[发明专利]用于校准数字光学仪器的方法

说明书

本发明涉及一种用于校准光学仪器的方法，具体地，用于数字显微镜和模块化光学系统，这些光学仪器包括多个独立的变焦系统以及(可选地)多个物镜。另外，本发明涉及数字显微镜或数字光学系统，在该数字显微镜或数字光学系统中实现这种方法，或者说该数字显微镜或数字光学系统适用于根据本发明的方法的应用。

(即变焦系统的和物镜的)光学组件的生产公差会造成图像呈现的像差，不管这是物镜的还是特定变焦设置的实际放大率、图像稳定性离中心的偏离、图像失真、色差还是其他像差。

像差是指从物点发射的各种光线并未全部聚焦在像点上。最重要的像差是球面像差和色像差。通过由多个不同玻璃类型的透镜所构成的系统对球面像差和色像差进行校正；通过非球面透镜或梯度透镜对球面像差进行校正。本领域技术人员已经认识到了进一步的校正选项，例如不晕透镜、分解透镜以用于减小入射角、具有更高折射率的玻璃类型、减小光瞳和其他选项。例如，玻璃板(平板)产生图像平面偏移或不清晰，这会随着孔径角的增大而增强。

通过透镜的成像总是在不同程度上容易出错。例如，在显微图像中创造了彩色条纹或所谓的场曲率。通过物镜的巧妙设置可以大部分地排除此类像差。平面消色差透镜和复消色差透镜是这种情况的例子。在复消色差物镜的情况下，显微图像中的彩色边缘受到物镜中的不同透镜的复杂安排的抑制。校正平面消色差透镜的方式为使得消除显微图像中通常出现的场曲率。

在所有的物镜当中，平面复消色差透镜具有最复杂的设计。在这些物镜中，场曲率被大部分地去除，如同平面消色差透镜的情况。另外，通常发生的红色和蓝色条纹在这些物镜中受到非常复杂的设计的抑制。这些物镜非常昂贵并且主要用于需求最高的彩色显微摄影中。

在变焦系统中，由于变焦设计的定中心差异(图像稳定性误差)的存在，另外存在像差。此外，上述像差可以随着变焦范围而变化。

制造公差具体在成像的质量中发挥着重大作用。在具有模块化设计的数字显微镜的情况下，具体由于变焦系统和物镜光学组件和其对应的公差，像差会叠加。

DE 102 25 193 A1披露了一种用于校准立体显微镜的放大率的方法，其中，应当能够在第一校准的基础上推导出整个放大率范围上的校准。用物镜/目镜参考测量对，通过致动变焦而在显微镜上设置预定的实际放大率。对变焦的不同透镜的位置(在这种情况下存在)进行配准，并存储标称放大率值以用于每种变焦设置。通过实际放大率和标称放大率之间的计算性比较来计算校正因数，该校正因数用于校准整个变焦范围。这仅涉及关于真实放大率的校正。

在数字摄影中，可以手动地通过例如软件对物镜失真进行校正，其中，用于相机和物镜的综合数据库必须是可用的。在内部使用相机(例如索尼)的固件部分地执行物镜校正(失真、色像差和渐晕)。

DE 101 14 757 B4描述了一种具有变焦光学单元和数字相机的显微系统。在校正单元(PC)中对应于与对应的放大率相对应的图像校正数据对数字拍摄的图像进行校正。在此，图像校正数据是标准背景图像的摄影图像数据。针对每个像素执行与物像和该标准背景图像相对应的异或功能。

DE 10 2010 025 888 A1披露了一种数字相机，该数字相机具有用于创建没有失真的数字图像的实现方法，该数字相机使得理想的图像失真能够分别适应现有的相机物镜。在该方法中，一旦被实验性地并后续地存储在所有具有相同物镜类型的数字相机中，就确定了用于每一类相机物镜的校正值。在此，失真函数取决于已设定的焦距和有待记录的物距，并且可以被建立为由常数所组成的二维矩阵并且存储在数字相机中。在此，可以从所存储的矩阵通过内插而建立这些因数。

US 2008/0239107 A1和US 2009/0268078 A1披露了用于数字相机的失真校正方法，在这些方法中，将取决于变焦和聚焦设置的系数存储在表格中。在校正的过程中，通过用高阶多项式插值来建立中间值。

在数字显微术和其他数字光学应用中，如果变焦未被直接整合在物镜中，物镜和变焦系统通常可以被配置在它们自己之间。也就是说，变焦系统可以与不同的物镜一起使用。由于变焦系统和物镜两者会造成不同的像差，需要不同的校正以实现令人满意的图像质量。

本发明是基于详细说明了一种用于校准数字显微镜或不同光学系统的目的，该方法具体地简化了模块化系统的制造工艺，并且使得当物镜被改变时能够产生关于不同像差的快速且简单的校准。此外，所寻求的是提供一种具有这种校准逻辑的数字显微镜。

该目标是通过包括权利要求1的特征的方法和通过包括权利要求10的特征的数字显微镜而实现的。