"被験物体の三次元画像を形成する方法であって、光を結像光学素子のベストフォーカス表面へ方向付けることであって、前記光が前記ベストフォーカス表面の少なくとも1つの方向において強度変調される、前記方向付けること、前記被験物体の走査中に計測物体の表面が前記結像光学素子の前記ベストフォーカス表面を通過するように、被験物体を前記結像光学素子に対して走査すること、前記走査中の前記被験物体の一連の位置の各々について、前記結像光学素子を使って前記計測物体の1つの画像を取得することであって、前記ベストフォーカス表面内の前記光の強度変調が連続する画像ごとに異なる、前記計測物体の1つの画像を取得すること、取得された画像に基づいて前記被験物体の三次元画像を形成することを備える、方法。前記光を前記ベストフォーカス表面へと方向付けることは、空間光変調器SLMを前記ベストフォーカス表面に結像させることを含む、請求項1に記載の方法。前記ベストフォーカス表面内の前記光の前記強度変調は、前記空間光変調器を用いて変更される、請求項2に記載の方法。前記光を前記ベストフォーカス表面へ方向付けることは、パターン生成面を物体空間内の表面上に結像させることを含む、請求項1に記載の方法。前記表面は、前記被験物体の形状と共形である、請求項4に記載の方法。前記被験物体の形状は、平坦、球形、放物線状、円柱形、円錐形又は非球形である、請求項4に記載の方法。前記強度変調は、周期変調である、請求項1に記載の方法。前記周期変調は、正弦変調である、請求項7に記載の方法。前記周期変調の位相は、各連続画像間で2π未満だけ変更される、請求項7に記載の方法。前記周期変調の位相は、各連続画像間でπ以下だけ変更される、請求項9に記載の方法。前記周期変調の位相は、各連続画像間でπ/2だけ変更される、請求項9に記載の方法。前記強度変調は、二次元強度変調である、請求項1に記載の方法。前記走査位置は、等間隔で離間される、請求項1に記載の方法。前記強度変調は、前記被験物体の表面の勾配に基づいて選択される、請求項1に記載の方法。前記三次元画像を形成することは、前記被験物体の表面の複数の異なる位置について、各位置が前記ベストフォーカス表面と交差する場所に対応する走査位置を特定することを含む、請求項1に記載の方法。取得された画像の前記異なる位置の各々における走査位置に応じた強度には振幅変調が含まれ、前記被験物体の表面の複数の異なる位置について、前記各位置が前記ベストフォーカス表面と交差する位置に対応する前記走査位置を特定することは、変調振幅が最大となる前記走査位置を特定することを含む、請求項15に記載の方法。前記三次元画像を形成することは、前記被験物体の表面の複数の異なる位置の各々のための強度信号を取得することを含み、各強度信号が、走査位置に応じた、対応する位置での取得された画像の強度に対応する、請求項1に記載の方法。前記三次元画像を形成することは、前記被験物体の表面の各位置のための前記強度信号の変調の最大振幅に対応する走査位置を特定することを含む、請求項17に記載の方法。前記走査位置を特定することは、各強度信号を周波数領域に変換することを含む、請求項18に記載の方法。前記被験物体は、レンズ素子である、請求項1に記載の方法。前記三次元画像は、モノクロ画像である、請求項1に記載の方法。前記三次元画像は、カラー画像である、請求項1に記載の方法。被験物体の三次元画像を形成する方法において、空間光変調器の画像を結像光学素子のベストフォーカス表面に形成すること、前記被験物体の走査中に計測物体の表面が前記結像光学素子のベストフォーカス表面を通過するように、被験物体を前記結像光学素子に対して走査すること、前記走査中の前記被験物体の一連の位置の各々について、前記結像光学素子を使って前記被験物体の1枚の画像を取得することであって、前記空間光変調器が前記画像を形成する光の強度変調を変化させ、前記ベストフォーカス表面における前記光の強度変調が連続画像ごとに異なる、前記被験物体の1枚の画像を取得すること、取得された画像に基づいて前記被験物体の三次元画像を形成することを備える、方法。被験物体の三次元画像を形成する方法において、光を結像光学素子のベストフォーカス表面へ方向付けることであって、前記光が前記ベストフォーカス表面の少なくとも1方向において強度変調される、前記方向付けること、前記被験物体の走査中に計測物体の表面が前記結像光学素子のベストフォーカス表面を通過するように、前記被験物体を前記結像光学素子に対して走査すること、前記ベストフォーカス表面を多素子検出器に結像すること、前記走査中の前記被験物体の一連の位置の各々について、前記多素子検出器の1つ又は複数の素子において1つの強度計測値を取得することであって、前記走査中の前記被験物体の連続する位置ごとにベストフォーカス表面の光の強度変調が異なる、前記1つの強度計測値を取得すること、取得された強度計測値に基づいて、前記被験物体の三次元画像を形成することを備える、方法。被験物体の三次元画像を形成するシステムにおいて、ベストフォーカス表面を有する結像光学素子を含む顕微鏡と、空間光変調器と、前記システムの動作中に前記空間光変調器からの光を、前記ベストフォーカス表面に前記空間光変調器の画像を形成するべく方向付けるように配置された1つ又は複数の光学素子と、前記システムの動作中に前記被験物体を顕微鏡対物レンズに対して走査し、前記被験物体の表面が前記ベストフォーカス表面と交差するように配置された走査ステージと、多素子検出器であって、前記顕微鏡に対して、前記システムの動作中に前記顕微鏡が前記ベストフォーカス表面での視野の画像を前記多素子検出器上に形成するように位置付けられた前記多素子検出器と、前記走査ステージと前記空間光変調器と前記多素子検出器と通信する電子制御モジュールとを備え、動作中に前記システムは、前記多素子検出器に、前記結像光学素子に関する前記被験物体の複数の走査位置の各々について前記被験物体の1つの画像を取得させ、前記空間光変調器に、前記ベストフォーカス表面での光の強度を少なくとも1方向において可変的に変調させて、前記光の強度変調が連続画像ごとに異なるようにし、取得された画像に基づいて前記被験物体の三次元画像を形成する、システム。前記システムの動作中に光を前記空間光変調器へと方向付けるように配置された光源をさらに備える、請求項25に記載のシステム。前記空間光変調器は、反射型空間光変調器である、請求項25に記載のシステム。前記空間光変調器は、透過型空間光変調器である、請求項25に記載のシステム。前記空間光変調器は、液晶パネルである、請求項25に記載のシステム。前記空間光変調器は、マイクロミラーアレイを含む、請求項25に記載のシステム。前記結像光学素子は、0.6より大きい開口数を有する、請求項25に記載のシステム。前記結像光学素子は、0.8より大きい開口数を有する、請求項25に記載のシステム。前記結像光学素子は、0.9より大きい開口数を有する、請求項25に記載のシステム。前記結像光学素子は、0.95の開口数を有する、請求項25に記載のシステム。前記多素子検出器に前記画像を形成する光の波長をフィルタリングするように配置された色フィルタをさらに備える、請求項25に記載のシステム。前記1つ又は複数の光学素子は、魚眼レンズを含む、請求項25に記載のシステム。前記1つ又は複数の光学素子は、内視鏡を含む、請求項25に記載のシステム。前記1つ又は複数の光学素子は、ズームレンズを含む、請求項25に記載のシステム。一般に、本明細書に記載されている主題は、物体の表面に関する情報を取得する方法とシステムに関する。開示されている方法は、例えば、構造化照明パターンを結像光学素子のベストフォーカス表面へ方向付け、その間にベストフォーカス表面の中の視野を多素子検出器上に結像するステップを含むことができる。構造化照明パターンとは、光強度に基づく、ある形態の符号化を含む不均一な照明パターンである。構造化照明パターンの例には、周期的強度パターン一次元又は二次元で変調が含まれる。物体はベストフォーカス表面を通じて走査され、その間に物体表面上の照明パターンの一連の画像が多素子検出器によって逐次的に取得される。取得される連続画像の各々について、照明パターンが調整され、視野内の、検出素子に対応する各点でのその強度があるフレームから次のフレームへと変調されるようになっている。その結果として各検出素子で取得される信号は変調を含み、最大振幅は物体表面における物体表面が対物レンズのベストフォーカス表面と交差する位置において、又はその付近で発生する。画像シーケンスにより提供される信号の解析に基づいて、物体の表面凹凸形状と表面性状の計測値を得ることができ、いくつかの実装形態においては、物体の表面の三次元画像を生成できる。いくつかの実施形態において、検出器面とパターン生成面が、物体空間において形状評価対象物体、例えば平面、球、放物面、円柱、円錐、又は非球面光学素子の形状と名目上共形のある表面上にマッピングされる。特定の実施形態において、検出器の1つの画素すなわち、素子で記録される信号の変調包絡線は、走査型低コヒーレンス干渉計SWLIscanninglowcoherenceinterferometerの信号の特徴のいくつかを模倣する。したがって、走査データから表面凹凸形状又は反射性データへの変換は、SWLI用に開発された包絡線検波アルゴリズム、例えば周波数領域解析FDAfrequencydomainanalysis又は最小二乗解析LSQleastsquaresanalysisを適用することによって実行してもよい。いくつかの実施形態において、投影照明パターンの創出に使用される装置はプログラム可能であり、それによって、周波数成分、向き、及び空間強度分布を調整して、物体ごとに計測能力を最適化できる。構造化照明変調方式は、光学系の高速オートフォーカス走査を可能にするように最適化できる。レーザ眼球手術での応用は、角膜と接触する重要構成部品に関するレーザ光学素子の位置の特定である。他の応用は低コヒーレンス干渉計の高速焦点合わせであり、この場合、オートフォーカス走査速度は検出信号からの干渉信号を平均化するように選択される。特定の実施形態において、装置は使用者に対し、高さ情報をその他の表面情報、例えば色、吸収、表面性状等と組み合わせた、より高度な物体の画像を提供する。本明細書に記載されている主題の各種の態様を以下にまとめる。一般に、本明細書に記載されている主題の1つの態様は、被験物体の三次元画像を形成する方法において実施でき、これらの方法は、光を結像光学素子のベストフォーカス表面へと方向付けるステップであって、光がベストフォーカス表面の少なくとも1つの方向において強度変調されるステップと、被験物体を結像光学素子に対して走査し、被験物体の走査中に計測物体のある表面が結像光学素子のベストフォーカス表面を通過するようにするステップと、走査中の被験物体の一連の位置の各々について、結像光学素子を使って計測物体の1つの画像を取得するステップであって、ベストフォーカス表面内の光の強度変調が連続する画像ごとに異なるステップと、取得された画像に基づいて被験物体の三次元画像を形成するステップと、を含む。これらの実施形態及びその他の実施形態には各々、任意選択で、以下の特徴の1つ又は複数を含めることができる。例えば、いくつかの実装形態において、光をベストフォーカス表面へと方向付けるステップは、空間光変調器SLMspatiallightmodulatorをベストフォーカス表面に結像させるステップを含む。ベストフォーカス表面内の光の強度変調は、空間光変調器を使って変化させることができる。いくつかの実装形態において、光をベストフォーカス表面へと方向付けるステップは、パターン生成面を物体空間内のある表面上に結像させるステップを含む。この表面は、被験物体の形状と共形とすることができる。被験物体の形状は、平坦、球形、放物線状、円柱形、円錐形又は非球形とすることができる。いくつかの実装形態において、強度変調は周期変調である。周期変調は正弦変調とすることができる。周期変調の位相は、各連続画像間で2π未満だけ変化させることができる。周期変調の位相は、各連続画像間でπ以下だけ変化させることができる。周期変調の位相は、各連続画像間でπ/2だけ変化させることができる。いくつかの実装形態において、強度変調は二次元強度変調である。走査位置は等間隔で離間させることができる。強度変調は、被験物体の表面の勾配に基づいて選択できる。いくつかの実装形態において、三次元画像を形成するステップは、被験物体の表面の複数の異なる位置について、各位置がベストフォーカス表面と交差する場所に対応する走査位置を特定するステップを含む。取得された画像の異なる位置の各々における走査位置に応じた強度には振幅変調を含めることができる。各位置がベストフォーカス表面と交差する場所に対応する走査位置を特定するステップは、変調振幅が最大となる走査位置を特定するステップを含むことができる。いくつかの実装形態において、三次元画像を形成するステップは、被験物体の表面の複数の異なる位置の各々のための強度信号を得るステップを含み、各強度信号は、走査位置に応じた、対応する位置での取得画像の強度に対応する。三次元画像を形成するステップは、各位置のための強度信号の変調の最大振幅に対応する走査位置を特定するステップを含むことができる。走査位置を特定するステップは、各強度信号を周波数領域に変換するステップを含むことができる。いくつかの実装形態において、被験物体はレンズ素子である。三次元画像は、例えばモノクロ画像とすることができる。あるいは、三次元画像はカラー画像とすることができる。一般に、本明細書に記載されている主題の他の態様は、被験物体の三次元画像を形成する方法の中において実施でき、これらの方法の各々は、空間光変調器の画像を結像光学素子のベストフォーカス表面に形成するステップと、被験物体を結像光学素子に対して走査し、被験物体の走査中に計測物体のある表面が結像光学素子のベストフォーカス表面を通過するようにするステップと、走査中の被験物体の一連の位置の各々について、結像光学素子を使って被験物体の1枚の画像を取得するステップであって、空間光変調器が画像を形成する光の強度変調を変化させて、ベストフォーカス表面における光の変調が連続画像ごとに異なるようにするステップと、取得された画像に基づいて被験物体の三次元画像を形成するステップと、を含む。一般に、本明細書に記載されている主題の他の態様は、被験物体の三次元画像を形成する方法において実施でき、これらの方法の各々は、光を結像光学素子のベストフォーカス表面へと方向付けるステップであって、光がベストフォーカス表面の少なくとも1方向において強度変調されるステップと、試験物体を結像光学素子に対して走査し、被験物体の走査中に計測物体のある表面が結像光学素子のベストフォーカス表面を通過するようにするステップと、ベストフォーカス表面を多素子検出器に結像するステップと、走査中の被験物体の一連の位置の各々について、多素子検出器の1つ又は複数の素子における1つの強度計測値を取得するステップであって、走査中の被験物体の連続する位置ごとにベストフォーカス表面の光の強度変調が異なるようにするステップと、取得された強度計測値に基づいて、被験物体の三次元画像を形成するステップと、を含む。一般に、本明細書に記載されている主題の他の態様は、被験物体の三次元画像を形成するシステムにおいて実施でき、これらのシステムの各々は、ベストフォーカス表面を有する結像光学素子を含む顕微鏡と、空間光変調器と、システムの動作中に空間光変調器からの光を、ベストフォーカス表面にSLMの画像を形成するべく方向付けるように配置された1つ又は複数の光学素子と、システムの動作中に被験物体を顕微鏡対物レンズに対して走査し、被験物体のある表面がベストフォーカス表面と交差するように配置された走査ステージと、多素子検出器であって、顕微鏡に対して、システムの動作中に顕微鏡がベストフォーカス表面での視野の画像を多素子検出器上に形成するように位置付けられた多素子検出器と、走査ステージと空間光変調器と多素子検出器と通信する電子制御モジュールと、を含み、動作中にシステムは、多素子検出器に、結像光学素子に関する被験物体の複数の走査位置の各々について被験物体の1つの画像を取得させ、SLMに、ベストフォーカス表面での光の強度を少なくとも1方向に可変的に変調させて、光の強度変調が連続画像ごとに異なるようにし、取得された画像に基づいて被験物体の三次元画像を形成する。上記実施形態及びその他の実施形態の各々には、任意選択で、以下の特徴の1つ又は複数を含めることができる。いくつかの実装形態において、システムは例えば、システムの動作中に光をSLMへと方向付けるように配置された光源を含む。SLMは反射型SLMであっても、透過型SLMであってもよい。いくつかの実装形態において、SLMは液晶パネルとすることができ、又はマイクロミラーアレイを含むことができる。いくつかの実装形態において、結像光学素子は0.6より大きい開口数、0.8より大きい開口数、0.9より大きい開口数、又は0.95の開口数を有する。いくつかの実地例において、システムは、多素子検出器に画像を形成する光の波長をフィルタにかけるように配置された色フィルタをさらに含む。1つ又は複数の光学素子は、例えば魚眼レンズ、内視鏡、及び/又はズームレンズを含むことができる。本明細書中で開示される実装形態はいくつかの利点を提供できる。例えば、いくつかの実装形態において、これらの方法と装置を使って、物体の非接触三次元画像化を提供できる。画像化は、短い計測時間で、及び/又は物体の表面の高解像度画像を達成するために実行できる。いくつかの実装形態において、画像形成は、例えば振動又は音響ノイズ等の環境変動による影響をあまり受けずに実行される。実装形態は他の利点も提供する。例えば、本明細書中で開示される方法と構造は、いくつかの実装形態において、従来の共焦点顕微鏡と同程度の深度断面画像取得能力を提供する。構造化照明プロファイリングの使用により、共焦点顕微鏡と比較した特定の利益例えば、光源の明るさに対する要求が低くなる及び干渉顕微鏡と比較して特定の利益が提供されうる。例えば、いくつかの実装形態において、構造化照明によれば、従来の干渉顕微鏡と比べて光源の明るさに対する要求が低くなる。あるいは、又はこれに加えて、非干渉顕微鏡対物レンズが利用可能な制約もまた緩和できる。例えば、いくつかの実装形態において、マイケルソンMichelson型又はミラウMirau型干渉計で利用可能な対物レンズと比較して、より高い開口数の対物レンズを利用できる。1つ又は複数の実施形態の詳細を添付の図面と以下の説明で示す。その他の特徴と利点は、説明、図面から、及び特許請求の範囲から明らかとなるであろう。光強度信号の取得図1は、標本物体102の3D画像を提供するための例示的な構造化照明システムstructuredilluminationsystem100の概略図である。システム100の照明部103は、光源104と、空間光変調器spatiallightmodulatorSLM106と、1つ又は複数のレンズ108a~108cと、絞り110と、ビームスプリッタ112と、を含む。システム100の画像形成部105は、画像記録装置114と、ビームスプリッタ116と、対物レンズ118と、チューブレンズ120と、を含む。本願において、座標系は、z軸が対物レンズ118の光軸に平行であり、x及びy軸がレンズのベストフォーカス表面に平行であって、xyzが直交座標系を形成するように定義される。システム100の動作中、光源104によって生成された光101は、レンズ108a、108bと絞り110を通過し、その後、光101はビームスプリッタ112に入射する。ビームスプリッタ112は、入射光101の一部をSLM106へと反射する。この例では、SLM106は、その表面に入射した光を調整し、反射して、バイナリ即ち、画像化パターンが、光の存在する領域と光のない領域を有する又は準連続即ち、画像形成パターンが、光強度レベルの連続的変化により近似できるのいずれかとして特徴付けられる照明パターンを生成するように構成されている。次いで、SLM106により反射された照明パターンがビームスプリッタ112とレンズ108cを通過して第二のビームスプリッタ116に至り、その後、照明パターンは対物レンズ118を通るように方向付けられ、優先的に対物レンズ118の射出瞳を満たす。照明パターンが対物レンズ118のベストフォーカス面焦点面までの物体空間内で再結像される。標本物体102の表面で反射され、及び/又は散乱した光は次に、対物レンズ118、ビームスプリッタ116、チューブレンズ120を通って画像記録装置114の光検出表面/面へと進み、この光検出表面/面で記録される。このように取得された記録光はデジタルフォーマットで光強度信号アレイとして保存でき、各光強度信号は画像記録装置114の対応する画素から取得される。画像化中、物体102は対物レンズ118に対して縦方向に即ち、対物レンズ118に近づく、又は遠ざかるように移動される。標本物体102は、コンピュータ122により制御される電気機械トランスデューサ図示せず及び関連する駆動電子機器によって移動又は作動させて、物体102の移動方向に沿った精密な走査を可能にすることができる。トランスデューサの例には圧電トランスデューサPZTpiezoelectrictransducer、ステップモータ、ボイスコイルが含まれるが、これらに限定されない。あるいは、又はこれに加えて、対物レンズ118を標本物体102の位置に対して縦方向に移動させてもよい。ここでも、電気機械トンラスデューサ及び関連する駆動電子機器を使って移動を制御してもよい。画像記録装置114は、物体102が対物レンズ118のベストフォーカス表面を通じて走査されるのと同時に画像記録を記録し、それによって、時間の経過とともに複数の画像強度信号が記録される。即ち、物体と照明パターンの画像が画像記録装置によって、対応する走査位置における光強度信号の形態で捕捉される。例えば、画像記録装置114が128×128の画素アレイを含み、1回の走査で64の画像が保存される場合、各々が64データポイントの長さの光強度信号が約16,000あることになる。いくつかの実装形態において、走査位置は等間隔で離間され、即ち、画像記録装置によって捕捉される連続画像間の移動距離は同じである。さらに、SLM106は、標本物体102の移動に伴って照明パターンを空間変調し、それによって物体102は、対応する縦方向の異なる走査位置において異なるパターンで照明される。走査中に照明パターンを連続的に調整することにより、画像記録装置114の各画素における光強度信号が変調される。データ取得後、コンピュータ122が例えばパターンマッチング技術に従って光強度信号を処理し、標本物体102の表面凹凸形状を示すデータを出力できる。標本物体102の表面が対物レンズ118のベストフォーカス表面にあると、照明パターンの合焦画像infocusimageが物体102の表面上に形成される。合焦画像は、システム100のある照明開口数NAnumericalapertureで実現可能な最高のコントラストを示す。各画素における、反射により画像記録装置114に戻る物体表面の画像の強度は、局所物体表面反射性と投影された照明パターンの局所強度の積に比例する。これに対して、物体102の表面が対物レンズ118のベストフォーカス面から離れていると、物体102の表面上の照明パターンの画像はぼやけ、それゆえそれが示すコントラストは低下する。すると、対物レンズ118を通って画像記録装置に向かう物体102の表面の画像もまたぼやける。その結果、画像記録装置で見える投影照明パターンのコントラストは、対物レンズのベストフォーカス面に関する物体表面の縦方向の変位量の関数となる。したがって、システム100の深さ方向分析能力は、物体102がベストフォーカス面を通じて走査される間に、画像記録装置114の各画素でパターンのコントラストが最大となる物体の102の位置を検出することから得られる。いくつかの実装形態において、SLM106は、反射型と反対に透過型の構成でも使用できる。例えば、図2はシステム100と同じ構成要素を含む例示的なシステム200を示しているが、この構成では1つのビームスプリッタ216が使用され、SLMは、入射光を反射するのではなく、入射光を透過させるように構成されている見やすくするためにコンピュータ122も省いている。図2に示される例では、透過型SLM206が光源204から生成された入射光201を変調して、バイナリ又は準連続照明パターンを生成する。SLM206によって生成された照明パターンは、レンズ208cを通過してビームスプリッタ216に入射し、パターンは次に、対物レンズ218を通って方向付けられ、対物レンズのベストフォーカス面に結像される。照明パターンは標本物体202で反射され、対物レンズ218、ビームスプリッタ216、チューブレンズ220を通って戻り、最終的に画像記録装置214によって検出される。システム100と同様に、SLM206によって生成された照明パターンは、画像データの取得時に空間変調されて、物体の対応する異なる走査位置において異なる光強度パターンが生成される。上記の例の各々では、光源104、204はスペクトル的に広帯域の光源を含んでいても、狭帯域の光源を含んでいてもよいが、これらに限定されない。広帯域光源の例としては、スペクトルバンドパスフィルタを備えるか又は備えないハロゲンバルブ又は金属ハライドランプ等の白熱光源、広帯域レーザダイオード、発光ダイオード、同じ又は異なる種類の複数の光源の組み合わせ、アークランプ、可視スペクトル領域約400~700nmの任意の光源、IRスペクトル領域約0.7~300μmの任意の光源、UVスペクトル領域約10~400nmの任意の光源が挙げられる。広帯域の応用では、光源の正味スペクトル帯域幅netspectralbandwidthは好ましくは、平均波長の5より広く、又はより好ましくは平均波長の10、20、30、さらには50より広い。光源はまた、1つ又は複数のディフューザ素子diffuserelementを含んでいてもよく、これによって光源から発せられた入力光の空間的な広がりが増大する。狭帯域光源の例としては、レーザ又は、広帯域光源に狭帯域フィルタを組み合わせたものが挙げられる。光源は、空間的に広がりを持つ光源とすることも、点光源とすることもできる。いくつかの実装形態において、空間的に広がりを持つ光源を用いて例えば、画像形成される物体の表面が平滑である時、ベストフォーカス面に関する物体の位置に関係なく高コントラストパターンが観察されるのを回避することが好ましい。画像記録装置114、214は、少なくとも一次元、より一般的には二次元に配置された複数の検出素子、例えば画素を含むことができる。画像記録装置の例には、デジタルカメラ、多素子電荷結合装置CCDchargecoupleddevice、及び相補型金属酸化物半導体CMOScomplementarymetaloxidesemiconductor検出器が含まれる。他の画像記録装置も使用してよい。いくつかの実装形態において、1つ又は複数の色フィルタをシステムに含めて、画像記録装置において画像を形成する光の波長をフィルタにかけることができる。1つ又は複数の色フィルタは、画像記録装置と一体の構成部品となるように配置することも、画像記録装置とは別に配置することもできる。いくつかの実装形態において、対物レンズ118、218は、何れの標準的顕微鏡の構成部品としても含めることができる。例えば、システムは、各々異なる倍率の1つ又は複数の異なる対物レンズと使用するように構成された顕微鏡を含むことができる。対物レンズ118、218のNAは、約0.1以上例えば、約0.2以上、約0.3以上、約0.4以上、約0.5以上、約0.6以上、約0.7以上、約0.8以上、約0.9以上、又は約0.95以上とすることができる。他のNAの数値も可能である。光を反射するために使用可能なSLMの例は、図1に示される装置と同様に、反射型液晶素子LCOSliquidcrystalonsiliconデバイス又はマイクロミラーアレイデバイス、例えばデジタルマイクロミラーデバイスDMDdigitalmicromirrordeviceを含む。LCOSデバイスによって生成された照明パターンを空間変調するために、使用者は、適当なハードウェアとソフトウェアを使って、LCOSデバイスの各画素により反射される光の方向と量を電子的に制御できる。同様に、DMDにより生成される照明パターンを空間変調するために、使用者は、個々のミラーの各々の方向及び/又は向きを電子的に制御して、各ミラーで反射される光の量を変化させることができる。図2に示される構成と同様の、光を透過させるために使用可能なSLMの例には、液晶デバイスLCDliquidcrystaldeviceモジュレータが含まれ、液晶デバイスは、電子的に制御して透過光の量を変化させることができる。あるいは、いくつかの実装形態において、透過型SLMは強度マスク、例えば格子、ロンキールーリング、又は、入射光の波長に対する吸収度の異なる領域を有する、その他のパターン付表面を含むことができる。強度マスクから形成される透過型SLMにより生成される照明パターンを空間変調するために、SLMはSLMの平面内運動を制御する機械的フレームに取り付けることができる。フレームの運動は、1つ又は複数の機械的又は電子的アクチュエータ、例えば圧電アクチュエータ、ステップモータ又はボイスコイルを使って提供できる。その他のSLMも透過型又は反射型装置で使用できる。いくつかの実装形態において、電子コントローラは、1つ又は複数の照明パターンの生成方法に関する命令をメモリに保存してもよい。いくつかの実装形態において、投影されるパターンの創出に使用されるSLMはプログラム可能であり、それによって特定のパターンの周波数成分、向き及び空間的強度分布をある物体の計測に合わせて最適化できる。留意すべき点として、本願に記載されている各種の構造化照明システムは、照明光の少なくともある部分が物体表面から画像記録装置へと戻るように方向転換されるかぎり、何れの特定の材料又は種類の物体にも限定されない。光強度信号の解析前述のように、どちらの例示的システムにおいても、照明パターンのコントラストは、標本物体がベストフォーカス面へと移動されると改善するのに対して、物体がベストフォーカス面から遠ざかると照明パターンはぼやける。例えば、図3は標本物体302の各種の走査位置を説明する概略図である。この概略図に示されるように、物体302は対物レンズ318に対して、縦方向の複数の異なる位置a~eで走査される。図3はまた、位置a~eに対応する走査位置における標本物体の上面の、画像記録装置により捕捉された画像f~iも示している。画像f~iに示されるように、物体302は、一連の等間隔の平行な線を含むバイナリ画像パターンbinaryimagepatternで照明される。物体302が対物レンズ318のベストフォーカス面、即ち位置cにあると、標本物体302の表面に照明されたパターンhは、対物レンズ318のNAでの最高のコントラストを示す。これに対して、標本物体が縦方向に沿って位置a、b、d又はeの何れかへと移動されると、標本物体302の表面上に結像される照明パターンが示すコントラストは低下し、ぼやけて見える。画像記録装置の各画素において、画像パターンにより示されるコントラストが最も高い標本物体302の位置を検出することによって、物体302の表面に関する情報、例えば相対的な表面高さ、粗さ、膜厚、反射性及び吸収その他を評価することが可能である。コントラストが最も高い位置を判定するためには、焦点面での光の強度変調を空間光変調器によって変化させて、物体がベストフォーカス面を通って移動されている時に物体に異なる照明パターンが投影されようにする。投影されたパターンが毎回の画像取得間で変化し、データの第一のフレームが第一の投影パターンに対応し、データの第二のフレームが第二の投影パターンに対応し、以下同様となる。システムは、データ取得中に物体を連続して走査する。それと同時に、投影パターンは、プログラム可能なSLMデバイス例えばLCD又はDMDを使用するとフレーム統合frameintegration中即ち、各フレームが取得される期間中に一定に保つことができ、それによって統合中のコントラスト損失がなくなる。その結果として、画像記録装置の各画素により記録される時系列的光強度プロファイルは、釣鐘型の振幅変調包絡線bellshapedamplitudemodulatedenvelopeを示し、その振幅変調の最大値が、物体表面の高さ等の物体の表面凹凸形状情報を提供できる。前述のように、投影パターンはバイナリ即ち、画像形成パターンが光のある領域と光のない領域を有するとすることも、準連続即ち、画像形成パターンが光強度の程度の連続的な変化によって近似されるとすることもできる。焦点面に結像される光の強度変調は、一次元又は複数次元に沿った変調を含むことができる。例えば、光の強度変調は、とりわけ、方形波、鋸歯波、又は正弦パターンなどの一次元パターン即ち、1方向に沿って変化するが、他の直交方向においては均一なパターンを生成できる。いくつかの実装形態において、光強度変調により生成される照明パターンは、第一の方向と第二の直交方向の両方において変化する二次元パターン例えば、格子縞パターンを含む。焦点面に結像される光の強度変調は、周期的でも非周期的でもよい。いくつかの実装形態において、周期変調は正弦変調を含む。いくつかの実装形態において、照明パターンの位相シフトは走査位置の関数とすることができる。周期変調の位相は、各連続画像間で2π未満だけ、又は各連続画像間でπ以下だけ、又は各連続画像間でπ/2だけ変化させることができる。複数の照明パターンを合成して1つのパターンにし、これを標本物体に投影することができ、この場合、合成されたパターンの各々は異なるか、又は異なる位相シフトを有する。他の位相変化と照明パターンもまた可能である。物体に投影される照明パターンは、電子コントローラのメモリデバイスにデータとして電子的に保存でき、電子コントローラはこのデータを電気信号に変換して、SLMの動作を変化させることができる。例示的実装形態において、投影されたパターンは物体表面上のx方向に沿って正弦曲線であり、y方向に沿って均一である。画像取得中に投影される照明パターンは、次式で説明できる。式において、nは画像取得シーケンス中に投影されたn番目のパターンを示し、Δφはシーケンス中の連続パターン間の位相増分phaseincrementであり、Λはパターンの周期即ち、パターンピッチである。照明パターンの変調手段に応じて、位相増分を2πの整数分の1となるように選択することが有利となりうる。例えば周期変調の場合、SLMのために90度位相シフトされた画像を4つだけ保存すればよく、それゆえシステム必要なメモリの量が少なくて済む。標本物体が移動されて焦点から外れると、画像記録装置により見られるパターンのコントラストは低下する。観察されたコントラストは実際には、物体空間内のパターンピッチΛ、対物レンズのNA、照明光の平均波長λ、及び物体表面デフォーカス量objectsurfacedefocusz即ち、物体表面から光学素子のベストフォーカス位置までの距離の関数である。正規化デフォーカス量normalizeddefocusuの関数としてコントラストを計算するための近似即ち、正規化変調は次式で表される。式において、J1は一次の第一種ベッセル関数である。図4は、平滑な表面を有するある物体が、その物体の表面に式1により説明される形態のパターンが投影されている間に物体の面内焦点を通じて走査された時に画像記録装置の1つの画素が観察すると想定される擬似光強度信号のグラフである。縦軸は光強度を表し、横軸は信号が記録される時間に対応する。擬似強度信号は、数学的モデリングソフトウェアMathCAD登録商標を使って生成した。図4に示される擬似光強度信号を取得するために使用されるパターンの位相増分Δφはπ/2と等しい。図5は、ある物体が、その物体の表面に式1により説明される形態のパターンが投影されている間に顕微鏡対物レンズの面内焦点を通じて走査された時に電荷結合デバイスの画素により記録された実験的な強度信号のグラフである。走査される物体はシリコンカーバイド平板である。図4と同様に、縦軸は光強度の値に対応し、横軸は信号が記録される時間を表す。図5の物体の表面に投影されるパターンの位相増分Δφは、π/2と等しい。実験に使用される顕微鏡はNA=0.21の10×対物レンズを備える。図4~5に示されるように、取得された画像の光信号強度は走査位置の関数であり、振幅変調を含む。光強度信号の振幅変調が最大となる走査位置は、物体表面が焦点面と交差する位置、即ちベストフォーカス位置に対応する。物体の表面を横切る複数の位置でのベストフォーカス位置を特定することによって、その位置の相対的高さを計測でき、いくつかの実装形態において、物体の表面の画像を再構築できる。各光強度信号は、代表的な走査型白色光干渉SWLIscanningwhitelightinterference信号を模倣し、又はこれと同様の特徴を有し、局所的信号包絡線localizedsignalenvelope400が準定周波数キャリア402により変調される。キャリア402の周波数は、物体の画像化に使用される光学系の属性例えば、開口数、波長等とは無関係であり、その代わりに物体の表面に投影されるパターンの位相増分Δφにより決定される。しかしながら、SWLI信号とは異なり、物体の表面の高さに関係する光路の差がない。その代わりに、前述のように、物体の表面高さは、コントラスト包絡線の最大振幅の相対的位置に基づいて判断される。記録された光強度信号とSWLI信号との類似性を考慮して、SWLIデータを処理するために開発された処理アルゴリズムを使って、光強度信号を解析し、標本物体に関する表面情報を抽出できる。いくつかの実装形態において、SWLIデータを解析するために開発されたアルゴリズムは、特定のキャリア周波数又は周波数帯に合わせて設計されている。したがって、この方法を用いて取得される光強度信号は、SWLI解析用に設計されたアルゴリズムと容易にマッチさせることができる。適用可能なSWLIアルゴリズムの例には、とりわけ、周波数領域解析frequencydomainanalysisFDA及びスライディングウィンドウ最小二乗LSQフィッティングslidingwindowsleastsquarefitが挙げられる。FDAでは、物体の走査位置を特定するステップは、光強度信号を周波数領域に変換するステップを含む。即ち、各画素での光強度信号は、インコヒーレントincoherentに相互に重ねられる1波長フリンジパターンの集合としてモデル化することができ、この場合、各フリンジパターンは、走査位置による位相変化率として定義される固有の空間周波数又は波数kを有する。ピークフリンジコントラストpeakfringecontrastは、構成成分であるパターンの位相が一致する走査位置において現れる。したがって、ある位置での相対的位相がわかれば、その相対的位相を物体の表面上の高さ値に直接関係付けることができる。図6は、光強度信号のFDA処理により生成された13-μm段差スタンダードstepheightstandardの例示的な表面凹凸形状マップである。段差スタンダードはVLSI社から入手した。データは、NA=0.95の100×顕微鏡対物レンズを使って得た。標本物体に投影されたパターンは式1を使って説明され、ピッチΛは画像記録装置の線形配置された6画素分の長さと等しく、位相シフトΔφはπ/2と等しかった。この例で使用された電荷結合デバイスでは、各画素長は約7.4μmであった。LSQでは、予想される信号のモデルに基づくフィッティング関数が各画素で画像化された光強度信号に適用される。フィッティング関数は、1つ又は複数の可変パラメータを含み、1つ又は複数の可変パラメータは、任意の走査位置において、例えば最小二乗最適化によってただし、他の最適化技術を使用してもよい実際の信号とのフィッティングを最適化するように変更される。次に、パターンマッチング技術が最小二乗最適化によってただし、他の最適化技術を使用してもよい走査を通じて逐次的にフィッティングを行う。LSQフィッティングの結果が最良である走査位置によって信号の位置が特定され、フィッティングの最大値はベストフォーカス位置の場所に対応する。FDA又はLSQを使用した表面凹凸形状の抽出に関するより詳しい説明は、それぞれ米国特許第5,398,113号明細書及び米国特許第7,321,431号明細書に記載されており、その両方を参照によって本願に援用する。その他のデータ解析方法も、表面凹凸形状情報の抽出に使用できる。例えば、いくつかの実装形態において、光強度信号振幅は、スライディング位相シフトアルゴリズムslidingphaseshiftingalgorithmを使って計算される。次いで、最大振幅が発生する場所がベストフォーカス位置に対応する。いくつかの実装形態において、モデルフィッティング関数を実験的な最大振幅位置の近隣で選択された振幅データポイントに適用することによって、ベストフォーカス位置を特定できる。モデル関数は、例えばパラボラparabola、ガウス、又はローレンツフィッティングLorentzianfitを含むことができる。その他のモデル関数を適用してもよい。スライディング位相シフトアルゴリズムの例示的形態が以下に示され、そこでは標本の走査中に4つの連続する強度値Iが得られる。その後、強度値が合成されて局所信号変調Vの推測値が提供される。式中、dZは計測ボリュームmeasurementvolume内での連続する毎回の取得ごとの走査増分であり、xは視野内のある画素の位置であり、Λは投影パターンのピッチである。位相シフトはこの例ではπ/2である。いくつかの実施形態において、より多くのフレームを有し、よりよいノイズ除去能力を提供する他のアルゴリズムを使用できる。しかしながら、このようなアルゴリズムでは、包絡線をより大きなZ範囲で一定に近似させる必要がある。例えば、5つの連続する強度サンプルによって以下のような変調推定式が得られる。あるいは、個々の画素の各々に関連する信号には、正弦波キャリアを乗じた包絡線の形態を有するモデル関数を当てはめることができる。例えば、モデル強度関数は以下のように表せる。式中、iは走査中に計測された強度の指数indexofthemeasuredintensityであり、A、B、i0及びψはフィッティングパラメータであり、例えば反復最小二乗手順を使って決定される参照によって全文を本願に援用する、レーベンバーグマーカートLevenbergMarquardtアルゴリズム、Cコードの数値計算ライブラリNumericalrecipesinC、ケンブリッジユニバーシティプレス参照。いくつかの実施形態において、変調信号包絡線の幅を制御することによって、計測速度及び/又は解像度を変更できる。光強度信号のコントラスト包絡線をますますコンパクトにすることにより、いくつかの実装形態において、それに対応して垂直解像度即ち、走査方向に沿った解像度を高くできる形状計測が可能となる。形状計測は、製造工程に起因するその所期の形状からの物体表面のずれ量を計測すること、又は未知の物体表面の凹凸形状マップを取得することを目的とした計測応用である。変調信号包絡線の幅は、例えば物体の表面に投影されるパターンのピッチΛを調整することによって制御できる。図7は、ある物体の表面に、その物体を顕微鏡対物レンズの面内焦点を通って直進移動させる間に図4で使用されたパターンの半分のピッチ即ち、2倍の周波数を有するパターンを投影した時に、画像記録装置の個々の画素が観察すると想定される擬似強度信号のグラフである。図7のグラフに示されているように変調信号包絡線の幅が、図4のグラフに示されている信号包絡線の幅に比べて減少している。最高垂直解像度は、物体空間内の投影パターンの周波数が光学系のカットオフ周波数2NA/λの半分となるように選択された時に得られる。逆に、包絡線の幅が広いと、システムの潜在的解像度は低下するが即ち、画像記録装置により捕捉されるデータのフレーム間で標本物体が移動する距離が長くなることによる、走査速度を高速化できる可能性もある。このような走査速度の高速化は、標本物体表面の迅速な検査が必要な生産/製造現場での応用において有利となりうる。あるいは、又はこれに加えて、高速化は、オートフォーカス又はオートフォーカス及び自動向き例えば、チップ/チルト補正を必要とする用途の特定の実装形態において有利となりうる。オートフォーカスを必要とする応用例は、白色光干渉顕微鏡にある。この手順では、走査ステップの大きさがシステムの有効平均波長の整数倍になるように選択され、それによって、構造化照明が使用される高速合焦走査中に、干渉計により生成される干渉フリンジが除去される。SWLI計測では、構造化照明バターンの代わりに、静的な均一の、又はカスタマイズされたパターンが使用される。いくつかの実施形態において、走査速度は、標本物体の表面に投影されるパターンの位相シフトを変えることによってさらに改善できる。例えば、位相シフトΔφをπと等しく設定すると、画像記録装置によって捕捉された画像データの第一のフレームと画像記録装置により捕捉された画像データの後続フレームの間の強度値の差は、信号包絡線の大きさの直接推定値に対応する。その結果、画像データ解析の演算の複雑さが軽減され、それによって演算速度が増大する。しかしながら、いくつかの実装形態において、位相シフトΔφがπに等しく設定されたパターンは表面凹凸形状計測にあまり適さず、これは、1つ又は複数の画素が示す信号変調が、すべての走査位置において、低いことも、全くないこともあるからである。いくつかの実装形態において、画像記録装置により捕捉される、低い信号変調を示す信号は、それ以上解析せずに除去できる。いくつかの実施形態において、画像記録装置により捕捉された各信号測定値間に追加のゼロ値を挿入してから、FDAを使って信号が処理される。このようなFDAの使用例を図8A~8Cに関して示す。図8A~8Cの各々は、擬似アナログ強度信号実線にその強度信号の対応するデジタル版菱形のマーカを含む破線を重ねたグラフである。特に、グラフ内の菱形のマーカは擬似強度信号のデジタル値に対応する。換言すれば、マーカは、標本の物理的走査が実行された場合に画像記録装置の1つの画素位置で記録されると想定される強度値を表す。図8Aに示される信号の連続する照明パターン間の位相シフトはπ/2である。図8Bは、走査速度が2倍であり、連続する照明パターン間の位相シフトをπに増大させた場合の、同様の擬似強度信号を示す。図8Aに示される信号と異なり、図8Bに示される信号はナイキスト周波数でサンプリングされる。いくつかの実装形態において、この周波数でのサンプリングは、信号変調損失により、周波数領域分析には望ましくない可能性がある。図8Bに示される信号を図8Aでサンプリングされた信号と同じ速度で効果的にサンプリングするために、測定された強度値間にゼロ値が挿入される。その結果として得られたサンプリング信号にアナログ信号を重ねたグラフが図8Cに示されている。留意すべき点として、実際には、挿入された値はゼロ値ではなく、局所平均に対応する。図9Aと9Bは、図8Cのデジタルサンプル信号破線の大きさおよび位相と、図8Aのデジタルサンプル信号実線のスペクトルの大きさおよび位相とをそれぞれ比較している。大きさと位相は、対応するデジタルサンプルのフーリエ変換によって得られる。図9Aに示されるように、位相情報は、図8Aの記録されたサンプルと図8Cのゼロパディングが行われた信号に関するスペクトルにおいて同一である。したがって、位相勾配からサンプル位置を計算すれば、何れの解析に基づいても同じ結果が得られると想定されるため、位置情報を失わずにサンプリング周波数を増大できる。しかしながら、留意するべき点として、いくつかの実装形態において、照明パターンの位相によって画素位置で記録される信号の大きさが縮小される。即ち、サンプリングされた数値は、画像記録装置に反射される照明パターンの実際の大きさを反映していないこともある。例えば、図10Aは擬似アナログ強度信号実線に、その擬似信号の対応するデジタルサンプリング菱形のマーカを含む破線を重ねたグラフであり、照明パターンの位相シフトはπである。図10Aの例に示されるように、デジタルサンプル信号の大きさは、対応する擬似アナログ信号より実質的に小さい。図10Bは、図10Aと同じ擬似アナログ強度信号とデジタルサンプル信号を示すグラフであり、ゼロ値がデジタルサンプル信号に挿入されている。デジタルサンプル信号の大きさにおける相対的な減少は、信号が記録された特定の画素での信号対ノイズ比の低下につながる可能性がある。それゆえ、走査速度を二倍にすると、標本の焦点位置の高速位置特定及び表面のチップ及びチルトの高速計測が可能となるが、表面凹凸形状情報は劣化することもある。プログラム可能なパターンいくつかの実装形態において、プログラム可能なSLMを使って、特定の用途又は計測対象の標本物体に基づいて画像化システムを最適化できる。例えば、前述のように、標本物体の表面に投影されるパターンのピッチを調整することによって、データ取得の解像度及び/又は速度を調節できる。より粗いパターン特徴即ち、より高いパターンピッチ/より低いパターン周波数により、場合によっては、粗い物体を解析する際のロバスト性を改善できる。換言すれば、システムは表面粗さによる高さのばらつきによる影響を受けにくくなる。場合により、より粗いパターン特徴によって、システムは、計測値が得られる範囲を増大させることが可能となり、それゆえ、例えば鏡面反射する物体上の高勾配の特徴の計測が可能となる。いくつかの実装形態において、より粗い特徴を有するパターンを使用することによって走査速度を高速化でき、この高速化は、より大きなzサンプリングステップを有するより広いコントラスト包絡線による。これに対して、より細かいパターン特徴即ち、より低いパターンピッチ/より高いパターン周波数は、いくつかの実装形態において、特に光学的に平滑な物体の場合に、高さプロファイリング解像度をより高くする等の利点を提供できる。いくつかの実施形態において、プログラム可能なSLMを使って、光学系の特徴に基づいて照明パターンを調節できる。例えば、様々な対物レンズ例えば、倍率が4×~100×を利用できる顕微鏡プラットフォームを使用する場合に、照明パターン周波数を使用中の特定の対物レンズの開口数と焦点距離に基づいて調節して、パターンを適正に解像できるようにすることが可能である。例示的実装形態において、ある標本に投影されるパターンの最大コントラストが倍率に関係なく同じとなるようにシステムを構成することにより、所望の信号対ノイズ比を保持する。特に、照明パターンは、光学系のカットオフ周波数λ/2NAに関する一定の正規化周波数で投影される。一定の正規化周波数を得るためには、SLM上のパターンのピッチと対物レンズの瞳の大きさの積が一定に設定される。例えば、第一の対物レンズから、より小さい瞳を有する第二の対物レンズに切り替える時、SLM上のパターンのピッチは、所望のパターンコントラストを維持するために増大される。いくつかの実施形態において、プログラム可能なSLMを使って、照明パターンに適用される強度変調の周波数と向きの両方を調節できる。照明パターンの向きを変更できることは、複数の方向に沿ってなだらかに変化する、及び/又は高勾配の特徴を有する物体表面の表面凹凸形状の解析にとって有益となりうる。例えば、なだらかに湾曲する表面を有する特徴例えば、LCD表示体のバックライト用のマイクロレンズ、マイクロレトロリフレクタ、パターニングされた拡散光学素子の計測を実行する場合、回収される表面凹凸形状情報のレベルは、照明パターンの変調方向illuminationpatternmodulationdirectionを湾曲した特徴の表面勾配方向に実質的に垂直に整列すると改善できる。したがって、SLMは解析対象の特徴の勾配に応じて、照明パターンの強度変調方向pattern’sdirectionofintensitymodulationを回転させ、移動させ、又は変化させるようにプログラムできる。物体の表面上の特徴の表面勾配方向が複数の方向に変化する場合例えば、マイクロレンズ、マイクロレトロリフレクタmicroretroreflector、いくつかの実装形態において、物体の表面を、各パターンの変調方向がその特徴の異なる表面勾配方向に実質的に垂直である複数のパターンで照明することが有利となる可能性がある。あるいは、又はこれに加えて、物体を複数の異なる方向に変調される1つの複雑なパターンで照明することができる。図11と12は各々、一次元照明パターンが投影されたマイクロレンズの例示的な画像を示す。各画像のマイクロレンズはポリマ材料から形成され、ガラス基板上に設置されている。図11のマイクロレンズに投影された照明パターンは、図11の左下の挿入図に示されているように、水平のフリンジを有する正弦波である。同様に、図12のマイクロレンズに投影される照明パターンも正弦波であるが、図12の左下の対応する挿入図に示されているように、フリンジは垂直である。しかしながら、これらの一次元パターンでは、マイクロレンズの高い勾配部分に沿ったすべての位置で情報が提供されるとはかぎらない。その代わりに、図11に示されるように、変調パターンは、マイクロレンズの左側の末端では観察可能拡大領域参照であるが、マイクロレンズの下側では観察できない。同様に、図12はマイクロレンズの下側の末端では観察可能拡大領域参照であるが、マイクロレンズの左側では観察できない。一次元パターンによって提供される変調情報の欠如を補償するために、より複雑な1つまたは複数のパターンを使用できる。例えば、場合によっては、物体の表面に投影される照明パターンは、2つ以上の異なる照明パターンの組み合わせを含むことができる。図13は、3つの回転された一次元正弦波パターンで構成される複雑な照明パターンが投影されたマイクロレンズの例示的画像を示す。複雑な照明パターンの一部が図13の左下の挿入図に示されている。この例において、変調パターンは、今度はマイクロレンズの末端に沿ったすべての場所で観察可能である。したがって、表面凹凸形状情報を物体の全周にわたって取得できる。あるいは、又はこれに加えて、2つ以上の個々の照明パターンを物体の表面に逐次的に投影できる。例えば、いくつかの実装形態において、ある物体の表面に関する表面凹凸形状情報は、その物体表面を3回以上別々に走査することによって取得できる。毎回の走査で、照明パターンを他の2回の走査の照明パターンの向きに対して変化させることができる。例えば、他の代替肢のなかでも特に向き付けパターンを移動、回転、歪曲又は延伸によって変更できる。いくつかの実装形態において、1回の走査の向きを変える代わりに、別々の走査の各々に完全に異なる照明パターンを使用することができる。3回別々に走査することによって、全体としての計測時間は長くなることもあるが、より多くの量の情報が収集されるため、計測ノイズを改善できる。これに加えて、二次元パターンとは異なり、一次元パターンの適用によって、場合により、ベストフォーカス面でのコントラストがより高い変調パターンが得られる。その後、データの3つの別々のデータセットを統合してその物体表面に関する表面凹凸形状情報を取得する。いくつかの実装形態において、少なくとも2つの別々の走査で有効な物体の同じ領域に対応するデータを使って、別々のデータセット間のチップ、チルト、又はピストンを調節できる。いくつかの実装形態において、標本物体の表面にわたる反射性のばらつきを、その物体に投影される照明バターンを調整することによって補償できる。例えば、場合により、高低両方の表面勾配を有する物体図11~13の各々におけるマイクロレンズ等は、より高勾配領域では、照明パターンの結像に使用される光学部品結像光学素子により捕捉される反射光が少ないために暗く見え、結像光学素子により捕捉される反射光が多い低勾配領域では明るく見える。物体の表面上の特徴の相対的反射性は、画像記録装置の対応する画素で捕捉される光強度信号の大きさに基づいて計測できる。反射性のばらつきを補償するために、反復的走査を実行でき、その場合、その反復法の最初の走査からの反射性データを使って、次の走査で物体表面に投影される照明パターンの強度分布を後に調整する。例えば、標本物体の最初の走査の結果、関数rx,yに従う明らかな物体反射性のばらつきが得られた場合、次の走査のための調整された投影照明パターンは以下のように計算できる。式中、数量εはゼロによる除算を防止し、SLMの解像度に従ってパターンのダイナミックレンジを制御するために使用される。あるいは、又はこれに加えて、本願において提供される非接触表形状評価方法とシステムを使ってサンプル表面の吸収を計測することが可能である。例えば、表面性状によって均一な散乱損失が生じると予想される物体を解析する際、光吸収は、物体の照明に使用される光の量とベストフォーカス面で画像記録デバイスにより捕捉される反射光の量の差に基づいて計算できる。光学的構成構造化照明による計測応用には、様々な光学的画像化構成を実施できる。いくつかの例において、光学的構成は、非平面を有する標本をマクロスケールで画像化するように配置できる。例えば、湾曲した標本表面の理想的球面からのずれ量を計測するために、この標本を、画像記録装置の検出面を物体空間内のベストフォーカス球面にマッピングする1つ又は複数の光学素子を使って画像化できる。いくつかの実装形態において、標準的な光学系の構成と製造ツールを使って、より複雑な形状の計測表面を実現できる。一般に、多くの反射、屈折及び/又は回折素子を有する光学的構成により、球又は平面から実質的に逸脱する計測面の画像化が可能となる。図14は、湾曲面を有する標本1402をマクロスケールで画像化するように構成された、例示的な構造化照明画像化システム1400の概略図である。この例に示されるように、画像記録装置1414とSLM1406は結像光学素子1405から共通の距離commondistanceに配置される。照明光学系1403は、光源1404からの光を使って標本1402を照明するために使用され、結像光学素子1405は、標本1402からの反射光を捕捉するために使用される。いくつかの実装形態において、照明光学素子1403は偏光子図示せずを含み、結像光学素子1405は、物体からの反射光を検出器1414に送るための4分の1波長板図示せずを含む。偏光ビームスプリッタ1416は、偏光照明光が画像記録装置1414の検出面に到達するのを防止する。SLM1406は照明パターンを生成し、この照明パターンが物体空間内の検出面と共役の湾曲面付近に投影される。すると、この湾曲面上にある、形状評価対象の標本1402の一部の物点について、最大のパターンコントラストが観察される。前述の例と同様に、座標系は、z軸が対物レンズ図示せずの光軸に平行で、x及びy軸がレンズのベストフォーカス面に平行であり、xyzが直交座標系を形成するように定義される。標本1402がベストフォーカス位置を通じて走査される間のデータ取得は、いくつかの代替的な方法の1つで実行できる。第一の実装形態では、標本1402の表面は、光学系1400全体に対してz軸に沿って長手方向に走査される。他の実装形態では、結像光学素子と物体が、システムの他の構成部品例えば、光源1404、ビームスプリッタ1416、SLM1406、画像記録装置1414、照明光学素子1403に対して、1つのユニットとしてまとめて長手方向に走査され、それゆえ、検出画素の標本表面の固定位置へのマッピングが保持される。いくつかの実装形態において、結像光学素子及び/又は標本表面の1つ又は複数の移動を別々に制御できる。いくつかの実装形態において、市販の、又はカスタムデザインの光学部品を構造化照明画像化システムに組み込んで、利用できる画像化表面の種類に柔軟性を持たせることができる。例えば、いくつかの実装形態において、魚眼レンズを使って円筒形の物体の内部の形状評価を行うことができる。図15は、穴の形状の円筒形の開口部を有する標本1502を画像化するように構成された例示的な画像化システム1500の概略図であり、結像光学素子1505は魚眼レンズ1530を含む。この例では、穴1502の内面は、結像光学素子1505が円筒の穴に対して静止状態に保持され、画像化システムの他の部分例えば、とりわけ、光源1504、画像記録装置1514、照明光学素子1503、SLM1506、及び/又はビームスプリッタ1516が円筒の中心軸即ち、z方向に沿って走査する間に取得される。その他の光学部品を構造化照明画像化システムに組み込むことができる。例えば、いくつかの実装形態において、内視鏡で、例えば機械加工された部品又は生物体などの小さな容積を持つ内部の広視野イメージングが可能となる。図16は、円錐形バルブシート1602の内部の画像化に使用される内視鏡1630を含む例示的な構造化照明画像化システム1600の概略図である。結像光学素子1605はバルブシート1602に対して固定され、その一方で画像化システムの他の部分例えば、とりわけ、光源1604、画像記録装置1614、照明光学素子1603、SLM1606及び/又はビームスプリッタ1616はバルブシートの中心軸即ち、z方向に沿って走査し、それゆえ、バルブシートの円錐形の内部の画像化が可能となる。いくつかの実装形態において、ズームレンズを使用することにより、物体空間内の光線方向を画像記録装置の検出面にマッピングする方法を変更できる。図17Aと17Bの各々は、例示的な構造化照明画像化システム1700の概略図であり、結像光学素子1705がズームレンズ1730を含む。システム1700の他の構成部品は、光源1704、画像記録装置1714、ビームスプリッタ1716、照明光学素子1703、SLM1706を含む。図17Aに示されるように、ズームレンズ1730の焦点距離が長いと、レンズ1730が表面を画像化できる角度範囲が小さくなり、これは標本1702の曲率によって表される。これに対して、ズームレンズ1730の焦点距離が短いと、レンズが表面を画像化できる角度範囲は大きくなり、これは図17Bの標本1722の曲率によって表される。それゆえ、ズームレンズ1730の焦点距離を調節することにより、システム1700の測定範囲を調整できる。これに加えて、名目上の曲率半径が異なる曲面を画像化できる。いくつかの実施形態において、曲率が変化する表面を画像化する能力は、非球面の区分的なプロファイリングに有利に利用できる。例えば、図18Aと18Bは、非球面を有する標本の画像化に使用される例示的な構造化照明システム1800の概略図を示す。システム1800の構成部品は、光源1804と、画像記録装置1814と、ビームスプリッタ1816と、照明光学素子1803と、SLM1806と、を含む。図17Aと17Bに示される例と同様に、結像光学素子1805はズームレンズ1830を含む。ズームレンズ1830の焦点距離が比較的長く設定されると、システム1800は、標本1802の非球面のうち曲率の小さい部分を画像化できる。反対に、ズームレンズ1830の焦点距離が比較的短く設定されると、非球面標本1802のうち曲率の大きい領域を画像化できる。例示的応用3Dイメージング上述の非接触表面形状評価方法とシステムを使って、特に高さ、反射性、又は吸収などの物体の表面凹凸形状と表面性状に関する情報を提供できる。いくつかの実施形態において、標本の反射性を少なくとも2つのカラーチャネルで計測でき、それによって色情報を表面凹凸形状データと一緒に提示でき、又は統合して、物体の3D画像を生成できる。色反射性は、例えば画像記録装置の各画素で捕捉された光強度信号に基づいて得ることができ、この信号は特定の対物レンズのベストフォーカス位置に配置された物体により反射される。あるいは、色反射性は特定の対物レンズのベストフォーカス位置で測定された平均光強度信号から得ることができる。色反射性情報を判定するために使用可能な装置は、複数のカラーチャネルと検出器を有する画像記録装置例えば、3-CCDカメラ又は、空間色フィルタを実装する画像記録装置例えば、ベイヤフィルタを備える1台のCCDを含む。照明パターンは、色のモニタを目的とした可視スペクトル内の光を発生する広帯域光源を使って投影できる。例えば、とりわけ、光源は白色光LED、各LEDが可視スペクトル内の異なる波長の光を発するモノクロLEDアレイ、ハロゲンランプ、アークランプ、スーパーコンティニュームレーザ、又は放電ランプなどを含むことができるが、これらに限定されない。図19Aは、上述の非接触表面形状評価方法を使って標本物体上で収集された例示的な表面凹凸形状データの3Dグラフである。標本物体は名刺であり、名刺は、1名刺の表面に黒及び赤インクの印刷により生成された隆起部と、2青いペンで名刺に書き込んだことにより生じた凹みと、を有する。図19Bは、図19Aの標本物体の表面のカラー画像であり、このカラー画像は図19Aに示される表面凹凸形状情報を取得したものと同じカラーカメラを使って取得された。図19Cは、図19Aの表面凹凸形状データを図19Bのカラー画像と合成して生成された例示的なカラー画像である。図19Cに示される画像は、標本物体の計測表面の3D形状、表面性状及び色のありのままの視覚化naturalvisualizationを提供する。膜厚本願の非接触表面形状評価方法とシステムを使って、計測対象の標本物体が透明材料間に複数の界面を含む場合に、その標本物体の膜厚情報を測定することもできる。各膜の厚さを測定するために、画像記録装置により捕捉された光強度信号を標本物体の各々の対応する界面に関する別々の光強度信号に分解する。別々の光強度信号を測定するためのLSQ方法の例は、米国特許第7,321,431号明細書に開示されている。最小解像可能膜厚は、走査手順により生成された変調コントラスト包絡線の幅の関数である。これに加えて、NAがより大きい対物レンズはNAのより小さい対物レンズより薄い膜を計測できる。レーザ眼球手術における光学素子の位置付けいくつかの実装形態において、本願に記載されている非接触表面形状評価方法とシステムを使って、レーザ眼球手術における光学素子の位置を特定し、調節できる。例えば、特定のレーザ眼球手術の応用では、レーザ例えば、フェムト秒レーザで角膜の制御された厚さの組織片を切除できる。組織片を切除する前に、ガラス板を角膜に接触させて、眼科外科医が切除の厚さを決定できるようにする。切除の深さは部分的には、レーザ光学素子のベストフォーカス面に関するガラス板の既知の位置に依存する。本願の非接触表面形状評価方法を利用することにより、いくつかの実装形態において、ガラス板が所望の切開深さに対して適正な位置にあるか否かを迅速に特定するための方法とシステムを提供できる。図20は、ガラス板が上記のレーザ眼球手術の施行にとって適正な位置にあるか否かを判断するための例示的なシステム2000の概略図である。システム2000は、図1と2に示されたものと同様の光学素子を含む。しかしながら、このシステム2000では、レーザ光学素子2018が対物レンズとして機能する。チューブレンズ2020は、レーザ光学素子2018の視野を画像記録装置2014に再画像化する。照明部2003は光変調器2006を含み、光変調器2006はレーザ光学素子2018のベストフォーカス面に投影される光強度パターンを変調する。角膜2040の切開深さを決定するためのガラス板2002は、ベストフォーカス表面を通じて走査される。ガラス板2002が走査中にベストフォーカス表面からずれていると、画像記録装置2014が取得する変調パターンの画像はぼやけ、コントラストの低下を示す。ガラス板2002の走査中、投影される光強度パターンを横方向に移動させて、画像記録装置2014の各画素での周期的な時系列光強度信号を生成する。各光強度信号は、画素により画像化されたガラス板2002の表面がベストフォーカス面に対応する走査位置へと移動された時に大きさがピークとなる特徴的な変調包絡線を有する。すると、1つ又は複数のアルゴリズム例えば、FDA、LSQを使って、ピーク包絡線位置及び、それゆえガラス板2002の位置を判定できる。ガラス板2002はその後、角膜2040の切開を施行するために必要な所望の位置まで移動させることができる。レーザ眼球手術に上記のシステムを使用する利点には、例えば光学的接合部材例えば、ガラス板をレーザ光学素子の焦点面に対して直接的に位置付けることができ、中間的なデータが不要であるという点が含まれる。場合によっては、この技術を実施するために使用される構成部品例えば、空間光変調器は、レーザ眼球手術用の既存のシステムの中に組み込むことができ、大幅な、又は実質的な改造は不要である。いくつかの実装形態において、ガラス板の下側の空気-ガラス界面即ち、板のうちの角膜に最も近い界面の計測は、ガラス板の上側界面即ち、板のうちの角膜から最も遠い界面の存在によって影響を受けない。これに加えて、場合によっては、システムは、切開深さを判断するために使用される光学素子の高速オートフォーカスを可能にする。いくつかの実装形態において、上記の技術により、板のチルト、平坦さ、又はレーザ光学素子の像面湾曲の計測が可能となる。本発明の多数の実装形態を説明した。しかしながら、当然のことながら、本発明の主題及び範囲から逸脱することなく、各種の改変を加えることができる。その他の実施形態も以下特許請求の範囲の中にある。"