共的宽视场图像88。

在关于此的一些可选的变型中，首先对物面成像以形成不同的宽视场中间图像86－如图2所示－其中，成像光学元件212具有色差，使得所述不同的宽视场中间图像86或分别对应的宽视场中间图像的相应光谱分量被清晰地成像，以恰好形成一个公共的宽视场图像88。

在一些变型中，图像捕获装置210被配置为根据其光谱分量以解析的方式和二维的方式，例如，通过二维排列的多个像素组，捕获公共的宽视场图像88。在与此相关的一些可选的变型中，图像捕获装置210被配置为在每种情况下针对选定的光谱分量过滤共同的宽视场中间图像8

－例如，通过可调节的法布里-珀罗干涉仪114－该宽视场图像88在每种情况下只具有该光谱分量，并且以二维方式捕获它。在与此有关的一些可选的变型中，图像捕获装置210被配置为在每种情况下从不同的宽视场中间图像86中过滤出具有所选择的光谱分量的一个宽视场中间图像86，通过成像光学元件212对其进行成像以形成公共的宽视场图像88－即，将相应的宽视场中间图像86成像到宽视场图像88的公共的图像平面上－并捕获后者－换而言之，分别选定的光谱分量，例如，通过可调节的法布里-珀罗干涉仪114－二维地。

图3示出了本发明的一个实施例和/或应用，其基于物体相对于不同物面的多个成像，物体的高度轮廓以及对不同物面的分配。

在一个示例性实施例中，该物体对应于由成像308成像的物体，并且具有高度轮廓302。其它的成像380、382、384、386和388示出了对应于不同物面的物体。物面沿深度轴28交错排列。在这方面，在成像380中，相对于深度轴28布置在最底部的物面320至少基本上被清晰地成像－即，例如在景深范围内。相应地，物面322在成像382中被清晰的成像，物面324在成像384中被清晰的成像，物面326在成像386中被清晰的成像。成像380被捕获以获取450nm波长处的光谱分量。成像382被捕获以获取550nm波长处的光谱分量。成像384被捕获以获取650nm波长处的光谱分量。成像386被捕获以获取700nm波长处的光谱分量。成像388被捕获以获取800nm波长处的光谱分量。在本示例中，物面320至328在沿着深度轴28的大约1mm距离范围内交错排列，如图3中的指向，用于成像，即，换而言之，物面320与物面320的间距约为1毫米。此外，这些间距没有经过校准，并且关于距离和波长之间的依赖性可能是线性的或非线性的。

从图3还可以清楚地看到，相对于深度轴28布置在最上方的物面328位于高度轮廓302的上方，因此在成像388中，由于物面328没有延伸穿过物体的任何区域，因此，物体没有任何区域被清晰地成像。在对应于物面320、322、324和326中的一个物面的其他成像380、382、384和386中，在每种情况下，物体的特定区域都被清晰地成像。就这一点而言，例如，在成像380中，物面320延伸所穿过的区域381被清晰地成像，而在成像382中，该区域381未被清晰地成像。相比之下，在成像382中，物面322延伸所穿过的区域383被清晰地成像。因此，成像380、382、384和386形成所谓的z堆栈－即，例如沿深度轴的成像堆栈，其中，相对于特定体积区域的每个成像，该成像沿深度轴围绕各自相应的物面延伸，并受景深控制，物体的位于相应的体积区域中的那些区域，至少被基本清晰地成像－其中，通过纵向色差，物面沿深度轴28交错排布，并且通过所谓的聚焦堆叠方法可以将所述成像组合在一起，以形成具有扩展景深的联合成像，其中，在每种情况下，选择各成像中各成像清晰的区域进行组合，例如，这可以通过对比度分析来确定。

图4示出了根据本发明一个实施例的测量方法400的流程图。

在一个示例性实施例中，方法400包括方法步骤430、440、442、444、446、480、482和484以及方法条件410。测量方法400在方法开始402处开始并且在方法结束404处结束。

在方法步骤430中，用照明光照亮测量区域，例如多色光，例如具有多个光谱分量的白光。

在一些变型中，在测量方法400的方法步骤420中，将物体布置在测量区域内，并且延伸穿过物体的物面被聚焦。在本示例中，在一些变型中，物面对应于照明光的光谱分量中的至少一个被聚焦。

在方法步骤440中，扫描多个物面。为此，方法步骤440包括方法步骤442、444和446以及方法条件410。

在方法步骤442中，从物体发出的光被成像以形成宽视场中间图像，其中，通过纵向色差，相对于光谱分量中所选定的光谱分量，对物面中的选定物面进行清晰的成像。

在方法步骤444中，例如通过可调节的干涉仪，从宽视场中间图像中滤除所选择的光谱分量。

在方法步骤446中，例如通过图像传感器装置以二维成像方式捕获宽视场中间图像的被滤波后的光谱分量。

方法条件410包括检查是否要选择物面中的另一个物面。如果是这种情况－用<1>表示，则该方法在方法步骤442继续进行，其中，另一个物面是选定的物面，并且在该方法步骤444中过滤与该被选定的另一个物面相对应的另一个光谱分量。就这一点而言，例如，在一些变型中，将可调干涉仪相应地设置为该进一步选择的光谱分量。如果没有选择其他的物面－用<0>表示，则该方法在方法步骤470或方法步骤480处继续。

在一些变型中，在测量方法400的方法步骤470中，通过校准对象来确定物面和对应的光谱分量之间的依赖性，以进行校准。为此，在一些变型中，对校准对象执行方法步骤440，并且根据已知的校准对象的形貌和相应选择的光谱分量来确定校准数据。

方法步骤480包括计算在宽视场中间图像中为对应的波长和物面分别捕获那些二维区域，各个物面在该二维区域上被清晰地成像。为此，在它的一些变型中，进行对比度分析，其中，将宽视场中间图像细分为二维片段，并且对于这些二维片段中的每一个，在每种情况下，选择在相应选定的宽视场中间图像的各段中表现出最大的对比度的宽视场中间图像，由此，各个宽视场中间图像的清晰成像区域对应于相应的宽视场中间图像已被选择的段。

在方法步骤482中，根据计算出的二维区域确定物体的形貌，即，例如，二维高度轮廓。

方法步骤484包括通过将捕获的宽视场中间图像中对应于各个二维区域的那些片段组合起来，来确定具有扩展景深的物体的联合成像。在一些变型中，所捕获的宽视场中间图像的其余区域，这些区域因此在每种情况下都没有被清晰地成像，用于确定各自(模糊的)区域的颜色信息。

而在关于图1的测量装置100中，宽视场中间图像86和宽视场图像88重合－即，彼此对应，例如，参照2中的光学显微镜200，正好一个宽视场中间图像86或多个宽视场中间图像86与宽视场图像88不同。

在这种情况下，在一些变型中，关于图1的测量装置100对应于整体的光学测量装置，其中，物镜120和图像捕获装置110以及，例如，物镜120和图像捕捉区域118之间的距离彼此协调，使得物体80通过物镜120和可调节的法布里-珀罗干涉仪114成像到图像捕获区域118上，即，例如，宽视场中间图像86和宽视场图像88彼此对应，并且宽视场中间图像86和宽视场图像88的像平面沿着图像捕获区域118和/或在图像捕获区域118上二维地延伸。这样的设置的一个优点可能特别在于，与其他测量装置相比，所需的光学元件数量较少－例如，通过这些光学元件对物体进行成像，由此，例如，可以简化测量装置的设计，测量装置可以设置得特别坚固和/或需要较小的空间和/或提高光效率，因为，例如，从物体发出光只需要穿过较少数量的光学元件即可。在一些变型中，这样的测量装置可以在工业环境中使用－例如，在生产过程中用于确定产品的形貌，即，例如，产品的二维高度轮廓和/或表面构造－其中，放大倍数－例如，适合确定形貌－和物镜与物体之间的距离是固定预先确定的。为此目的，在它的一些变型中，控制装置140被配置为执行图4的测量方法，即，例如，测量方法400。此外，还可以使用环境光对物体进行照明。此外，因为，例如，不需要结构化的照明，或者只需要用光的特定光谱分量进行照明，因此可以避免物体对环境光的光学屏蔽，只要照明光在每种情况下至少具有在每种情况下通过可调节的法布里-珀罗干涉仪所选择的光谱分量。

相比之下，关于图2的光学显微镜200，在一些变型中，对应于二部分光学测量装置(abipartiteopticalmeasuringarrangement)，其中首先，成像装置220将物体成像到一个或多个宽视场中间图像86上，并且图像捕获装置210－例如，通过成像光学元件212－将一个宽视场中间图像86或多个宽视场中间图像86成像到宽视场图像88上，并被配置为二维的捕获所述宽视场图像88。以这种有利的方式，可以增加参数和光学元件的可能组合的数量－例如，不同的物体120，不同的像差元件228和/或成像光学元件212，例如，用于不同的放大倍数，与各自物镜的工作距离和/或(纵向)色差。此外，一些变型被配置为所谓的无限远光学器件，其中，成像装置220不产生真实的宽视场中间图像，而是产生来自物体的光，即，分别来自物体的起点的光，作为分别平行的光束离开成像安排220，从而使得宽视场中间图像86位于无限远处。为此，一些变型包括另外的成像光学元件221，从像差元件228发出的光通过该成像光学元件221被引导。以这种有利的方式，成像装置220和图像捕获装置210－例如，成像光学元件212的协调－可以独立于成像装置220和图像捕获装置210之间的光路长度，结果，例如，可以在不改变和/或不干扰协调的情况下，在它们之间***其他光学元件。

图5示出了基于多个不同的物面和一个景深范围的本发明的实施例和/或应用，例如用于实现提高分辨率。

在一个示例性实施例500中，物面320、322、324、326和328沿着深度轴28布置，特别是交错地布置，并且至少基本上垂直于深度轴28。景深38的范围沿着深度轴28延伸。在这种情况下，所有物面320至328相对于深度轴28彼此之间的距离至多处于范围38内，也就是说，例如，它们之间的最大高度差小于景深38的范围。以这种有利的方式，可以实现沿深度轴28获得提高的空间分辨率。

在一些变型中，为此目的，纵向色差和可从其中选择对应于物面320至328的光谱分量的光谱范围相互协调，使得所有物面320至328都位于范围38内。

在图像捕捉装置由单色图像传感器装置构成的变型中，为了扫描的目的，在每种情况下，都选择了一个与物面320至328之一相对应的光谱分量，并通过单色图像传感器装置对从物体发出的具有该光谱分量的光进行滤波后进行二维捕捉。

在图像捕获装置包括彩色图像传感器装置的变型中，为了扫描的目的，在每种情况下，同时选择分别对应于物面320至328中的之一的多个光谱分量，并且从物体发出的具有这些光谱分量光，经过过滤之后，通过彩色图像传感器装置同时二维的以及以颜色解析的方式被捕获，其中，同时捕获到的多个光谱分量可以根据捕获到的颜色进行区分，并在此基础上，分配到各个物面。

图6示出了本发明的实施例和/或应用，其基于多个不同的物面和多个不同波长的景深范围，例如用于实现扩展的景深。

在一个示例性实施例502中，物面320、322、324、326和328沿着深度轴28布置，特别是交错地布置，并且至少基本上垂直于深度轴28。景深的范围38沿着深度轴28延伸，该图示示出了物体发出的三种不同波长的光的三个范围。此外，所有物面320至328相对于深度轴28至少彼此间隔一定距离，使得它们分布在多个范围38上，也就是说，例如，它们之间的最大高度差分别大于其中的一个范围，即大于景深。以这种有利的方式，可以－例如，通过组合针对物面的捕获图像－获得景深的扩展范围，其中该扩展范围，即，例如，扩展的景深在沿深度轴28的距离范围内延伸，该距离范围对应于物面320至328之间的高度差。

在一些变型中，为此目的，纵向色差和光谱范围相互协调，其中，光谱分量和由此对应于物面320至328或多个范围38的波长可从该光谱范围中选择，以这样的方式彼此协调，即，物面320至328在多个范围38上交错排列。

此外，在一些变型中，纵向色差、光谱范围和光谱分量以这样的方式彼此协调－如图6所示－在每种情况下，物面320至328中的至少两个物面位于多个范围38中的一个范围内。以这种有利方式，首先可以实现扩展的景深，其次可以实现沿深度轴28提高分辨率。

一些进一步的变型对应于关于图5或示例性实施例500的变型。

图7示出了根据本发明的另一实施例的测量方法401的流程图。

在一个示例性实施例中，方法401包括方法步骤430、440、442、444、446、472、474、476、478、480、482、484和488以及方法条件410。测量方法401在方法开始402处开始，并在方法结束404处结束。

具有相同附图标记的方法步骤和方法条件与图4相对应。

在这种情况下，方法步骤440还包括方法步骤472、474、476、478和488。

方法步骤472、474、476和478可以是校准的子步骤，其中，在一些变型中，校准与捕获相应的物面并行进行的。

在方法步骤472中，对从校准物体发出的光进行成像以形成宽视场中间图像，或者将其成像为来自方法步骤442的宽视场中间图像的一部分，其中，通过纵向色差选择物体，对物面中所选的物面清晰地成像，得到光谱分量中选定的光谱分量。

在方法步骤474中，从宽视场中间图像中对所选择的光谱分量进行过滤，例如，通过可调节的干涉仪。

在方法步骤476中，以二维的成像方式捕获宽视场中间图像的过滤后的光谱分量，例如，通过图像传感器装置。

之后，在方法步骤478中，对于校准物体，相对于分别捕获的宽视场中间图像或其一部分的预定高度信息被分配给物体的相应的宽视场中间图像。

方法步骤488涉及基于先前捕获的宽视场中间图像和可能的分配的高度信息，计算出对各个物面进行清晰成像的二维区域以及可能的相应的高度信息，例如，为了在扫描过程中实现预览。

尽管已经特别参考附图详细描述了示例性实施例，应用可能性和应用示例，但是应当指出的是，可以有大量的修改。此外，应当指出的是，示例性实施例和应用仅仅是示例，其并不旨在以任何方式限制保护范围、应用和设置。而是，前面的描述为本领域技术人员提供了至少一个示例性实施例的实施和/或应用的准则，其中，可以根据本领域技术人员的需要进行各种修改，特别是对所述组成部件的功能和/或布置的可选或附加特征和/或修改，而这样做不会脱离分别在所附权利要求书中定义的主题及其法律等效形式和/或不脱离其保护范围。

Claims (10)

1.一种用于成像深度测量的测量装置(100、200)，其特征在于，包括：

具有物镜(120)的成像装置(220)，所述成像装置被配置为将从物体(80；308)发出的光相对于所述物体的多个物面(82；320、322、324、326、328)进行成像，以形成宽视场中间图像(86)，其中，通过所述成像装置(120、220)的纵向色差，所述物面根据来自所述物体的光的波长，沿深度轴(28)交错排列；以及

图像捕获装置(110、210)，其被配置为以成像方式和以对一个或多个可选的光谱分量进行解析的方式捕获所述宽视场中间图像(86)，每个所述可选的光谱分量对应于所述物面之一。

2.根据权利要求1所述的测量装置(100、200)，其特征在于，其中，所述图像捕获装置(110、210)包括用于选择所述一个或多个光谱分量的可调节的法布里-珀罗干涉仪(114)。

3.根据权利要求2所述的测量布置(100，200)，其特征在于，还包括用于照明所述物体(80)的照明光的光入口区域(130)或光源(230，232)，其中，所述照明光从所述光入口区域(130)或所述光源(230，232)传递到所述物体(80)，而不通过所述图像捕获装置(110，210)或其部件(114，116，118，212)。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的测量装置(100、200)，其特征在于，其中，所述图像捕获装置(110、210)包括图像传感器装置(116)和成像光学元件(212)，其中，所述成像光学元件(212)被配置为将所述宽视场中间图像(86)或其所述可选的光谱分量成像在所述图像传感器装置(116)的像面上，作为要捕获的宽视场图像(88)。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的测量装置(100、200)，其特征在于，其中，所述成像装置(220)还包括可调节的像差装置(224)，通过所述可调节的像差装置(224)可调节所述成像装置的纵向色差。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的测量装置(100)，其特征在于，其中，所述物镜(120)具有纵向色差，使得对于来自所述物体(80)的光的400nm至800nm的波长范围，所述物面(82)沿着所述深度轴(28)布置至少10μm。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的测量装置(200)，其特征在于，其中，所述物镜为消色差物镜，并且所述成像装置(220)还包括产生所述成像装置的纵向色差的像差装置(224)。

8.一种用于成像深度测量的光学显微镜(200)，其特征在于，包括根据权利要求1至7中任一项所述的测量装置，或者包括：

具有用于物镜的物镜底座(222)的成像装置(220)，其中，所述成像装置(220)被配置为将从物体发出的光相对于所述物体的多个物面进行成像，以形成宽视场中间图像(86)，其中，通过所述成像装置(220)的纵向色差，所述物面根据来自所述物体的光的波长，沿深度轴(28)交错排列；以及

图像捕获装置(210)，其被配置为以成像方式和以对一个或多个可选的光谱分量进行解析的方式捕获所述宽视场中间图像(86)，每个所述可选的光谱分量对应于所述物面之一。

9.一种用于成像深度测量的测量方法(400)，其特征在于，其中，所述测量方法包括以下步骤：

(442)对从物体(80)发出的光相对于所述物体的多个物面(82；320、322、324、326、328)进行成像，以形成宽视场中间图像(86)，其中，通过纵向色差，所述物面根据来自所述物体的光的波长，沿深度轴(28)交错排列；以及

(446)以成像方式捕获所述宽视场中间图像，其中，(444)解析来自所述物体的光的一个或多个可选的光谱分量，每个所述可选的光谱分量对应于所述物面之一。

10.根据权利要求9所述的测量方法，其特征在于，还包括以下步骤：

(430)照亮测量区域，其中，所述物面位于所述测量区域内；

(420)将所述物体布置在所述测量区域内，并对所述物体聚焦；

(440)扫描所述多个物面，其中，选择所述物面的其中一个，并且以成像方式捕获与分别选择的所述物面相对应的所述宽视场中间图像(86)的光谱分量；

(470)通过校准物体(70)校准所述物面和各自波长之间的相关性；

(480)计算在所述宽视场中间图像中为相应的波长和物面分别捕获的那些二维区域，所述各个物面在所述二维区域上被清晰成像；以及

(482)根据所述计算出的二维区域和所述各个物面，确定所述物体的形貌，或者(484)根据捕获到的所述宽视场中间图像中与各个二维区域相对应的片段的组合，确定具有扩展景深的物体的联合成像。

Images