[发明专利]光学显微镜和使用光学显微镜记录图像的方法

说明书

一种使用光学显微镜记录图像的方法，包括以下步骤：将照明光(12)引导至样本(35)；将来自样本(35)的检测光(15)引导到多个光子计数传感器元件(61)，每个光子计数传感器元件依次记录多个光子计数(x)；从光子计数(x)形成(S3)多个待分析的光子计数分布(81‑83)和至少一个参考光子计数分布(80)；计算每个待分析的光子计数分布(81‑83)和参考光子计数分布(80)之间的相似性；根据计算出的待分析光子计数分布(81‑83)的相似性，将传感器元件(61)识别为过载。还公开了一种相应的光学显微镜。

技术领域

本公开涉及一种根据权利要求1所述的使用光学显微镜记录图像的方法以及根据权利要求19所述的光学显微镜。

背景技术

荧光标记的使用正在增加，特别是对于生物样本。较高的照明强度将有助于提供高速的图像数据记录。然而，由于样本可能会被光照损坏，因此照明强度不应太高。

除此之外，由于这些原因，采用了特别敏感的传感器元件。具有多碱性阴极的光电倍增管(PMT)经常让位于具有GaAsP阴极的PMT，这有助于在可见光谱范围内实现更高的量子效率。然而，此处采用的放大过程的乘法性质将噪声(所谓的放大噪声或过量噪声)引入到测量信号中。因此，净灵敏度低于指定的量子效率。

为了消除倍增噪声，可以将放大倍数增加到可以计算由单个光子触发的单个脉冲的程度。例如，为此目的使用了能够进行时间相关单光子计数(TCSPC)的电子设备。测量的信号是纯数字的，测量的强度值可以对应于撞击在光电阴极上的光子数量，被量子效率降低。然而，电子设备具有例如几十纳秒的停滞时间，在此期间不可能记录入射光子。

由于停滞时间，在传感器的照明密度过高的情况下，信号可能会失真。特别是，传感器元件上的高照明强度会导致测量值过低(所谓的堆积效应)。因此，尽管使用光子计数的测量可能非常敏感，但要在图像数据中达到一定的信噪比(SNR)需要相对较长的时间。这个问题可以通过并行光子计数来缓解，其中信号的检测PSF(点扩展函数)分布在多个光子计数传感器元件的阵列上，即排列上。由此，光子以分布式方式统计地撞击大量传感器元件。这增加了当光子撞击时大多数传感器元件处于活动状态并且只有少数传感器元件处于在记录前一个光子被后的停滞时间的概率。

用光学显微镜记录图像的通用方法至少包括以下步骤：将照明光引导至样本；以及将来自样本的检测光引导至多个光子计数传感器元件，每个光子计数传感器元件依次记录多个光子计数。

因此，通用光学显微镜包括用于向样本发射照明光的光源以及用于记录来自样本的检测光的多个光子计数传感器元件。光子计数传感器元件分别被配置为依次记录多个光子计数。

即使在原则上可以为不同的传感器元件单独设置灵敏度时，传感器元件的过载在这方面仍然存在问题，例如在US9,997,551B2中所描述的。特别是当用户增加照明功率以实现最佳图像质量时，传感器元件阵列也会出现图像信息失真的不利饱和。在低照明强度下，虽然增加每个样本点的曝光时间可以提高图像质量，但它也会导致更长的测量时间，并且随着时间的推移观察过程是不可取的。

发明内容

可以认为本发明的一个目的是提供一种光学显微镜和一种利用光学显微镜通过光子计数传感器元件记录图像的方法，其中检测图像记录中的误差并且，如果合适的话进行补偿。

该目的通过具有权利要求1的特征的方法以及通过具有权利要求19的特征的光学显微镜来实现。

根据本发明的光学显微镜和根据本发明的方法的有利变体是从属权利要求的目的并且也在以下描述中说明。

在上述类型的方法中，根据本发明，至少执行以下步骤：

-形成待分析的多个光子计数分布以及从光子计数中形成至少一个参考光子计数分布；

-计算待分析的每个光子计数分布与参考光子计数分布之间的相似度；以及