CN112771433A

CN112771433A - 显微镜设备

Info

Publication number: CN112771433A
Application number: CN201980054264.6A
Authority: CN
Inventors: R·乌尔
Original assignee: Meitianshi Biotechnology Co ltd
Current assignee: Meitianshi Biotechnology Co ltd
Priority date: 2018-08-20
Filing date: 2019-08-12
Publication date: 2021-05-07
Anticipated expiration: 2039-08-12
Also published as: EP3614192A1; WO2020038753A1; EP3841421A1; EP3841421B1; JP2022513422A; JP7270033B2; CN112771433B; US20210173192A1

Abstract

提供了一种显微镜设备，包括：物镜（1）；致动器（6），用于在聚焦动作期间在聚焦方向z上调整物镜和样本（3）之间的距离，以到达并保持期望的聚焦位置；绝对z位置检测器（7），用于测量致动器在聚焦方向上的z位置；自动聚焦光源（11）；第一光学装置（12，13），用于在物镜（1）的后焦平面（14）中从物镜光轴偏移横向偏移距离（of）的位置处，生成来自光源的自动聚焦光的聚焦光点（31），使得物镜生成自动聚焦光的准直入射光束（22），准直入射光束（22）相对于物镜光轴（15）以倾斜角度（

）被引导到基底上；以及第二光学装置（13，16），用于从如由基底表面（4，5）反射通过物镜的准直入射光束生成自动聚焦光的准直出射光束（34，35），并将准直出射光束引导到传感器阵列（17）上；所述设备进一步包括包含传感器阵列（17）的相对z位置检测器（20），其被配置为在聚焦动作期间检测检测器上的出射准直自动聚焦光束（34，35）的徘徊位置，所述徘徊位置反映了物镜和反射基底表面（4，5）之间的距离在z方向上的改变；以及中央控制单元（8，10），被配置为基于来自绝对z位置检测器和相对z位置检测器的信号来控制致动器，其中相对z位置检测器的信号用于在聚焦寻找和聚焦保持活动期间动态地重新校准绝对z位置检测器。

Description

显微镜设备

本发明涉及一种包括自动聚焦功能性的显微镜设备。

具有自动聚焦功能性的显微镜设备的示例在US 2015/0309297 A1、US20130100272 A1和US 9.772，549 B2中有描述。另一个示例是从日本Minato尼康公司可获得的以“完美聚焦系统”的产品名称的显微镜设备。在所有这些已知的设备中，自动聚焦光通过显微镜物镜聚焦到基底上。

本发明的目的是提供一种具有相对快速和准确的自动聚焦功能性的显微镜设备。

该目的通过如权利要求1中限定的显微镜设备来实现。

优选地，z位置致动器的绝对距离测量单元和致动器本身形成驱动反馈控制回路的部分，该驱动反馈控制回路包括驱动控制器，该驱动控制器可以被编程为引导致动器从z位置设定点移动给定距离，并且其中中央控制单元被配置为从该设定点确定到目标z位置的绝对距离，该绝对距离是在从相对z位置检测器获得的信息的基础上建立的。中央控制单元优选地被配置为检测当——在聚焦动作过程中——准直的出射自动聚焦光束到达相对位置检测器上的预定阈值位置时的时间点，并且因此可以确定致动器为了到达其目标z位置而需要从该位置移动的绝对z位置距离。

典型地，邻近样本的基底是透明的，并且包括面向物镜的前表面和平行于前表面的后表面，它们以基底的厚度间隔开，其中阈值z位置对应于致动器的z位置，在z位置中物镜焦平面与基底的前表面重合，并且其中目标距离对应于样本内的目标深度加上基底的厚度。

在以足够准确性知道基底厚度x的情况下，中央控制单元可以将值x作为预设值添加到目标焦平面位于样本内的距离y，因此致动器必须在穿过阈值表面时移动距离x+y。否则，中央控制单元可以被配置为将基底的厚度确定为在当出射准直光束的位置到达检测器上的预定第二位置时的时间点处，阈值z位置和绝对z位置检测器提供的第二z位置之间的差，并且其中第二z位置对应于致动器的z位置，在z位置中物镜焦平面与基底的后表面重合。

优选地，中央控制单元被配置为在来自相对位置检测器的至少三个传感器元件的强度值的质心假设预定值时，根据由聚焦驱动器的z位置检测器报告的位置来确定阈值z位置。

所提出的显微镜设备可能能够在几百毫秒内寻找到给定的聚焦位置（“聚焦-寻找”模式），并在变化的热条件下以纳米精度维持它（“聚焦-保持”模式）。聚焦保持过程中的重新调整可能非常快，以至于即使当样本相对于物镜快速（例如以10 mm/s）移动时，也以高精度保持位置。中央智能通过实时组合来自两个不同传感器的信息来控制聚焦驱动器致动器，具有以低微秒时域的响应时间的第一致动器相关联检测器（充当“绝对z位置检测器”）测量显微镜硬件坐标中的致动器位置。它是快速反馈回路的部分，其具有聚焦驱动器的致动器。第二检测器（充当“相对z位置检测器”）适用于“自动聚焦光束”的样本相关反光，该“自动聚焦光束”由物镜准直，并由一个或两个样本相关界面反射。它可以充当快速反应（100

响应时间）的自适应“光屏障”，其使得第一传感器能够在聚焦过程的过程中“动态”重新校准。

例如，当致动器以最大速度接近假定的目标z位置时，它穿过由第二（相对）位置检测器提供的光屏障，向中央智能发出对应的命令，该中央智能进而将该样本相关信息与第一检测器的绝对位置信息（致动器在该时间的z位置）组合成致动器坐标中的绝对目标z位置。第一（绝对）检测器系统与第二相对检测器系统的坐标的该“动态”校准为中央智能在聚焦寻找操作过程中向反馈环路控制的聚焦驱动器发出的控制命令提供了基础。另一方面，聚焦保持操作由相同种类的重复重新校准动作组成，由此可以调整它们的频率以反映预期的需要。如果要补偿热漂移，则1 Hz或更小可以是足够的，如果快速移动的样本将保持聚焦，则每5 ms重新校准可能是必要的。重新校准意味着中央智能将由相对位置检测器报告的强度质心的转移转换成用于聚焦驱动器致动器的适当移动命令。

本发明的优选实施例在从属权利要求中限定。

在下文中，将参照附图说明本发明的示例，其中：

图1A是根据本发明的包括具有自动聚焦功能性的显微镜设备的系统的示例的示意性视图，其中物镜的焦平面与面向物镜的基底表面重合；

图1B是类似于图1A的视图，然而，其中，物镜的焦平面与背离物镜的基底表面重合；

图2是图1的显微镜设备的部分的放大图示；

图3是用于反射自动聚焦光的光学检测器的16个通道的输出信号作为显微镜物镜的致动器的z位置的函数的示例；和

图4是在显微镜物镜朝向目标z位置移动期间，图3的光学检测器的16个通道的输出信号作为时间的函数的示例。

在图1中图示了具有自动聚焦功能性的显微镜设备30的示例，包括用于对安装到样本基底2上（在倒置显微镜的情况下）或安装在样本基底2下（在立式显微镜的情况下）的物体3成像的物镜1，样本基底2通常是具有第一光学界面4和第二光学界面5的盖玻片，以及聚焦驱动器9。聚焦驱动器9包括：致动器6，用以改变物镜1与其安装基底2上的样本3之间的距离；绝对z位置检测器7，其测量物镜1在致动器坐标中的z位置；以及实时驱动控制器8，当致动器6接近由充当中央控制单元的实时系统控制器10给出的z位置时，实时驱动控制器8控制致动器6的速度。将理解，无论何时在下文中，为了改变聚焦位置而相对于样本移动物镜，为了相同的效果，也可以相对于固定的物镜位置移动样本。

实时系统控制器10可以将从用户获得的指令直接中继到致动器6的控制器8。可以通过平衡来自聚焦驱动器9的绝对位置检测器7的信息和来自相对位置检测器20的信息来建立自动聚焦功能性，以便将用户请求（相对于样本及其支撑基底的位置）转换成聚焦驱动器9可以解释的请求，即在其绝对位置方面的命令。来自绝对和相对位置检测器的信息的该匹配可以以kHz速率发生，并导致用于绝对位置聚焦驱动器9的命令，该命令以相等的速率更新，以便实时对准两个检测器系统。将相对位置检测器20保持在聚焦驱动器9的即时反馈回路之外，但取而代之地插入智能实时滤波器（由控制器10实现）允许合理性测试，所述合理性测试可以防止聚焦驱动器9的潜在危险移动。聚焦驱动器9可以展现远超过1 g的加速度，并且具有高度鲁棒（绝对）的位置传感器7，该位置传感器7可以例如每10

读出，并且在若干毫米的扩展行进范围之上工作，而包括传感器阵列17、传感器电子器件18和实时控制器19的相对位置检测器20仅展现有限的工作范围，例如以1/10之慢的速率读出，并且可能分别受到反射表面4和5上的不规则性干扰。

相对z位置信息可以通过经由使用聚焦元件12聚焦来自IR（红外）激光器11的光（下文也称为“自动聚焦光”）并在合适的二向色分束器13的帮助下将其与显微镜的成像光束15组合来获得，以这样的方式使得IR激光束的焦点（图示为光点31）落到物镜1的后焦平面14上（例如在焦距f的

内），从而在物镜1面向样本2的一侧上创建准直光束22（将注意，分束器13通过从图1A和1B中的纸平面反射出而将自动聚焦光束（22，34，35）与成像光束15组合、相应地分离。然而，为了简单起见，光束示出为保持在同一平面内）。自动聚焦光的聚焦锥33的数值孔径（NA）以这样一种方式调整，即穿过物镜1的准直激光束展现物镜的可用视场的至少6%、例如10-12%的直径（如下文所用，光点/光束“直径”是其中强度已经下降到1/e²的点之间的距离）。来自两个基底界面4和5的反射光（分别标示为光束34和35）被物镜1收集，并被二向色分束器13从显微镜成像光束路径15分离。管透镜16在相对z位置传感器20的传感器阵列17上形成反射光束34和35的图像（假定存在反射表面4和5），该相对z位置传感器20包括多个检测器元件36，每个检测器元件形成单独的通道。每个传感器通道优选地能够以优于1 kHz的速率记录和数字化强度值，并解决在

以下的强度改变。优选地，选择每个传感器元件36的大小和传感器元件上的自动聚焦光的强度，使得每个传感器元件36能够每ms登记超过10⁹个光子。

来自相对位置传感器20的数据与来自聚焦驱动器9的绝对位置检测器7的数据相组合，并由实时显微镜控制器10进行解释，从而使得后者能够总是依据聚焦驱动器9相对于样本基底2的距离来重新校准聚焦驱动器9的绝对位置，并向聚焦驱动器9发出命令，从而允许它假设、并在偏差的情况下维持用户想要的聚焦位置。

在以下示例中，假设反射光束具有对应于传感器元件36的宽度的2至2.5倍的宽度，因此从不占据多于3个传感器元件36。这些传感器元件36中的每一个都递送强度信号，该强度信号由实时检测器电子器件18以优于1 kHz的时间分辨率记录，并且然后由控制器19的智能实时处理器评估。传感器阵列17的总体宽度被调整到物镜1的可用视场，并且传感器元件36的数量被选择成使得每个元件可以区分远低于

的强度改变。

在图1A中图示的示例中，一旦物镜1的焦平面到达第一界面4，源自第一光学界面4（其比第二光学界面5更接近物镜1）的第一反射光束34（下文也为“第一反光”）就由传感器阵列17的第一组三个传感器元件（在图1A中由37标示）记录，该第一组三个传感器元件位于图1A中传感器阵列17的上边缘处并且在图3中标记为#1至#3）。物镜1的对应z位置在图3中标示为Z_-1，图3示出了用于反射自动聚焦光的传感器阵列17的通道的输出信号作为如由绝对位置检测器8感测的致动器6的z位置的函数的示例。

当（如图1B中所示）在聚焦过程的过程中，物镜1的焦平面已经行进到第二光学界面5时，穿过前三个传感器元件（在图1B中由37标示）的是来自该界面5的反光35，而来自第一表面4的反光34现在在传感器阵列中间的某处、在位置38处被看到。

在物镜1的工作范围的另一端，即当物镜1的焦平面到达图3中用Z₁标示的位置时，来自第一界面4的反射光束34被位于图1B中传感器17下边缘处并且在图3中标记为#14至#16的最后三个传感器元件39检测到，而来自第二表面5的反光35由传感器阵列中间某处（位置38）的传感器元件登记。

典型地，16个传感器元件可能足以覆盖从Z_-1到Z₁的Z位置范围。如以上提及的，图3示意性地显示了当物镜1的焦平面以恒定速度移动首先穿过z位置Z_-1（即面向物镜1的盖玻片边界4）然后是z位置Z₀（即面向样本2的样本基底3的第二界面5）以最终到达对应于物镜1的工作范围末端的z位置Z₁时，所有个体传感器元件36（标示为#1至#16）的预期信号的示例。

致动器6在给定传感器元件36处的第一反射光束34和第二反射光束35（下文中也为“第二反光”）的出现之间行进的距离“x”——如由相对位置检测器20登记为每个通道中的个体信号峰（在图3的示例中对应于第一和第二反光的信号峰分别标示为“A”和“B”）——由聚焦驱动器9的绝对位置检测器7以绝对方式测量；测量值对应于样本基底（盖玻片）3的实际厚度，并可以用于自动调整物镜1的校正环。

本文中描述的自动聚焦机制可以使用来自第一界面4的第一反光A的出现作为“光屏障”，该“光屏障”在其到用户定义的目标聚焦位置的路径上标注新的起点。当来自至少三个传感器元件36的预先校准的强度值集合被相对位置检测器20登记时，该光屏障被击中。它被实时地并以确定性可再现的延迟中继到中央系统控制器10，中央系统控制器10将来自相对位置传感器20的信息与来自绝对位置检测器7的信息相组合，以便确切地知道第一界面4在聚焦驱动器9的哪个绝对z位置处已经穿过。

由两个z位置检测器7和20进行的该z位置比较使得中央系统控制器10能够以绝对方式确定用户请求的最终目的地，并将其及时中继到聚焦驱动器9，以便使后者满足期望的目标值。为了这以必要的精度工作，检测器和控制电子器件不仅应该展现10 kHz至100 kHz内的带宽，而且还有可再现的确定性响应时间和延迟。

在期望的最终z目的地是第二界面5的情况下，中央系统控制器10在聚焦驱动器9穿过Z_-1的时刻读出聚焦驱动器9的绝对位置，加上基底厚度值x，并且目标为新定义的绝对位置Z_-1+x。如果请求超过第二界面5的目标z位置，则聚焦驱动器9相应地被实时编程，即它获得去往Z_-1+x+y的信息，由此y是进入样本2中的请求距离。

如果基底2的厚度x还不知道，则自动聚焦系统可以在其已知的基底类型的基础上（例如盖玻片通常具有为170

的厚度）进行合格的猜测，目标为

，由此当穿过光屏障时再次确定位置X _-1，并且然后在第二步骤中在测量的第二反光B的基础上校正其假定位置。如果这样的第二反光B不可用，则用户必须以他自己手动地执行微调，并且自动聚焦系统将为使用相同样本和样本基底的未来任务记住它。给定标准盖玻片厚度通常仅有几微米的变化，该微调通常仅是微小的微调。

优选地，聚焦驱动器应该允许在接近样本3时多于2 mm/s的速度，其中相对位置检测器20的响应时间不多于100

，并且中央系统控制器10在从相对位置检测器20获得数据和向聚焦驱动器9发出重新编程命令之间的死区时间为5 ms或更少。

图4显示了个体传感器元件36的强度轨迹作为聚焦过程的时间的函数的示例，由此在T _-1到达位置Z _-1引发新的位置命令，该新的位置命令将聚焦驱动器9引导向

。在时间T₀，到达目标位置Z₀。假定存在来自第二界面5的反光B，对应的三个传感器通道将示出预期的强度值三元组集合。在图4的示例中，在时间T₀（当已经到达目标位置Z₀时），传感器阵列17的检测器元件#1至#3测量第二反光B的位置（源自第二界面5），而由传感器元件#8至#10记录的强度值三元组集合源于第一反光A，即，被第一界面4反射的光。图4中的虚线指示在从位置Z _-1移动到位置Z ₀时作为时间的函数的物镜/聚焦驱动器的z位置。

“聚焦保持”操作过程中的z位置校正采用相同的程序。由传感器17的任何三个传感器元件测量的可良好检测的反光（优选来自第一界面4的反光A）被用作“用以保持位置”的参考；从该位置的偏差以优选至少1 kHz的带宽被登记，被评估并优选在5 ms内导致绝对检测器7相对于如由相对检测器20测量的相对位置的重新校准，从而使得能够对聚焦驱动器9进行对应的z位置校正。

如已经在上面提及的，来自IR激光器11的光聚焦到物镜1的后焦平面14中，并且该聚焦与中心（即与物镜的光轴）偏移值d，使得物镜1的准直产生相对于物镜1的中心轴倾向角度

的光束22。只要物镜和界面4之间的介质23的折射率对应于空气的折射率，则条件sin

就适用。如果正在使用浸没流体，则必须进行适当的校正。来自样本相关界面的反向反光由物镜1以角度

收集，并借助于合适的管透镜16成像到传感器17上。为了最大的灵敏度，传感器17应该跨越物镜1的可用视场，并且反光的1/e ²直径应该粗略地构成该范围的12 - 15%。通常由16个传感器元件组成的传感器阵列17将是足够的。更精细的间距将降低每个传感器元件检测到的信号，并且从而缩小信噪比。为了能够在10 kHz带宽下区分如5*10^-5那么小的

的改变，需要如每秒4*10¹²个检测光子那么高的光电流；该条件要求信号不散布在太多的传感器元件之上。

如果入射激光束22平行于物镜1的光轴15进入光学系统，则来自第一反射界面4的反射光束34将接触中心对称检测器17的中间，并且当更深聚焦到基底3中以及到样本2中时，它将转移到一侧。为了利用可用于测量相对z位置的全视场，必须将入射光束22倾斜到这样的程度，使得来自第一界面4的反射光束34靠近中间接触传感器阵列17，而当物镜1的焦平面接近样本界面5时，来自第二界面5的第二反射光束35被传感器17的前几个元件登记。当物镜离开样本3中物镜1的工作空间时，前者（34）接触传感器阵列17的另一端。

存在自动聚焦系统的静态和动态校准。取决于系统并且需要实行一次的静态校准在两个步骤中执行。首先，聚焦驱动器9从其（绝对）工作空间的一端移动，而光束中不存在任何样本基底3。每个传感器元件的结果所得零线包含来自光学系统内的所有反光，所述反光被存储为系统不变量，并在每次自动聚焦程序期间被实时减去。

接下来，在典型的玻璃基底3（盖玻片）的存在下实行相同的程序，玻璃基底3（盖玻片）在每一侧上携带标注。当物镜1的焦平面与第一界面4的平面重合时，即当显微镜在表面4上示出清晰的标注图像时，反射光束分布在靠近传感器阵列17一端的3个传感器元件38之上，例如在传感器元件#1至#3之上。这三个强度值的重心被存储，并被取作每个后续聚焦程序的“光屏障”。接下来，移动物镜1的焦平面，直到基底3的另一个表面5清晰并聚焦。第一反光34现在已经朝向靠近传感器阵列17中间的三个传感器元件（38）移动，而第二反光35出现在元件的前四分之一中（位置37）。两个表面4和5之间的实际“z距离”（即基底3的厚度x）是从由绝对z位置传感器7在第一传感器元件37上的第一反光34和第二反光35的出现之间测量的距离导出的。来自表面4的反光在第一和第二位置之间的形状改变可以外推至样本3中超过第二界面5的聚焦位置。峰A和峰B之间的距离对应于例如峰A的重心和峰B的重心之间的距离。

动态校准发生在每个实验过程中，也就是当请求自动聚焦功能性时。当目的是要补偿长时间实验过程中的热漂移时，仅每几秒钟相对于相对传感器20重新校准绝对传感器7可以是足够的。然而，当目的是要使快速移动的样本一直保持聚焦时，可能必要的是每毫秒重新校准，并以类似的速率向聚焦驱动器9发出新的位置命令。

上述程序要求存在光学可检测的界面4和5，其中至少一个界面需要将基底2与展现不同于基底2本身的折射率的折射率的介质分离。例如，如果浸没介质是空气（折射率n =1）或水（n = 1.33）并且支撑介质是玻璃（n = 1.51），则是这种情况。在油浸没物镜的情况下——其中浸没流体的折射率（n = 1.51）等于玻璃的折射率，则两个界面4和5中的一个可以涂覆有一层，该层透射用于成像的所有光，但是反射来自自动聚焦光源11的光22。在这种情况下，所选择的界面优选是第一界面4，因为来自第一界面4的反光34在形状上是高度可再现的，而来自第二界面5的反光可能被附着到其的样本3扭曲。在仅有一个反射表面/界面可用的情况下，基底的厚度x（即，界面4和5之间的距离）不能以实验方式来确定，使得用户必须在视觉控制下校正第二界面5的假定位置。该校正值可以在其上取得，与第一界面4的测量的绝对z位置一起，确定聚焦驱动器9必须从那里移动多远才到达给定的聚焦位置。即使第二反射界面5可用，使用第一界面4（即更靠近物镜的界面）作为参考也是有利的，因为第一界面4产生干净的反光34，而来自第二界面5（基底2和样本3之间的界面）的反光35可能不总是构成一致均匀的反射表面。

Claims

1.一种显微镜设备，包括：

物镜（1）；

致动器（6），用于在聚焦动作期间在聚焦方向z上调整物镜和样本保持基底（2，3）之间的距离，以到达并保持期望的聚焦位置；

绝对z位置检测器（7），用于测量致动器在聚焦方向上的z位置；

自动聚焦光源（11）；

第一光学装置（12，13），用于在物镜（1）的后焦平面（14）中从物镜光轴偏移横向偏移距离（d）的位置处，生成来自光源的自动聚焦光的聚焦光点（31），使得物镜生成自动聚焦光的准直入射光束（22），准直入射光束（22）相对于物镜光轴（15）以倾斜角度（

）被引导到基底上；

第二光学装置（13，16），用于从如由基底表面（4，5）反射通过物镜的准直入射光束生成自动聚焦光的准直出射光束（34，35），并将准直出射光束引导到包括多个传感器元件（36）的传感器阵列（17）上；

包括传感器阵列（17）的相对z位置检测器（20），其被配置为在聚焦动作期间检测传感器阵列上的出射准直自动聚焦光束（34，35）的徘徊位置，所述徘徊位置反映了物镜和反射基底表面（4，5）之间的距离在z方向上的改变；以及

中央控制单元（8，10），被配置为基于来自绝对z位置检测器和相对z位置检测器的信号来控制致动器，其中相对z位置检测器的信号用于在聚焦动作期间动态地重新校准绝对z位置检测器。

2.根据权利要求1所述的显微镜设备，其中绝对z位置检测器（7）和致动器（6）形成驱动反馈控制回路的部分，所述驱动反馈控制回路包括用于控制致动器到达z位置设定点的驱动控制器（8），并且其中中央控制单元（10）被配置为根据来自相对z位置检测器的信号将设定点确定为目标z位置，并且将该设定点输入到驱动控制器中。

3.根据权利要求2所述的显微镜设备，其中，中央控制单元（10）被配置为检测当准直的出射自动聚焦光束（34）已经到达传感器阵列（17）上的预定阈值位置（37）时的时间点，以将由绝对z位置检测器（7）在该时间点提供的绝对z位置确定为致动器（8）的阈值z位置，并将目标z位置确定为阈值z位置加上给定的目标距离。

4.根据权利要求3所述的显微镜设备，其中，基底（2）是透明的，并且包括面向物镜（1）的前表面（4）和与样本（3）相邻并且平行于前表面的后表面（5），它们以基底的厚度（x）间隔开，其中阈值z位置对应于致动器（8）的z位置，其中物镜焦平面（14）与基底（2）的前表面（4）重合，并且其中目标距离对应于样本（3）内的目标深度加上基底的厚度（x）。

5.根据权利要求4所述的显微镜设备，其中，基底（2）的厚度（x）是预设值。

6.根据权利要求4所述的显微镜设备，其中，中央控制单元（10）被配置为将基底（2）的厚度（x）确定为在当出射准直光束的位置到达传感器阵列（17）上的预定第二位置时的时间点处，阈值z位置和由绝对z位置检测器（7）提供的第二z位置之间的差，并且其中，第二z位置对应于致动器（8）的z位置，在所述z位置中，物镜焦平面与基底的后表面（5）重合。

7.根据权利要求3至6中的一项所述的显微镜设备，其中，中央控制单元（10）被配置为在来自至少三个传感器元件（36）的强度值的预校准质心被检测器（20）登记时，根据由绝对z位置检测器（7）报告的位置来确定阈值z位置。

8.根据前述权利要求中的一项所述的显微镜设备，其中，中央控制单元（10）被配置为通过在不使用基底（3）的情况下针对每个传感器元件（36）记录作为致动器（6）的z位置的函数的信号来校准相对z位置检测器（20），从而获得每个传感器元件（36）的基线信号，然后从在基底就位的情况下获得的传感器信号中减去所述基线信号。

9.根据前述权利要求中的一项所述的显微镜设备，其中，以这样的方式基于物镜（1）的焦点工作范围和传感器阵列（17）的宽度来选择横向偏移距离（d），使得当物镜的焦平面横穿样本基底（3）的厚度加上物镜的可用工作范围时，反射的出射自动聚焦光束（34，35）跨传感器阵列的整个宽度移动，并且其中，第一光学装置优选地包括聚焦元件（12）和二向色分束器（13）。

10.根据前述权利要求中的一项所述的显微镜设备，其中第二光学装置包括二向色分束器（13）和管透镜（16），并且其中第二光学装置的二向色分束器（13）被配置为将由基底表面（4，5）反射并由物镜（1）收集的自动聚焦光束（34，35）从成像光束路径（15）分离。

11.根据前述权利要求中的一项所述的显微镜设备，其中，准直的出射自动聚焦光束（34，35）在至少2个、并且优选地不多于3个传感器元件（36）之上延伸，其中，传感器阵列（17）优选为光电二极管阵列，所述光电二极管阵列被配置为对于每个传感器元件（36）解析小于1/10000的相对强度变化，并且实现优于1 ms的时间分辨率，其中，传感器阵列（17）上的准直的出射自动聚焦光束（34，35）的延伸优选为显微镜物镜（1）的可用视场的相应尺寸的从12%至15%，并且其中优选地选择传感器阵列（17）的大小以利用物镜（1）的整个可用视场。

12.根据前述权利要求中的一项所述的显微镜设备，其中自动聚焦光源（11）是衍射受限的红外光源，优选为超发光二极管。

13.根据前述权利要求中的一项所述的显微镜设备，其中，致动器（6）被配置为以至少2mm/s的速度在z方向上改变在物镜（1）和基底（2）之间的距离，并且其中，致动器（6）优选被配置为相对于基底移动物镜。

14.一种操作前述权利要求中的一项所述的显微镜设备的方法，其中，中央控制单元（10）用于到达并保持致动器（6）相对于聚焦方向的目标z位置，并且其中，基底（2）是透明的，并且优选地由邻接样本（3）的玻璃制成，并且包括前表面（4）和平行于前表面的后表面（5），它们以基底（2）的厚度（x）间隔开。

15.根据权利要求14所述的方法，其中，物镜（1）是在空气中使用的空气物镜或与具有小于基底（2）材料的折射率的折射率的浸没液体一起使用的浸没物镜，并且其中，如果物镜（1）是油浸没物镜，则基底的表面（4，5）中的至少一个、优选前表面（4）具有二向色分束器涂层，所述二向色分束器涂层反射自动聚焦光并且对于用于样本照明的光是透明的。