[发明专利]用于测量光学仪器的聚焦状态的系统和方法

说明书

描述了一种用于测量光学仪器(例如，显微镜)的聚焦状态的系统和方法。所述系统和方法提供为形成光学仪器的物镜的出射光瞳的像。在形成出射光瞳的像的地方，放置了一个或多个光学元件(例如，棱镜或反射镜)，所述一个或多个光学元件使来自出射光瞳的光线的至少一部分偏转，以使得来自光瞳的不同的非重叠部分的光线跟随分开的光路。来自光瞳的两个部分的光线然后被聚焦，以便获得两个二维像。计算机将这两个二维像之间的相互距离确定为这二者之间的相互刚性横向位移，并且基于该距离，确定光学仪器的对应的散焦。

导致本专利申请的项目是由欧洲联盟在地平线2020研究与创新计划(拨款协议No.720270-人脑项目)(Horizon 2020Research and Innovation Program(grantagreement No.720270–Human Brain Project))的背景下和在ESFRI欧洲-生物成像基础设施项目(ESFRI Euro-BioImaging Infrastructural Project)的背景下资助的。最后，所述项目作为ManoMAX标志项目(ManoMAX flag project)的一部分从教育、大学和研究部(Ministry of Education,University and Research)接收资金。

技术领域

本发明涉及一种用于测量光学仪器(例如，(但不是排他地)光学显微镜)的聚焦状态的系统和方法。

背景技术

众所周知的是，复合光学显微镜包括管透镜和物镜。物镜通常包括放置在将被分析的样品附近的第一透镜系统，而管透镜包括放置在观察点附近的第二透镜系统。物镜收集来自样品的光，所述光然后被管透镜聚焦以创建样品的放大像。

当从样品中的不同点发射的光尽可能多地会聚在放大像中时，样品的放大像被说成是“聚焦的”或“焦点对准”，因为这在样品被基本上放置在物镜的焦平面中时发生。样品的位置离物镜焦平面越远，样品的放大像导致聚焦程度越低。

放大像的聚焦状态因此取决于物镜和样品之间沿着光轴的距离，因此通常通过改变所述距离、沿着光轴移动物镜和/或样品来进行调节和优化。

US 5,970,710描述了用于扫描显微镜检查的自动聚焦系统，该系统在不同的景深条件下获取样品的不同的像，然后对其应用对比度测量函数。致动器根据获得的对比度测量来调节样品位置。

US 2006/0256229描述了基于三角测量的自动聚焦系统，该系统包括将光束投影到样品上的点的发射器。该系统还包括收集被样品反射的光束的像的光电探测器，并且自动地对它进行评估以确定透镜和样品之间的距离。

US 4,634,255描述了测量聚焦状态的设备，该设备包括放置在成像透镜的成像平面上或前面的场透镜。透射通过成像透镜和场透镜的光线被棱镜垂直地划分为两个部分。光线的每个部分通过具有两个开口的膜片，然后被引导到会聚透镜上，会聚透镜使它们会聚以便将两个像形成到两个线性光电探测器阵列上。对所述两个线性光电探测器阵列的输出信号进行处理，聚焦状态然后被测量。

US 2011/0063484描述了能够检测其聚焦状态的像获取系统，该系统包括像获取装置，所述装置的中心元件至少包括一对左像素和右像素。每个像素由光电二极管形成，在每个光电二极管上放置有限定狭缝的一对掩膜和微透镜。像素对因此划分来自出射光瞳的右边部分和左边部分的光线，并且使它们聚焦到所述两个光电二极管上。从每对的右像素获得的像和从每对的左像素获得的像之间的距离越大，放大像的散焦越大。

US 2012/0206590描述了具有自动聚焦系统的显微镜，该显微镜包括物镜、分束器、场透镜、掩膜、两个分光透镜、二维光电探测器阵列和处理器。分束器使来自物镜的光的一部分偏转到场透镜上，场透镜使光线集中到掩膜上。掩膜具有将光线划分为两个部分的两个开口，这两个部分被两个分光透镜聚焦到光电探测器阵列的表面上，从而在该表面上形成放大像的两个副本。对于一个副本的每个像素，处理器在另一个副本中找到对应的像素，并且测量它们之间的距离，从而以这种方式逐个像素地获得散焦。