[发明专利]用于显微镜的自动聚焦方法和设备

说明书

技术领域

本发明涉及用于显微镜、特别是手术显微镜的自动聚焦方法和自动聚焦设备。

背景技术

已知的自动聚焦设备包括用于产生自动聚焦光束路径的自动聚焦光学部件，自动聚焦光束路径在物体上产生自动聚焦图案，自动聚焦光束路径通常通过偏转元件被引导到物体上。此外，这种类型的自动聚焦设备包括自动聚焦评估单元，检测器光束路径通过偏转元件被递送到自动聚焦评估单元，该检测器光束路径代表自动聚焦光束路径的从物体反射的辐射。

DE4131737C2描述了一种用于具有主物镜的立体显微镜的自动聚焦设备。用该自动聚焦设备，投影光束路径由投影光学部件产生，且转而在通过主物镜之后，在物体表面上产生线条图案。从物体反射的投影光束路径的光被耦合输出且被递送到光敏的空间分辨的位置检测器。散焦操作导致线条图案(条状纹理(linear marking))的像在位置检测器上的横向移动，该横向移动通过自动聚焦评估单元被记录且被使用作为用于聚焦驱动器的再聚焦的闭环控制信号。为了自动聚焦，后者调节正被使用的物镜的拦截距离(intercept distance)，或者将整个立体显微镜沿着光轴移置。

基于根据DE4131737C2描述的布置，DE102006040636B3提出一种自动聚焦设备，其中具有单独地可控制和可调节的微镜(micromirror)的微镜阵列以共用方式被设置作为用于自动聚焦光束路径和投影光束路径的偏转元件，且被设置作为用于检测器光束路径的偏转元件。通过微镜阵列，通过对微镜相应地应用控制，自动聚焦图案可以受控制的方式在其位置和几何形状方面以及在其光强度方面被改变。另外，可以使用在任何情况下均存在于显微镜中用于照明物体的照明光学部件来产生自动聚焦光束路径。因而，微镜阵列可以具有两种功能：一方面，微镜阵列从照明光束路径产生用于在物体上产生自动聚焦图案的自动聚焦光束路径；另一方面，微镜阵列将检测器光束路径耦合输出，检测器光束路径转而被引导到自动聚焦评估单元上。这个文件描述了通过适当调节微镜阵列中的微镜而产生两个点光束。从微镜阵列发出的点光束通过显微镜的主物镜且由主物镜聚焦。如果两个点光束的交叉点位于物体之上或之下，那么两个斑点在物体上可见。为了自动聚焦，具有固定的焦距的主物镜被移动，直到仅一个斑点(当散焦时可见的两个斑点的合并)在物体上可见。用变焦距物镜(具有可变焦距的物镜)，相应地调节焦距。关于使用所描述的自动聚焦设备的这种类型或其他类型的自动聚焦，明确地参考上述专利文件DE102006040636B3。通过这种参考，相应的公开清楚地意欲成为本申请的组成部分。

另一种自动聚焦设备从EP1241506B1已知。这里，使用在手术显微镜上存在用于文件编制目的的(视频)摄像机来定位显微镜的正确焦点位置。摄像机包括图像采集设备和信号处理器单元，信号处理器单元使用例如对照方法确定最佳焦点。通过摄像机中的接口和显微镜中的另一接口，为了聚焦，将由摄像机产生的闭环控制信号传递到显微镜的控制单元中，控制单元对显微镜中的相应的定位单元应用控制，定位单元改变物镜焦距用于自动聚焦。除了上述(视频)摄像机之外，单独的测量模块不与这种系统一起使用。

在EP1255146B1中以类似的方式进行自动聚焦；这里，通过评估显微镜图像传感器的图像内容的变化而产生二维直方图，且从该直方图获得特定的运动活动性。由此，自动聚焦单元可以基于被确定的数据将焦点放置到具有最大活动性的区域，即例如放置到用手术仪器研究的区域。

DE3328821C2公开了一种用于显微镜的自动聚焦设备，具有至少两个交替切换的光源，例如红外二极管，光源靠近显微镜的光瞳被彼此相邻布置。从光源发出的光束被反射到显微镜的光束路径中。光源照明特别地代表由透明条纹和反射条纹构成的格栅的标记。该标记自动准直地成像到自身。如果物体位于显微镜的焦点处，那么在返回路径上，朝向物体通过标记的透明条纹前进的光束再一次通过标记的相同区域前进。然而，如果物体不位于焦点处，那么在物体处反射时通过标记的透明条纹前进的光束经历横向偏移，且到达布置在透明条纹之上或之下的反射条纹(根据散焦的表示)。如果反射条纹邻近透明条纹彼此成特定角度地被布置，那么也可以确定散焦的表示。