(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
照明光（１５）を試料（６０）の方向に放出する多色光源（１０）と、
照明光（１５）を試料（６０）上に合焦させる合焦手段（５０）であって、軸上色収差を有して深さ分解能を生じさせる合焦手段（５０）と、
検出要素の二次元アレイを含み、試料（６０）からの試料光（１６）を検出する検出ユニット（８０）と、
を含む光学顕微鏡において、
試料光（１６）の共焦点部分と非共焦点部分の両方を検出するために、試料（６０）から検出ユニット（８０）までの光路内に、非共焦点部分を完全に除去する要素が含まれず、
構造化要素（３０）が光源（１０）と合焦手段（５０）の間に設置され、光源（１０）から放出された照明光（１５）から構造化照明光（１５）を生成し、
試料（６０）からの試料光（１６）が構造化要素（３０）を経由して検出ユニット（８０）へと案内され、
構造化要素（３０）の構造は、試料光（１６）の非共焦点部分を通過させるためにエアリディスクより大きく、試料（６０）から検出ユニット（８０）への光路は、試料光（１６）を検出ユニット（８０）に案内する、エアリディスクよりも小さい構造の要素を含まない
ことを特徴とする光学顕微鏡。
【請求項２】
請求項１に記載の光学顕微鏡において、
ビームスプリッタ（４０）が構造化要素（３０）と試料（６０）の間に設置され、前記ビームスプリッタ（４０）が照明光（１５）を透過させ、試料（６０）からの試料光（１６）を反射するか、その逆であることを特徴とする光学顕微鏡。
【請求項３】
請求項２に記載の光学顕微鏡において、
ビームスプリッタ（４０）が偏光ビームスプリッタ（４０）であり、
λ／４板（４１）が偏光ビームスプリッタ（４０）と試料の間に設置され、試料光（１６）の偏光方向を回転させ、それゆえ試料光（１６）を検出ユニット（８０）へと前進させることを特徴とする光学顕微鏡。
【請求項４】
請求項１に記載の光学顕微鏡において、
構造化要素（３０）がニポウディスク、マイクロレンズアレイ、一次元回折格子または二次元回折格子、フレネル複プリズム、またはスペックルパターンを生成する要素を含むことを特徴とする光学顕微鏡。
【請求項５】
請求項１に記載の光学顕微鏡において、
合焦手段（５０）が光屈折および／または光回折マイクロレンズアレイ（４８）を含み、波長依存の焦点位置（５１）を生成することを特徴とする光学顕微鏡。
【請求項６】
請求項１に記載の光学顕微鏡において、
波長選択ユニット（２０）が設置されて、照明光（１５）の可変的に調整可能なスペクトル範囲を選択することによって、合焦手段（５０）を介して照明光（１５）を光学顕微鏡の光軸に沿った異なる位置に合焦させ、
電子制御手段（９０）が設置されて、波長選択ユニット（２０）によってスペクトル範囲を選択する
ことを特徴とする光学顕微鏡。
【請求項７】
請求項６に記載の光学顕微鏡において、
波長選択ユニット（２０）がプリズム、回折格子、カラーフィルタおよび／または音響光学可変波長フィルタ（ＡＯＴＦ）を含むことを特徴とする光学顕微鏡。
【請求項８】
請求項１に記載の光学顕微鏡において、
照明光（１５）を第一または第二の光路（１７、１８）に選択的に案内するための偏向手段（２５）が設けられ、
構造化要素（３０）が１つの面において鏡面加工され、
第一の光路（１７）の照明光（１５）が構造化要素（３０）の鏡面加工された面に案内され、構造化要素（３０）において試料（６０）の方向に反射され、
第二の光路（１８）の照明光（１５）が構造化要素（３０）の別の面に案内され、構造化要素（３０）によって試料（６０）の方向に透過され、
透過された照明光（１５）と反射された照明光（１５）が、試料（６０）上に、相互に関して位相変位された構造化要素（３０）の画像を生成する
ことを特徴とする光学顕微鏡。
【請求項９】
請求項８に記載の光学顕微鏡において、
偏向手段（２５）がガルバノミラー、マイクロミラーアクチュエータ（ＤＭＤ、デジタルマイクロミラーデバイス）、またはマイクロエレクトロメカニカルシステム（ＭＥＭＳ）、音響光学変調器（ＡＯＭ）、音響光学偏向器（ＡＯＤ）、電気光学変調器（ＥＯＭ）、および／または偏光方向に基づく切替ユニットを含むことを特徴とする光学顕微鏡。
【請求項１０】
請求項１に記載の光学顕微鏡において、
構造化要素（３０）を移動および／または回転させる位置決め手段が設置され、
検出ユニット（８０）とともに、構造化要素（３０）の異なる位置での試料（６０）の画像を記録して、これらの画像から試料の画像を計算するようになされた電子制御手段（９０）が設置される
ことを特徴とする光学顕微鏡。
【請求項１１】
請求項１に記載の光学顕微鏡において、
検出ユニット（８０）がスペクトル分解検出ユニット（８０）であることを特徴とする光学顕微鏡。
【請求項１２】
請求項１１に記載の光学顕微鏡において、
検出ユニット（８０）のスペクトル分解能を生じさせるために、音響光学可変波長フィルタ（ＡＯＴＦ）、プリズム、回折格子、および／または少なくとも１つのカラーフィルタが設置されるか、または検出ユニット（８０）が干渉計を含むことを特徴とする光学顕微鏡。
【請求項１３】
照明光（１５）が多色光源（１０）によって試料（６０）の方向に透過され、
前記照明光（１５）は構造化照明光を生成するために構造化要素（３０）に案内され、
前記構造化照明光（１５）が合焦手段（５０）によって試料（６０）上に合焦され、深さ分解能が合焦手段（５０）の軸上色収差を通じて実現され、
試料（６０）からの試料光（１６）が検出要素の二次元アレイを含む検出ユニット（８０）に案内される、
光学顕微鏡を用いた画像記録方法において、
試料光（１６）の共焦点部分と非共焦点部分の両方が、構造化要素（３０）を経由して検出ユニット（８０）に案内され、
構造化要素（３０）の構造は、試料光（１６）の非共焦点部分を通過させるためにエアリディスクより大きく、試料（６０）から検出ユニット（８０）への光路は、試料光（１６）を検出ユニット（８０）に案内する、エアリディスクよりも小さい構造の要素を含まない
ことを特徴とする方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の方法において、
試料（６０）の高さプロファイルの測定のために、試料光（１６）の検出された波長範囲において試料（６０）の異なる画像が記録され、
各画像の画像点についての変調コントラストが測定され、
異なる画像の中の同じ位置を有する画像点から、変調コントラストが最も高い画像点が選択され、
試料（６０）の高さ情報が、関連する波長範囲に応じて選択された画像点に割り当てられ、それぞれの高さ情報は異なる波長範囲の各々について事前保存されている
ことを特徴とする方法。
【請求項１５】
請求項１３に記載の方法において、
検出ユニット（８０）は試料面に抱合される平面内に配置され、
共焦点画像の生成のために、検出ユニット（８０）の検出要素がデジタルダイアフラムとして使用され、共焦点画像を生成することを目的としてこれらの検出要素が使用され、その上に照明光（１５）の焦点内にある試料領域が鮮鋭に結像される
ことを特徴とする方法。
【請求項１６】
請求項１３に記載の方法において、
Ｌｉｎｎｉｋ干渉計により、試料光（１６）の一部が調整可能な長さの基準光路（７２）に案内され、その後、試料（６０）に戻るように案内され、
試料（６０）の表面上での照明光（１５）と戻された試料光（１６）との間の強め合う干渉が、試料（６０）の高さプロファイルおよび基準光路（７２）の長さに依存し、
基準光路（７２）の長さが変化され、検出ユニットで最大の信号が受信される波長が選択され、
試料（６０）の高さプロファイルが、事前に保存された数値を援用して基準光路（７２）の選択された長さから判断される
ことを特徴とする方法。
【請求項１７】
請求項１３に記載の方法において、
スペクトル分解能を改善するために、波長の選択が、検出ユニット（８０）のスペクトルフィルタ手段と、光源（１０）での波長選択ユニット（２０）の両方を介して実現されることを特徴とする方法。
【請求項１８】
請求項１３に記載の方法において、
試料（６０）の第一の画像が記録され、その際、構造化要素（３０）が光路内に位置付けられて構造化照明を生成し、
第一の画像の記録時に構造化照明で照明されなかった試料領域を検査するために第二の画像が記録され、その際、構造化要素（３０）が光路内に位置付けられず、
試料画像が第一と第二の画像から計算される
ことを特徴とする方法。
【請求項１９】
請求項１３に記載の方法において、
光軸を横切る試料面の測定分解能を改善するために、照明光（１５）および／または試料光（１６）の偏光符号化が行われ、
試料面内に横並びにある領域が異なる偏光状態の照明光（１５）で照射されるか、または位置依存の試料光偏向が行われ、特定の偏光が、光軸を横切るその位置に応じて試料光（１６）に加えられ、
試料光（１６）が異なる偏光について別々に検出され、
試料面内の位置情報が、その偏光状態に応じて検出された試料光（１６）に割り当てられる
ことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、第一の態様において、特許請求項１の前提部分に記載の光学顕微鏡に関する。
【０００２】
他の態様において、本発明は特許請求項１６の前提部分に記載の、光学顕微鏡を用いた画像記録方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
共焦点顕微鏡検査法は今日、加工表面の特徴評価、具体的には表面粗さの測定値と表面形状を得るための標準的な方法として採用されている。この方法は、例えばＭ．Ｒａｈｌｗｅｓ、Ｊ．Ｓｅｅｗｉｇ：“Ｏｐｔｉｓｃｈｅｓ  Ｍｅｓｓｅｎ  ｔｅｃｈｎｉｓｃｈｅｒ  Ｏｂｅｒｆｌａｃｈｅｎ”，Ｂｅｕｔｈ  Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ  Ｈｏｕｓｅ，Ｂｅｒｌｉｎ，２００９に記載されている。
【０００４】
多くの共焦点型システムにおいて、試料の走査は３つの空間方向すべてについて行われ、すなわち、一方で点走査系があり、これは光ビームを試料上でｘｙ方向に案内する。他方で、高さ情報を得るために、試料を検出ユニットに関して、それゆえｚ方向に移動させる必要がある。各ｘｙ位置における高さ情報と、ひいては表面形状は、ｚ位置に応じた最大光強度から取得できる。この方法の欠点は、一方で、三次元表面形状の走査に長い時間がかかることである。他方で、他の欠点は、高さ測定の精密さ、それゆえ精度が、検出ユニットに関する試料表面の調整精度に大きく依存しており、そのため常に限定されることである。換言すれば、精密さを高くするには、例えばピエゾに基づく高精度の高価な機械的調整要素が必要となる。
【０００５】
ｘｙ走査の欠点を回避するために、共焦点型広視野システムが開発されて久しく、その中では一般にエリアカメラが使用されており、それゆえ並列化の程度が高い。この一例は、ニポウディスクを用いたスピニングディスク方式であり、これもまたＲａｈｌｗｅｓとＳｅｅｗｉｇの文献に記載されている。この場合、共焦点の原理により同時に複数の点が検出される。ニポウディスクの代わりに、原理上は高速切替式マイクロディスプレイも使用できる。これに加えて、デジタル共焦点検出によりマルチライン走査を実行できる。これらのシステムはすべて真の意味で共焦点式に動作し、すなわち基本的に励起光の焦点面からの光だけが検出される。その結果、使用される装置と方法がある程度複雑になる。これに加えて、固定の要素、それゆえ具体的には決まった画素サイズのマイクロディスプレイまたは決まった穴サイズのニポウディスクが使用されることから、この技術で提供される柔軟性は、視野の大きさの違いと、それに関連して、ｚ方向の感度の違いに関して限定的である。これに加えて、点走査システムの場合と同様に、ここでも試料のｚ方向への走査が必要である。
【０００６】
複雑さと柔軟性に関して、構造化照明に基づく共焦点型広視野システムは、上記と比較して有利である。この場合、各ｚ値について、例えば回折格子を通じて生成された構造化照明を用いて記録しておいた画像から共焦点断面画像が計算される。一般に、広視野画像もそれによって取得できる。検出にピンホールアレイは必要ない。例えば、位相位置の異なる照明回折格子を試料上に結像できる。強度変調があるため、位相位置に応じて、焦点画像部分のみについて、断面光画像をそこから計算できる。この方法は、例えばＶｏｇｅｌ  ｅｔ  ａｌ．Ｐｗｒｏｃ．ＤＧａＯ  ２０１１，Ｐ３６の中で加工表面の測定に関して研究されている。例えば独国特許出願公開第１０  ２００７  ０１８  ０４８  Ａ１号に記載されている同様の方式では、照明に２つの格子位相だけが使用される。他の関連する方法によれば、連続的に変化する構造化照明が使用され、断面光画像が平行して記録された２つの画像から計算され、そのうち一方は外焦点部分と焦点部分を含み、もう一方は外焦点部分だけを含む。構造化照明に基づくこの方法の利点は、共焦点画像と平行して広視野画像も取得できる点である。しかしながら、試料を検出器に関してｚ方向に走査しなければならないという問題は依然として残る。
【０００７】
構造化照明を用いた共焦点断面画像生成の具体的な構成が、Ｍｉｌｔｉｃ  ｅｔ  ａｌ．，Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｌｅｔｔｅｒｓ  ２８，６９８（２００３）に記載されている。この場合、可動式回折格子とは別に、いわゆるスマートピクセル検出器アレイが使用され、これによって時間変調信号部分、したがって焦点信号部分を検出面上で直接、リアルタイムで抽出できる。
【０００８】
構造化照明の他の具体的な構成は、Ｗｉｃｋｅｒ  ｅｔ  ａｌ．，Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｏｐｔｉｃｓ  １２，０８４０１０（２０１０）とＫｒｚｅｗｉｎａ  ｅｔ  ａｌ．，Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｌｅｔｔｅｒｓ  ３１，４７７（２００６）に記載されている。
【０００９】
この場合、異なる光子位相が、偏光符号化あるいは色符号化を援用して試料に擬似的に並列して適用され、これはとりわけ速度の点での利点に関係する。
【００１０】
ほかにも、光学断面の生成に使用できる広視野方式がある。一方では、いわゆるフォーカスバリエーションが挙げられ、これによれば、共焦点型の場合と同様に、画像の鮮鋭度をｚ座標に応じて評価して、そこから最大値を計算する。それゆえ、空間情報が使用される。Ｍｅｒｔｚ  ｅｔ  ａｌ．，Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｂｉｏｍｅｔｒｉｃａｌ  Ｏｐｔｉｃｓ，１５，０１６０２７（２０１０）に記載されている方法も同様に分類され、これによれば、構造化した場合としない場合の広視野画像を記録して、そこから、空間バンドパスフィルタを巧みに使って断面光画像を得る。そのため、構造化はいわゆるスペックルパターンに基づくものとすることもできる。
【００１１】
ｚ方向への走査を回避するために、いわゆる波長共焦点原理もまた試され、試験されている。この場合、一般に多色光源が使用され、これが色の面で有効な屈折または回折要素を通じて検査対象の試料を照明し、それによってｚ情報がスペクトル符号化される。スペクトルが検出中に共焦点ピンホールの背後で測定されると、そこから高さ情報を得ることができる。また、連続的共焦点検出に可変波長光源を使用することも可能であり、それによって、スペクトルも同様に得られる。ほとんどの場合、民生用センサは点検出器であり、これにはｘｙ並列化の欠如という欠点が常に伴う。ピンホールアレイを用いる波長多焦点型構成は、例えば独国特許出願公開第１０  ２００７  ０１９  ２６７  Ａ１号に記載されている。しかしながら、焦点は部分的にしか視野をカバーせず、これは走査のための移動が依然として必要であることを意味する。これに加えて、例えばＬｉｎ  ｅｔ  ａｌ．，Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｏｐｔｉｃｓ  ３７，６７６４（１９９８）に記載されている線走査システムや、ニポウディスクに基づくシステム（例えば、Ｔｉｚｉａｎｉ  ｅｔ  ａｌ．，Ｏｐｔ．Ｅｎｇ．３９，２３（２０００）参照）がある。しかしながら、後者は現在のところ、常にカラーカメラシステムで実現されており、これは限定的な高さ分解にしか役立たず、また、色付きの対象物の場合、高さ情報と色情報あるいは分光反射率の重複が発生するため、問題が生じる。これに関連して、興味深いアプローチは、ＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）を援用して実現される多焦点波長システムに関する。この場合、可変波長チタンサファイアレーザが使用され、それを用いて波長による高さ走査が実行される。ＤＭＤの切り替えとの組み合わせにより、機械的移動要素を一切使用せずに、高精度の三次元表面形状データを取得できる構造が実現される。しかしながら、この場合、ＤＭＤを通じて画像アーチファクトが発生する可能性があり、ＤＭＤの切り替え速度は一般に限定されている。さらに、広視野画像を平行して取得できない。
【００１２】
波長共焦点型点センサをさらに発展させたものが、いわゆる波長共焦点型分光干渉法であり、これは例えばＰａｐａｓｔａｔｈｏｐｏｕｌｏｓ  ｅｔ  ａｌ．，Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｏｐｔｉｃｓ  ４５，８２４４（２００６）に記載されている。この場合、波長共焦点性に加えて、干渉計構造が実現される。このような構造はまた、視野深さの大きい白色光干渉計とみなすこともできる。スペクトル最大値のほかに、この場合はスペクトルの位相も評価でき、その中には高さ情報も同様に含まれる。
【００１３】
前述のように、波長共焦点型広視野方式は現在のところ、基本的に可変波長光源またはカラーカメラを用いている。その一方で、高い分解能でスペクトル広視野画像を生成するためにいくつかの方法が利用可能となっている。例えば、ＦＴＴ（高速フーリエ変換）スペクトルシステムがあり、それによれば、干渉計構造中の波長変化とその後のフーリエ解析からスペクトルが得られる。さらに、「画像スライス分光計」方式があり、それによれば、個々の画像部分が大型センサ上で隙間が生じるように相互に関してずらして結像され、これを使って上流に配置された分散要素によりスペクトル情報を得ることができる。このような分光計と三次元画像生成を構造化照明の意味で組み合わせることに関する先行技術もある。
【００１４】
これに加えて、三次元ブラッググレーティングを使うことにより、モノクロ画像の連続的記録を通じて、高い空間およびスペクトル分解能でのハイパースペクトラル記録が得られる。
【００１５】
これらの技術と波長共焦点型広視野システムとを組み合わせることはこれまでに知られていない。
【００１６】
一般的な光学顕微鏡は、試料の方向に照明光を放出する多色光源と、照明光を試料上で合焦させる合焦手段を有し、この合焦手段は軸上色収差を有して、深さ分解能を生じさせる。一般的な光学顕微鏡はさらに、試料からの試料光を検出するための検出要素の二次元アレイを有する検出ユニットを含む。
【００１７】
光学顕微鏡を用いた一般的な画像記録方法によれば、照明光が多色光源から試料の方向に透過され、照明光が合焦装置により試料上に合焦され、深さ分解能は合焦手段の軸上色収差を通じて得られ、試料からの試料光が検出要素の二次元アレイを含む検出ユニットで検出されるようになされている。
【００１８】
既知の光学顕微鏡と方法の欠点は、光源から試料に向かって放出される照明光を通じて得られる情報の一部しか使用されないことである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１９】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０２００７０１８０４８号
【特許文献２】独国特許出願公開第１０２００７０１９２６７号
【非特許文献】
【００２０】
【非特許文献１】Ｍ．Ｒａｈｌｗｅｓ、Ｊ．Ｓｅｅｗｉｇ：“Ｏｐｔｉｓｃｈｅｓ  Ｍｅｓｓｅｎ  ｔｅｃｈｎｉｓｃｈｅｒ  Ｏｂｅｒｆｌａｃｈｅｎ”，Ｂｅｕｔｈ  Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ  Ｈｏｕｓｅ，Ｂｅｒｌｉｎ，２００９
【非特許文献２】Ｍｉｌｔｉｃ  ｅｔ  ａｌ．，Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｌｅｔｔｅｒｓ  ２８，６９８（２００３）
【非特許文献３】Ｗｉｃｋｅｒ  ｅｔ  ａｌ．，Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｏｐｔｉｃｓ  １２，０８４０１０（２０１０）
【非特許文献４】Ｋｒｚｅｗｉｎａ  ｅｔ  ａｌ．，Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｌｅｔｔｅｒｓ  ３１，４７７（２００６）
【非特許文献５】Ｍｅｒｔｚ  ｅｔ  ａｌ．，Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｂｉｏｍｅｔｒｉｃａｌ  Ｏｐｔｉｃｓ，１５，０１６０２７（２０１０）
【非特許文献６】Ｌｉｎ  ｅｔ  ａｌ．，Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｏｐｔｉｃｓ  ３７，６７６４（１９９８）
【非特許文献７】Ｔｉｚｉａｎｉ  ｅｔ  ａｌ．，Ｏｐｔ．Ｅｎｇ．３９，２３（２０００）
【非特許文献８】Ｐａｐａｓｔａｔｈｏｐｏｕｌｏｓ  ｅｔ  ａｌ．，Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｏｐｔｉｃｓ  ４５，８２４４（２００６）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
本発明の目的とみなすことができるのは、顕微鏡検査試料に関するより多くの情報の測定に役立つ光学顕微鏡を提供することである。これに加えて、顕微鏡検査試料に関するより多くの情報を得ることのできる、光学顕微鏡を用いた画像記録方法を説明する。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
この目的は、特許請求項１の特徴を有する光学顕微鏡により、また請求項１６の特徴を有する方法により達成される。
【００２３】
本発明による光学顕微鏡の有利な実施形態と本発明による方法の好ましい変形例は従属項の主旨であり、特に図面に関連して以下の説明文の中で詳しく説明する。
【００２４】
本発明によれば、上記のような種類の光学顕微鏡について、試料から検出ユニットまでの光路内に非共焦点部分を完全に除去する要素を置かないことによって、試料光の共焦点部分と非共焦点部分の両方が検出されるようになされる。
【００２５】
上記の種類の方法によれば、試料光の共焦点部分と非共焦点部分の両方が本発明による検出ユニットへと案内される。
【００２６】
本発明の中核的アイディアとみなすことができるのは、試料光のうち、先行技術による共焦点顕微鏡の中では除去された非共焦点部分が、少なくとも部分的に検出ユニットで検出されることがある。試料光の共焦点部分とは、試料の中または表面における照明光の焦点面から発せられた部分と理解する。この平面は、光学顕微鏡の光軸に対して垂直に画定できる。
【００２７】
試料光の非共焦点部分は、それに対応して、照明光のうち、照明光の焦点面以外の平面から発せられた部分と理解する。既知の共焦点型顕微鏡では、これらの光の部分は除去される。これに関連して、ピンホール、すなわち小さい円形またはスリット形の通路を有するダイアフラムを検査対象の試料面に抱合される平面に配置することが知られている。ピンホールの代わりに、構造化要素をこの目的のために使用することもできる。これに対して、本発明によれば、光の非共焦点部分は除去されないか、または一部しか除去されない。有利な点として、それによって、検出された試料光から試料の広視野画像を作ることが可能となる。広視野画像とは、本発明の意味において、照明光の焦点面からの試料光と、照明光の焦点面以外の領域からの試料光の両方が使用される画像と理解する。これに加えて、試料の共焦点画像を生成するための適当な手段を設置することができ、この場合、試料光の共焦点部分だけが示される。
【００２８】
それゆえ、有利な点として、１回の測定または１回の測定シーケンスを通じて大量の情報内容、具体的には共焦点画像と広視野画像を得ることができ、それによって光学顕微鏡の構成要素を機械的に移動させる必要がないか、あるいは限定的な程度しか必要とならない。
【００２９】
照明光は、試料に向けて放射されるあらゆる光と理解できる。照明光は、モノクロであっても、または１つまたは複数の波長範囲を含んでいてもよい。他方で、試料光とは、照明光をこの試料に向けて放射した結果として試料から発せられる光と理解する。試料光はそれゆえ、放射し返される、具体的には散乱し、および／または反射された照明光とすることができる。しかしながら、試料光はまた、固有の発光を通じて、具体的には蛍光を通じて、またはりん光を通じて発せられる場合もありうる。
【００３０】
多色光源は、例えば１つまたは複数の可変波長レーザを含むことができる。あるいは、またはこれに加えて、光源は白色光源、ハロゲンランプおよび／またはダイオードを含むことができる。照明光は例えば、赤外線波長域、可視波長域、または紫外線波長域の中にあってもよい。
【００３１】
本発明による光学顕微鏡の好ましい実施形態によれば、構造化要素が光源と合焦手段の間に位置付けられ、光源から発せられた照明光から構造化照明光を生成する。この場合、合焦手段はそれゆえ、構造化照明光を試料へと案内する。
【００３２】
構造化要素とは原理上、試料面において特定の空間構造を照明光に加えるあらゆる要素と理解することができる。構造化要素は好ましくは、ニポウディスク、マイクロレンズアレイ、回折格子、具体的には一次元回折格子または二次元回折格子、フレネル複プリズム、またはスペックルパターンを生成する要素を含むことができる。回折格子またはスペックルパターンを生成する要素の場合、照明光はコヒーレント部分を含むか、完全にコヒーレントである。スペックルパターンとは、不規則な構造化要素において回折されたコヒーレント光波の干渉を通じて生成される、ランダムに見えるパターンと理解する。
【００３３】
この実施形態の基本的な利点は、試料の数多くの異なるｘｙｚ領域を同時に、または短時間で次々に検査できる点とみなすことができる。異なるｚ位置はそれゆえ、波長依存の焦点位置を介して結像させることができる。有利な点として、ここでは走査のための移動が不要であり、それゆえ試料は光学顕微鏡の対物レンズに関して移動されない。これに加えて、試料の異なるｘｙ範囲が構造化要素を通じて検査でき、走査のために移動させなくてよい。構造化要素の設計に応じて、異なるｘｙ範囲の画像を、例えば構造化要素として回折格子が使用されている場合は同時に、または構造化要素として回転ピンホールまたはニポウディスクが使用されている場合は次々に、取得することができる。どちらの場合も、有利な点として、試料を対物レンズに関して移動させる必要がない。
【００３４】
試料光の非共焦点部分もまた確実に検出ユニットに到達させるために、本発明による光学顕微鏡の好ましい実施形態によれば、構造化要素と試料の間に、照明光を透過させ、試料からの試料光を反射させる、またはその逆のビームスプリッタが設置される。これによって、試料光が検出ユニットまでの間に構造化要素を通過しなくてもよいようにすることができる。具体的には、構造化要素が光の非共焦点部分を除去するような大きさである場合、試料光の非共焦点部分はこれによって、有利な点として、依然として検出ユニットに到達できる。共焦点型顕微鏡に必要な試料の照明をここに同時に供給できる。試料光の非共焦点部分の除去は、例えばニポウディスクを構造化要素として使用した場合、その穴がエアリディスクのそれより小さいか、それと同じである場合に行われる可能性がある。そのため、エアリディスクは試料上の照明光の焦点において、回折により最小の照明ディスクとなる。
【００３５】
ビームスプリッタは好ましくは偏光ビースプリッタであり、光の偏光方向を変える手段が偏光ビームスプリッタと試料の位置の間に設置され、これが試料光の偏光方向を変化させて試料光を検出ユニットへと進め、案内する。これらの手段は例えばλ／４板で形成でき、それによって、試料に向かって進む照明光と試料からの試料光はそれぞれ偏光方向に回転される。その結果、照明光の偏光方向と試料光の偏光方向は偏光ビームスプリッタにおいて相互に垂直である。その結果、照明光と試料光の空間分離を効率的に実現できる。有益な態様として、偏光フィルタを光源と偏光ビームスプリッタの間に設置することができ、それによって偏向照明光だけが偏光ビームスプリッタに、およびその後、試料に当たる。
【００３６】
その偏光方向が検出対象の試料光の偏光方向と一致しない迷光を除去するために、別の偏光フィルタを偏光ビームスプリッタと検出ユニットの間に設置できる。偏光ピームスプリッタの代わりに、またはこれに加えて、他の好ましい変形例によれば、試料からの試料光が構造化要素を通じて検出ユニットへと案内され、構造化要素の構造を、試料光の非共焦点部分が通過できるように十分に大きくするようになされる。これらの構造は例えば、ニポウディスクの穴径、マイクロレンズのレンズ径、または回折格子の周期性定数とすることができる。試料面に抱合される平面内に構造化要素を配置した場合、これらの構造は、エアリディスクより大きく、好ましくはエアリディスクの大きさの少なくとも２倍または３倍大きければ、十分な大きさでありうる。エアリディスクは、試料上の焦点における照明光の断面を画定する。エアリディスクの直径は、照明光の波長を対物レンズの開口数で割ったものの１．２倍と定義できる。
【００３７】
本発明による光学顕微鏡の別の好ましい実施形態によれば、構造化要素の１つの面が鏡面加工され、試料からの試料光が構造化要素の鏡面加工面へと案内され、そこで部分的に反射され、部分的に透過され、検出ユニットが第一と第二の検出器を有し、第一の検出器が試料からの、構造化要素を透過した試料光を測定するように構成され、第二の検出器が試料からの、構造化要素で反射された試料光を測定するように構成されるようになされている。これによって、具体的には、共焦点光路が構造化要素を通じて実現するようになすことができる。この場合、試料の共焦点画像は、構造化要素を透過した試料光で記録され、光の非共焦点部分は構造化要素で排除されている。他方で、構造化要素で反射された試料光はこの場合、非共焦点部分も有し、それによって試料の広視野画像を生成できる。
【００３８】
合焦手段は、対物レンズの一部であっても、対物レンズを含んでいてもよい。波長依存の焦点位置を生成するために、合焦手段は、好ましい実施形態によれば、屈折および／または回折マイクロレンズアレイ、すなわちマイクロレンズの二次元アレイを有する。合焦手段の軸上色収差により、光軸に沿った焦点位置は照明光の波長に依存する。広帯域照明光または異なるスペクトル部分を有する照明光はしたがって、光軸上の異なる深さで合焦される。これは異なる深さ、すなわちｚ値における試料の画像の記録に役立ち、光学顕微鏡の機械的調整が不要である。有利な点として、光軸を横切る平面内で相互に隣接する試料の複数の点をマイクロレンズアレイで同時に検査できる。このｘｙ平面はまた、走査のために移動させずに結像できる。これによって高度な並列化を実現でき、試料の多数の異なるｘｙｚ領域を、構造化要素を移動させることによって同時に、または単独で記録できる。
【００３９】
合焦手段の色収差を通じたｚ方向の分解能を特に高くするには、光の波長のできるだけ正確な知識と選択が望ましい。そのために、一方で、試料からの試料光をスペクトル分解で検出できる。他方で、そのほかに、またはこれに加えて、その目的のために光源の照明光の中の異なるスペクトル範囲を試料に逐次的に案内することができる。好ましい実施形態によれば、波長選択ユニットが設置され、照明光の可変的に調整可能なスペクトル範囲を選択することによって、照明光が合焦手段を介して光軸に沿った異なる位置に合焦され、電子制御ユニットが設置されて、波長選択ユニットによってスペクトル範囲が選択されるようになされる。波長選択ユニットは好ましくは、プリズム、回折格子、カラーフィルタおよび／または音響光学可変波長フィルタ（ＡＯＴＦ）を有する。
【００４０】
ある変形例によれば、測定時間を短縮し、機械的移動を少なくすることができ、構造化要素、例えば回折格子を両側から照明でき、それによって構造化要素の２つの位相を試料平面に結像できる。これは、複数の画像が構造化要素の異なる位相で記録され、モアレ効果を使って計算に含められ、より分解能の高い１枚の画像を形成できる場合、特に望ましい。それにより、照明光を第一または第二の光路に選択的に案内するために偏向手段が設置され、構造化要素の１つの面が鏡面加工されるようになされ、第一の光路上の照明光が構造化要素の鏡面加工面に案内され、構造化要素において試料の方向へと反射され、第二の光路上の照明光が構造化要素の他の面に案内され、構造化要素によって試料の方向に透過され、透過された照明光と反射された照明光が、相互に関して位相変位した構造化要素の画像を試料上に生成するようになされる。
【００４１】
偏向手段が調光ミラー、具体的にはガルバノミラー、マイクロミラーアクチュエータ（ＤＭＤ、デジタルマイクロミラーデバイス）またはマアクロエレクトロメカニカルシステム（ＭＥＭＳ）、音響光学変調器（ＡＯＭ）、音響光学偏向器（ＡＯＤ）、電気光学変調器（ＥＭＯ）または偏光回転に基づく調光ユニットを有することが好ましい。少なくとも１本のそれぞれの光ファイバを設置して照明光を第一および／または第二の光路に沿って案内することができる。
【００４２】
２つの光路を提供する代わりに、またはそれに加えて、偏向手段によって構造化要素をシフトさせることができる。このために、本発明による光学顕微鏡の好ましい変形例によれば、位置決め手段が設置され、構造化要素を変位および／または回転させ、検出ユニットで構造化要素の異なる位置における試料の画像を記録し、画像を計算に含めて１枚の試料画像を形成するようになされた電子制御手段が設置されるようになされる。検出ユニットは、スペクトル分解検出ユニットとすることが好ましい。ここで、試料光の中の異なる波長部分を、有利な点として、同時に検出し、相互から区別することができる。それによってｚ分解能が改善される。
【００４３】
検出ユニットは具体的には、スマートピクセルアレイ検出器、それゆえチップ上にコンピュータユニットを備える面検出チップとすることができ、それによって受信した信号の復調計算が検出器で直接行われる。検出ユニットのスペクトル分解能を生じさせるために、スペクトルフィルタ手段、具体的には音響光学可変波長フィルタ（ＡＯＴＦ）、プリズム、回折格子および／または少なくとも１つのカラーフィルタを設置できる。あるいは、検出ユニットは干渉計を有することができる。
【００４４】
本発明による方法の好ましい変形例によれば、試料の高さプロファイルを測定するために、試料光のうちの検出波長範囲の異なる試料の画像が記録され、各画像の画像点の変調コントラストが測定され、異なる画像の中の同じ位置を有する画像点から、変調コントラストが最も大きい画像点が選択され、試料の高さ情報が、関連する波長範囲に応じて、選択された画像点に割り当てられ、それぞれの高さ情報は異なる波長範囲の各々について事前に保存されているようになされる。試料の画像はそれによって、構造化要素の１つの位置で記録でき、または構造化要素の異なる位置または異なる位相で記録される複数の画像を計算に含めることによって計算できる。変調コントラストとは、最も単純な場合において、同じ画像内の隣接する画像点間の輝度の差であると理解できる。その波長によって、合焦手段により検査対象の試料面上に直接合焦される照明光は、変調コントラストの高い、試料の鮮鋭な画像を生成する。他方で、別の波長の照明光は、変調コントラストの低いぼやけた画像を生成する。具体的には、あるパターンを、構造化要素を通じて試料表面上に結像でき、その鮮鋭度は照明光の波長に応じて異なる。変調コントラストはそれゆえ、試料表面上への構造化要素の結像の鮮鋭度に基づく。試料表面の高さは異なる試料領域のｘｙ位置に依存しうるため、変調コントラストの測定と比較が、ある画像内の複数のｘｙ領域、好ましくは各画像点について行われる。
【００４５】
ここまで説明した実施形態において、ｚ分解能は、異なる波長についての焦点を分割することによって得られる。しかしながら、これに加えて、試料表面上の照明光の位相位置も使用でき、これは対物レンズからの試料の距離と、したがって試料の高さプロファイルに依存する。このために、スペクトル干渉法を実行できる。それによって、既知の波長の照明光が試料に案内される。試料光は干渉計によって部分的に試料に戻るように案内され、そこでそれは強め合う干渉を起こしうる。そのため、干渉計の基準光路の長さを干渉計で適切に調整しなければならず、これは試料表面からの距離に依存する。設定されるべきこの長さは、それゆえ、試料の輪郭形状に関する情報を含んでいる。したがって、方法の好ましい変形例において、干渉計、具体的にはＬｉｎｎｉｋ干渉計を用いて、試料光の一部が調整可能な長さの基準光路に案内され、その後、試料に戻るように案内され、試料表面で、照明光と戻された試料光との強め合う干渉が試料の高さプロファイルと基準光路の長さに依存し、基準光路の長さが変えられ、検出ユニットで最大信号が受信される長さが選択され、試料の高さプロファイルが、事前に保存された数値を援用して、選択された基準光路の長さから判断されるようにすることができる。
【００４６】
この目的のためには、検出光の波長を正確に知ることが必要である。
【００４７】
具体的には、この目的のために、方法の他の好ましい変形例によれば、波長の選択は、検出ユニットのスペクトルフィルタ手段と光源での波長選択ユニットの両方を通じて実現され、スペクトル分解能が改善されるようになされる。これにより、有利な点として、ｚ分解能がさらに改善され、干渉計を前述のように有意義に利用することができる。
【００４８】
光の非共焦点部分を機械的に除去せずに、試料の共焦点画像を生成するために、本発明による方法の好ましい変形例によれば、検出要素が共焦点画像を生成するためのデジタルダイアフラムとして使用され、共焦点画像を生成するために、これらの検出要素が使用され、その上に、照明光の焦点内にある試料領域が鮮鋭に結像されようになされる。検出ユニットは好ましくは、試料平面に抱合される平面内に配置される。それによって、光の非共焦点部分だけが当たる検出要素は使用されない。あるいは、これらの検出要素の情報を使って、光の共焦点部分が結像される残りの検出素子の上で光の非共焦点部分を推測し、差し引くことができる。この実施形態によれば、上記に加えて、またはその代わりに、試料光の非共焦点部分と共焦点部分による試料の広視野画像を計算できる。
【００４９】
本発明による方法の変形例によれば、いわゆるＨｉＬｏ方式を使用できる。この場合、試料の第一の画像が記録され、構造化要素が光路内に配置されて構造化照明を生成し、第二の画像が記録されて、具体的には第一の画像を記録する時に構造化照明で照明されなかった試料領域が検査され、その際、構造化要素が光路内に位置付けられず、第一と第二の画像が計算に含められて試料画像が形成されるようになされる。これによって、構造化要素を使用した場合と使用しない場合に取得できる異なる情報が合体される。
【００５０】
試料の高さプロファイルを評価するため、または異なる測定深さを区別するために、試料光がスペクトル分解で検出され、鮮鋭度関数が波長を介して判定されるようになすことができる。そこから鮮鋭度が最大となる波長を試料の高さとして計算できる。これは、合焦法の原理に対応し、これによって非常に高い深さ分解能が得られる。
【００５１】
光軸に対して横方向にある試料面内の測定分解能は、照明光および／または試料光の偏光符号化が行われる、方法の変形例において、さらに改善できる。これによって、試料面内の横並びの領域が異なる偏光状態の照明光で照射されるか、または位置依存の試料光偏向が実行され、光軸を横切るその位置に応じて特定の偏光状態が試料光に加えられるようになされる。すると、異なる偏光状態に関する試料光が別々に検出され、試料面内の位置情報が、その偏光状態に応じて、検出された試料光に割り当てられる。
【００５２】
例えば、照明光または試料光は、左旋円および右旋円偏光として区別できる。しかしながら、あるいは、異なる線形偏光もまた区別するための特徴として使用できる。試料面内に偏向照明光の空間構造を生成するために、追加の光学要素、例えば１つまたは複数の回折格子を光路内に配置することができる。
【００５３】
原理上、分解能の改善はまた、偏光符号化の代わりに、またはそれに加えて、色符号化を通じて試料面内で実現できる。これによって照明光はその波長に応じて異なる試料領域へと透過されるか、または試料光は光軸に対して横方向のその位置に応じてフィルタ処理される。すると、検出された光の異なる波長を試料面内の異なるｘｙ値に割り当てることができる。深さ分解能に関して、この実施形態では、有益な点として、軸上色収差を有する光学的手段を省くことができる。その代わりに、異なる光特性、例えば検出される光の偏光状態を深さ符号化に使用できる。
【００５４】
本発明による光学顕微鏡は好ましくは、本発明による方法およびこの方法の変形例を実行できるようになされる。
【００５５】
本発明の他の特徴と利点を、添付の概略的図面を参照しながら以下に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明による光学顕微鏡の第一の実施形態の概略図である。
【図２】本発明による光学顕微鏡の第二の実施形態の概略図である。
【図３】本発明による光学顕微鏡の他の実施形態の一部の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００５７】
図中、同じ構成要素および同じ効果を有するものは、同じ参照番号で識別されている。
【実施例１】
【００５８】
図１は、本発明による光学顕微鏡１００のある実施形態を示す。光学顕微鏡１００の基本的構成要素は、照明光１５を発するための多色光源１０と、空間構造を照明光１５に加える構造化要素３０と、照明光１５を試料６０に合焦させるための合焦手段５０である。さらに、光学顕微鏡１００は検出ユニット８０を含み、それによって試料６０により合焦手段５０の方向に発せられた試料光１６が検出される。試料光１６は、具体的には、試料６０で反射され、および／または散乱した照明光１５とすることができる。しかしながら、原理上、試料光１６はまた、照明光が試料に吸収された結果として放出される蛍光またはりん光でもありうる。
【００５９】
光源１０は、例えば１つまたは複数のレーザ、ハロゲンランプ、またはダイオードを含むことができる。照射される照明光１５は、比較的広い波長域を有していてもよく、光学結像手段１２、例えば１つまたは複数のレンズで波長選択ユニット２０へと案内される。波長選択ユニット２０は、ＡＯＴＦまたは１つまたは複数のプリズム、回折格子、またはカラーフィルタを含むことができる。波長選択ユニット２０は、電子制御手段９０により、照明光５の波長の狭帯域を逐次的に選択するように動作できる。
【００６０】
照明光１５のうち、波長選択ユニットで選択された部分は次に、偏向手段２５に案内される。これは例えば、ガルバノミラーまたはその他の調光ミラーを有することができる。あるいは、偏向手段は音響光学偏向装置を含んでいてもよい。電子制御手段９０は、偏向手段２５の少なくとも２種類の調整を行うようになされ、照明光１５が第一の光路１７または第二の光路１８に選択的に偏向される。
【００６１】
第一の光路１７上では、照明光１５は構造化要素３０の鏡面加工面に案内される。図の実施形態では、光ファイバ２７がその目的のために使用されている。照明光１５は、レンズ２７を介して光ファイバ２７へと結合され、光ファイバ２７から出た照明光は別のレンズ２８を介してビームスプリッタ２９、例えば半透鏡に、およびそれゆえ、さらに構造化要素３０の鏡面加工面へと案内される。
【００６２】
第二の光路１８では、照明光がレンズ２１により光ファイバ２２へと結合され、光ファイバの反対の端において、レンズ２３により構造化要素３０の鏡面加工されていない他の面に案内される。
【００６３】
しかしながら、照明光１５は、光ファイバの代わりに、ミラーおよび／またはレンズにのみによって２つの光路１７、１８上で案内することもできる。これに加えて、偏光フィルタ手段を設置して、照明光１５を偏向させることもできる。
【００６４】
照明光１５は、構造化要素３０を通じて第二の光路１８に透過させることができ、構造が照明光１５に加えられ、それによってこれを構造化照明光として説明することができる。
【００６５】
構造化要素３０は、試料面に抱合される視野面の中に位置付けられ、それによって、構造化要素３０は試料面に鮮鋭に結像される。
【００６６】
構造化要素３０は、例えば一次元または二次元回折格子構造とすることができる。２つの光路１７、１８が逐次的に使用される場合、構造化要素３０の２つの位相を試料位置に順次結像できる。試料６０上に構造化要素３０の他の位相を結像させるために、電子制御手段９０は、構造化要素３０を両矢印で示される方向、すなわち光学顕微鏡１００の光軸を横切るように変位させ、および／または構造化要素３０を回転させるようになされている。２つの光路１７、１８を使用することにより、有利な点として、測定に必要な構造化要素３０の位置の数を減らすことができる。
【００６７】
ビームスプリッタ２９によって、構造化要素で反射された第一の光路１７の照明光１５と、構造化要素３０で透過された第二の光路１８の照明光１５は、同じ光路上で試料６０に案内される。
【００６８】
照明光１５はこれにより、別の光学結像手段３１を通じて、またビームスプリッタ４０を通じて進む。試料６０に向かって進む照明光１５と試料６からの試料光１６は、ビームスプリッタ４０で分離される。このために、ビームスプリッタ４０は、偏光ビームスプリッタ４０として設計できる。この場合、光の偏光方向を変える手段、例えばλ／４板４１が偏光ビームスプリッタ４０と試料６０の間に設置される。λ／４板を通じて、照明光１５の偏光方向は試料６０までの間に回転され、戻ってきた試料光１６の偏光方向がもう一度回転される。照明光１５と試料光１６の偏光方向はそれによって、ビームスプリッタにおいて９０°異なるため、効率的な分離が可能となる。
【００６９】
照明光１５を試料６０に合焦させるために合焦手段５０が設置される。これらは、ここでは、軸上色収差を有する回折要素４８と、対物レンズ４９も含む。あるいは、回折要素４８はまた、対物レンズ４９の構成要素とすることもできる。軸上色収差により、光軸に沿った照明光１５の焦点位置は、照明光１５の波長に依存する。図１は、試料光１６の異なる波長に関する３つの異なる焦点５１を示している。
【００７０】
異なる波長の光を別々に評価することによって、異なる深さ、すなわち光軸に沿った異なる部分を検査できる。これによって試料６０の高さプロファイルを作成できる。部分的に透明な試料の場合、試料内の検査を異なる深さで行うこともできる。
【００７１】
試料６０から戻された試料光１６は、偏光ビームスプリッタ４０において検出チャネルへと案内され、そこでこれは偏光フィルタ４２と光学結像手段４３を介して検出ユニット８０へと通過する。異なる偏光方向の迷光は、偏光フィルタ４２によって除去できる。
【００７２】
試料６０の異なる深さを検査するために、照明光１５の波長を、具体的には波長選択ユニット２０および／または、検出ユニット８０のスペクトラルフィルタ手段によって調整できる。このために、電子制御手段９０は、検出されるべき光の波長を波長選択ユニット２０および／または、検出ユニット８０のスペクトルフィルタ手段で調整することにより、試料６０を移動させずに試料をｚ方向に走査できるようになされている。
【００７３】
試料に案内される照明光とフィルタ手段により検出ユニット８０に案内される試料光の波長を逐次的に変化させることは、光源の波長域の帯域を所望のスペクトル分解能で調整できない場合、および／または検出ユニットのスペクトル分解能を例えば限定的な数のカラーフィルタで所望の分解能にすることができない場合に有利となりうる。この場合、スペクトル分解能は、光源において特定の波長域を選択することと、検出ユニットで波長のフィルタ処理を行うことによって改善できる。この実施形態はまた、異なる回折格子の位相の結像が色符号化を通じて実現される場合に有利となりうる
【００７４】
試料６０の高さプロファイルは、ｘｙ平面、それゆえ光軸に対して横方向に隣接する画像点について異なる波長でのそれぞれの変調コントラストを測定することによって判断できる。変調コントラストはそれによって、ｚ焦点位置が試料表面と一致する波長において最も顕著である。ｚ焦点位置は波長ごとに数値表に保存され、それによって測定された波長から試料表面上のある位置がｚ方向に判定できる。
【００７５】
試料６０の高さプロファイルはまた、変調コントラストとは異なる方法でも測定できる。試料の断面画像は、構造化要素３０の異なる回折格子の位相についての複数の画像から、各波長について計算できる。すると、異なる断面画像内のそれぞれの位置において相互に対応する画像点から、最も光強度が高い、または最もコントラストが高い画像点を選択することによって、高さプロファイルを測定できる。
【００７６】
検出ユニット８０は、異なる回折格子の位相の画像を計算に入れるために、スマートピクセルアレイ検出器を含む。測定時間を短縮するために、さらに、回折格子の位相が照明光の偏光符号化を通じて試料に結像されるようになすことができる。
【００７７】
構造化要素３０の変位に加えて、またはその代わりに、対物レンズ５０の瞳面内でも構造化照明光１５を操作できる。構造化要素３０の回折格子は瞳面において、フーリエ変換にしたがって、基本的に回折格子の各回折次数に対応する点パターンとして表現される。偏向手段、例えば電気光学変調器、音響光学偏向器またはガルバノミラーを瞳面内に配置することができる。これによって瞳面内で点パターンに対応する照明光を角度変調でき、それにより、構造化要素３０を移動または回転させることなく、異なる回折格子位置間で切り替えることも同様に可能となる。
【００７８】
あるいは、構造化要素３０はまた、回折格子ではなく二次元ピンホールアレイでも形成できる。この場合、光路１８だけが使用される。それによって、検出ユニット８０の検出要素をデジタルピンホールとして使用でき、その結果、試料の異なる画像のうち、検出要素に鮮鋭に結像される領域だけを使って、共焦点画像が生成される。
【００７９】
本発明による光学顕微鏡１００の他の実施形態が図２に概略的に示されている。ここでも、光源１０の照明光１５は構造化要素３０に案内され、そのために光学結像手段３２と、図１に関して前述した構成要素１２、２５、９０、２１、２２、２３、４０が使用されている。
【００８０】
構造化要素３０を透過した照明光１５は、ここでもまた、λ／４板と合焦手段５０を介して試料６０に案内される。
【００８１】
しかしながら、図１と異なり、ビームスプリッタ４０はここでは構造化要素３０と試料６０の間でなく、光源１０と構造化要素３０の間に位置付けられている。その結果、試料からの試料光１６は合焦手段５０を通って進み、光学結像手段５３を通じて構造化要素３０に鮮鋭に結像される。構造化要素３０は電子制御手段９０を通じて回転され、試料のそれぞれの画像が異なる回転位置で検出ユニット８０により記録される。構造化要素３０の、試料６０と対向する面は鏡面加工されている。試料光１６はこれによって、構造化要素３０において部分的に反射され、部分的に透過される。
【００８２】
透過した試料光１６は、ビームスプリッタ４０で照明光１５から空間的に分離され、検出ユニット８０の第一の検出器８１で検出される。構造化要素３０をピンホールとして構成することが、ここでは共焦点画像形成に役立つ。構造化要素３０を透過する試料光１６はこれによって、共焦点部分だけを有する。光の非共焦点部分は、構造化要素３０で除去される。検出器８１はそれによって、試料６０の共焦点画像を記録できる。
【００８３】
他方で、構造化要素３０において反射された照明光１６は共焦点部分と非共焦点部分の両方を含む。反射された試料光１６はすると、光学結像手段５３、偏向ミラー５４、偏光フィルタ５５、および別の光学結像手段５６を介して検出ユニット８０の第二の検出器８２に結像される。第二の検出器８２はそれによって、試料６０の広視野画像を記録し、これは照明光１５の焦点位置からだけでなく、異なる深さからの画像情報も含んでいる。
【００８４】
この実施形態においては、照明光１５の波長依存の焦点位置５１を介して深さ分解能が得られる。
【００８５】
図の例では、２つの検出器８１と８２が別々のカメラチップを通じて形成される。しかしながら、あるいは、１つのカメラチップを使用することもでき、この場合、２つの検出器８１と８２がそのカメラチップの異なる領域を表す。
【００８６】
深さ分解能、それゆえ試料６０での光軸に沿った分解能は、より高いスペクトル分解能で測定することによって改善できる。この目的のために、図３の抜き出し図に示されている本発明による光学顕微鏡１００の他の実施形態によれば、干渉計７０が設けられている。随意選択により採用可能な拡張形として、図１と２においても、干渉計７０が合焦手段５０と構造化要素３０の間に示されている。
【００８７】
干渉計７０は、Ｌｉｎｎｉｋ干渉計として設計される。これは、ビームスプリッタ７１を含み、これによって試料光１６の一部が基準光路７２に案内される。基準光路７２では、好ましくは色消し対物レンズ７４と、対物レンズ７４の焦点に配置され、対物レンズ７４を出た試料光１６を戻すようになされたミラー７５もある。随意選択により、ミラー７５は、電子制御手段９０によって移動させることもできる。ミラー７５を移動させることによって、基準光路７２の長さと、したがってスペクトル干渉計に必要な光路差を調整できる。
【００８８】
さらに、λ／４板７３をビームスプリッタ７１と対物レンズ７４の間に設置して、試料光１６の偏光方向を回転させることができる。
【００８９】
ビームスプリッタ７１で透過された照明光１５は、図１に関連して説明したように、λ／４板４１と合焦手段５０を介して試料６０へと進む。
【００９０】
有利な点として、これによって色情報より多くの情報を取得でき、これを試料の高さ評価に関連して使用できる。実際に、指定された波長に関して干渉計７０で調整するべき光路差は、試料表面の距離と、したがって試料の高さプロファイルに依存する。試料表面で強め合う干渉を起こす光路差を調整するミラー７５の位置も同様に、高さプロファイルの測定に使用できる。
【００９１】
検出された光はこれにより、０．１ｎｍのオーダのスペクトル分解能で測定されるはずであり、これは、検出ユニットとして単純なカラーカメラを使用しただけでは不可能である。それゆえ、スペクトル分解による検出ユニットと共に可変波長光源を使用することが好ましい。
【００９２】
顕微鏡試料に関する多くの情報を、本発明による光学顕微鏡で得ることができる。具体的には、試料の共焦点画像および広視野画像をこれによって記録でき、光学顕微鏡の構成要素を配置し直したり、またはそこから取り外したりする必要はない。構成要素を機械的に移動させての試料の走査はほとんど省くことができる。試料の異なるｘｙ点はそれゆえ、構造化照明光を使って検査でき、それによって構成要素の再配置は不要であるか、またはせいぜい構造化要素の調整だけでよい。ｚ分解能は軸上色収差を援用して生成され、このｚ分解能は検出対象の光の波長の測定精度に依存する。波長は、光源が可変波長で、検出ユニットにさらにスペクトル分解能がある変形例において、特に正確に測定できる。
【符号の説明】
【００９３】
１０  光源
１２  光学結像手段、レンズ
１５  照明光
１６  試料光
１７  第一の光路
１８  第二の光路
２０  波長選択ユニット
２１  レンズ
２２  光ファイバ
２３  レンズ
２５  偏向手段
２６  レンズ
２７  光ファイバ
２８  レンズ
２９  半透鏡
３０  構造化要素
３１  光学結像手段、レンズ
３２  光学結像手段、レンズ
４０  ビームスプリッタ、偏光ビームスプリッタ
４１  λ／４板
４２  偏光フィルタ
４３  光学結像手段、レンズ
４８  軸上色収差を有する回折要素
４９  対物レンズ
５０  合焦手段
５１  照明光の焦点
５３  光学結像手段、レンズ
５４  偏向ミラー
５５  偏光フィルタ
５６  光学結像手段、レンズ
６０  試料
７０  干渉計
７１  ビームスプリッタ
７２  基準光路
７３  λ／４板
７４  色消し対物レンズ
７５  ミラー
８０  検出ユニット
９０  電子制御手段
１００  光学顕微鏡
【図１】
0006448532.tif 000002
【図２】
0006448532.tif 000003
【図３】
0006448532.tif 000004