(57)【要約】  光学機器（例えば、顕微鏡）の合焦状態を測定するためのシステムと方法が開示される。システムと方法により、光学機器の対物レンズの射出瞳の像が形成される。射出瞳の像が形成される場所に１つ又は複数の光学要素（例えば、プリズム、又はミラー）が設置され、これは射出瞳から来る光線の少なくとも一部を偏向させ、それによって瞳の重複しない異なる部分から来る光線が別々の光路をたどる。瞳の２つの部分から来る光線は合焦されて、２つの二次元像が得られる。コンピュータは、これら２つの二次元像間の相互間距離をこれら２つの間の相互間剛体横変位として特定し、この距離に基づいて、光学機器の対応するピンぼけを特定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学機器（１）の合焦状態を測定するシステム（６）であって、前記システム（６）は以下を含む；
−前記光学機器（１）の対物レンズ（２）の射出瞳（Ｐ）の像（Ｐ’）を形成するように構成された少なくとも１つの第一の光学要素（７、８ａ、８ｂ、８）；
−実質的に前記射出瞳（Ｐ）の前記像（Ｐ’）が形成される場所に設置され、および、前記射出瞳（６）から来る光線の少なくとも一部を偏向させることにより、前記射出瞳（Ｐ）の前記像（Ｐ’）の下流で、前記射出瞳（Ｐ）の第一の部分から来る第一の光線（Ｒ１）と前記射出瞳（Ｐ）の第二の部分から来る第二の光線（Ｒ２）が、別々の光路をたどり、前記射出瞳（Ｐ）の前記第一の部分と前記第二の部分は重複せず、かつ、２つの二次元像（ＩＭ１、ＩＭ２）に合焦されるように構成された、少なくとも１つの第二の光学要素（９、９ａ、９ｂ、９’、１２）；
−前記２つの二次元像（ＩＭ１、ＩＭ２）間の相互間距離（Ｙ）を、前記２つの二次元像（ＩＭ１、ＩＭ２）間の相互間剛体横変位として特定し、前記相互間距離（Ｙ）に基づいて、前記光学機器（１）の対応するピンぼけを特定するように構成されたコンピュータ（１３）。
【請求項２】
前記少なくとも１つの第一の光学要素（７、８ａ、８ｂ、８）が、前記光学機器（１）の前記対物レンズ（２）の上流に配置可能なビームスプリッタ（７）を含み、前記ビームスプリッタ（７）が、前記対物レンズ（２）から来る光を捕捉し、かつ、その一部を前記システム（６）の光軸（ｚ’）に沿って偏向させるように構成された、請求項１に記載のシステム（６）。
【請求項３】
前記少なくとも１つの第二の光学要素（９、９ａ、９ｂ、９’、１２）が、前記射出瞳（Ｐ）の前記第一の部分から来る前記第一の光線（Ｒ１）及び／又は前記射出瞳（Ｐ）の前記第二の部分から来る前記第二の光線（Ｒ２）を捕捉して、前記光軸（ｚ’）から偏向させるように構成された、請求項２に記載のシステム（６）。
【請求項４】
前記少なくとも１つの第二の光学要素（９、９ａ、９ｂ、９’、１２）が、実質的に前記射出瞳（Ｐ）の前記像（Ｐ’）が形成される場所に設置される少なくとも１つのプリズム（９）又は少なくとも１つのミラー（９ａ、９ｂ、９’）を含む、請求項３に記載のシステム（６）。
【請求項５】
前記少なくとも１つの第二の光学要素（９、９ａ、９ｂ、９’、１２）が、実質的に前記射出瞳（Ｐ）の前記像（Ｐ’）が形成される場所に設置されるマスク（１２）も含み、前記マスク（１２）が、前記第一の光線（Ｒ１）が生じる前記射出瞳（Ｐ）の前記第一の部分と前記第二の光線（Ｒ２）が生じる前記射出瞳（Ｐ）の第二の部分を画定する２つの開口部を含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載のシステム（６）。
【請求項６】
前記コンピュータ（１３）が、前記２つの二次元像（ＩＭ１、ＩＭ２）にグローバルメリット関数を適用してそれらの類似性の測定を提供し、前記グローバルメリット関数の値を最大にする前記２つの二次元像（ＭＩ１、ＭＩ２）間の相互間剛体横変位として前記相互間距離（Ｙ）を特定するように構成された、請求項１〜５のいずれか１項に記載のシステム（６）。
【請求項７】
前記グローバルメリット関数が、前記二次元像（ＩＭ１、ＩＭ２）間の二次元相互相関又は前記二次元像（ＩＭ１、ＩＭ２）間の相互情報関数を含む、請求項６に記載のシステム（６）。
【請求項８】
前記コンピュータ（１３）が、少なくとも２つの異なるグローバルメリット関数を前記２つの二次元像（ＩＭ１、ＩＭ２）に適用することによって前記相互間距離（Ｙ）の少なくとも２つの値を特定し、かつ、前記少なくとも２つの値を合成することにより、前記相互間距離（Ｙ）の固有の値を特定するように構成された、請求項６又は７に記載のシステム（６）。
【請求項９】
前記コンピュータ（１３）が、その係数が前記光学機器（１）の光学特性に依存する方程式Ｙ（Δｚ）の逆数を適用することにより、前記相互間距離（Ｙ）に基づいて前記光学機器（１）の前記ピンぼけを特定するように構成された、請求項１〜８のいずれか１項に記載のシステム（６）。
【請求項１０】
前記コンピュータ（１３）が、前記特定されたピンぼけに基づいてコマンド信号（ＣＳ）を生成するように構成され、前記コマンド信号（ＣＳ）が、前記光学機器（１）の前記対物レンズ（２）と前記光学機器（１）により分析される試料（４）との間の相互間距離を調節して前記光学機器（１）の合焦状態を最適化するための情報を含む、請求項１〜９のいずれか１項に記載のシステム（６）。
【請求項１１】
光学機器（１）の合焦状態を測定するための方法であって、前記方法は以下を含む；
−前記光学機器（１）の対物レンズ（２）の射出瞳（Ｐ）の像（Ｐ’）を形成すること；
−前記射出瞳（６）から来る光線の少なくとも一部を偏向させることにより、前記射出瞳（Ｐ）の前記像（Ｐ’）の下流で、前記射出瞳（Ｐ）の第一の部分から来る第一の光線（Ｒ１）と前記射出瞳（Ｐ）の第二の部分から来る第二の光線（Ｒ２）が、別々の光路をたどり、前記射出瞳（Ｐ）の前記第一の部分と前記第二の部分は重複せず、かつ、２つの二次元像（ＩＭ１、ＩＭ２）に合焦されるようにすること；
−前記２つの二次元像（ＩＭ１、ＩＭ２）間の相互間距離（Ｙ）を、前記２つの二次元像（ＩＭ１、ＩＭ２）間の相互間剛体横変位として特定し、前記相互間距離（Ｙ）に基づいて、前記光学機器（１）の対応するピンぼけを特定すること。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本特許出願を導いた２つのプロジェクトは、Ｈｏｒｉｚｏｎ  ２０２０  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  ａｎｄ  Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ  Ｐｒｏｇｒａｍ（助成契約第７２０２７０号−「人間の頭脳」プロジェクト）及びＥＳＦＲＩ  Ｅｕｒｏ−ＢｉｏＩｍａｇｉｎｇ  Ｉｎｆｒａｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ  Ｐｒｏｊｅｃｔに関して欧州連合から資金提供されたものである。最後に、このプロジェクトは、ＮａｎｏＭａｘフラッグプロジェクトの一環として教育大学研究省からの資金提供も受けた。
【０００２】
本発明は、光学機器、例えば光学顕微鏡（ただし、これだけではないが）の合焦状態（focus state）を測定するシステムと方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
複合光学顕微鏡（compound optical microscope）がチューブレンズと対物レンズを含むことはよく知られている。対物レンズは通常、分析対象の試料に近接して設置された第一のレンズ系を含み、チューブレンズは、観察点に近接して設置された第二のレンズ系を含む。対物レンズは試料から生じる光を集め、すると前記光はチューブレンズによって合焦されて試料の拡大像が作られる。
【０００４】
試料の拡大像は、試料内の異なる点から発せられた光が拡大像において対物レンズの焦点面にできるだけ収束している場合に、「合焦している」、又は「ピントが合っている」と言われ、このことは試料が実質的に対物レンズの焦点面に置かれたときに起こる。試料が対物レンズの焦点面から離れて位置付けられるほど、その試料の拡大像のピントはより合わなくなる。
【０００５】
それゆえ、拡大像の合焦状態は、光軸に沿った対物レンズと試料との間の距離に依存し、したがって通常、光軸に沿って対物レンズ及び／又は試料を移動させて前記距離を変化させることによって調整され、最適化される。
【０００６】
米国特許第５，９７０，７１０号明細書には、走査型顕微鏡のためのオートフォーカスシステムが記載されており、これは試料の異なる像を異なる被写界深度条件で取得し、そこにコントラスト測定関数を適用する。アクチュエータは、得られたコントラスト測定値に応じて試料位置を調整する。
【０００７】
米国特許出願公開第２００６／０２５６２２９号明細書には、三角法に基づくオートフォーカスシステムが記載されており、これは光ビームを試料上のある点に投射するエミッタを含む。システムは、また、試料により反射された光ビームの像を集める光検出器も含み、レンズと試料との間の距離を特定するよう、それを自動的に評価する。
【０００８】
米国特許第４，６３４，２５５号明細書には、結像レンズの結像面の上又はその正面に置かれた視野レンズを含み、合焦状態を測定する装置が記載されている。結像レンズと視野レンズを透過した光線は、プリズムによって２つの部分に垂直に分割される。光線の各部分は、２つの開口部を有する絞りを通過し、そして、収束レンズへと向けられ、収束レンズはそれらを収束させて２つの線形光検出器アレイ上に２つの像を形成する。その後、２つの線形光検出器アレイの出力信号を処理して、合焦状態が測定される。
【０００９】
米国特許出願公開第２０１１／００６３４８４号明細書には、合焦状態を検出できる像取得システムであって、像取得素子を含み、前記素子の中心要素が少なくとも１対の左右の画素を含むものが記載されている。各画素はフォトダイオードにより形成され、各フォトダイオードの上で１対のマスクがスリットを画定し、マイクロレンズが設置されている。それゆえ、画素対は射出瞳の右部分と左部分から来る光線を分割し、これらを２つのフォトダイオードに合焦させる。各対の右の画素から得られた像と各対の左の画素から得られた像との間の距離が大きいほど、拡大像のピンぼけ（defocus）が大きくなる。
【００１０】
米国特許出願公開第２０１２／０２０６５９０号明細書には、対物レンズ、ビームスプリッタ、視野レンズ、マスク、２つの分割レンズ、二次元光検出器アレイ、及びプロセッサを含むオートフォーカスシステムを備える顕微鏡が記載されている。ビームスプリッタは、対物レンズから来る光の一部を視野レンズへと偏向させ、視野レンズはその光線をマスクへと集光する。マスクは、光線を２つの部分に分割する２つの開口部を有し、分割された光線は２つの分割レンズによって光検出器アレイの表面に合焦され、結果としてそこで拡大像の２つのコピーが形成される。一方のコピーの各画素について、プロセッサは、もう一方のコピーの中の対応する画素を求め、両者間の距離を測定し、このようにして画素ごとのピンぼけを得る。
【００１１】
発明者らは、上述の既知のオートフォーカスシステムが幾つかの欠点を示すことに気付いた。
【００１２】
米国特許第５，１７０，２０２号明細書に記載されているシステムについては、可動レンズの最適位置を特定するために複数の像を取得する必要がある。しかしながら、複数の像の取得は、不利なことに、可動レンズの最適位置の特定に遅れを生じさせ、そのようなシステムを使用した装置の機能全体の速度を低下させる。
【００１３】
米国特許出願公開第２００６／０２５６２２９号明細書に記載されているシステムについては、これは、試料で反射した光に基づいているため、不利なことに、試料による光の反射が弱すぎるか、まったく反射しない場合に、又は、反射平面が試料位置と一致しない場合には、機能しない。例えば、試料が液体又はゲルに浸漬されていると、反射は液体（又はゲル）と空気との界面で起こる。しかしながら、試料は液体（又はゲル）の中の未知の位置に置かれているため、空気−液体（又は空気−ゲル）界面の位置の測定から、試料の位置を推測することができない。
【００１４】
米国特許第４，６３４，２５５号明細書、米国特許出願公開第２０１１／００６３４８４号明細書及び米国特許出願公開第２０１２／０２０６５９０号明細書に記載されているシステムについて、発明者らは、これらが実質的に、対物レンズの射出瞳の２つの異なる部分から来る光線を分割すること、及び、一方が他方に関して平行移動された状態の２つの区別できる像を作成するために、それらをその後に合焦させることを含むことを見つけた。合焦状態が変化すると、これら２つの像間の横方向の距離も変化する。このように、これらの既知のシステムは、試料の複数の像を取得する必要がないため、合焦状態を実質的にリアルタイムで測定することができる。さらに、これらのシステムは対物レンズにより提供された像の処理のみに基づいているため、反射光の使用から生じる欠点が回避される。
【００１５】
しかしながら、これらのシステムにはそのほかの欠点がある。
【００１６】
米国特許第４，６３４，２５５号明細書に記載されているシステムについて、それは線形光検出器アレイを使用している。試料が無限に薄いか、完全な透過性を持たないと、試料と対物レンズ間の経路に沿って屈折率変動が存在する可能性がある。すると、試料上の同じ点から生じる光線は、異なる長さの光路をたどるかもしれない。この現象は高次収差（例えば、非点収差、歪曲収差、コマ収差、像面湾曲など）を導入する可能性があるため、射出瞳の２つの異なる部分から来る光線を分離し合焦させることによって得られる２つの像は、相互に異なる可能性がある。２つの線形光検出器アレイにより提供される信号を処理することによって得られる合焦状態測定は、それゆえ、正確でない可能性があり、対物レンズの最適でない位置決めにつながる可能性がある。さらに、暗視状態では、背景ノイズによりもたらされる変動によって、距離の測定は困難となる可能性がある。さらに、像が希薄な内容（sparse content）である場合（すなわち、像の画素の大部分に内容がなく、ノイズしかない場合）、線形光検出器アレイが像の顕著な特徴を検出せずに、ノイズしか検出せず、いかなる相互間距離の測定も不可能になるという、無視できない可能性がある。
【００１７】
米国特許出願公開第２０１１／００６３４８４号明細書に記載されているシステムについて、それは不利なことに柔軟性に乏しい、これは、システムパラメータを変更すること（例えば、合焦状態を評価するために使用される射出瞳の部分を変更すること）は、像取得システム全体の物理的な置換を必要とし、この作業は、無視できないコストと技術的な複雑さをもたらすためである。
【００１８】
米国特許出願公開第２０１２／０２０６５９０号明細書に記載されているシステムについて、これは対物レンズの射出瞳の２つの異なる部分を通る光線の分離から得られた２つの像のローカル処理（画素ごと）を実行する。それゆえ、これは米国特許第４，６３４，２５５号明細書に記載されているシステムと実質的に同じ欠点を示す。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
したがって、本発明の目的は、光学機器（特に、ただしこれだけではないが、光学顕微鏡）の合焦状態を測定するためのシステムと方法であって、上述の問題を解決するシステムと方法を提供することである。
【００２０】
特に、本発明の目的は、試料によりもたらされる収差に関してよりロバストであり、暗視条件でも最適な合焦を提供し、希薄な内容の像でも機能可能で、柔軟である、すなわち、システム自体の物理的変更を一切必要とせずにシステムパラメータの変更を可能とするような、光学機器（特に、ただしこれだけではないが、光学顕微鏡）の合焦状態を測定するためのシステムと方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
第一の態様によれば、本発明は、光学機器の合焦状態を測定するためのシステムを提供し、このシステムは以下を含む：
−光学機器の対物レンズの射出瞳の像を形成するように構成された少なくとも１つの第一の光学要素；
−実質的に射出瞳の像が形成される場所に設置され、および、射出瞳から来る光線の少なくとも一部を偏向させることにより、射出瞳の像の下流で、射出瞳の第一の部分から来る第一の光線と射出瞳の第二の部分から来る第二の光線が、別々の光路をたどり、射出瞳の第一の部分と第二の部分は重複せず、かつ、２つの二次元像に合焦されるように構成された、少なくとも１つの第二の光学要素；
−２つの二次元像間の相互間距離を、２つの二次元像間の相互間剛体横変位（mutual rigid lateral displacement）として特定し、前記相互間距離に基づいて、光学機器の対応するピンぼけを特定するように構成されたコンピュータ。
【００２２】
好ましくは、少なくとも１つの第一の光学要素は、光学機器の対物レンズの上流に配置可能なビームスプリッタを含み、ビームスプリッタは、対物レンズから来る光を捕捉し、その一部をシステムの光軸に沿って偏向させるように構成される。
【００２３】
好ましくは、少なくとも１つの第二の光学要素は、射出瞳の第一の部分から来る第一の光線及び／又は射出瞳の第二の部分から来る第二の光線を捕捉して、システムの光軸から偏向させるように構成される。
【００２４】
好ましくは、少なくとも１つの第二の光学要素は、実質的に射出瞳の像が形成される場所に設置される少なくとも１つのプリズム又は少なくとも１つのミラーを含む。
【００２５】
好ましい実施形態によれば、少なくとも１つの第二の光学要素は、実質的に射出瞳の像が形成される場所に設置されるマスクも含み、マスクは、第一の光線が生じる射出瞳の第一の部分と第二の光線が生じる射出瞳の第二の部分とを画定する２つの開口部を含む。
【００２６】
好ましくは、コンピュータは２つの二次元像にグローバルメリット関数（global merit function）を適用してそれらの類似性の測定を提供し、グローバルメリット関数の値を最大にする２つの二次元像間の相互間剛体横変位として上記相互間距離を特定するように構成される。
【００２７】
好ましくは、グローバルメリット関数は、２つの二次元像間の二次元相互相関（bidimensional cross-correlation）又は２つの二次元像間の相互情報関数（mutual information function）を含む。
【００２８】
好ましくは、コンピュータは、少なくとも２つの異なるグローバルメリット関数を２つの二次元像に適用することによって相互間距離の少なくとも２つの値を計算し、かつ、その少なくとも２つの値を合成することにより、相互間距離の固有の値を特定するように構成される。
【００２９】
好ましくは、コンピュータは、その係数が光学機器の光学特性に依存する方程式Ｙ（Δｚ）の逆数を適用することにより、上記相互間距離に基づいて光学機器のピンぼけを特定するように構成される。
【００３０】
好ましくは、コンピュータは、特定されたピンぼけに基づいてコマンド信号を生成するように構成され、コマンド信号は、光学機器の対物レンズと光学機器により分析される試料との間の相互間距離を調節して光学機器の合焦状態を最適化するための情報を含む。
【００３１】
第二の態様によれば、本発明は光学機器の合焦状態を測定するための方法を提供し、この方法は以下を含む：
−光学機器の対物レンズの射出瞳の像を形成すること；
−射出瞳から来る光線の少なくとも一部を偏向させることにより、射出瞳の像の下流で、射出瞳の第一の部分から来る第一の光線と射出瞳の第二の部分から来る第二の光線が、別々の光路をたどり、射出瞳の第一の部分と第二の部分は重複せず、かつ、２つの二次元像に合焦されるようにすること；
−２つの二次元像間の相互間距離を、２つの二次元像間の相互間剛体横変位として特定し、上記相互間距離に基づいて、光学機器の対応するピンぼけを特定すること。
【００３２】
本発明は、下記のような添付の図面を参照しながら読まれるべきであり、かつ例として示され限定ではない以下の詳細な説明から、明らかとなるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】図１は、本発明の第一の実施形態による、光学機器の合焦状態を測定するためのシステムを概略的に示す。
【図２】図２は、異なるピンぼけに対応する、図１のシステムの一部をより詳細に示す。
【図３】図３は、異なるピンぼけに対応しかつマスクが存在する図１のシステムの一部をより詳細に示す。
【図４】図４は、図１のシステム及び先行技術により得られた二次元像の比較のアライメント結果を示す。
【図５】図５−７は、本発明の３つの変形型による、光学機器の合焦状態を測定するための３つのシステムを示す。
【図６】図５−７は、本発明の３つの変形型による、光学機器の合焦状態を測定するための３つのシステムを示す。
【図７】図５−７は、本発明の３つの変形型による、光学機器の合焦状態を測定するための３つのシステムを示す。
【００３４】
添付の図面は正確な縮尺ではない。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
図１は、本発明のある実施形態による、光学機器の合焦状態を測定するためのシステムを示す。
【００３６】
限定ではなく例として、光学機器は複合光学顕微鏡１である。何れにしても、このシステムは、例えば写真機、望遠鏡等の他の種類の光学機器の合焦状態を測定するために使用することができる。
【００３７】
光学顕微鏡１は、光軸ｚに沿って整列された対物レンズ２とチューブレンズ３を含む。対物レンズ２とチューブレンズ３はそれぞれのレンズ系（図１では詳細に図示せず）を含み、その各々は光軸ｚに沿って配置された１つ又は複数のレンズを含んでいてもよい。
【００３８】
光学顕微鏡１はさらに好ましくは、光検出器５を含む。光検出器５は例えば、フォトダイオードの二次元アレイ、又は二次元ＣＣＤセンサ、又は二次元ＣＭＯＳセンサであってもよい。
【００３９】
光学顕微鏡１は、広角検出に基づくあらゆる顕微鏡であってよく、例えば明視野顕微鏡、暗視野顕微鏡、蛍光（落射蛍光もしくは投光蛍光）顕微鏡、又は光シート顕微鏡である。顕微鏡１は、他の構成要素をさらに含んでいてもよいが、これらはこの説明の目的に有用ではないため、図１に示さず、説明しない。
【００４０】
光学顕微鏡１において、試料４から生じる光は対物レンズ２により集光されて、チューブレンズ３により収束され、それがこのようにして、試料４の拡大像を作る。特に、この拡大像は、チューブレンズ３によって光検出器５の表面上に作られ、それが拡大像を、対応するデジタル像に変換する。試料４が実施的に対物レンズ２の焦点面ＦＰ上に置かれると（図１に概略的に示されている）、拡大像及び対応するデジタル像はピントが合っている。
【００４１】
試料４の拡大像の合焦状態を測定するために、顕微鏡１には合焦状態を測定するためのシステム６が設けられている。
【００４２】
本発明の第一の実施形態によれば、システム６は好ましくは、ビームスプリッタ７と、１つ又は複数のレンズ（非限定的な例として２つのレンズ）８ａ、８ｂと、プリズム９と、第二のレンズ１０と、別の光検出器１１と、コンピュータ１３とを含む。
【００４３】
ビームスプリッタ７は好ましくは、対物レンズ２の上流に、例えば、図１に例として概略的に示されているように対物レンズ２とチューブレンズ３との間に設置される。ビームスプリッタ７は好ましくは、光軸ｚから４５°の向きとされて、対物レンズ２から来る光を捕捉し、前記光の一部を第二の光軸ｚ’に沿って偏向させる。偏向した光の一部は好ましくは、ビームスプリッタ７に入射する光全体の約１０％を占める。光軸ｚ’は好ましくは、顕微鏡１の光軸ｚに実質的に垂直である。
【００４４】
２つの第一のレンズ８ａ、８ｂは好ましくは、光軸ｚ’上に設置された平凸又は両凸レンズである。好ましい実施形態によれば、レンズ８ａは対物レンズ２の射出瞳Ｐ（図１ではその投射が概略的に示されている）から、焦点距離ｆaと等しい距離に設置され、レンズ８ｂは好ましくは、レンズ８ａから、それらの焦点距離の和ｆa＋ｆbと等しい距離に設置される。このように、ビームスプリッタ７は２つの第一のレンズ８ａ、８ｂと共に、対物レンズ２の射出瞳Ｐ（図１ではその投射が概略的に示されている）の像Ｐ’を、レンズ８ｂから焦点距離ｆbと等しい距離に形成する。
【００４５】
プリズム９は好ましくは、２つの第一のレンズ８ａ、８ｂの下流に、実質的に対物レンズ２の射出瞳の像Ｐ’が形成される平面内に、すなわち実質的にレンズ８ｂから距離ｆbに設置される。プリズム９は好ましくは、射出瞳Ｐ（したがって、その像Ｐ’）の第一の部分から来る光線Ｒ１を偏向させ、一方で、射出瞳Ｐ（したがって、その像Ｐ’）の、射出瞳Ｐの第一の部分と空間的に重複しない第二の部分から来る光線Ｒ２は妨害されないままとするように構成される。
【００４６】
詳しくは、ｘとｙが光軸ｚ’に垂直な２つの交互に直交する方向を示す場合（図１に概略的に示される）、プリズム９は好ましくは、その像Ｐ’がｚ’軸と例えばｘ方向とにより画定される平面によって限定される２つの半分空間のうちの一方にある射出瞳Ｐの第一の部分から来る光線Ｒ１を偏向させ、その像Ｐ’がｚ’とｘにより画定される平面により限定されるもう一方の半分空間内にある射出瞳Ｐの第二の部分から来る光線Ｒ２を妨害されないままとするように構成される。
【００４７】
例えば、プリズム９は、図１に示されるように、光線Ｒ１が生じる第一の瞳部分の像が配置される半分空間内に全体が設置されてもよい。このようにして、光線Ｒ１は光軸ｚ’及び直交する方向ｙにより画定される平面内で、光軸ｚ’から離れるように偏向される。
【００４８】
任意選択により、合焦状態を測定するためのシステム６は、マスク１２を備えていてもよい。マスク１２もまた、好ましくは、レンズ８ａ及び８ｂにより作られる射出瞳の像Ｐ’のある平面上に実質的に設置される。特に、マスク１２は、プリズム９の直後（図１に概略的に示されている）又はプリズム９の直前に設置されてよい。マスク１２は好ましくは、射出瞳Ｐの重複しない２つの部分を画定するような形状とされ、その部分から、プリズム９により偏向された光線Ｒ１およびプリズム９により偏向されない光線Ｒ２がやって来る。例えば、図１に示される構成において、マスク１２は２つの開口部を有するダイアフラムであり、一方は、光軸ｚ’と方向ｘにより画定される第一の半分空間内に配置され、もう一方は、光軸ｚ’と方向ｘにより画定されるもう一方の半分空間内に配置される。各開口部は例えば、円弧の形状を有していてもよい。
【００４９】
マスク１２の各開口部の面積は好ましくは、射出瞳Ｐの（及びその像Ｐ’の）面積の少なくとも５％に等しく、より好ましくは少なくとも１０％に等しく、さらにより好ましくは少なくとも２０％に等しい。このようにして、システム６は有利な点として、より高次の収差の大部分を平均化することができる。これによって、より高次の収差に対してよりロバストな合焦状態の測定値を得ることができ、これについては本明細書内で詳しく後述する。
【００５０】
前述のように、マスク１２は任意選択による。マスクがない場合、測定システム６により考慮される射出瞳Ｐの２つの部分は、全体としての射出瞳Ｐ及びその像Ｐ’の２つの半分、すなわち、光軸ｚ’及び方向ｘにより画定される最初の半分空間に配置される像Ｐ’の半分と、光軸ｚ’及び方向ｘにより画定される他方の半分空間に配置される像Ｐ’の半分である。
【００５１】
測定システム６の第二のレンズ１０は、好ましくはプリズム９（及び、存在する場合はマスク１２）の下流に、光軸ｚ’に沿って設置される。レンズ１０は例えば、平凸又は両凸レンズである。これは好ましくは、レンズ８ａ及び８ｂが瞳の像Ｐ’を形成する平面からその焦点距離ｆ10に等しい距離に設置される。
【００５２】
光検出器１１は第二のレンズ１０の下流に、好ましくはレンズ１０の焦点距離ｆ10と等しい距離に設置される。光検出器１１は好ましくは、フォトダイオードの二次元マトリクス、又は二次元ＣＣＤセンサ、又は二次元ＣＭＯＳセンサを含む。
【００５３】
第二のレンズ１０は好ましくは、瞳Ｐの第一の部分から来てかつプリズム９を通過して偏向された光線Ｒ１と、瞳Ｐの第二の部分から来る偏向されない光線Ｒ２との両方を受ける。光線Ｒ１は、試料４の第一の像ＩＭ１を形成するように、レンズ１０によって光検出器１１の表面上に合焦され、その一方で、光線Ｒ２は、試料４の第二の像ＩＭ２を形成するように、レンズ１０によって光検出器１１の表面上に合焦される。
【００５４】
図１は、合焦状態が最適化されているとき、すなわち試料４が実質的に対物レンズ２の焦点面ＦＰに設置されているときの状況を示している。この状況では、瞳Ｐの第一の部分を通って試料４から来る光線Ｒ１は試料４の第一の像ＩＭ１を生成し、その一方で、瞳Ｐの第二の部分を通って試料４から来る光線Ｒ２は、第一の像ＩＭ１に関して方向ｙに沿って平行移動した、試料４の像ＩＭ２を生成することが、観察される。特に、第一の像ＩＭ１と第二の像ＩＭ２は、相互間距離Ｙ０に設置される。
【００５５】
顕微鏡１の合焦状態が変化すると（すなわち、試料４と対物レンズ２の焦点面ＦＰとの間の距離が変化すると）、距離Ｙは最適値Ｙ０から変化する。特に、像ＩＭ１及びＩＭ２間の相互間距離Ｙは、合焦状態と共に次式にしたがって変化する：
Ｙ（Δｚ）＝Ｙ０−２・Ｇ・ＮＡ・Ｍｒ・Δｚ                    ［１］
式中、Ｇは像ＩＭ１及びＩＭ２を生成するために使用される瞳の２つの部分の形状を考慮した、０〜１の間の値の幾何学係数であり、ＮＡは対物レンズ２の開口数であり、Ｍｒは光検出器１１の表面上の像の有効倍率である。項Δｚはピンぼけ、すなわち（ｉ）対物レンズ２と試料４との間の距離と、（ｉｉ）対物レンズ２と焦点面ＦＰとの間の距離との差である。ピンぼけすると、Δｚ＞０のとき、すなわち試料４が焦点面ＦＰより対物レンズ２から遠くにあるときに正であり、ピンぼけは、Δｚ＜０のとき、すなわち試料４が焦点面ＦＰより対物レンズ２に近い場合に負となる。
【００５６】
図２は、マスク１２がない場合にピンぼけΔｚが変化すると距離Ｙがどのように変化するかを概略的に示す。
【００５７】
詳しくは、図２（ｂ）はピントが合った、すなわちΔｚ＝０の状況を示す。この状況では、２つの像ＩＭ１及びＩＭ２間の相互間距離はＹ＝Ｙ０である。さらに、レンズ１０に入射する光線Ｒ１は平行であり、レンズ１０に入射する光線Ｒ２は平行であり、その結果、よくピントの合った像ＩＭ１及びＩＭ２が得られる。
【００５８】
図２（ａ）はその代わりに、正のピンぼけ、すなわちΔｚ＞０の状況を示す。この状況では、２つの像ＩＭ１及びＩＭ２間の相互間距離はＹ＜Ｙ０である。さらに、レンズ１０に入射する光線Ｒ１は収束し、レンズ１０に入射する光線Ｒ２は収束し、その結果、像ＩＭ１及びＩＭ２の合焦は不完全となる。
【００５９】
最後に、図２（ｃ）は負のピンぼけ、すなわちΔｚ＜０の状況を示す。この状況では、２つの像ＩＭ１及びＩＭ２間の相互間距離はＹ＞Ｙ０である。さらに、レンズ１０に入射する光線Ｒ１は発散し、レンズ１０に入射する光線Ｒ２は発散し、その結果、像ＩＭ１及びＩＭ２の合焦は不完全となり、これは上述の場合と同様である。
【００６０】
図３は、マスク１２がある場合に顕微鏡１の合焦状態が変化すると距離Ｙがどのように変化するかを概略的に示す。
【００６１】
詳しくは、図３（ｂ）はピントが合った、すなわちΔｚ＝０の状況を示す。この状況では、２つの像ＩＭ１及びＩＭ２間の相互間距離はＹ＝Ｙ０である。さらに、マスク１２がある場合も、レンズ１０に入射する光線Ｒ１は平行であり、レンズ１０に入射する光線Ｒ２は平行であり、その結果、よくピントの合った像ＩＭ１及びＩＭ２が得られる。
【００６２】
図３（ａ）はその代わりに、正のピンぼけ、すなわちΔｚ＞０の状況を示す。この状況では、前述のマスクのない場合と同様に、２つの像ＩＭ１及びＩＭ２間の相互間距離はＹ＜Ｙ０である。さらに、マスクがあると、レンズ１０に入射する光線Ｒ１はわずかに収束し、レンズ１０に入射する光線Ｒ２はわずかに収束し、その結果、像ＩＭ１及びＩＭ２の合焦はわずかに不完全となることに気付いた。しかしながら、図２（ａ）と比較すると、マスク１２の存在は、その結果として焦点深度が増大することにより、像ＩＭ１及びＩＭ２の合焦を改善させることがわかる。
【００６３】
最後に、図３（ｃ）は負のピンぼけ、すなわちΔｚ＜０の状況を示す。この状況では、前述のマスクのない状態のように、２つの像ＩＭ１及びＩＭ２間の相互間距離はＹ＞Ｙ０である。さらに、マスク１２があると、レンズ１０に入射する光線Ｒ１はわずかに発散し、レンズ１０に入射する光線Ｒ２はわずかに発散し、その結果、像ＩＭ１及びＩＭ２の合焦はわずかに不完全となる。しかしながら、図２（ｃ）と比較すると、マスク１２の存在は、その結果として焦点深度が増大することにより、像ＩＭ１及びＩＭ２の合焦を改善させることがわかる。
【００６４】
それゆえ、一般に、マスク１２の存在は、像ＩＭ１及びＩＭ２を生成するために使用される射出瞳Ｐの部分を選択できることに加え、有利な点として、合焦状態測定システム６の被写界深度が増大する結果を招き、さらにその結果として、像ＩＭ１及びＩＭ２の鮮鋭さがより高くなる。これは、それによって２つの像間の相互間距離Ｙの測定精度が向上するため、有利である。
【００６５】
他方で、マスク１２により、像ＩＭ１及びＩＭ２の光度が低下し、それゆえ信号対ノイズ比が低くなる点に留意すべきである。暗視条件では、信号対ノイズ比が低くなりすぎ、それによって像ＩＭ１及びＩＭ２間の相互間距離Ｙの正確な測定ができなくなる。したがって、マスク１２を使用する任意選択は好ましくは、光度の条件を考慮して行われる。
【００６６】
図１を再び参照すると、光検出器１１の表面上に形成される二次元像ＩＭ１及びＩＭ２は光検出器そのものによりデジタルフォーマットに変換され、コンピュータ１３に送信される。
【００６７】
コンピュータ１３は好ましくは、像ＩＭ１及びＩＭ２を処理することによってそれらの相互間距離Ｙを測定するように構成される。
【００６８】
好ましい実施形態によれば、コンピュータ１３は任意選択により、相互間距離Ｙの計算の前に像ＩＭ１及びＩＭ２の事前処理を実行する。この事前処理段階では、コンピュータ１３は好ましくは、像ＩＭ１及びＩＭ２を処理してそのコントラストを増大させる。この目的のために、コンピュータ１３は例えば、像ＩＭ１及びＩＭ２の中で、所定の閾値（例えば、像内の画素の光度値のヒストグラムのパーセンタイルに関して表現される。）より高い光度の画素を識別し、所定の閾値より低い光度の画素値をゼロにしてもよい。代替的に、コンピュータ１３は、大きさの異なるガウスカーネル（Gaussian kernels）による平滑化に基づくエッジコントラスト増強の既知の方法を使用してもよい。
【００６９】
任意選択の事前処理段階が完了すると、コンピュータ１３は２つの像ＩＭ１及びＩＭ２間の相互間距離Ｙの計算へと進む。
【００７０】
好ましくは、この目的のために、コンピュータ１３は２次元像の相互間剛体横変位のアルゴリズムを実行する。詳しくは、このようなアルゴリズムは、像ＩＭ１及びＩＭ２にグローバルメリット関数を適用してそれらの類似性の測定を提供し、グローバルメリット関数の値を最大にする像ＩＭ１及びＩＭ２間の相互間横剛体変位（ｙ方向に沿う）として、像ＩＭ１及びＩＭ２間の相互間距離Ｙを特定する。
【００７１】
例えば、グローバルメリット関数は、二次元像ＩＭ１及びＩＭ２間の二次元相互相関であってもよい。この場合、コンピュータ１３は好ましくは、像ＩＭ１及びＩＭ２間の正規化相互相関を次式にしたがって計算する：
【数１】
2020503565.tif 000003
式中、ｙ’は像ＩＭ１及びＩＭ２間の相互間剛体横変位であり、Ｎは各像ＩＭ１及びＩＭ２の画素の総数であり、ＩＭ１（ｘ，ｙ）は像ＩＭ１内の画素（ｘ，ｙ）の値であり、ＩＭ２（ｘ，ｙ）は像ＩＭ２内の画素（ｘ，ｙ）の値であり、ＩＭ１avは像ＩＭ１内の全画素の平均値であり、ＩＭ２avは像ＩＭ２内の全画素の平均値であり、ＳＤＩＭ１は像ＩＭ１内の画素の標準偏差であり、ＳＤＩＭ２は像ＩＭ２内の画素の標準偏差である。
【００７２】
コンピュータ１３は好ましくは、像ＩＭ１及びＩＭ２間の相互間剛体横変位ｙ’の異なる値に関するＣＣＮの値を計算し、ＣＣＮの最大値を提供する相互間剛体横変位ｙ’としてＹを求める。
【００７３】
代替的に、グローバルメリット関数は、次のように定義される像ＩＭ１及びＩＭ２間の相互情報関数であってもよい：
【数２】
2020503565.tif 000004
式中、ｐ（ａ，ｂ）は、像ＩＭ１内の包括的な画素（ｘ，ｙ）内に値ａと、像ＩＭ２内のそれに対応する画素（ｘ，ｙ＋ｙ’）内に値ｂとを有する可能性であり、ｐ（ａ）は像ＩＭ１内の包括的な画素について値ａを有する可能性であり、ｐ（ｂ）は像ＩＭ２内の包括的な画素について値ｂを有する可能性である。実際には、相互情報関数ＭＩ（ｙ’）は、像ＩＭ１の内容がわかっているときに像ＩＭ２の内容をどれだけ予測できるか又はその逆の測定値を提供する。可能性ｐ（ａ，ｂ）、ｐ（ａ）、及びｐ（ｂ）は画素ヒストグラムから得られる。
【００７４】
相互相関に関する前述の例と同様に、この場合でも、コンピュータ１３は好ましくは、像ＩＭ１及びＩＭ２間の相互間剛体横変位ｙ’の異なる値に関する関数ＭＩ（ｙ’）の値を計算し、ＭＩ（ｙ’）が最大値となる相互間剛体横変位ｙ’としてＹを特定する。
【００７５】
特に有利な変形型によれば、コンピュータ１３は、（最終的に像の事前処理のために異なる方法と組み合わせられる）異なるグローバルメリット関数を使って、Ｙの２つ又はそれ以上の値を計算し、その後、Ｙについて得られた値を合成してもよい。Ｙについて得られた値は、例えば平均（算術平均、幾何学平均、又は調和平均）を計算することによって合成されてもよい。任意選択により、平均は加重平均であってもよい。この場合、Ｙの各値のための重みは、Ｙのその値を求めるために使用されたメリット関数から得られた２つの像ＩＭ１及びＩＭ２のアライメントの品質の測定値であってもよい。例えば、Ｙの各値の重みは、メリット関数で得られた最大値、又はメリット関数を半分にするようなＹに関する相互間剛体横変位の逆数であってもよい。
【００７６】
像ＩＭ１及びＩＭ２間の相互間距離Ｙが前述のように計算されると、コンピュータ１３は、ピンぼけΔｚに関して顕微鏡１の合焦状態の測定値を得てもよい。
【００７７】
この目的のために、顕微鏡１のキャリブレーション段階が実行され、相互間距離Ｙ１、Ｙ２、．．．Ｙｎが、ピンぼけゼロΔｚ＝０を含め、顕微鏡１の異なる正負のピンぼけ値Δｚ１、Δｚ２、．．．Δｚｎについてのキャリブレーション試料である２つのキャリブレーション像ＩＭ１ｃ、ＩＭ２ｃ間で測定される。それゆえ、このキャリブレーション段階は、距離Ｙ１、Ｙ２、．．．Ｙｎのそれぞれの値に、顕微鏡１のピンぼけΔｚ１、Δｚ２、．．．Δｚｎのマッピング（これは例えば、コンピュータ１３により表として記憶される。）を提供する。これにより、有利な点として、コンピュータ１３は、Ｙ０の値、及び、差（Ｙ−Ｙ０）とピンぼけΔｚとの間の比例定数の（２・Ｇ・ＮＡ・Ｍｒ）の値を規定できる。
【００７８】
したがって、試料４が分析のために顕微鏡１に挿入されると、コンピュータ１３は好ましくは、合焦状態測定段階を開始し、その間に、前述のように試料４の像ＩＭ１及びＩＭ２間の距離Ｙが測定され、前述の式［１］の逆関数が適用されることによってピンぼけΔｚが求められ、そのようなキャリブレーション段階の中で、方程式係数Ｙ０及び（２・Ｇ・ＮＡ・Ｍｒ）の値が求められる。
【００７９】
その後、顕微鏡１のオートフォーカス機構を実装するために、ピンぼけ測定Δｚを使用することができる。
【００８０】
このために、コンピュータ１３は、ピンぼけΔｚをゼロとするために対物レンズ２と試料４との間の距離を調節するコマンド信号ＣＳを生成し、かつ、このようにして顕微鏡１により提供された試料４の像の合焦状態を最適化するように構成されてもよい。
【００８１】
コマンド信号ＣＳは、顕微鏡１の光軸ｚに沿って対物レンズ２及び／又は試料４の支持手段（ある場合）をコマンド信号ＣＳに従って移動させることによって、試料４を対物レンズ２の焦点面ＦＰにできるだけ近付けるのに適した１つ又は複数のアクチュエータ（図１では図示せず）により受信されてよい。アクチュエータは例えば、対物レンズ２又は試料４の支持手段を移動させるのに適した圧電並進ステージを含んでいてもよい。代替的に、可変焦点距離レンズを光路内に挿入することが可能である。
【００８２】
合焦状態を測定するシステム６は、幾つかの利点を示す。
【００８３】
第一に、非常に高速であり、それによって顕微鏡１の合焦状態の測定（及び、おそらく最適化）を実質的に瞬時に行うことが可能であり、それは、キャリブレーションが実行されると、二次元光検出器１１を１回露光させるだけで、ピンぼけΔｚを特定するための試料４の１対の像ＩＭ１及びＩＭ２を充分に収集できるためであり、かつその結果、対物レンズ２の位置及び／又は試料４の支持手段（もしあれば）に対する光軸ｚに沿った補正により、最適な合焦状態が導かれる。
【００８４】
さらに、システムは、射出瞳Ｐの重複しない２つの異なる部分から来る光線Ｒ１及びＲ２により形成される２つの二次元像の相互間剛体横変位に関する像ＩＭ１、ＩＭ２間の相互間距離の測定に基づいているため、有利なことに、顕微鏡１の視野全体の平均合焦状態の測定が提供される。
【００８５】
測定のグローバル性により、有利なことに、測定が、試料４によりもたらされる可能性のある収差に対してロバストなものとなる。
【００８６】
図４は、例示的試料４と、この例示的試料の１つのピントの合っていない像ＩＭ（ｎｆ）を示す。試料４により、対物レンズ２の瞳Ｐの重複しない２つの異なる部分から来る光線Ｒ１及びＲ２を合焦させることによって得られる２つの像ＩＭ１及びＩＭ２は、ある程度の収差を生じさせ、これは各像ＩＭ１及びＩＭ２において異なると推測される。図４（ａ）は、２つの像ＩＭ１及びＩＭ２のグローバルメリット関数を最大にする、２つの像ＩＭ１及びＩＭ２間の相互間剛体横変位Ｙを適用することによって得られる２つの像ＩＭ１及びＩＭ２間のアライメントを示す。比較のために、図４（ｂ）は、線Ａ及びＢに対応するように設置されたフォトダイオードの２つの線形アレイから来る電気信号のメリット関数を最大にすることによって得られるであろう像ＩＭ１及びＩＭ２のアライメントを示す。図４はまた、両方のアライメントについて、線Ａ及びＢに対応して設置されたフォトダイオードにより提供される信号も示す。
【００８７】
図４（ａ）及び４（ｂ）を比較するとわかるように、線Ａ及びＢに沿ったアライメントは局所的には（ａ）のほうが（ｂ）より悪いにもかかわらず、全体的には、（ａ）で得られるアライメントのほうが（ｂ）で得られるものよりよい。これは、（ａ）において、像ＩＭ１及びＩＭ２の全体からの情報のすべてが使用され、試料４によりもたらされる１つの像ＩＭ１及びＩＭ２の「局所的な」収差に対して、より高いロバストさが提供されるからである。
【００８８】
さらに、測定のグローバル性により、測定が、信号対ノイズ比が低い条件下でも適用可能となる。このようになるのは、光検出器１１により提供される信号Ｓ１及びＳ２、すなわち像ＩＭ１及びＩＭ２の情報内容が全体として使用されるからである。それゆえ、信号対ノイズ比は、得られた像の情報内容の一部のみを使用する既知のシステムに関して、本質的によりよい。
【００８９】
さらに、測定のグローバル性により、測定が、希薄な試料の場合にも有利に適用可能となる。実際に、顕微鏡の視野の十分に大きい部分が使用されるため、像ＩＭ１及びＩＭ２に試料４の独特かつ認識可能な特徴が存在しないという可能性は、試料４が希薄である場合でも有利に最小化される。
【００９０】
さらに、合焦状態測定システム６は、広い範囲の開口数でも、また瞳Ｐの部分の寸法が異なっていても動作できるという意味で有利に柔軟であり、これは定時の測定を採用する既知のシステムで得られるものとは異なる。例えば、マスク１２の代わりに、像ＩＭ１及びＩＭ２を生成するために使用される瞳Ｐの２つの部分が選択されてもよい。これによって、瞳の部分がより大きいこと（より多くの光を集め、それゆえ、例えばＹの測定が球面収差に関してよりロバストとなる）と、瞳の部分がより小さいこと（より長い被写界深度、それゆえ、より正確なＹの測定を提供する）との最善のトレードオフを有利に求めることができる。
【００９１】
さらに、合焦状態測定システム６により、方向ｙ（図１に示される）に沿ってだけでなく、概して射出瞳Ｐの像Ｐ’が形成される平面内にある何れの方向に沿っても、２つの像ＩＭ１及びＩＭ２の相互変位をもたらす測定を実行できる。
【００９２】
最後に、合焦状態測定システム６は、通常の光学部品と共に実装されてもよく、像取得のための特定のセンサ、例えばインテンシファイドカメラ又は電子増倍カメラを使用する必要のある状況で使用されてもよい。
【００９３】
合焦状態測定システム６は、射出瞳Ｐの第一の部分から来る光線Ｒ１を偏向させ、射出瞳Ｐの第二の部分から来る光線Ｒ２を妨害されないままにするプリズムを含むが、これは本発明の範囲を限定するものと考えてはならない。
【００９４】
一般に、合焦状態測定システム６は、試料４の２つの別々の二次元像を少なくとも１つの光検出器の平面上に生成するために、瞳像Ｐ’が形成される平面の下流で、対物レンズ２の射出瞳Ｐの重複しない２つの異なる部分から来る光線Ｒ１及びＲ２が別々の光路をたどるように構成された１つ又は複数の光学要素を含んでいてもよい。
【００９５】
例えば、図５は、図１に示される実施形態の第一の変形型による合焦状態測定システム６を示す。
【００９６】
この変形型によるシステム６は、プリズム９の代わりに（すなわち、レンズ８ａ及び８ｂが瞳像Ｐ’を形成する平面上に）２対のミラー９ａ及び９ｂを含む。第一の対のミラー９ａは、対物レンズ２の射出瞳Ｐの第一の部分から来る光線Ｒ１を捕捉しかつ偏向させるように構成され、第二の対のミラー９ｂは、射出瞳Ｐの第二の部分から来る光線Ｒ２を捕捉しかつ偏向させるように構成される。例えば、図５に示されるように、２対のミラー９ａ及び９ｂの各々は、光軸ｚ’及び直交する方向ｘにより画定される２つの相補的な半分空間の一方に配置することができる。
【００９７】
さらに、２対のミラー９ａ及び９ｂは、集光された光線、それぞれＲ１及びＲ２を、好ましくはどちらも光軸ｚ’に平行な２つの別々の光路に沿ってそらすように構成される。
【００９８】
図１に示される実施形態と同様に、光線Ｒ１及びＲ２はレンズ１０により捕捉され、レンズ１０は２つの像、それぞれＩＭ１及びＩＭ２を光検出器１１の表面上に合焦させ、次に、光検出器１１が、前述の説明にしたがって距離ＹとピンぼけΔｚを特定するために、それらをデジタルフォーマットに変換しかつそれらをコンピュータ１３に送信する。
【００９９】
図６は、図１に示される実施形態の第二の変形型による合焦状態測定システム６を示す。
【０１００】
システム６は、プリズム９の代わりに（すなわち実質的には、レンズ８ａ及び８ｂが瞳像Ｐ’を形成する平面上に）ミラー９’を含み、ミラー９’は、瞳Ｐの第一の部分から来る光線Ｒ１を捕捉し、かつ、それを、瞳Ｐの第二の部分から来る妨害されていない光線Ｒ２が沿って伝搬する光軸ｚ’とは異なる方向に沿って偏向させるのに適している。
【０１０１】
さらに、この変形型によれば、システム６は、ミラー９’及びマスク１２（任意選択）の下流に設置された２つの異なるレンズ１０ａ、１０ｂと、２つの異なる光検出器１１ａ及び１１ｂとを含む。レンズ１０ａはミラー９’により偏向された光線Ｒ１を捕捉して、これらを光検出器１１ａの表面上に合焦させることにより、試料４の第一の二次元像ＩＭ１を形成するのに適している。レンズ１０ｂはその代わりに、光線Ｒ２（ミラー９’により偏向されていない）を捕捉して、これらを光検出器１１ｂの表面上に合焦させることにより、試料４の第二の二次元像ＩＭ２を形成するのに適している。各光検出器１１ａ、１１ｂは好ましくは、それぞれの二次元像ＩＭ１、ＩＭ２をデジタルフォーマットに変換し、かつそれをコンピュータ１３に送信する。すると、コンピュータ１３は、前述の説明にしたがって、像ＩＭ１及びＩＭ２を処理して、距離Ｙを特定する。この場合、像ＩＭ１及びＩＭ２が２つの異なる光検出器上に形成されるため、それらの相互間距離Ｙは、各光検出器上で識別されるそれぞれの基準点（例えば、頂点）について測定しなければならないことに留意されたい。
【０１０２】
これまでに図示し、説明したすべての変形型において、合焦状態測定システム６は顕微鏡１の対物レンズ２とチューブレンズ３との間に設置されているが、これは限定的ではない。
【０１０３】
一般に、ピンぼけΔｚを、対物レンズ２の射出瞳Ｐの重複しない２つの部分から来る光線Ｒ１及びＲ２を合焦させることによって得られる２つの像ＩＭ１及びＩＭ２間の相互間距離Ｙに変換するために、測定システムを対物レンズ２の射出瞳の上流、例えば顕微鏡１の光検出器５とチューブレンズ３との間に設置することも充分である。この変形型は図７に示されている。
【０１０４】
図７に示されるように、ビームスプリッタ７は、チューブレンズ３の上流で、対物レンズ２により集光されかつ試料４から来る光を捕える。この変形型によれば、システム６は１対のレンズ８ａ及び８ｂの代わりに１つのレンズ８を含む。レンズ８は好ましくは、チューブレンズ３から、それらの焦点距離の和（ｆ8＋ｆTL）に等しい距離だけ離れた位置に配置される。ビームスプリッタ７とレンズ８の位置決めを踏まえると、対物レンズ２の瞳の像Ｐ’は実質的にレンズ８から距離ｆsの距離に形成される。前記瞳の像Ｐ’が形成される平面に対応して、プリズム９が（おそらく、マスク１２と共に）設置され、それによって、前述の説明にしたがって光線Ｒ１及びＲ２を抽出して２つの像ＩＭ１及びＩＭ２を形成することができる。
【０１０５】
この変形型は、例えば、機械的設計の理由から顕微鏡１のチューブレンズと対物レンズとの間の空間にアクセスできない場合に有利であるかもしれない。
【図１】
2020503565.tif 000005
【図２】
2020503565.tif 000006
【図３】
2020503565.tif 000007
【図４】
2020503565.tif 000008
【図５】
2020503565.tif 000009
【図６】
2020503565.tif 000010
【図７】
2020503565.tif 000011
【国際調査報告】
2020503565.tif 000012
2020503565.tif 000013
2020503565.tif 000014