JP2003526814A - 自動焦点合わせ装置を有し高スループット選考に好適な顕微鏡 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 顕微鏡内で画像を自動焦点合わせする装置は観察されるべきサンプル面の光学画像を形成するよう構成された光学システム、自動焦点合わせ検出システム、そして焦点修正システムを含む。該自動焦点合わせシステムは自動焦点合わせ光ビームを発生するための自動焦点合わせ光ビーム源を有する。該自動焦点合わせシステムは更に、自動焦点合わせ光ビームを自動焦点合わせ検出デバイスに向けるための検出システムレンズと、該物体面の画像の望ましい焦点合わせされた基準面からの変位量を決定するための自動焦点合わせ検出デバイスとを有する。該焦点合わせ修正システムは、該光学システム内で該画像を適当に焦点合わせするために、対物レンズと該サンプル面の間の距離を自動的に調整するためのフイードバック制御器と焦点調整デバイスとを有する。顕微鏡内で物体面の画像を自動焦点合わせする関連の方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の背景】

発明の分野 本発明は折りたたまれない（unfolded）、主光軸を有する自動焦点合わせ装置
（autofocusing apparatus）を備える高スループット選考（high-throughput sc
reening）に好適な顕微鏡に関する。更に、本発明は又高スループット選考に有
用な自動焦点合わせ装置及び自動焦点合わせ方法に関する。 関連技術の説明 顕微鏡の自動焦点合わせ技術は利用可能になって多年になる。大抵の自動焦点
合わせ方法は２つのカテゴリー、すなわち位置検出（position sensing）と画像
内容解析（image content analysis）とに入る。画像内容自動焦点合わせ機能は
前は明視野顕微鏡検査（brightfield microscopy）用に比較されて来た。グロエ
ン、ヤングそしてリグサート（Groen, Young and Ligthart）は電子顕微鏡グリ
ッド（electron microscope grid）とメタフエーズスプレッド（metaphase spre
ad）を使用して明視野下（under brightfield）で１１の自動焦点合わせ機能を
比較し｛グロエンエフシーエイ、ヤングアイテー、リグサートジー（Groen FCA,
Young IT, Ligthart G）；自動焦点合わせアルゴリズムで使用するための種々
の焦点機能の比較（A comparison of different focus functions for use in a
utofocus algolithms）、サイトメトリー（ Cytometry） ６：８１−９１，１
９８５｝、そしてボラト（Vollath）はパラリテイックステイールスペシミン（p
aralytic steel specimen）を使用して明視野下の自己相関関数をテストした｛
ボラトデー（Vollath D）、相関的方法による自動的焦点合わせ（Automaic Focu
sing by Correlative Methods）、ジェーマイクロスコープ（J Microsc）１４７
；２７９−２８８、１９８７｝。グロエン他（Groen et al.）は３つの自動焦点
合わせ機能、すなわち、２つの勾配関数及び強度分散、が最良に動作すると結論
付けている。その最も重要な制限は速度で、それは計算性能に左右される。

【０００２】 典型的な自動焦点合わせ用画像内容技術では、対物レンズ（objective lens）
は走査されるべきサンプルから予め決められた距離に置かれ、物体（object）の
画像が取られる。次いで該顕微鏡により創られる画像は、該物体の表面、又は該
物体内の面が焦点が合ったその位置を決定するために評価されるのが典型的であ
る。画像の該評価は典型的にエントロピー、空間的解像度、空間的周波数（spat
ial frequency）、コントラスト、又は他の特性の様な該画像の特性の解析を含
む。これらの特性の解析は可成りの量のコンピユータ処理を要する。一旦該特性
が解析されると、該対物レンズと走査されるべき物体の間の距離は変えられ、も
う１つの画像が取られる。次いで該新画像が評価され、該過程は、焦点合わせさ
れた画像が最終的に得られる前に数回繰り返される。該画像を解析する過程の繰
り返しは、該顕微鏡が物体表面に最終的に焦点合わせされる前に、該焦点合わせ
動作に望ましくない程長時間を掛けさせる。自動焦点合わせ用の増加した処理時
間のニーヅは種々の種類の画像形成動作用には特に深刻である。例えば、物体が
顕微鏡下で観察される時、該物体の適当に焦点合わせされた画像を保持するため
に該焦点合わせされた状態が保持されねばならない。従って、例え初期に該物体
が焦点が合っていても、もし修正過程が取られなければ、該物体は、熱的影響又
は振動の様な種々の外部要因により、徐々に焦点が外れる。更に、物体が該顕微
鏡の視野より大きいと、該顕微鏡は該顕微鏡の視野と通して観察出来る物体の部
分上に焦点合わせ出来るのみである。従って、物体全体のシャープな画像を保持
するために該焦点合わせ条件は規則的にチェックされ調整されねばならない。

【０００３】 上記を見ると、シャープな画像を保持しながら速くて、精確な自動焦点合わせ
動作を行うことが出来る顕微鏡用の改良された自動焦点合わせシステムと方法の
ニーヅがある。

【０００４】 本発明は第１の側面では高スループット選考に有用な自動焦点合わせ位置検出
手段を有する顕微鏡に関する。１つの顕微鏡の方法からもう１つへの自動焦点合
わせテスト結果の適用に於ける不確実さが本発明へ導いた。本発明の開発は蛍光
ステインされた生物学的標本の顕微鏡検査での自動焦点合わせ性能の探索を含む
。

【０００５】 幾つかの自動焦点合わせ位置検出方法及び装置は、例えば、公開公報（Offenl
egungsschrift）第ＤＥ３４４６７２７号及び第ＤＥ３３２８８２１号から公知
である。これらのドイツ文書は顕微鏡用自動焦点合わせデバイスを開示するが、
そこでは２つの別々の光源から発する光強度の変動が焦点調整用信号を提供する
。これらの公知の自動焦点合わせ（autofocus）方法は画像形成されるべき平坦
なサンプル用に特に有用である。自動焦点合わせ光ビーム（autofocusing light
beam）は、複数のレンズ及び少なくとも２つのビームスプリッター（beam spli
tters）の様な、幾つかの光学素子を含む実質的に大きな部分に沿って進む。こ
の大きな部分は該自動焦点合わせ過程での実質的遅延を引き起こす。本発明はよ
り簡単な自動焦点合わせシステムに向けられているが、そこでは自動焦点合わせ
する光の部分は最小化される。１つの顕微鏡の方法からもう１つへの自動焦点合
わせテスト結果の適用に於ける不確実さが本発明へ導いた。本発明の開発は蛍光
ステインされた生物学的標本（fluorescent stained biologic specimens）の顕
微鏡検査での自動焦点合わせ性能の探索を含む。

【０００６】

【発明の概要】

本発明の利点と目的は１部は次の説明で表明され、１部は該説明で明らかにな
るか又は本発明の実施状況で開示される。本発明の利点と目的は付属する請求項
で特に指摘された要素と組合せにより実現され、取得される。

【０００７】 該利点を得るためそして本発明の目的に依り、ここで具体化され、広く説明さ
れる様に、第１側面では、本発明は物体面を見るための顕微鏡に向けられている
。該顕微鏡は該顕微鏡の主光軸に沿って位置付けられた複数のレンズと該複数の
レンズを支持するプローブアーム（probe arm）とを有する。該プローブアーム
は概ね該主光軸に沿って延びる。該顕微鏡は更に、検査されるべき物体面を有す
る物体が置かれる支持部（support）を有し、該物体面は該顕微鏡を通して観察
される焦点面（focus plane）に実質的に沿って延びており、該顕微鏡は又該物
体面の画像を画像面（image plane）上に創るための光学出力デバイス（optical
output device）を有する。該主光軸（main optical axis）は折りたたまれず
、１つの平面に実質的に沿って延びている。

【０００８】 なおもう１つの側面では、本発明は蛍光画像形成技術を使用する自動焦点合わ
せ方法及び装置に向けられており、そこでは該自動焦点合わせ光ビーム、該照明
及び該励起用光ビーム（the illumination and the excitation light beams）
の波長が指定範囲内で選ばれる。

【０００９】 なお更にもう１つの側面では、本発明は高スループット選考用顕微鏡での自動
焦点合わせの方法の使用に関する。

【００１０】 なおもう１つの側面では本発明は物体面の画像に自動焦点合わせする自動焦点
合わせ手段を有する顕微鏡に関する。該顕微鏡は一般に観察されるべき物体面の
画像を形成するよう構成された光学システム、自動焦点合わせ検出システム（au
tofocusing detection system）、そして焦点合わせ修正システム（focusing co
rrection system）を有する。該光学システムは該物体面上に焦点合わせするよ
う構成された対物レンズ、照明光ビームで該物体面を照明するための照明ビーム
源、そして該物体面の画像を創るよう構成された画像レンズを有する。該自動焦
点合わせ検出システムは自動焦点合わせ光ビームを発生するための自動焦点合わ
せ光ビーム源、該自動焦点合わせ光ビームを該物体面に向けそして該自動焦点合
わせ光ビームを該物体面で反射させるよう構成されたビームスプリッター、該反
射された自動焦点合わせ光ビームを自動焦点合わせ検出デバイスに向けるよう構
成された検出システムレンズ、そして自動焦点合わせ検出デバイスを有する。該
自動焦点合わせ検出デバイスは該自動焦点合わせ検出システム内での予め決めら
れた基準面からの該反射された自動焦点合わせ光ビームの画像面の検出された変
位に基づいて、望ましい焦点合わせされた基準面からの該光学システム内の該物
体面の画像の変位量を決定する。該自動焦点合わせ検出デバイスは該反射された
自動焦点合わせ光ビームを検出しそして該画像面の変位を検出するための少なく
とも１つのセンサーを有する。該焦点合わせ修正システムは、該光学システム内
で該画像を適当に焦点合わせするために、該少なくとも１つのセンサーにより検
出された該反射された自動焦点合わせ光ビームに基づいて、該対物レンズと該物
体面の間の距離を自動的に調整するためにフイードバック制御器と焦点調整デバ
イスとを有する。

【００１１】 更に進んだ側面では、本発明は顕微鏡内で画像を自動的に焦点合わせするため
のシステムに向けられている。該システムは第１波長の照明光ビームを使用して
物体面の画像を創るための画像形成システムと自動焦点合わせ検出システムとを
有する。該自動焦点合わせ検出システムは第２波長の自動焦点合わせ光ビームを
有する。該自動焦点合わせ光ビームは該物体面で反射するよう向けられる。該自
動焦点合わせ検出システムは更に虹彩絞り（iris）と光検出器（light detector
）とを有する自動焦点合わせ検出デバイスと検出システムレンズ（detection sy
stem lens）とを備える。該検出システムレンズは該反射された自動焦点合わせ
光ビームを該自動焦点合わせ検出デバイスに向ける。該自動焦点合わせ検出デバ
イスは該検出システムレンズから該反射された自動焦点合わせ光ビームを受ける
。該虹彩絞りは該反射された自動焦点合わせ光ビームの少なくとも１部分が該虹
彩絞りのアパーチャーを通過出来るようにする。該光検出器は、該画像形成シス
テム内で該物体面の画像が望ましい焦点基準面から変位される距離を検出するた
めに、該虹彩絞りのアパーチャーを通過する該反射された自動焦点合わせ光ビー
ムの部分の強度を測定する。

【００１２】 もう１つの側面では、本発明は画像に自動的に焦点合わせ出来る顕微鏡のもう
１つの実施例に向けられている。該システムは第１波長の照明光ビームを用いて
物体面の画像を創る画像形成システムと自動焦点合わせ検出システムとを有する
。該自動焦点合わせ検出システムは第２波長の自動焦点合わせ光ビームを有する
。該自動焦点合わせ光ビームは該物体面で反射するよう向けられる。該自動焦点
合わせ検出システムは更に複数の光センサーを有する自動焦点合わせ検出デバイ
スと、検出システムレンズとを備える。該検出システムレンズは該反射された自
動焦点合わせ光ビームを該自動焦点合わせ検出デバイスへ向ける。該自動焦点合
わせ検出デバイスは該検出システムレンズから該反射された自動焦点合わせ光ビ
ームを受ける。該複数の光検出器は、該画像形成システム内で該物体面の画像が
望ましい焦点基準面から変位される距離を検出するために、該反射された自動焦
点合わせ光ビームの光強度を測定する。

【００１３】 なおもう１つの側面では、本発明は顕微鏡内で物体面の画像を自動焦点合わせ
する方法に向けられる。該方法は自動焦点合わせ光ビームを発生する過程、該自
動焦点合わせ光ビームを検査されるべき該物体面に対し向ける過程、そして該物
体面で該自動焦点合わせ光ビームを反射させる過程を具備する。該方法は更に該
反射された自動焦点合わせ光ビームを検出システムへ向ける過程と、該検出シス
テムの光検出器を用いて該自動焦点合わせ光ビームを検出する過程を具備する。
該方法は更に、該検出された自動焦点合わせ光ビームに基づいて、該反射された
自動焦点合わせ光ビームの該画像面の望ましい基準面からの変位量を決定する過
程と、適当に焦点合わせされた画像を創るために該物体面上に焦点合わせする過
程とを具備する。該検出する過程は該反射された自動焦点合わせ光ビームを少な
くとも部分的に虹彩絞りのアパーチャーを通して透過させる過程と、該アパーチ
ャーを通して透過された該反射された自動焦点合わせ光ビームの光強度（light
intensity）を該検出システムの該光検出器を用いて測定する過程とを備える。

【００１４】 更に進んだ側面では、本発明は顕微鏡内で物体面の画像を自動焦点合わせする
方法に向けられている。該方法は自動焦点合わせ光ビームを発生する過程、該自
動焦点合わせ光ビームを検査されるべき物体面に対して向ける過程、そして該自
動焦点合わせ光ビームを該物体面で反射させる過程を含む。該方法は更に該反射
された自動焦点合わせ光ビームを検出システム（detection system）へ向ける過
程と、該自動焦点合わせ光ビームを該検出システムの複数の光検出器を用いて検
出する過程を含む。該方法は更に、該検出された自動焦点合わせ光ビームに基づ
いて、該反射された自動焦点合わせ光ビームの該画像面の望ましい基準面（desi
red reference plane）からの変位量（amount of displacement）を決定する過
程と、適当に焦点合わせされた画像（properly focused image）を創るために該
物体面上に焦点合わせする過程を具備する。該決定する過程は該複数の光検出器
により検出された該反射された自動焦点合わせ光ビームの光強度を比較する過程
を備える。

【００１５】 前記一般的説明と下記詳細説明との両者は単に例示用で、説明用であり、請求
されるような、本発明を制限するものでないことは理解されるべきである。

【００１６】

【好ましい実施例の説明】

その例が付属する図面で図解される本発明の現在の好ましい実施例を詳細に今
参照する。可能な所ではどこでも、同じ又は似た部品を参照するために該図面を
通して同じ参照番号が使用される。

【００１７】 顕微鏡用で特に重要なので、含まれる該自動焦点合わせシステムが最初に論じ
られる。

【００１８】 本発明は、サンプルとしての物体の面上（onto a plane of an object as a s
ample）に該顕微鏡を自動的に焦点合わせするために自動的に焦点合わせする手
段を有する顕微鏡を提供する。

【００１９】 明確化の理由で、顕微鏡の該自動焦点合わせ装置とシステムとの詳細を分けて
議論する。しかしながら、全ての特徴が含まれる。

【００２０】 本発明の１実施例に依ると、観察されるべきサンプル面の光学画像を形成する
よう構成された光学システムと、自動焦点合わせ検出システムと、そして焦点修
正システムとを有する自動焦点合わせ装置が提供される。該光学システムは対物
レンズ、照明ビームで該サンプル面を照明するための照明ビーム源、そして該サ
ンプル面の画像を創るための、収斂レンズ（converging lens）の様な、画像レ
ンズとを有する。該自動焦点合わせ検出システムは自動焦点合わせ光ビームを発
生するための自動焦点合わせ光ビーム源と、該サンプル面へ該自動焦点合わせ光
ビームを向けるようそして該自動焦点合わせ光ビームを該サンプル表面で反射さ
せるよう構成されたビームスプリッターとを有する。

【００２１】 本発明の自動焦点合わせ検出システムは更に戻ってくる自動焦点合わせ光ビー
ムを自動焦点合わせ検出デバイスへ向けるよう構成された検出システムレンズ（
detection system lens）を有する。好ましくは、該自動焦点合わせ検出デバイ
スは、該自動焦点合わせ検出デバイス内の予め決められた基準面からの該自動焦
点合わせ光ビームの画像面の該検出された変位に基づき、望ましい焦点合わせさ
れた基準平面からの該サンプル表面の画像の変位量を決定するのがよい。好まし
くは、該焦点合わせ修正システムは、該光学システム内で該画像に適切に焦点合
わせするために、該対物レンズと該サンプル面の間の距離を自動的に調節するた
めに、フイードバック制御器と焦点調整デバイスを有するのがよい。本発明は又
顕微鏡内でサンプル面の画像に自動的に焦点合わせする方法に関する。

【００２２】 顕微鏡では、サンプル面が対物レンズから該焦点距離に配置されない時、該顕
微鏡内の最終画像は焦点外れしている。例えば、図１及び２は、顕微鏡内で観察
されるべきサンプルの光学画像を形成するために、如何にこの問題が光学システ
ム内で起こり得るかを図解する。図１−２のシステムは図解のみの目的で示され
、図３−８を参照して下記でより詳細に説明される本発明の自動焦点合わせシス
テムを含んではいない。

【００２３】 ここで具体化され、図１−２で示される様に、光学システム１０は該顕微鏡内
で観察されるべきサンプル面１６の光学画像を形成する。光学システム１０はビ
ームスプリッター１２，対物レンズ１４，部分的に反射する物体面又はサンプル
面１６，画像レンズ１８，画像面２０、そして照明光ビーム２２の源２５を有す
る。図１に示す例では、該サンプルの該サンプル面１６は該対物レンズ１４の該
焦点距離（ｆ１）に対応する距離に位置付けされる。結果として、図１の顕微鏡
では、該サンプルの最終画像は適当に焦点合わせされる。対照的に、図２の該サ
ンプル面１６は該レンズ１４の該焦点距離から（ｄ１だけ）外れた位置に置かれ
、従って最終画像は適当には焦点合わせされない。図１及び２で、該部分的に反
射する面１６は該サンプル表面の底部（bottom of the sample surface）か又は
該サンプルの内部上の面（plane on the inside of the sample）か何れかに対
応する。代わりに、該サンプル面１６は該サンプルが置かれる該表面の底部と対
応してもよい。下記の議論の目的で、焦点合わせされるべき該面はサンプル面（
sample plane）１６と呼ばれる。

【００２４】 図１及び２に図解される様に、光源２５は照明光ビーム２２を発生する。該照
明光ビーム２２は顕微鏡内でサンプル面を照明するために好適などんな波長であ
ってもよい。示された例がコリメート（collimated）された照明光ビームを図解
するが、該ビームがコリメートされることは必ずしも必要でない。又該ビームは
発散性か又は収斂性であってもよい。議論のために、コリメートされた光ビーム
の使用で説明される。該光源２５はランプ又はレーザーの様などんな従来の種類
の光源であってもよい。図１及び２はビームスプリッター１２に隣接して配置さ
れた光源を示すが、該サンプル面を透照する（transilluminate）ために該画像
内の該サンプル面１６の左側に該光源を置くことも実行可能である。この様な構
成では、該ビームスプリッター１２は必要でない。代わりの構成では、該サンプ
ル面は、特定の照明光源の必要無しに、ひとりでに光を放射する。これが起こる
時の１例はサンプルが発光性化学反応を経る（undergoes a luminescent chemic
al reaction）時である。特殊な種類の光源及び該照明光ビームの好ましい波長
を、本発明の開示された自動焦点合わせ検出システムを参照して後刻論じる。

【００２５】 図１及び２の例では、該照明光ビーム２２はビームスプリッター１２の方へ向
けられている。該ビームスプリッター１２は本発明で使用するのに好適などんな
種類の従来のビームスプリッターであってもよい。該ビームスプリッター１２は
該照明光ビーム２２を第１光軸５６に沿って配置された対物レンズ１４及びサン
プル面１６に向けて反射する。図１で該サンプル面１６は精確に該対物レンズ１
４の焦点面に、すなわち該対物レンズ１４から該焦点距離ｆ１に位置付けられる
。該サンプル面１６が該対物レンズ１４から離れて精確に焦点距離に位置付けら
れるので、該対物レンズ１４からの該照明光ビーム２２の外側境界（outer boun
daries）は図１に示す様に該サンプル面１６上の１点で交わる。該対物レンズ１
４はこの様な配置ではサンプル面１６上に焦点合わせされたと言われ、そこでは
該光ビームは該表面上の１点に当たるよう交わり、すなわち該光ビームの直径は
最小である。

【００２６】 該面１６に当たる該照明光ビーム２２は該面１６で、該対物レンズ１４へ戻る
よう反射される。該照明光ビームが該対物レンズ１４を通過する時、該照明光ビ
ームはその元の形に戻るようコリメートされ該ビームスプリッター１２の方へ向
けられる。該ビームスプリッター１２は、該第１光軸５６に沿って戻る該照明光
ビームが何等混乱させる影響無しに該ビームスプリッター１２を通って透過され
るよう構成される。該ビームスプリッター１２を透過させられた後、該コリメー
トされた光ビームは画像レンズ１８に到達する。

【００２７】 該画像レンズ１８は、表面の画像を創るために、収斂レンズの様などんな種類
の従来のレンズでもよい。図１の略図は画像レンズ１８のみを示すが、典型的顕
微鏡は当該技術で公知の様に１連の交替光学部品（relay optics）を有する。該
交替光学部品は簡単化の目的から示してない。図１に示す構成では、該画像レン
ズ１８は該画像レンズ１８から焦点距離ｆ２に位置付けられた画像面２０上に該
照明光ビームを投射する。該画像レンズ１８（又は該対物レンズ１４）の様なレ
ンズはその倍率（magnification power）に基づく予め決められた焦点距離（ｆ
）を有する。本発明に好適な画像レンズの１例では、該焦点距離は１６０ｍｍか
ら２５０ｍｍの間にある。しかしながら該画像レンズの焦点距離はこの範囲より
遙かに小さく又は大きくてもよい。

【００２８】 該焦点距離（ｆ）は該レンズを通るコリメートされた光ビームがそこに適当に
焦点合わせされる、すなわち該光ビームの直径が最小になる、該レンズからの距
離に対応する。例えば、図１に示す対物レンズ１４は焦点距離ｆ１を有する。従
って、該対物レンズ１４から距離ｆ１に配置されたサンプル面１６は、図１に示
すように該サンプル面上に焦点合わせされた該ビームスプリッター１２からの該
コリメートされた照明光ビーム２２を有する。該サンプル面１６は該対物レンズ
１４から精確に該焦点距離ｆ１に配置されるので、該表面からの反射光ビームは
それが該画像レンズ１８の方へ第１光軸５６に沿って戻って該対物レンズ１４を
通過する時再コリメートされる。該画像レンズ１８により向けられた該反射照明
光ビーム（図１で右へ動く）は次いで、該画像レンズ１８から（画像レンズ１８
の）焦点距離ｆ２に配置された該画像面２０上に焦点合わせされる。従って、該
サンプル面１６が該対物レンズ１４から該焦点距離ｆ１にある時、該画像レンズ
１８からの最終画像は適当に焦点合わせされる。

【００２９】 しかしながら、典型的に、該サンプル面１６は初期に該対物レンズ１４から精
確に焦点距離には位置付けされない。例え、該サンプル面が初期に該対物レンズ
から望ましい距離に位置付けられても、熱的影響又は振動の様な外的要因が該サ
ンプル面と該対物レンズの間の相対運動を引き起こすかも知れない。該サンプル
面１６が該対物レンズ１４から該焦点距離ｆ１の他の位置に配置されると（すな
わち、図１に示す位置から左又は右へ動かされた）、該対物レンズは該サンプル
面上に焦点合わせしない。例えば、図２は、該対物レンズ１４から図１の距離に
比較して遠い距離（ｆ１プラスｄ１）に配置された該サンプル面１６を示す。こ
の新しい位置で、該サンプルの表面は図１に示す位置から追加距離ｄ１動かされ
た。該サンプル面が該対物レンズから焦点距離ｆ１に配置されない時、該照明光
ビームは、該サンプル面１６上の代わりに、該対物レンズ１４からｆ１に配置さ
れた該サンプル用の望ましい基準面（desired reference plane）２３（図２で
破線で示す）に該対物レンズ１４により焦点合わせされる。（図２に示す）該サ
ンプル用の望ましい基準面２３は該対物レンズから精確に焦点距離ｆ１に位置付
けられ、従って該対物レンズ１４からの該照明光ビームの直径が最小になる位置
に対応する。

【００３０】 しかしながら、該照明光ビームの直径は、（実線で示す様に）サンプル面１６
の実際の面で最小となり、該サンプル面から隔てられた基準面２３に於いてでは
ないことが望ましい。従って、適当な焦点合わせが起こるように、該サンプル面
１６が該望まれた基準面２３に置かれることが究極的に望ましい。この様な焦点
合わせを得るための方法と装置を後で説明する。

【００３１】 図２では、該サンプル面１６は該望ましい基準面２３（破線で示される）から
追加的距離ｄ１に配置される。ｄ１のこの移動は種々の要因で引き起こされる。
図２で見られる様に、該照明光ビームの直径は該望ましい基準面２３で最小にな
り、かくして該対物レンズ１４からの距離ｆ１を超えた位置で該サンプル面１６
に当たる。次いで該照明ビーム２２は反射光ビーム２４の様に該サンプル面で反
射する。該照明光ビーム２２は１点又は最小直径位置で該サンプル面１６に当た
らないので（図１でなされた様に）、該反射光ビーム２４の外側境界は該サンプ
ル面１６へ行く該照明光ビーム２２の外側境界の外側にある。図２に示す様に、
戻って該対物レンズ１４を通過後、該反射光ビーム２４は最早コリメートされて
ない。

【００３２】 次いで該反射光ビーム２４は第１光軸５６に沿って該画像レンズ１８の方へ該
ビームスプリッター１２を透過する。該反射光ビームはコリメートされてないの
で、次いで該画像レンズ１８は、それらが該画像レンズ１８からは適当な焦点距
離ｆ２にない画像面２０で交わるように該反射光ビームを投射する。該画像レン
ズから焦点距離ｆ２に配置された面は該画像面用の”望ましい（desired）”基
準面と呼ばれる。該画像面用の望ましい基準面２６（破線で示す）と画像面２０
の実際の位置（実線で示す）の間の距離は図２でそして該明細書を通してｄ２で
表される。図１に示す様に、該サンプル面が該対物レンズに対し適当に位置付け
られると、該画像面２０の実際位置は望ましい基準面２６と同一である。

【００３３】 電荷結合デバイス（charge couple device）｛シーシーデー（CCD）｝又はカ
メラの様な画像形成デバイスが該光学システム１０の該望ましい基準面２６に位
置付けられ得る。代わりに、該画像を観察するために接眼レンズ（eyepiece）が
、視認者の眼が該望ましい基準面２６と整合するように該望ましい基準面２６に
位置付けられてもよい。従って、該光学機器（optical instrument）を適当に焦
点合わせするために、該反射ビーム２４が、該ビームが該望ましい基準面２６上
の点で交わるように向けられるのが望ましい（図１に示す様に）。該サンプル面
１６が該適当に焦点合わせされた（該対物レンズから焦点距離ｆ１の）位置から
ｄ１変位された図２で示すシステムについて、該顕微鏡の該望ましい基準面２６
からの該画像面２０の対応する変位ｄ２がある。従って、該対応する画像は、そ
れが該画像レンズ１８から適当な焦点距離ｆ２にないので、焦点外れ（put of f
ocus）している。

【００３４】 本発明の原理と調和する自動焦点合わせシステムは該サンプル面上への速くそ
して精確な自動焦点合わせを提供する。該自動焦点合わせシステムは該光学シス
テムの画像面の望ましい基準面からの実際の画像面の変位を直接決定するための
自動焦点合わせ検出システム（autofocusing detection system）を有する。該
変位は一般に該画像が焦点外れしている量に対応する。本発明の１側面に依れば
、複数画像の特性の時間のかかる評価のニーヅは該画像が焦点外れしている距離
を直接決定することにより除かれる。結果として、該画像が適当に焦点合わせさ
れる様に該顕微鏡は速くそして効率的に調整される。本発明の該自動焦点合わせ
システムは更に、該対物レンズと該サンプル面の間の距離を調整するための焦点
合わせ修正システムを有するので該顕微鏡は該サンプル面上に速く焦点合わせさ
れる。

【００３５】 光学機器をサンプル面上に自動的に焦点合わせするための本発明の装置の第１
例が図３Ａ、３Ｂそして３Ｃで示される。ここで具体化され図３Ａ−３Ｃで示さ
れる様に、サンプル面上に光学機器を自動的に焦点合わせするための装置３０は
画像を形成するための光学システム１０（図１−２で前に説明された）、自動焦
点合わせ検出システム３２，そして焦点合わせ修正システム３４を有する。図３
Ａ−３Ｃで示される様に、該装置３０は観察されるべきサンプルの光学画像を形
成するための光学システム１０を有する。該光学システム１０は上記図１−２用
の議論で実質的に前に説明された様に、ビームスプリッター１２，対物レンズ１
４，画像レンズ１８，画像面２０そして照明光源２５を有する。図３Ａ−３Ｃで
の該光学システム１０の原理は図１−２用に前に説明されたと同じ原理で動作す
る。該光学システム１０の部品は、自動焦点合わせ検出システム３２と焦点合わ
せ修正システム３４とに関連して下記でより詳細に説明される。

【００３６】 ここに具体化され図３Ａ−３Ｃで示される様に、自動焦点合わせ光ビーム４０
を発生するための光源３９、第１自動焦点合わせビームスプリッター４２、そし
て第２自動焦点合わせビームスプリッター４４を有する自動焦点合わせ検出シス
テム３２が提供される。該自動焦点合わせシステム３２は更に自動焦点合わせ光
ビームを差し向けそして戻すための検出システムレンズ４６と望ましい焦点合わ
せされた基準面からの該画像の変位量を決定するための検出デバイス５０とを有
する。該検出デバイス５０は図３Ａ−３Ｃ及び本発明の他の実施例で示されたそ
れらの様などんな数のデバイスであってもよい。

【００３７】 具体化され図３Ａ−３Ｂで示される様に、光源３９は該自動焦点合わせ検出シ
ステム３２で使用される自動焦点合わせ光ビーム４０を発生する。該光源３９は
ランプ又はレーザーの様などんな適当な光源であってもよい。もしレーザーが選
択されるならば、どんな数の他のレーザーの種類が本発明と共に使用されてもよ
いが、ダイオードレーザー（diode laser）又はヘリウムネオンレーザー（HeNe
laser）が光源３９用に使用されてもよい。更に、自動焦点合わせ光ビーム４０
は図３Ａでコリメートされるように示されているが、該自動焦点合わせ光ビーム
は代わりに発散性であるか又は収斂性であるか何れかとすることが出来る。該ビ
ームは議論を簡単にするためにコリメートされて示されている。

【００３８】 図３Ａに示す例では、該自動焦点合わせ光ビームは波長λａを有する。好まし
くは該自動焦点合わせ光ビーム用波長は照明光ビーム５２の波長と異なるよう選
択されるのがよい。大抵の場合、該自動焦点合わせ光ビームが該照明光ビームよ
り長い波長を有することが好ましい。本発明は蛍光画像形成スペクトロスコピー
（fluorescent imaging spectroscopy）の他に多数の他の応用に好適であるが、
下記の説明の目的で、該光源とビームは蛍光画像形成スペクトロスコピーと関連
して説明される。蛍光画像形成（fluorescent imaging）では該照明光ビーム５
２はλｅの励起波長（excitation wavelength）を有し、図１に関連して議論さ
れたそれと同様な仕方で、該光学システム１０で画像を発生するために使用され
る。該自動焦点合わせ光ビーム４０と照明光ビーム５２との波長は相互に異なる
よう選択されるので、該自動焦点合わせ光ビーム４０は該画像を創るため使用さ
れる照明ビーム５２を混乱させたり又はそれと干渉することはない。

【００３９】 蛍光画像形成を用いる顕微鏡では、該照明光ビーム５２の波長は出来るだけ狭
くそして研究する蛍光サンプルの吸収バンド内で選択されるのが好ましい。該照
明光ビームが該表面に当たると、波長λｆを有する蛍光の光ビームが創られる。
好ましくは、該蛍光ビームの波長は該照明光ビームの波長と異なるのがよい。１
例では、該波長差は５０ｎｍ程小さく、好ましくは１０ｎｍ以下であるのがよい
。該励起ビームのどんな光も該画像レンズ１８に入ることを許されるべきでない
。従って、図３Ａに示される例では、該ビームスプリッター１２は波長λｅを有
する全ての光を阻止するが一方蛍光波長λｆの光をそこを通って透過させるよう
構成される。

【００４０】 上記議論の様に、該自動焦点合わせ光ビームは該励起波長（λｅ）及び蛍光波
長（λｆ）と異なる波長（λａ）を有するよう選択されるべきである。１つの特
定の例が図解目的のみのために示される。約５１０ｎｍの波長を吸収し、約５５
０ｎｍの波長で蛍光発光するサンプルの場合、該励起ビームは波長５１４ｎｍを
有するＡｒ⁺イオンレーザーであるよう選択出来る。該自動焦点合わせ光ビーム
の波長は約６００ｎｍより大きくなるよう選択され得る。該波長のこの１例は図
解のみの目的用であり、本発明を限定するものではない。異なる波長を使用する
ことにより、本システムは該システムが焦点外れしている量を決定することと該
表面画像を創ることを同時に行うことが出来る。これらの過程を両方行う能力は
自動焦点合わせ装置の速度と効率を同時に高める。

【００４１】 図３Ａ−３Ｃに示す例では、該自動焦点合わせ光ビーム源３９は該第１光軸５
６に平行な第１方向に該自動焦点合わせ光ビーム４０を発生し投射する。該自動
焦点合わせ光ビーム４０は該自動焦点合わせ検出システムの第１ビームスプリッ
ター４２に当たり、第２光軸６４に沿い該自動焦点合わせシステムの第２ビーム
スプリッター４４の方へ反射される。代わりに、該装置は、該自動焦点合わせ光
ビーム源３９が、該第１ビームスプリッター４２を要することなく、直接該第２
ビームスプリッター４４上に該自動焦点合わせ光ビーム４０を発生するように、
構成されることが出来る。もう１つの起こり得る構成では、該自動焦点合わせビ
ーム用光源３９は直接該対物レンズ１６へ該自動焦点合わせ光ビーム４０を発生
することが出来る。

【００４２】 本発明に使用される該ビームスプリッター４２，４４は当該技術で公知のどん
な従来の種類であってもよい。例えば、該ビームスプリッター４２，４４は部分
的に反射する従来のビームスプリッターであってもよい。ビームスプリッター４
４は好ましくは、波長λｅ及びλｆの照明光ビームの全てを透過させる一方波長
λａの該自動焦点合わせ光ビームを反射するよう構成されるのがよい。１例では
、ビームスプリッター４２は好ましくは偏光ビームスプリッターと１／４波長プ
レートを使用するよう構成されるのがよい。図３Ａに示す様に、該第２ビームス
プリッター４４に当たると、該自動焦点合わせ光ビーム４０は第１光軸５６に沿
って該対物レンズ１４の方へ反射される。該ビームスプリッター４４は波長λａ
の自動焦点合わせ光ビームを反射するよう構成される。もし該ビームが同時に動
作させられるなら、該ビームスプリッター４４は又該反射された照明光ビーム５
２が前に説明した様にそこを通過出来るようにする。

【００４３】 該自動焦点合わせ光ビームは第１光軸５６に沿って該対物レンズ１４へ進む。
該対物レンズ１４はどんな種類の顕微鏡対物レンズであってもよい。該対物レン
ズ１４は該対物レンズの倍率の関数である焦点距離ｆ１を有する。大抵の応用品
では、有効な焦点距離ｆ１は典型的に４０ｍｍと１ｍｍの間に及ぶ。しかしなが
ら、この範囲の外の焦点距離を有する対物レンズも本発明に好適である。該対物
レンズ１４は該対物レンズから焦点距離ｆ１に配置された該サンプル面１６上に
波長λａの該自動焦点合わせ光ビームを向ける。図３Ａの実施例では、該サンプ
ル面１６は該対物レンズから離れて該焦点距離ｆ１に配置され、従って、該サン
プル面の最終画像は、該光学システム（該画像レンズ１８のそれを含む）の特性
により適当に焦点合わせされる。

【００４４】 該対物レンズ１４からの該自動焦点合わせ光ビーム４０は次いで少なくとも１
部は該サンプル面１６で反射され、該対物レンズ１４へ戻るよう向けられる。波
長λａを有する該反射された自動焦点合わせ光ビームは次いで該対物レンズ１４
により該第１光軸５６に沿って第２自動焦点合わせビームスプリッター４４へ向
けられる。該第２自動焦点合わせビームスプリッター４４は波長λａの該自動焦
点合わせ光ビームを該第１自動焦点合わせビームスプリッター４２の方へ反射さ
せる（図３Ａの第２光軸６４に沿い下方方向へ）。該第１自動焦点合わせビーム
スプリッター４２は該第２自動焦点合わせビームスプリッター４４から反射され
た該自動焦点合わせ光ビームが何等混乱する影響無しに透過されることを可能に
する。該自動焦点合わせ光ビーム４０はそれにより該検出システムレンズ４６と
自動焦点合わせ検出デバイス５０へ透過される。該画像が焦点外れしている量を
検出するための該方法と装置は下記でより詳細に論じる。

【００４５】 前に論じた様に、画像を創る該光学システムは該サンプル面を照明するために
該照明光ビーム源を有する。蛍光画像形成システムでは、該照明光ビームは該サ
ンプル面の蛍光発光（fluorescence）を発生するために波長λｅを有する。図３
Ａの例で示す様に、該光学システムの該ビームスプリッター１２は該照明光ビー
ム５２を該第１光軸５６に沿って該サンプル面の方へ反射する。該第２自動焦点
合わせビームスプリッター４４は波長λｅの該照明光ビームがそれを通り対物レ
ンズ１４へ透過することを可能にするよう構成されている。次いで該対物レンズ
１４は該照明光ビームを該対物レンズ１４から距離ｆ１の点へ向ける。該照明光
ビームは該対物レンズからの焦点距離ｆ１に対応する基準面で交わるよう構成さ
れる。図３Ａでは、該サンプル面は該対物レンズからｆ１に配置されているので
、該照明光ビームは該サンプル面上の１点に当たり図３Ａに示される様に反射す
る。該照明光ビームが該サンプル面から反射する時、それはλｆの波長を有する
蛍光光ビームの様な、照明された蛍光ビーム（illuminated fluorescent beam）
（蛍光画像形成の例では）に変換される。この波長は、該照明されたビームと該
自動焦点合わせ光ビームとの間に干渉が起こらないように該自動焦点合わせ波長
とは充分に違っているのが好ましい。

【００４６】 該サンプル面１６からの該蛍光の光ビーム（fluorescent light beam）は波長
λｆを有し該対物レンズを通過する（それは図３Ａで右へ動く）。図３Ａで示さ
れた例では、該蛍光の光ビームはそれが該対物レンズを通過する時コリメートさ
れ、該第２自動焦点合わせビームスプリッター４４へ向けられる。該第２自動焦
点合わせビームスプリッター４４は該蛍光の光ビームが通過することを可能にす
るよう構成される。次いで該蛍光の光ビームは該第１光軸５６に沿って該画像シ
ステムのビームスプリッター１２を通過する。次いで該画像レンズ１８は該蛍光
の光ビームを、該画像が形成される該画像レンズから焦点距離ｆ２の画像面２０
上に焦点合わせする。図３Ａで示される例では、該サンプル面１６は該対物レン
ズから精確に焦点距離ｆ１に置かれるので、該画像面２０は適当に焦点合わせさ
れた画像が形成される望ましい基準面２６と同一面にある。前に論じた様に、該
望ましい基準面は典型的に、該画像を直接観察するためのシーシーデーカメラ又
は接眼レンズ（eyepiece）の様な画像検出デバイスを有してもよい面に対応する
。

【００４７】 前に説明した様に、本発明は複数の画像の特性を解析する必要無しに画像が焦
点外れしている量（amount that an image is out of focus）を直接決定するた
めの装置と方法を組み入れている。本発明の装置と方法はその適当に焦点合わせ
された位置からの該画像の変位を直接決定し、次いで焦点合わせされた画像を得
るよう該光学システムを調整する。本発明の自動焦点合わせシステムは該画像が
焦点外れしている量を直接決定するための自動焦点合わせ検出デバイスを有し、
そして焦点合わせ修正システムを有する。

【００４８】 該装置は幾つかの異なる種類の自動焦点合わせ検出デバイスの１つを有する。
図３Ａは本発明の１側面の１つの特定の種類の自動焦点合わせ検出デバイスを有
する装置を示す。図３Ａに示す例の該自動焦点合わせ検出デバイスは該検出シス
テムレンズ４６から該焦点距離ｆ３に位置付けられた虹彩絞り（iris）６０を有
する。該検出システムレンズ４６の該焦点距離ｆ３は該検出システムレンズ４６
の寸法と倍率の関数である。該虹彩絞り６０は光にそこを通して透過されさせる
アパーチャを有したどんな種類の平坦なプレート又は他の構造体であってもよい
。

【００４９】 該サンプル面１６が該適当な焦点合わせ位置（対物レンズ１４から距離ｆ１）
に位置付けられると、該虹彩絞りは該検出システムレンズ４６からの波長λａの
該自動焦点合わせ光ビーム（図３Ｂで実線で示される）が該虹彩絞りを通って干
渉無しに光検出器６２へ通過することを可能にする。該検出システムレンズ４６
は、該表面が焦点合わせされた時該自動焦点合わせ光ビームが該虹彩絞りを通過
するに充分な程小さくなるに好適な焦点距離ｆ３を有する。該自動焦点合わせ光
ビームは該焦点距離がより大きくなるとより小さくなる。しかしながら、該自動
焦点合わせシステムはより小さい焦点距離を有しコンパクトでローバスト（robu
st）である。従って、該検出システムレンズの焦点距離の選択はこれらの考慮の
バランス（balance of these considerations）である。本発明の典型的１実施
例では、該検出システムレンズ４６は５０ｍｍから２００ｍｍの間の焦点距離を
有する。しかしながら、該焦点距離は寸法及び他の特性に依ってこの範囲より大
きくても小さくてもよい。図３Ａに示す該実施例では、該光検出器６２は該第２
光軸６４に沿って該検出システムレンズ４６に対する該虹彩絞り６０の反対側に
位置付けられる。

【００５０】 自動焦点合わせ中、該サンプル面１６が該対物レンズから距離ｆ１に位置付け
られると、該自動焦点合わせ光ビーム４０は該虹彩絞り６０を通過し、最大強度
（maximum intensity）で該検出器へ透過される。この位置で、該検出システム
レンズ４６から焦点距離ｆ３に画像が創られる。かくして該画像は図３Ｂの実線
で示す様に該虹彩絞り６０上に直接創られる。該自動焦点合わせ光ビーム４０は
実質的に該虹彩絞り６０のアパーチャーを通過するので該光検出器６２により測
定される光の強度はそのピーク値にある。この位置で該サンプル面は該光学シス
テム１０により適当に焦点合わせされたと決定される。

【００５１】 該サンプル面１６が図３Ａに示す位置から動かされると、該検出システムレン
ズ４６からの自動焦点合わせ光ビーム４０（図３Ｂで破線で示す）は混乱する影
響無しには該虹彩絞りを直接通過しないであろう。該ビームは該虹彩絞りから距
離ｄ３に位置付けられた点”Ｘ”で交わる。かくして、該望ましい基準面（例え
ば、図１−２に示す該対物レンズ１４から距離ｆ１の該基準面２３）からの該サ
ンプル面１６の与えられた変位ｄ１に対し、図３Ｂに最も良く示す様に、該虹彩
絞り６０の面からの該検出画像面（detection image plane）６６の対応する変
位ｄ３がある。該検出画像面６６が該虹彩絞りから或る距離に配置された時、該
自動焦点合わせ光ビームの必ずしも全てが該虹彩絞りアパーチャーを通過しない
ので、該光検出器により測定される光の強度はより少ない。

【００５２】 図３Ｃは該光検出器６０によりｄ３計算するため使用される方法を表す２つの
グラフを示す。（ｉとラベル付けされた）頂部のグラフは該変位距離ｄ３に対し
該検出器により測定された光の強度（Ｉ）を図解する。（ｉｉとラベル付けされ
た）底部のグラフは該変位距離ｄ３に対し該検出器により測定された光の強度（
Ｉ）の導関数を図解する。図３Ｃのグラフで示す様に、該光検出器により測定さ
れた光は該距離ｄ３がゼロの時その最大になる。該光検出器６２の測定を通して
、該変位距離ｄ２は該虹彩絞りを通過する光ビームの強度に基づき決定される。

【００５３】 図３Ａ及び３Ｂの実施例で、負と正のｄ３の間を区別すること（すなわち、図
３Ａ−３Ｃで該虹彩絞りの上又は下の何れかに焦点合わせされたビーム）は難し
く、従ってこの起こり得る問題を解くために該システムは変調（modulated）さ
れるのが好ましい。結果として、図３Ａ−３Ｃに示す例の自動焦点合わせ検出シ
ステムは該距離ｄ１を小さい振幅で変調するのが好ましい。該変調は該強度（Ｉ
）の導関数に比例した、光強度の変化に帰着する。該サンプル面１６と該対物レ
ンズ１４の間の距離は、図３Ｃの底部のグラフで示す様に、強度の該変化がゼロ
となるよう調整されるのが好ましい。ｄ３用の値は次いで下記で説明する様にフ
イードバック制御器（feedback controller）へ送られる。

【００５４】 本発明の１つの重要な側面は、該自動焦点合わせ検出システムが、該望ましい
画像面２６からの該画像面２０の変位ｄ２（図１−２参照）用の計算値に基づい
て該自動焦点合わせを行うことである。該自動焦点合わせ検出システムはｄ３用
の値を直接測定する。該光学システム１０と該自動焦点合わせシステム５０は、
ｄ３の測定がｄ２の値に直接変換されるように構成されてもよい。すなわち、ｄ
２の値は直接ｄ３に関係付けられるよう設定される。例えば、該画像形成システ
ムと該自動焦点合わせシステムのレンズはｄ２がｄ３に等しくなるよう位置付け
られてもよい。代わりに、該レンズはｄ２の値がｄ３の値に比例するよう位置付
けられてもよい。もう１つの起こり得る構成では、該レンズは、ｄ２の値がｄ３
に基づく実験式的計算（empirical calculation）により直接計算されるよう位
置付けられる。もう１つの起こり得る構成では、ｄ２の値はデータ点の集合又は
マップに基づいて決定されてもよい。これらのオプションの各々でｄ３の測定値
はｄ２の値を表す。従って、該自動焦点合わせシステム５０は、該画像表面上に
形成される画像の実際の特性を解析する必要無しに該画像面２０が焦点外れして
いる量を検出出来る。これは本発明の自動焦点合わせ動作の速度と効率を高める
。上記測定の結果として該サンプル面上に該対物レンズを焦点合わせするための
方法と構造体は下記でより詳細に説明する。

【００５５】 本発明に依ると、該装置は焦点合わせ修正システム３４を有する。ここで具体
化され図３Ａに示す様に、該焦点合わせ修正システム３４はフイードバック制御
器７０と焦点調整デバイス７２を有する。該フイードバック制御器７０は当該技
術で公知の様なアナログ又はデジタルフイードバック制御器であってもよい。該
フイードバック制御器７０は該変位距離ｄ３に対応する光検出器６２からの信号
を受信し、該焦点調整デバイス７２に次いで送られるフイードバック電圧を発生
する。

【００５６】 該焦点調整デバイス７２は幾つかの異なる種類であってもよい。好ましい実施
例では、該焦点調整デバイス７２は該サンプル面１６に対する該対物レンズ１４
の位置を調整する。もう１つの実施例では、該焦点調整デバイス７２は該対物レ
ンズ１４に対し該サンプル面１６の位置を調整する。（該対物レンズの位置を調
整する又は該サンプル面の位置を調整する）どちらの種類のデバイスも、該サン
プル面が速やかに焦点合わせされ得て、そして焦点合わせされた画像が該サンプ
ル面で取られ得るように該光学システムを位置付けるよう設計されている。これ
らの種類の小さな変位を与える典型的デバイスはピエゾポジショナー（piezo-po
sitioner）である。図３Ａに示す例で、該焦点調整デバイス７２は、それが該サ
ンプル面１６から望ましい焦点距離ｆ１にあるよう該対物レンズ１４の位置を修
正する。結果として、該光学システムの該画像面２０は焦点合わせして置かれる
ので、ｄ２とｄ３の値がゼロに近付く。もし該自動焦点合わせ検出システム５０
が予め決められたしきい値の上にあるｄ３の値を計算するならば、該焦点合わせ
修正システム３４は該サンプル面が焦点に合って置かれるまで再度動作すること
が出来る。この動作は、本システムが他のシステムで行われる様に該画像の特性
を解析しないのでより短時間で行われる。

【００５７】 本発明の自動焦点合わせ検出システムのもう１つの実施例が図４Ａ、４Ｂ、そ
して４Ｃで示される。図４Ａと４Ｂに示す構造は該虹彩絞りの位置付けを除けば
図３Ａと３Ｂの例と同様である。下記議論は図３Ａと３Ｂに関連して既に説明さ
れたそれと異なる構造体及び方法に集中する。図４Ａ−４Ｃに示す例の自動焦点
合わせ検出デバイス７８は虹彩絞り８０と光検出器８４を有する。図４Ａ−４Ｃ
の該自動焦点合わせ検出デバイス７８では、該虹彩絞り８０は該検出システムレ
ンズ４６から焦点距離ｆ３に対応しない距離に置かれる。すなわち、該虹彩絞り
は該検出システムレンズ４６から焦点距離ｆ３に配置された基準面８２（図４Ａ
で破線で示される）から隔てられる。図４Ｂで見られる様に、該自動焦点合わせ
デバイスは該虹彩絞り８０が該基準面８２に平行にそして距離ｄ３だけ離れて置
かれるよう設計される。

【００５８】 図４Ｂに示される様に、該虹彩絞り８０は該検出システムレンズ４６からｆ２
マイナス距離ｄ３の距離に位置付けられる。一般に、図４Ａ−４Ｃのシステムで
、該光検出器８４が或る予め決められた強度を測定すると、該サンプルの表面は
焦点が合っている。しかしながら、もし該表面の反射率（reflectivity）に変動
（fluctuations）があるか又は該光源電力（power of the light sources）が変
動（fluctuate）するなら、該光検出器により測定される強度は例え該サンプル
面がなお焦点が合っていても変動するかも知れない。かくして自動焦点合わせ検
出システムの精度は該光源の安定性及び該サンプル面の反射率の均一性により限
定される。しかしながら、例え該光源の安定性又は該表面反射率に変動があって
も、該検出器により測定された光の電力（light power）と該光源電力との間の
比はこれらの変動により影響されない。

【００５９】 これらの変動により起こり得る何等かの問題を最小化するために、第２の例の
自動焦点合わせシステムは図４Ｄに示す様に第３の自動焦点合わせビームスプリ
ッター９０と第２光検出器９２を更に有する。図４Ｄに示す様に、該第３の自動
焦点合わせビームスプリッター９０は該第２光軸６４に沿い該検出システムレン
ズ４６と該虹彩絞り８０の間に位置付けされる。該第２光検出器９２は、例えば
、図４Ｄに示す様に、第２光軸６４からオフセットされて位置付けされる。又該
第２光検出器９２は他の場所に配置されることも出来る。

【００６０】 該第３自動焦点合わせビームスプリッター９０は、それが該自動焦点合わせ光
ビーム強度の或るパーセント、例えば、５０％、を第２光検出器９２に分割する
よう構成される。該第２光検出器９２へ分割された該光の強度（Ｉ２）は該面１
６により反射される全強度に比例する。該光の残りの５０％は該虹彩絞り８０へ
進む。該虹彩絞り８０に進むこの残りの５０％の部分は該第１光検出器８４によ
り検出される。該第２光検出器９２により検出される光強度（Ｉ２）に対する該
第１光検出器８４により検出される光強度（Ｉ１）の比は次いで該値ｄ３を直接
計算するため使用される。この配置により、該光ビームの強度と該サンプル面の
反射率の変動が斟酌される。代わりに、該虹彩絞りは、該虹彩絞りが図４Ａ及び
４Ｂで示される所に位置付けされるダイオード配列で置き換えられることが出来
る。該自動焦点合わせ検出システム３２は図３Ａ−３Ｃ用に説明されたそれと同
様な焦点合わせ修正システム３４を有する。

【００６１】 本発明の自動焦点合わせ検出デバイスのもう１つの実施例が図５−７に示され
ている。下記議論は図３Ａ−３Ｂに関して既に説明されたことと異なる構造体と
方法に集中する。図５−７の自動焦点合わせ検出デバイス９８は波長λａの戻り
自動焦点合わせ光ビームを該検出システムレンズから距離ｆ３に配置された表面
上の点に屈折させる（deflecting）ためのプリズム又はレンズを有する。図５−
７に示す様に、該検出システムレンズ４６と検出表面（detection surface）１
０２の間にプリズム１００が提供される。該プリズム１００は該戻り自動焦点合
わせ光ビームを検出システムレンズ４６から焦点距離ｆ３に配置された該検出表
面１０２上に屈折させる。図５に示す焦点距離ｆ３は該検出システムレンズ４６
とプリズム１００の組合せの焦点距離に対応する。該焦点距離ｆ３の選択は下記
で論じる。

【００６２】 該自動焦点合わせ検出システム９８は更にダイオード対（diode pairs）を有
する。１０４及び１０６の様なダイオード対は図５に示す様に該検出表面１０２
上の該光軸６４の両側に位置付けられてもよい。図５−７に示す例では、該第１
ダイオード対１０４は第１ダイオード１０８と第２ダイオード１１０を有し、第 図５，６Ａ、そして７Ａは、該サンプル面１６が、該画像面２０の最終画像が
焦点が合うように該対物レンズから焦点距離ｆ１に配置された時の、該自動焦点
合わせ検出デバイス９８の様相を図解する。該サンプル面１６が焦点合わせ用に
好適に配置されると、該検出システムレンズ４６に向けられた該自動焦点合わせ
光ビームは図６Ａに示す様に典型的にコリメートされる。次いで該検出システム
レンズ４６は、図５及び６Ａに示すそれの様に該自動焦点合わせ光ビームをプリ
ズム１００に投射する。示された例では、該自動焦点合わせ光ビームは該プリズ
ム１００により第１光ビーム１１８及び第２光ビーム１２０に分けられる。

【００６３】 該面１６が焦点合わせ用に好適に位置付けられると、第１光ビーム１１８は、
図５及び６Ａに示す様に、該検出システムレンズ４６から該焦点距離ｆ３に配置
された該検出表面１０２上に精確に焦点が合う。該第１光ビーム１１８は、図７
Ａのダイオードの正面図で最も良く示す様に、該第１ダイオード１０８と第２ダ
イオード１１０の間の中途（halfway）に第１光スポット１２２を創る。該第２
光ビーム１２０は、図７Ａで最も良く示す様に、該第３ダイオード１１２と第４
ダイオード１１４の間の中途に第２光スポット１２４を創る。該ダイオード上の
該光スポットは、各光ビームが該検出表面１０２で最小になるので比較的小さい
。該サンプル面は該光スポットが図７Ａに示す様に創られる時適当に焦点合わせ
される。

【００６４】 図６Ｂ及び７Ｂは、該サンプル面１６が該対物レンズ１４から該焦点距離ｆ１
より遠く配置された時の該検出システムの様相を図解する。該サンプル面１６が
該対物レンズから余りに遠く配置されると、該戻り自動焦点合わせ光ビームは典
型的にコリメートされなくなる（図６Ｂに示す）。次いで検出システムレンズ４
６は、該ビームがそれぞれ第１及び第２光ビーム１１８及び１２０に分けられる
プリズムへ該自動焦点合わせ光ビームを投射する。図６Ｂに示す実施例では、該
第１光ビーム１１８は該検出表面（又望ましい画像面とも呼ばれる）１０２から
距離ｄ３に配置された点ｙ１で最小直径であり、画像面１３０（破線で示す）を
形成する。該第１光ビーム１１８は該検出表面１０２では最小直径でないから、
該ダイオード上に形成された光スポット１２２は図７Ａに示す該光スポットより
比較的大きい。図６Ｂ及び７Ｂに示す様に、該第２光ビーム１２０は該検出表面
１０２から距離ｄ３に配置された点ｙ２で画像面１３０に於いて最小直径である
。図７Ｂに示す様に、該光スポット１２２と１２４は図７Ａの光スポットに対し
内方へ移動する。

【００６５】 該サンプル面が上記説明の様に該対物レンズから余り遠い時、該光スポット１
２２及び１２４は、図７Ｂに最も良く示される様に、それぞれ第２ダイオード１
１０及び第３ダイオード１１２上に主として形成される。該自動焦点合わせ検出
システムは該ダイオードの各々で該強度値を測定し、該基準面１０２からの該自
動焦点合わせ光ビームの変位値ｄ３を決定する。該フイードバック制御器７０は
次いで、前に論じた様に、該対物レンズ１４と該サンプル面１６の間の距離を調
整するためにフイードバック電圧信号を該焦点修正システム７２へ送る。該面１
６は、該第１及び第４ダイオードで測定された該強度の和が該第２及び第３ダイ
オードで測定された該強度の和に等しい時、適当に焦点合わせされる。

【００６６】 図６Ｃ及び７Ｃは、該面１６が該対物レンズ１４から該焦点距離ｆ１より短く
配置された時の該自動焦点合わせ検出デバイス９８の様相を図解している。該表
面が該対物レンズに余りに近く配置されると、該戻る自動焦点合わせ光ビームも
又典型的にコリメートされない（図６Ｃで示す様に）。図６Ｃに示す実施例では
、該第１光ビーム１１８は最小直径であり、該検出表面（望ましい画像面）１０
２の後ろの距離ｄ３に配置された点ｚ１に画像面１３２を形成する。光ビーム１
１８は、それが該検出表面１０２に当たる時なお最小直径でないので、該ダイオ
ード上に形成される該光スポット１２２は図７Ａに示す該光スポットより比較し
て大きい。該第２光ビーム１２０は、図７Ｃに示す様に、該検出表面１０２の背
後の距離ｄ３にも配置されている点ｚ２で交わり、画像面を形成する。図７Ｃで
示す様に、該光スポット１２２及び１２４は図７Ａの該光スポットに対し該第２
光軸６４から外方へ移動する。該光スポット１２２及び１２４は図７Ｃに最も良
く示される様に、それぞれ第１ダイオード１０８と第４ダイオード１１４上に主
として形成される。

【００６７】 上記で論じた配置では、該検出システムレンズ４６とプリズム１００の焦点距
離は該光スポット１２２と１２４が該ダイオードにより検出可能であるように選
択されるべきである。該光スポットは該ダイオード対が該光強度の精密な読みを
取れるように適切に寸法決めされるべきである。１つの典型的ダイオード配置で
は、該光スポットはもしそれらが約１０マイクロメートルの寸法であれば検出可
能である。約５マイクロメートルの画素寸法を有するダイオード配列は公知であ
る。図５−７（及び図８）に示す様なフラグメント（fragmented）化されたダイ
オード配置を有する応用品では、０．１マイクロメートルの桁のビーム変位は測
定可能である。これは該自動焦点合わせシステムの１例での１．０マイクロメー
トルより短い、該焦点距離ｆ１の精度とサンプル面の位置付けとに対応する。

【００６８】 図５−７の焦点合わせ修正システム３４は、該光学システムを該サンプル面１
６上に速く焦点合わせし、焦点合わせされた画像を得るために、前に説明された
様に機能する。

【００６９】 本発明の自動焦点合わせ検出デバイスのもう１つの実施例が図８Ａ−８Ｄに示
されている。この例では、該自動焦点合わせ検出システム１０８は前に説明され
たそれと同様な検出システムレンズのみならず円筒形レンズと、そしてクワッド
光ダイオード（a quad photo diode）を有する。ここで具体化され図８Ａ−８Ｄ
で示す様に、円筒形レンズ１４０は該検出システムレンズ４６と、クワッド光ダ
イオード１４４を有する検出表面１４２と、の間に置かれる。該検出表面１４２
は該検出システムレンズ４６の精確に焦点距離ｆ３に配置されるのが好ましい。
図８Ｂに図解される様に、該クワッド光ダイオード１４４はそれぞれ第１，第２
、第３、そして第４ダイオードセグメント１４６，１４８，１５０，そして１５
２を有する。該検出システムレンズ４６と円筒形レンズ１４０は、該検出表面１
４２上に配置された該クワッドダイオード１４４上に光スポット１５４を形成す
るために該自動焦点合わせ光ビームを該検出表面１４２上に投射する。

【００７０】 該クワッドダイオード１４４は、該４つのダイオードセグメント１４６，１４
８，１５０，そして１５２の各々に於ける光強度を測定することにより該検出表
面１４２に対する該画像の変位ｄ３を決定する。該円筒形レンズ１４０は該対物
レンズに対する該サンプル面の位置により該光スポット１５４の形状を変える。
図８Ｂは該サンプル面１６が該対物レンズ１４から距離ｆ１に適切に位置付けさ
れた時の該光スポット１５４の様子（position）を図解する。該光スポットは実
質的に該４つのダイオードの中心に配置される。図８Ｃは該サンプル面１６が該
対物レンズ１４から焦点距離ｆ１より近い距離に位置付けされた時の該光スポッ
トの様子を図解する。該光スポットは楕円形であり、図８Ｃに示す様に、該光ス
ポットの大部分は該第２ダイオードセグメント１４８と第３ダイオードセグメン
ト１５０上に配置される。該ダイオードセグメントの測定された光強度に基づき
、該フイードバック制御器７０は該検出表面１４２に対する該画像の距離ｄ３を
計算する。

【００７１】 図８Ｄは該サンプル面が該対物レンズ１４から焦点距離ｆ１より遠い距離に位
置付けされた時の該光スポットの様子を図解する。該光スポットは楕円形であり
、該光スポットの大部分は該第１ダイオードセグメント１４６と第４ダイオード
セグメント１５２上に配置される。

【００７２】 この例で、該フイードバック制御器７０は該最初の３つの例について説明した
ものと同じ仕方で、該対物レンズ１４と該サンプル面１６との間の距離を制御す
るために該焦点調整デバイスに送られる信号を発生する。

【００７３】 本発明の自動焦点合わせシステムは上記説明例の他の広範囲の応用品用に好適
である。該光源の選択と配置は選ばれる顕微鏡の種類に依る。上記説明の自動焦
点合わせシステムは蛍光顕微鏡検査に関連して主として論じられたが、本発明は
又、透照、及び冷光画像形成顕微鏡検査（trans-illumination, and luminescen
ce imaging microscopy）の様な他の種類の顕微鏡検査にも好適である。

【００７４】 透照顕微鏡検査では、照明源は当該技術で公知の仕方で該サンプル面の左側か
ら入る。該図に示す様に該ビームスプリッター１２は最早必要でない。該照明源
は広いスペクトラムを有するランプ（すなわち、可視スペクトラム）、狭いバン
ドパスフイルターによりフイルターされたランプ、又はレーザービームであって
もよい。透照システムでは、図３Ａのビームスプリッター４４と画像レンズ１８
の間に適当なフイルターを追加するのが望ましい。これは該自動焦点合わせ光ビ
ームの幾らかが該ビームスプリッター４４を通って漏れるのを防止するのに役立
つ。可視光が該励起ビーム（excitation beam）として選ばれる時、該自動焦点
合わせシステムの光ビームは赤外線の範囲内で選ばれることも可能である。５５
０ｎｍ付近の狭い励起スペクトラム（excitation spectrum）を有する１例では
、約６３３ｎｍの光ビームが該自動焦点合わせシステム用に使用出来る。これら
の値図解の目的用にだけ示すものである。

【００７５】 冷光画像形成顕微鏡検査では、物体は励起ビームの必要無しに光を放射する。
前に説明した様に、図３Ａのビームスプリッター１２の様なビームスプリッター
は最早必要ない。該自動焦点合わせ光ビームの波長は該サンプル面の冷光波長（
luminescence wavelength）から充分遠くあるよう選ばれるのが好ましい。この
様な配置では、周囲光が該表面の照明を助けてもよい。該物体自身が冷光画像形
成顕微鏡検査で照明源であると呼ばれてもよい。

【００７６】 前に論じた様に、ランプ又はレーザーが該照明光源として使用されるのが典型
的である。もしランプが選ばれるなら、該応用品用に必要なスペクトラムを選択
するためにフイルターが追加される。もしレーザーが選ばれるなら、レーザーの
種類は該特定の応用品用に必要な波長と電力とに依る。本発明に特に好適なレー
ザーは、例えば，Ａｒ⁺及びＫｒ⁺レーザーを含む。これらのレーザーは典型的に
スペクトラム上の幾つかの離散波長で発光し、多数の応用品での使用に非常に用
途が広い。光学的パラメトリック発振器システム（optical parametric oscilla
tor system）の様な他の種類のレーザーシステムも又本発明で好適である。

【００７７】 上記説明の自動焦点合わせ技術の全てで、該サンプル面（sample plane）は該
サンプルの外面（the outside surface of the sample）又は該サンプルの内部
上の面（a plane on the inside of the sample）かの何れかに配置されてもよ
い。本発明用に好適な１つの技術では、該サンプル表面（sample surface）は基
準（reference）として使用され、該サンプルに向けられた光ビームは、該サン
プルの内部の面上（on a plane inside of the sample）を走査（又は焦点合わ
せ）するために或る量だけオフセットされる。この技術は細胞の内部上に焦点合
わせする（focusing on the inside of a cell）ために特に好適である。

【００７８】 本発明のもう１つの側面に依ると、顕微鏡内の物体面（object plane）の画像
を自動的に焦点合わせする方法が提供される。一般に、本発明の方法と調和する
方法は、自動焦点合わせ光ビームを発生する過程と、該自動焦点合わせ光ビーム
を検査される該物体面に対し向ける過程と、そして該物体面で該自動焦点合わせ
光ビームを反射させる過程とを有する。該反射された自動焦点合わせ光ビームは
次いで検出システムに導かれるが、そこでは該検出システムの少なくとも１つの
光検出器又はセンサーが該反射された自動焦点合わせ光ビームを検出する。その
後、望ましい基準面からの、反射された自動焦点合わせ光ビームの該画像面の変
位の量が、該検出された自動焦点合わせ光ビームに基づき決定される。この情報
を用いて、該物体面は適当に焦点合わせされた画像を創るために焦点合わせされ
得る。

【００７９】 本発明の原理と調和する方法では、該検出する過程は該反射された自動焦点合
わせ光ビームを少なくとも部分的には虹彩絞りのアパーチャーを通して透過させ
る過程と、該検出システムの光検出器又はセンサーを用いて該アパーチャーを透
過した反射自動焦点合わせ光ビームの光強度を測定する過程とを有する。代わり
に、本発明の原理と調和する方法では、該決定する過程が複数の該光検出器又は
センサーにより検出された該反射自動焦点合わせ光ビームの光強度を比較する過
程を含んでもよい。

【００８０】 限定しない例に依れば、図９は顕微鏡内の物体面の画像を自動的に焦点合わせ
するための本発明の１側面と調和する方法を図解している。図９の実施例は図３
−４と関連して論じられた自動焦点合わせシステムと特徴を用いて実施される。
図９で図解される様に、自動焦点合わせ光ビームが過程３００で発生される。例
えば、該自動焦点合わせ光ビーム４０は図３−４で示される様に、自動焦点合わ
せ光ビーム源３９で発生されてもよい。次ぎに、過程３１０で、該自動焦点合わ
せ光ビームは図３−４内の物体面１６の様な、物体面に向けられる。その後、過
程３２０で、該自動焦点合わせ光ビーム４０は該物体面で反射され、図３Ａの検
出システム３２の様な屈折システムの方へ向けられる。次いで該反射された自動
焦点合わせ光ビームは過程３３０で、該検出システムの虹彩絞りを透過する。例
えば、図３Ａで、該自動焦点合わせ光ビーム４０は虹彩絞り６０を透過する。

【００８１】 更に図９で示される様に、該自動焦点合わせ光ビームを該検出システムの該虹
彩絞りを透過させた後、過程３４０で該自動焦点合わせ光ビームは該検出システ
ムの光検出器又はセンサーで検出される。この過程を実施するために、図３−４
で示す種々の種類のどれかの様な光検出器が選択され得る。加えて、過程３３０
を実施するために、図３−４で示すそれの様な虹彩絞りが提供される。例えば、
図３Ａの実施例では、該光検出器６２は該虹彩絞り６０のアパーチャーに隣接し
て位置付けされ、該虹彩絞りは概略、該検出システムレンズ４６から焦点距離に
位置付けられる。代わりに、図４Ａに示す様に、該虹彩絞り８０は、それが該検
出システムレンズ４６からの該焦点距離から変位されるように位置付けられるこ
とが出来て、光検出器８４は該虹彩絞りのアパーチャーに隣接して位置付けられ
る。

【００８２】 該反射された自動焦点合わせ光ビームの光強度の検出後、望ましい基準面から
の画像面の変位量は、図９の過程３５０で表される様に、決定される。もう１度
、図３−４に関連して上記で説明した特徴と技術は、該自動焦点合わせ光ビーム
の検出された光強度に基づいて該画像面の変位量を決定するために利用されても
よい。次いで、過程３６０で、該画像面の該決定された変位を用いて、適当に焦
点合わせされた画像を創るために該物体面が焦点合わせされる。この目的で、図
３−４の該フイードバック制御器７０と焦点調整デバイス７２が、該対物レンズ
と該サンプル又は物体面との間の距離を調整するため使用されてもよい。

【００８３】 図１０は顕微鏡で物体面の画像を自動焦点合わせするためのもう１つの方法を
図解する。図１０の方法は図５−８に関連して上記で論じた自動焦点合わせシス
テムと特徴とを用いて実施される。図１０に図解される方法では、自動焦点合わ
せ光ビームが過程４００で発生される。例えば、該自動焦点合わせ光ビーム４０
は図５−８で示す様に自動焦点合わせ光ビーム源３９により発生される。次いで
、過程４１０で、該自動焦点合わせ光ビームは物体面１６の様な、物体面に向け
られる。その後、過程４２０で、該自動焦点合わせ光ビーム４０は該物体面で反
射され屈折システムの方へ向けられる。次いで図１０の過程４３０で示される様
に、該反射自動焦点合わせ光ビームは複数の光検出器又はセンサーによる検出さ
れる。過程４２０及び４３０を実施するために、図５−８の実施例の何れかで示
す様な、センサーの配置が提供される。例えば、図５−７では、該反射自動焦点
合わせ光ビームはプリズム１００により２つの別々の光ビーム１１８及び１２０
に分けられ、該光ビームは光ダイオード１０４及び１０６の対により検出される
。代わりに、図８Ａ−８Ｃに示す様に、該自動焦点合わせ光ビームは円筒形レン
ズ１４０を透過し、クワッド光ダイオード１４４により検出される。

【００８４】 図１０で更に示される様に、該センサーで該反射自動焦点合わせ光ビームを検
出した後、該複数のセンサーにより検出された光強度は過程４４０で比較される
。例えば、図５−７で、該４つのダイオード１０８，１１０，１１２，そして１
１４の各々により検出された光強度の値は比較される。代わりに、図８Ａ−８Ｃ
に示す様に、該４つのダイオードセグメント１４６，１４８，１５０，そして１
５２に各々により検出された該光強度の値は比較される。該光強度値が比較され
た後、望ましい基準面からの画像面の変位量が過程４５０で決定される。この過
程を実施するために、図５−８に関連して上記で説明した該特徴と技術が、該セ
ンサーの比較された値に基づき該画像面の変位量を決定するために利用されても
よい。過程４６０では、該画像面の該決定された変位を用いて、次に適当に焦点
合わせされた画像を創るために該物体面は焦点合わせされる。この目的で、該対
物レンズと該物体面との間の距離を調整するために図５−８の該フイードバック
制御器７０と焦点調整デバイス７２が使用されてもよい。

【００８５】 本発明の方法は上記説明の装置から明らかである。本発明の方法に対し他の変
型も又行われてもよい。

【００８６】 この自動焦点合わせ方法は特に流体内に浮遊（suspended）した粒子物質（par
ticulate matter）を検出し、特徴付けそして定量化するために好適な自動焦点
合わせ方法と装置に関する。特に、本発明は流体内に、特に生物学的流体内に浮
遊した粒子（particulates）、特に細胞を検出するための自動焦点合わせシステ
ムを提供する。特に、本発明は親和力結合ベースの分析物（affinity-binding b
ased assay）の画像形成用自動焦点合わせプラットフオームを提供する。

【００８７】 最近の薬発見は望ましい効果を有するコンパウンドを選考（screen）するため
使用される分析（assay）のスループットにより限定される。特に種々のコンパ
ウンドの最大数の選考は各選考に付随する時間と労働の要求を減じることを必要
としている。多くの場合、利用可能なテストコンパウンドの少ない量ので反応容
積（reaction volumes）は非常に小さい。この様に少ないサンプル容積コンパウ
ンドの顕微鏡選考は焦点外れ画像に付随する誤差に帰着する。これらの画像は一
般に唯一の測定結果であるので、コンピユータ計算の様な更に進んだ調査がそれ
に関して行われる。

【００８８】 高スループット選考テストでは、自動焦点合わせを得て、そして保持する速度
は重要要因である。多くの実施例では、該サンプルは標準的多数ウエルマイクロ
タイタープレート（standard multi-well microtiter plates）内に含まれ、各
プレートは９６，３８４，１５３６又はより多くの数のウエル（well）を有する
それらの様な、ウエルの配列を有する。９ｍｍピッチで６ｍｍ直径のウエルを有
し、８６ｍｍ×１２９ｍｍの標準的９６ウエルマイクロタイタープレートが現在
の自動化された積載及びロボット式取り扱いシステムと両立するために使用され
た。他の既知のマイクロプレートは典型的に２０ｍｍ×３０ｍｍであり、寸法で
約１００から２００マイクロメートルであり、約５００マイクロメートルのピッ
チを有するセル配置を備えている。両用語’ウエル（well）’及び’マイクロウ
エル（microwell）’は通常細胞がそれに接着され、かつ、その中に該細胞が画
像形成される何等かの構造の配列内の特定位置（specific location）を称する
。

【００８９】 多数の異なる位置を通してＺ軸線内の移動得て、各位置で画像を取得し、そし
て各画像のコントラストを評価する計算された焦点の最大を見出すために、ソフ
トウエア手順がユーザーのオプションで提供されることが可能である。

【００９０】 本発明は又サンプル面を見るための自動焦点合わせ装置を有する改良された顕
微鏡に向けられている。図１−１０と組み合わされて説明された該自動焦点合わ
せ装置は該顕微鏡ハウジング内に含まれるか又はその外側に設けられることが出
来る。本発明に依れば、該顕微鏡は主光軸に沿って位置付けられた複数のレンズ
、該複数のレンズを支持するプローブアーム、検査されるべきサンプル面が置か
れる支持部、そして画像面上に該サンプル面の画像を創るための光学的出力デバ
イスを有する。該示された実施例では、該主光学軸は折りたたまれず、実質的に
１面に沿って延びる。ここに具体化され図１１−１２で示す様に、該顕微鏡２０
０はプローブアーム２１３を有する。１連のレンズと他の光学的デバイスは該主
光軸２０２に沿って位置付けられる。図１１に示す例では、該レンズのシリーズ
は放射フイルター２０４，チューブスレンズ（tubus lens）２０６，照明入り口
（illumination entrance）２０８、中継レンズ（relay lens）２１０，そして
コーパスレンズ（corpus lens）２１２を含む。該プローブアーム２１３内に該
主光軸に沿ってどんな種類の光学デバイスが位置付けられてもよい。

【００９１】 図１１に示す例では、走査されるべき物体に最も近い該プローブアームの端部
に向かって単純な反射ミラー２１４が位置付けられる。該ミラー２１４の表面は
、該主光軸２０２に沿った該光ビームが対物レンズ２２０の方へそして物体面２
１６上に反射されるように、該主光軸２０２に対し角度付けされている。図１１
に示す例では、該ミラー２１４は、該物体面からの光が画像を形成するために該
ミラーへ戻りそして該主光軸２０２に沿って反射されるように、例えば、４５度
で角度付けされている。検査されるべきサンプル又は物体は該物体面２１６に対
応する走査表面２２１上に直接置かれてもよい。該物体表面は実際の物体の表面
又は該物体内の面に対応してもよい。これらの物体又はサンプルは可成りの深さ
を持ち得るので、自動焦点合わせの速度は容積画像（volume image）により更に
増加し得る。この様な容積画像は、各画像面が相互の画像面に対し垂直に変位さ
れている、複数の画像面の各画像面で画像物体を観察することにより得られ得る
。代わりに、該物体表面は該サンプルが置かれる該走査表面２２１に対応しても
よい。該サンプル（又は物体）は図１１及び１２に示す１つ以上のマイクロタイ
タープレート２１８の様なサンプル保持デバイス内に置かれてもよい。該マイク
ロタイタープレート２１８と該サンプルは図１２に示す様に、支持部２１９によ
り支持される。該支持部２１９は第１テーブル２４２に取り付けられた走査ステ
ージ２４０に設置され、堅く取り付けられる。該支持部２１９は下記で論じる理
由で、該顕微鏡から物理的に分離されるよう該サンプルを保持する。該走査表面
２２１はＸ、Ｘ−Ｙ又はＸ−Ｙ−Ｚ運動で移動可能なテーブルを有してもよい。

【００９２】 図１１に示す実施例の顕微鏡は更に、該プローブアーム２１３の主光軸２０２
の最も左の部分に第２の単純な反射ミラー２２２を有してもよい。第２の単純な
反射ミラー２２２で反射された光は第１ビデオ出力２３０と第１ビデオ焦点面２
３２の方に向けられる。又該顕微鏡は第２ビデオ出力２３４と、画像面２３８を
有する接眼レンズ組立体２３６とを備える。当該技術で公知の様に、該画像面は
視認者の眼が置かれる位置か又はカメラ又は画像検出デバイスが位置付けられる
場所か何れかである。

【００９３】 顕微鏡は好ましくは、該プローブアーム２１３が図１１−１２に示す様な長い
形を有するよう構成されるのがよい。これは該プローブアームを該主光軸２０２
が折りたたまれないように設計することにより達成される。下記で論じる理由に
より該プローブアームに隣接する振動発生構造体から振動の伝達を最小化するた
めに該長い形と折りたたまれない主軸線は特に望ましい。本発明の第２の実施例
は又物体の画像を走査する顕微鏡デバイス用に好適である。走査中、走査用モー
ターは典型的に望ましくない振動を発生する。もし該走査用モーターを有する該
走査ステージが該顕微鏡のプローブアーム上に又はそれに対して置かれるならば
、該モーターからの振動は典型的に該顕微鏡に伝達され、低品質の画像に帰着す
る。

【００９４】 該顕微鏡の該長い設計は走査ステージが設置されるテーブルと別のテーブル上
への該顕微鏡の設置を可能にする。例えば、図１２に示す様に、顕微鏡用走査ス
テージ２４０は第１テーブル２４２上に置かれ、該顕微鏡２００は別のテーブル
２４４上に置かれてもよい。該第１テーブル２４２は重い又は頑丈なテーブル構
造体であり、該走査ステージ２４０は該第１テーブルの表面に堅く取り付けられ
るか又は固定されてもよい。図１２で更に示す様に、該マイクロタイタープレー
ト２１８は、該プレートが該顕微鏡のプローブアーム２１３から物理的に分離さ
れるように、該走査ステージ２４０上の該支持構造体２１９を介して支持されて
もよい。この仕方で、該走査ステージ２４０からの振動は該顕微鏡２００上に伝
えられない。従って、該顕微鏡上では振動が無いので、手動でか又は自動過程で
か何れかでサンプルの焦点合わせされた画像を得ることはより容易である。

【００９５】 図１１−１２で示す例では、該顕微鏡の主光軸２０２は該物体面２１６と平行
なように構成される。この構成は、該長いプローブアームと共に、視認者が観察
されつつあるサンプルから実質的な距離に位置付けされることを可能にする。こ
れは、もし有毒な化学材料を含むサンプルを処理する場合、又は該サンプルが、
該視認者が配置される範囲から除去される分離された部屋又は室の中に置かれね
ばならない場合、特に望ましい。更に、該光学部品は該分離された部屋又は室に
入る必要無しに変えられ得る。結果として、本発明の改良された顕微鏡は広範囲
のサンプル種類用の顕微鏡検査を可能にする。

【００９６】 図１１−１２の該長いプローブアームと顕微鏡は又他の利点を有する。例えば
、該長いプローブアームは該顕微鏡を用いてより大きい物体の走査を許容する。
又該長いプローブアームは該走査ステージを荷下ろし及び再搭載すること無しに
幾つかの物体が１度に走査されることを可能にする。更に、該長いプローブアー
ムは光学部品をより一層アクセス可能にならせる。該設計のために、追加的光学
部品を該器具のプローブアーム内に組み入れることも又容易にする。該長いプロ
ーブアームは又本発明の第１の実施例の自動焦点合わせシステムの様な、追加的
アクセサリーが含まれることを許容する。

【００９７】 本発明の範囲と精神から離れること無く、光学器具を物体面上に自動的に焦点
合わせするための装置、光学器具を物体面上に自動的に焦点合わせする方法、そ
して物体面上に焦点合わせするための顕微鏡に関して該開示された実施例で、本
発明の装置の使用で、そしてこの装置の構造で、種々の変型と変更が行い得るこ
とは当業者には明らかである。追加的利点と特徴を提供するために該開示された
実施例の特徴と態様は組み合わされ、変型され又は置き換えられてもよい。

【００９８】 例えば、本発明の特徴は同時動作を可能にするため種々の波長である照明光ビ
ームの自動焦点合わせを参照して開示されているが、同じ又は同様な波長である
光ビームを選択することは勿論可能である。この様な場合、本発明の特徴は、該
自動焦点合わせ光ビームが発生され、該照明光ビームのそれと異なる時刻に印加
される、非同期モード（asynchronous mode）で実施されてもよい。該光ビーム
の波長に関係なく本発明の光ビームと特徴とを非同期モードで実施することも又
可能である（すなわち、該自動焦点合わせ光ビームと該照明光ビームが同じ又は
異なる波長を有するかどうかに関係無く）。

【００９９】 ここに開示された本発明の明細書と実際を考慮すると当業者には本発明の他の
実施例は明らかである。該明細書と例は例示用としてのみ考慮され、本発明の真
の範囲と精神とは付属する請求項により示されるよう意図されている。

【０１００】 組み入れられ本明細書の１部を構成する付属図面は本発明の幾つかの実施例を
図解し、そして該記述と共に本発明の原理を説明するために役立つものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の物体面の画像を形成するための光学システムの基本原理を図解する。

【図２】 焦点に合っている及び外れている該物体面を有する図１の光学システムを図解
する。

【図３Ａ】 図１の光学システムと本発明の実施例による自動焦点合わせシステムとを有す
る顕微鏡を図解する。

【図３Ｂ】 図３Ａの自動焦点合わせシステムの自動焦点合わせ検出デバイスを図解する。

【図３Ｃ】 実際の画像面と望ましい画像面との間の種々の相対的位置での図３Ｂの自動焦
点合わせ検出デバイスにより検出された光強度のグラフである。

【図４Ａ】 図１の光学システムと本発明のもう１つの実施例に依る自動焦点合わせシステ
ムとを有する顕微鏡を図解する。

【図４Ｂ】 図４Ａの自動焦点合わせシステムの自動焦点合わせ検出デバイスを図解する。

【図４Ｃ】 実際の画像面と望ましい画像面との間の種々の相対的位置での図４Ｂの自動焦
点合わせ検出デバイスにより検出された光強度のグラフである。

【図４Ｄ】 変型された自動焦点合わせ検出システムを有する図４Ａの顕微鏡の変型を図解
する。

【図５】 図１の光学システムと本発明のもう１つの実施例に依る自動焦点合わせシステ
ムとを有する顕微鏡を図解する。

【図６Ａ、６Ｂそして６Ｃ】 それぞれ、焦点に合った物体面、対物レンズから余りに遠い物体面、そして対
物レンズに余りに近い物体面を有する、図５の自動焦点合わせシステムの自動焦
点合わせ検出デバイスを図解する。

【図７Ａ、７Ｂそして７Ｃ】 それぞれ、焦点に合った物体面、対物レンズから余りに遠い物体面、そして対
物レンズに余りに近い物体面を有する、図５の自動焦点合わせ検出デバイスのダ
イオード上に形成された光のドットの位置を図解する。

【図８Ａ】 図１の光学システムと本発明のもう１つの実施例に依る自動焦点合わせシステ
ムとを有する顕微鏡を図解する。

【図８Ｂ、８Ｃ、そして８Ｄ】 それぞれ、焦点に合った物体面、対物レンズから余りに近い物体面、そして対
物レンズから余りに遠い場合物体面を有する、図８Ａの自動焦点合わせ検出デバ
イスのダイオード上に形成された光のドットの位置を図解する。

【図９】 図３−４の顕微鏡で利用され得る物体面の画像を自動的に焦点合わせする方法
の例示的フローチャートである。

【図１０】 図５−８の顕微鏡で利用され得る物体面の画像を自動的に焦点合わせする方法
の例示的フローチャートである。

【図１１】 本発明のもう１つの実施例に依る顕微鏡の側面図である。

【図１２】 走査ステージと別のテーブル上に位置付けされた図１１の顕微鏡の側面図であ
る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ，ＴＲ)，ＯＡ(ＢＦ ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ， ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，Ｇ Ｍ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ， ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ， ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，Ｂ Ｚ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ， ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，Ｊ Ｐ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ， ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，Ｒ Ｏ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ， ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ Ｆターム(参考） 2H051 AA11 BB27 CC04 CE23 EA22 2H052 AA09 AB05 AB10 AB24 AC04 AC27 AC29 AC34 AD02 AD09 AD20 AD33 AD34 AD35 AE12 AF14

Claims (55)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 物体面を見るための高スループット選考に好適な顕微鏡に於
   いて、 該顕微鏡の主光軸に沿って位置付けされた複数のレンズと、 該複数のレンズを支持するプローブアームとを具備しており、前記プローブア
   ームは該主光軸に概ね沿って延びており、該顕微鏡は又 検査されるべき物体面を有する物体が置かれる支持部を具備しており、該物体
   面は該顕微鏡を通して観察される焦点面に実質的に沿って延びており、該顕微鏡
   は更に 画像面上に該物体面の画像を創るための光学的出力デバイスと、そして 該物体面の画像を自動焦点合わせするための自動焦点合わせ装置とを具備して
   おり、 該主光軸は折りたたまれず、１つの面に実質的に沿って延びていることを特徴
   とする物体面を見るための高スループット選考に好適な顕微鏡。
2. 【請求項２】 請求項１の該顕微鏡が更に、第２光軸を有し、該第２光軸は
   該焦点面と該主光軸との間に位置付けされており、該第２光軸は該主光軸に実質
   的に直角であることを特徴とする顕微鏡。
3. 【請求項３】 請求項２の該顕微鏡が更に、該主光軸と該光学的出力デバイ
   ス内の画像面との間に位置付けされた第３光軸を有しており、該第３光軸は該主
   光軸に対し或る角度に構成されていることを特徴とする顕微鏡。
4. 【請求項４】 請求項１−３の何れか１つの該顕微鏡に於いて、該焦点面は
   該主光軸に実質的に平行であることを特徴とする顕微鏡。
5. 【請求項５】 請求項１−４の該顕微鏡が更に、走査ステージを具備してお
   り、前記プローブアームは該走査ステージにより創られる振動から実質的に分離
   されるよう構成されることを特徴とする顕微鏡。
6. 【請求項６】 請求項５の該顕微鏡に於いて、該走査ステージと物体は該顕
   微鏡の該プローブアームと別の支持構造体上に位置付けられ、各別の支持構造体
   は相互から実質的に振動的に分離されることを特徴とする顕微鏡。
7. 【請求項７】 請求項１−６の何れか１つの該顕微鏡に於いて、検査される
   べき該物体は該走査ステージの該別の支持構造体に結合された支持部上に位置付
   けられ、前記プローブアームは該検査されるべき物体と該走査ステージの間に位
   置付けられることを特徴とする顕微鏡。
8. 【請求項８】 請求項１−７の何れか１つの該顕微鏡に於いて、該プローブ
   アームは、該光学的出力デバイスが該検査されるべき物体から遠隔に位置付けら
   れるように、実質的に長いことを特徴とする顕微鏡。
9. 【請求項９】 請求項１−８の何れか１つの該顕微鏡に於いて、該物体は１
   つ又は１つより多くのマイクロタイタープレートの様なサンプル保持デバイス内
   に置かれることを特徴とする顕微鏡。
10. 【請求項１０】 請求項１−９の何れか１つの該顕微鏡に於いて、該自動焦
    点合わせ装置は 観察されるべき物体面の画像を形成するよう構成された光学システムを具備し
    ており、前記光学システムは、 該物体面上に焦点合わせするよう構成された対物レンズと、 照明光ビームを用いて該物体面を照明するための照明ビーム源と、そして 該物体面の画像を創るよう構成された画像レンズとを備えており、該自動焦
    点合わせ装置は又 自動焦点合わせ検出システムを具備しており、該検出システムは 自動焦点合わせ光ビームを発生するための自動焦点合わせ光ビーム源と、 該自動焦点合わせ光ビームを該物体面に向け、該自動焦点合わせ光ビームを
    該物体面で反射させるよう構成されたビームスプリッターと、 該反射された自動焦点合わせ光ビームを自動焦点合わせ検出デバイスに向け
    るよう構成された検出システムレンズと、そして 該自動焦点合わせ検出システム内の予め決められた基準面からの、該反射さ
    れた自動焦点合わせ光ビームの画像面の該検出された変位に基づいて、望ましい
    焦点合わせされた基準面からの該光学システム内の該物体面の該画像の変位量を
    決定するための自動焦点合わせ検出デバイスとを備えており、前記自動焦点合わ
    せ検出デバイスは該反射された自動焦点合わせ光ビームを検出しそして該画像面
    の該変位を検出するための少なくとも１つのセンサー有しており、そして該自動
    焦点合わせ装置は更に 該光学システム内で該画像を適当に焦点合わせするために、前記少なくとも１
    つのセンサーにより検出された該反射された自動焦点合わせ光ビームに基づいて
    、該対物レンズと該物体面の間の距離を自動的に調整するためにフイードバック
    制御器と焦点調整デバイスとを備える焦点合わせ修正システムを具備することを
    特徴とする顕微鏡。
11. 【請求項１１】 高スループット選考に好適な自動焦点合わせ装置。
12. 【請求項１２】 請求項１１の該装置に於いて、該自動焦点合わせ検出デバ
    イスが更に、虹彩絞りを、該反射された自動焦点合わせ光ビームが少なくとも部
    分的に該虹彩絞りのアパーチャーを通過可能にするために有しており、前記少な
    くとも１つのセンサーは該虹彩絞りの該アパーチャーを通過する該反射された自
    動焦点合わせ光ビームの強度を測定することを特徴とする装置。
13. 【請求項１３】 請求項１２の該装置に於いて、該虹彩絞りは該検出システ
    ムレンズから該焦点距離に概略位置付けされ、該センサーは該虹彩絞りの該アパ
    ーチャーに隣接して位置付けされることを特徴とする装置。
14. 【請求項１４】 請求項１２の該装置に於いて、該虹彩絞りは、それが該検
    出システムレンズからの該焦点距離から変位されるよう位置付けされ、該センサ
    ーは該虹彩絞りの該アパーチャーに隣接して位置付けられることを特徴とする装
    置。
15. 【請求項１５】 請求項１４の該装置に於いて、該自動焦点合わせ検出デバ
    イスは更に補助ビームスプリッターと補助光センサーとを備えており、該補助ビ
    ームスプリッターは該検出システムレンズと該虹彩絞りとの間に位置付けられ、
    該補助ビームスプリッターは該反射された自動焦点合わせ光ビームの部分を該補
    助光センサーに向けるよう構成されることを特徴とする装置。
16. 【請求項１６】 請求項１５の該装置に於いて、該反射された自動焦点合わ
    せ光ビームの該予め決められた基準面からの変位が該光センサーと補助光センサ
    ーにより測定された該光強度に基づいて計算され、該フイードバック制御器は該
    反射された自動焦点合わせ光ビームの予め決められた基準面からの変位に基づき
    該望ましい焦点合わせされた基準面からの該画像の変位を計算することを特徴と
    する装置。
17. 【請求項１７】 請求項１１−１６の何れか１つの該装置に於いて、該少な
    くとも１つのセンサーは検出面上の該反射された自動焦点合わせ光ビームの該光
    強度と位置を測定するための複数のダイオードを有することを特徴とする装置。
18. 【請求項１８】 請求項１７の該装置に於いて、該自動焦点合わせ検出デバ
    イスが更に該検出システムレンズと該複数のダイオードの間に位置付けられたプ
    リズムを有しており、前記プリズムは該反射された自動焦点合わせ光ビームを少
    なくとも２つの別のビームに分けるよう構成されることを特徴とする装置。
19. 【請求項１９】 請求項１８の該装置に於いて、該複数のダイオードは２つ
    のダイオード対を有しており、該第１のダイオード対は該プリズムからの第１光
    ビームと実質的に整合されており、該第２のダイオード対は該プリズムからの第
    ２光ビームと実質的に整合されており、前記ダイオード対は各ダイオード対に当
    たる該第１及び第２光ビームの強度を測定することを特徴とする装置。
20. 【請求項２０】 請求項１９の該装置に於いて、該第１ダイオード対は該検
    出システムレンズの該光軸の第１の側に配置され、該第２ダイオード対は該検出
    システムレンズの該光軸の第２の側に配置されており、該第１ダイオード対は第
    １及び第２ダイオードを有し、該第２ダイオード対は第３及び第４ダイオードを
    有しており、そして該個別ダイオードにより測定された該光強度は該物体面と該
    対物レンズの間の距離の関数として変化することを特徴とする装置。
21. 【請求項２１】 請求項１７の該装置に於いて、該自動焦点合わせ検出デバ
    イスが更に該検出システムレンズと該複数のダイオードの間に位置付けられた円
    筒形レンズを有しており、前記円筒形レンズは該物体面と該対物レンズの間の距
    離が変化した時該複数のダイオード上での該反射された自動焦点合わせ光ビーム
    の光スポットの形を変えるよう構成されることを特徴とする装置。
22. 【請求項２２】 請求項２１の該装置に於いて、該複数のダイオードは４つ
    の個別ダイオードセグメントを有するクワッド光ダイオードを有することを特徴
    とする装置。
23. 【請求項２３】 請求項１１−２２の何れか１つの該装置に於いて、該フイ
    ードバック制御器は該反射された自動焦点合わせ光ビームの該予め決められた基
    準面からの該検出された変位に基づき該望ましい焦点合わせされた基準面からの
    該画像の変位を計算することを特徴とする装置。
24. 【請求項２４】 請求項１１−２３の１つの該装置に於いて、該自動焦点合
    わせ検出システムは、該予め決められた基準面からの該反射された自動焦点合わ
    せ光ビームの該測定された変位が該望ましい焦点合わせされた基準からの該画像
    の変位量に比例するよう構成されることを特徴とする装置。
25. 【請求項２５】 請求項１１−２４の何れか１つの該装置に於いて、該照明
    光ビームと自動焦点合わせ光ビームは該光ビームが相互に干渉しないように異な
    る波長を有するよう選択されることを特徴とする装置。
26. 【請求項２６】 請求項１１−２５の何れか１つの該装置に於いて、該焦点
    調整デバイスは該物体面上に該光学システムを適当に焦点合わせするために該対
    物レンズの位置を調整するよう構成されることを特徴とする装置。
27. 【請求項２７】 請求項１１−２６の何れか１つの該装置に於いて、該焦点
    調整デバイスは該物体面上に該光学システムを適当に焦点合わせするために該物
    体面の位置を調整するよう構成されることを特徴とする装置。
28. 【請求項２８】 顕微鏡内で画像を自動焦点合わせするためのシステムに於
    いて、 第１波長の照明光ビームを用いて物体面の画像を創るための画像形成システム
    と、そして 自動焦点合わせ検出システムとを具備しており、前記自動焦点合わせ検出シス
    テムは、 第２波長の自動焦点合わせ光ビームを備えており、該自動焦点合わせ光ビー
    ムは該物体面で反射するよう向けられており、該自動焦点合わせ検出システムは
    又 虹彩絞りと光検出器とを有する自動焦点合わせ検出デバイスと、そして 該反射された自動焦点合わせ光ビームを該自動焦点合わせ検出デバイスに向
    けるための検出システムレンズを備えており、該画像形成システム内の該物体面
    の画像が望ましい焦点基準面から変位させられた距離を検出するために、該自動
    焦点合わせ検出デバイスは該検出システムレンズからの該反射された自動焦点合
    わせ光ビームを受け、前記虹彩絞りは該反射された自動焦点合わせ光ビームの少
    なくとも１部分を前記虹彩絞りのアパーチャーを通過させ、そして前記光検出器
    は該虹彩絞りの該アパーチャーを通過する該反射された自動焦点合わせ光ビーム
    の部分の強度を測定することを特徴とする顕微鏡内で画像を自動焦点合わせする
    ためのシステム。
29. 【請求項２９】 請求項２８の該システムに於いて、該虹彩絞りは該検出シ
    ステムレンズから焦点距離に概略位置付けられ、該光検出器は該虹彩絞りのアパ
    ーチャーに隣接して位置付けられることを特徴とするシステム。
30. 【請求項３０】 請求項２９の該システムに於いて、該虹彩絞りは、それが
    該検出システムレンズからの該焦点距離から変位させられるように位置付けられ
    、該光検出器は該虹彩絞りのアパーチャーに隣接して位置付けられることを特徴
    とするシステム。
31. 【請求項３１】 請求項３０の該システムに於いて、該自動焦点合わせ検出
    システムが更に、補助ビームスプリッターと補助光検出器とを備えており、該補
    助ビームスプリッターは該検出システムレンズと該虹彩絞りの間に位置付けられ
    、該補助ビームスプリッターは該反射された自動焦点合わせ光ビームの部分を該
    補助光検出器へ反射するよう構成されることを特徴とするシステム。
32. 【請求項３２】 請求項２８の該システムに於いて、前記画像形成システム
    は対物レンズを備えており、前記システムは更に、該画像形成システム内で該画
    像を適当に焦点合わせするために、前記光検出器により検出された該反射された
    自動焦点合わせ光ビームに基づき、該対物レンズと該物体面の間の距離を自動的
    に調整するためにフイードバック制御器と焦点調整デバイスとを備える焦点修正
    システムを具備することを特徴とするシステム。
33. 【請求項３３】 請求項３２の該システムに於いて、該焦点調整デバイスは
    該物体面上に該画像形成システムを適当に焦点合わせするために該対物レンズの
    位置を調整するよう構成されることを特徴とするシステム。
34. 【請求項３４】 請求項３２の該システムに於いて、該焦点調整デバイスは
    該物体面上に該画像形成システムを適当に焦点合わせするために該物体面の位置
    を調整するよう構成されることを特徴とするシステム。
35. 【請求項３５】 請求項２８の該システムに於いて、該画像形成システム内
    で該物体面の該画像が該望ましい焦点基準面から変位させられる距離が該自動焦
    点合わせ検出デバイスの光検出器により測定された光強度の関数であることを特
    徴とするシステム。
36. 【請求項３６】 顕微鏡内で画像を自動的に焦点合わせするためのシステム
    に於いて、 第１波長の照明光ビームを用いて物体面の画像を創るための画像形成システム
    と、そして 自動焦点合わせ検出システムとを具備しており、前記自動焦点合わせ検出シス
    テムは 第２波長の自動焦点合わせ光ビームを備えており、該自動焦点合わせ光ビー
    ムは該物体面で反射するよう向けられており、前記自動焦点合わせ検出システム
    は又 複数の光センサーを有する自動焦点合わせ検出デバイスと、そして 該反射された自動焦点合わせ光ビームを該自動焦点合わせ検出デバイスへ向
    ける検出システムレンズとを備えており、該画像形成システム内で該物体面の画
    像が望ましい焦点基準面から変位された距離を検出するために、該自動焦点合わ
    せ検出デバイスは該検出システムレンズからの反射された自動焦点合わせ光ビー
    ムを受け、前記複数の光センサーは該反射された自動焦点合わせ光ビームの光強
    度を測定することを特徴とする顕微鏡内で画像を自動的に焦点合わせするための
    システム。
37. 【請求項３７】 請求項３６の該システムに於いて、該自動焦点合わせ検出
    デバイスは更に該検出システムレンズと該複数の光センサーとの間に位置付けら
    れたプリズムを有しており、前記プリズムは該自動焦点合わせビームを少なくと
    も２つの別々のビームに分けるよう構成されており、該複数の光センサーは少な
    くとも２つのセンサー対を有しており、該第１センサー対は該プリズムからの第
    １光ビームと実質的に整合されており、該第２センサー対は該プリズムからの第
    ２光ビームと実質的に整合されており、前記センサー対は各センサー対に当たる
    該光ビームの強度を測定することを特徴とするシステム。
38. 【請求項３８】 請求項３７の該システムに於いて、該自動焦点合わせ検出
    デバイスは更に該検出システムレンズと該複数の光センサーの間に位置付けられ
    た円筒形レンズを有しており、前記円筒形レンズは、該物体面と対物レンズの間
    の距離が変化した時該複数のダイオード上の光スポットの形を変えるよう構成さ
    れていることを特徴とするシステム。
39. 【請求項３９】 請求項３８の該システムに於いて、該複数の光センサーは
    ４つの個別ダイオードセグメントを有するクワッド光ダイオードを有することを
    特徴とするシステム。
40. 【請求項４０】 請求項３６の該システムに於いて、前記画像形成システム
    は対物レンズを備えており、前記システムは更に、該画像形成システム内で該画
    像を適当に焦点合わせするために、前記光検出器により検出された該反射された
    自動焦点合わせ光ビームに基づき、該対物レンズと該物体面の間の距離を自動的
    に調整するためにフイードバック制御器と焦点調整デバイスとを具備することを
    特徴とするシステム。
41. 【請求項４１】 請求項４０の該システムに於いて、該焦点調整デバイスは
    該画像形成システムを該物体面上に適当に焦点合わせするために該対物レンズの
    位置を調整するよう構成されることを特徴とするシステム。
42. 【請求項４２】 顕微鏡内で物体面の画像を自動的に焦点合わせするための
    方法に於いて、 自動焦点合わせ光ビームを発生する過程と、 該自動焦点合わせ光ビームを検査されるべき該物体面に対し向ける過程と、 該物体面で該自動焦点合わせ光ビームを反射させる過程と、 該反射された自動焦点合わせ光ビームを検出システムへ向ける過程と、 該検出システムの光検出器で該自動焦点合わせ光ビームを検出する過程と、 該検出された自動焦点合わせ光ビームに基づき、該反射された自動焦点合わせ
    光ビームの該画像面の望ましい基準面からの変位量を決定する過程と、そして 適当に焦点合わせされた画像を創るために該物体面上に焦点合わせする過程と
    を具備しており、 前記検出する過程は該反射された自動焦点合わせ光ビームを少なくとも部分的
    に虹彩絞りのアパーチャーを通して透過させる過程と該検出システムの該光検出
    器を用いて該アパーチャーを通して透過した該反射された自動焦点合わせ光ビー
    ムの光強度を測定する過程とを備えることを特徴とする顕微鏡内で物体面の画像
    を自動的に焦点合わせするための方法。
43. 【請求項４３】 該請求項１１−２７の何れかの自動焦点合わせ装置と該請
    求項２８−４１の何れかのシステムとを具備する請求項４２の該方法。
44. 【請求項４４】 請求項４２の該方法に於いて、該虹彩絞りは検出システム
    レンズから該焦点距離に概略位置付けられており、該光検出器は該虹彩絞りの該
    アパーチャーに隣接して位置付けられることを特徴とする方法。
45. 【請求項４５】 請求項４２の該方法に於いて、該虹彩絞りはそれが該検出
    システムレンズからの該焦点距離から変位されるように位置付けられており、該
    光検出器は該虹彩絞りの該アパーチャーに隣接して位置付けられていることを特
    徴とする方法。
46. 【請求項４６】 請求項４５の該方法に於いて、前記向ける過程は該自動焦
    点合わせ光ビームの部分をビームスプリッターを介して第２光検出器へ反射させ
    る過程と、該第２光検出器で該光強度を測定する過程とを備えることを特徴とす
    る方法。
47. 【請求項４７】 請求項４２の該方法が更に、該自動焦点合わせ光ビームの
    前記発生する過程と同時に、 照明光ビームを発生する過程と、 該照明光ビームを用いて該物体面を照明する過程と、そして 該物体面の画像を創るために該照明光ビームを該物体面で反射させる過程とを
    具備することを特徴とする方法。
48. 【請求項４８】 請求項４７の該方法に於いて、前記焦点合わせする過程が
    望ましい焦点合わせされた基準面からの該物体面の該画像の変位量を表す基準信
    号を創る過程を備えることを特徴とする方法。
49. 【請求項４９】 顕微鏡内で物体面の画像を自動的に焦点合わせする方法に
    於いて、 自動焦点合わせ光ビームを発生する過程と、 該自動焦点合わせ光ビームを検査されるべき該物体面に対し向ける過程と、 該自動焦点合わせ光ビームを該物体面で反射させる過程と、 該反射された自動焦点合わせ光ビームを検出システムへ向ける過程と、 該検出システムの複数の光検出器を用いて該自動焦点合わせ光ビームを検出す
    る過程と、 該検出された自動焦点合わせ光ビームに基づいて、該反射された自動焦点合わ
    せ光ビームの該画像面の望ましい基準面からの変位量を決定する過程と、そして 適当に焦点合わせされた画像を創るためい該物体面上に焦点合わせする過程と
    を具備しており、 前記決定する過程は該光検出器により検出された該反射された自動焦点合わせ
    光ビームの光強度を比較する過程を備えることを特徴とする顕微鏡内で物体面の
    画像を自動的に焦点合わせする方法。
50. 【請求項５０】 請求項４９の該方法に於いて、該自動焦点合わせ光ビーム
    を検出する前記過程は、検出システムレンズと該複数の光検出器の間に位置付け
    られたプリズムにより該自動焦点合わせ光ビームを少なくとも２つの別の光ビー
    ムに分ける過程を備えることを特徴とする方法。
51. 【請求項５１】 請求項５０の該方法に於いて、該自動焦点合わせ光ビーム
    を検出する前記過程は２つのダイオード対に於ける該光強度を測定する過程を備
    えており、該第１のダイオード対は該プリズムからの第１光ビームと実質的に整
    合されており、該第２ダイオード対は該プリズムからの第２光ビームと実質的に
    整合されていることを特徴とする方法。
52. 【請求項５２】 請求項４９の該方法に於いて、該自動焦点合わせ光ビーム
    を検出する前記過程は、該光検出器上に投射された光ビームの形を変えるために
    、検出システムレンズと該複数の光検出器との間に位置付けられた円筒形レンズ
    を通るよう該自動焦点合わせ光ビームを透過させる過程を備えることを特徴とす
    る方法。
53. 【請求項５３】 請求項５２の該方法が更に、該光検出器として、４つの個
    別ダイオードセグメントを有するクワッド光ダイオードを提供する過程を具備す
    ることを特徴とする方法。
54. 【請求項５４】 請求項４９の該方法が更に、該自動焦点合わせ光ビームを
    発生する過程と同時に、 照明光ビームを発生する過程と、 該照明光ビームを用いて該物体面を照明する過程と、そして 該物体面の画像を創るために該照明光ビームを該物体面で反射させる過程とを
    具備することを特徴とする方法。
55. 【請求項５５】 請求項５４の該方法に於いて、前記焦点合わせする過程は
    、該物体面の該画像の望ましい焦点合わせされた基準面からの変位量を表す基準
    信号を創る過程を備えることを特徴とする方法。