CN111983795B - 用于监测显微镜的聚焦状态的方法和装置 - Google Patents

Abstract

为了监测显微镜(1)的聚焦状态，将辅助光束(13)耦合输入到显微镜(1)中，以使得所述辅助光束在下述平面(20)上相对于面法线以倾斜角度延伸，所述平面在显微镜(1)的主成像区域(17)外部由在显微镜(1)的物平面(5)中延伸的直线(19)和物平面(5)的面法线展开，并且检测耦合输入的辅助光束(13)的由参考分界面(24)反射的部分(15)的入射区域(25)在检测装置(16)上的位置改变。

Description

用于监测显微镜的聚焦状态的方法和装置

技术领域

本发明涉及用于监测显微镜的聚焦状态方法和装置。本发明特别是涉及

-一种用于监测显微镜的聚焦状态的方法，其中，将辅助光束这样耦合输入到显微镜中，以使得所述辅助光束在相对于显微镜的物平面的面法线的倾斜角度下延伸，其中，检测耦合输入的辅助光束的由参考分界面反射的部分在检测装置上的入射区域的位置改变，以及

-一种用于监测显微镜的聚焦状态的装置，所述装置具有：辅助光源，所述辅助光源设计并且布置用于将辅助光束这样耦合输入到显微镜中，以使得耦合输入的辅助光束在相对于显微镜的物平面的面法线的倾斜角度下延伸；和检测装置，所述检测装置设计并且布置用于检测耦合输入的辅助光束的由参考分界面反射的部分在检测装置上的入射区域的位置改变；以及

-一种具有所述装置的显微镜。

当通过成像***在较长的时间段内接收一个或多个应清晰地成像到同一个物平面的图像时，则必须使成像***的聚焦状态保持不变或者保持恒定。这特别适用于通过显微镜拍摄高分辨率并且最高分辨率的图像。在此迅速出现不可避免的空间偏移的情况，显微镜的物平面已经在拍摄仅仅一个唯一的图像期间在相对于物体显著的距离上移动。这一方面是因为最高分辨率的方法需要每个像素相对长的测量时间，从而拍摄单个的图像需要更长时间，并且另一方面是因为，相关的偏移的边界由于空间的最高分辨率而是非常低的。当在成像时在z方向上的空间位置分辨率达到例如100nm时，则必须使在z方向上的偏移在总成像持续时间内保持明显小于所述100nm。这通常需要，检测实际出现的偏移，以便补偿该偏移。

背景技术

由DE 21 02 922 A已知了一种方法用于自动地聚焦到在显微镜中待观察的物体上的方法。在该方法中使用不可见的射束，所述不可见的射束在物平面从显微镜的物镜的聚焦平面向外移动时光电地激发控制装置，所述控制装置将物平面引导回到聚焦平面中。不可见的射束这样被反射到相应的显微镜的照射光路，以使得所述不可见的射束仅仅在光路的横截面的一半上延伸并且所述不可见的射束从物体反射到光路的另一半中并且由此到达光电装置。由于反射的物平面向外移动使得被反射且聚焦到光电装置上的不可见的射束的位置在光电装置上移动。在已知的方法中，不可见的射束在显微镜的主成像区域中射到物体上。

由DE 36 41 048 A1已知了一种具有光学观测***和用于识别观测***的聚焦程度的装置的设备，所述光学观测***具有物镜。该装置将红外光束通过远离观测***的光轴的光路发射到物体上，并且关于观测***对于物体的聚焦程度的信息基于由物体反射的光束偏离于光轴的位置而获得。用于识别聚焦程度的装置具体地具有用于沿着远离观测***光轴的光路投射红外光束的光发射装置和位置识别装置，以便检测由物体反射的红外光束的图像的偏移。光发射装置具有多个光发射元件，所述光发射元件交替地相对于光轴对称地以一定角度产生红外光束。借助λ/4-板和用于将反射的红外光束与指向物体的红外光束分离的偏振分光器可以抑制红外光束在分光器和λ/4-板之间的光学分界面的反射。在所述已知的设备中也将红外光束在光学观测系的主成像区域统中到物体上。

由EP 0 453 946 B1已知了一种用于将光学头聚焦到物体本体上的方法以及一种用于光学检测***、特别是用于半导体晶圆的自动聚焦装置。光学头具有带有在光轴上的焦点的物镜。该方法包括以下步骤：发射经准直的光束；通过物镜使光束朝向物体本体定向，光束在那里由物体本体的表面反射，以便获得被反射的光束；将被反射的光束通过物镜分成第一部分光束和第二部分光束；通过带有焦点的成像透镜形成第一部分光束的光点；确定光点在第一平面中的一维入射位置，所述第一平面包含成像透镜的焦点，以便获得第一位置偏差值，所述第一位置偏差值表示物体本体的表面与物镜的焦点的位置偏差；指示第二光束的在第二平面中的二维入射位置，以便获得角度偏差值，所述角度偏差值表示物体本体的表面与垂直于物镜的光轴的参考平面的角度偏差；以及使光学头或物体本体运动以不仅减小位置偏移而且减小角度偏差。经准直的光束被聚焦到物镜的焦点上，并且经准直的光束延伸通过光学头的平行于光学头的光轴的光路。在此朝向物体本体定向的光束沿着一个方向相对于光轴偏移，而被反射的光束沿着相反的方向上相对于光轴偏移。由此，所述光束在此从光轴的一侧延伸到物体本体的反射表面并且在该表面上反射之前或之后经过光轴延伸到该光轴的另一侧并且由此延伸通过物镜的主成像区域。

由WO 00/72 078 A 1已知了对物体的被扫描的xy-平面进行位置检测并且用于将该xy-平面定位在激光扫描显微镜的激光扫描仪的聚焦平面中的方法和组件。为此通过位置敏感的探测器定位三个位于xy-平面中的并且通过激光束扫描的点的反射。在这种基础上通过三角测量法确定所述点的z坐标。接着将这三个点的z坐标彼此比较，以便将xy-平面平行于激光扫描仪的聚焦平面定向。此外可以进行在z方向上的平行移位，直到这三个点的反射以最大强度成像到探测器上，因为则以更高的可靠性确保，被扫描的xy-平面与聚焦平面重合。即使在此这三个被扫描的点应位于xy-平面边缘上，这三个点也位于激光扫描显微镜的主成像区域中。即使当使用单独的激光二极管用于扫描这三个点时也是这样。

WO 2004/029 691 A1公开了一种用于确定参考平面与物体的内部的或外部的光学分界面之间的间距的方法。该方法特别是提出用于显微镜的自动聚焦并且包括以下步骤：产生经准直的光束；以下述方式将经准直的光束耦合输入到具有物镜透镜和管透镜透镜***中，以使得经准直的光束倾斜地射到管透镜上；探测由物体内部的或外部的第一光学分界面反射的、从管透镜射出的光束的位置；并且产生表征该位置的第一信号。根据该第一信号按照数值和方向确定参考平面和第一分界面之间的间距。在WO 2004/029 691 A1中通常视为物镜透镜和管透镜的远心的布置中，射入到管透镜上的经准直的光束聚焦在物镜透镜的后方的焦平面中。如果经准直的光束相对于光轴倾斜地、然而在中心延伸通过管透镜的后方的焦平面，则光束的焦点从光轴侧向地偏移。光束的入射角度这样选择，以使得所述光束可以通过焦点还射入到物镜透镜中并且不受干扰地穿过所述物镜透镜。由于焦点相对于光轴偏移使得从物镜透镜射出的光束又倾斜地延伸。所述光束由此射到物体的光学分界面上并且被放射回到物镜透镜中。在管透镜之后，被反射的光束又被准直并且由此射到位置敏感的探测器上。在这种已知的方法中，从物镜透镜射出的光束从光轴的一侧延伸到反射分界面并且在反射之前或之后在该分界面处经过光轴延伸到该光轴的另一侧并且由此延伸通过显微镜的主成像区域。

当用于检测显微镜的聚焦状态的辅助光束延伸通过显微镜的主成像区域时，由于辅助光束总是导致干扰通过显微镜对物体的成像的危险。这种危险则可以通过在成像时“不可见的”辅助光束和/或通过分离辅助光束的被反射的部分的分光器来应对。辅助光束的被反射的部分的选择性的分离也在此的前提是，辅助光束不同于用于成像的光束。出于这个原因，多个自动聚焦装置使用近红外辅助光束。然而就此而言用于成像的光束和辅助光束例如在其波长上明显不同，原则上存在的危险是，对辅助光束不能如同对于用于成像的光束所关注的聚焦状态那样被同样监测聚焦状态。此外，由于每个为了分离辅助光束的被反射的部分而布置在显微镜的成像光路中的光学元件导致使显微镜的成像质量变差的危险。

DE 10 2009 019290 A1公开了一种显微镜装置，其具有物镜、管透镜、用于照射样品的光源、用于将照射光束耦合输入到物镜中的透镜***、区域限制的限制元件、用于在样品分界面上被反射的照射光束的探测器以及耦合输出元件，以便使由样品表面反射且返回穿过耦合输入透镜***的至少一部分的照射光束的一部分转向到探测器上。在此，限制元件、耦合输出元件和探测器的布置这样选择，以使得被反射的光束在探测器表面上的强度分布与物镜和样品分界面之间的间距相关地改变，从而探测器信号形成物镜的聚焦的量度。在已知的显微镜装置中，为了聚焦测量不是使用附加的光源，而是使用用于运行显微镜而无问题地存在的照射光束。为此充分利用下述事实，空间上受限的照射光束在样品分界面反射之后空间上偏移地经过参考面并且在此产生的用于确定入射角度的光束偏移与散焦的程度相关。耦合输出元件可以具体地布置在照射光束的入射光束的边缘区域中、即在下述部位上，在所述部位上照射光束根本不或者仅仅这样被影响，以使得不妨碍由眼睛或摄像机看到的视野区域。

发明内容

本发明的任务在于，提出用于监测显微镜的聚焦状态方法和装置，所述方法和装置能够应用在使所关注的物体成像期间的不同的显微镜中，而不以任何形式消极地影响所述成像。

本发明的任务在一种用于监测显微镜的聚焦状态的方法中被解决，在所述方法中，将辅助光束这样耦合输入到显微镜中，以使得所述辅助光束相对于显微镜的物平面的面法线以倾斜角度延伸，其中，检测耦合输入的辅助光束的由参考分界面反射的部分在检测装置上的入射区域的位置改变，其方式是，耦合输入的辅助光束在下述平面中延伸，所述平面在显微镜的主成像区域外部由在物平面中延伸的直线和面法线展开。

本发明的任务在一种用于监测显微镜的聚焦状态装置中来解决，所述装置具有：辅助光源，所述辅助光源设计并且布置用于将辅助光束这样耦合输入到显微镜中，以使得耦合输入的辅助光束相对于显微镜的物平面的面法线以倾斜角度延伸；以及检测装置，所述检测装置设计并且布置用于检测耦合输入的辅助光束的由参考分界面反射的部分在检测装置上的入射区域的位置改变，其方式是，辅助光源和检测装置设计并且布置用于实施根据本发明的方法。根据本发明的显微镜具有成像***和根据本发明的用于监测显微镜的聚焦状态的装置。

根据本发明的方法和根据本发明的装置的优选的实施方式在从属权利要求中确定。

在根据本发明的用于监测显微镜的聚焦状态的方法中，将辅助光束这样耦合输入到显微镜中，以使得所述辅助光束在下述平面中相对于面法线以倾斜角度延伸，所述平面在显微镜的主成像区域外部由在物平面中延伸的直线和面法线展开。检测耦合输入的辅助光束的由参考分界面反射的部分在检测装置上的入射区域的位置改变。所述位置改变表示显微镜的聚焦状态的改变。

在根据本发明的方法中，将辅助光束这样耦合输入到显微镜中，以使得所述辅助光束不是在主显微镜的成像区域内部射到物平面中，而是同样如同所述辅助光束的由参考分界面反射的部分那样完全在显微镜的主成像区域的外部延伸。在此，辅助光束及其由参考分界面反射的部分都不与属于显微镜的主成像区域的、在直接在物平面之前和之后的空间区域中的主光路相交。也就是说，不仅辅助光束而且其由参考分界面反射的部分延伸通过显微镜，所述辅助光束及其由参考分界面反射的部分不影响通过显微镜进行的主成像区域的成像。即使使用具有在如同记录用于主成像区域的成像的光束那样以及如同激励光束那样相同的波长范围内的波长的辅助光束，所述激励光束例如在激光扫描型荧光显微镜中用于激励物体，根据本发明的方法相应地也可以同时进行物体在主成像区域中的成像。

辅助光束自身及其由参考分界面反射的部分都不延伸通过主成像区域并且这两者也都不与显微镜的在物平面附近的所属的主光路相交，这通过以下方式实现，即使耦合输入的辅助光束在下述虚拟平面中延伸，所述虚拟平面在显微镜的主成像区域外部由在物平面中延伸的直线和面法线展开。根据本发明的方法的所述表征的特征意味着，在物平面中的直线以与显微镜的光轴的一定间距延伸，因为该直线否则延伸通过通常围绕光轴布置的主成像区域。

辅助光束自身及其由参考分界面反射的部分都不延伸通过主成像区域并且这两者也都不与所属与显微镜的邻近物平面的所属的主光路相交，这意味着，辅助光束及其由参考分界面反射的部分在显微镜的任何像平面中都延伸通过主成像区域的在那里的图像并且这两者也都不在显微镜的任何像平面的附近与显微镜的属于成像区域的主光路相交。由此，在根据本发明的方法中辅助光束到显微镜中的耦合输入及其在参考分界面上反射的部分从显微镜的耦合输出在任何像平面的区域中在不干扰显微镜的属于主成像区域的主光路的情况下是完全没问题的。当在此提及显微镜的像平面时，由此是指任何像平面，也当所述像平面可以更准确地表示为中间像平面时。

不仅辅助光束在物平面的区域中被准直，而且所述辅助光束在这里发散或汇聚，这意味着，所述辅助光束在由直线和面法线展开的平面中延伸，所述辅助光束的辐射轴线在这个平面中延伸。相应地适用于辅助光束的被反射的部分，就此而言所述辅助光束的被反射的部分也在所述提及的平面中延伸。就此而言辅助光束完全在物平面之前在参考分界面上被反射，所述参考分界面可以是具有不同折射率的介质之间的任何分界面，辅助光束不延伸通过物平面。然而所述辅助光束在由在物平面中的直线和物平面的面法线展开的平面中延伸直到所述辅助光束在参考分界面上被反射。

通过辅助光束仅仅在由该直线和相对于物平面的面法线展开的平面相对于面法线倾斜，所述辅助光束的由参考分界面反射的部分也在这个平面中延伸并且由此在主成像区域外部延伸。这至少适用于下述参考分界面，所述参考分界面平行于物平面延伸或者任何情况都不围绕直线相对于物平面翻转。然而这不仅仅相应于常规情况，而是众所周知地在使用显微镜时被确保，参见WO 00/72 078A1。

任何表明显微镜的聚焦改变的、耦合输入的辅助光束的由参考分界面反射的部分的入射区域的位置改变沿着检测装置和下述平面的成像之间的相交线产生，该平面由物平面中的直线和物平面的面法线展开。

具体地，具有展开的直线的平面与显微镜的光轴的间距可以为至少5mm/V或者甚至至少10mm/V，其中，V是显微镜的放大倍数。主成像区域的直径相应于小于10mm或20mm除以显微镜的放大倍数。

直线在主成像区域外部延伸通过物平面，所述主成像区域实际上例如通过物平面的下述区域确定，所述区域被成像到显微镜的摄像机或另外的图像传感器上，或者该区域由显微镜扫描仪扫描。当显微镜具有扫描仪时，则主成像区域可以替换地确定为物平面的被扫描仪以测量射束扫描的最大区域或最大矩形区域。当存在所述扫描仪时，则在根据本发明的方法中辅助光束在扫描仪的物体侧被耦合输入到显微镜中。

在根据本发明的方法中，辅助光束可以与显微镜的光轴到由直线和面法线展开的平面上的垂直的投影真实地或者虚拟地在物平面中相交。所述真实的或虚拟的相交点也可以有针对性地布置在物平面之前或之后。以所述方式可以对于确定的参考分界面确保，辅助光束的被反射的部分返回通过显微镜的物镜到达检测装置。此外，耦合输入的辅助光束的被反射的部分的入射区域的位置可以在检测装置上对于参考分界面的额定位置例如这样在中心被选择，以使得检测到参考分界面相对于显微镜在两个轴向方向上向外移动相同的最大值。典型地，辅助光束与光轴到以与物平面的最大间距100μm或50μm或者也仅仅10μm的平面上的垂直的投影相交。

面法线和辅助光束之间的倾斜角度确定了在出现聚焦改变时所述耦合输入的辅助光束的被反射的部分到检测装置上的入射区域的位置改变的大小。因此，面法线和辅助光束之间的倾斜角度在根据本发明的方法中在任何情况下明显不等于零。倾斜角度越大，在相同的聚焦改变的情况下位置改变越大。因此，较大的倾斜角度可以是有利的。然而辅助光束及其被反射的部分的最大倾斜角度受到显微镜的成像***的物镜的孔径NA的数值限制。典型地，面法线与辅助光束之间的倾斜角度由此为arcsin(0.1NA/n)和arcsin(1NA/n)之间或者arcsin(0.5NA/n)和arcsin(1NA/n)之间，其中，n是最后的光学介质的折射率，辅助光束穿过所述最后的光学介质射到参考分界面上。在此补充说明的是，辅助光束的倾斜角度的数值随着穿过每个光学分界面而改变，折射率在所述光学分界面上改变。辅助光束的对于根据本发明的方法最重要的倾斜角度是下述角度，辅助光束以该角度射到参考分界面上。

虽然辅助光束的大的倾斜角度在出现聚焦改变时导致所述辐射光束的被反射的部分的大的位置改变。但是更大的聚焦改变可以导致，辅助光束的由参考分界面反射的部分如此强地侧向地偏移，以使得该部分位于显微镜的视野外部并且由此未到达检测装置。因此可以有意义的是，将辅助光束和一个另外辅助光束同时或者依次耦合输入到显微镜中，以便检测这两个辅助光束的在参考分界面善上反射的部分在检测装置上的入射区域的位置改变，所述辅助光束和该另外的辅助光束的区别在于其相对于所述面法线的倾斜角度。由此完全可以不仅以高分辨率检测小的聚焦改变而且检测较大的聚焦改变。

此外在根据本发明的方法中，可以将辅助光束和另外的辅助光束同时或者依次耦合输入到显微镜中，以便检测这两个辅助光束的在参考分界面上反射的部分在检测装置上的入射区域的位置改变，所述辅助光束和该另外的辅助光束在直线的方向上不同，所述直线与下述平面一起展开，这两个辅助光束在该平面中延伸。在显微镜的光轴的方向上的聚焦改变导致在这两个辅助光束的同样大的倾斜角度下与所述直线的方向无关的、入射区域的同样大的位置改变，所述直线与下述平面一起展开，辅助光束在该平面中延伸。参考分界面绕着相应的直线的翻转使辅助光束的被反射的部分的到检测装置上的入射区域以增大的倾斜角度从由这个直线一起展开的平面或者这个直线到检测装置上的投影向外移动。这种向外移动由此表明绕着恰恰这个直线的翻转。参考分界面绕着在物平面中垂直于这个直线延伸的另外的直线的翻转反之导致在由这个直线一起展开的平面或者这个直线到检测装置上的投影的内部的入射区域的位置改变。这种位置改变本身不能与回溯到轴向的聚焦改变位置改变相区分。然而通过延伸通过另外的由优选地垂直于这个直线延伸的另外的直线一起展开的平面的另外的辅助光束实现可区分性。在此，参考分界面绕着这两个直线的翻转恰好反过来影响辅助光束的被反射的部分的入射区域的移位。因此，绕着另外的直线的翻转在此实现入射区域的与轴向的聚焦改变无关的侧向的向外移动。对这两个辅助光束的入射区域的位置改变的研究由此实现分成轴向的聚焦改变以及通过参考分界面绕着这两个直线的翻转引起的聚焦改变。因此根据本发明的方法也完全分辨可能出现的参考分界面翻转。

一个另外的直线在物平面中垂直于这个直线延伸，这个直线与下述平面一起展开，辅助光束在所述平面中延伸，参考分界面绕着所述另外的直线的翻转可以在根据本发明的方法中也基于轴向的聚焦改变被区分，所述轴向的聚焦改变导致光束的被反射的部分的入射区域在同一个方向上的位置改变。当另外的辅助光束在同一个平面中以另外的倾斜角度定向时，轴向的聚焦改变以辅助光束的入射角度的正切值与辅助光束到参考分界面上的入射角度的正切值的比例影响这两个辅助光束的反射的部分的入射区域的位置改变的值。附加的翻转以相同的值改变这两个入射角度。然而通过正切值改变这两个辅助光束的被反射的部分的入射区域的位置改变值所得出的比例。基于所述相对于未翻转的参考分界面改变的、位置改变值的比例，所述翻转可以不是仅仅被识别，而且在其翻转角度方面被检测。

前述的研究的出发点在于，辅助光束和另外的辅助光束都不在参考平面中聚焦到一个点上，实现参考分界面绕着所述点的待分辨的翻转。参考分界面的翻转绕着所述辅助光束中的一个辅助光束在参考分界面上的聚焦点实现，所述参考分界面的翻转不影响相应的辅助光束的在参考分界面上反射的部分的位置改变。然而当另外的辅助光束不聚焦到参考分界面的与这个辅助光束相同的点上时，则另外的辅助光束的被反射的部分的入射区域的位置改变可以识别出，存在参考分界面绕着辅助光束的聚焦点的翻转，该翻转导致不存在辅助光束的被反射的部分在检测装置上的入射区域的位置改变。只有当所述翻转不是也绕着另外的辅助光束在参考表面上的聚焦点进行时，则所述翻转未被识别。然而所述翻转也可以通过再另外的辅助光束分辨，该另外的辅助光束射到参考分界面上的第三点上和/或不聚焦到参考分界面上。在每个未聚焦到参考分界面上的辅助光束的情况中，参考分界面的每个翻转导致该辅助光束的被反射的部分到检测装置上的入射区域的位置改变。

辅助光束可以在物平面中被准直或者聚焦到邻近物平面的点上，该点与物平面相距典型地不超过100μm或50μm或者也仅仅10μm。在物平面被准直的辅助光束在远心的成像***中也在显微镜的每个像平面中被准直并且也在由直线和面法线展开的平面到邻近显微镜的每个像平面的检测装置上的每个投影中被准直，所述远心的成像***在此仅仅是指，成像***的管透镜和物镜透镜以其焦距的总和的距离布置。光束的被反射的部分在检测装置上的入射区域由此也通过较大的轴向的聚焦改变在空间上被限制并且能够容易地被检测。例如聚焦到参考分界面上或者位于所述参考分界面之前或之后的点上的辅助光束的被反射的部分可以与此相对地虽然聚焦到更强地局部定位的在检测装置上的入射区域上，所述入射区域的位置改变可以相应地更准确地被检测、更好被分辨。但是所述聚焦很快随着轴向的聚焦改变而丢失，从而很快不再能合理地确定入射区域到检测装置上的位置。因此更加有意义的是，将辅助光束和另外的辅助光束依次耦合输入到显微镜中，以便检测这两个辅助光束的在参考分界面上反射的部分在检测装置上的入射区域的位置改变，所述辅助光束和该另外的辅助光束的区别在于相对于物平面的、所述辅助光束和该另外的辅助光束所聚焦的点的位置。与所述辅助光束或另外的辅助光束所聚焦的位置相比，所述位置也可以视为无限的(∞)，从而辅助光束或另外的辅助光束在物平面中被准直。

在根据本发明的方法中也可以得知，耦合输入的辅助光束的由参考分界面反射的部分有针对性地在射到检测装置上时被准直或被聚焦到检测装置上。由此，所述方法与非远心的成像***的影响相比是稳健的。在所述非远心的成像***的情况中，辅助光束虽然通常不在物平面中被准直，但是所述辅助光束在那里具有仅仅小的发散度，当所述辅助光束的被反射的部分在射入到检测装置上时被准直时。

在根据本发明的方法中也可以得知，耦合输入的辅助光束的由参考分界面反射的部分有针对性地在射到检测装置上时被准直或被聚焦到检测装置上。由此，所述方法与非远心的成像***的影响相比是稳健的。在所述非远心的成像***的情况中，辅助光束虽然通常不在物平面中被准直，但是所述辅助光束在那里具有仅仅小的发散度，当该辅助光束的被反射的部分在射入到检测装置上时被准直时。

液体透镜原则上已知为可电控的可变焦距的透镜。所述液体透镜的成像特性对于不同的应用可能是不足够的。然而液体透镜对于在此所述的关于辅助光束成形的任务是完全足够的。

因为辅助光束在由直线和面法线展开的平面中在显微镜的主检测区域外部延伸，所以所述辅助光束延伸也在物平面和显微镜的每个像平面之前和之后的较大区域内在显微镜的对应于主检测区域的主光路外部延伸。因此在根据本发明的方法中，辅助光束可以通过布置在显微镜的主光路外部的反射元件被耦合输入到显微镜中，并且所述辅助光束的由参考分界面反射的部分可以通过这个反射元件耦合输出到检测装置。具体地，这个反射元件可以布置为使得使得其反射面显微镜的中间像平面相交。

此外可以在所有可使辅助光束及其被反射的部分在显微镜的每个像平面的区域中在显微镜的相应于主成像区域主光路外部延伸的位置布置光学元件，使被耦合输入到显微镜的光路的辅助光束和辅助光束的由参考分界面反射且还未从显微镜的光路耦合输出的部分穿过所述光学元件。所述光学元件不影响显微镜的主光路并且相应地不消极地影响显微镜的成像质量。具体地，至少一个光学元件可以是λ/2-板。所述λ/2-板可以例如结合用于将辅助光束的由参考分界面反射的部分从辅助光束分离的偏振分光器使用，以便抑制辅助光束在另外的位于偏振分光器的物体侧的分界面上的反射。所述反射则具有偏振，通过所述偏振使所述反射不被允许到达检测装置，因为所述反射不在入射角度下进行。而辅助光束的基于辅助光束相对于物平面的面法线的倾斜角度在大的入射角度下被反射的部分被削弱到仅仅大约25％并且由此在检测装置上占支配地位。可以理解的是，这仅仅适用于λ/2-板和偏振分光器的与可使辅助光束延伸且由物平面中的直线和物平面的面法线展开的平面的方向相匹配的定向。

可以理解的是，根据本发明的方法在多种情况中耦合输入的辅助光束的由参考分界面反射的部分的入射区域的位置通过补偿检测到的位置改变的、参考分界面相对于显微镜的移位来保持恒定。也就是说，根据本发明的方法可以用于自动地获得显微镜的聚焦状态。这可以特别是在物体通过显微镜被成像在物平面的主成像区域中期间同时进行。这视为与显微镜是否是扫描显微镜或者是否具有扫描仪无关。当辅助光束具有在与在物体成像在主成像区域内时用于照射或测量物体的光束相同的波长范围内的波长时，则这也特别是适用的。辅助光束的辅助光不到达主成像区域内或所述辅助光束的像中。只要辅助光束具有不同于每个在物体成像在主成像区域内时用于照射或测量物体的光束的波长，就可以反之在检测装置之前布置带通滤波器，所述带通滤波器选择性地仅仅允许辅助光束通过。当辅助光束的波长在荧光显微镜中例如处于激励光束的波长和由此被激励的荧光光束的波长之间时，则这也特别是适用的。

因为新出现的、即还未补偿的成像误差例如通过畸变引起，所述畸变由温度改变以及嵌入被成像的物体的嵌入介质的由此波动的折射率造成，所述成像误差以类似于聚焦改变的方式对在物平面附近聚焦的辅助光束或者所述辅助光束在后面的参考分界面反射的部分关于被反射的部分到检测装置上的入射区域的大小和形状造成影响，所以根据本发明的方法也可以用于识别新出现的成像误差。具体地可以对此监测，辅助光束的被反射的部分是否同样清晰地聚焦到检测装置上或者所述辅助光束的入射区域的半宽是否改变并且如何改变。在此任何新出现的成像误差基于下述角度特别强地影响被反射的部分到检测装置上的入射区域的大小和形状，辅助光束及其被反射的部分相对于物平面的面法线以该角度例如延伸通过嵌入介质。

在根据本发明的用于监测显微镜的聚焦状态的装置中，所述装置具有：辅助光源，所述辅助光源设计并且布置用于将辅助光束耦合输入到显微镜中，以使得耦合输入的辅助光束相对于所述显微镜的物平面的面法线以倾斜角度下延伸；和检测装置，所述检测装置设计并且布置用于检测耦合输入的辅助光束的由参考分界面反射的部分在检测装置上的入射区域的位置改变；辅助光源和检测装置设计并且布置用于实施根据本发明的方法。

对此而言在此并且在权利要求要说明的是，根据本发明的装置的辅助光源、检测装置和必要时另外的元件“布置”用于实现任何功能，因此这涉及辅助光源、检测装置和必要时另外的元件在根据本发明的装置内部的布置。根据本发明的装置能够作为整体为了监测聚焦状态而与显微镜连接，其中，辅助光源、检测装置和必要时另外的元件则实际上实现给定的功能。

根据本发明的装置的检测装置可以原则上具有任何传感器，通过所述传感器能够检测耦合输入的辅助光束的被反射的部分的入射区域的位置改变。这可以在极端情况中是点传感器，所述点传感器仅仅识别，入射区域是否还射到所述点传感器上。此外，传感器通过仅仅两个光敏的部分区域已经可以分辨入射区域的位置改变的方向。当检测装置具有行传感器时，则可以非常准确地检测耦合输入的辅助光束的被反射的部分的入射区域的位置并且由此也可以非常准确地检测其位置改变。然而行传感器通常不比二维摄像机或图像传感器便宜。所述二维摄像机或图像传感器此外也适用于检测入射区域从相应的由直线和面法线展开的平面的侧向的偏移。此外通过摄像机能够容易地实现也检测相应的光束的被反射的部分到检测装置上的入射区域的大小和形状并且关于改变进行监测。此外可以使用一个唯一的摄像机用于多个不同定向的可使多个辅助光束延伸的平面或者用于所述光束的被反射回的部分。此外，摄像机简化了对根据本发明的装置的调整，其方式是，所述摄像机使耦合输入的辅助光束的被反射的部分的入射区域射到检测装置上变得容易并且由此使这个入射区域有针对性地布置在检测区域的中心点上变得容易，由此根据入射区域的被引起的位置改变检测聚焦状态在任何方向上的改变。

在根据本发明的装置中，辅助光源可以具体地设计并且布置用于将辅助光束这样耦合输入到显微镜中，以使得耦合输入的辅助光束在一个另外的平面中延伸，该另外的平面在显微镜的相应于显微镜的主成像区域的主光路外部由在显微镜的像平面中延伸的另外的直线和像平面的横向轴线展开，该另外的平面相对于像平面的面法线的倾斜度能够在至少+/-2°或+/-5°的范围内被调节。远心的成像***在此也仅仅是指，在成像***中管透镜和物镜透镜同轴地以其焦距的总和的距离布置，在所述远心的成像***中，由在物平面中延伸的直线和物平面的面法线展开的平面被成像到一个另外的平面中，该另外的平面由另外的直线和像平面的面法线展开。相应地则也将辅助光束这样耦合输入到显微镜中，以使得所述辅助光束在相对于像平面在90°下延伸的另外的平面中延伸。在非远心的成像***中，然而由在物平面中的直线和物平面的面法线展开的平面成像到另外的平面中，该另外的平面相对于像平面的面法线以不同于90°的角度、即以倾斜角度延伸。所述倾斜角度通常处于最大+/-2°的范围内，有时也处于+/-5°的范围内。关于根据本发明的装置也可以使用在具有非远心的成像***的显微镜中，设置用于覆盖所述倾斜角度的可调节性。为此可以例如使反射元件绕着另外的直线翻转。此外，在非远心的成像***中，在物平面中被准直的辅助光束在像平面中发散或会聚并且反之亦然。当期望辅助光束在物平面中的确定的发散度时，这可以在调节辅助光源中的辅助光束的发散度时被考虑。

在根据本发明的装置中，耦合输入的辅助光束可以实际延伸通过显微镜的像平面。然而所述辅助光束也可以仅仅虚拟地延伸通过像平面，这例如理解为，所述辅助光束在显微镜的光路的支路上延伸通过相应于像平面的虚拟平面。

根据本发明的装置可以是显微镜的一部分，所述显微镜的聚焦状态可以被监测。所述装置可以特别是与这个显微镜的其他部分组合成一个单元。具体地，所述装置可以具有显微镜的摄像机或另外的图像传感器，显微镜的主成像区域被成像到所述摄像机或另外的图像传感器上。

根据本发明的装置特别是可以具有扫描仪，所述设计用于通过测量射束扫描显微镜的主成像区域。辅助光源和检测装置则特别是设计并且布置用于将辅助光束在扫描仪的物体侧耦合输入并且将辅助光束的由参考分界面反射的部分在扫描仪的物体侧耦合输出。辅助光束则在扫描仪的工作区域外部被耦合输入到显微镜的光路中。在此，当耦合输入的辅助光束具有在与测量射束的至少一个组成部分相同的波长范围内的波长时，则也不发生相互影响。

根据本发明的带有扫描仪的装置可以具有形状稳定的结构，扫描仪、辅助光源和检测装置安置在所述形状稳定的结构上。所述形状稳定的结构可以特别是支承板。在形状稳定的结构上可以构造有至摄像机接口或者包括显微镜的成像***的显微镜支架的另外的标准化接口的配对接口，所述配对接口相对于显微镜的像平面具有确定的位置。根据本发明的装置则是扫描头以构成在显微镜支架上的扫描型显微镜，其中，该装置设计用于根据本发明监测所述扫描型显微镜的聚焦状态设计。通过配对接口与显微镜支架的标准化接口连接使根据本发明的装置位于相对于显微镜的像平面的确定的位置上。因此，可以该装置可以无问题地将如同期望的那样相对于这个像平面耦合输入辅助光束。当显微镜支架的成像***非远心地构造时，所述非远心性如前所述地在相对于像平面耦合输入辅助光束时并且也在调节辅助光束的发散度时被考虑。

辅助光源优选地具有可控制到不同焦距上的液体透镜和透镜控制装置，所述透镜控制装置设计用于通过液体透镜将辅助光束这样成形，以使得所述辅助光束在物平面中并且相应地也在显微镜的每个像平面中被准直或者被聚焦到邻近物平面的点上，和/或所述透镜控制装置设计用于将耦合输入的辅助光束的由参考分界面反射的部分在射到检测装置上时准直或者聚焦到检测装置上。在被反射的部分射到检测装置上时的准直由此同样意味着，耦合输入的辅助光束的被反射的部分的入射区域的直径或半宽也随着出现的更大的聚焦状态改变而不改变或者仅仅略微改变，也就是说，所述装置具有高的“深度清晰度”。在被反射的部分射到检测装置上时的准直实际具更多地意味着，辅助光束在物平面中未被准直。然而所述辅助光束的发散度在物平面的区域中是仅仅小的。到检测装置上的聚焦由此同样意味着，耦合输入的辅助光束的被反射的部分的入射区域具有尽可能小的半宽，所述半宽能够准确的确定所述入射区域的位置和位置改变。到检测装置上的聚焦在此意味着，辅助光束也聚焦到物平面中或附近。

根据本发明的装置还可以具有反射元件，所述反射元件布置在所述显微镜的相应于主成像区域的主光路外部，以使得所述反射元件将辅助光束从辅助光源耦合输入到显微镜中并且将辅助光束的由参考分界面反射的部分耦合输出到检测装置，而不使潜在地参与主成像区域的成像的光束射到到反射元件上。反射元件可以特别是这样布置，以使得其反射面与显微镜的中间像平面相交。

此外，所述装置可以具有至少一个另外的光学元件，所述至少一个另外的光学元件布置在显微镜的相应于主成像区域的主光路外部并且使被耦合输入到显微镜中的辅助光束和辅助光束的由参考分界面反射且还未从显微镜耦合输出的部分穿过所述至少一个另外的光学元件。至少一个另外的光学元件可以是λ/2-板，特别是当所述装置具有分光器时，所述分光器将辅助光束的由参考分界面反射的部分与辅助光束分离，并且所述分光器是偏振分光器，λ/2-板在物体侧连接在所述偏振分光器下游，以便抑制相对于在参考分界面上的反射辅助光束在另外的分界面上的反射。

根据本发明的装置优选地也包括聚焦保持装置，所述聚焦保持装置设计用于使耦合输入的辅助光束的由参考分界面反射的部分的入射区域的位置通过补偿检测到的位置改变的、参考分界面相对于显微镜的移位来保持恒定。为此，所述移位例如通过压电调节元件典型地作用于物体保持器。压电调节元件则这样由聚焦保持装置控制，以使得参考分界面保持其相对于显微镜的物平面的位置并且由此使相对于参考分界面位置固定的物体保持所述物体相对于显微镜的布置。这由此同样意味着，显微镜的聚焦状态不改变，因为所述聚焦状态保持恒定。此外，聚焦保持装置可以在未知的聚焦状态中实施自动地接近相应的物体，其方式是，所述聚焦保持装置使物体保持器例如如此长时间地移动，直到物体的外部的分界面处于物平面中并且将辅助光束反射回到检测装置。

根据本发明的带有成像***的显微镜具有根据本发明的用于监测显微镜的聚焦状态的装置。

本发明的有利的进一步方案由权利要求、说明书和附图得出。在说明书中所提及的、特征和多个特征的组合的优点仅仅是示例性的并且可以替换地或累加地起作用，而不必由根据本发明的实施方式强制地实现优点。在由此不改变所附加的权利要求的内容的情况下，关于原始申请文件和专利的公开内容适用如下：其他特征由附图、特别是所示的多个构件相对彼此的几何结构和相对于尺寸以及所述构件的相对布置和作用连接可知。本发明的不同的实施方式的特征或者不同的权利要求的特征的组合同样可以不同于权利要求的所选择的引用关系并且就此得出。这也涉及下述特征，所述特征在单独的附图中示出或者在所述附图的说明书中提及。所述特征也可以与不同的权利要求的特征组合。同样可以取消本发明的另外的实施方式的在权利要求中列举的特征。

在权利要求和说明书中所提及的特征在其数量上理解为，恰好存在所述数量或者存在比所提及的数量大的数量，而不需要具体地使用副词“至少”。也就是说，当例如提及一个光学元件时，这理解为，存在恰好一个光学元件、两个光学元件或者更多个光学元件。在权利要求中引用的特征可以通过另外的特征补充或者是单个的特征，所述单个的特征具有相应的方法或相应的效果。

包含在权利要求中的附图标记不限制通过权利要求所保护的主题的范围。所述附图标记仅仅用于使权利要求更易理解的目的。

附图说明

在下文中，本发明根据在附图中所示的优选的实施例进一步阐述和说明。

图1示出具有根据本发明的装置的第一实施方式的、根据本发明的显微镜的第一实施方式的示意性的侧视图。

图2示出根据图1的根据本发明的显微镜的物平面的放大的俯视图。

图3示出具有根据本发明的装置的第二实施方式的、根据本发明的显微镜的第二实施方式的示意性的侧视图。

图4示出根据图3的根据本发明的显微镜的、相对于根据图3的侧视图在90°下延伸的另外的示意性的侧视图。

图5示出根据图3的根据本发明的显微镜的相应于图4的侧视图，所述侧视图示出轴向移位的参考分界面的效应。

图6示出根据本发明的装置的一个另外的实施方式的示意图。

具体实施方式

在图1中示意性地示出的显微镜1具有成像***2，所述成像***具有物镜透镜3和管透镜4。成像***2将物平面5成像到像平面6上。在此，摄像机7布置在像平面6上。摄像机7确定在物平面5中的主成像区域。所述主成像区域是布置在物平面5中的物体的区域，该区域被成像***2成像到摄像机7上。成像***2在像平面6上的像区域8比摄像机7大。用于监测显微镜1的聚焦状态的装置12的反射元件11布置在显微镜1的主光路9外部，所述主光路围绕显微镜的光轴10布置并且所述主光路相应于主成像区域和摄像机7，然而该反射元件布置在显微镜1的下述光路内部，该光路相应于整个像区域8。反射元件11将辅助光束13从辅助光源14耦合输入到显微镜1的光路中，并且辅助光束的在参考分界面上反射的部分15从显微镜1的光路耦合输出到检测装置16。

图2在沿着光轴10向物平面5的观察方向上示出矩形的主成像区域17和更大的成像区域18，所述主成像区域相应于在像平面6上的摄像机7，所述成像区域相应于根据图1的像区域8。直线19在主成像区域17外部在物平面5延伸通过成像区域18。所述直线19与物平面5的面法线一起展开成下述平面，辅助光束13在该平面中相对于面法线倾斜地延伸。辅助光束的被反射的部分15也在这个平面20上返回，其中，当所述辅助光束在位于物平面5之后的参考分界面上被反射时，所述被反射的部分可以在物平面5中沿着直线19相对于辅助光束13偏移。这至少适用于参考分界面不绕着直线19相对于物平面5翻转的情况。否则被反射的部分15以增大的倾斜角度和与反射参考分界面的增大的间距从平面20向外移动。只要参考分界面不翻转，被反射的部分15就保留在平面20上并且在检测装置16上以参考分界面与物平面5的改变的间距沿着直线19到检测装置上的成像或者平面20到检测装置16上的投影移动。

在根据图3至5的根据本发明的显微镜1的实施方式中，装置12将辅助光束13通过中间像平面6的像区域8经过摄像机7延伸出去的位置耦合输入到显微镜1的光路9中。这由根据图3的侧视图得知，然而不由垂直于该侧视图的、根据图4和5的侧视图得知。辅助光束13在此直接地、即无转向地被耦合输入。在显微镜1的主光路9外部布置在像平面6上的光学元件21是分光器22，所述分光器将被反射的部分15与辅助光束13分离射到检测装置16。图3示出作为虚线的平面20，辅助光束13在该平面中射到物平面5中。在物镜透镜3和管透镜4的远心布置中，辅助光束也延伸通过垂直于中间像平面6延伸的另外的平面23。在无远心性的情况下，所述另外的平面相对于所述垂直的延伸部轻微地翻转。图4的视图平面平行于平面20和另外的平面23延伸。在此显而易见的是，辅助光束13在平面20上相对于物平面5的面法线倾斜并且在平面23上相对于像平面6的面法线倾斜，从而在图4中由物平面5反射的部分15以同样的绝对倾斜角度射回到相应的面法线的另一侧。图5示出，反射的参考分界面24相对于物平面5的移位如何影响被反射的部分15的延伸和所述位置被反射的部分到检测装置16上的入射区域25。通过反射的参考分界面24远离成像***2移位使得入射区域25向左移动。而在反射的参考分界面24靠近成像***2时所述入射区域向右移动(未示出)。到检测装置16上的入射区域25的为改变的位置由此意味着反射的参考分界面24相对于成像***2固定的间距。物体保持器将待成像的物体通过反射的参考分界面24相对于成像***2定位，所述物体保持器相应地可以基于由检测装置16检测到的、入射区域25的位置这样被控制，以使得该位置保持不变。由此使显微镜1的聚焦状态保持恒定。

在图1至5中所示的根据本发明的显微镜1的实施方式由下述辅助光束13出发，所述辅助光束在物平面5中被准直并且相应地也准直地射到检测装置上。然而辅助光束13也可以被聚焦到物平面5中或附近并且也聚焦到检测装置16上。

图6示出根据本发明的装置12的一个实施方式以及根据本发明的激光扫描显微镜的另外的然而无显微镜支架的部分，所述激光扫描显微镜包括显微镜1的成像***2和物体保持器。确切地说，装置12终止于至显微镜支架的标准化接口的配对接口26、例如至具有相对于显微镜的中间像平面38确定的位置的所谓的C-Mount(C型接口)的配对接口。在这个中间像平面38上布置装置12的反射元件11用于从辅助光源14将辅助光束13耦合输入并且将被反射的部分15耦合输出到检测装置16。在此，被反射的部分15通过偏振分光器27从辅助光束13被分离，并且在反射元件11的物体侧布置λ/2-板28，所述λ/2-板用于抑制辅助光束13在分光器27的物体侧的光学分界面上反射入到达检测装置16的部分15中。装置12还包括扫描仪29用于使朝向相应的物体定向的测量射束30在中间像平面38上在扫描区域31内移位，所述扫描区域在此相应于显微镜的主成像区域。反射元件11和λ/2-板28布置在这个扫描区域31外部并且在显微镜的接着的主光路外部。扫描仪29可以基于旋转镜面并且接着每个扫描方向具有至少一个旋转镜面。对于至少一个扫描方向也可以存在两个单独的可控的旋转镜面。测量射束30从激光32出来。扫描仪29不是仅仅使测量射束30移位，而是所述扫描仪也取消扫描来自相应的物体的、通过测量射束30激励的光、特别是荧光光束33，所述荧光光束通过分光器34耦合输出到探测器35。装置12的在图6中由虚线36包围的组件共同布置在未单独示出的承载结构上。在此，反射元件相对于所述承载结构的定向可以是可调节的，以便使装置12与相应的显微镜支架的非远心性相匹配。可电控的液体透镜布置在之间偏振分光器27和在此设计为激光二极管的辅助光源14之间，通过所述可电控的液体透镜37可以将辅助光束13并且由此也将所述辅助光束的被反射的部分15在中间像平面38上准直或者替换地聚焦到相对于中间像平面38确定的点上和/或检测装置16上。

附图标记列表

1 显微镜

2 成像***

3 物镜透镜

4 管透镜

5 物平面

6 像平面

7 摄像机

8 像区域

9 主光路

10 光轴

11 反射元件

12 装置

13 辅助光束

14 辅助光源

15 辅助光束13被反射的部分的

16 检测装置

17 主成像区域

18 成像区域

19 直线

20 平面

21 光学元件

22 分光器

23 另外的平面

24 参考分界面

25 入射区域

26 配对接口

27 偏振分光器

28 λ/2-板

29 扫描仪

30 测量射束

31 扫描区域

32 激光

33 荧光光束

34 分光器

35 探测器

36 虚线

37 液体透镜

38 中间像平面。

Claims (39)

1.一种用于监测具有光轴(10)的显微镜(1)的聚焦状态的方法，

-其中，将辅助光束(13)耦合输入到显微镜(1)中，以使得所述辅助光束相对于所述显微镜(1)的物平面(5)的面法线以倾斜角度延伸，

-其中，检测耦合输入的辅助光束(13)的由参考分界面(24)反射的部分(15)在检测装置(16)上的入射区域(25)的位置改变，

其特征在于，所述耦合输入的辅助光束(13)在下述平面(20)上延伸，所述平面在所述显微镜(1)的主成像区域(17)外部由在所述物平面(5)中延伸的直线(19)和所述面法线展开。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

-所述直线(19)与显微镜(1)的光轴(10)的间距为至少5mm/V，其中，V是所述显微镜(1)的放大倍数，和/或

-所述主成像区域(17)通过物平面(5)的下述区域来确定，所述区域被成像到显微镜(1)的摄像机(7)或另外的图像传感器上，和/或

-将所述辅助光束(13)在显微镜(1)的扫描仪(29)的物体侧耦合输入，其中，所述主成像区域(17)通过

-所述物平面(5)的被所述扫描仪(29)以测量射束(30)扫描的最大区域来确定，或者

-所述物平面(5)的被所述扫描仪(29)以测量射束(30)扫描的最大矩形区域来确定。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述面法线与所述辅助光束(13)之间的倾斜角度为arcsin(0.1NA/n)和arcsin(1NA/n)之间，其中，NA是显微镜(1)的成像***(2)的数值孔径，其中，n是最后的光学介质的折射率，所述辅助光束(13)穿过所述最后的光学介质射到所述参考分界面(24)上。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述辅助光束(13)与所述显微镜(1)的所述光轴(10)到所述平面(20)上的垂直投影在所述物平面(5)中或者在与所述物平面(5)最大间距100μm处相交。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，将所述辅助光束(13)和另外的辅助光束(13)同时或者依次耦合输入到所述显微镜(1)中，以便检测这两个辅助光束(13)的在所述参考分界面(24)上反射的部分(15)在所述检测装置(16)上的入射区域(25)的位置改变，所述辅助光束和该另外的辅助光束的区别在于其相对于所述面法线的倾斜角度。

6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，

-将所述辅助光束(13)和另外的辅助光束同时或者依次耦合输入到所述显微镜(1)中，以便检测所述辅助光束(13)和所述另外的辅助光束的在所述参考分界面(24)上反射的部分(15)在所述检测装置(16)上的入射区域(25)的位置改变，所述辅助光束和所述另外的辅助光束在直线的方向上不同，所述直线分别与物平面(5)的面法线展开成相应的平面，所述辅助光束(13)和所述另外的辅助光束分别在所述平面中延伸，

-其中，所述直线(19)彼此垂直地延伸。

7.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，

-调节所述辅助光束(13)的发散度，以使得所述辅助光束(13)在所述物平面(5)中被准直或者聚焦在邻近物平面(5)的点上，该点与所述物平面(5)相距不超过100μm或50μm或10μm。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，

所述辅助光束(13)的发散度通过可控制到不同焦距上的液体透镜(37)来调节。

9.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，

-耦合输入的辅助光束(13)的由所述参考分界面(24)反射的部分(15)在射到所述检测装置(16)上时被准直或者被聚焦到所述检测装置(16)上。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，

所述辅助光束(13)的发散度通过可控制到不同焦距上的液体透镜(37)来调节。

11.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，

-将所述辅助光束(13)和另外的辅助光束(13)依次耦合输入到所述显微镜(1)中，以便检测这两个辅助光束(13)的在所述参考分界面(24)上反射的部分(15)在所述检测装置(16)上的入射区域(25)的位置改变，所述辅助光束和该另外的辅助光束(13)的区别在于相对于所述物平面(5)的、所述辅助光束和该另外的辅助光束所聚焦的点的位置，

-其中，所述辅助光束(13)和该另外的辅助光束(13)通过可控制到不同焦距上的液体透镜(37)聚焦。

12.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，

-通过布置在所述显微镜(1)的对应于所述主成像区域(17)的主光路(9)外部的反射元件(11)将所述辅助光束(13)耦合输入到所述显微镜(1)中并且将所述辅助光束(13)的由所述参考分界面(24)反射的部分(15)耦合输出到所述检测装置(16)。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，

所述反射元件(11)布置为使得其反射面与所述显微镜(1)的像平面(6，38)相交。

14.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，

-至少一个光学元件(21)布置在所述显微镜(1)的对应于主成像区域(17)的主光路(9)外部，耦合输入到所述显微镜(1)的光路中的辅助光束(13)和所述辅助光束(13)的由所述参考分界面(24)反射且还未从所述显微镜(1)的光路耦合输出的部分(15)穿过所述光学元件。

15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，

所述至少一个光学元件(21)是λ/2-板(28)。

16.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，

-通过分光器(22)将所述辅助光束(13)的由所述参考分界面(24)反射的部分(15)与所述辅助光束(13)分离。

17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，

所述分光器(22)是偏振分光器(27)，λ/2-板(28)在物体侧连接在所述偏振分光器下游。

18.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，

-耦合输入的辅助光束(13)的从所述参考分界面(24)反射的部分(15)的入射区域(25)的位置通过补偿检测到的位置改变的、所述参考分界面(24)相对于所述显微镜(1)的移位来保持恒定。

19.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，

-耦合输入的辅助光束(13)的从所述参考分界面(24)反射的部分(15)的入射区域(25)的位置通过补偿检测到的位置改变的、所述参考分界面(24)相对于所述显微镜(1)的移位来保持恒定，

-而物体通过所述显微镜(1)被成像在所述物平面(5)的主成像区域(17)中。

20.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，

所述直线(19)与显微镜(1)的光轴(10)的间距为至少10mm/V。

21.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述面法线与所述辅助光束(13)之间的倾斜角度为arcsin(0.5NA/n)和arcsin(1NA/n)之间。

22.一种用于监测显微镜(1)的聚焦状态的装置(12)，其中，所述装置(12)具有：

-辅助光源(14)，所述辅助光源设计并且布置用于将辅助光束(13)耦合输入到所述显微镜(1)中，以使得耦合输入的辅助光束(13)相对于所述显微镜(1)的物平面(5)的面法线以倾斜角度延伸；以及

-检测装置(16)，所述检测装置设计并且布置用于检测耦合输入的辅助光束(13)的由参考分界面(24)反射的部分(15)在所述检测装置(16)上的入射区域(25)的位置改变；

其特征在于，所述辅助光源(14)和所述检测装置(16)设计并且布置用于实施根据权利要求1至21中任一项所述的方法。

23.根据权利要求22所述的装置(12)，其特征在于，所述辅助光源(14)设计并且布置用于将所述辅助光束(13)耦合输入到所述显微镜(1)中，以使得耦合输入的辅助光束(13)在另外的平面(23)中延伸，该另外的平面在所述显微镜(1)的相应于所述主成像区域(17)的主光路(9)外部由在所述显微镜(1)的像平面(6，38)中延伸的另外的直线(19)和像平面(6，38)的横向轴线展开，该另外的平面相对于所述像平面(6，38)的面法线的倾斜度能够在至少+/-2°范围内被调节。

24.根据权利要求23所述的装置(12)，其特征在于，耦合输入的辅助光束(13)实际地或者虚拟地延伸通过像平面(6，38)。

25.根据权利要求22至24中任一项所述的装置(12)，其特征在于，设置摄像机(7)或另外的图像传感器，所述主成像区域(17)被成像到所述摄像机/该另外的图像传感器。

26.根据权利要求22至24中任一项所述的装置(12)，其特征在于，设置扫描仪(29)，所述扫描仪设计用于通过测量射束(30)扫描所述主成像区域(17)，其中，所述辅助光源(14)和所述检测装置(16)设计并且布置用于将所述辅助光束(13)在所述扫描仪(29)的物体侧耦合输入并且将所述辅助光束(13)的由所述参考分界面(24)反射的部分(15)在所述扫描仪(29)的物体侧耦合输出。

27.根据权利要求26所述的装置(12)，其特征在于，耦合输入的辅助光束(13)具有在与所述测量射束(30)的至少一个组成部分相同的波长范围内的波长。

28.根据权利要求26所述的装置(12)，其特征在于，设置

-形状稳定的结构，所述扫描仪(29)、所述辅助光源(14)和所述检测装置(16)安置在所述形状稳定的结构上。

29.根据权利要求28所述的装置(12)，其特征在于，

在所述形状稳定的结构上构造有至摄像机接口或者显微镜支架的另外的标准化接口的配对接口(26)，所述配对接口相对于所述显微镜(1)的像平面(6，38)具有确定的位置。

30.根据权利要求22至24中任一项所述的装置(12)，其特征在于，所述辅助光源(14)具有可控制到不同焦距上的液体透镜(37)和透镜控制装置，所述透镜控制装置设计用于

-通过所述液体透镜(37)将所述辅助光束(13)成形，以使得所述辅助光束在所述物平面(5)中被准直或者被聚焦到邻近所述物平面(5)的点上，和/或

-将耦合输入的辅助光束(13)的由所述参考分界面(24)反射的部分(15)在射到所述检测装置(16)上时准直或者聚焦到所述检测装置(16)上。

31.根据权利要求22至24中任一项所述的装置(12)，其特征在于，设置-反射元件(11)，所述反射元件布置在所述显微镜(1)的对应于主成像区域(17)的主光路(9)外部，以使得所述反射元件将所述辅助光束(13)从所述辅助光源(14)耦合输入到所述显微镜(1)中并且将所述辅助光束(13)的由所述参考分界面(24)反射的部分(15)耦合输出到检测装置(16)。

32.根据权利要求23或24所述的装置(12)，其特征在于，设置

-反射元件(11)，所述反射元件布置在所述显微镜(1)的对应于主成像区域(17)的主光路(9)外部，以使得所述反射元件将所述辅助光束(13)从所述辅助光源(14)耦合输入到所述显微镜(1)中并且将所述辅助光束(13)的由所述参考分界面(24)反射的部分(15)耦合输出到检测装置(16)，

-其中，所述反射元件(11)布置为使得其反射面与所述像平面(6，38)相交。

33.根据权利要求22至24中任一项所述的装置(12)，其特征在于，设置-至少一个光学元件(21)，所述至少一个光学元件布置在所述显微镜(1)的对应于所述主成像区域(17)的主光路(9)外部并且使耦合输入到显微镜(1)中的辅助光束(13)和所述辅助光束(13)的由所述参考分界面(24)反射且还未从所述显微镜(1)耦合输出的部分(15)穿过所述至少一个光学元件。

34.根据权利要求33所述的装置(12)，其特征在于，所述至少一个光学元件(21)是λ/2-板(28)。

35.根据权利要求22至24中任一项所述的装置(12)，其特征在于，设置-分光器(22)，所述分光器将所述辅助光束(13)的由所述参考分界面(24)反射的部分(15)与所述辅助光束(13)分离。

36.根据权利要求35所述的装置(12)，其特征在于，

所述分光器(22)是偏振分光器(27)，λ/2-板在物体侧连接在所述偏振分光器下游。

37.根据权利要求22所述的装置(12)，其特征在于，设置-聚焦保持装置，所述聚焦保持装置设计用于使耦合输入的辅助光束(13)的由所述参考分界面(24)反射的部分(15)的入射区域(25)的位置通过补偿检测到的位置改变的、所述参考分界面(24)相对于所述显微镜(1)的移位来保持恒定。

38.根据权利要求23所述的装置(12)，其特征在于，所述另外的平面相对于所述像平面(6，38)的面法线的倾斜度能够在至少+/-5°的范围内被调节。

39.一种显微镜(1)，其具有成像***(2)以及根据权利要求22至38中任一项所述的用于监测所述显微镜(1)的聚焦状态的装置(12)。