(57)【要約】【課題】光学装置と、光路に沿って伝搬する光のスペクトルを制御するために光路に配置された少なくとも１つのスペクトル選択素子と、を含む光学機器に関する。【解決手段】スペクトル選択素子は、少なくとも１つのスペクトルエッジを有する作用面（１２）を有し、この作用面（１２）は自身（１２）への光の入射位置を変化させる。スペクトル選択素子の作用面は、光路内で、作用面への光の入射角の変化によって生じる作用面でのスペクトルエッジの変化が、作用面への光の入射位置の変化によって生じる作用面でのスペクトルエッジの対抗変化によって少なくとも部分的に補償される位置に配置されている。これに代えて、作用面が、光路内で、光学装置の瞳像の位置に配置されてもよい。【選択図】図４
2018097366.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学装置と、光路に沿って伝搬する光のスペクトルを制御するために前記光路に配置された少なくとも１つのスペクトル選択素子と、を含む光学機器であって、
前記スペクトル選択素子は、少なくとも１つのスペクトルエッジを有する作用面（１２）を有し、前記作用面（１２）は、前記作用面（１２）自身への光の入射位置を変化させる光学機器において、
前記光路内で、前記作用面への光の入射角の変化によって生じる前記作用面でのスペクトルエッジの変化が、前記作用面への光の入射位置の変化によって生じる前記作用面でのスペクトルエッジの対抗変化によって少なくとも部分的に補償される位置に、前記スペクトル選択素子の前記作用面が配置されているか、または
前記光路内で、前記光学装置の瞳像の位置に、前記作用面が配置されている、
ことを特徴とする光学機器。
【請求項２】
光学装置と、光路に沿って伝搬する光のスペクトルを制御するために前記光路に配置された少なくとも１つのスペクトル選択素子と、を含む、広視野顕微鏡検査のための光学機器であって、
前記スペクトル選択素子は、少なくとも１つのスペクトルエッジを有する作用面を有し、前記作用面は、前記作用面自身への光の入射位置を変化させる光学機器において、
前記光路内で、前記作用面への光の入射角の変化によって生じる前記作用面でのスペクトルエッジの変化が、前記作用面への光の入射位置の変化によって生じる前記作用面でのスペクトルエッジの対抗変化によって少なくとも部分的に補償される位置に、前記スペクトル選択素子の前記作用面が配置されているか、または
前記光路内で、前記光学装置の瞳像の位置に、前記作用面が配置されている、
ことを特徴とする光学機器。
【請求項３】
前記光学機器は、好ましくは蛍光顕微鏡、明視野顕微鏡、シート面照明部を含むもしくは含まない光シート顕微鏡、広視野多光子顕微鏡、暗視野顕微鏡、位相差顕微鏡または微分干渉顕微鏡の形態の広視野顕微鏡である、
請求項２記載の光学機器。
【請求項４】
光学装置と、光路に沿って伝搬する試料照明用の光のスペクトルを制御するために前記光路に配置された少なくとも１つのスペクトル選択素子と、を含む光学機器であって、
前記スペクトル選択素子は、少なくとも１つのスペクトルエッジを有する作用面を有し、前記作用面は、前記作用面自身への光の入射位置を変化させる光学機器において、
前記光路内で、前記作用面への光の入射角の変化によって生じる前記作用面でのスペクトルエッジの変化が、前記作用面への光の入射位置の変化によって生じる前記作用面でのスペクトルエッジの対抗変化によって少なくとも部分的に補償される位置に、前記スペクトル選択素子の前記作用面が配置されているか、または
前記光路内で、前記光学装置の瞳像の位置に、前記作用面が配置されている、
ことを特徴とする光学機器。
【請求項５】
光学装置と、光路に沿って伝搬する光のスペクトルを制御するために前記光路に配置された少なくとも１つのスペクトル選択素子と、を含む光学機器であって、
前記スペクトル選択素子は、少なくとも１つのスペクトルエッジを有する作用面を定める多層構造体から形成されており、前記作用面は、前記作用面自身への光の入射位置を変化させる光学機器において、
前記光路内で、前記作用面への光の入射角の変化によって生じる前記作用面でのスペクトルエッジの変化が、前記作用面への光の入射位置の変化によって生じる前記作用面でのスペクトルエッジの対抗変化によって少なくとも部分的に補償される位置に、前記スペクトル選択素子の前記作用面が配置されているか、または
前記光路内で、前記光学装置の瞳像の位置に、前記作用面が配置されている、
ことを特徴とする光学機器。
【請求項６】
前記多層構造体は、ファブリペロー装置を形成している、
請求項５記載の光学機器。
【請求項７】
光学装置と、前記光学装置が配置された共通光路に照明光路と検出光路とを統合する少なくとも１つのビームスプリッタと、を含む光学機器であって、
前記ビームスプリッタは、前記照明光路および前記検出光路に沿って伝搬する光のスペクトルを制御するスペクトル選択素子である光学機器において、
前記スペクトル選択素子は、少なくとも１つのスペクトルエッジを有する少なくとも１つの作用面を有し、前記作用面は、前記作用面自身への光の入射位置を変化させ、
前記共通光路内で、前記作用面への光の入射角の変化によって生じる前記作用面でのスペクトルエッジの変化が、前記作用面への光の入射位置の変化によって生じる前記作用面でのスペクトルエッジの対抗変化によって少なくとも部分的に補償される位置に、前記スペクトル選択素子の前記作用面が配置されているか、または
前記共通光路内で、前記光学装置の瞳像の位置に、前記作用面が配置されている、
ことを特徴とする光学機器。
【請求項８】
光学装置と、光路に沿って伝搬する光のスペクトルを制御するために前記光路に配置された少なくとも１つのスペクトル選択素子と、を含む光学機器であって、
前記光路は、顕微鏡のノンデスキャン検出光路ではなく、
前記スペクトル選択素子は、スペクトルエッジを有する少なくとも１つの作用面を有し、前記作用面は、前記作用面自身への光の入射位置を変化させる光学機器において、
前記光路内で、前記作用面への光の入射角の変化によって生じる前記作用面でのスペクトルエッジの変化が、前記作用面への光の入射位置の変化によって生じる前記作用面でのスペクトルエッジの対抗変化によって少なくとも部分的に補償される位置に、前記スペクトル選択素子の前記作用面が配置されているか、または
前記光路内で、前記光学装置の瞳像の位置に、前記スペクトル選択素子の前記作用面が配置されている、
ことを特徴とする光学機器。
【請求項９】
前記スペクトル選択素子の前記作用面は、その面法線が前記光路の光軸に対して予め定められた角度で傾斜するように前記光路に配置されており、
前記作用面は、前記光路の前記光軸に沿って、光の入射角の変化に依存して予め定められた瞳像の位置までの距離を有する、
請求項１から８までのいずれか１項記載の光学機器。
【請求項１０】
前記距離ｚは、式
ｚ≦−２・（ＤＥ／ＤＬ）・Θ・［ｓｉｎ（９０°＋φ０−Θ）／ｓｉｎ（Θ）］
が満足されるように予め定められており、ここで、
ＤＥは、前記作用面への光の入射角に依存したスペクトルエッジの変化を表す入射角分散度であり、
ＤＬは、前記作用面への光の入射位置に依存したスペクトルエッジの変化を表す長手方向分散度であり、
Θは、光の主ビームと前記光路の前記光軸とが前記瞳像の位置でなすゼロでない角度を表し、
φ０は、前記光路の前記光軸に対する前記作用面の面法線の予め定められた傾斜角度を表す、
請求項９記載の光学機器。
【請求項１１】
前記光路の前記光軸に対する前記作用面の面法線の予め定められた傾斜角度は、６５°以下である、
請求項９または１０記載の光学機器。
【請求項１２】
前記スペクトル選択素子の前記作用面のスペクトルエッジは、光の入射位置にともなって単調に変化する、
請求項１から１１までのいずれか１項記載の光学機器。
【請求項１３】
前記作用面への光の入射位置が調整可能となるように、前記光路内で前記スペクトル選択素子を移動させる駆動機構が設けられている、
請求項１から１２までのいずれか１項記載の光学機器。
【請求項１４】
前記スペクトル選択素子は、前記駆動機構により変化軸に沿って移動可能であり、前記変化軸に沿って前記作用面のスペクトルエッジが変化する、
請求項１３記載の光学機器。
【請求項１５】
少なくとも１つの前記スペクトル選択素子が配置された前記光路は、照明光路、または検出光路、または前記照明光路および前記検出光路に共通の光路区間によって形成されている、
請求項１から１４までのいずれか１項記載の光学機器。
【請求項１６】
少なくとも前記スペクトル選択素子は、少なくとも１つのビームスプリッタおよび／または少なくとも１つのエッジフィルタを含む、
請求項１から１５までのいずれか１項記載の光学機器。
【請求項１７】
前記少なくとも１つのエッジフィルタは、少なくとも１つのショートパスフィルタ、少なくとも１つのロングパスフィルタおよび／または少なくとも１つのバンドパスフィルタを含む、
請求項１６記載の光学機器。
【請求項１８】
前記バンドパスフィルタは、前記光路の前記光軸に沿って相前後するように配置されたショートパスフィルタおよびロングパスフィルタから形成されている、
請求項１７記載の光学機器。
【請求項１９】
少なくとも１つの第１の検出モジュールおよび第２の検出モジュールが設けられており、
前記ビームスプリッタは、光をスペクトル分割して、反射により前記第１の検出モジュールへ供給し、透過により前記第２の検出モジュールへ供給する、
請求項１６記載の光学機器。
【請求項２０】
２つの前記検出モジュールに共通利用される検出器が設けられており、前記検出器は、２つの検出器部分を含み、前記２つの検出器部分のうち、一方は、前記ビームスプリッタが反射した光を検出し、他方は、前記ビームスプリッタが透過した光を検出する、
請求項１９記載の光学機器。
【請求項２１】
少なくとも１つの前記ビームスプリッタは、少なくとも２つのビームスプリッタを含み、
前記２つのビームスプリッタのうち、一方は、前記光路において前記瞳像の上流に配置されており、他方は、前記瞳像の下流に配置されている、
請求項１６記載の光学機器。
【請求項２２】
少なくとも３つの検出モジュール（８０，２１０，２２１，２２８）が設けられており、
前記少なくとも２つのビームスプリッタ（１１８，２０３）がビームスプリッタカスケードを形成しており、
前記ビームスプリッタカスケードの第１のビームスプリッタ（１１８）は、光をスペクトル分割して、透過により第１の検出モジュール（８０）へ供給し、反射により前記ビームスプリッタカスケードの第２のビームスプリッタ（２０３）へ供給し、
ついで、前記第２のビームスプリッタ（２０３）は、前記第１のビームスプリッタ（１１８）が反射した光を、透過により第２の検出モジュール（２１０）へ供給し、反射により直接にまたは別のビームスプリッタ（２１４）を介して間接に、第３の検出モジュール（２２１，２２８）へ供給する、
請求項２１記載の光学機器。
【請求項２３】
前記少なくとも１つのビームスプリッタは、少なくとも２つのビームスプリッタを含み、
前記少なくとも２つのビームスプリッタは、前記光路において、双方とも前記瞳像の上流に配置されているかまたは双方とも前記瞳像の下流に配置されている、
請求項１６記載の光学機器。
【請求項２４】
前記光学装置は、結像光学素子、特に対物レンズである、
請求項１から２３までのいずれか１項記載の光学機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光路に沿って伝搬する光のスペクトルを制御するために光路に配置された少なくとも１つのスペクトル選択素子を含む光学機器であって、スペクトル選択素子が、スペクトルエッジを有する作用面を有し、この作用面が自身への光の入射位置を変化させる光学機器、特に顕微鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
多数の光学機器において、光のスペクトル特性を制御するために、光を分解または統合するダイクロイックビームスプリッタとカラーフィルタとが使用されている。これらの素子は、通常、機器を実現する際の選択によってそのスペクトル特性が定められるように構成されており、つまり、機器の動作中にユーザがスペクトル特性を変更することはできない。機器の動作中、例えば、種々のフィルタをフィルタホイールまたはフィルタスライダ上に配置し、用途に応じてこれらのフィルタのうちいずれかが活性となるように切り替えることによって、或る程度の自由度は達成できる。しかし、フィルタ曲線の無段階での変化はこうした配置によっては不可能であり、このことは特に光学顕微鏡の適用において欠点となっている。
【０００３】
一連の顕微鏡検査の適用、特に蛍光顕微鏡検査においては、検査すべき試料が１つもしくはそれぞれ異なる複数の波長または波長領域の光によって照明され、試料から出た光が少なくとも１つの検出器、例えばカメラなどの２次元検出器またはラインディテクタもしくはポイントディテクタによって検出される。この場合、光路内を伝搬する光は、それぞれ異なるスペクトル成分に分離される。よって、例えば落射照明型顕微鏡では、試料が対物レンズを通して照明され、試料から出た光が同じ対物レンズによって集光されることが多い。この場合、照明光と検出光との分離もしくは統合は、通常、照明光と検出光とにつきそれぞれ異なるスペクトル特性に対して構成されたダイクロイックビームスプリッタによって行われる。この場合、検出光は、検出光路において、ダイクロイックビームスプリッタによってそれぞれ異なる検出波長帯域へ分割され、それぞれ異なる検出器で検出される。種々の波長帯域を良好に分離するために、ここでは、検出光路において特に、所望のスペクトル領域以外の光を抑圧するダイクロイックバンドパスフィルタを使用可能である。照明光路においてもダイクロイックバンドパスフィルタが使用され、その使用箇所において、試料へ案内される照明光のスペクトル制限が行われる。
【０００４】
特に顕微鏡検査で使用されるダイクロイックビームスプリッタおよびバンドパスフィルタは、透過率および反射率に関して固定に設定された特性を有する。この場合、励起および検出のためのそれぞれ１つずつのバンドパスフィルタを共通に１つの素子として、例えばフィルタキューブとして含むビームスプリッタを構成することができる。この場合、それぞれ異なるスペクトル特性を有する複数のフィルタキューブを例えば１つのセレクタホイール上に配置でき、このセレクタホイールにより、ユーザは、顕微鏡検査の際、そのつどの用途に最適なフィルタキューブを光路へ導入できる。ただし、こうしたフィルタキューブのスペクトル特性は不変に定められている。そのつどの用途に適したスペクトル特性の選択は、利用可能なフィルタキューブの範囲において行うことしかできない。同じことが、種々の波長帯域を相互に分離するためまたは望ましくない波長帯域を抑圧するために検出光路に配置されるフィルタおよびビームスプリッタにも当てはまる。
【０００５】
独国特許出願公開第１０２００６０３４９０８号明細書（ＤＥ１０２００６０３４９０８Ａ１）では、走査顕微鏡においてエッジフィルタの形態のスペクトル選択素子を使用し、スペクトルエッジとも称される限界波長をフィルタに沿って変化させることが提案されている。この場合、グラジエントフィルタとも称されるこうした素子のスペクトルエッジによって、透過の波長領域が透過の生じない波長領域から分離される。
【０００６】
空間的に変化するスペクトルエッジを有するこうしたエッジフィルタを使用することにより、ユーザが検出器のスペクトル特性を所望に応じて調整することができる。しかし、ここで、独国特許出願公開第１０２００６０３４９０８号明細書（ＤＥ１０２００６０３４９０８Ａ１）では扱われていない問題が発生する。つまり、充分に急峻なスペクトルエッジすなわち充分に鮮鋭な限界波長は、フィルタへ入射する検出光束が充分に小さい直径を有する場合にしか実現されないのである。光束の直径が増大するにつれ、必然的にエッジの急峻性は低下する。エッジの急峻性が小さくなると、これにともなって検出器のスペクトル特性は不正確となる。
【０００７】
また、フィルタのスペクトルエッジ位置は、検出光束がフィルタへ入射する際の入射角に依存する。
【０００８】
従来技術の補完として、刊行物Hamamatsu, "Image Splitting Optics, W-View GEMINI", Technical Note, Jun.2014を挙げておく。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の課題は、機器の動作中、そのスペクトル特性を容易に変化させることのできる光学機器、特に顕微鏡を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この課題は、本発明の各独立請求項の対象によって解決される。有利な発展形態は各従属請求項および以下の説明から得られる。
【００１１】
本発明は、第１の態様では、光学装置と、光路に沿って伝搬する光のスペクトルを制御するために光路に配置された少なくとも１つのスペクトル選択素子と、を含む光学機器に関する。スペクトル選択素子は、スペクトルエッジを有する少なくとも１つの作用面を有し、この作用面は自身への光の入射位置を変化させる。スペクトル選択素子の作用面は、光路内で、作用面への光の入射角の変化によって生じる作用面でのスペクトルエッジの変化が、作用面への光の入射位置の変化によって生じる作用面でのスペクトルエッジの対抗変化によって少なくとも部分的に補償される位置に配置されている。これに代えて、スペクトル選択素子の作用面は、光路内で、光学装置の瞳像の位置に配置されてもよい。
【００１２】
本発明は、第２の態様では、対物レンズと、光路に沿って伝搬する光のスペクトルを制御するために光路に配置された少なくとも１つのスペクトル選択素子と、を含む、広視野顕微鏡検査のための光学機器に関しており、ここで、スペクトル選択素子は、少なくとも１つのスペクトルエッジを有する作用面を有し、この作用面は自身への光の入射位置を変化させる。スペクトル選択素子の作用面は、光路内で、作用面への光の入射角の変化によって生じる作用面でのスペクトルエッジの変化が、作用面への光の入射位置の変化によって生じる作用面でのスペクトルエッジの対抗変化によって少なくとも部分的に補償される位置に配置されている。これに代えて、スペクトル選択素子の作用面は、光路内で、光学装置の瞳像の位置に配置されてもよい。
【００１３】
この場合、光学機器は、好ましくは蛍光顕微鏡、明視野顕微鏡、シート面照明部を含むもしくは含まない光シート顕微鏡、広視野多光子顕微鏡、暗視野顕微鏡、位相差顕微鏡または微分干渉顕微鏡の形態の広視野顕微鏡である。
【００１４】
ただし、本発明の広視野顕微鏡は上述した実施形態に限定されない。むしろ、本発明の広視野顕微鏡には、従来の光学顕微鏡と同様、観察すべき試料領域の全体が同時に結像される形式のあらゆる顕微鏡が含まれる。この点で、本発明の広視野顕微鏡は、例えば共焦点顕微鏡検査のような、結像すべき試料領域が連続的に走査される形式の顕微鏡装置に対して区別されうる。
【００１５】
本発明は、第３の態様では、光学装置と、光路に沿って伝搬する試料照明用の光のスペクトルを制御するために光路に配置された少なくとも１つのスペクトル選択素子と、を含む光学機器に関しており、ここで、スペクトル選択素子は、スペクトルエッジを有する少なくとも１つの作用面を有し、この作用面は自身への光の入射位置を変化させる。スペクトル選択素子の作用面は、光路内で、作用面への光の入射角の変化によって生じる作用面でのスペクトルエッジの変化が、作用面への光の入射位置の変化によって生じる作用面でのスペクトルエッジの対抗変化によって少なくとも部分的に補償される位置に配置されている。これに代えて、スペクトル選択素子の作用面は、光路内で、光学装置の瞳像の位置に配置されてもよい。
【００１６】
本発明は、第４の態様では、光学装置と、光路に沿って伝搬する光のスペクトルを制御するために光路に配置された少なくとも１つのスペクトル選択素子と、を含む光学機器に関しており、ここで、スペクトル選択素子は、少なくとも１つのスペクトルエッジを有する作用面を定める多層構造体から形成されており、作用面は自身への光の入射位置を変化させる。スペクトル選択素子の作用面は、光路内で、作用面への光の入射角の変化によって生じる作用面でのスペクトルエッジの変化が、作用面への光の入射位置の変化によって生じる作用面でのスペクトルエッジの対抗変化によって少なくとも部分的に補償される位置に配置されている。これに代えて、スペクトル選択素子の作用面は、光路内で、光学装置の瞳像の位置に配置されてもよい。
【００１７】
この実施形態では、スペクトル選択素子は、例えば多層干渉フィルタまたは多層ファブリペローフィルタとして構成される。
【００１８】
本発明は、第５の態様では、光学装置と、この光学装置が配置された共通光路に照明光路と検出光路とを統合する少なくとも１つのビームスプリッタと、を含む光学機器に関しており、ここで、ビームスプリッタは、照明光路および検出光路に沿って伝搬する光のスペクトルを制御するスペクトル選択素子である。スペクトル選択素子は、少なくとも１つのスペクトルエッジを有する作用面を有し、この作用面は自身への光の入射位置を変化させる。スペクトル選択素子の作用面は、共通光路内で、作用面への光の入射角の変化によって生じる作用面でのスペクトルエッジの変化が、作用面への光の入射位置の変化によって生じる作用面でのスペクトルエッジの対抗変化によって少なくとも部分的に補償される位置に配置されている。これに代えて、スペクトル選択素子の作用面は、共通光路内で、光学装置の瞳像の位置に配置されてもよい。
【００１９】
本発明は、第６の態様では、光学装置と、光路に沿って伝搬する光のスペクトルを制御するために光路に配置された少なくとも１つのスペクトル選択素子と、を含む光学機器に関しており、ここで、光路は、顕微鏡のノンデスキャン検出光路ではない。スペクトル選択素子は、少なくとも１つのスペクトルエッジを有する作用面を有し、この作用面は自身への光の入射位置を変化させる。スペクトル選択素子の作用面は、光路内で、作用面への光の入射角の変化によって生じる作用面でのスペクトルエッジの変化が、作用面への光の入射位置の変化によって生じる作用面でのスペクトルエッジの対抗変化によって少なくとも部分的に補償される位置に配置されている。これに代えて、スペクトル選択素子の作用面が、光路内で、光学装置の瞳像の位置に配置されてもよい。
【００２０】
本発明の上述した態様にしたがって設けられる光学機器は、好ましくはそれぞれ顕微鏡として構成される。
【００２１】
また、各光学機器において使用される光学装置は、好ましくは結像光学素子、特に対物レンズである。
【００２２】
本発明では、光路において、スペクトル選択素子の作用面の２通りの交番的な配置が行われる。第１の配置では、作用面は、作用面への光の入射角の変化によって生じる作用面のスペクトルエッジの変化が、作用面への光の入射位置の変化によって生じる作用面でのスペクトルエッジの対抗変化によって少なくとも部分的に補償される位置に置かれる。第２の配置では、作用面は、光学装置の瞳像の位置に置かれる。
【００２３】
上述した第１の配置では、作用面への光の入射角の変化は、例えば、種々の対象物点に由来する光を種々の光束から形成し、その主ビームが光路の光軸に対する種々の傾角および相応の種々の入射角を有するようにすることで実現可能となる。これは、例えば、本発明の光学機器が広視野顕微鏡として使用される場合である。また、作用面への光の入射角の変化は、例えば、光を光路内で走査運動させ、その入射角度を連続的に時間変化させることで生じさせることもできる。これは、例えば、走査顕微鏡の検出光路において、いわゆるノンデスキャンディテクタ、すなわち、検出光束を受信する検出器が、検出光束を予め走査ユニットに戻さず、走査運動において照明光束が試料の上方でガイドされるようにこの照明光束を偏向するケースがそうである。
【００２４】
当該第１の配置では、スペクトル選択素子の作用面は、光路の光軸に対して好ましくは垂直ではなく、斜めに配置される。当該斜め位置により、垂直の配向とは異なり、スペクトルエッジの位置が入射角領域全体にわたって入射角とともに単調に変化する。このため、入射角に依存するエッジ位置のシフトを、スペクトル選択素子の作用面への光の入射位置の変化によって生じ、同様に単調に行われるエッジ位置の対抗シフトによって補償することができる。
【００２５】
上述した第２の配置は、特に、スペクトル選択素子の作用面が光路の光軸に対して垂直であるかまたはいずれの場合にもほぼ垂直に配置されており、かつ光束が素子の作用面へ入射する際の（スペクトル選択素子の鉛直線に対する）最大入射角が過度に大きくない場合に、有益に適用可能である。この場合、作用面を瞳像の位置に配置することにより、作用面への光の入射位置の変化によって生じるスペクトルエッジのシフトが回避される一方、入射角の変化によって生じるスペクトルエッジのシフトは比較的小さくなり、ひいては許容可能となる。典型的には、このことは、３５°以下の入射角、好ましくは３０°以下の入射角度、最良には２０°以下の入射角について当てはまる。
【００２６】
スペクトル選択素子が瞳像の位置またはいずれの場合にもその直接近傍に配置される第２の配置では、種々の対象物点に由来する光の主ビームが少なくとも近似的に作用面の同じ位置に入射するため、同様にスペクトルの点でも作用面の影響を受ける。スペクトル選択素子が例えばフィルタとして構成されていれば、種々の対象物点に由来する光の主ビームは、この場合、同じフィルタ作用を受けることになる。
【００２７】
当該第２の配置では、スペクトル選択素子は、例えばエッジフィルタ、例えばショートパスフィルタ、ロングパスフィルタまたはバンドパスフィルタを形成する。ここで、バンドパスフィルタは、光路の光軸に沿って相前後するように配置されたショートパスフィルタおよびロングパスフィルタから形成することができる。
【００２８】
スペクトルエッジすなわち反射と透過との間の限界波長は、例えば、ちょうど５０％の透過率の値を取る波長として定義される。しかし、当該スペクトルエッジを別様に定義してもよいことは明らかである。
【００２９】
好ましくは、第１の配置でのスペクトル選択素子の作用面は、その面法線が光路の光軸に対して予め定められた角度で傾斜するように光路に配置され、作用面は、光路の光軸に沿って、光の入射角の変化に依存して予め定められた瞳像の位置までの距離を有する。
【００３０】
上述した距離ｚは、好ましくは、式
ｚ≦−２・（ＤＥ／ＤＬ）・Θ・［ｓｉｎ（９０°＋φ０−Θ）／ｓｉｎ（Θ）］
が満足されるように予め定められ、ここで、ＤＥは、作用面への光の入射角に依存したスペクトルエッジの変化を表す入射角分散度であり、ＤＬは、作用面への光の入射位置に依存したスペクトルエッジの変化を表す長手方向分散度であり、Θは、光の主ビームと光路の光軸とが瞳像の位置でなす角度を表し、φ０は、光路の光軸に対する作用面の面法線の予め定められた傾斜角度を表す。上掲の式については後に詳述する。
【００３１】
光路の光軸に対する作用面の面法線の予め定められた傾斜角度は、例えば６５°以下であり、好ましくは４５°以下であり、特に好ましい実施形態では３０°以下である。この場合、スペクトル選択素子は、好ましくは、光路内で、反射面すなわち入射ビームおよび反射ビームによって展開される平面が作用面のスペクトルエッジの変化の方向に対して平行となるように配置される。
【００３２】
好ましくは、本発明の光学機器は、作用面への光の入射位置が調整可能となるよう、光路のスペクトル選択素子を調整すべく構成された駆動機構を有する。当該駆動機構は、例えば、機械式、ニューマチック式、電気式または圧電式の駆動機構として構成される。したがって、例えば、電気モータを用いてスペクトル選択素子の所望の位置を調整することができる。当該調整は、ユーザ自身が相応のソフトウェアを用いて行うことができる。また、駆動機構を自動制御してもよい。
【００３３】
好ましくは、スペクトル選択素子は、駆動機構により、作用面のスペクトルエッジを変化させる変化軸に沿って移動可能である。スペクトル選択素子の作用面が例えば長方形の形状を有する場合、当該長方形の長辺に対して平行に延在する変化軸に沿ってこの作用面を駆動機構により移動させ、所望のスペクトルエッジを調整することができる。これに対して、例えば、作用面のスペクトルエッジが円に沿って変化するようにスペクトル選択素子が構成される場合、作当該用面を駆動機構により回転させ、エッジ位置を調整することもできる。
【００３４】
また、スペクトル選択素子は光路に沿ってシフト可能に構成され、これにより光路の光軸に沿った作用面から瞳像までの距離をフレキシブルに適応化することができる。こうしたシフトも、駆動機構により、上述した方式で、好ましくは自動で行うことができる。各駆動機構は、固定のプログラムフローに基づいて、または光強度もしくはビーム位置などの所定の測定データに応答した閉ループ制御により、駆動することができる。この場合特に、各駆動機構により、測定前または測定中、各駆動機構に対応する配置を適応化し、これにより例えばエッジ位置に残留しているシフト量をダイナミックに補償することができる。
【００３５】
好ましくは、少なくとも１つのスペクトル選択素子が配置された光路は、照明光路もしくは検出光路、または照明光路および検出光路に共通の光路区間によって形成される。最後に挙げた実施形態では、スペクトル選択素子は、照明光路と検出光路の分離および／または統合に用いられる。
【００３６】
好ましくは、少なくとも１つのスペクトル選択素子は、少なくとも１つのビームスプリッタおよび／または少なくとも１つのエッジフィルタを含む。
【００３７】
少なくとも１つのエッジフィルタは、好ましくは、少なくとも１つのショートパスフィルタ、少なくとも１つのロングパスフィルタおよび／または少なくとも１つのバンドパスフィルタを含む。
【００３８】
好ましくは、こうしたバンドパスフィルタは、光路の光軸に沿って相前後するように配置されたショートパスフィルタおよびロングパスフィルタから形成される。
【００３９】
光学機器の構造をいっそうコンパクトに形成するために、有利には、それぞれ異なるフィルタ領域もしくはスプリッタ領域を含む複数のスペクトル選択素子が相前後するように配置される。これにより、例えば、スペクトルエッジを最小値から中間値まで変化させる第１のフィルタ領域もしくはスプリッタ領域を含む第１の基板を設けることができる。さらには、スペクトルエッジを上述した中間値から最大値まで変化させる第２のフィルタ領域もしくはスプリッタ領域を含む第２の基板を設けることもできる。上述した２つの基板が例えば検出光路に相前後するように配置される場合、所望のスペクトルエッジを含む基板を検出光路に導入し、他方の基板を光路から遠ざけるという方式で、これらの基板を使用することができる。付加的に、これらの基板が、波長に依存しない高い透過率を有する領域を有してもよい。これにより、ちょうど不活性に切り換えられた基板を光路内に残しておき、波長に依存しない高い透過率を有する領域のみを光路に導入することができる。
【００４０】
好ましくは、本発明の光学機器は、少なくとも第１の検出モジュールおよび第２の検出モジュールを有し、ビームスプリッタは、光をスペクトル分割して、反射により第１の検出モジュールへ供給し、透過により第２の検出モジュールへ供給する。当該実施形態では、検出光を特に簡単に２つの検出モジュールへ可変に分配することができる。
【００４１】
好ましくは、２つの検出モジュールに共通利用される検出器が設けられ、この検出器は２つの検出器部分を含み、これら２つの検出器部分のうち一方はビームスプリッタが反射した光を検出し、他方はビームスプリッタが透過した光を検出する。共通利用される検出器として、好ましくは、ラインディテクタまたは２次元検出器もしくはアレイディテクタ、例えばＣＣＤ，ＥＭＣＣＤ，ｓＣＭＯＳもしくはＱＩＳ（量子像センサ）を使用可能である。読み出されるセンサ素子の一部分が一方の検出器部分に属し、他の部分が他方の検出器部分に属するように、唯一の検出器を２つ以上の検出モジュールに利用すると有利である。なぜなら、１つには、多値検出器が高価であるため、もう１つには、観察される像野が共通の検出器の各検出器部分によって検出可能な程度に充分に小さいことが多いためである。
【００４２】
各検出モジュールの光路では部分的に大きなアパーチャが生じるので、有利には、結像収差を小さく保つために、検出モジュールにおいて非球面レンズが使用される。特に有利には、当該非球面レンズは、付加的に、色消し作用を有するように構成される。
【００４３】
好ましくは、光学機器は少なくとも２つのビームスプリッタを含み、これらのビームスプリッタのうち１つは、光路において瞳像の上流に配置され、別の１つは瞳像の下流に配置される。２つのビームスプリッタが同じ長手方向分散度および同じ入射角分散度を有する場合には、これらを瞳像の上流および下流の同じ距離の位置に配置することができる。このことは、特に簡単かつコンパクトな構造のために好都合である。
【００４４】
別の実施形態では、瞳像の上流にそれぞれ異なる距離で配置されかつそれぞれ異なる分散度を有する少なくとも２つのビームスプリッタが設けられ、かつ／または瞳像の下流にそれぞれ異なる距離で配置されかつそれぞれ異なる分散度を有する少なくとも２つのビームスプリッタが設けられる。当該構成は、各スペクトル選択素子から瞳像までの距離が特にこの素子の分散度に依存するという認識を基礎としている。これにより、瞳像の上流にも瞳像の下流にも２つ以上のスペクトル選択素子を配置でき、ここで、対応する瞳の一方側に位置する各スペクトル選択素子は、それぞれ異なる分散度を有する。
【００４５】
本発明の光学機器は、通常、干渉フィルタとともに動作し、フィルタを介したスペクトル特性が空間的に一定である従来の装置に比べ、機器に使用されるスペクトル選択素子を適切に調整することで、個々の各検出チャネルのスペクトル特性をユーザが像を取得する直前まで設定できるという大きな利点を有する。当該利点は、設けられる検出チャネルの数が大きくなるにつれて顕著となる。こうした背景から、光学機器に少なくとも３つの検出モジュールが設けられ、ここで、少なくとも２つのビームスプリッタがビームスプリッタカスケードを形成し、その第１のビームスプリッタは、光をスペクトル分割して、透過により第１の検出モジュールへ供給し、反射によりビームスプリッタカスケードの第２のビームスプリッタへ供給し、ついでこの第２のビームスプリッタは、第１のビームスプリッタが反射した光を、透過により上述した第２の検出モジュールへ供給し、反射により、直接にまたは別のビームスプリッタを介して間接に第３の検出モジュールへ供給する。当該実施形態は、上述したビームスプリッタを形成する本発明のスペクトル選択素子が、スペクトルエッジに基づき、高い透過率のスペクトル領域よりも高い反射率のスペクトル領域のほうが大きい特性を有するという認識を基礎としている。３つ以上の検出モジュールを有する装置が構成される場合、できるだけ大きなスペクトル自由度を得るため、検出モジュールのカスケード化は、透過率でなく反射率によって行うことができる。
【００４６】
別の有利な実施形態では、上述したビームスプリッタは、自身がそれぞれ対応する検出モジュールへ透過により供給した検出光束のスペクトル成分の波長が、ビームスプリッタカスケード内で連続して低下するように構成される。つまり、装置が複数の検出モジュールから形成される場合、個々の各検出モジュールは、最大でも、検出光のうち他の検出モジュールが検出しない部分しか検出しえない。したがって、当該実施形態は、検出光のうち最大の光波長を有するスペクトル成分を、検出光路の第１の検出モジュール、すなわち第１のビームスプリッタを透過した下流に配置された検出モジュールへ偏向するように構成される。相応に、検出光のうち２番目に大きい光波長を有するスペクトル成分は、検出光路における第２の検出モジュール、すなわち第２のビームスプリッタを透過した下流に配置された検出モジュールへ偏向される。この場合、他のスペクトル成分は同様の方式で他の検出モジュールへ分配される。したがって、ビームスプリッタはロングパスビームスプリッタとして構成される。
【００４７】
このように、上述した実施形態に関連して、検出モジュールのカスケード化は、ビームスプリッタでの反射によるだけでなく、検出モジュールによって検出される検出光のスペクトル成分の波長によっても行われる。
【００４８】
ビームスプリッタの反射率は通常透過率より高いので、ビームスプリッタカスケードは光効率の増大という利点を提供する。なぜなら、検出光が、その経路において、それぞれ正確に１つのみのビームスプリッタを経て各検出モジュールへ送信されるからである。
【００４９】
上述した形式のビームスプリッタカスケードは、相応の構成では、光学機器の照明光路に設けることもできる。
【００５０】
本発明を以下に図に即して詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明のスペクトル選択素子を示す概略図である。
【図２】スペクトル選択素子の本発明の第１の配置を示す概略図である。
【図３】スペクトル選択素子の本発明の第１の配置の修正形態を示す概略図である。
【図４】本発明の顕微鏡の実施例を示す図である。
【図５】図４に示されている実施形態の瞳結像系の光路を示す図である。
【図６】本発明の顕微鏡の別の実施形態を示す図である。
【図７】本発明の顕微鏡の別の実施形態を示す図である。
【図８】本発明の顕微鏡の別の実施形態を示す図である。
【図９】本発明の顕微鏡の別の実施形態を示す図である。
【図１０】本発明の顕微鏡の別の実施形態を示す図である。
【図１１】本発明の顕微鏡の別の実施形態を示す図である。
【図１２】本発明の顕微鏡の別の実施形態を示す図である。
【図１３】本発明の顕微鏡の別の実施形態を示す図である。
【図１４】本発明の顕微鏡の別の実施形態を示す図である。
【図１５】図１４に示されている実施形態の瞳結像系の光路を示す図である。
【図１６】本発明の顕微鏡の別の実施形態を示す図である。
【図１７】本発明の顕微鏡の別の実施形態を示す図である。
【図１８】図１７に示されている実施形態の瞳結像系の光路を示す図である。
【図１９】本発明の顕微鏡の別の実施形態を示す図である。
【図２０】本発明の顕微鏡の別の実施形態を示す図である。
【図２１】本発明の顕微鏡の別の実施形態を示す図である。
【図２２】多層ファブリペローフィルタとしてのスペクトル選択素子の実施例を示す図である。
【図２３】多層干渉フィルタとしてのスペクトル選択素子の実施例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００５２】
以下にまず、図１を参照しながら、本発明にしたがって照明光および／または検出光のスペクトル制御のために光学機器、特に顕微鏡において使用されるスペクトル選択素子１０の特性を説明する。
【００５３】
図１の実施例では、スペクトル選択素子１０は、可変のエッジフィルタ、例えばロングパスフィルタもしくはショートパスフィルタである。当該エッジフィルタは、ロングパスフィルタとして、予め定められた限界波長を上回るスペクトルのみまたはスペクトルエッジのみを透過し、その一方、ショートパスフィルタとして、限界波長を下回るスペクトルのみを透過する。ただし、下述の説明はフィルタに限定されず、相応に、本発明の素子１０がスペクトルエッジを上回るスペクトルを透過し、その一方、スペクトルエッジを下回るスペクトルを定められた方式で反射する（またはその逆に動作する）スペクトル選択性のビームスプリッタを形成する場合にも当てはまることに注意されたい。
【００５４】
図１の実施例では、スペクトル選択素子１０は、変化軸Ｖに沿ってスペクトル有効長さＬを有する作用面１２を有する。図１では、変化軸Ｖは、ｘで示された長手方向に対して平行に、ｙで示された幅方向に対して垂直に存在している。
【００５５】
素子１０は、そのスペクトルエッジが光の入射位置にともない変化軸Ｖに沿って変化するという特性を有する。したがって、変化軸Ｖは分散軸とも称される。
【００５６】
スペクトルエッジが光の入射位置にともなって変化軸Ｖに沿って変化することは、後に詳述するように、線形に、または非線形に、例えば２乗的もしくは指数的もしくは他の方式で、行うことができる。これに対して、エッジフィルタ１０のスペクトル特性、特にそのスペクトルエッジは、図１の実施例では、変化軸Ｖに対して垂直な幅方向ｙでおおよそ一定である。光がエッジフィルタ１０の作用面１２に形成する光点は、図１に参照番号１４で示されている。
【００５７】
以下の説明では、スペクトルエッジ、すなわち透過と非透過もしくは反射との間の限界波長は、ちょうど５０％の透過率を有する波長として定義されているものとする。方向ｘ（図１を参照）すなわち変化軸Ｖに沿った光の入射位置の周囲でのスペクトルエッジの変化は、数学的には、導関数
【数１】
2018097366.tif 000003
によって記述される。ここで、θは、作用面１２に対して垂直に延在する面法線に対する光の主ビームの入射角を有している。当該導関数は、長手方向分散度ＤＬを記述している。また、量ｘ０はｘ方向での基準位置（図１を参照）であり、θ０はスペクトル選択素子１０の設計時の設計入射角である。長手方向分散度ＤＬが一定であるかまたはほぼ一定である場合、スペクトルエッジは線形に変化する。この場合、スペクトル選択素子１０は、線形の可変ビームスプリッタまたは線形の可変フィルタである。
【００５８】
作用面１２への光の入射角に依存したスペクトルエッジの変化は、数学的には、導関数
【数２】
2018097366.tif 000004
によって記述される。当該導関数は、入射角分散度Ｄｅを記述している。
【００５９】
図１のスペクトル選択素子１０が例えばビームスプリッタとしてまたはフィルタとして光学機器、特に顕微鏡内で使用される場合、用途に応じて、スペクトル選択素子１０の作用面１２への光の入射角に変化が生じうることに注意されたい。したがって、例えば広視野顕微鏡では、種々の対象物点に由来する光束の主ビームが、種々の視野角に対し、スペクトル選択素子１０の作用面１２の通常それぞれ異なる領域を通過する。よって相応に、当該光は、入射角に依存して種々のフィルタリング作用を受ける。言い換えれば、スペクトル選択素子１０の作用面１２は、入射角または視野角に依存して変化するフィルタ関数を有する。
【００６０】
上述した問題は、スペクトル選択素子１０の作用面１２への光の入射角が、種々の視野角によってではなく、例えば走査顕微鏡の照明光路もしくは検出光路において行われるような光の走査運動によって変化する場合にも生じる。当該問題は、スペクトル選択素子１０が、光学機器の対物レンズを含む瞳像の位置に配置される場合に回避される。すなわち、瞳像の位置で、種々の対象物点から出た種々の光束の主ビームが光路の光軸に当たる。この場合、主ビームは、軸を外れた点から出るビームであり、入射瞳の平面（場合によりその延長線上）、アパーチャ絞りの平面および出射瞳の平面（場合によりその延長線上）において、光軸と交差する。観察される対象物点から出て光学装置を通って走行する他の全てのビームは、主ビームまたは対称ビームの周囲に位置する。第１の配置として上述したスペクトル選択素子１０の配置により、全ての対象物点に対する光が、スペクトル選択素子１０を通る際にほぼ等しいフィルタ関数の作用を受ける。同じことが、光の走査運動によって生じる入射角の変化の場合にも当てはまる。
【００６１】
ここで、素子１０の所望のスペクトル特性に関して、作用面１２に入射する光のビーム直径を無視できないことから、別の問題も生じる。このことは、図１の図示において、光点１４の直径Ｄによって示されている。ここでは、顕微鏡対物レンズの出射瞳の直径、ひいては作用面１２に入射する光のビーム直径は、典型的には、１０ｍｍから２０ｍｍまでの領域にある。当該直径に対して、純粋に例示にすぎないが、素子Ｌの長さが過度に大きくならないよう、エッジ波長領域４００ｎｍから８００ｎｍまでの典型的なエッジ波長領域において、約１０ｎｍ／ｍｍのスペクトル選択素子１０の長手方向分散度ＤＬが設定される。この場合、１０ｍｍから２０ｍｍまでの範囲のビーム直径に対して、スペクトル選択素子１０のフィルタ関数は、１００ｎｍから２００ｎｍの幅を有するエッジ波長領域にわたって平均される。これにより、当該領域にわたるエッジ波長のいわゆるぼけが生じる。
【００６２】
この問題は、光のビーム直径を低減することで回避できる。ただしこの場合、こうしたビーム直径の低減によって同程度の入射角の拡大が生じることに配慮しなければならない。つまり、顕微鏡対物レンズから出た主ビームは、所望の像野に基づいて±２°の典型的な角度領域を有する。例えば、係数１０でのビーム直径の低減、すなわち１ｍｍから２ｍｍの領域へのビーム直径の低減により、上述した角度領域を±２０°まで拡大させうる。これにより、（下掲する式（８）によれば）角度領域におけるエッジ波長の強い変化、ひいては像全体にわたるエッジ波長の強い変化が生じる。
【００６３】
上述した問題を回避するための本発明の手段は、一方では、スペクトル選択素子１０に入射する光のビーム直径をスペクトルエッジのぼけに関して許容可能な程度まで低減することにあり、他方では、スペクトル選択素子１０を、光路内で、作用面１２への光の入射位置の変化によるエッジ波長のシフトが入射角の変化によるエッジ波長の対抗シフトに対応する位置に配置することにある。本発明の第１の配置として上述したスペクトル選択素子１０のこうした配置については、図２を参照しながら以下に説明する。
【００６４】
まず、図２の図示は大幅に簡略化されており、スペクトル選択素子１０の本発明の第１の配置を説明するためのみに用いられることに注意されたい。
【００６５】
図２には、対象物６００から到来してレンズ装置６０４を通り、スペクトル選択素子１０の作用面１２へ配向される平行な光束６０２が示されている。光束６０２はレンズ装置６０４を通して、図２において光束６０２の参照番号６０６で示された主ビームが光路の光軸Ｏに対して角度Θだけ傾斜するように、偏向される。この場合、光束６０２の主ビーム６０６は、図２に参照番号６０８で示されている瞳像の位置で、光軸Ｏと交差する。光軸Ｏに沿って作用面１２が瞳像６０８の位置に対して有する距離は、図２では参照記号ｚで示されている。作用面１２は、光軸Ｏに対し、面法線が光軸Ｏに対して角度φ０を有するように傾斜される。図２にはさらに、主ビーム６０６と作用面１２の面法線とが相互になす角度θ、および変化軸Ｖ（図１を参照）に沿って測定される、作用面１２に入射する主ビーム６０６が光軸Ｏと作用面１２との交点に対して有する距離ｘも示されている。
【００６６】
ここでは、図２の図示が大いに簡単化されていることに注意されたい。観察されている光学装置は、入射瞳および出射瞳を有する複数の部分装置から成ることが基礎となっている。顕微鏡の場合、瞳は対物レンズの出射瞳である。
【００６７】
平行な光束６０２は入射角θで作用面１２へ入射するので、光束６０２の主ビーム６０６は、光軸Ｏからの距離ｘの位置で、作用面１２に入射する。本発明の配置について、入射角θが角度φ０以下であることが成り立たなければならない。また、距離ｚが０より大きいことも前提条件である。
【００６８】
上述した前提条件のもとで、距離ｘは、
ｘ＝ｚ［ｓｉｎ（φ０−θ）／ｓｉｎ（９０°＋θ）］  （１）
のように計算される。
【００６９】
光束６０２の主ビーム６０６は、入射角θが変化するにつれて、スペクトル選択素子１０の作用面１２の種々の位置へ入射する。これにより、光束６０２は、入射角にともなって変化するエッジ波長を有するフィルタ作用を受ける。当該作用は、本発明によれば、作用面１２での光の入射位置の変化によるエッジ波長のシフトを、入射角θの変化によるエッジ波長の対抗シフトに対応させることにより、補償される。このことは、数学的には、式
ｘ・ＤＬ＝−（φ０−θ）・ＤＥ  （２）
によって記述される。
【００７０】
この場合、φ０＝θ０が成り立たなければならない。なぜなら、スペクトル選択素子１０の作用面１２は光軸Ｏに対して設計された角度で配置されているからである。
【００７１】
瞳像６０８の位置での光軸Ｏに対する主ビーム６０６の角度Θは、
Θ＝φ０−θ  （３）
のように計算される。式（１）は、式（３）を用いて、
ｘ＝ｚ［ｓｉｎ（Θ）／ｓｉｎ（９０°＋φ０−Θ）］  （４）
のように書き換え可能である。式（２），（３），（４）から、
ｚ＝−（ＤＥ／ＤＬ）・Θ・［ｓｉｎ（９０°＋φ０−Θ）／ｓｉｎ（Θ）］  （５）
が得られる。
【００７２】
さらに、条件
ｚ＝−（ＤＥ／ＤＬ）・Θ０・［ｓｉｎ（９０°＋φ０−Θ０）／ｓｉｎ（Θ０）］  （６）
を満足する角度Θ０を有する主ビームが存在する。入射角ＤＥおよび長手方向分散度ＤＬは異なる符号を有する。つまり、角度Θ０は、入射位置の変化によるエッジ位置のシフトが入射角に依存するエッジ位置のシフトによって補償され、同時に主ビームの全角度領域において、所望の補償からの偏差が最小となる、主ビームの角度である。
【００７３】
所望の補償のために、全ての主ビームの角度Θ≠０に対して、少なくとも、条件
ｚ≦−２・（ＤＥ／ＤＬ）・Θ・［ｓｉｎ（９０°＋φ０−Θ）／ｓｉｎ（Θ）］  （７）
が当てはまる。
【００７４】
以下では、入射角分散度ＤＥおよび式（４）に対して近似が行われる（下掲の式（９），（１０）を参照）。当該近似は、具体的な実施例に合わせて調整される。ただし、本発明の手段の別の技術的な実現形態を可能にする他の近似も可能である。いずれの場合にも、入射位置の変化によるエッジ位置のシフトが入射角に依存するエッジ位置のシフトによって補償され、同時に主ビームの全角度領域における補償からの偏差が最小となることが目指される。
【００７５】
垂直の光入射に対して構成された干渉フィルタでの入射角によるスペクトルエッジの変化は、式
【数３】
2018097366.tif 000005
によって記述される（Warren J. Smith, Modern Optical Engineering, Third Edition, McGraw-Hill, 2000, 第208頁）。
【００７６】
ここで、θ０は、フィルタの設計入射角であり、ｎは有効屈折率である。式（８）は、厳密にはθ０＝０°近傍の角度のみに当てはまると見なすべきであるが、近似的に、θ０＞０°の入射角、例えばθ０＝４５°を中心とした角度領域の入射角に対して使用することもできる。定数
【数４】
2018097366.tif 000006
を含む式（８）の導関数
【数５】
2018097366.tif 000007
は、一般には干渉フィルタでの光の入射角によるエッジ波長の変化、特には本発明のスペクトル選択素子１０への光の入射角によるエッジ波長の変化を記述する。
【００７７】
式（１）は、定数ｋにより、例えば、線形の適応化関数
ｘ＝ｚ・ｋ・（φ０−θ）  （１０）
のようなテイラー展開を用いて、近似することができる。
【００７８】
式（２）から、式（９），（１０）を用いて、
【数６】
2018097366.tif 000008
が得られる。式（１１）の解は、式
λｋａｎｔｅ（ｘ，θ０）＝λ０・ｅｘｐ［（−α／（ｚ・ｋ））・ｘ］  （１２）
となる。ここで、λ０は開始波長、すなわちｘ座標のゼロ点での波長である。
【００７９】
式（１２）は、スペクトルエッジが変化軸Ｖに沿って、すなわちｘ方向で（図１を参照）、指数的に変化する具体的な技術実現形態を表している。また、例えば、線形方式または２乗方式または他の方式で変化するスペクトルエッジの特性を有する他の実現形態も可能である。
【００８０】
図２に示されているように、スペクトル選択素子１０をｘ方向でシフトする駆動装置６０９が設けられており、これにより、作用面１２への光の入射位置ひいては位置依存性のスペクトル特性を所望に応じて調整することができる。当該駆動装置６０９は制御ユニット６１１を用いて駆動される。当該駆動装置６０９は付加的に、ｚ方向すなわち光軸に沿ってスペクトル選択素子１０を移動させられるように構成されてもよい。
【００８１】
光の入射位置の変化によるエッジ位置のシフトを入射角に依存するエッジ位置のシフトによって補償するために、スペクトル選択素子（１０）を瞳像６０８までの距離ｚの位置に配置する手段のほか、スペクトル選択素子１０を図３の図示に相応に対象物の像６０８またはこれに共役な平面（もしくは対象物そのもの）までの距離ｚ’の位置に配置することにより、所望の補償を達成することもできる。距離ｚ’の計算は、図２に示されている距離ｚの計算に相応に行われる。図３では、角度φ’は、光軸Ｏと作用面１２の面法線とのなす角度を表している。角度θ’は、作用面１２の面法線に対する相応のビームの入射角を表している。角度Θ’＝φ０’−θ’は、ビームと光軸Ｏとのなす角度を表している。
【００８２】
図３の配置では、個々の対象物点または像点に対してきわめて良好な補償が得られる。エッジ幅に関するぼけはほとんど生じない。これに対して、像野にわたるスペクトル特性の変化は生じ、これは像野が大きくなるにつれて増大する。したがって、図３の配置は特に小さい像野に対して有利である。
【００８３】
以下では、本発明の光学機器の、それぞれ図１に示された形式の１つもしくは複数のスペクトル選択素子を含む種々の実施形態を説明する。この場合、スペクトル選択素子は、それぞれ、図２，図３による対応する光路の光軸に対して斜めの状態であって、瞳像までの距離ｚの位置もしくは対象物像までの距離ｚ’の位置に配置されるか、または光軸に対して直交もしくはほぼ直交の配向状態で、瞳像の位置もしくは少なくともその直接近傍の位置に配置される。
【００８４】
図４には、本発明の光学機器の実施例としての顕微鏡４００の概略図が示されている。顕微鏡４００は、光路４０４に配置された対物レンズ４０２を有する。光路４０４を伝搬する光４０６は、２つのレンズ４０８，４１０から形成されるレンズ装置を通過し、これら２つのレンズ４０８，４１０間に試料４１４の像４１２が形成される。
【００８５】
顕微鏡４００はさらに、ビームスプリッタ４５２の形態の本発明のスペクトル選択素子を含む。ビームスプリッタ４５２の作用面は、光路４０４の光軸Ｏに対して角度４５°で配置されている。ビームスプリッタ４５２は、光４０６の第１のスペクトル成分を、光路４０４から分岐する部分光路４１６へ偏向する機能を有する。光４０６のうち、第１のスペクトル成分と異なる第２のスペクトル成分は、ビームスプリッタ４５２を透過する。
【００８６】
図５には、図４の装置に属する瞳結像系の光路が示されている。図５に示されているように、ビームスプリッタ４５２は、光路４０４内の、対物レンズ４０２の瞳４２０の像４１８から離間した位置に配置されている。この場合、瞳像４１８からの距離は、好ましくは式（７）にしたがって設定される。瞳結像系のビームは、図５では、参照番号４０３，４０５，４０７によって示されている。
【００８７】
図４，図５の装置では、スペクトル選択素子４５２は、試料４１４から出る検出光をスペクトル分割するビームスプリッタの機能を有する。ただし、図示の配置において、スペクトル選択素子４５２を、別個の２つの光源から放出された異なるスペクトル組成を有する照明光を光路４０４での反射および透過によって結合するビームコンバイナとして利用することもできる。
【００８８】
図６には、別の実施例としての顕微鏡４２０が示されている。顕微鏡４２０は、瞳４２４を有する対物レンズ４２２を有する。対物レンズ４２２は、照明光路４２８と検出光路４３０とを統合した光路４２６に配置されている。照明および検出のために共通に利用される光路４２６には、２つのレンズ４３２，４３４から形成されるレンズ装置が配置されている。２つのレンズ４３２，４３４間に試料４１４の中間像４３６が形成される。
【００８９】
顕微鏡４２０は、照明光４４２を放出する光源４４０を備えた照明ユニット４３８を含む。照明ユニット４３８の照明光路４２８にはさらに、２つのレンズ４４４，４４６から形成されるレンズ装置が配置されている。２つのレンズ４４４，４４６間には、アパーチャ絞り４４８と照明野絞り４５０とが配置されている。照明ユニット４３８はさらに、協働して１つのバンドパスフィルタを形成するロングパスフィルタ４５１およびショートパスフィルタ４５３の形態の２つのスペクトル選択素子を有する。当該バンドパスフィルタは、例えば、試料４１４が所望の方式で励起されて蛍光発光する波長領域を設定するために用いられる。ロングパスフィルタ４５１およびショートパスフィルタ４５３は、照明光路４２８の光軸Ｏに対して直交するように配置されている。
【００９０】
顕微鏡４２０はさらに、本発明の形式による、ビームスプリッタ４５２の形態の別のスペクトル選択素子を有する。ビームスプリッタ４５２は、光源４４０が放出した照明光を反射によって共通の光路４２６へ入力するために用いられる。また、ビームスプリッタ４５２は、試料４１４から出た検出光を透過により検出光路４３０へ入力するためにも用いられる。
【００９１】
したがって、図６に示されている装置は、ロングパスフィルタ４４８、ショートパスフィルタ４５０およびビームスプリッタ４５２によって形成される３つのスペクトル選択素子を有する。この場合、照明光路４２８の光軸に対して直交するように配向された２つのフィルタ４４８，４５０は、近似的に、光源４４０の像４５４の位置にある。これに対して、光軸Ｏに対して斜めの位置にあるビームスプリッタ４５２は、好ましくは式（７）によって計算される対物瞳４２４の像に対する所定の距離の位置に配置されている。
【００９２】
図６の装置により、図６に参照番号４５５で示されているような、光源４４０が対物レンズ４２２の瞳４２４に結像されるいわゆる落射照明が実現される。よって、ビームスプリッタ４５２は、光源４４０の像までの距離ｓ’の位置および対物瞳４２４の共役部までの距離ｓの位置にある。対物瞳４２４の共役部までの距離ｓに代えて、ビームスプリッタ４５２を対物瞳４２４までの距離ｓの位置そのものに配置してもよい。ただし、上述した対物瞳４２４の共役部に対する配置のほうが有利である。ここで、対物瞳４２４は、一方では、対物レンズ４２２内にまたは少なくとも対物レンズ４２２の固定面のきわめて近傍に配置されることが多く、これにより、ビームスプリッタ４５２が対物レンズ４２２の直接近傍に配置されにくくなる。他方では、対物瞳４２４の付加的な結像によって結像スケールの適応化が可能となり、これにより、ビームスプリッタ４５２の近傍と対物瞳４２４の位置とで光源４４０の像を異なる大きさに選定できる、つまり適応化して選定できる。
【００９３】
図６の装置では、例えばロングパスフィルタまたはショートパスフィルタとして構成されたさらに別のスペクトル選択素子を各光路に導入することもできる。このようにすれば、光のさらなるフィルタリングにより、励起光と検出光との特に良好なスペクトル分離を有意に行うことができる。
【００９４】
図７には、図６に示されている実施形態に関連する顕微鏡４６０が示されている。図６の実施形態とは異なり、図７の顕微鏡４６０は付加的な照明ユニット４６２を有する。また、顕微鏡４６０では、図６の装置の２つのフィルタ４４８，４５０に対応するショートパスフィルタ４６１およびロングパスフィルタ４６４が、アパーチャ絞り４４８の位置に配置されている。
【００９５】
付加的な照明ユニット４６２は、光源４６５と、２つのレンズ４６６，４６８から形成されるレンズ装置と、を有する。２つのレンズ４６６，４６８間には、アパーチャ絞り４７０が配置されている。アパーチャ絞り４７０の位置には、ショートパスフィルタ４７２またはロングパスフィルタ４７４の形態の２つのスペクトル選択素子が配置されている。さらに、付加的な照明ユニット４６２は、照明野絞り４６７も有する。
【００９６】
顕微鏡４６０は、ビームスプリッタ４７６の形態の別のスペクトル選択素子を有する。ビームスプリッタ４７６は、照明ユニット４６２の光源４６５が放出した照明光４７８を、反射により、照明ユニット４３８の照明光路４２８へ入力する。その後、ビームスプリッタ４７６で反射された照明光４７８は、ビームスプリッタ４５２において、再び、照明および検出に共通利用される光路へ入力される。
【００９７】
図８には、別の実施例としての顕微鏡４８０が示されている。当該別の実施例は、検出ユニットが省略された図６の装置に関連する。
【００９８】
図８の顕微鏡４８０は、第１の検出モジュール４８２および第２の検出モジュール４８４を有する。第１の検出モジュール４８２は、３つのレンズ４８６，４８８，４９０から形成されるレンズ装置を含み、２つのレンズ４８６，４８８間に対物瞳４２４の像４９４が形成される一方、レンズ４８８，４９０間に試料４１４の中間像４９１が形成される。瞳像４９４の位置には、ロングパスフィルタ４９６またはショートパスフィルタ４９８の形態の２つのスペクトル選択素子が配置されている。
【００９９】
第２の検出モジュール４８４は、検出器５００と、３つのレンズ５０２，５０４，５０６から形成されるレンズ装置と、を有する。レンズ５０２，５０４間に、対物瞳４２４の像５０８が形成される。これに対して、レンズ５０４，５０６間には試料４１４の中間像５１０が形成される。瞳像５０８の位置には、ロングパスフィルタ５１２またはショートパスフィルタ５１４の形態の２つのスペクトル選択素子が配置されている。
【０１００】
顕微鏡４８０はさらに、ビームスプリッタ５１６の形態の別のスペクトル選択素子を含んでおり、このビームスプリッタ５１６は、対物レンズ４２２を通って出射された検出光の第１のスペクトル成分を反射により第１の検出モジュール４８２へ供給し、第１のスペクトル成分とは異なる検出光４５２の第２のスペクトル成分を透過により第２の検出モジュール４８４へ供給する。図８にはさらに、参照番号４２７で照明光路が示されており、また瞳結像系の光路も示されている。
【０１０１】
顕微鏡４８０では、２つのビームスプリッタ４５２，５１６がそれぞれ所定の距離を置いて瞳像５１８の上流または下流に配置されている。この場合も、距離は、好ましくは、式（７）によって定められている。
【０１０２】
図９には別の実施例としての顕微鏡５２０が示されている。この場合、図９では、照明光路が省略されている。図９の照明光路は、図６に示されている装置と同様に、落射照明の形態で、照明および検出に共通利用される光路に結合可能である。なお、照明光路は、別の方式で、例えば透過照明顕微鏡もしくは光シート顕微鏡もしくはレーザー走査顕微鏡の形式による顕微鏡５２０に結合することもできる。
【０１０３】
図９の顕微鏡５２０は、第１の検出モジュール５２２および第２の検出モジュール５２４を有する。第１の検出モジュール５２２は、検出器５２６と、レンズ５２８と、ロングパスフィルタ５３０およびショートパスフィルタ５３４の形態の２つのスペクトル選択素子と、を有する。２つのフィルタ５３０，５３４は瞳像５３６の位置に配置されている。
【０１０４】
第２の検出モジュール５２４は、検出器５３８と、レンズ５４０と、ロングパスフィルタ５４２またはショートパスフィルタ５４４の形態の２つのスペクトル選択素子と、を有する。２つのフィルタ５４２，５４４は瞳像５４６の位置に配置されている。
【０１０５】
顕微鏡５２０の検出光路４５２には、ビームスプリッタ５４８の形態の別のスペクトル選択素子が配置されており、このビームスプリッタ５４８は、検出光の第１のスペクトル成分を反射により検出モジュール５２２へ供給し、第１のスペクトル成分とは異なるスペクトル成分を透過により検出モジュール５２４へ供給する。
【０１０６】
図９の装置では、ビームスプリッタ５４８は、特に有利には、光の流れで見て、フィルタ対５３０，５３４またはフィルタ対５４２，５４４が位置する瞳像５３６，５４６の位置の上流に配置される。これにより、さらなる瞳結像系が必要なくなるので、特にコンパクトな構造が可能となる。
【０１０７】
図１０には、図９の装置に関連する別の実施例としての顕微鏡５５０が示されている。
【０１０８】
図９に示されている装置とは異なり、顕微鏡５５０では、固有の検出器を有さない第１の検出モジュール５２２が用いられている。このために、第１の検出モジュール５２２は、ビームスプリッタ５４８が反射した検出光のスペクトル成分を第２の検出モジュール５２４の検出器５３８へ偏向する偏向ミラー５５２を有する。検出器５３８には、ビームスプリッタ５４８を通して相互にスペクトル分離された検出光の成分を相互に別個に検出するように構成された、２つの別個の検出器部分が設けられている。
【０１０９】
図１１には、図９の装置に関連する顕微鏡５６０が示されている。特に、図１１には、可能な試料照明の例、すなわちいわゆる光シート５６２を用いた照明の例が示されている。こうした光シート５６２は、試料５６４内部の唯一の薄層のみを照明する照明光分配部である。図１１の実施例では、光シート５６２は、図１１に図示されているｘｙｚ座標系のｙ方向で、つまりｚ方向に配向されている検出光路の光軸Ｏに対して垂直に、照明される。
【０１１０】
図１２には、具体的な技術適用形態において光シート５６２をどのように形成可能であるかが例示されている。ここで、図１２の実施形態は、照明光ビーム５６８を放出するレーザー光源５６６を含む。この場合、照明光ビーム５６８は、ビームエキスパンダ５７０と、コリメータレンズ５７２と、照明光ビーム５６８をｘ軸方向ではなくｚ軸方向のみでフォーカシングするシリンドリカルレンズ５７４と、を通過する。
【０１１１】
以下に、図１３から図２１を参照しながら、本発明の光学機器が走査顕微鏡である別の実施例を説明する。当該走査顕微鏡では、検出光路を伝搬する光が走査運動を行う。
【０１１２】
図１３には、純粋に概略図としてであるが、照明光路２６に沿って照明光束２４を放射する励起光源２２を含む本発明の走査顕微鏡２０が示されている。照明光束２４は、レンズ３０から励起ピンホール３２へフォーカシングされる。励起ピンホール３２を通過した後、別のレンズ３４により照明光束２４がビームスプリッタ３６へ配向され、このビームスプリッタ３６が、１つもしくは複数の可動の走査ミラー４０を含む走査ユニット３８へ照明光束２４を偏向する。走査光学素子４２および別のレンズ４４を介して、走査ユニット３８により走査運動するように偏向された照明光束２４が、ビームスプリッタ４６へ入射する。ビームスプリッタ４６を通過した後、照明光束２４は、対物瞳５０を有する対物レンズ４８に達する。対物レンズ４８により最終的に照明光束２４が試料５２へフォーカシングされる。
【０１１３】
走査ユニット３８により、対物レンズ４８を通って入射してくる照明光束が、試料５２で走査運動を行うように偏向される。照明光束２４により試料５２内に蛍光放射が励起され、この蛍光放射が対物レンズ４８を通して検出光束５４の形態で走査顕微鏡２０へ戻るように案内される。
【０１１４】
図１３の実施形態では、検出光束５４は、図１３全体において参照番号５６，５８で示されている２つの別個の検出ユニットへ供給される。検出ユニット５６は、検出光束５４が走査ユニット３８へ戻された後、これを受信する。つまり検出ユニット５６はデスキャンユニットを形成している。これに対して、検出ユニット５８は、走査ユニット３８の作用を受けていない検出光束５４を受信する。したがって、検出ユニット５８はノンデスキャンユニットである。
【０１１５】
デスキャン検出ユニット５６は、走査ユニット３８によって偏向され、ビームスプリッタ３６を通して案内された検出光束５４を検出ピンホール６２へフォーカシングするレンズ６０を含む。検出ピンホール６２の下流には、検出光束５４を受信する検出器６４が配置されている。ここで、ビームスプリッタ４６が、例えば光路から回動除去可能であるかまたは蛍光放射に対して部分透過性を有することに注意されたい。
【０１１６】
ノンデスキャン検出ユニット５８は、ビームスプリッタ４６により照明光路２６から分岐された検出光路６６に配置されている。ノンデスキャン検出ユニット５８は、試料５２の中間像が形成される中間像平面６８の両側に、それぞれ１つずつのレンズ７０または７２を有する。レンズ７２は、検出光路６６において、本発明の形式のスペクトル選択素子を形成するビームスプリッタ７４の下流に配置されている。ビームスプリッタ７４は検出光束５４を２つの部分光束７６，７８へ分割し、各部分光束７６，７８は、図１３では全体的に参照番号８０，８１で示されている別個の２つの検出モジュールへ供給される。
【０１１７】
検出モジュール８０は、試料５２の中間像が形成される中間像平面８２の両側に、それぞれ１つずつのレンズ８４またはレンズ８６を有する。レンズ８６は、検出光束５４を検出器８８へ配向する。検出器８８の上流には、検出フィルタ９０が配置されている。
【０１１８】
相応に、検出モジュール８１は、同様に試料５２の中間像が形成される中間像平面８９の両側に、それぞれ１つずつのレンズ９２または９４を有する。レンズ９４は、検出光束５４を検出器９５へ配向する。検出器９５の上流には、検出フィルタ９６が配置されている。
【０１１９】
図１３の装置ではビームスプリッタ３６，４６，７４がそれぞれダイクロイックに構成されており、入射光を波長に依存して透過または反射させることに注意されたい。ここでは、ビームスプリッタ３６は、照明光束２４の波長領域の光を反射し、検出光束５４の波長領域の光を透過する特性を有する。相応に、ビームスプリッタ４６は、検出光束５４の波長領域の光を反射し、照明光束２４の波長領域の光を透過する特性を有する。ビームスプリッタ７４は、検出光束５４の一部を透過し、残りの部分を反射することができる。
【０１２０】
さらに、図１３の図示においては、照明光束２４および検出光束５４が相互に部分的に重なっていることに注意されたい。つまり、例えばビームスプリッタ４６から試料５２までの光路は、光束２４，５４の双方に対する共通光路を形成している。
【０１２１】
図１３の特別の実施形態では、検出フィルタ９０，９６は、図１に示されている形式のスペクトル選択素子をそれぞれ１つずつ形成している。したがって、図１３の検出フィルタ９０，９６には、それぞれ、図１でスペクトル選択素子を示している参照番号１０が括弧書きで付記されている。
【０１２２】
図１３の特別の実施形態では、検出フィルタ９０，９６が検出光路６６の内部で、それぞれ対物瞳５０の像の位置に来るように配置されている。検出フィルタ９０，９６のこうした配置は、光の入射位置が検出フィルタ９０，９６の作用面１２上で一定にとどまるという利点を有する。したがって光の入射位置に依存するエッジ位置のシフトは生じない。
【０１２３】
特に、走査ユニット３８によって形成される照明光束２４の走査運動、ひいては検出光束５４の相応の傾動が瞳像の位置で比較的小さい場合、波長依存性の小さい唯一のスペクトルエッジのシフトしか生じない。よって、図１３の実施形態は、過度に大きくない走査角度のための有利な手段となる。
【０１２４】
図１４，図１５には、図１３に示されている走査顕微鏡２０とは別の実施形態が示されている。ここでは、スペクトル選択素子１０での光の入射位置の変化によるエッジ位置の対抗シフトによる、角度に依存するエッジ位置のシフトの補償が適用される。この場合、図１４，図１５において、図１３の実施形態で使用されている各要素に対応する要素には、図１３で使用されている参照番号を付してある。図１４には、さらに、ノンデスキャン検出ユニット５８の一部であるかまたはこれと直接に協働する要素のみが示されている。相応のことが他のすべての実施例に当てはまり、これらの実施例を以下に図１５から図２１を参照しながら説明する。
【０１２５】
図１３の実施形態とは異なり、図１４に示されている実施形態には、２つの検出器８８，９５の上流に、ロングパスフィルタ１１０およびショートパスフィルタ１１４から形成されるかまたはロングパスフィルタ１１２およびショートパスフィルタ１１６から形成されるそれぞれ１つずつのフィルタ対が含まれている。よって、２つのフィルタ対とも、相互に独立に可変に設定可能な２つのスペクトルエッジを有するバンドパスフィルタを形成している。各フィルタ１１０，１１２，１１４，１１６は、入射角に依存した所望の単調なエッジ位置のシフトを達成するために、図２，図３の図示に相応に、斜めに配置されている。
【０１２６】
図１４の装置はまた、フィルタ１１０，１１２，１１４，１１６と同様に図１に示されている形式のスペクトル選択素子を形成するビームスプリッタ１１８を含む。ビームスプリッタ１１８の作用面は、検出光路６６の光軸に対して４５°の角度で配置されている。
【０１２７】
さらに図１４の装置は、付加的に、検出光路６６の上流にレンズ７０を配置した阻止フィルタ１２０を有する。阻止フィルタ１２０は、試料５２で反射された、検出すべき蛍光より数倍大きな強度を有する励起光を阻止するために用いられる。
【０１２８】
図１５には、図１４の装置に対応する瞳結像系の光路が示されている。図１５の図示では、検出光路６６内で、対物瞳５０のそれぞれ１つずつの像が位置する位置が識別される。これは、図１５では、参照番号１２１，１２２，１２４で示されている。ビームスプリッタ１１８は、瞳像の位置１２１の下流の、上掲した式（７）にしたがって予め定められた距離の位置に配置されている。相応のことがフィルタ１１０，１１４から形成されるフィルタ対およびフィルタ１１２，１１６から形成されるフィルタ対にも当てはまり、ここで、フィルタ１１０，１１２はそれぞれ瞳像の位置の上流に、フィルタ１１４，１１６はそれぞれ瞳像の位置の下流に配置されている。この場合、フィルタ１１０，１１４が瞳像の位置に対して有する距離の値は等しい。同じことがフィルタ対１１２，１１６にも当てはまる。
【０１２９】
図１６には、図１５の対応する図示での、フィルタ１１０，１１２，１１４，１１６が検出光路６６の光軸に対して斜めにではなく垂直に配向された、別の実施形態の瞳結像系が示されている。したがって、フィルタ１１０，１１２，１１４，１１６は、この実施形態では、純粋に概略的な図１６の図示とは異なり、実際にそれぞれの瞳像の位置に位置する。
【０１３０】
図１７，図１８は、図１４，図１５の実施形態とは異なり、付加的な検出器１５２を含む別の検出モジュール１１５を含む別の実施形態が示されている。相応に、検出光路６６には、別のレンズ１５４，１５６，１５８，１６０が設けられている。また、検出光路６６は、別のビームスプリッタ１６２と、検出器１５２の上流に配置されて協働してバンドパスフィルタを形成しているロングパスフィルタ１６４およびショートパスフィルタ１６６と、を含む。試料５２の中間像がそれぞれ形成される付加的な中間像平面には、図１７では参照番号１６８，１７０が付されている。図１８の瞳結像系の図示からはさらに、付加的な瞳像の位置１７３，１７４，１７６，１７８が見て取れる。
【０１３１】
図１９は、図１７，図１８に示されている装置に対して修正された、検出モジュール１１５が検出モジュール１８０によって置換された実施形態が示されている。検出モジュール１８０は検出器１８２を含み、この検出器１８２の上流には、協働してバンドパスフィルタを形成するロングパスフィルタ１８４およびショートパスフィルタ１８６が配置されている。さらに、検出モジュール１８０は、試料５２の像が形成される中間像平面１８８の両側に、２つの別のレンズ１９０，１９２を含む。
【０１３２】
ビームスプリッタ１１８に加えて、検出光路６６はこの実施形態では、図１に示されている形式の別のビームスプリッタ１９４を含む。２つのビームスプリッタ１１８，１９４は、式（７）にしたがって定められた同じ距離で、瞳結像系の上流または下流の位置１２１に配置される。これにより、図１７，図１８の実施形態に比べて光学素子の数を低減できるので、特にコンパクトな構造を達成できる。
【０１３３】
図２０には、図１９の構成に関連する走査顕微鏡２０の別の実施形態が示されている。
【０１３４】
図２０の実施形態は、全部で４つの検出モジュール、すなわち検出モジュール８０ならびに３つの別の検出モジュール２１０，２２１，２２８を含むノンデスキャン検出ユニット５８を含む。検出モジュール８０，２１０，２２１，２２８では、以下に説明する方式で、検出光束５４が、ビームスプリッタカスケードによりスペクトル分離されて、供給される。当該ビームスプリッタカスケードは、ビームスプリッタ１１８および別のビームスプリッタ２０３，２１４から形成されている。この場合、スペクトル選択性のビームスプリッタ１１８，２０３，２１４は、各スプリッタの作用面が検出光路６６においてその光軸に対してそれぞれ４５°の角度をなすように配置されている。また、ビームスプリッタ１１８，２０３，２１４は、それぞれ、対物瞳５０の像の位置の下流に、式（７）にしたがって予め定められた距離で配置されている。
【０１３５】
図２０の実施形態は、ビームスプリッタ１１８，２０３，２１４が、それぞれ、スペクトルエッジに関して、検出光束５４のうち透過されるスペクトル領域よりも反射されるスペクトル領域のほうが大きいという条件を考慮している。したがって、図２０の実施形態では、反射による、ビームスプリッタ１１８，２０３，２１４への検出モジュール８０，２１０，２２１，２２８のカスケード化が行われている。当該実施形態はさらに、最大でも、検出光束５４のうちそれぞれ他の検出モジュールによって検出されないスペクトル成分しか各検出モジュール８０，２１０，２２１，２２８に供給されえないという条件を考慮している。したがって、図２０の実施形態では、ビームスプリッタの反射によるカスケード化だけでなく、検出モジュール８０，２１０，２２１，２２８によって検出されるスペクトル成分の波長によるカスケード化も行われる。後者のカスケード化は、最大波長で開始され、短い波長へ向かって行われる。
【０１３６】
具体的には、ビームスプリッタ１１８が、検出光束５４のうち検出光内部で最大波長を有するスペクトル成分を、検出モジュール８０へ透過する。ここでの長波長のスペクトル成分は、レンズ８４，８６と、ロングパスフィルタ１１０およびショートパスフィルタ１１４から形成される斜め配置のフィルタ対と、を通過した後、検出器８８へ達する。検出光の残りのスペクトル成分は、ビームスプリッタ１１８で反射され、レンズ２００，２０２を通ってビームスプリッタ２０３へ達する。ビームスプリッタ２０３は、自身に供給された検出光内部に最大波長を有するスペクトル成分を検出モジュール２１０へ透過する。ビームスプリッタ２０３が透過した検出光のスペクトル成分は、レンズ２０４，２０６と、ロングパスフィルタ２０７およびショートパスフィルタ２０８から形成される斜め配置のフィルタ対と、を通過した後、検出器２０９へ達する。検出光の残りのスペクトル成分は、ビームスプリッタ２０３での反射により、レンズ２１１，２１３を介してビームスプリッタ２１４へ供給される。
【０１３７】
ビームスプリッタ２１４は、自身に供給された検出光内部に最大波長を有するスペクトル成分を、検出モジュール２２１へ透過する。当該透過スペクトル成分は、レンズ２１５，２１７と、ロングパスフィルタ２１８およびショートパスフィルタ２１９から形成される斜め配置のフィルタ対と、を通過した後、検出器２２０へ達する。ビームスプリッタ２１４へ供給された検出光の残りのスペクトル成分は当該ビームスプリッタ２１４で反射され、これにより、レンズ２２２，２２４と、ロングパスフィルタ２２５およびショートパスフィルタ２２６から形成される斜め配置のフィルタ対と、を通過した後、検出器２２７へ達する。
【０１３８】
図２０の配置では、参照番号２０１，２０５，２１２，２１６，２２３が、試料５２の中間像が形成される位置を表している。
【０１３９】
図２０の配置では、検出光束５４が検出器８８，２０９，２２０，２２７までの経路において、それぞれいずれかのビームスプリッタ１１８，２０３，２１４での１回のみの透過を受ける。このことは、ビームスプリッタ１１８，２０３，２１４の反射率が透過率よりも高いため、光効率に関して有利である。
【０１４０】
図２１には、ビームスプリッタ対２５１，２５２または２５４，２５５が設けられ、そのビームスプリッタが、それぞれ異なる分散度、ひいては図２１に参照番号２５３で示された瞳結像系の位置に対してそれぞれ異なる距離を有する実施形態が示されている。
【０１４１】
図２１の実施形態は、全部で５つの検出モジュール２８６，２８７，２８８，２８９，２９０を含む。これらの各検出モジュールは、２つずつのレンズ２６３，２６５，２６９，２７１，２５６，２８２，２７５，２７７，２５７，２５９と、ロングパスフィルタ２６６，２７２，２８３，２７８，２６０およびショートパスフィルタ２６７，２７３，２８４，２７９，２６１から形成される斜め配置のフィルタ対と、検出器２６８，２７４，２８５，２８０，２６２と、を含む。
【０１４２】
上述したように、２つのビームスプリッタ２５１，２５２は、種々異なる分散度のために、瞳結像系の位置２５１に対するそれぞれ異なる距離に配置することができる。したがって、コンパクトな配置として、複数のビームスプリッタが、瞳結像系の位置２５１の上流に配置される。相応のことが、位置２５１の他方側に配置された２つのビームスプリッタ２５４，２５５の下流配置にも当てはまる。
【０１４３】
続いて、完全を期すために、上述した検出装置において、ビームスプリッタ４６およびフィルタ１２０を除いた全てのビームスプリッタおよびフィルタ、すなわち、エッジフィルタ、ロングパスフィルタおよびショートパスフィルタが、本発明の形態のスペクトル選択素子を形成することにいまいちど注意されたい。
【０１４４】
図２２、図２３には、本発明のスペクトル選択素子の具体的な技術実現形態の２つの実施例が示されている。
【０１４５】
図２２の実施例では、スペクトル選択素子が多層ファブリペローフィルタ７００として構成されている。したがって、ファブリペローフィルタ７００は支持体基板７０２を含み、この支持体基板７０２上に、平面平行状の配置で、第１の反射構造体７０４と、斜め形状または楔状の空間充填層７０６と、第１の反射構造体７０４に対して斜めに配置された第２の反射構造体７０８と、が、支持体基板７０２から見てこの順序で配置されている。第１の反射構造体７０４および第２の反射構造体７０８は、それぞれ異なる材料の誘電層を交互に上下に積層した多層構造体をそれぞれ１つずつ有する。したがって、例えば、相対的に高い屈折率を有する材料と相対的に低い屈折率を有する別の材料との２つの材料を使用可能である。図２２には、それぞれ異なる材料を含む相互に直接に積層された２つの層が参照番号７１０，７１２で示されている。
【０１４６】
図２３には、多層干渉フィルタ８００の形態のスペクトル選択素子の例示的構成が示されている。干渉フィルタ８００は、支持体基板８０２と、それぞれ異なる材料を含む斜め形状または楔状の複数の誘電層を交互に積層した積層体と、を含む。
【０１４７】
図２３には、これらの層のうち２つが参照番号８０４，８０６で示されている。これらの誘電層８０４，８０６の材料は、例えば、いずれかの材料が比較的高い屈折率を有し、他の材料が比較的低い屈折率を有するように、選択されている。
【図１】
2018097366.tif 000009
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【外国語明細書】
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