DK2406679T3 - Autofokusfremgangsmåde og autofokusanordning - Google Patents

Description

Beskrivelse

Ansøgningen angår en autofokusfremgangsmåde, ved hvilken lys fra en lyskilde fokuseres i en målelysfokus i en prøve og derfra kastes tilbage, og det tilbagekastede lys ledes gennem et optisk system og i det mindste en blændeåbning i to lysbaner hen til i det mindste to detektorelementer.

Teknikkens stade

Der kendes to metoder til automatisk fokusering af mikroskoper på en prøve: • Positionen af en prøve eller afstanden fra prøven til et referencepunkt måles, idet lys, der reflekteres fra prøven, undersøges med henblik på skemaer, intensitet eller lignende eller undersøges interferometrisk. • Billederne fra prøven undersøges med henblik på kontrast, opløsning, autokorrelation eller fasekontrast.

Inden for mikroskopien består en prøve sædvanligvis af et prøvemateriale, som skal undersøges, og som er påført på en translucent prøveholder og overdækket med et tyndt translucent dækglas. En positionsmåling af prøvematerialet fører ofte til måling af positionen afen af refleksionsplanerne ved prøvens laggrænser. Da en refleks ved luft-dækglas-grænselaget er langt kraftigere end en refleks ved et grænselag på prøvematerialet, overstråler luft-dækglas-refleksen typisk refleksen, der er egnet til en autofokus, ved et grænselag på prøvematerialet.

Fra US 6,130,745 er det kendt, at positionen af et kraftigt reflekslag måles over eller under prøven, og at der ud fra prøvens tykkelse drages slutning om positionen af prøvematerialet, der er placeret i en kendt afstand til reflekslaget. Ved den beskrevne prøve er tolerancerne i lagtykkelserne (f.eks. af dækglasset eller af objektholderen), når der anvendes højtopløsende systemer, imidlertid typisk større end afbildningssystemets dybdeskarphed, og en fokusering kan ikke altid garanteres med en sådan metode. W02005015120 angår en fremgangsmåde og en anordning til fokusregistrering i en optisk måleanordning såsom et mikroskop. Opfindelsen er fortrinsvis egnet til detektion til måling af biologiske eller kemiske prøver.

Et formål med opfindelsen er at præsentere en autofokusfremgangsmåde, med hvilken et optisk system, f.eks. et mikroskop, hurtigt og nøjagtigt kan indstilles fokuserende til et reflekterende lag i en prøve.

Opnåelse af formålet

Dette formål opnås med en fremgangsmåde ifølge krav 1.

Flader, f.eks. grænseflader, skal i det følgende også forstås som lag. Et af lagene er på fordelagtig vis en grænseflade. Lysbanerne er på hensigtsmæssig vis i det mindste delvist adskilt fra hinanden, særligt er de adskilt fra hinanden i det optiske system. Adskillelsen udføres på hensigtsmæssig vis ved hjælp af et mørklagt område mellem lysbanerne. Mørklægningen kan frembringes ved hjælp af en blænde.

Forløbet kan registreres ved hjælp af punktuelle målinger ved flere positioner af målelysfokussen, på hensigtsmæssig vis adskilt efter lysbaner. Strålingsegenskaben ved det tilbagekastede lys kan være strålingsintensiteten. Den indstillede fokusposition er en ønsket fokusposition, i hvilken det optiske system på hensigtsmæssig vis er placeret på en sådan måde i forhold til prøven, at en billedoptagelse af prøven fører til ønskede billeder.

Desuden kan lysbanernes optiske længde bestemmes ved hjælp af opfindelsen. Den optiske længde kan i den forbindelse måles fra prøven til en blænde før en detektor. På hensigtsmæssig vis vælges lysbanernes optiske længder forskelligt. På denne måde kan der gennem den adskilte fortolkning af lysbanernes optiske længde genereres et afvigende signal til en valgt reflekterende/spredende prøvestruktur og fokuseres på denne eller på et fokusmålplan, der er placeret i en kendt afstand til denne. Et lag, der kaster lys tilbage, kan være en reflekterende og/eller spredende prøvestruktur og kan særligt være et grænselag, særligt et grænselag hhv. grænseflade, der grænser op til prøvematerialet.

Autofokusfremgangsmåden er en fremfgangsmåde til automatiseret fokusering af det optiske system på en ønsket fokusposition hhv, fokusmålplan, f.eks. inden for prøven. Når der er fokuseret på fokusmålplanet, kan det optiske system gengive et objekt, der er placeret på dette, skarpt på et billedplan, i hvilket der på hensigtsmæssig vis er placeret en detektor hhv. et kamera. Efter autofokuseringen kan prøven gengives ved hjælp af et kamera.

Prøven kan til undersøgelsen omfatte forberedt prøvemateriale, en holder, som det er anbragt på, og et dækglas, der overdækker det. En lagstruktur, der er translucent for autofokuslyset, og ved hvis laggrænser der opstår refleksion eller spredning af det anvendte autofokuslys, er ligeledes egnet. Prøven skal ikke nødvendigvis være translucent for autofokuslyset efter laget, der er bestemt til fokuseringen. Refleksionen/spredningen ved et grænselag, der beskrives her, kan også fremkaldes ved et reflekterende/spredende partikellag hhv. fejlstedslag i materialet. Laggrænserne kan forbehandles (f.eks. forspejles) for at forøge signalerne for autofokussystemet.

Fokusmålplanet er det plan inden for prøven, som det optiske system skal fokuseres på, eller som positionen af den ønskede fokus skal have en på forhånd fastlagt afstand til. Fokusmålplanet er på hensigtsmæssig vis et refleksionsplan, som indfaldende lys reflekteres på. Det kan være et grænselag inden for prøven, f.eks. planet for en glas-prøvemateriale-grænseflade. Ligeledes kan spredningen eventuelt udnyttes ved selve prøven.

Lyset, der ledes hen til lysbanerne, stammer på hensigtsmæssig vis fra en fælles lyskilde, idet ikke kun oprindeligt strålende materiale men også et reflekterende lag, en blændeåbning eller lignende betegnes som lyskilde. Der anvendes typisk en en- eller todimensional lyskilde. De to lysbaner er på hensigtsmæssig vis dannet symmetrisk i forhold til hinanden og særligt symmetrisk i forhold til den optiske akse i det optiske system.

Lyskilden, der særligt er punktformet eller linje- eller stribeformet eller omfatter flere lyspunkter, fokuseres i målelysfokussen i prøven gennem optikken. På denne måde kan den gengives i prøven. Målelysfokussen er sædvanligvis punktformet men kan alt efter lyskildens form alternativt være en- eller todimensional og f.eks. omfatte flere punkter. Målelysfokussen ligger på fordelagtig vis i fokussen eller i nærheden af fokussen i det optiske system, der skal fokuseres. Fokussen i det optiske system kan være et fokusplan. Et objekt, der ligger i fokussen i det optiske system, gengives skarpt af det optiske system i et billedplan. Det er også muligt, at målelysfokussen ligger i en forudindstillet afstand til det optiske systems fokus. Herved kan målelysfokussen indstilles til et refleksionsplan, f.eks. et grænselag-dækglas-prøvenmateriale, idet det optiske systems fokus f.eks. ligger i en afstand på 20 μηη til grænselaget i prøvematerialet.

Der kastes en del tilbage fra lyset, der rammer prøven. Under tilbagekastning kan der i det følgende forstås en refleksion og/eller en spredning. Laget, der kaster lyset tilbage, kan være et reflekterende og/eller spredende lag. Når der i det følgende tales om en refleksion, skal en spredning også kunne være omfattet heraf.

De to lysbaner er på hensigtsmæssig vis ført symmetrisk omkring det optiske systems optiske akse. De rammer på fordelagtig vis prøven fra forskellige retninger, således at deres reflekser udstråles i forskellige retninger og dermed nemt kan analyseres adskilt fra hinanden. Detektionen af de enkelte lag i en lagstruktur gøres lettere, når vinklen af lysbanerne, der rammer, vælges på en sådan måde, at reflekser fra tilstødende lag ikke overdækker hinanden. Hvis der anvendes et spredende lag til bestemmelse af fokuspositionen, bør opdelingen af lysbanerne først ske i detektionsbanen. På fordelagtig vis har lyset i autofokussystemet en anden frekvens end lys, der kan anvendes til undersøgelsen hhv. gengivelsen af prøven. Lysegenskaben er på hensigtsmæssig vis lysintensiteten.

Det optiske system kan være det optiske system i et mikroskop. Det haren optisk akse, der sædvanligvis er orienteret vinkelret på et prøveplan, i hvilket prøven strækker sig.

Lysbanerne mellem lyskilden og refleksionslaget hhv. mellem refleksionslaget og detektoren kan betegnes som belysningsbaner hhv. detektionsbaner. En autofokuslysbane består dermed afen belysningsbane og en detektionsbane. Forskellen ved den optiske længde kan nu både frembringes i belysningsbanen, detektionsbanen såvel som i begge baner. I det følgende beskrives en realisering i detektionsbanen. Målingen af banernes optiske længde foretages ved hjælp af i det mindste en, særligt i hvert enkelt tilfælde en blænde foran detektorerne. Ved hjælp af en position, der er afhængig af den optiske længde, af lysbanerne ved blænden kan der således drages slutning om systemets optiske længde. I det følgende beskrives en mulig realisering:

Detektorelementerne er f.eks. placeret på en sådan måde i forhold til et element i det optiske system, f.eks, i forhold til en blænde, at forløb af en strålingsegenskab, der registreres af detektorelementerne, er indbyrdes forskellige.

Elementet i det optiske system kan være en blænde, f.eks. umiddelbart foran detektorelementerne, en stråledeler, et spejl eller et andet egnet element.

Hvis lys fra en lysbane reflekteres ved to lag af prøven, der ligger over hinanden, er lysvejen hhv. lysets optiske længde fra det ene lag, f.eks. i forhold til detektoren eller en blænde foran detektoren, længere end lysvejen hhv. den optiske længde fra det andet lag. Herved kan de to lysveje fra de to lag, f.eks. i forhold til detektorelementerne, være forskellige. På hensigtsmæssig vis forløber lysvejene således, at de blokeres på forskellig vis ved en blænde foran detektorelementernen, f.eks. blokeres den ene lysvej helt eller delvist og den anden delvist eller slet ikke. På denne måde kan lysvejene detekteres enkeltvist og uden en anden lysvej fra et andet lag. På hensigtsmæssig vis dæmpes hoved refleksen fra et glas-luft-grænselag oven over prøven ved hjælp afen blænde foran detektorelementerne, mens målelysfokussen bevæges af derunder liggende lag, der tilbagekaster lys med forskellig styrke. I den forbindelse kan lyset fra disse lag passere blænden. På denne måde kan der registreres lag, der reflekterer betydeligt svagere end glas-luft-grænselaget.

Blænden hhv. dennes blændeåbning er placeret i et billedplan i det optiske system, det vil sige i et plan, i hvilket der gengives en genstand, der fokuseres af systemet. Blændeåbningen er en afbildning aflyskilden.

Lyset, der reflekteres fra målelysfokussen, gengives på hensigtsmæssig vis i blændens plan svarende til målelysfokussens form. Blænden er på fordelagtig vis placeret på en sådan måde, at den lader lys, der reflekteres i målelysfokussen, fra begge lysbaner passere, særligt i samme styrke. I den forbindelse blokerer blænden på hensigtsmæssig vis lys, der er blevet reflekteret over og under målelysfokussen, helt eller asymmetrisk i forhold til de to lysbaner.

Blændeåbningen er på hensigtsmæssig vis ikke som sædvanligt placeret symmtrisk omkring den optiske akse i det optiske system, men derimod asymmetrisk i forhold til den optiske akse, særligt asymmetrisk i forhold til de to lysbaners optiske akse ved blændeåbningens placering. Særligt er den placeret fuldstændigt uden for den optiske akse. Herved kan der på enkel vis opnås en selektion af den ene eller anden lysbane til en adskilt analyse ved forskellige positioner af målelysfokussen.

Der kan opnås en særligt nøjagtigt fokusering, når forløbene registreres kontinuerligt. I en fordelagtig udførelsesform for opfindelsen indstilles en fokus i det optiske system på en sådan måde, at detektorelementernes signaler befinder sig i et fast indbyrdes forhold. Ved et lysindfald på detektorelementerne i et fast forhold kan der på enkel vis registreres en symmetriposition mellem lysbanerne og dermed fokusmålplanet. Dette kan ske endnu mere enkelt, hvis signalerne har samme styrke. Forskellen mellem banernes lysveje vælges på en sådan måde, at signalerne i forbindelse med en overlejring af signalerne overlapper hinanden ved en flanke og dermed har et skæringspunkt. I dette skæringspunkt har signalerne samme styrke. Ved hjælp af en nulgennemgang af differenssignalet kan den identiske styrke af signalerne nemt registreres. I en yderligere udførelsesform for opfindelsen er det indrettet således, at en målposition for en fokus i det optiske system registreres ved hjælp af detektorelementernes signaler, og fokussen indstilles med en aktuator ved hjælp af den registrerede målposition. Målpositionen kan være en position, der udlæses fra aktuatoren, f.eks. den position, ved hvilken detektorelementernes signaler er ens. Det er også muligt kun at anvende denne indstilling som forudindstilling. Alternativt eller f.eks. som finindstilling kan det desuden tænkes, at målpositionen opnås ved en regulering, hvor detektorsignalerne anvendes som reguleringsindgangssignaler og signalet til styring af aktuatoren anvendes som reguleringsudgangssignal.

Der kan opnås en enkel og pålidelig automatisk fokusering, når detektorelementerne er kalibreret på en sådan måde, at styrken af deres signal, der fremkaldes af lys, der kastes tilbage fra et grænselag, er identisk. I den forbindelse ligger fokuspositionen på hensigtsmæssig vis i det reflekterende lag hhv. laget, der tilbagekaster lyset. Alternativt kan detektorelementerne være indstillet således, at deres signalstyrke målrettet er forskellig, f.eks. for at opnå et målrettet fokusoffset.

Der kan opnås en god orientering under søgningen efter målpositionen for fokussen hhv. fokusmålplanet, når målelysfokussen bevæges gennem fokusmålplanet og hen mod en prøve-luft-grænseflade, og prøve-luft-grænsefladens refleks anvendes til en grov orientering. I forbindelse med undersøgelsen afen prøve kan det være nødvendigt, at den undersøges på forskellige steder, f.eks. hvis den er større end et synsfelt på mikroskopet. Hertil bevæges den efter en første undersøgelse vinkelret på den optiske akse i det optiske system og undersøges derefter på ny. En hurtig automatisk fokusering efter en sådan bevægelse kan opnås, detektorelementernes signaler kan efter en bevægelse af prøven vinkelret på den optiske akse i det optiske system kontrolleres med henblik på plausibilitet med hensyn til en fortsat foreliggende grovindstilling til fokusmålplanet. Hvis der konstateres plausibilitet, kan der gives afkald på en tidskrævende fuldstændig ny fokusering. Plausibiliteten kan være en grænseværdi i forhold til signalernes forskel, der ikke må overskrides. Plausibilitetskontrollen kan desuden anvendes til grovindstilling, således at der, når der konstateres plausibilitet, kun udføres en finindstilling. I en yderligere udførelsesform for opfindelsen er det indrettet således, at lyskilden har et lysmønster, der gengives i prøven. Lysmønsteret kan være et-, to- eller tredimensionalt og er på hensigtsmæssig vis gengivet i et plan vinkelret på den optiske akse i det optiske system i prøven. I den forbindelse registreres reflekteret lys fra flere mønsterpunkter i lysmønsteret hver især adskilt efter lysbaner. Herved kan der ud fra flere målpositioner i forhold til de adskillige mønsterpunkter registreres en forskydning af fokusmålplanet, f.eks. i forhold til den optiske akse. De på denne måde frembragte signaler kan anvendes til regulering af autofokuseringen.

Opfindelsen angår desuden en autofokusanordning med et optisk system til fokusering af lys i en målelysfokus i en prøve og til ledning af lys, der tilbagekastes derfra, gennem en blændeåbning hen til i det mindste to detektorelementer.

Det foreslås, at autofokusanordningen omfatter en aktuator og en styreanordning til bevægelse af et element i det optiske system eller prøven gennem aktuatoren på en sådan måde, at målelysfokussen bevæges i lag af prøven, der tilbagekaster lys af forskellig styrke, idet detektorelementerne er placeret på en sådan måde, at forløb af en strålingsegenskab, der registreres af detektorelementerne i den forbindelse er forskellige, og styreanordningen er indrettet til analyse af forløbene ved flere positioner af målelysfokussen. I forbindelse med bevægelsen af elementet i det optiske system i forhold til prøven kan aktuatoren bevæge elementet eller prøven i forhold til et fast referencepunkt, f.eks. en jordoverflade. På fordelagtig vis er styreanordningen udformet til at styre en, flere eller alle af de ovenfor anførte fremgangsmådetrin. På fordelagtig vis omfatter autofokusanordningen et målesystem, der er indrettet til at registrere afstanden fra elementet i det optiske system til prøven eller en heraf afhængig afstand, særligt på ikke-optisk vis. Så snart fokuspositionen er fundet optisk, kan afstanden måles med det yderligere målesystem og bevares under belysningen af prøven.

Til optagelse af farvebilleder er det kendt, at der anvendes et farvekamera med en farvefølsom detektor. En farvefølsom detektor er sædvanligvis begrænset til tre farver. Når der anvendes et Bayer-mønster består en pixel i hvert enkelt tilfælde af en blå-, en rød- og to grønfølsomme detektorceller, ud fra hvis signaler alle mellemliggende farver sammensættes. Med de nødvendige fire detektorceller pr. pixel er opløsningen ved en sådan farvedetektor lav.

Til opnåelse af en høj billedopløsning kombineret med en høj farveopløsning kendes der en linjespektrograf. En genstand scannes linje for linje, idet billedet i en linje ordnes spektralt i en vifteform, eksempelvis ved hjælp af et prisme, således at der opstår et tredimensionalt billede af linjen. På denne måde optages der linje for linje et tredimensionalt billede, der gemmes, og de enkelte billeder sammensættes til et tredimensionalt farvebillede.

Det er desuden kendt, at flere farvebilleder bevæges efter hinanden hen foran detektoren, og at der på denne måde optages flere billeder af en genstand efter hinanden i forskellige frekvensområder. Optagelserne kan kombineres til et hyperspektralt billede.

Formålet med opfindelsen er at præsentere en fremgangsmåde til optagelse af et billede af en genstand, med hvilken der kan optages farvebilleder med høj opløsning.

Dette formål opnås med en fremgangsmåde til optagelse af et billede af en genstand, ved hvilken genstanden ved hjælp af et optisk system gengives på flere detektorelementer i en detektor, og billedet opdeles i flere billedområder, der er filtreret forskelligt, med et lysfilter med flere filterområder, der filtrerer forskelligt. Det foreslås ifølge opfindelsen, at billedets billedområder, der er filtreret forskelligt, gengives samtidigt, særligt efter hinanden, på detektoren. Det er ikke nødvendigt at skifte filtre foran detektoren, og der kan hurtigt laves optagelser af genstanden efter hinanden.

Lysfilteret kan være et spektralfilter eller et polarisationsfilter. Det kan være placeret umiddelbart før detektoren eller direkte på detektoren. På hensigtsmæssig vis er lysfilteret placeret i et billedplan for det optiske system, hvor 1/10 af det optiske systems brændvidde ved lysfilteret kan tolereres som afstand fra det matematiske billedplan og stadig kan betragtes som værende i billedplanet. Lysfilteret kan være et kantfilter, interferensfilter eller absorberfilter. Filterområderne kan filtrere forskelligt spektralt, således at billedområderne er filtreret forskelligt spektralt. De kan have forskellige konkrete former, eksempelvis striber, et skakbrætmønster og/eller et mikromønster, ved hvilket filterområderne har en længde og/eller en bredde på under 100 μηι. På hensigtsmæssig vis er filterområderne større i deres udstrækning end to, særligt større end ti detektorelementer eller pixels. Der er ligeledes mulighed for en filterkarakteristik, der varierer kontinuerligt i rumlig forstand.

Detektoren kan være udført som en chip og er på hensigtsmæssig vis følsom i filterområdernes spektralområder. Den kan være en CCD- (Charge-coupled Device) eller en CMOS-sensor (Complementary Metal Oxide Semiconductor). Detektorelementerne er på fordelagtig vis anbragt som et todimensionalt gitter i form af en matrix. Detektoren er på hensigtsmæssig vis udført som en monokrom detektor og er følsom i det strukturerede filters spektrale område.

Filterområdernes dimensioner er på fordelagtig vis tilpasset til detektorelementernes dimensioner, eksempelvis idet en bredde og/eller længde af et filterområde hver især er et heltalsmultiplum af en størrelse af et af detektorens detektorelementer, eksempelvis m x n detektorelementer. Lysfilteret kan være fastgjort direkte på detektoren, eksempelvis direkte på en detektorchip, eller være pådampet direkte på de følsomme flader af chippen.

Filterområderne svarer på hensigtsmæssig vis til en struktur og/eller opdeling af prøvegengivelsen hhv. af prøven eller af prøveglas. De kan være lige så store som regelmæssige strukturafsnit af prøvegengivelsen og/eller dennes form. I en fordelagtig udførelsesform for opfindelsen bevæges filterområderne via et billedmønster af billedet fra optagelse til optagelse af genstanden, således at hvert enkelt punkt i billedmønsteret optages i flere lysegenskaber, særligt spektre. Disse værdier tilord nes på hensigtsmæssig vis punktet og kan vises og/eller gemmes. Billedmønsteret kan i den forbindelse være hele billedet eller et udsnit af billedet. Bevægelsen er en relativ bevægelse, idet filterområderne kan hvile, f.eks. i forhold til et detektorhus, og billedmønsteret bevæges, eller omvendt.

Ved en multioptagelse af ethvert punkt i flere lysegenskaber, eksempelvis farver, kan der sammensættes et farvebillede af de adskillige optagelser. Ved hjælp af opdelingen af lysfilteret i filterområderne er blot en lille bevægelse i størrelsesordenen afen dimension af et enkelt filterområde tilstrækkelig ved en bevægelse af lysfilteret, således at ikke hele lysfilteret skal bevæges væk fra detektoren og et nyt lysfilter bevæges hen til detektoren. På grund af den korte bevægelsesstrækning kan bevægelsen udføres meget hurtigt.

Til opnåelse af et højt lysudbytte er det fordelagtigt, når signalbidrag i de enkelte detektorelementer inden for et filterområde, der kan tilordnes ved en bevægelse af prøvegengivelsen i forhold til detektoren i et prøveområde, kumuleres i en værdi. Sådanne kumulerede værdier af et prøveområde fra forskellige filterområder kan samles til en samlet lysegenskabsinformation for prøveområdet.

Billedmønsteret kan under bevægelsen af filterområderne hen til detektoren forblive i ro, således at filterområderne bevæges i forhold til detektoren. Det er ligeledes muligt at bevæge billedet gennem detektoren, således at filterområderne hviler i forhold til detektoren. Bevægelsen af billedet gennem detektoren kan udføres ved hjælp af bevægelse af det optiske system eller en del af det optiske system i forhold til detektoren. En yderligere mulighed består i at bevæge filteret og detektoren i forhold til det optiske system, der eksempelvis hviler i forhold til et kamerahus. Generelt udtrykt kan et eller to ud af de tre elementer detektor, lysfilter og optisk system hver især holdes i ro i forhold til eksempelvis et kamerahus, hvorimod de resterende to eller det resterende ene element er bevægelige/bevægeligt i forhold til de andre elementer. På fordelagtig vis er det optiske system en del af et mikroskop, hvis hus er forbundet fast med et prøvebord, på hvilket genstanden i form af en prøve kan bevæges, f.eks. på en bevægelig bakke, særligt ved hjælp af et motoriseret drev og en positionsstyring ved hjælp afen styreanordning. På fordelagtig vis bevæges genstanden i forhold til det optiske system og lysfilteret, og genstanden optages i flere optagelser i hvert enkelt tilfælde som billedafsnit, idet positionen af filterområderne i billedafsnittene i hvert enkelt tilfælde er uforandret. Det optiske system kan i den forbindelse hvile i et hus, eksempelvis til mikroskopet, og genstanden og med denne genstandens lysmønster føres forbi det optiske system, idet billedafsnittene og med disse filterområderne vandrer hen over det samlede billede.

Hvis genstanden eksempelvis er aflang, eksempelvis i form afen række af prøver, kan den samlede genstand optages ved hjælp af et stort antal af billedområder, der optages efter hinanden, idet hvert billedpunkt af genstanden er optaget i mange farver eller i hver enkelt farver hhv. gennem hvert filterområde. På denne måde kan der meget hurtigt optages et farvebillede af hele genstanden. Der kan gives afkald på en bevægelse af farvefilteret i forhold til det optiske system eller detektoren. Da en anordning til optagelse af billeder af prøver ofte føres via en aktuator til en styret bevægelse afprøverne langs optagelsesanordningen, eksempelvis mikroskopet, kan optagelsesanordningen herved forblive holdt på særligt enkel vis. På hensigtsmæssig vis er filterområderne udført som striber, der strækker sig fra den ene billedside til den overfor liggende billedside og med hensyn til deres længderetning er orienteret vinkelret på bevægelsesretningen. Også en udstrækning fra en billedafsnitsside til den overfor liggende billedafsnitsside er tilstrækkelig. Herved kan hvert enkelt billedpunkt i genstanden føres særligt enkelt via alle lysfilterets filterområder. På fordelagtig vis udføres bevægelsen således, at et billedpunkt bevæges fra én optagelse til den næste optagelse med bredden af et filterområde. Bredden udgør i hvert enkelt tilfælde på hensigtsmæssig vis flere pixels. Et lille overlapningsområde, f.eks. svarende til den dobbelte nøjagtighed af den bevægende aktuator, er i den forbindelse hensigtsmæssig.

For at opnå en særligt høj opløsning, særligt ved billedafsnit af særlig interesse, er det fordelagtigt, når bevægelsen fra én billedoptagelse til den næste billedoptagelse udgør mindre end en billedpixel. Ved hjælp af bevægelsen i subpixelområdet kan der udregnes en subpixelopløsning.

Fastsættelsen af bevægelse defineres på fordelagtig vis afen styreanordning, der særligt automatisk registrerer billedområder af særlig interesse og udløser en subpixelbevægelse. Bevægelsen kan udføres i forskellige modi, f.eks. en subpixelmodus, en filterområdebreddemodus, ved hvilken bevægelsen fra én optagelse til den næste optagelse svarer til bredden af et filterområde, eller en multipixelmodus, ved hvilken bevægelsen udgør flere pixels af detektoren. En styring af kun to ud af de tre beskrevne modi er også mulig. I en fordelagtig udførelsesform for opfindelsen er lysfilteret et kantfilter, hvis kantfrekvens varierer i det rumlige forløb af lysfilteret vinkelret på kanten og særligt vinkelret på bevægelsen. På denne måde kan farveopløsningen af et samlet billede fra optagelserne styres gennem styringen af bevægelsesskridtets udstrækning fra en optagelse til den næste optagelse. Lysfilteret er på hensigtsmæssig vis forbundet med en aktuator og en styreanordning, der tjener til styring af en bevægelse af lysfilteret.

Desuden foreslås det, at lysfilteret omfatter to kantfiltre, som er placeret efter hinanden i afbildningens strålegang, og hvis kantfrekvens i kantfiltrenes rumlige forløb hver især varierer vinkelret på kanten - og særligt vinkelret på bevægelsen - med et indbyrdes modsat frekvensforløb. Herved kan der - ved en tilsvarende placering af kantfiltrene i forhold til hinanden - frembringes et rumligt transmissionsvindue, der ved en bevægelse af kantfiltrene i forhold til hinanden kan forstørres og formindskes både rumligt og spektralt. Herved kan der opnås en høj variabilitet med hensyn til frekvens og rumområde ved de optagne billeder.

En særligt god spektral tilpasning af detektor og lysfilter kan opnås, når detektoren omfatter flere detektorområder, der er forskellige med hensyn til farvefølsomhed og hver især er følsomme i ét farveområde, og der foran hvert detektorområde er placeret i det mindste i hvert enkelt tilfælde et filterområde.

Dette er på fordelagtig vis i sit farveområde tilpasset til detektorens farveområde, således at lysfilterets farveområder er forskellige. Tilpasningen foretages på fordelagtig vis, ved at transmissionen af filterområdet ligger inden for det pågældende detektorområdes følsomhedsområde og ikke ligger inden for et farveområde af et af de andre detektorområder.

De forskellige detektorområder kan være placeret direkte ved siden af hinanden i rumlig henseende, eksempelvis i en sammenhængende matrix af detektorelementer, eller opstilles rumligt adskilt fra hinanden, således at det optiske system omfatter et eller flere elementer til styring af gengivelsen af genstanden hen til flere detektorområder, eksempelvis et dikroitisk spejl eller lignende. Detektorområderne betjenes på fordelagtig vis synkront, således at gengivelsen af en genstand på detektorområderne optages i flere farvekanaler på samme tid. I en yderligere fordelagtig udførelsesform for opfindelsen er det indrettet således, at filterområderne har forskellige transmissionsværdier, og at transmissionsværdierne hver især er tilpasset til en optagelseskarakteristik ved detektoren, særligt til opnåelse af en ensartet billedbelysning i forbindelse med en ikke-konstant spektral følsomhed ved detektorelementerne. På denne måde kan der opnås et særligt godt billedresultat. Tilpasningen kan realiseres ved en forskellig størrelse af filterområderne. En yderligere mulighed består i at tilpasse en forskellig frekvenstransmissionsbredde af filterområderne til detektoren. Dermed kan en frekvenstransmissionsbredde være større i et frekvensområde, i hvilket detektoren er mindre følsom, og være mindre i et frekvensområde, i hvilket detektoren er mere følsom.

Desuden er det muligt at tilpasse transmissionsstyrken, det vil sige en dæmpning af filterområdet, til detektoren, således at der vælges en højere dæmpning i et frekvensområde, i hvilket detektoren er mere følsom end i andre frekvensområder.

Der kan ligeledes opnås en høj billedkvalitet, når filterområderne har forskellige transmissionsværdier, og en aktivering af detektorelementerne er tilpasset til en transmissionsværdi forfilterområdet, der skygger for den. Dermed kan en forstærkning øges, en integrationstid forlænges eller pixels lægges sammen, når et filterområde har en høj dæmpning i forhold til et andet filterområde. Herved kan der opnås en ensartet belysning af billedet i alle frekvensområder. Hvis transmissionsværdien for et filterområde er særligt høj, er det også muligt kun at udvælge hver anden pixel. På fordelagtig vis følger en forskelligartet aktivering af detektorelementerne efter en bevægelse af filterområderne gennem detektoren. Hvis lysfilteret eksempelvis bevæges gennem detektoren, kan denne bevægelse registreres, således at der til hvert filterområde kan tilordnes de detektorelementer, der overdækkes af området. Styringen af detektorelementerne kan herved tilpasses med hensyn til pixels til det respektivt tilordnede filterområde.

Opfindelsen angår desuden en anordning til optagelse af et billede afen genstand med en detektor, der omfatter flere detektorelementer, et optisk system til gengivelse af genstanden på detektoren og et lysfilter med flere filterområder, der filtrerer forskelligt.

Der kan udføres farveoptagelser med særligt høj opløsning, når lysfilteret er placeret således, at flere billedområder, der filtreres forskelligt gennem filterområderne, af billedet af genstanden gengives samtidigt på detektoren.

Anordningen omfatter en styreanordning, der på fordelagtig vis er indrettet til at styre et af, flere af eller alle de ovenfor nævnte fremgangsmådetrin.

Opfindelsen forklares nærmere på baggrund af udførelseseksempler, der er vist på tegningerne.

Der vises på: fig. 1 et mikroskop med en autofokusanordning i en skematisk afbildning, fig. 2 en skematisk vist strålegang hhv. belysningsbaner i autofokusanordningen hen til en prøve, fig. 3-6 refleksionsstrålegange hhv. detektionsbaner fra prøven hen til to detektorelementer, fig. 7 et diagram af signaler fra detektorelementerne og en ændret arbejdsafstand over et tidsrum, fig. 8 et skematiseret diagram over signalerne med et differenssignal, fig. 9 en projektion af et lyspunkt på en bevæget skæv prøve, fig. 10 en projektion af et lyskildemønster på en hvilende skæv prøve, fig. 11 en opdeling af en strålegang gennem et halvgennemtrængeligt spejl, fig. 12 en opdeling af en strålegang gennem et dikroitisk spejl, fig. 13 en skematisk afbildning af et mikroskop, der er rettet mod en prøve, med et kamera med en lysfilter på en detektor, fig. 14 en strålegang fra en prøve hen til tre detektorer, fig. 15 - 18 en detektor med et lysfilter i fire forskellige positioner i forhold til en prøve,

Fig. 19 et skema over en kantfilter med en kant, der bevæger sig kontinuerligt i filterfladen, fig. 20 et transmissionsdiagram, der resulterer af to kantfiltre, der er placeret efter hinanden, og fig. 21 et følsomhedsdiagram for en detektor.

Fig. 1 viser en autofokusanordning 2, der er integreret i et optisk afbildningssystem 4. Det optiske afbildningssystem er i denne særlige udførelsesform et mikroskop til fluorescensanalyse af biologisk materiale i en prøve 6. Til dette formål omfatter det optiske afbildningssystem 4 en billeddetektor 8 hhv. et kamera, der er forbundet med en styreanordning 10 til optagelsesstyring og lagring af optagne billeder, eller et okular til en direkte iagttagelse af prøven. Styreanordningen 10 er både en del af det optiske afbildningssystem 4 og af autofokusanordningen 2 og tjener til styring af autofokusfremgangsmåden, der er beskrevet i det følgende.

Autofokusanordningen 2 omfatter en lyskilde 12, der stiller lys til rådighed for autofokusfremgangsmåden. Den kan også stille lyset til rådighed for fluorescensanalysen, omend det i reglen er mere hensigtsmæssigt, at det optiske afbildningssystem 4 til dette formål omfatter en anden lyskilde, der ikke er vist her. Lyskilden 12 er forsynet med en lysgenerator 14, f.eks. en LED (Light Emitting Diode), og en optik 16 til udformning af det udstrålede lys, der kan omfatte en lysspreder. En blænde 18 med et åbningsmønster frembringer et en- eller todimensionalt lyskildemønster, der på hensigtsmæssig vis er symmetrisk i forhold til en optisk akse 20 i et optisk system 22, der foruden optikken 16 kan omfatte yderligere optiske elementer 24 og et objektiv 26 i det optiske afbildningssystem 4. En rumligt defineret lyskilde kan også erstatte elementerne 16 og 18. Et middel 28, der svarer til en apertur, opdeler prøven 6's lys fra lyskilden 12 i flere lysbaner, der forløber adskilt fra hinanden fra midlet 28 til prøven 6 og i prøven 6 bringes til en fælles målelysfokus (belysningsbaner). Midlet 28 kan alternativt være anbragt i detektionsbanen (se nedenfor) mellem elementerne 30 og 46, særligt i forbindelse med fokusering på spredende objekter.

Via to stråledelere 30, 32 i form af dikroitiske eller halvgennemtrængelige spejle ledes der lys fra lyskilden 12 ind i objektivet 26 i det optiske afbildningssystem 4, der er lejret i et mikroskophus 34 og fokuserer lyset på prøven 6. Til dette formål omfatter objektivet 26 et optisk element 36, f.eks. en linse, der ved hjælp af en aktuator 38 kan bevæges styrbart langs objektivets 26 optiske akse 20. Styringen af positionen af det optiske element 36 og dermed af fokussen i prøven 6 udføres ved hjælp af styreanordningen 10. Aktuatoren selv kan omfatte en uafhængig afstandsmåler.

Lys, der reflekteres fra prøven 6, løber gennem objektivet 26 i modsat retning, ligesom det er antydet med en stiplet pil, og ledes via stråledeleren 32 på den ene side ind i en optik 40 og ind i billeddetektoren 8 og på den anden side via stråledeleren 30 og en yderligere optik 42 hen til en detektor 44, der omfatter flere detektorelementer (detektionsbane). Detektorelementerne kan være enkelte sensorer, f.eks. fotodioder, eller et gitter af sensorer. Foran detektoren 44 er der placeret en blænde i det optiske system 22 med en blændeåbning 46, som er formet svarende til blændeåbningen i blænden 18 og er placeret i billedplanet for det optiske system 22, og i hvilken der er frembragt et billede af prøven 6 og dermed af lyskildemønsteret, der er gengivet i prøven 6. Blændeåbningen 46 kan omfatte en eller flere åbninger og betegnes i det følgende som blændeåbningen 46. Detektoren 44 leverer signaler til styreanordningen 10, der analyserer disse og anvender dem som styre- eller reguleringsindgang til en styring af aktuatoren 38. Styreanordningen kan desuden bearbejde det uafhængige afstandssignal fra aktuatoren 38 og efter valg benytte det til reguleringen.

Fig. 2 viser en skematisk vist strålegang (belysningsbane) i autofokusanordningen 2 i to lysbaner 48, 50 på prøven 6. I dette udførelseseksempel er lyskildens 12 lysmønster reduceret til et lyspunkt, der stråler gennem to åbninger på midlet 28 til opdeling i lysbanerne 48, 50. Ved en blænde 18, der eksempelvis frembringer to lyspunkter, som vist på fig. 1, opdeles lyset fra hvert lyspunkt i to lysbaner 48, 50, ligesom det er antydet ved midlet 28 på fig. 1.

Lyset fra begge lysbaner 48, 50 fokuseres i en punktformet målelysfokus 52 i prøven 6, der kan have form af lyskilden og f.eks. er punktformet, er aflang svarende til en slidsformet lyskilde eller har en hvilken som helst anden form. Da både målelyset fra lyskilden 12 og lyset til prøveundersøgelsen føres gennem objektivet 26, kan målelysfokussen 52 ligge i fokussen i kameraet hhv. det optiske afbildningssystem 4, der kan være et fokusplan. Det er imidlertid også muligt, at målelysfokussen 52 er fjernet fra en fokus 56 i kameraet med en forinden kendt afstand 54.

Den typiske prøve 6 omfatter en prøveholder 58, på hvilken der er anbragt biologisk prøvemateriale 60, der er overdækket med et tyndt transparent dækglas 62. Denne prøve 6 reflekterer indfaldende lys ved tre grænseflader 64, 66, 68, nemlig den kraftigt reflekterende luft-glas-grænseflade 64, ved glas-prøvemateriale-grænsefladen 66, der reflekterer væsentligt mindre kraftigt, og ved prøvemateriale-glas-grænsefladen 68, der i det følgende ikke betragtes nærmere, hvor der ved meget tynde prøvematerialer signalerne opstår en kombination af grænsefladerne 66 og 68. Glas-prøvemateriale-grænsefladen 66 danner i den forbindelse et fokusmålplan 70, som er beskrevet i dette første udførelseseksempel, og som målelysfokussen 52 skal føres ind i med autofokusfremgangsmåden.

Den hertil gennemførte autofokusfremgangsmåde beskrives på baggrund af figurerne 3 - 8. Figurerne 3-6 viser det optiske system 22 og objektivet 26 stærkt forenklet over prøven 6, der kun er antydet med grænsefladerne 64, 66. Detektoren 44 er vist ved hjælp af to detektorelementer 72, 74, der er placeret på begge sider af den optiske akse 20. Ved et arrangement som på fig. 1 med to punktlyskilder ville der være fire detektorelementer. Blændeåbningen 46 foran detektoren 44 har på hensigtsmæssig vis samme form som lyskilden, det vil sige punkt- hhv. cirkelformet i dette udførelseseksempel. Den er placeret på en sådan måde, at den kommer til at ligge asymmetrisk forskudt i forhold til den optiske akse 20, idet aksen 20 ligger uden for blændeåbningen 46, det vil sige ikke går igennem den.

De to lysbaner 48, 50 er i deres del, der rammer prøven 6, vist med tynde prikker og rettet mod målelysfokussen 52, der ligger i prøveholderen 58, det vil sige, neden under fokusmålplanet 70, der er identisk med grænsefladen 66. De forskellige lysveje fra de forskellige grænseflader 64, 66 til blændeåbningen 46 hhv. til detektorelementerne 72, 74 er vist forskelligt. Lysvejen fra hovedrefleksen, der reflekteres fra den kraftigt reflekterende grænseflade 64, er vist med fuldt optrukne linjer og lysvejen fra lyset, der reflekteres fra grænsefladen 66, der reflekterer mindre kraftigt, med stiplede linjer. Det ses, at der for det første ikke reflekteres lys eller kun en ubetydelig mængde lys i målelysfokussen 52, og for det andet at lyset, der reflekteres fra grænsefladerne 64, 66, ikke rammer blændeåbningen 46, således at der ikke når lys herfra hen til detektorelementerne 72, 74. På fig. 4 er prøven 6 bevæget nedad i sammenligning med afbildningen på fig. 3, således som det er antydet med pile, således at målelysfokussen 52 er bevæget opad i forhold til prøven 6. Bevægelsen af prøven 6 er ækvivalent med bevægelsen af objektivet 26 ved hjælp af aktuatoren 38. Ved positionen af prøven 6 i forhold til objektivet 26, der er vist på fig. 4, ligger målelysfokussen 52 lige under grænsefladen 66. På grund af asymmetrien af blændeåbningen 46 i forhold til den optiske akse 20 slipper der ved denne position reflekteret lys ud af lysbanen 48 gennem blændeåbningen 46 og rammer detektorelementet 72, hvorimod lys fra lysbanen 50 ikke rammer blændeåbningen 46, således at detektorelementet 74 forbliver mørklagt.

Ved en yderligere bevægelse af prøven 6 i nedadgående retning eller af målelysfokussen 52 i prøven 6 i opadgående retning, når målelysfokussen 52 grænselaget 66 og fokusmålplanet 70, således som det er vist på fig. 5. Refleksionerne af de to lysbaner 48, 50 skærer hinanden i billedplanet, hvor blænden og blændeåbningen 46 er placeret. På grund af den asymmetriske blændeåbning 46 uden for den optiske akse 20 mørklægges de to lysbaner 48, 50 i vidt omfang men imidlertid ikke fuldstændigt på grund af den fladeformede apertur af lysbanerne 48, 50. De to detektorelementer 72, 74 modtager hver især noget og lige meget lys og sender et ens signal til styreanordningen 10.

Fig. 6 viser lysbanerne 48, 50 ved endnu en yderligere bevægelse af prøven 6 i nedadgående retning eller af målelysfokussen 52 i prøven 6 i opadgående retning. Målelysfokussen 52 forlader grænselaget 66 og nærmer sig grænselaget 64, således at refleksionen af grænselaget 66, der kun når detektorelementet 74, mørklægges i større og større grad, og refleksionen af grænselaget 64 i tiltagende grad rammer detektorelementet 72 gennem blændeåbningen 46.

Blændeåbningen 46 er placeret i objektivets 26 billedplan. Lys, der reflekteres fra målelysfokussen 52, slipper gennem blændeåbningen 46 og det på hensigtsmæssig vis lige kraftigt fra begge lysbaner 48, 50. Blændeåbningen 46 er i den forbindelse placeret på en sådan måde, at lys, der reflekteres over eller under målelysfokussen 52, løber ud af lysbanerne 48, 50 gennem blændeåbningen 46 med forskellig styrke. En lige kraftig belysning af detektorelementerne 72, 74 betyder således, at et af grænselagene 64, 66 ligger i målelysfokussen. Blændeåbningen er i den forbindelse på fordelagtig vis kun så stor, at lys fra et grænselag 64, 66, der har en afstand på mere end 100 μηη til målelysfokussen 52, ikke kan slippe ud af nogen aflysbanerne 48, 50 gennem blændeåbningen 46.

Ved hjælp af blændeåbningen 46 kan der foretages en selektion af lyset fra forskellige lysveje efter optisk længde. Ligeledes kan der foretages en selektion af lyset fra forskellige lysveje efter deres forskellige retning hen mod detektorelementerne 72, 74. På fig. 7 er amplituderne A fra signal 76 i detektorelement 72 og signal 78 i detektorelement 74 beskrevet ved en bevægelse af målelysfokussen 52 i prøven 6 som ved figurerne 3-6 over tidsrummet t. Desuden er bevægelsen af position 80 i målelysfokussen 52 i z-retningen, der er parallel med objektivets 26 optiske akse 20, vist over tidsrummet t i korrelerende med signalerne 76, 78. Der er markeret fire tidspunkter III, IV, V, VI, der svarer til positionerne 80 i målelysfokussen 52 på figurerne 3, 4, 5, 6.

Til en automatisk fokusering af prøven 6 tilkobles først lysgeneratoren 14 til autofokus-lyskilden 12, og objektivet 26 hhv. dettes optiske element 36, der kan bevæges ved hjælp af aktuatoren 38, bevæges til sin udgangsstilling - på figurerne i retning af prøven 6 helt ned, således at målelysfokussen 52 ligger inden for prøven 6 og dér på hensigtsmæssig vis inden for prøveholderen 58.

Nu bevæges aktuatoren 38 således, at målelysfokussen 52 bevæges fuldstændigt gennem prøvematerialet 60 og gennem fokusmålplanet 70. Samtidig optages signalerne 76, 78 fra detektorelementerne 72, 74 og på hensigtsmæssig vis også et positionssignal fra aktuatoren 38. Først stiger signalet 76 fra detektorelementet 72 for at falde hurtigt igen. Derefter stiger signalet 78 fra detektorelementet 74 og falder ligeledes igen, begge i overensstemmelse med lysindfaldet gennem blændeåbningen 46 som beskrevet ved figurerne 4-6. Særligt optages positionen af skæringspunktet for flankerne fra signalerne 76, 78 - i det følgende målposition, i hvilken målelysfokussen 52 ligger i fokusmålplanet 70. Denne målposition registreres af styreanordningen 10, der er forbundet med aktuatoren 38, der hele tiden eller på forespørgsel fra styreanordningen 10 sender sin position hhv. positionen af det optiske element 36 til styreanordningen 10.

Den nye kraftige stigning først af signalet 76 og derefter af signalet 78 over en grænseværdi g betrages som et tegn på og orientering om, at målelysfokussen 52 nærmer sig den kraftigt reflekterende grænseflade 64 og dermed ligger over fokusmålplanet 70. Den opadgående bevægelse af målelysfokussen 52 standses.

Nu kan aktuatoren 38 i et enkelt fremgangsmådetrin indstilles svarende til den registrerede målposition, og prøven 6 er fokuseret meget hurtigt. Målelysfokussen 52 er indstillet til fokusmålplanet 70 og dermed også mikroskopets 4 fokus, når målelysfokussen 52 ligger i denne fokus. Ellers er fokussen indstillet til et ønsket plan, der er fjernet fra fokusmålplanet 70 med en kendt strækning.

Der opnås en nøjagtig fokusering, når bevægelsen af målelysfokussen 52 reverseres, og målelysfokussen 52 denne gang føres langsommere ind i prøvematerialet 6, således som det er vist på fig. 7. Der dannes igen et maksimum af signalet 76, og en indstilling af signalerne 76, 78 til signaloverensstemmelse fører målelysfokussen 52 ind i fokusmålplanet 70.

En alternativ fremgangsmåde kan begyndes med, at målelysfokussen 52 ligger over prøven 6 og derfra køres ind i prøven 6. Den hovedrefleks, der først opstår, fra glas-luft-grænselaget 64 registreres tydeligt. Da tykkelsen af dækglasset 62 er kendt, f.eks. 170 μιτι, kan målelysfokussen 52 hurtigt bevæges nedad med denne eller en noget mindre strækning. Derefter kan bevægelseshastigheden reduceres og målelysfokussen 52 bevæges længere nedad, indtil signalerne 76, 78 er lige kraftige.

En regulering til målpositionen på baggrund af signalerne 76, 78 er forklaret i det følgende på baggrund af fig. 8. Der dannes et differenssignal 82 ud fra forskellen mellem signalerne 76, 78, f.eks. ved subtraktion af signalerne 76, 78, der anvendes som reguleringsstørrelse med nulgennemgang 84 som reguleringsmålværdi. I nulgennemgangen 84 ligger målelysfokussen 52 i målposition 86. På fordelagtig vis er detektoren 44 hertil kalibreret på en sådan måde, at signalerne 75, 78 er ens, når målelysfokussen 52 ligger i fokusmålplanet 70. Hvis målelysfokussen 52 skal ligge et stykke uden for det reflekterende grænselag 66, kan der gives et offset til et signal 76, 78, eller et signal 76, 78 kan forstærkes i større eller mindre grad. Herved forskydes nulgennemgangen 84 tilsvarende i z-retningen. Når forholdet mellem offset eller forstærkning og forskydning er kendt, kan fokusmålplanet 70 indstilles tilsvarende omkring grænsefladen 66, uden at autofokusfremgangsmåden, der er beskrevet på figurerne 7 og 8, skal ændres. Den tilsvarende indstilling af detektoren 44 kan udføres som kalibrering inden en autofokusfremgangsmåde eller under autofokusfremgangsmåden efter tilsvarende ordre fra styreanordningen 10.

Efter indstilling eller justering af fokuspositionen kan lysgeneratoren 14 frakobles og fokuspositionen reguleres eller bevares ved hjælp af aktuatorens 38 positionssignal. Dette indebærer den fordel, at autofokus-lysmønsteret ikke gengives med kameraet under belysningen. Optionelt kan lysgeneratoren 14 forblive tilkoblet kontinuerligt og reguleringen udføres efter differenssignalet 82.

Nu kan der optages billeder af prøven 6 hhv. af prøvematerialet 60, evt. ved flere z-positioner. Disse kan påkøres ved en tilsvarende styring af aktuatoren 38. Det er også muligt at opnå disse ved en signalforskydning af et af eller begge signaler 76, 78.

Til optagelse af flere billeder af en stor prøve 6 bevæges denne i x-y-retningen 88, det vil sige vinkelret på s-aksen hhv. den optiske akse 20, således som det er antydet på fig. 9. Foluseringen kan i den forbindelse bevares. Hvis prøven 6 imidlertid er skæv, forskydes målelysfokussen 52 med en strækning 90 i z-retningen inden for prøven 6. For at kunne registrere dette kontrolleres signalerne 76, 78 ved den nye x-y-position med henblik på plausibilitet. Hvis signalerne 76, 78 ikke svarer til forventningen, det vil sige ligger uden for grænseværdierne, indledes en grov søgning efter fokusmålplanet 70, som det er beskrevet på fig. 7. Hvis signalerne 76, 78 er acceptable, kan reguleringen påbegyndes med det samme, f.eks. til nulgennemgang 84.

Fig. 10 viser en projektion af et lyskildemønster på en hvilende, skæv prøve 6.

Det kan ikke på baggrund af et enkelt autofokus-lyspunkt ses, om prøven 6 er skæv i forhold til den optiske akse 20. Hvis målelysfokussen 52 imidlertid omfatter flere fokuspunkter 92, f.eks. idet lysmønsteret gengives ved flere fokuspunkter 92 i prøven, kan refleksioner fra hvert enkelt fokuspunkt 92 analyseres separat via i hvert enkelt tilfælde i det mindste to lysbaner, som det er beskrevet ovenfor. På denne måde kan det registreres, at de respektive fundne fokusmålplaner til de enkelte fokuspunkter 92 ikke er identiske. Der kan udsendes et fejlsignal, således at prøven 6 igen indsættes lige i sin holder.

Fig. 11 og 12 viser alternative detektionsskemaer, der anvender to optiske baner, der ikke er adskilt rumligt i det optiske system 22. På fig. 11 separeres en stråle i detektionsbanen først efter det optiske system 22 og før detektorerne 72, 74 ved hjælp af et halvgennemtrængeligt spejl 94. Ved hjælp af to blændeåbninger 46, der er placeret asymmetrisk i forhold til spejlet 94 foran detektorerne 72, 74, detekteres afstandssignalet fra de lidt forskellige baner. Asymmetrien er vist ved de forskellige afstande 96, 98 ved blændeåbningerne 46 vinkelret på spejlet 94. På fig. 12 udsender lysgeneratoren 14 stråling med to forskellige frekvenser (λι, \z), der deles før detektorerne 72, 74 ved hjælp af et dikroitisk spejl 200. Igen frembringes afstandssignalet ved hjælp af blændeåbningenen 46. I dette tilfælde kan blændeåbningerne 46 være placeret symmetrisk i forhold til det dikroitiske spejl 100, når brydningsindekset for det optiske system 22 i tilstrækkelig grad deler lysbanerne fra de forkellige frekvenser rumligt, således som det er vist på fig. 12 ved de to lysbaners afstande til spejlet 100.

Også i udførelseseksemplerne fra fig. 11 og fig. 12 kan der ved hjælp et optisk middel, i disse tilfælde det halvgennemtrængelige spejl 94 eller det dikroitiske spejl 100 foretages en selektion af lyset fra forskellige lysveje efter optisk længde. Der kan ligeledes foretages en selektion af lyset fra forskellige lysveje efter forskellige retninger hen til detektorelementerne 72, 74.

Fig. 13 viser en skematisk afbildning af et optisk afbildningssystem 102, som f.eks. er udført som et mikroskop, og som er rettet mod en prøve 106, der ligger på et prøvebord 104. Det optiske afbildningssystem 102 omfatter en lyskilde 108, hvis lysstråler i en strålegang, der er antydet med en fuldt optrukket pil 110, er rettet mod prøven 106 ved hjælp af et optisk system 112 og et dikroitisk spejl 114. Det optiske system 112 indbefatter et objektiv 116, der ved hjælp af en aktuator 18 kan bevæges i forhold til et mikroskophus 120 langs strålegangens optiske akse 122 til fokusering af prøven 106.

Stråling, der reflekteres eller spredes fra prøven 106, ledes i en strålegang, der er antydet med en stiplet pil, gennem det dikroitiske spejl 114 og optiske elementer 124, der kun er antydet, i det optiske system 112 ind i et kamera 126, der er forsynet med en detektor 128 med et lysfilter 130. Detektoren 128 omfatter et stort antal af detektorelementer 132, som er placeret i en todimensional matrix, og som er udført som CCD-elementer og er fastgjort på en chip. Lysfilteret 130 er et spektralfilter med flere filterområder 134, som reflekterer forskelligt spektralt, og som ligeledes er placeret på chippen og i strålegangen umiddelbart før detektorelementerne 132.

Prøvebordet 104 og med dette prøven 106 kan ved hjælp afen aktuator 136 bevæges vinkelret på objektivets 16 optiske akse 122, således som det er antydet med pile 138, således at der kan laves flere optagelser af prøven 106 i forskellige positioner af prøven 106 i forhold til mikroskopet 102. Aktuatoren 136 kan aktiveres ved hjælp afen styreanordning 140 til mikroskopet 12 på en sådan måde, at der kan indstilles en bevægelsesbane for prøven 16 fra optagelse til optagelse til en på forhånd fastlagt eller af styreanordningen beregnet værdi. Styreanordningen 140 kan samtidig være styreanordning 140 for kameraet 126 eller en yderligere styreanordning for mikroskopet 102 uden for kameraet 126.

Ved hjælp af styreanordningen 140 kan der alternativt til eller foruden aktuatoren 136 aktiveres en aktuator 142 til lysfilteret 130 og/eller en aktuator 144 til detektoren 128, således at filterområderne 134 og/eller detektorelementerne 132 kan bevæges styrbart i forhold til det optiske system 112 vinkelret på den optiske akse 122 i strålegangen, der rammer kameraet 126. På denne måde kan et billede afen genstand i prøven 16 vandre på en eller flere måder via lysfilteret 130 og/eller detektoren 128.

En alternativ udførelsesform for en detektor 146 med flere detektorområder 148, 150, 12 er vist på fig. 14. Den følgende beskrivelse begrænser sig i det væsentlige til forskellene i forhold til udførelseseksemplet fra fig. 13, som der henvises til med hensyn til uforandrede kendetegn og funktioner. Komponenter, der i det væsentlige er ens, nummereres med samme henvisningsbetegnelser, og ikke nævnte kendetegn er overtaget, uden at de beskrives på ny.

Via to dikroitiske stråledelere 154, 156 opdeles stråling, der reflekteres fra prøven 6, efter tre spektralområder og ledes mod detektorområderne 148, 150, 152. Detektorområderne 148, 150, 152 er hver især kun følsomme i ét af spektralområderne eller mere følsomme her end i de andre spektralområder. Før hvert detektorområde 148, 150, 152 er der i hvert enkelt tilfælde placeret et filterområde 158, 160, 162, idet filterområderne 158, 160, 162 kun er gennemtrængelige i ét af spektralområderne eller mere gennemtrængelige her end i de andre spektralområder. Deres gennemtrængelighed er tilpasset spektralt til det detektorområde 148, 150, 152, der i hvert enkelt tilfælde er tildelt dem. Et af eller alle filterområderne 158, 160, 162 kan igen være opdelt i underområder, der hver især filtrerer forskelligt spektralt, således som det er vist på fig. 14. På grund af opdelingen i detektorområder 148, 150, 152 med forskellig spektral følsomhed og med filterområder 158, 160, 162, der hver især filtrerer forskelligt spektralt, kan der opnås et særligt højt lysudbytte over et bredt spektralområde. På figurerne 15 - 18 er der i hvert enkelt tilfælde vist en gengivelse af en prøve 106, der er forsynet med 3x10 prøveglas, der også kan udgøre prøveflader, 164, også betydeligt større tal kan tænkes, i hvilke der i hvert enkelt tilfælde er indeholdt den samme eller en forskellig prøvesubstans. Prøveglassene 164 er placeret i en firkantet matrix og fastgjort på prøvebordet 104. I prøvesubstansen befinder der sig genstande 166, der skal undersøges. Prøven 106 fremviser i sin helhed og i sine genstande et billedmønster.

Detektoren 128 og dens 11 x 15 firkantede detektorelementer 132 er for overskuelighedens skyld vist med stiplede linjer, hvorimod lysfilteret 130 med sine 5 stribeformede filterområder 134 er vist med fuldt optrukne linjer. Striberne i filterområderne 134 er placeret vinkelret på prøvebordets bevægelsesretning, der er vist med en pil 138. For bedre at kunne skelne linjerne fra hinanden er gengivelsen af prøven vist med stiplede linjer.

Fig. 15 viser detektoren 128 og gengivelsen af prøven 106 i en indbyrdes stilling, i hvilken der laves en optagelse af prøven 106, men imidlertid ikke den første, som det er forklaret i det følgende. Optagelsen udgør et billedafsnit med fem billedområder, i hvilket tolv prøveglas 164 samt indhold er vist fuldstændigt og tre prøveglas 164 kun er vist delvist. Tre prøveglas 164 gengives i hvert enkelt tilfælde gennem et filterområde 134 og dermed i dettes spektralområde. Et ud af fem billedområder af billedafsnittet gengives i hvert enkelt tilfælde gennem et filterområde 134. Hvert filterområde 134 og hvert billedområde overdækker i den forbindelse nøjagtigt tre detektorelementer 132 vinkelret på prøvens 106 bevægelsesretning, mere generelt: nøjagtigt et ens antal af detektorelementer 132.

Til en efterfølgende optagelse bevæges gengivelsen af prøven 106 videre med en strækning, der svarer til bredden af filterområderne 134, idet bredden ses i prøvens 106 bevægelsesretning. Der optages nu et yderligere billedafsnit af prøven 106, idet dette billedafsnit dækker over et andet prøveafsnit og andre genstande 166. Placeringen af filterområderne 134 i billedafsnittene forbliver ens, men imidlertid ikke i forhold til prøveafsnittene og genstandene 166. Med den anden optagelse gengives de på ny gengivne prøveglas 164 i et andet spektrum, det vil sige i en anden farve.

Fig. 17 viser prøven 106, der igen er forskudt med bredden af filterområderne 134, således at prøveglassene, der nu er gengivet tre gange, er gengivet i tre forskellige spektre. På denne måde gengives alle områder af prøven 106 og alle prøveglas 164 i det mindste lige så ofte, som der forefindes filterområder 134, i det viste udførelseseksempel mindst fem gange, således at hvert prøveområde er optaget i fem spektre. Ud fra disse fem billeder kan der for hvert prøveområde sammensættes et billede i fem farver. For at gengive hvert prøveområde fem gange optages prøven 106 ved den første optagelse kun gennem ét filterområde 134, ved den anden optagelse gennem to filterområder 134 og så videre. Fig. 15 viser således den femte optagelse af prøven 106.

Prøven 106 gengives i sin helhed, idet prøven 106 gengives billedafsnitsvist på detektoren 128, og der udføres flere afbildninger, der delvist overdækker hinanden, af prøven 106 og genstandene 166. I den forbindelse udføres der i det mindste så mange afbildninger, som der forefindes forskellige filterafsnit 134. Ud fra så mange afbildninger, der overdækker hinanden, som der forefindes forskellige filterafsnit 134, frembringes der i hvert enkelt tilfælde et mangefarvet billede af prøven 106 hhv. afen genstand 166, f.eks. af styreanordningen 140.

Optagelserne analyseres i den forbindese afen analyseanordning, der kan være styreanordningen 140, der er forbundet signalteknisk med detektoren 128. I den forbindelse registreres det eksempelvis, at en genstand 168 har særlig stor betydning og bør vises i en særligt høj opløsning. Når denne opgave er defineret, bevæges prøven 106 fra optagelse til optagelse med kun mindre end en pixellængde, det vil sige en længde af et detektorelement 132, som det kan ses på fig. 18 i sammenligning med fig. 17. Genstanden bevæges i den forbindelse subpixelvist fra optagelse til optagelse via en grænse mellem to filterområder 134. Fra optagelserne kan der i det område, som grænsen er kørt hen over, opnås en opløsning, der ligger i subixelområdet, således at genstanden 168 kan vises med særligt høj opløsning.

Alternativt til en bevægelse af prøven 106 i forhold til mikroskopet 102 kan lysfilteret 130 og/eller detektoren 128 bevæges i forhold til prøven 106 og eksempelvis mikroskophuset 120. I en yderligere udførelse kan de enkelte detektorelementers ladning inden for et filterområde med prøvens afbildning forskydes detektorelementvist og først udvælges efter en eller flere forskydninger. Eller de ladninger, der under forskydningen af prøveafbildningen inden for et filterområde er tilordnet en prøveposition, kan tilordnes en pixelspektralværdi. På denne måde kan ladningen, der frembringes af lyset, fra prøven akkumuleres over et længere tidsrum.

Fig. 19 viser et dobbeltdiagram, i hvilket filterfladen på et lysfilter 170 er vist i x-og y-retning. z-retningen er den optiske akse 22's retning ved indløb i kameraet 126. Desuden er absorptionen A ved lysfilteret 170 vist. Jo højere transmissionen af lysfilteret 170 er, desto lavere er absorptionen A. I det skraverede område er absorptionen ideelt set på næsten 100 % og lysfilteret 170 ikke lysgennemtrængeligt.

Lysfilteret 170 er et kantfilter med en kant 172 ved en fastsat bølgelængde λ. Bølgelængden λ afhænger af positionen af kanten 172 i filteret 170's x-retning 170. Længere til højre i filteret er bølgelængden λ for kanten 172 større end længere til venstre. I det viste eksempel er ændringen af kantens bølgelængde konstant pr. strækning lysfilter i x-retning. Der kan også tænkes andre relationer med lineær eller ikke-lineær ændring. Ved lysfilteret 170 ligger et meget stort antal eller et uendeligt stort antal filterområder, der filtrerer forskelligt spektralt, meget tæt eller uendeligt tæt op til hinanden. Når lysfilteret 170 anvendes i stedet for lysfilteret 130 på figurerne 15 - 18 kan hvert prøveområde gengives så ofte som ønsket i forskellige spektre, således at en spektral opløsning af det samlede billede af prøven 106 er afhængig af prøvens 106 bevægelsesstrækning fra optagelse til optagelse. På denne måde kan den spektrale opløsning af det samlede billede vælges frit.

Hvis der placeres to kantfiltre 174, 176 med et modsatrettet kantforløb efter hinanden, således som det er vist på fig. 20, kan et transmissionsvindue 178 både i sin rumlige udstrækning Δχ og i sin spektrale udstrækning Δλ indstilles ved en bevægelse af kantfiltrene 174, 176 i forhold til hinanden. Spektralområder kan udelukkes, og en spektral opløsning kan indstilles.

En tilpasning af lysfilteret 130 til detektoren 128 er vist på fig. 21. På fig. 21 er et diagram overfølsomheden E ved detektor 128 over bølgelængden λ af det registrerede lys indtegnet. Følsomheden E er afhængig af lysets bølgelængde λ og én bølgelængde λι mindre end en bølgelængde K2. For at opnå en så ensartet belysning af optagelserne af prøven 106 som muligt over hele det relevante spektralområde er det ved bølgelængden λι transmissive filterområde 134 af lysfilteret 130 transmissivt i et større bølgelængdeområde Δλι end det ved bølgelængde hz transmissive filterområde 134 af lysfilteret 130, der kun er transmissivt i et mindre bølgelængdeområde ΔΚζ.

En yderligere mulighed for at opnå en så ensartet belysning som muligt af optagelserne af prøven 106 over hele det relevante spektralområde består i, at der udføres en elektronisk tilpasning af detektorelementerne 132 til filterområdet 134, der ligger foran dem. Ved et mindre transmissivt filterområde 134 kan et detektorelement 132, der er tilordnet dette filterområde 134, aktiveres på en anden måde end et detektorelement 132, der er tilordnet et mere transmissivt filterområde 134. Den forskelligartede aktivering kan opnås ved en forskellig indstilling af gain-faktoren og/eller detektorelementerne 312's integrationstid.

Også en pixelbinning, det vil sige sammenlægning af to eller flere pixels hhv. detektorelementer 132 kan tænkes, ligesom en subsampling, det vil sige en udvælgelse af kun hvert n-te detektorelement 132, hvor n = 1, 2, 3, ... Den tilsvarende styring kan udføres af styreanordningen 140. I et særligt fordelagtigt udførelseseksempel tages der ved den elektroniske tilpasning af detektorelementerne 132 hensyn til en forskydning af filterområderne 134 foran detektorelementerne 132. Hertil skal positionen af lysfilteret 130 i forhold til detektoren 128 være kendt, f.eks. ved hjælp af positionssignaler fra en af aktuatorerne 142, 144. ...... . 68 Grænseflade

Henvisningsbetegnelser 70 Fokusmålplan 2 Autofokusanordning 72 Detektorelement 4 Mikroskop 74 Detektorelement 6 Prøve 76 Signal 8 Billeddetektor 78 Signal 10 Styreanordning 80 Position 12 Lyskilde 82 Differenssignal 14 Lysgenerator 84 Nulgennemgang 16 Optik 86 Målposition 18 Blænde 88 Retning 20 Optisk akse 90 Strækning 22 Optisk system 92 Fokuspunkt 24 Optisk element 94 Spejl 26 Objektiv 96 Afstand 28 Middel 98 Afstand 30 Stråledeler 100 Spejl 32 Stråledeler 102 Mikroskop 34 Mikroskophus 104 Prøvebord 36 Optisk element 106 Prøve 38 Aktuator 108 Lyskilde 40 Optik 110 Pil 42 Optik 112 Optisk system 44 Detektor 114 Spejl 46 Blændeåbning 116 Objektiv 48 Lysbane 118 Aktuator 50 Lysbane 120 Mikroskophus 52 Målelysfokus 122 Optisk akse 54 Afstand 124 Optiske elementer 56 Fokus 126 Kamera 58 Prøveholder 128 Detektor 60 Prøvemateriale 130 Lysfilter 62 Dækglas 132 Detektorelement 64 Grænseflade 134 Filterområde 66 Grænseflade 136 Aktuator 138 Pil 168 Genstand 140 Styreanordning 170 Lysfilter 142 Aktuator 172 Kant 144 Aktuator 174 Kantfilter 146 Detektor 176 Kantfilter 148 Detektorområde 178 Transmissionsvindue 150 Detektorområde A Absorption 152 Detektorområde E Følsomhed 154 Spejl λ Bølgelængde 156 Spejl Δλ Bølgelængdeområde 158 Filterområde A Amplitude 160 Filterområde g Grænseværdi 162 Filterområde t Tid 164 Prøveglas z Den optiske akses retning 166 Genstand

Claims (12)

1. Autofokusfremgangsmåde, ved hvilken lys fra en lyskilde (12) gennem to åbninger på et middel (28) opdeles i to lysbaner (48, 50), fokuseres i en målelysfokus (52) i en prøve (6) og derfra kastes tilbage, og det tilbagekastede lys føres gennem et optisk system (22) i to tilsvarende lysbaner (48, 50) hen til i det mindste to detektorelementer (72, 74), hvor målelysfokussen (52) bevæges i lag, der tilbagekaster lys i forskellig styrke, af prøven (6); og det tilbagekastede lys føres gennem i det mindste en blændeåbning (46), der i sin form svarer til formen af lyskilden (12), er placeret i et billedplan for det optiske system (22) og er placeret uden for en optisk akse (20) i det optiske system (22); og detektorelementerne (72, 74) er arrangeret på en sådan måde, at forløb af en strålingsegenskab, der registreres af et af detektorelementerne (72, 74), i den forbindelse er indbyrdes forskellige, og en fokusposition indstilles afhængigt af forløbene.

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at lys, der reflekteres fra målelysfokussen (52), fra de to lysbaner (48, 50) rammer detektorelementerne (72, 74) med samme styrke.

3. Fremgangsmåde ifølge et af de foregående krav, kendetegnet ved, at lys, der reflekteres over eller under målelysfokussen (52), rammer detektorelementerne (72, 74) med forskellig styrke.

4. Fremgangsmåde ifølge et af de foregående krav, kendetegnet ved, at der ved hjælp af et optisk middel udføres en selektion af lyset, der reflekteres fra forskellige grænselag (64, 66), efter forskellig optisk vejlængde.

5. Fremgangsmåde ifølge et af de foregående krav, kendetegnet ved, at der ved hjælp af et optisk middel udføres en selektion af lyset, der reflekteres fra forskellige grænselag (64, 66), efter forskellige retninger hen til detektorelementerne (72, 74).

6. Fremgangsmåde ifølge et af de foregående krav, kendetegnet ved, at lysbanerne (48, 50) er adskilt fra hinanden ved hjælp af et skyggelagt område.

7. Fremgangsmåde ifølge et af de foregående krav, kendetegnet ved, at lyset i lysbanerne (48, 50) har forskellige spektrale egenskaber, og lysbanerne (48, 50) deles før detektorelementerne (72, 74) efter de spektrale egenskaber.

8. Fremgangsmåde ifølge et af de foregående krav, kendetegnet ved, at forløbene registreres kontinuerligt.

9. Fremgangsmåde ifølge et af de foregående krav, kendetegnet ved, at en fokus i det optiske system (22) indstilles på en sådan måde, at signaler (76, 78) fra detektorelementerne (72, 74) står i et fast forhold til hinanden og særligt har samme styrke.

10. Fremgangsmåde ifølge et af de foregående krav, kendetegnet ved, at målelysfokussen (52) indstilles til et grænselag (66), der tilbagekaster lys, og at prøven (6) derefter bevæges vinkelret på den optiske akse (20) i det optiske system (22), og signalerne (76, 78) fra detektorelementerne (72, 74) efterfølgende kontrolleres med henblik på plausibilitet med hensyn til en fortsat forekommende grovindstilling til det reflekterende grænselag (66).

11. Fremgangsmåde ifølge et af de foregående krav, kendetegnet ved, at lyskilden (12) indeholder et lysmønster, der gengives i prøven (6), idet reflekteret lys fra flere mønsterpunkter i lysmønsteret i hvert enkelt tilfælde registreres separat efter lysbaner (48, 50).

12. Autofokusanordning (2), der omfatter: en lyskilde (12); et middel (28) med to åbninger til opdeling af lyset fra lyskilden i to lysbaner (48, 50); et objektiv (26) til fokusering af det opdelte lys i en målelysfokus (52) i en prøve (6) og til ledning af det derfra tilbagekastede lys i to tilsvarende lysbaner hen til i det mindste to detektorelementer (72, 74); og et optisk system (22) til afbildning af lyskildemønsteret, der frembringes i prøven, på et billedplan i det optiske system (22); i det mindste en blændeåbning (46), der i sin form svarer til formen af lyskilden (12), der er placeret i det nævnte billedplan og uden for en optisk akse (20) i det optiske system (22); en aktuator (38) og en styreanordning (10) til bevægelse af et element (36) af objektivet (26) i forhold til prøven (6) gennem aktuatoren (38) på en sådan måde, at målelysfokussen (52) bevæges i lag, der tilbagekaster lys i forskellig styrke, af prøven (6); på en sådan måde, at det tilbagekastede lys ledes gennem den i det mindste ene blændeåbning (46), hvor detektorelementerne (72, 74) er placeret på en sådan måde, at forløb af en strålingsegenskab, der registreres af et af detektorelementerne (72, 74), i den forbindelse er forskellige, og styreanordningen (10) er indrettet til at analysere forløbene ved flere positioner af målelysfokussen (52).