TECHNISCHES GEBIET

Verschiedene Beispiele der Erfindung betreffen im Allgemeinen die Bestimmung einer

Fokusposition eines Probenobjekts. Verschiedene Beispiele der Erfindung betreffen

insbesondere die Bestimmung der Fokusposition basierend auf mehreren Bildern, die mit unterschiedlichen Filtermustern zur Filterung des Spektrums eines Strahlengangs einer Detektionsoptik assoziiert sind.

HINTERGRUND Das Bestimmen der Position eines Probenobjekts entlang einer optischen Achse einer

Detektionsoptik einer optischen Vorrichtung (Z-Position oder Fokusposition) - d.h. des

Abstands des Probenobjekts von einer Fokusebene der Detektionsoptik - kann aus

verschiedenen Gründen erstrebenswert sein. So kann es mittels der bestimmten Fokusposition möglich sein, das Probenobjekt möglichst gut in der Fokusebene der Detektionsoptik zu positionieren. Dadurch kann ein scharfes Abbild des Probenobjekts erzeugt werden. Dies wird als Autofokus-Anwendung bezeichnet. Bei senkrecht zur optischen Achse ausgedehnten Probenobjekten kann es erstrebenswert sein, die Fokusposition für verschiedene Punkte des Probenobjekts senkrecht zur optischen Achse zu bestimmen, um den relevanten Bildausschnitt fokussieren zu können. Es kann auch erstrebenswert sein, basierend auf der Fokusposition ein Höhenprofil des Probenobjekts zu bestimmen.

Bestehende Techniken erlauben das Bestimmen der Fokusposition zum Beispiel über eine Positionierung des Probenobjekts an verschiedenen Referenzpositionen. Anhand einer Schärfe eines Abbilds des Probenobjekts an den verschiedenen Referenzpositionen, kann dann die Fokusposition bestimmt werden. Jedoch kann es manchmal nur mit eingeschränkter

Genauigkeit möglich sein, die Schärfe des Abbilds des Probeobjekts zu bestimmen. Deshalb können solche Referenzimplementierungen vergleichsweise ungenau sein.

Weitere bestehende Techniken verwenden interferometrische Ansätze zum Bestimmen der Fokusposition. Während solche Techniken eine vergleichsweise hohe Genauigkeit beim

Bestimmen der Fokusposition ermöglichen, können die entsprechenden Vorrichtungen aber vergleichsweise kompliziert und teuer sein. Außerdem kann der Fangbereich zur Fokusdetektion stark eingeschränkt sein.

Weitere bestehende Techniken verwenden die Beleuchtung des Probenobjekts aus

unterschiedlichen Beleuchtungsrichtungen. Dann erfolgt eine digitale Auswertung

entsprechender Bilder zum Bestimmen der Fokusposition. Entsprechende Techniken sind etwa beschrieben in DE10 2014 109 687 A1 . Manchmal kann es aber schwierig sein, ein

Beleuchtungsmodul, dass eine solche strukturierte Beleuchtung aus unterschiedlichen

Beleuchtungsrichtungen ermöglicht, in eine optische Vorrichtung zu integrieren. Das kann bei telezentrischen System der Fall sein.

KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Deshalb besteht ein Bedarf für verbesserte Techniken zur Bestimmung der Fokusposition eines Probenobjekts. Insbesondere besteht ein Bedarf für solche Techniken, die zumindest einige der oben genannten Nachteile und Einschränkungen beheben.

Diese Aufgabe wird von den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Die Merkmale der abhängigen Patentansprüche definieren Ausführungsformen.

In einem Beispiel umfasst eine optische Vorrichtung eine Detektionsoptik. Die Detektionsoptik ist eingerichtet, um ein Abbild eines Probenobjektes auf einem Detektor zu erzeugen. Die optische Vorrichtung umfasst auch den Detektor und ein einstellbares Filterelement. Das einstellbare Filterelement ist in einem Strahlengang der Detektionsoptik angeordnet. Der Strahlengang definiert das Abbild. Die optische Vorrichtung umfasst ferner eine Steuerung. Die Steuerung ist eingerichtet, um das einstellbare Filterelement anzusteuern, um das Spektrum des Strahlengangs mit einem ersten Filtermuster und mit einem zweiten Filtermuster zu filtern. Die Steuerung ist außerdem eingerichtet, um den Detektor anzusteuern, um ein mit dem ersten Filtermuster assoziiertes erstes Bild zu erfassen, sowie um ein mit dem zweiten Filtermuster assoziiertes zweites Bild zu erfassen. Die Steuerung ist auch eingerichtet, um eine

Fokusposition des Probenobjekts basierend auf dem ersten Bild und basierend auf dem zweiten Bild zu bestimmen. Das erste Filtermuster definiert dabei eine erste Linie. Das zweite

Filtermuster definiert dabei eine zweite Linie. In einem weiteren Beispiel umfasst ein Verfahren das Ansteuern eines in einem ein Abbild eines Probenobjekt definierenden Strahlengang angeordneten Filterelements zum Filtern des Spektrums des Strahlengangs mit einem ersten Filtermuster und mit einem zweiten Filtermuster. Das Verfahren umfasst auch das Ansteuern eines Detektors, um ein mit dem ersten Filtermuster assoziiertes erstes Bild zu erfassen und um ein mit dem zweiten

Filtermuster assoziiertes zweites Bild zu erfassen. Das Verfahren umfasst auch das Bestimmen einer Fokusposition des Probenobjektes basierend auf dem ersten Bild und auf dem zweiten Bild. Das erste Filtermuster definiert dabei eine erste Linie. Das zweite Filtermuster definiert dabei eine zweite Linie.

In einem weiteren Beispiel umfasst ein Computerprogrammprodukt Programm-Code, der von mindestens einer Recheneinheit ausgeführt werden kann. Das Ausführen des Programm- Codes bewirkt, dass die mindestens eine Recheneinheit ein Verfahren ausführt. Das Verfahren umfasst das Ansteuern eines in einem ein Abbild eines Probenobjekt definierenden

Strahlengang angeordneten Filterelements zum Filtern des Spektrums des Strahlengangs mit einem ersten Filtermuster und mit einem zweiten Filtermuster. Das Verfahren umfasst auch das Ansteuern eines Detektors, um ein mit dem ersten Filtermuster assoziiertes erstes Bild zu erfassen und um ein mit dem zweiten Filtermuster assoziiertes zweites Bild zu erfassen. Das Verfahren umfasst auch das Bestimmen einer Fokusposition des Probenobjekt basierend auf dem ersten Bild und auf dem zweiten Bild. Das erste Filtermuster definiert dabei eine erste Linie. Das zweite Filtermuster definiert dabei eine zweite Linie.

In einem weiteren Beispiel umfasst ein Computerprogramm Programm-Code, der von mindestens einer Recheneinheit ausgeführt werden kann. Das Ausführen des Programm- Codes bewirkt, dass die mindestens eine Recheneinheit ein Verfahren ausführt. Das Verfahren umfasst das Ansteuern eines in einem ein Abbild eines Probenobjekt definierenden

Strahlengang angeordneten Filterelements zum Filtern des Spektrums des Strahlengangs mit einem ersten Filtermuster und mit einem zweiten Filtermuster. Das Verfahren umfasst auch das Ansteuern eines Detektors, um ein mit dem ersten Filtermuster assoziiertes erstes Bild zu erfassen und um ein mit dem zweiten Filtermuster assoziiertes zweites Bild zu erfassen. Das Verfahren umfasst auch das Bestimmen einer Fokusposition des Probenobjektes basierend auf dem ersten Bild und auf dem zweiten Bild. Das erste Filtermuster definiert dabei eine erste Linie. Das zweite Filtermuster definiert dabei eine zweite Linie.

In einem Beispiel umfasst eine optische Vorrichtung eine Detektionsoptik. Die Detektionsoptik ist eingerichtet, um ein Abbild eines Probenobjektes auf einem Detektor zu erzeugen. Die optische Vorrichtung umfasst auch den Detektor und ein einstellbares Filterelement. Das einstellbare Filterelement ist in einem Strahlengang der Detektionsoptik angeordnet. Der Strahlengang definiert das Abbild. Die optische Vorrichtung umfasst ferner eine Steuerung. Die Steuerung ist eingerichtet, um das einstellbare Filterelement anzusteuern, um Strahlen des Strahlengangs zu filtern, die einen ersten Winkel in Bezug auf eine Sensorfläche des Detektors aufweisen und die einen zweiten Winkel in Bezug auf die Sensorfläche aufweisen. Die

Steuerung ist weiterhin eingerichtet, um den Detektor anzusteuern, um ein mit den Strahlen, die den ersten Winkel aufweisen, assoziiertes erstes Bild zu erfassen; sowie um ein mit den Strahlen, die den zweiten Winkel aufweisen, assoziiertes zweites Bild zu erfassen. Die

Steuerung ist auch eingerichtet, um eine Fokusposition des Probenobjekts basierend auf dem ersten Bild und basierend auf dem zweiten Bild zu bestimmen.

In einem weiteren Beispiel umfasst ein Verfahren das Ansteuern eines Filterelements. Das Filterelement ist in einem Strahlengang angeordnet, der ein Abbild eines Probenobjekts definiert. Das Ansteuern erfolgt zum Filtern von Strahlen des Strahlengangs, die einen ersten Winkel in Bezug auf eine Sensorfläche eines Detektors aufweisen und die einen zweiten Winkel in Bezug auf die Sensorfläche aufweisen. Das Verfahren umfasst auch das Ansteuern des

Detektors, um ein mit den Strahlen, die den ersten Winkel aufweisen, assoziiertes erstes Bild zu erfassen; sowie um ein mit den Strahlen, die den zweiten Winkel aufweisen, assoziiertes zweites Bild zu erfassen. Das Verfahren umfasst auch das Bestimmen einer Fokusposition des Probenobjektes basierend auf dem ersten Bild und auf dem zweiten Bild.

In einem weiteren Beispiel umfasst ein Computerprogrammprodukt Programm-Code, der von mindestens einer Recheneinheit ausgeführt werden kann. Das Ausführen des Programm- Codes bewirkt, dass die mindestens eine Recheneinheit ein Verfahren ausführt. Das Verfahren umfasst das Ansteuern eines Filterelements. Das Filterelement ist in einem Strahlengang angeordnet, der ein Abbild eines Probenobjekts definiert. Das Ansteuern erfolgt zum Filtern von Strahlen des Strahlengangs, die einen ersten Winkel in Bezug auf eine Sensorfläche eines Detektors aufweisen und die einen zweiten Winkel in Bezug auf die Sensorfläche aufweisen. Das Verfahren umfasst auch das Ansteuern des Detektors, um ein mit den Strahlen, die den ersten Winkel aufweisen, assoziiertes erstes Bild zu erfassen; sowie um ein mit den Strahlen, die den zweiten Winkel aufweisen, assoziiertes zweites Bild zu erfassen. Das Verfahren umfasst auch das Bestimmen einer Fokusposition des Probenobjektes basierend auf dem ersten Bild und auf dem zweiten Bild.

In einem weiteren Beispiel umfasst ein Computerprogramm Programm-Code, der von mindestens einer Recheneinheit ausgeführt werden kann. Das Ausführen des Programm- Codes bewirkt, dass die mindestens eine Recheneinheit ein Verfahren ausführt. Das Verfahren umfasst das Ansteuern eines Filterelements. Das Filterelement ist in einem Strahlengang angeordnet, der ein Abbild eines Probenobjekts definiert. Das Ansteuern erfolgt zum Filtern von Strahlen des Strahlengangs, die einen ersten Winkel in Bezug auf eine Sensorfläche eines Detektors aufweisen und die einen zweiten Winkel in Bezug auf die Sensorfläche aufweisen. Das Verfahren umfasst auch das Ansteuern des Detektors, um ein mit den Strahlen, die den ersten Winkel aufweisen, assoziiertes erstes Bild zu erfassen; sowie um ein mit den Strahlen, die den zweiten Winkel aufweisen, assoziiertes zweites Bild zu erfassen. Das Verfahren umfasst auch das Bestimmen einer Fokusposition des Probenobjekt basierend auf dem ersten Bild und auf dem zweiten Bild.

Die oben dargelegten Merkmale und Merkmale, die nachfolgend beschrieben werden, können nicht nur in den entsprechenden explizit dargelegten Kombinationen verwendet werden, sondern auch in weiteren Kombinationen oder isoliert, ohne den Schutzumfang der

vorliegenden Erfindung zu verlassen.

KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN

FIG. 1 illustriert schematisch eine optische Vorrichtung gemäß verschiedener Beispiele. FIG. 2 illustriert schematisch eine Detektionsoptik mit einem einstellbaren Filterelement einer optischen Vorrichtung gemäß verschiedener Beispiele.

FIG. 3 illustriert beispielhafte Filtermuster, die durch das Filterelement implementiert werden können.

FIG. 4 illustriert beispielhafte Filtermuster, die durch das Filterelement implementiert werden können.

FIG. 5 illustriert beispielhafte Filtermuster, die durch das Filterelement implementiert werden können.

FIG. 6 illustriert beispielhafte Filtermuster, die durch das Filterelement implementiert werden können. FIG. 7 illustriert Bilder, die gemäß verschiedener Beispiele mit unterschiedlichen Filtermustern assoziiert sind. FIG. 8 illustriert Bilder, die gemäß verschiedener Beispiele mit unterschiedlichen Filtermustern assoziiert sind. FIG. 9 illustriert schematisch Aspekte in Bezug auf eine Steuerung für eine optische Vorrichtung gemäß verschiedener Beispiele.

FIG. 10 ist ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens. FIGs. 1 1 - 13 illustrieren schematisch Strahlen eines Strahlengangs, die durch unterschiedliche Filtermuster gefiltert werden.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im

Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im

Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. In den Figuren bezeichnen gleiche

Bezugszeichen gleiche oder ähnliche Elemente. Die Figuren sind schematische

Repräsentationen verschiedener Ausführungsformen der Erfindung. In den Figuren dargestellte Elemente sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu dargestellt. Vielmehr sind die verschiedenen in den Figuren dargestellten Elemente derart wiedergegeben, dass ihre Funktion und genereller Zweck dem Fachmann verständlich wird. In den Figuren dargestellte

Verbindungen und Kopplungen zwischen funktionellen Einheiten und Elementen können auch als indirekte Verbindung oder Kopplung implementiert werden. Eine Verbindung oder Kopplung kann drahtgebunden oder drahtlos implementiert sein. Funktionale Einheiten können als Hardware, Software oder eine Kombination aus Hardware und Software implementiert werden.

Nachfolgend werden Techniken zum Bestimmen der Fokusposition eines Probenobjekts beschrieben. Die Fokusposition beschreibt typischerweise einen Abstand zwischen der Fokusebene und dem Probenobjekt parallel zur optischen Achse, d.h. in Z-Richtung. Auf Grundlage der bestimmten Fokusposition können unterschiedliche Anwendungen implementiert werden. Beispielsweise wäre es möglich, eine Autofokus-Anwendung zu implementieren. Dies bedeutet, dass auf Grundlage der bestimmten Fokusposition ein beispielsweise mechanisch betriebener Probenhalter, der das Probenobjekt lösbar fixiert, derart parallel zur optischen Achse einer Detektionsoptik verstellt werden kann, dass das Probenobjekt in einer Fokusebene der Detektionsoptik angeordnet ist. Der Abstand dieser Verstellung kann der Fokusposition entsprechen. Eine weitere Anwendung, die von den hierin beschriebenen Techniken zum Bestimmen der Fokusposition profitieren kann, ist das Erstellen eines Höhenprofils des

Probenobjektes. Beispielsweise kann das Probenobjekt senkrecht zur optischen Achse (laterale Ebene, XY-Ebene) eine signifikante Ausdehnung aufweisen und innerhalb der lateralen Ebene auch eine Topologie, d.h. eine Variation der Fokusposition als Funktion der Position innerhalb der lateralen Ebene. Dies kann durch ortsaufgelöstes Bestimmen der Fokusposition für unterschiedliche Positionen innerhalb der lateralen Ebene erfasst werden, und ein

entsprechendes Höhenprofil kann erstellt werden. Eine weitere Anwendung, die von den hierin beschriebenen Techniken zum Bestimmen der Fokusposition profitieren kann, ist die

Verfolgung der Fokusposition bei bewegten Probenobjekten. Beispielsweise im Zusammenhang mit biologischen Zellkulturen kann eine Bewegung von einzelnen Zellen durch wiederholtes Bestimmen der Fokusposition verfolgt werden und eine kontinuierliche Autofokus-Anwendung kann implementiert werden.

Die hierin beschriebenen Techniken ermöglichen das Bestimmen der Fokusposition des Probenobjekts mit einem großen Fangbereich. Dies bedeutet, dass auch für vergleichsweise defokussiert angeordnete Probenobjekte eine zuverlässige Bestimmung der Fokusposition durchgeführt werden kann. Die hierin beschriebenen Techniken ermöglichen ferner das schnelle Bestimmen der Fokusposition des Probenobjekts; innerhalb einer besonders kurzen Zeitspanne kann die Fokusposition des Probenobjekts zuverlässig bestimmt werden, z.B.

innerhalb von Millisekunden. Dies ermöglicht es beispielsweise, parallel mit der optischen

Vorrichtung - beispielsweise einem Mikroskop - zu arbeiten. Langzeitmessungen an bewegten Proben werden ermöglicht.

Die hierein beschriebenen Beispiele beruhen auf der digitalen Auswertung verschiedener Bilder. Die verschiedenen Bilder entsprechen der Selektion unterschiedlicher Winkel, aus denen Licht vom Probenobjekt auf eine Sensorfläche eines Detektors einfällt.

Verschiedene Beispiele der hierin beschriebenen Techniken beruhen auf einer

Amplitudenfilterung des Abbildungsspektrums des Probenobjekts in oder nahe bei einer Pupillenebene der Detektionsoptik der optischen Vorrichtung. Dies entspricht der Filterung bestimmter Winkel, mit denen Strahlen auf eine Sensorfläche des Detektors auftreffen; d.h. es werden selektiv einzelne Strahlen gemäß ihres Winkels zur Sensorfläche durchgelassen. Es werden unterschiedliche Filtermuster verwendet; für jedes Filtermuster wird ein zugehöriges Bild durch einen Detektor erfasst. Dann kann ein Vergleich der verschiedenen Bilder durchgeführt werden, um die Fokusposition zu bestimmen.

In den verschiedenen hierin beschriebenen Beispielen können unterschiedliche Filtermuster verwendet werden. Beispielsweise kann es möglich sein, dass jedes Filtermuster mindestens einen lichtdurchlässigen Bereich definiert, der umgeben von einem nicht-lichtdurchlässigen Bereich ist. Zum Beispiel könnte der lichtdurchlässige Bereich beabstandet von der optischen Achse eines durch die Detektionsoptik definierten Strahlengangs angeordnet sein, d.h.

außeraxial angeordnet sein. In manchen Beispielen ist es möglich, dass der lichtdurchlässige Bereich linienförmig ausgebildet ist, d.h. dass das entsprechende Filtermuster eine Linie definiert. Dann werden nur Strahlen mit Winkeln in einem eng begrenzten Winkelbereich durchgelassen. Die verwendeten Filtermuster können beispielsweise durch Translation entlang eines Vektors ineinander überführt werden. Ein Filtermuster kann auch Amplitudenmaske implementiert werden. Die Filtermuster müssen jedoch nicht notwendigerweise als

Amplitudenmasken implementiert sein. Es könnten auch Flüssigkristalldisplays mit mehreren Pixeln oder Mikrospiegelanordnungen (engl, micromirror device, DMD) oder Laserscanner zur Filterung verwendet werden.

Bei der Verwendung eines geeigneten Filtermusters - beispielsweise eines Filtermusters, das einen außeraxial angeordneten, linienförmigen lichtdurchlässigen Bereich aufweist - wird ein defokussiert angeordnetes Probenobjekt verschoben dargestellt. Wenn zwei Bilder, die mit unterschiedlichen Filtermustern assoziiert sind, erfasst werden, kann aus einem Abstand der Positionen der Abbildungen des Probenobjekts in den beiden Bildern die Fokusposition bestimmt werden.

FIG. 1 illustriert eine beispielhafte optische Vorrichtung 100. Beispielsweise könnte die optische Vorrichtung 100 gemäß dem Beispiel der FIG. 1 ein Lichtmikroskop implementieren, beispielsweise in Durchlichtgeometrie. Es wäre auch möglich, dass die optische Vorrichtung 100 ein Laser-Scanning-Mikroskop oder ein Fluoreszenzmikroskop implementiert. Mittels der optischen Vorrichtung 100 kann es möglich sein, kleine Strukturen eines von einem

Probenhalter 1 13 fixierten Probenobjekts vergrößert darzustellen. Eine Detektionsoptik 1 12 ist eingerichtet, um ein Abbild des Probenobjektes auf einem Detektor 1 14 zu erzeugen. Der Detektor 1 14 kann dann eingerichtet sein, um ein oder mehrere Bilder des Probenobjekt zu erfassen. Auch eine Betrachtung durch ein Okular ist möglich. Ein Beleuchtungsmodul 1 1 1 ist eingerichtet, um das Probenobjekt, das auf dem Probenhaltern 1 13 fixiert ist, zu beleuchten. Beispielsweise könnte diese Beleuchtung mittels der Köhler'schen Beleuchtung implementiert werden. Dabei werden eine Kondensorlinse und eine Kondensor- Aperturblende verwendet. Dies führt zu einer besonders homogenen Intensitätsverteilung des zur Beleuchtung verwendeten Lichts in der Ebene des Probenobjekts. Beispielsweise kann eine partiell inkohärente Beleuchtung implementiert werden.

Eine Steuerung 1 15 ist vorgesehen, um die verschiedenen Komponenten 1 1 1 -1 14 der optischen Vorrichtung 100 anzusteuern. Beispielsweise könnte die Steuerung 1 15 eingerichtet sein, um einen Motor des Probenhalters 1 13 anzusteuern, um eine Autofokus-Anwendung zu implementieren. Beispielsweise könnten die Steuerung 1 15 als Mikroprozessor oder

Mikrocontroller implementiert sein. Alternativ oder zusätzlich könnte die Steuerung 1 15 beispielsweise einen FPGA oder ASIC umfassen.

FIG. 2 illustriert Aspekte in Bezug auf die Detektionsoptik 1 12. FIG. 2 illustriert eine

beispielhafte Implementierung der Detektionsoptik 1 12 mit einem einstellbaren Filterelement 1 19. Das Filterelement 1 19 ist im Bereich einer konjugierten Ebene des Strahlengangs 135 angeordnet, das heißt nahe oder bei einer Pupillenebene des Strahlengangs 135. Deshalb erfolgt eine Filterung des (Ortsfrequenz-)Spektrums des Strahlengangs 135. Im Ortsraum entspricht dies der Selektion unterschiedlicher Winkel 138, 139, unter denen das Licht entlang entsprechender strahlen 131 , 132 vom Probenobjekt 150 auf die Sensorfläche 21 1 einfällt. Das Filterelement 1 19 bildet auch eine Aperturblende aus. Der Strahlengang 135 wird durch Linsen 202, 203 implementiert.

In FIG. 2 sind die Strahlen 131 , 132 des Strahlengangs 135 ausgehend von einem defokussiert angeordneten Probenobjekt 150 durch die Detektionsoptik 1 12 hin zu dem Detektor 1 14, das heißt insbesondere einer Sensorfläche 21 1 des Detektors 1 14, dargestellt. Die Strahlen 131 (gestrichelte Linien in FIG. 2) entsprechen dabei einem Filtermuster 301 , das einen ersten lichtdurchlässigen Bereich 381 mit einer Ausdehnung in X-Richtung definiert; während die

Strahlen 132 (gestrichelt-gepunktete Linien in FIG. 2) einem Filtermuster 302 entsprechen, das einen zweiten Lichtdurchlässigen Bereich 382 mit Ausdehnung in X-Richtung definiert. Das Probenobjekt 150 ist defokussiert angeordnet und weist eine Fokusposition 181 auf, die ungleich null ist. Deshalb fallen die Strahlen unter unterschiedlichen Winkeln 138, 139 auf die Sensorfläche 21 1 ein (winkelselektive Detektion). Außerdem sind die Abbilder 151 , 152 des Probenobjekts 150 zueinander beanstandet. Aufgrund einer Fokusposition 181 , die ungleich null ist, - d.h. einer Beabstandung der Position des Probenobjekts 150 entlang der optischen Achse 130 von der Fokusebene 201 der Detektionsoptik 1 12 -, sind die durch die Strahlen 131 , 132 bewirkten Abbildungen 151 , 152 des Probenobjekts 150 auf der Sensorfläche 21 1 um einen Abstand 182 zueinander beabstandet positioniert. Dabei hängt der Abstand 182 ab von der Fokusposition 181 :

wobei Az die Fokusposition 181 bezeichnet, Ax den Abstand 182 bezeichnet, 0P den

Durchmesser der Aperturblende bezeichnet, Ak die Länge der Entfernung der

lichtdurchlässigen Bereiche der Filtermuster 301 , 302, m die Vergrößerung der Detektionsoptik 1 12 bezeichnet und NA einen Korrekturwert aufgrund des schrägen Einfallswinkels 138, 139 bezeichnet. NA kann beispielsweise empirisch oder durch Strahlengangberechnung bestimmt werden.

Die dargestellte Gleichung ist eine Näherung. In manchen Beispielen kann es möglich sein, ferner eine Abhängigkeit des Einfallswinkel 138, 139 in Abhängigkeit der Fokusposition 181 , d.h. von Az zu berücksichtigen. Diese Abhängigkeit kann System-spezifisch sein.

Grundsätzlich kann es in verschiedenen Beispielen erstrebenswert sein, besonders dünne lichtdurchlässige Bereiche 381 , 382 - d.h. eine geringe Ausdehnung in X-Richtung - zu definieren. Dies kann eine besonders große Genauigkeit beim Bestimmen des Abstands 182 und damit der Fokusposition 182 ermöglichen. Andererseits wird durch eine geringe

Ausdehnung der lichtdurchlässigen Bereiche in X-Richtung die Intensität auf der Sensorfläche 21 1 herabgesetzt. Deshalb kann eine Abwägung getroffen werden zwischen Intensität einerseits und Genauigkeit andererseits. Aus FIG. 2 ist ersichtlich, dass die 0. -Ordnung der des vom Probenobjekt 150 gebeugten Lichts nicht detektiert wird; damit ist die Intensität vergleichsweise gering.

FIG. 2 ist eine eindimensionale Darstellung der Filtermuster 301 , 302. In manchen Beispielen könnten aber auch Filtermuster verwendet werden, die eine zweidimensionale Ausdehnung aufweisen, d.h. eine Ausdehnung in der XY-Ebene. FIG. 3 illustriert Aspekte in Bezug auf beispielhafte Filtermuster 301 , 302. In dem Beispiel der FIG. 3 definiert das Filtermuster 301 eine Linie und das Filtermuster 302 definiert eine weitere Linie. Das Filtermuster 301 kann durch Translation entlang des Vektors 350 in das Filtermuster 302 überführt werden. Die Linien der Filtermuster 301 , 302 sind entlang ihrer gesamten Längen parallel zueinander. Im Allgemeinen wäre es auch möglich, dass Linien verwendet werden, die nur entlang eines Teils ihrer Längen parallel zueinander verlaufen, beispielsweise entlang zumindest 50 % ihrer Längen oder entlang zumindest 80 % ihrer Längen. Derart kann eine flexiblere Wahl von Filtermustern 301 , 302 gewährleistet werden.

Aus FIG. 3 ist ersichtlich, dass die Linien der Filtermuster 301 , 302 außeraxial in Bezug auf die optische Achse 130 angeordnet sind. Dadurch kann die Länge des Vektors 350 maximiert werden; wodurch der Abstand 182 der Abbildungen 151 , 152 maximiert werden kann. Dadurch kann wiederum die Fokusposition 181 besonders zuverlässig bestimmt werden.

Durch die Verwendung der Filtermuster 301 , 302, die durch Translation entlang des Vektors 350 ineinander überführt werden können, kann eine eindimensionale Beabstandung der Abbildungen 151 , 152 erzielt werden. Der Abstand 182 ist dann parallel zum Vektor 350 angeordnet. Dies kann eine besonders einfache Bestimmung der Fokusposition 181

ermöglichen, insbesondere im Vergleich zu Techniken, die auf unterschiedliche Filtermuster zurückgreifen, die nicht durch einfache Translation ineinander überführt werden können.

Dennoch wäre es in manchen Beispielen möglich, solche komplexen Filtermuster - die beispielsweise durch Rotation oder Verformung ineinander überführt werden können - zu verwenden.

FIG. 4 illustriert Aspekte in Bezug auf beispielhafte Filtermuster 303, 304. Auch in dem Beispiel der FIG. 4 definieren die Filtermuster Linien. In einem Zentralbereich dieser Linien können die Filtermuster 303, 304 wiederum durch Translation entlang des Vektors 350 ineinander überführt werden.

FIG. 5 illustriert Aspekte in Bezug auf beispielhafte Filtermuster 305, 306. Auch in dem Beispiel der FIG. 5 definieren die Filtermuster 305, 306 Linien. Diese Linien werden durch mehrere beabstandet zueinander angeordnete Löcher ausgebildet (engl, pinholes). Das Filtermuster 305 kann durch Translation entlang des Vektors 350 in das Filtermuster 306 überführt werden. FIG. 6 illustriert Aspekte in Bezug auf beispielhafte Filtermuster 307, 308. Auch in dem Beispiel der FIG. 6 definieren die Filtermuster 307, 308 Linien, wobei diese Linien der Filtermuster 307, 308 - im Gegensatz zu den geraden Linien der Filtermuster 301 -306 - gekrümmt sind. Das Filtermuster 307 kann durch Translation entlang des Vektors 350 in das Filtermuster 308 überführt werden.

Die verschiedenen Filtermuster 301 -308, wie sie voranstehend in Bezug auf die FIGs. 3-6 diskutiert wurden, können durch unterschiedlichste Hardware-Implementierungen des

Filterelements 1 19 umgesetzt werden. Beispielsweise wäre es möglich, dass das Filterelement 1 19 durch ein Filterrad implementiert ist, welches einen einzelnen lichtdurchlässigen Bereich - zum Beispiel in Linienform - aufweist; dann kann ein erstes Filtermuster bei einer Stellung des Filterrads bei 0° definiert sein und ein zweites Filtermuster kann bei einer Stellung des Filterrads bei 180° definiert sein. Andere Beispiele für Hardware-Implementierungen des Filterelements 1 19 betreffen beispielsweise ein Mikrospiegelgerät (engl, digital micromirror device, DMD), ein Flüssigkristallfilter (engl, liquid crystal filter) oder bewegbar bzw. austauschbare Filterplatten. Dadurch können insbesondere Filterelemente geschaffen werden, die eingerichtet sind um eine Amplitudenfilterung des Lichts vorzunehmen. [

FIG. 7 illustriert Aspekte in Bezug auf Bilder 401 , 402 die mittels des Detektors 1 14 erfasst wurden. Dabei entspricht das Bild 401 einer Beleuchtung der Sensorfläche 21 1 des Detektors 1 14 bei Verwendung des Filtermusters 301 ; das Bild 402 entspricht einer Beleuchtung der Sensorfläche 21 1 des Detektors 1 14 bei Verwendung des Filtermusters 302 (vergleiche FIGs. 2 und 3). Im Bild 402 ist auch der Abstand 182 dargestellt. Durch die Verwendung der

Filtermuster 301 , 302 weisen die Bilder 401 , 402 eine vergleichsweise geringe Auflösung auf.

Die Bilder 401 , 402 können vorbearbeitet sein. Beispielsweise könnte für jeden Bildpunkt der mittlere Kontrastwert über alle Bildpunkte vom entsprechenden Kontrastwert abgezogen werden, d.h. eine Normierung erfolgen. I _m ' = \I _m — wobei m die verschiedenen Bildpunkte indiziert, I den jeweiligen Kontrastwert.

In den verschiedenen hierin beschriebenen Beispielen ist es möglich, dass die Fokusposition 181 des Probenobjektes 150 basierend auf dem Bild 401 sowie basierend auf dem Bild 402 bestimmt wird. Insbesondere wäre es möglich, dass die Fokusposition 181 basierend auf dem Abstand 182 der Position des Abbilds 151 des Probenobjekts 150 in dem Bild 401 von der Position des Abbilds 152 des Probenobjekts 150 in dem Bild 402 bestimmt wird. Siehe etwa die oben wiedergegebene Gleichung. Je nach Komplexität der Struktur des Probenobjektes 150 kann es erforderlich sein, den Abstand 182 durch Verwendung geeigneter Techniken zu bestimmen. Beispielsweise könnte in einem vergleichsweise einfachen Szenario eine Objekterkennung zur Bestimmung der Position der Abbildung 151 , 152 des Probenobjekts in dem entsprechenden Bild 401 , 402 durchgeführt werden. Im Rahmen der Objekterkennung könnten zum Beispiel lokale Kontrastwerte des entsprechenden Bilds 401 , 402 mit einem gemittelten Kontrastwert verglichen werden. Eine Kantenerkennung könnte durchgeführt werden. Es könnte auch eine Landmarkenerkennung durchgeführt werden. Beispielsweise könnte das Probenobjekt besonders markante, a-priori bekannte Strukturen aufweisen; solche Strukturen könnten dann im Rahmen der

Landmarkenerkennung identifiziert werden. Es wäre auch eine eindimensionale oder zweidimensionale Korrelation der Bilder 401 , 402 möglich. Beispielsweise könnte die

Orientierung des Vektors 350 berücksichtigt werden: durch die Orientierung des Vektors 350 ist bekannt, dass die Positionen der Abbildungen 151 , 152 auch entlang der X-Richtung beabstandet sind. Deshalb könnte eine Mittelung der Kontrastwerte der verschiedenen

Bildpunkte der Bilder 401 , 402 entlang der Y-Richtung erfolgen, so das eindimensionale Bilder 41 1 , 412 (vergleiche FIG. 8) erhalten werden. Es könnte dann eine eindimensionale Korrelation zwischen diesen Bildern 41 1 , 412 in X-Richtung durchgeführt werden, um den Abstand 182 zu bestimmen. Typischerweise kann durch solche Techniken das Signalrauschen reduziert werden und der Abstand 182 - und damit die Fokusposition 181 - kann besonders genau bestimmt werden. Im Allgemeinen kann durch die Reduktion der Freiheitsgrade bei der Erkennung des Abstands 182 - z.B. durch Berücksichtigung der Orientierung des Vektors 350 - eine höhere Genauigkeit erzielt werden. FIG. 9 illustriert Aspekte in Bezug auf die Steuerung 1 15. Die Steuerung 1 15 umfasst eine Recheneinheit 501 , beispielsweise einen Mikroprozessor, einen FPGA oder einen ASIC.

Außerdem umfasst die Steuerung 1 15 auch einen Speicher 502, beispielsweise einen nicht flüchtigen Speicher. Es ist möglich, dass Programm-Code in dem Speicher 502 abgespeichert ist. Der Programm-Code kann von der Recheneinheit 501 geladen und ausgeführt werden. Dann kann die Recheneinheit 501 eingerichtet sein, basierend auf dem Programm-Code

Techniken zur Bestimmung der Fokusposition durchzuführen, wie sie im Zusammenhang mit den hierin beschriebenen Beispielen erläutert wurden. Beispielsweise könnte die Recheneinheit 501 eingerichtet sein, um das Verfahren gemäß dem Flussdiagramm aus FIG. 10 auszuführen. FIG. 10 ist ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens. Zunächst erfolgt in Block 1001 das Ansteuern eines Filterelements zum Filtern von Licht, das von einem Probenobjekt ausgeht, mit einem ersten Filtermuster. In Block 1002 wird ein erstes Bild erfasst. Das erste Bild wird in Block 1002 während dem Filtern mit dem ersten Filtermuster erfasst. Das erste

Filtermuster kann im Bereich einer konjugiert Ebene einer Detektionsoptik, die einen

Strahlengang des Lichts definiert, angeordnet sein, so dass das erste Bild im Ortsraum trotz der Filterung ein komplettes Abbild des Probenobjekt an einer bestimmten Position beinhaltet.

Diese bestimmte Position ist abhängig von der Fokusposition des Probenobjekts, das heißt von dem Abstand zwischen dem Probenobjekt und einer durch die Detektionsoptik definierten Fokusebene. Das Filtern mit dem ersten Filtermuster entspricht dem selektiven Durchlassen von Strahlen des Strahlengangs, die in Bezug auf die Sensorfläche eines Detektors einen entsprechenden Winkel aufweisen.

Anschließend erfolgt in Block 1003 das Ansteuern des Filterelements zum Filtern des Lichts mit einem zweiten Filtermuster. In Block 1004 wird ein zweites Bild erfasst. Das zweite Bild wird in Block 1004 während dem Filtern mit dem zweiten Filtermuster erfasst. Das zweite Filtermuster kann wiederum im Bereich der konjugiert Ebene der Detektionsoptik angeordnet sein, so dass auch das zweite Bild ein komplettes Abbild des Probenobjekts an einer entsprechenden Position beinhaltet. Auch diese Position ist abhängig von der Fokusposition des Probenobjekts. Das Filtern mit dem zweiten Filtermuster entspricht dem selektiven Durchlassen von Strahlen des Strahlengangs, die in Bezug auf die Sensorfläche eines Detektors wiederum einen entsprechenden Winkel aufweisen.

Basierend auf dem ersten Bild aus Block 1002, sowie basierend auf dem zweiten Bild aus Block 1004 kann dann in Block 1005 die Fokusposition bestimmt werden. Insbesondere wäre es möglich, in Block 1005 einen Abstand der Positionen der Abbilder des Probenobjekts in dem ersten Bild und in dem zweiten Bild zu berücksichtigen, beispielsweise gemäß der oben genannten Gleichung.

In manchen Beispielen wäre es möglich, dass die Blöcke 1001 , 1002, 1003 sowie 1004 zumindest teilweise zeitparallel durchgeführt werden. Beispielsweise wäre es möglich, dass das Filtern mit dem ersten Filtermuster einen lichtdurchlässigem Bereich definiert, der Durchläse von Licht in einem ersten Wellenlängenbereich ermöglicht; entsprechend kann das Filtern mit dem zweiten Filtermuster einen weiteren lichtdurchlässigen Bereich definieren, der Durchläse von Licht in einem zweiten Wellenlängenbereich ermöglicht. Der erste Wellenlängenbereich und der zweiten Wellenlängenbereich können verschieden voneinander sein. Derart kann eine Trennung des mit dem ersten Filtermuster assoziierten Lichts und des mit dem zweiten

Filtermuster assoziierten Lichts durch die Wellenlängen erfolgen. Wenn ein Wellenlängen- aufgelöster Detektor (z.B. ein rot, grün, blau-Sensor) verwendet wird, kann es dadurch möglich sein, das erste Bild und das zweite Bild zeitparallel zu erfassen bzw. keine Rekonfiguration des Filterelements zwischen dem Filtern mit dem ersten Filtermuster und dem zweiten Filtermuster durchzuführen. Dadurch kann die Zeitdauer, die zum Bestimmen der Fokusposition benötigt wird, reduziert werden. Dies fördert schnelle Autofokus-Anwendungen. Außerdem kann die Zeitdauer zwischen dem Erfassen des ersten Bilds und des zweiten Bilds reduziert werden, wodurch Bewegungsartefakte oder zeitliche Drifts reduziert werden können.

Während voranstehend eine Kodierung des durch das erste Filtermuster bzw. das zweite Filtermuster gefilterten Lichts durch unterschiedliche Wellenlängen bzw. Farben beschrieben wurde, wäre es in anderen Beispielen auch möglich, dass eine solche Kodierung alternativ oder zusätzlich durch unterschiedliche Polarisationen erfolgt.

In den verschiedenen hierin beschriebenen Beispielen wurde dargestellt, wie basierend auf dem Abstand 182 die die Fokusposition 181 des Probenobjekt bestimmt werden kann. Dabei kann das Probenobjekt sowohl entlang der optischen Achse 130 verschoben sein, d.h. entlang der Z-Richtung gegenüber der Fokusebene 201 beabstandet angeordnet sein. Es ist auch möglich, dass das Probenobjekt 150 einen Abstand in X-Richtung oder Y-Richtung zur optischen Achse 130 aufweist. Dies ist in FIGs. 1 1 - 13 dargestellt. In FIG. 1 1 ist das

Probenobjekt 150 in der Fokusebene 201 angeordnet, d.h. Az = 0, Ax = 0. In FIG. 12 - die grds. FIG. 2 entspricht - ist Az < 0 sowie Ax = 0. In FIG. 13 ist Az < 0 sowie Ax < 0.

Zusammenfassend wurden voranstehend Techniken beschrieben, welche die Bestimmung der Fokusposition eines Probenobjekts ermöglichen. Dadurch können schnelle Autofokus- Anwendungen - bis hin zu single-shot Autofokus-Anwendungen - ermöglicht werden. Dadurch werden Bewegungsartefakte vermieden und eine schnelle Fokusfindung in Echtzeit kann ermöglicht werden. Beispielsweise könnte auch eine Benutzerschnittstelle angesteuert werden, um ein eine Benutzeranweisung, die auf der bestimmten Fokusposition basiert, auszugeben. Zum Beispiel könnte die Verstellrichtung eines Probenhalters indiziert werden, die zur

Erreichung einer Fokussierung vom Benutzer betätigt werden soll. Dies kann bei manuell verstellbaren Probenhaltern hilfreich sein. Insbesondere im Vergleich zu Techniken, die ein Beleuchtungsmodul, das zur strukturierten Beleuchtung aus unterschiedlichen

Beleuchtungsrichtungen eingerichtet ist, kann eine reduzierte Komplexität der Hardware erreicht werden. Dadurch können die hierin beschriebenen Techniken in verschiedensten Anwendungsfällen eingesetzt werden. Außerdem ist es möglich, auch für nicht-telezentrische Systeme die Fokusposition zu bestimmen, wobei keine Aufnahme eines z-Stacks erforderlich ist. Der Fangbereich zur Bestimmung der Fokusposition ist einstellbar, insbesondere können vergleichsweise kleine lichtdurchlässige Bereiche verwendet werden.

Die oben stehend beschriebenen Techniken beruhen auf eine Filterung des Spektrums eines Strahlengangs nahe bei einer konjugierten Ebene des Strahlengangs. Es werden

komplementäre Filtermuster zur Filterung verwendet, um einen Abstand zwischen den Positionen der Abbildungen des Probenobjektes in entsprechenden Bildern zu erzeugen. Dies entspricht der Auswahl unterschiedlicher Winkel der Beleuchtung einer Sensorfläche des Detektors beim Erfassen der unterschiedlichen Bilder, das heißt es wird eine winkelselektive Detektion verwendet. Basierend auf dem Abstand kann dann die Fokusposition bestimmt werden.

Selbstverständlich können die Merkmale der vorab beschriebenen Ausführungsformen und Aspekte der Erfindung miteinander kombiniert werden. Insbesondere können die Merkmale nicht nur in den beschriebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder für sich genommen verwendet werden, ohne das Gebiet der Erfindung zu verlassen.

Beispielsweise wurden voranstehend Beispiele illustriert, bei denen ein flaches Probenobjekt verwendet wird. Es wäre aber möglich, ein in der XY-Ebene ausgedehntes Probenobjekt mit einer Topografie zu verwenden.