(57)【要約】  本願では、照射光路（２６）上に配置された、照射光束（２４）を試料（５２）に集光するための対物レンズ（４８）と、対物レンズ（４８）によって集光された照射光束（２４）が試料（５２）上にて走査移動を行うように照射光束（２４）を偏向させるための、照射光路（２６）上において対物レンズ（４８）に前置された走査ユニット（３８）と、検出光路（６６）上に配置された、走査ユニットによって偏向されなかった検出光束（５４）を受光するための検出ユニット（５８）と、を備えた走査顕微鏡（２０）を開示している。検出ユニットは、検出光束（５４）のスペクトル操作を行うために、少なくとも１つのスペクトル選択性素子（１０）を備えており、スペクトル選択性素子（１０）は、スペクトルエッジを有する作用面（１２）を有し、スペクトルエッジは、作用面（１２）上の前記検出光束（５４）の入射の場所によって変化する。スペクトル選択性素子（１０）の作用面（１２）は、検出光路（６６）上の対物レンズ瞳（５０）の像の場所に配置されている。代替的に作用面（１２）は、検出光束が当該作用面に入射する入射角の、照射光束（２４）の走査移動の結果生じる変化に起因する、当該作用面のスペクトルエッジの変化が、当該作用面（１２）のスペクトルエッジの逆方向の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おり、当該逆方向の変化は、検出光束（５４）が作用面（１２）に入射する場所の変化によって生じるものである。
2018518714.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
走査顕微鏡（２０）であって、
照射光路（２６）上に配置された、照射光束（２４）を試料（５２）に集光するための対物レンズ（４８）と、
前記対物レンズ（４８）によって集光された前記照射光束（２４）が前記試料（５２）上にて走査移動を行うように前記照射光束（２４）を偏向させるための、前記照射光路（２６）上において前記対物レンズ（４８）に前置された走査ユニット（３８）と、
検出光路（６６）上に配置された、前記走査ユニット（３８）によって偏向されなかった検出光束（５４）を受光するための検出ユニット（５８）と、
を備えており、
前記検出ユニット（５８）は、前記検出光束（５４）のスペクトル操作を行うために、少なくとも１つのスペクトル選択性素子（１０）を備えており、
前記スペクトル選択性素子（１０）は、スペクトルエッジを有する作用面（１２）を有し、
前記スペクトルエッジは、前記作用面（１２）上の前記検出光束（５４）の入射の場所によって変化する走査顕微鏡において、
前記スペクトル選択性素子（１０）の作用面（１２）は、前記検出光路（６６）上の対物レンズ瞳（５０）の像の場所に配置されており、または、
前記スペクトル選択性素子（１０）の作用面（１２）は、前記検出光路（６６）上の位置であって、前記検出光束（５４）が前記作用面（１２）に入射する入射角の、前記照射光束（２４）の走査移動の結果生じる変化に起因する、前記作用面のスペクトルエッジの変化が、前記作用面（１２）のスペクトルエッジの逆方向の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おり、前記逆方向の変化は、前記検出光束（５４）が前記作用面（１２）に入射する場所の変化によって生じるものである、
ことを特徴とする走査顕微鏡（２０）。
【請求項２】
前記スペクトル選択性素子（１０）の作用面（１２）は、前記検出光路（６６）の光軸に沿った方向において、前記対物レンズ瞳（５０）の場所まで距離（Δｚ）を有し、
前記距離（Δｚ）は、前記検出光束（５４）の入射角の変化に依存して定められている、
請求項１記載の走査顕微鏡（２０）。
【請求項３】
前記距離Δｚ＞０は、全てのスキャン角θについて以下の条件を満たすように定められており、
【数１】
2018518714.tif 000012
ここで、
ＥＳ（θ，φ）は、前記スキャン角θかつ角度φの場合に生じる、前記作用面（１２）のスペクトルエッジの変化を表し、
ＥＤは、前記作用面（１２）上における単位区間あたりの前記スペクトルエッジの変化を表し、
φは、前記検出光路（６６）の光軸に対する前記作用面（１２）の配置角度を表す、
請求項２記載の走査顕微鏡（２０）。
【請求項４】
前記距離は、所望のエッジ位置からの前記スペクトルエッジの偏差が全てのスキャン角について可能な限り最小になるように定められている、
請求項２記載の走査顕微鏡（２０）。
【請求項５】
前記スペクトル選択性素子の作用面（１２）の面法線が前記検出光路（６６）の光軸に対して所定の角度で斜めになるように、前記作用面（１２）は、前記検出光路（６６）上に配置されている、
請求項１から４までのいずれか１項記載の走査顕微鏡（２０）。
【請求項６】
前記所定の角度は、６５°以下である、
請求項５記載の走査顕微鏡（２０）。
【請求項７】
前記スペクトル選択性素子（１０）の作用面（１２）は、前記検出光束（５４）が前記作用面（１２）に入射する入射角によって前記作用面（１２）のスペクトルエッジが実質的に線形に変化するように構成されている、
請求項１から６までのいずれか１項記載の走査顕微鏡（２０）。
【請求項８】
前記検出光束（５４）が前記スペクトル選択性素子（１０）の作用面（１２）に入射するときの、前記照射光束（２４）の走査移動に応じて変化する入射角は、前記作用面（１２）における前記検出光束（５４）の入射の場所が前記入射角によって近似的に線形に変化する角度範囲に制限されている、
請求項１から７までのいずれか１項記載の走査顕微鏡（２０）。
【請求項９】
前記少なくとも１つのスペクトル選択性素子（１０）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備えている、
請求項１から８までのいずれか１項記載の走査顕微鏡（２０）。
【請求項１０】
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９記載の走査顕微鏡（２０）。
【請求項１１】
前記バンドパスフィルタは、前記検出光路（６６）の光軸に沿って並べて配置されたショートパスフィルタとロングパスフィルタとから構成されている、
請求項１０記載の走査顕微鏡（２０）。
【請求項１２】
前記スペクトル選択性素子（１０）の作用面（１２）は、前記作用面（１２）のスペクトルエッジが変化軸（Ｖ）に沿った方向において、前記検出光束（５４）の入射の場所によって線形または非線形に変化するように構成されている、
請求項１から１１までのいずれか１項記載の走査顕微鏡（２０）。
【請求項１３】
前記作用面（１２）が前記対物レンズ瞳（５０）の像の場所に配置されている場合、前記作用面（１２）のスペクトルエッジは、前記変化軸（Ｖ）に沿った方向において、前記検出光束の入射の場所によって線形に変化し、
前記入射角の変化に起因する、前記スペクトルエッジの変化が補償される前記場所に、前記作用面（１２）が配置されている場合、前記スペクトルエッジは、前記変化軸（Ｖ）に沿った方向において、前記検出光束の入射の場所によって非線形に変化する、
請求項１２記載の走査顕微鏡（２０）。
【請求項１４】
前記検出ユニットは、前記検出光路（６６）上において前記スペクトル選択性素子（１０）に前置された光学系を備えており、
前記光学系は、前記変化軸に対して平行な方向において、前記変化軸に対して垂直方向における光学的作用とは異なる光学的作用を有する、
請求項１２または１３記載の走査顕微鏡（２０）。
【請求項１５】
前記検出ユニット（５８）は、少なくとも２つの検出モジュール（８０，８１）を備えた、有利にはモジュールの構成を有し、
前記少なくとも１つのスペクトル選択性素子は、少なくとも１つのビームスプリッタ（７４）を有し、
前記少なくとも１つのビームスプリッタ（７４）は、前記検出光束（５４）をスペクトル分離した状態で両検出モジュール（８０，８１）へ供給する、
請求項１から１４までのいずれか１項記載の走査顕微鏡（２０）。
【請求項１６】
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（１１８，１９４）を含み、
前記少なくとも２つのビームスプリッタのうち１つは、前記検出光路（６６）上において前記対物レンズ瞳（５０）の像から所定の距離に前置されており、他のビームスプリッタは、前記対物レンズ瞳（５０）の像から等しい距離に後置されている、
請求項１５記載の走査顕微鏡（２０）。
【請求項１７】
前記検出ユニット（５８）は、前記少なくとも１つのスペクトル選択性素子（１０）によって構成されたビームスプリッタカスケードであり、前記ビームスプリッタカスケードは、少なくとも、第１のビームスプリッタ（１１８）と第２のビームスプリッタ（２０３）とを含み、前記ビームスプリッタカスケードは、少なくとも、第１の検出モジュール（８０）と第２の検出モジュール（２１０）と第３の検出モジュール（２２１，２２８）とを備えており、
前記第１のビームスプリッタ（１１８）は、前記検出光束（５４）をスペクトル分離した状態で、透過によって前記第１の検出モジュール（８０）へ供給するとともに、反射によって前記第２のビームスプリッタ（２０３）へ供給し、
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）によって反射された前記検出光束（５４）をスペクトル分離した状態で、透過によって前記第２の検出モジュール（２１０）へ供給するとともに、反射によって前記第３の検出モジュール（２２１，２２８）へ直接または間接的に他のビームスプリッタ（２１４）を介して供給する、
請求項１６記載の走査顕微鏡（２０）。
【請求項１８】
前記ビームスプリッタ（１１８，２０３，２１４）は、前記検出光束（５４）のうち前記ビームスプリッタ（１１８，２０３，２１４）が各自に割り当てられた前記検出モジュール（８８，２１０，２２１，２２８）へ透過によって供給するスペクトル成分の波長が、前記ビームスプリッタカスケード内において順次減少していくように構成されている、
請求項１７記載の走査顕微鏡（２０）。
【請求項１９】
前記走査顕微鏡（２０）は、前記検出光路（６６）上において前記対物レンズ瞳（５０）の像に前置された少なくとも１つの第１のビームスプリッタ（１９４）と、前記検出光路（６６）上において前記対物レンズ瞳（５０）の像に後置された少なくとも１つの第２のビームスプリッタ（１１８）と、を備えている、
請求項１６から１８までのいずれか１項記載の走査顕微鏡（２０）。
【請求項２０】
前記第１のビームスプリッタ（１９４）と前記第２のビームスプリッタ（１１８）とは同一の発散を示し、かつ、前記対物レンズ瞳（５０）の像から等しい距離に配置されており、
前記発散は、前記作用面（１２）上における単位区間あたりの前記スペクトルエッジの変化に相当するものである、
請求項１９記載の走査顕微鏡（２０）。
【請求項２１】
前記少なくとも１つの第１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（２５１，２５２）を含み、前記少なくとも２つのビームスプリッタ（２５１，２５２）は、前記対物レンズ瞳（５０）の像からそれぞれ異なる距離に前置されており、かつ、異なる発散を示し、および／または、
前記少なくとも１つの第２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（２５４，２５５）を含み、前記少なくとも２つのビームスプリッタ（２５４，２５５）は、前記対物レンズ瞳（５０）の像からそれぞれ異なる距離に後置されており、かつ、異なる発散を示す、
請求項１９または２０記載の走査顕微鏡（２０）。
【請求項２２】
前記少なくとも１つのスペクトル選択性素子は、少なくとも１つのエッジフィルタ（２９２，２９５，２９８，２９９）を有し、
前記エッジフィルタ（２９２，２９５，２９８，２９９）は、検出器（２９４，３００）を備えた少なくとも１つの前記検出モジュール（３０１，３０２）内において他の結像光学系を設けることなく前記ビームスプリッタ（１９４）に接続されており、
前記少なくとも１つのエッジフィルタ（２９２，２９５，２９８，２９９）は、前記検出器（２９４，３００）に前置されており、
前記少なくとも１つのエッジフィルタ（２９２，２９５，２９８，２９９）の作用面（１２）は、前記対物レンズ瞳（５０）の像の場所（２９３，２９７）にほぼ配置されている、
請求項１６記載の走査顕微鏡（２０）。
【請求項２３】
前記検出ユニット（５８）は、少なくとも１つの非球面レンズを備えている、
請求項１から２２までのいずれか１項記載の走査顕微鏡（２０）。
【請求項２４】
前記スペクトル選択性素子（１０）の作用面（１２）は、さらに偏光感応性に構成されている、
請求項１から２３までのいずれか１項記載の走査顕微鏡（２０）。
【請求項２５】
前記スペクトル選択性素子（１０）の作用面（１２）のスペクトルエッジは、前記検出光束（５４）の入射の場所と共に単調に変化する、
請求項１から２４までのいずれか１項記載の走査顕微鏡（２０）。
【請求項２６】
前記作用面（１２）上における前記検出光束（５４）の入射の場所を変化させるために、前記スペクトル選択性素子（１０）は、位置調整可能である、
請求項１から２５までのいずれか１項記載の走査顕微鏡（２０）。
【請求項２７】
前記対物レンズ（４８）は、前記照射光束（２４）を前記試料（５２）上に集光するように、かつ、前記検出光束（５４）を受光するように構成されている、
請求項１から２６までのいずれか１項記載の走査顕微鏡（２０）。
【請求項２８】
前記対物レンズ（４８）は、前記照射光束（２４）を前記試料（５２）上に集光するためにのみ設けられており、
前記検出光路（６６）上に、前記検出光束（５４）を受光するための光学系（３０５）が配置されている、
請求項１から２６までのいずれか１項記載の走査顕微鏡（２０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照射光路上に配置された、照射光束を試料に集光するための対物レンズと、対物レンズによって集光された照射光束が試料上にて走査移動を行うように照射光束を偏向させるための、照射光路上において対物レンズに前置された走査ユニットと、検出光路上に配置された、走査ユニットによって偏向されなかった検出光束を受光するための検出ユニットと、を備えた走査顕微鏡に関し、検出ユニットは、検出光束のスペクトル操作を行うために少なくとも１つのスペクトル選択性素子を備えており、スペクトル選択性素子は作用面を有し、当該作用面のスペクトルエッジは、当該作用面上の検出光束の入射場所によって変化する。かかる光学素子は、「プロファイルフィルタ」または「可変ビームスプリッタ」ないしは「可変フィルタ」とも称される。
【０００２】
光学素子のスペクトル特性が当該光学素子の長さにわたって実質的に線形に変化する場合には、可変ビームスプリッタないしは可変フィルタは「線形可変ビームスプリッタ」ないしは「線形可変フィルタ」とも称される。
【背景技術】
【０００３】
上記にて記載した分野の走査顕微鏡はたとえば、蛍光放射を放出するために照射光束を用いて蛍光色素を励起させる蛍光観察法において使用される。この用途では、励起光を照射光束の形態で、試料上にて走査移動をさせる。この走査移動は、対物レンズに前置された走査ユニットを介して実現され、走査ユニットは通常は、１つまたは複数の可動の走査ミラーと、照射光束を対物レンズの入射瞳へ送る走査光学系と、を備えている。試料において照射光束によって励起された蛍光放射は、対物レンズによって走査顕微鏡へ送り返され、検出光束の形態で検出ユニットへ供給される。この検出ユニットは通常は、検出光束を成形および偏向するための複数のレンズと、検出光束を最終的に検出する検出器と、を備えている。
【０００４】
共焦点顕微鏡法では、通常はいわゆるデスキャン検出器を用いて動作するが、たとえばマルチフォトン顕微鏡法、ライトシートないしは光シート顕微鏡法、または、マルチスポットないしは多焦点顕微鏡法等の他の顕微鏡用途では、いわゆるノンデスキャン検出器（ＮＤＤ）が用いられる。デスキャン検出器は、検出光束が走査ユニットへ返されて走査ユニットによって位置固定的な検出光束に変換された後に初めて、検出光束を受光する。かかる位置固定的な光束は、走査ユニットに当たる前は照射光束でもある。それに対してノンデスキャン検出器は、検出光束が先に走査ユニットへ供給されることなく検出光束を受光するものである。よって、検出光束は走査ユニットによって影響を受けることなく検出器に到達する。
【０００５】
マルチフォトン顕微鏡法では、非線形の作用によって、試料に集光された照射光束によって生じる、空間的に狭く制限された励起焦点内の蛍光色素のみが励起されて、蛍光放射を放出する。この励起焦点に由来する蛍光放射は全て、励起焦点の既知の位置を考慮してノンデスキャン検出器によって検出することができる。その結果、照射光束を試料において走査移動させることによって、３次元の試料像を生成することができる。
【０００６】
走査顕微鏡の検出光路には、通常は、検出光束を所望のようにスペクトル操作する複数のビームスプリッタおよびフィルタが設けられている。たとえば、ビームスプリッタを使用して、検出光束を波長に依存して複数の部分光線に分割し、各自専用の検出器を備えた複数の検出チャネルへこれらの部分光線を供給することができる。光学フィルタを用いて、検出器ごとに検出すべき波長領域を規定することができる。
【０００７】
検出器としては特に点検出器（たとえば光電子増倍器、アバランシェ光電子増倍器またはハイブリッド光電子増倍器）、ライン検出器またはエリア検出器ないしはアレイ検出器（たとえばＣＣＤ、ＥＭＣＣＤ、ＣＭＯＳ、ｓＣＭＯＳ、またはＱＩＳ（Quanta Image Sensor））を使用することができる。
【０００８】
一方、共焦点顕微鏡法では、ユーザが検出対象の波長領域を撮像前に自由に選択できる、いわゆる分光検出器も使用されている。かかる分光検出器では、たとえばプリズムを用いて検出光束を複数のスペクトル成分に分解し、これらから、検出対象の波長領域を選択する。
【０００９】
それに対して、上述のフレキシブルに使用可能な分光検出器をノンデスキャン検出器において使用することは、従来は容易ではなかった。というのも、ノンデスキャン検出器では検出光束は検出ユニットにおいて、共焦点用途では検出光束が走査ユニットへ戻ることによって生じることがない走査移動を行うからである。よって、従来はノンデスキャン検出器には、スペクトル特性が決まっている従来の干渉フィルタないしは干渉ビームスプリッタ、すなわち、スペクトル特性が実験中にユーザによって変化できない従来の干渉フィルタないしは干渉ビームスプリッタが備えつけられていた。
【００１０】
独国特許出願公開第１０２００６０３４９０８号明細書（DE 10 2006 034 908 A1）には、走査顕微鏡においてカットオフ波長（「スペクトルエッジ」ともいう）がフィルタに沿った方向に変化するエッジフィルタの形態のスペクトル選択性素子（プロファイルフィルタ）を使用することが記載されている。このスペクトル選択性素子では、フィルタのスペクトルエッジが透過波長領域を、透過が行われない波長領域から分離する。
【００１１】
スペクトルエッジが位置によって変わるかかる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要望に応じて調整することができる。しかしこのようなエッジフィルタでは、独国特許出願公開第１０２００６０３４９０８号明細書では言及されていない問題も生じる。たとえば、フィルタに入射した検出光束が十分に小さい径を有する場合にしか、十分に急峻なスペクトルエッジ、すなわち十分に鮮鋭なカットオフ波長を実現することができない。光束径が増大するごとに、エッジ勾配が必然的に減少していく。エッジ勾配が小さくなるほど、検出器のスペクトル特性は低精度になっていく。
【００１２】
その上、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に入射する入射角に依存する。このことは特に、検出光束の入射角が照射光束の走査移動に基づいて変化するノンデスキャン検出器の場合に悪影響を及ぼす。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明の課題は、冒頭に述べた分野の走査顕微鏡を、ノンデスキャン用途において検出ユニットのスペクトル特性のフレキシブルかつ高精度の規定が可能になるように改良することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は前記課題を、請求項１記載の構成を備えた走査顕微鏡によって解決する。従属請求項に有利な実施形態が記載されている。
【００１５】
本発明は択一的な一形態では、スペクトル選択性素子の作用面を、検出光路上の対物レンズ瞳の像の場所に配置する。それに対し、第２の代替的な一形態では本発明は、スペクトル選択性素子の作用面を、検出光路上の位置であって、検出光束が作用面に入射する入射角の、照射光束の走査移動に基づいて生じる変化に起因する、当該作用面のスペクトルエッジの変化が、当該作用面のスペクトルエッジの逆方向の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し、当該作用面のスペクトルエッジの逆方向の変化は、検出光束が作用面に入射する場所の変化によって生じるものである。かかる形態では、スペクトルエッジ、すなわち反射と透過との間のカットオフ波長を、たとえば、透過率がちょうど５０％である波長として規定することができる。もちろん、スペクトルエッジを他の態様で規定することも可能である。
【００１６】
換言すると、請求項１に記載の本発明は、照射光束を試料に集光するための対物レンズを照射光路上に配置した走査顕微鏡を対象とするものである。照射光路上において対物レンズには、対物レンズによって集光された照射光束が試料に対して相対的に走査移動を行うように照射光束を偏向するための走査ユニットが前置されている。走査顕微鏡は、検出光路上に配置された、照射光束を受光するための検出ユニットを備えている。この検出光路は、検出光束が走査ユニットによって偏向されないように構成されており、これにより、照射光路の照射光束は走査ユニットに到達しない。その点においては、検出光束は走査移動を行うので、この検出光路は移動ないしはスキャンする検出光路である。検出ユニットは、検出光束をスペクトル操作するために、スペクトルエッジを有する作用面を備えた少なくとも１つのスペクトル選択性素子を備えている。スペクトルエッジは、検出光束が作用面に入射する場所によって変化する。
【００１７】
「スペクトルエッジの変化」とは、本発明では特に、検出光束がスペクトル選択性素子の作用面に当たる場所に依存して、当該スペクトル選択性素子において反射および／または透過する検出光束のスペクトル成分が変化することをいう。
【００１８】
第１の択一的な形態では、スペクトル選択性素子の作用面は、検出光路上の対物レンズ瞳の像の場所に配置されている。第２の代替的な形態では、スペクトル選択性素子の作用面は検出光路上において、当該検出光路の他の場所に配置されている。検出光路のこの他の場所は、検出光束が走査移動を行う、移動ないしはスキャンする検出光路上に設けられており、その際には、検出光束の走査移動に起因して生じる、スペクトル選択性素子の作用面への検出光束の入射場所の変化（これは通常、スペクトル選択性素子の作用面に対する検出光束の入射角の相対的な変化の原因にもなる）が、作用面のスペクトルエッジの逆方向の変化によって少なくとも部分的に補償されるように、スペクトル選択性素子を配置することができる。
【００１９】
上掲の第１の択一的な形態は、特に、スペクトル選択性素子がその作用面を検出光路の光軸に対して垂直にして配置されており、かつ、走査に起因する傾動運動により検出光束が当該素子の作用面に入射する（当該光軸を基準とした）最大入射角が過度に大きくない場合に、有利に適用することができる。この場合、スペクトル選択性素子を瞳像の場所に配置することによって、作用面上における光入射場所が変わることによるスペクトルエッジのシフトが回避され、なおかつ、入射角の変化に起因するスペクトルエッジのシフトが比較的小さくなって許容範囲内となる。典型的にはこのことは、３５°以下の入射角、特に３０°以下の入射角、ごく具体的には２０°以下の入射角に当てはまる。
【００２０】
第２の代替的な形態は、特に、走査移動によって生じる、スペクトル選択性素子における入射角が、入射角に依存するエッジ位置シフトを許容できなくなるほど大きい場合に、有利である。この場合本発明は、スペクトル選択性素子の作用面が光軸に沿った方向に瞳像の位置に対して相対的にシフトするように、当該作用面を検出光路上に配置する。作用面を瞳像の場所に対して上述のように相対的に配置することにより、検出光束の傾動運動によって、作用面における検出光束の入射場所が変化する。入射場所がこのように変化すると、入射角に依存するエッジ位置シフトを十分に補償するために使用できる、エッジ位置のシフトが生じる。
【００２１】
換言すると、入射角に依存するエッジ位置の変化は、スペクトル選択性素子の適切な発散プロファイルによって補償される、ということである。ここで「発散」とは、当該素子の作用面上における単位区間あたりのスペクトルエッジの変化をいう。
【００２２】
この補償を可能にするためには、スペクトル選択性素子の作用面は検出光路の光軸に対して垂直ではなく、斜めに配置されている。このような斜め位置決めにより、垂直方向の向きとは異なって、スペクトルエッジの位置は入射角と共に単調に変化することとなる。このことによって、スペクトル選択性素子の作用面上における入射場所の変化によって生じる、同様に単調に推移する逆方向のエッジ位置シフトにより、入射角に依存するエッジ位置シフトを補償することができる。
【００２３】
スペクトル選択性素子は有利には、反射平面すなわち入射光線と反射光線とによって定まる平面がスペクトル選択性素子の変化軸Ｖに対して平行になるように、光路上に配置される。
【００２４】
有利には、スペクトル選択性素子の作用面は検出光路の光軸に沿った方向において、対物レンズ瞳の場所まで距離Δｚを有し、この距離Δｚは、検出光束の入射角の変化、ひいては検出光束のスキャン角の変化と、スペクトル選択性素子の発散とに依存して定められている。よってパラメータΔｚは、検出光路の光軸に沿った方向におけるスペクトル選択性素子の作用面から対物レンズ瞳の像の場所までの距離を示すものであり、スペクトル選択性素子は、対物レンズ瞳の結像の場所から上流または下流に距離Δｚの場所に配置することができる。同時に複数のスペクトル選択性素子を使用することも可能であり、これらのスペクトル選択性素子のうち一部を対物レンズ瞳の結像の場所より上流に、一部を当該結像の場所より下流に配置することができる。
【００２５】
上記および下記においてスキャン角とは、検出光束と光軸との間の角度である。以下、スキャン角については記号θを、場合によっては下付文字との組合せで用いる。反時計回りのスキャン角は、本願では正の数字で表し（θ＞０）、時計回りのスキャン角は負の数字で表す（θ＜０）。使用される全てのスキャン角の角度範囲を「スキャン角範囲」とも称する。
【００２６】
さらに、作用面が検出光路の光軸に対して斜めに配置される場合、（図中に示されているように）一般性を限定することなく、正のスキャン角θの場合に対物レンズ瞳の像の位置と作用面上における光入射場所との間の距離が負のスキャン角θの場合より小さくなるように、作用面は光軸に対して角度φ＞０で配置される。この角度φとスキャン角θとから、検出光束の入射角を特定することができる。
【００２７】
上掲の距離Δｚ＞０は有利には、全てのスキャン角θ≠０について以下の条件を満たすように定められている：
【数１】
2018518714.tif 000003
有利には、
【数２】
2018518714.tif 000004
特に有利には、
【数３】
2018518714.tif 000005
ここで、
ＥＳ（θ，φ）は、スキャン角θかつ角度φの場合に生じる、光軸上における光線束の入射場所での作用面のスペクトルエッジの変化を表し、
（ＥＳ（θ，φ）は負の値もとることができる）、
ＥＤは、作用面上における単位区間あたりのスペクトルエッジの変化を表す。
【００２８】
有利には距離Δｚは、所望のエッジ位置からのスペクトル位置の偏差が全てのスキャン角について可能な限り最小となるように、すなわち、入射角に依存するエッジ位置シフトが可能な限り最良に補償されるように定められている。
【００２９】
この場合、以下の条件を満たすスキャン角θ０が存在することとなる：
【数４】
2018518714.tif 000006
【００３０】
よって角度θ０は、入射場所の変化に基づくエッジ位置のシフトが入射角に依存するエッジ位置シフトによって補償され、かつ、当該補償からの偏差がスキャン角範囲全体において近似的に最適化されるスキャン角である。角度θ０はスキャン角範囲内である。
【００３１】
上記にて説明した、スペクトル選択性素子の作用面の斜め位置決めは有利には、作用面の面法線が検出光路の光軸に対して定められた角度で斜めになるように実現される。
【００３２】
上掲の角度は、有利には６５°以下（たとえば４５°）であり、特に有利な一構成では、上掲の角度は２０°〜４０°の範囲内である。かかる角度範囲の選択は、以下の考察に基づいている：大きいエッジ勾配を達成するためには、スペクトル選択性素子の場所における光線径が可能な限り小さくなければならない。さらに、スキャンフィールドを可能な限り大きくしたいとの要請、すなわち、スキャン角を大きくしたいとの要請も存在し、このようにすると、検出ユニットにおいて使用される結像光学系の開口数が大きくなる。開口数が大きいことは、スペクトル選択性素子における入射角が小さいことと同様に有利である。というのも、開口数が大きいこともエッジ勾配を改善するからである。
【００３３】
本発明の配置を最適化するためには、瞳までの距離、使用される結像光学系の開口数ならびに径、発散および入射角を、その光学素子の不調和が排除されるように変化させることができる。特に、入射角が過度に大きく、かつ、スペクトル選択性素子から瞳までの距離が過度に大きい場合、光路上において後置された結像光学系との不調和が生じることが判明している。さらに、特に大きい開口数を維持しなければならない場合には、入射角が過度に小さいと、反射時の光路上においてスペクトル選択性素子に直接前置ないしは後置された光学素子との不調和が生じ得ることも判明している。２つのスペクトル選択性素子を瞳の上流と下流とに配置する場合において、特に素子から瞳までの各距離が小さく、かつ入射角が大きい場合には、これらの素子間に不調和が生じる。
【００３４】
上記検討を背景として、大きい開口数を維持するとの条件下では、スペクトル選択性素子の作用面上における検出光の入射角を約２０°〜約４０°の間に設定することが有利であるとの認識が得られた。このようにして、入射角に対するエッジ位置の依存性が小さいことにより、各素子の発散を縮小することができ、これにより各素子の長さも短くすることができる。さらに、上述の不調和を回避するために光学素子間のスペースを大きく維持することも可能になる。
【００３５】
スペクトル選択性素子の作用面はたとえば、検出光束が作用面に入射する入射角によって当該作用面のスペクトルエッジが実質的に線形に変化するように構成されている。かかる構成によって、作用面における光入射場所の変化により生じる逆方向のエッジ位置シフトによって、入射角に依存するエッジ位置シフトを、特に簡単に補償することができる。
【００３６】
ショートパスフィルタまたはロングパスフィルタとしてスペクトル選択性素子を使用する場合、スペクトルエッジが入射場所によって線形に変化することが有利である。しかし本発明は、スペクトルエッジが検出光束の入射場所によって線形に変化することに限定されるものではない。特に、スペクトル選択性素子をビームスプリッタとして使用する場合には、スペクトルエッジの非線形の変化、たとえば２乗変化、指数関数的変化、または他の態様の変化も可能である。
【００３７】
スペクトル選択性素子の作用面は、そのスペクトルエッジが上述の変化軸に対して垂直方向に、検出光束の入射場所によって変化するように構成することも可能である。本実施形態は有利には、本発明の分野の走査顕微鏡の場合、通常は試料を２次元走査するとの事情を考慮したものである。この場合、スペクトル選択性素子における検出光束の実際の入射角は、得られる像においてたとえばｘ軸とこれに対して垂直なｙ軸とを基準とする２つのスキャン角のベクトル積から算出されるものである。ｘ軸は、上述の変化軸に相当する。これに対応して、変化軸に対して垂直な軸はｙ軸に相当する。よって、試料の２次元の走査を行うと、作用面上におけるスペクトルエッジ位置の依存性は上掲の変化軸または発散軸の方向にだけでなく、当該軸に対して垂直方向にも生じる結果となる。この垂直方向においてスペクトルエッジを適切に変化させることにより、ｙ軸を基準とする入射角によって引き起こされるスペクトルエッジの変化を、効果的に補償することができる。たとえば、スペクトル選択性素子の作用面上において同一のスペクトルエッジ位置の線が変化軸または発散軸に対して垂直方向に直線には延在せず、適切な態様で曲線になるように、スペクトル選択性素子を構成することができる。
【００３８】
有利には、検出光束がスペクトル選択性素子の作用面に入射するときの、照射光束の走査移動に応じて変化する入射角は、当該検出光束が作用面に入射する場所が入射角によって実質的に線形に変化する角度範囲に制限される。ここで、作用面の面法線と検出光路の光軸とが成す角度が小さいほど、入射角が変化する角度範囲を大きくすることができる。
【００３９】
有利には、少なくとも１つのスペクトル選択性素子は少なくとも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備えている。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ことができる。
【００４０】
有利には上述のバンドパスフィルタは、検出光路の光軸に沿って並べて配置されたショートパスフィルタとロングパスフィルタとから構成されている。
【００４１】
構成をよりコンパクトにするためには、フィルタ領域ないしは分割領域が相異なる複数のスペクトル選択性素子を前後に並べて配置することが有利となり得る。たとえば、スペクトルエッジが最小値から中間値まで変化する第１のフィルタ領域ないしは分割領域を有する第１の基板を設けることができ、さらに、スペクトルエッジが上記の中間値から最大値まで変化するフィルタ領域ないしは分割領域を有する第２の基板を設けることができる。これらの第１および第２の基板を検出光路上において前後に並べて配置し、所望の検出波長領域ないしは所望のスペクトルエッジを有する基板を検出光路上に移動させ、かつ、他方の基板を当該光路から取り出すように使用することができる。さらに、これらの基板は、波長に依存しない高い透過率を有する領域を有することも可能である。かかる構成によって、一方の基板を光路から取り出すことに代えて、波長に依存しない高い透過率の領域を光路上に移動させること、ないしは光路上に留まらせることも可能になる。
【００４２】
スペクトル選択性素子が光軸に対して垂直方向ないしは略垂直方向である場合、特に有利な一構成では、スペクトル選択性素子の作用面のスペクトルエッジが変化軸に沿った方向において、検出光束の入射場所によって線形に変化するように、当該作用面が構成されている。本実施形態では、当該素子はたとえば、線形可変エッジフィルタである。
【００４３】
たとえば検出ユニットは、検出光路上においてスペクトル選択性素子に前置された光学系を備えており、この光学系は、変化軸に対して平行な方向において、当該変化軸に対して垂直方向における光学的作用とは異なる光学的作用を有する。かかる光学系はたとえば、上述の方向において異なる屈折力を示す非点収差光学系、特にシリンダ光学系とすることができる。たとえば、スペクトル選択性素子の作用面上への入射角を小さく抑えるため、シリンダ光学系が検出光束を、変化軸に対して平行方向にのみコリメートし、かつ、変化軸に対して垂直方向には光束を発散したままにするように、シリンダ光学系を構成することができる。また、変化軸に対して平行な方向と垂直な方向とにおいて異なる結像比をもたらす光学系も可能である。このような光学系によって、たとえば、スペクトル選択性素子に入射した検出光束が当該スペクトル選択性素子の作用面上に、変化軸に対して垂直方向の寸法が当該変化軸に対して平行方向の寸法より大きい楕円形の光スポットを生成するように、当該検出光束に影響を及ぼすことができる。このように影響を及ぼすことによって、変化軸に対して垂直方向に生じる既に小さいエッジ位置シフトを、さらに低減することができる。
【００４４】
有利には検出ユニットは、少なくとも２つの検出モジュールを備えたモジュール構成を有し、少なくとも１つのスペクトル選択性素子は少なくとも１つのビームスプリッタを有し、このビームスプリッタは検出光束をスペクトル分離した状態で両検出モジュールへ供給する。かかるモジュール構成により、本発明の走査顕微鏡を、都度の所望の用途に合わせてフレキシブルに調整することが可能になる。
【００４５】
作用面上における検出光束の入射場所を変化させるためには、駆動装置を用いてスペクトル選択性素子を位置調整可能とすることが有利である。素子の作用面がたとえば方形の形状を有する場合、所望のスペクトルエッジに調整するため、適切な駆動装置を用いて作用面を、当該方形の長辺に対して平行な変化軸に沿った方向に位置調整することができる。それに対して、発散のプロファイルが円形の形状を有する場合、エッジ位置を調整するため、駆動装置を用いて作用面を回転させることができる。
【００４６】
有利には、たとえば機械的、空気圧式、電気的、または圧電効果をベースとする駆動装置を用いて、作用面の位置を調整することができる。たとえば、所望の位置に調整するために電気モータを使用することができる。かかる調整は、ユーザによってソフトウェアを用いて行うことができる。また、上述のような駆動装置を自動的に動作させることも可能である。さらに、検出光路の光軸に沿った方向においてスペクトル選択性素子の作用面と対物レンズ瞳の像の場所との間の距離Δｚのフレキシブルな適合を可能にするため、スペクトル選択性素子を光軸に沿ってシフト可能に構成することも可能である。このシフトも有利には、上掲の種類の駆動装置によって行うことができ、また自動的に行うことも可能である。上掲のいずれの場合においても、駆動装置を固定のプログラム順序に基づいて制御することができ、または、光強度または光線位置等の特定の測定データに応答する閉ループ制御に基づいて制御することもできる。その際には、駆動装置が測定前または測定中に位置を適合させることが可能である。このことによってたとえば、エッジ位置の残りのシフトを動的に補償することができる。
【００４７】
本発明の走査顕微鏡は、通常は干渉フィルタを用いて動作する従来のシステムであって、スペクトル特性が空間的にフィルタ全体にわたって一定であるシステムと比較して、走査顕微鏡において使用されるスペクトル選択性素子を適切に調整することによって各検出チャネルの個々のスペクトル特性をユーザによって撮像直前ないしは撮像中に初めて規定できるという、格別な利点を奏する。設けられる検出チャネルが多いほど、上記利点は顕著になる。このことを背景として、非常に有利な一実施形態では検出ユニットは、少なくとも１つの第１のビームスプリッタと１つの第２のビームスプリッタとを含むビームスプリッタカスケード、少なくとも１つの第１の検出モジュール、第２の検出モジュールおよび第３の検出モジュールを備えており、第１のビームスプリッタは検出光束をスペクトル分離した状態で透過によって第１の検出モジュールへ供給し、かつ反射によって第２のビームスプリッタへ供給し、第２のビームスプリッタは、第１のビームスプリッタによって反射された検出光束をスペクトル分離した状態で透過によって第２の検出モジュールへ供給し、かつ反射によって第３の検出モジュールへ直接、または他のビームスプリッタを介して間接的に供給する。本実施形態は、上述のビームスプリッタを構成する本発明のスペクトル選択性素子の特性が、スペクトルエッジに基づいて透過スペクトル領域より大きい反射スペクトル領域より大きいものとなっているとの認識に基づいている。ノンデスキャン検出ユニットを２つより多くの検出モジュールによって構成する場合、可能な限り大きなスペクトルフレキシビリティを達成するためには、検出モジュールのカスケード接続を透過によってではなく反射によって行うことが有利である。
【００４８】
他の有利な一実施形態では上述のビームスプリッタは、検出光束のうちビームスプリッタが各自に割り当てられた検出モジュールへ透過によって供給する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において順次減少していくように構成されている。複数の検出モジュールを備えた検出ユニットの場合、各検出モジュールは検出光のうち、最大でも、他の検出モジュールによっては検出されない成分のみを検出することができる。よって本実施形態では、検出光において、最大光波長を有するスペクトル成分を、検出光路上において最初の検出モジュールへ送るように、すなわち、透過において最初のビームスプリッタに後置された検出モジュールへ送るように構成されている。このことに応じて、検出光のうち光波長が２番目に大きいスペクトル成分は、検出光路の中で２番目の検出モジュールへ送られる。すなわち、透過において２番目のビームスプリッタに後置された検出モジュールへ送られる。その後、他のスペクトル成分も同様に他の検出モジュールへ分配される。よって、これらの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ている。
【００４９】
したがって、上記の実施形態との協働においては、検出モジュールのカスケード接続はビームスプリッタにおける反射だけでなされるのではなく、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ついてもなされる。
【００５０】
ビームスプリッタの反射率は通常は透過率より高いので、検出ユニットのカスケード状の構成は、光取り出し率が高いという利点を奏する。その理由は、検出光は各検出モジュールへの光路上において、複数のビームスプリッタのうち一度にちょうど１つでしか透過されないからである。
【００５１】
他の有利な一構成は、検出光路上において対物レンズ瞳の像に前置された少なくとも１つの第１のビームスプリッタと、検出光路上において当該対物レンズ瞳の像に後置された少なくとも１つの第２のビームスプリッタとを備えている。その際には、瞳像からの各距離は、上述の関係式（１）または（２）に従って規定される。このことによっても、走査顕微鏡の構成を特にコンパクトにすることができる。
【００５２】
有利には、第１のビームスプリッタと第２のビームスプリッタとは同一の発散を示し、かつ、対物レンズ瞳の像から等しい距離に配置されている。既に上記で述べたように、この発散は、作用面上における単位区間あたりのスペクトルエッジの変化に相当する。かかる構成によっても、特に簡単かつコンパクトな構成が容易になる。このことは特に、反射光路および透過光路の双方においてスペクトル選択性素子が各瞳像の周囲に配置される場合に当てはまる。
【００５３】
他の一構成では、少なくとも２つのビームスプリッタが設けられており、これらのビームスプリッタは対物レンズ瞳の像からそれぞれ異なる距離に前置されており、かつ異なる発散を示し、および／または、少なくとも２つのビームスプリッタが設けられており、これらのビームスプリッタは対物レンズ瞳の像からそれぞれ異なる距離に後置されており、かつ異なる発散を示す。本構成は、各スペクトル選択性素子から瞳までの距離がとりわけ当該素子の発散に依存するとの認識に基づいている。このことによって、瞳像より上流にも、また瞳像より下流にも、１つより多くのスペクトル選択性素子を配置することができ、対応する瞳の側に存在する素子は異なる発散を有する。
【００５４】
他の有利な一構成では、少なくとも１つのスペクトル選択性素子は少なくとも１つのエッジフィルタを備えており、このエッジフィルタは、検出器を備えた少なくとも１つの検出モジュールにおいて、他の結像光学系を用いることなくビームスプリッタに接続されている。この少なくとも１つのエッジフィルタは検出器に前置されており、その作用面は、対物レンズ瞳の像の場所にほぼ配置されている。本構成では少なくとも１つのエッジフィルタは、その作用面を有利には検出光路の光軸に対して垂直にして配置されている。ここでも、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ことができる。少なくとも１つのエッジフィルタが複数の素子から構成されている場合、これらの素子は瞳像の直近に設けられている。
【００５５】
有利には、検出ユニットは少なくとも１つの非球面レンズを備えており、この非球面レンズは、特に有利な一構成ではアクロマティック構成となっている。かかる構成は、ノンデスキャン検出ユニットの光路上には大きな開口が生じるとの事情を考慮したものである。アクロマティック非球面レンズを用いることにより、大きな開口の場合に生じる結像誤差を小さく抑えることができる。
【００５６】
有利には、スペクトル選択性素子の作用面は、さらに偏光感応性に構成されている。このことはたとえば、作用面上に偏光感応領域を設けることによって実現することができる。この偏光感応領域は、たとえば偏光子または偏光スプリッタとして構成することができる。本構成は、特に異方性検査に有利である。これによって、偏光方向が異なる検出光をそれぞれ異なる検出モジュールへ送ることもできる。
【００５７】
特殊な一実施形態では、対物レンズは照射光束を試料上に集光するように、かつ、検出光束を受光するように構成されている。よって本構成は、照射および検出のために共用される対物レンズを備えたものである。
【００５８】
代替的な一実施形態では、上述の対物レンズは照射光束を試料上に集光するためにのみ構成されている。その際には検出光路上に、検出光束を受光してさらに検出ユニットの方向に送る光学系が設けられている。この光学系はたとえば対物レンズまたはコンデンサであり、試料から来た検出光を集光する。
【００５９】
以下、本発明を特定の実施形態に基づき、図面を参照して詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】スペクトル選択性素子の概略図である。
【図２】図１に示された態様の２つのスペクトル選択性素子を備えた本発明の走査顕微鏡を示す図である。
【図３】走査によって生じる、検出光束の傾動運動を示す概略図である。
【図４】スペクトル選択性素子の作用面の斜め位置決めを示す概略図である。
【図５】スペクトル選択性素子の作用面の複数の異なる斜め位置決めの場合の、スキャン角と当該作用面上における光入射場所との関係を示すグラフである。
【図６】斜め位置決めされた２つのフィルタ対を備えた本発明の他の一実施形態の走査顕微鏡を示す図である。
【図７】図６に示された実施形態に係る瞳結像の光路を示す図である。
【図８】図６および図７の実施形態を変更した実施形態であって、フィルタ対を検出光路の光軸に対して垂直に配置した実施形態を示す図である。
【図９】さらに１つの検出モジュールを備えた走査顕微鏡の他の一実施形態を示す図である。
【図１０】図９に示された実施形態に係る瞳結像の光路を示す図である。
【図１１】他の一実施形態の走査顕微鏡を示す図である。
【図１２】本発明のビームスプリッタカスケードを示すための、走査顕微鏡の他の一実施形態を示す図である。
【図１３】他の一実施形態の走査顕微鏡を示す図である。
【図１４】異なる発散の複数のビームスプリッタを使用する、走査顕微鏡の他の一実施形態を示す図である。
【図１５】ビームスプリッタと次のスペクトル選択性素子との間の検出チャネル内に他の結像光学系が配置されていない、他の一実施形態の走査顕微鏡を示す図である。
【図１６】図１のスペクトル選択性素子の一変形態様を示す図である。
【図１７】検出光が、照射対物レンズとは別個の光学系を介して検出ユニットに到達する、他の一実施形態の走査顕微鏡を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００６１】
以下では図１を参照して、まずは、本発明ではノンデスキャン検出ユニットにおいて検出光束をスペクトル操作するための使用されるスペクトル選択性素子１０の特性について説明する。
【００６２】
図１の実施例では、スペクトル選択性素子１０は可変のダイクロイックエッジフィルタ、たとえばロングパスフィルタまたはショートパスフィルタである。エッジフィルタは、ロングパスフィルタとしては、予め決まったカットオフ波長またはスペクトルエッジを上回るスペクトルを透過し、それに対してショートパスフィルタとしては、当該カットオフ波長またはスペクトルエッジを下回るスペクトルを透過する。しかし、以下の説明はフィルタに限定されるものではなく、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するスペクトル選択性ビームスプリッタであって、スペクトルエッジを下回るスペクトルを所定のように反射させるスペクトル選択性ビームスプリッタ（またはその逆）となる場合にも、同様に当てはまることに留意すべきである。
【００６３】
図１に示されているように、スペクトル選択性素子１０は作用面１２を有し、この作用面１２は変化軸Ｖに沿った方向に、スペクトル的に働く長さＬを有する。図１の実施例では変化軸Ｖは、ｘが付された長手方向に対して平行であり、かつ、ｙが付された幅方向に対して垂直である。
【００６４】
素子１０は、そのスペクトルエッジが、変化軸Ｖに沿った方向において検出光束の入射場所によって変化するという特性を有する。よって、変化軸Ｖは「発散軸」とも称される。
【００６５】
変化軸Ｖに沿った方向における、検出光束の入射場所に伴うスペクトルエッジの変化は、線形または非線形で行うことができ、具体的にはたとえば、２乗、指数関数的、または他の態様で行うことができる。検出光束によってエッジフィルタ１０の作用面１２上に生成される光スポットは、図１では１４によって示されている。それに対して、変化軸Ｖに対して垂直な幅方向ｙにおけるエッジフィルタ１０のスペクトル特性、特にそのスペクトルエッジは、図１の実施例では十分に一定である。
【００６６】
素子１０を変化軸Ｖに沿った方向において移動させることにより、光スポット１４の入射場所が変化し、ひいてはスペクトルエッジの位置、すなわち透過スペクトル領域と反射スペクトル領域とを分けるカットオフ波長が変化する。素子１０のスペクトルエッジが（ｘ０を付された基準値から）変化することができる波長領域をＷＲとすると、変化軸Ｖに沿った方向における検出光束の入射場所に伴うスペクトルエッジの変化が線形に推移する場合には、パラメータＥＤ＝ＷＲ／Ｌは、変化軸Ｖに沿った方向における素子１０の作用面１２上における単位区間あたりのスペクトルエッジ位置の変化を表す。
【００６７】
図１のスペクトル選択性素子１０の場合、図１中にてＤにより示された光スポット１４の径が増大するとスペクトルエッジ勾配が減少してしまうという問題が生じる。スペクトルエッジ勾配としてはたとえば、透過率が１０％から９０％まで上昇するスペクトル領域が定義される。
【００６８】
一実例のエッジフィルタについて光スポット１４の径Ｄに依存して測定を行った結果、検査対象の構成について、エッジ勾配ＳＴを下記の線形関係式によって良好な近似で表すことができるという結果になった：
【数５】
2018518714.tif 000007
【００６９】
さらに、図１のスペクトル選択性素子１０は、検出光束が作用面１２に入射する入射角に依存して当該スペクトル選択性素子１０のスペクトルエッジが変化するという特性も有する。
【００７０】
一般的に、光軸に対してφ＝４５°で斜め位置決めされるために（ひいては、４５°の入射角に対応するように）構成されたビームスプリッタについては、スキャン角が過度に大きくない限りにおいて、入射角とエッジ位置のシフトとの間（ひいては、スキャン角θとエッジ位置のシフトとの間）には、略線形の関係が存在する。
【００７１】
４５°の入射角に対応して構成されたビームスプリッタについて、５７０ｎｍの波長でθ＝−１０°〜θ＝＋１０°のスキャン角範囲内において、実例による測定を行い、この測定により、スキャン角θに依存するエッジ位置のシフトＥＳについて以下の線形関係式が得られた（このスキャン角θも、入射角と角度φとから直接算出することができる）：
【数６】
2018518714.tif 000008
【００７２】
垂直な入射角に対して可変のダイクロイックエッジフィルタとして構成されたスペクトル選択性素子の場合にも、エッジ位置は入射角に依存するが、この依存性は、入射角が小さい場合については一般に小さい。
【００７３】
一般的に、垂直入射でスペクトルエッジの波長λ５０％（ψ０）を示す干渉フィルタについて、ひいてはスペクトル選択性素子については、入射角ψが垂直入射とは異なる場合、スペクトルエッジの波長λ５０％（ψ）は下記の数式によって計算できる、ということが当てはまる（Warren J. Smith：Modern Optical Engineering, Third Edition, McGraw-Hill, ２０００年、第２０８頁）：
【数７】
2018518714.tif 000009
ここで、ｎは実効屈折率を表し、λ５０％はスペクトルエッジ、すなわち透過率が５０％である波長を表す。この数式は良好な近似で、垂直でない入射角に対応して設計されたスペクトル選択性素子であって、当該スペクトル選択性素子の設計が対応する角度ψ０から入射角ψが偏差するスペクトル選択性素子の場合に生じるスペクトルエッジλ５０％の波長の計算にも、使用することができる。
【００７４】
関係式（５）から、差分商の形成によって、以下のようになる：
【数８】
2018518714.tif 000010
【数９】
2018518714.tif 000011
上記の定数ｂと、負のスキャン角に相当する入射角変化ΔψすなわちΔψ＝−θと、を用いると、以下のようになる：
ＥＳ（λ５０％（ψ０），θ）＝λ５０％（ψ０）・ｂ・θ      （７）
【００７５】
図１の素子１０の場合、スペクトルエッジの位置は作用面１２上における検出光束の入射場所に依存するとの事情を考慮して、本発明は特殊な一実施形態では、素子１０の作用面１２を走査顕微鏡の検出光路において、検出光束が（傾動運動を除いて）静止状態になる場所、すなわち作用面１２上において固定の入射場所をとる場所に配置する。かかる振舞いを検出光束が示すのは、検出光路上の、対物レンズ瞳の像の場所である。したがって本発明の本実施形態では、スペクトル選択性素子１０の作用面１２を対物レンズ瞳の像の場所に配置する。本実施形態については、以下図２を参照して説明する。
【００７６】
図２は、上記実施形態を実現した本発明の走査顕微鏡２０を概略的にのみ示す図である。走査顕微鏡２０は、照射光路２６上で照射光束２４を送光する励起光源２２を備えている。照射光束２４はレンズ３０によって励起ピンホール部３２に集光される。励起ピンホール部３２を通過した後、他のレンズ３４がこの照射光束２４をビームスプリッタ３６へ送り、このビームスプリッタ３６は照射光束２４を走査ユニット３８へ偏向する。走査ユニット３８は、１つまたは複数の可動の走査ミラー４０を備えている。走査ユニット３８を用いて走査移動で偏向された照射光束２４は、走査光学系４２と他のレンズ４４とを介してビームスプリッタ４６に入射する。ビームスプリッタ４６を通過した後、照射光束２４は対物レンズ４８に到達する。この対物レンズ４８は対物レンズ瞳５０を有する。対物レンズ４８は最終的に、照射光束２４を試料５２に集光する。
【００７７】
対物レンズ４８を通過して試料５２に当たった照射光束が走査移動を行うように、走査ユニット３８を用いて照射光束２４を偏向する。このようにして照射光束２４により、試料５２において蛍光放射が励起され、この蛍光放射は対物レンズ４８を通って検出光束５４の形態となって走査顕微鏡２０内に返される。
【００７８】
図２の実施形態では、検出光束５４は２つの別個の検出ユニットへ供給される。これらの検出ユニットは、図２では一般的に５６ないしは５８が付されている。検出ユニット５６は、検出光束５４が走査ユニット３８へ返された後に、この検出光束５４を受光する。よって、この検出ユニット５６はデスキャンユニットとなる。それに対して検出ユニット５８は、検出光束５４が走査ユニット３８によって影響を受けることなく、検出光束５４を受光する。よって、検出ユニット５８はノンデスキャンユニットとなる。
【００７９】
デスキャン検出ユニット５６はレンズ６０を備えており、このレンズ６０は、検出光束５４が走査ユニット３８によって偏向されてビームスプリッタ３６に通された後に検出光束５４を検出ピンホール部６２に集光させる。検出ピンホール部６２に検出器６４が後置されており、この検出器６４は検出光束５４を受光する。ここで、ビームスプリッタ４６はたとえば光路から旋回により出ることが可能なものであり、または、蛍光放射に対して部分透過性であることに留意すべきである。
【００８０】
ノンデスキャン検出ユニット５８は、ビームスプリッタ４６によって照射光路２６から分岐した検出光路６６上に設けられている。ノンデスキャン検出ユニット５８は、試料５２の中間像が生成される中間像面６８の両側に、それぞれレンズ７０ないしは７２を備えている。レンズ７２には、検出光路６６上においてビームスプリッタ７４が後置されている。ビームスプリッタ７４は検出光束５４を２つの部分光束７６および７８に分割し、これらは２つの別個の検出モジュールへ供給される。これらの検出モジュールは、図２では全体的に８０および８１を付されている。
【００８１】
検出モジュール８０は、試料５２の中間像が生成される中間像面８２の両側に、それぞれレンズ８４ないしは８６を備えている。レンズ８６は検出光束５４を検出器８８へ送る。この検出器８８には検出フィルタ９０が前置されている。
【００８２】
これに応じて検出モジュール８１も、同様に試料５２の中間像が生成される中間像面８９の両側に、それぞれレンズ９２ないしは９４を備えている。レンズ９４は検出光束５４を検出器９５へ送る。検出器９５には検出フィルタ９６が前置されている。
【００８３】
図２に示された配置構成では、ビームスプリッタ３６，４６および７４はそれぞれダイクロイック構成となっており、これらのビームスプリッタに入射した光を波長に依存して透過ないしは反射させることを述べておく。このようにしてビームスプリッタ３６は、照射光束２４の波長領域の光を反射し、かつ検出光束５４の波長領域の光を透過させる特性を有する。これに対応して、ビームスプリッタ４６は検出光束５４の領域の光を反射し、かつ、照射光束２４の波長領域の光を透過させる。ビームスプリッタ７４も、検出光束５４の一部を透過させ、かつ残りの一部を反射させる。
【００８４】
さらに、図２では照射光束２４と検出光束５４とが部分的に重なり合っていることに留意すべきである。たとえばビームスプリッタ４６と試料５２との間の光路は、両光束２４および５４に対応する共通の光路となる。
【００８５】
図２の特殊な実施形態では、検出フィルタ９０および９６はそれぞれ、図１に示された態様のスペクトル選択性素子を構成する。よって、図２では検出フィルタ９０および９６のそれぞれ後に、図１においてスペクトル選択性素子を示す符号１０が括弧書きで付されている。
【００８６】
図２の特殊な実施形態では、検出フィルタ９０および９６は検出光路６６において、それぞれ対物レンズ瞳５０の像の場所に来るように配置される。検出フィルタ９０および９６のこのような配置は、検出フィルタ９０ないしは９６の作用面１２上における光入射場所が一定に維持されるという利点を有する。したがって、光入射の場所に依存するエッジ位置シフトは生じない。
【００８７】
特に、走査ユニット３８によってなされる照射光束２４の走査移動が比較的小さく、ひいては、瞳像の場所における検出光束５４の、対応する傾動運動が比較的小さい場合、スペクトルエッジの角度依存性シフトＥＳも僅かのみとなる。よって、図２に示されている実施形態は、スキャン角が過度に大きくない場合に有利な解決手段となる。
【００８８】
しかし特定の状況下では、図１のスペクトル選択性素子１０を対物レンズ瞳５０の像の場所に配置することが問題となり得る。このことは特に、スペクトル選択性素子１０が比較的大きな入射角に対応して、たとえば３５°または４５°に対応して構成されている場合に当てはまる。スペクトル選択性ビームスプリッタの場合、このことが当てはまることが多い。このことについては下記において再度、具体的な数値例に基づいて示すこととする。
【００８９】
一例として、図２の対物レンズ４８が２０の倍率を有し、かつ１．００の開口数を有すると仮定すると、結像レンズ焦点距離が２００ｍｍである場合、対物レンズ瞳径は２０ｍｍとなる。エッジ長が０．７７５ｍｍである像野の場合、これにより対物レンズ瞳５０において生じる（光軸を基準とした）スキャン角は、最大±２．２°となる。ここで、対物レンズ瞳５０の像が位置する場所において結像比１での結像の場合、検出光路６６上において検出光束５４も、２０ｍｍの径と±２．２°の最大スキャン角とを有することとなる。
【００９０】
上記のスキャン角を関係式（４）に代入すると、角度に依存するエッジ位置シフトは±３．４１ｎｍとなり、これは完全に許容し得る値である。しかし、２０ｍｍの径を関係式（３）に代入すると、エッジ勾配ＳＴの値は１２７ｎｍとなり、これは、相当数の用途では許容できない大きな値となる。
【００９１】
検出光束５４の径は、適切な結像によって、たとえば対物レンズ瞳５０を１／１０縮小することにより、十分に小さくすることができ、このことによって、関係式（３）を考慮すると、エッジ勾配ＳＴが１９ｎｍと許容可能な値になる。しかし、光束径をこのように１／１０に縮小すると、これに付随して最大スキャン角も１０倍に増大することとなる。すなわち、最大スキャン角は±２２°にまで増大する。関係式（４）を考慮すると、ここで選択した数値例の場合、上記のことから、角度に依存するエッジ位置シフトＥＳは±３４．１ｎｍと許容できない値となる。すなわち、像野の側縁部間のエッジ位置のシフトは６８ｎｍを超えることとなる。
【００９２】
かかる問題を解決するためには、スペクトル選択性素子１０を対物レンズ瞳５０の像の場所に配置するのではなく、試料５２の中間像の場所に配置することを検討することができる（図２において６８，８２および８９によって示されている）。しかしここで考慮すべき点は、本解決手段の場合にも、どの試料ポイントにおいても素子１０上において同様のエッジ位置を維持するためには、試料５２をスペクトル選択性素子１０の小さい領域に結像させる結像を選択しなければならないことである。しかしかかる結像によって、スペクトル選択性素子１０において検出光束５４が大きく拡開すること、すなわちビーム円錐が比較的大きくなることになり、ひいては、ビーム円錐に含まれる個々の光線のスペクトルエッジが大きく異なることにもなる。そうすると、総じてビーム円錐の個々の光線のフィルタ機能による平均化によって、この場合にもエッジ勾配ＳＴが小さくなる。
【００９３】
上記問題を回避するため、本発明の、図２の配置構成に代わる代替的な一実施形態では、検出光路上において対物レンズ瞳５０の像から離隔した場所であって、入射角が変化することに起因するエッジ位置シフトが、どの入射角においても検出光束が変化軸Ｖに沿った方向（すなわちｘ方向）におけるスペクトル選択性素子１０の他の場所に入射することによって補償される場所に、スペクトル選択性素子１０を配置する。変化軸Ｖに沿った方向におけるスペクトルエッジの位置は変化するので、上述のことにより、変化軸Ｖに沿った方向におけるスペクトルエッジの位置の変化が適切に選択されている限りにおいて、角度に依存するエッジ位置シフトを十分に補償することができる。
【００９４】
以下、図３，図４および図５を参照して、角度に依存するエッジ位置シフトが、検出光束５４の傾動運動によって作用面１２上における変化軸Ｖに沿った方向での光入射場所の変化が生じることに起因する逆方向のエッジ位置シフトによって補償されるように、スペクトル選択性素子１０の作用面１２から対物レンズ瞳５０の像の位置までの距離がどのようにして定められるかを説明する。
【００９５】
図３には、検出光路６６における検出光束５４の上述の傾動運動が示されている。図３において符号１００は、検出光路６６上に配置されたレンズを示しており、このレンズは、対物レンズ瞳５０の像が位置する平面１０２に前置されている。またΔｚは、検出光路６６の光軸Ｏに沿って測定された、平面１０２からの距離を示す。
【００９６】
図３に示されているように、検出光束５４は、照射光束２４の走査移動に相当する傾動運動を行い、この傾動運動によって、検出光束５４は瞳像の平面１０２から外へ空間的に移動する。それに対して、検出光束５４は平面１０２内では静止状態である。検出光束５４の傾動運動を特徴付ける最大スキャン角は、図３ではθｍａｘによって示されている。スキャン角θｍａｘは、検出光束５４の中心光線１０４と光軸Ｏとが成す角度を表す。中心光線１０４は、検出光束５４の中心の光束軸を成す。最大スキャン角θｍａｘに相当する、距離Δｚでの検出光束５４の空間的移動は、図３ではｄによって示されている。
【００９７】
図４には、スペクトル選択性素子１０の作用面１２の本発明の配置を概略的にのみ示している。ここで留意すべき点は、図４では概観しやすくするため、検出光束５４の傾動運動の半分のみを示していることである。
【００９８】
スキャン角に依存するエッジ位置シフトを、作用面１２上における光入射場所に依存する逆方向のエッジ位置シフトによって補償できるようにするためには、作用面１２と光軸Ｏとが９０°の角度を成さずに、それより小さい角度φを成すように、作用面１２を検出光路６６上に配置する。たとえば、平面１０２から距離Δｚの場所において９０°の角度で作用面１２を配置すると、スキャン角の変化によって光軸Ｏの両側に生じるエッジ位置シフト（−θ、＋θ）は同一の正負符号を有するが、作用面１２上における光入射場所の変化によって光軸Ｏの両側に生じるエッジ位置シフトは、異なる正負符号を有することとなる。よって、角度に依存するエッジ位置シフトを、入射場所に依存するエッジ位置シフトによって所望のように補償することは、光軸Ｏに対して垂直に作用面１２を配置した場合、全走査領域において不可能である。それに対して、９０°より小さい角度φで作用面１２を斜めに配置すると、検出光束５４が作用面１２に入射する角度と共に単調に変化するエッジ位置シフトが達成される。
【００９９】
スキャン角に依存するエッジ位置シフトを、作用面１２上における光入射場所に依存する逆方向のエッジ位置シフトによって所望のように補償することは、以下の条件を満たした場合に達成される：
Δｘ（θλ５０％／θｘ）＝−Δψ（θλ５０％／θψ）      （８）
ここで、θλ５０％／θｘ＝ＥＤは、作用面上における単位区間あたりのスペクトルエッジの変化を表す。ＥＤは、可変フィルタないしは可変ビームスプリッタの発散とも称される。
【０１００】
図３および図４から、以下の通りになる：
Δｘ＝Δｚ｛ｓｉｎθ／ｓｉｎ（θ＋φ）｝      （９）
【０１０１】
関係式（９）に対する線形当てはめ関数は、以下の通りになる。これは、たとえばテイラー展開によって求めることができる：
Δｘ＝Δｚ・ｋ・θ      （１０）
ここで、ｋは定数を表す。
【０１０２】
関係式（８）および関係式（９）から、スペクトル選択性素子１０の作用面１２から平面１０２までの距離Δｚ、すなわち対物レンズ瞳５０の像の場所までの距離Δｚを、さらに上記にて記載されている関係式（２）に従って算出することができる。
【０１０３】
代替的に、与えられたΔｚの場合における必要な発散ＥＤ＝θλ５０％／θｘを算出することができる。関係式（７）、関係式（８）および関係式（１０）から、以下のようになる：
θλ５０％／θｘ＝−｛（λ５０％・ｂ）／（Δｚ・ｋ）｝      （１１）
【０１０４】
関係式（１１）を解くと、以下の関係式が得られる：
λ５０％（ｘ，ψ０）＝λ０ｅｘｐ［｛−ｂ／（Δｚ・ｋ）｝・ｘ］（１２）
ここで、λ０は開始波長、すなわちｘ座標の０点における波長を表す。
【０１０５】
スペクトル選択性素子のスペクトルエッジは、当該近似については、変化軸に沿った方向に、検出光束の入射場所によって指数関数的に変化する。構成において実現される発散はフィルタの振舞いに依存するので、このような指数関数的な推移としての他の関係式も最良の解決手段となり得る。
【０１０６】
図５は、検出光束５４（より正確には検出光束５４の中心光線１０４。図４参照）が作用面１２上に入射するスキャン角と作用面１２上における区間Δｘとの関係を示している。図５では、作用面１２の３つの異なる斜め位置決めについて当該関係を示しており、ここで留意すべき点は、図５中のこれら３つの各角度表示は（図４中の角度φの定義とは異なり）、検出光路６６の光軸Ｏに対する作用面１２の面法線の相対角度を表している、ということである。
【０１０７】
図５から明らかであるように、作用面１２の斜め位置決めと光軸Ｏに対する直角配置との偏差が小さいほど、線形関係式を用いて、スキャン角と作用面１２上における区間Δｘとの関係を良好に近似することができる。
【０１０８】
図６および図７には、図２に示されている走査顕微鏡２０を変更した一実施形態が示されており、本実施形態では、上記にて説明した、スペクトル選択性素子１０における光入射場所の変化によって生じる逆方向のエッジ位置シフトによって、角度に依存するエッジ位置シフトを補償することが適用される。図６および図７において、図２の実施形態で使用される構成要素に相当する構成要素には、図２において既に使用されている符号を付している。また図６では、ノンデスキャン検出ユニット５８の一部である構成要素、または、ノンデスキャン検出ユニット５８と直接協働する構成要素のみが示されている。さらに下記にて図８〜図１７を参照して説明する他の全ての実施例についても、同様のことが当てはまる。
【０１０９】
図２の実施形態との相違点として、図６に示されている実施形態は、両検出器８８および９５より上流にそれぞれ、ロングパスフィルタ１１０ないしは１１２とショートパスフィルタ１１４ないしは１１６とから構成されたフィルタ対を備えている。よって、両フィルタ対はそれぞれ、互いに依存せずに可変に調整できる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構成する。各フィルタ１１０，１１２，１１４および１１６はいずれも、入射角に依存する所望の単調なエッジ位置シフトを達成するため、図４に示されているように斜めに位置決めされている。
【０１１０】
図６の配置構成はさらにビームスプリッタ１１８も備えており、これはフィルタ１１０，１１２，１１４および１１６と同様、図１に示された態様のスペクトル選択性素子となる。ビームスプリッタ１１８は、その作用面を検出光路６６の光軸に対して４５°の角度にして配置されている。
【０１１１】
さらに、図６の配置構成は阻止フィルタ１２０も備えており、この阻止フィルタ１２０は、検出光路６６上においてレンズ７０に前置されている。阻止フィルタ１２０は、試料５２において反射された励起光をブロックするためのものであり、その励起光の強度は、検出される蛍光の強度より数倍高い。
【０１１２】
図７は、図６の配置構成の瞳結像の光路を示している。図７では、検出光路６６において、それぞれ対物レンズ瞳５０の像が存在する複数の場所があることが分かる。図７では、これらの場所に１２１，１２２および１２４が付されている。ビームスプリッタ１１８は瞳像の場所１２１から、上記の条件（１）または（２）に従って定められた距離に後置されている。フィルタ１１０ならびに１１４から構成されたフィルタ対、および、フィルタ１１２ならびに１１６から構成されたフィルタ対についても、同様のことが当てはまり、フィルタ１１０，１１２はそれぞれ瞳像の場所に前置されており、かつ、フィルタ１１４，１１６はそれぞれ瞳像の場所に後置されている。フィルタ１１０および１１４から瞳像までの距離の絶対値は等しい。フィルタ対１１２，１１６についても同様のことが当てはまる。
【０１１３】
図８は、一変形実施形態の瞳結像を図７に対応して示す図であり、本実施形態では、フィルタ１１０，１１２，１１４および１１６は検出光路６６の光軸に対して斜めに位置決めされずに、直角の向きに位置決めされている。よって、フィルタ１１０，１１２，１１４および１１６は本実施形態では、図８の単なる概略図とは異なり、実際には瞳像の各場所に配置される。
【０１１４】
図９および図１０は他の実施形態を示しており、この実施形態は、図６および図７の実施形態に対してさらに、追加の検出器１５２を有する検出モジュール１１５を備えている。これに応じて、検出光路６６上には他のレンズ１５４，１５６，１５８および１６０が設けられている。さらに、検出光路６６は他のビームスプリッタ１６２とロングパスフィルタ１６４とショートパスフィルタ１６６とを備えており、これらは検出器１５２に前置されており、これらが合わさってバンドパスフィルタを構成する。図９では、それぞれ試料５２の中間像が生成される追加の中間像面に１６８および１７０が付されている。図１０の瞳結像を見るとさらに、瞳像の追加の場所１７３，１７４，１７６および１７８があるのが分かる。
【０１１５】
図１１は、図９および図１０に示された配置構成を改良した実施形態を示しており、本実施形態では、検出モジュール１１５は検出モジュール１８０に置き換えられている。検出モジュール１８０は検出器１８２を備えており、この検出器１８２にはロングパスフィルタ１８４およびショートパスフィルタ１８６が前置されており、これらが合わさってバンドパスフィルタを構成する。さらに検出モジュール１８０は、試料５２の像が生成される中間像面１８８の両側に、２つの他のレンズ１９０ないしは１９２を備えている。
【０１１６】
本実施形態では、検出光路６６はビームスプリッタ１１８の他にさらに、図１に示された態様の他のビームスプリッタ１９４を備えている。両ビームスプリッタ１１８および１９４は、瞳結像の場所１２１から、関係式（１）または（２）に従って規定された等しい距離をおいて前置ないしは後置されている。このことによって、図９および図１０の実施形態と比較して光学素子の数を削減できるので、特にコンパクトな構成を実現することができる。
【０１１７】
図１２は、図１１の構成に基づく、走査顕微鏡２０の他の一実施形態を示している。
【０１１８】
図１２の実施形態は、検出モジュール８０と、３つの他の検出モジュール２１０，２２１および２２８と、の全部で４つの検出モジュールを含むノンデスキャン検出ユニット５８を備えている。検出モジュール８０，２１０，２２１および２２８には、以下説明するように検出光束５４がビームスプリッタカスケードを用いてスペクトル分離された状態で供給される。このビームスプリッタカスケードは、ビームスプリッタ１１８と他のビームスプリッタ２０３および２１４とから構成されている。これらのスペクトル選択性ビームスプリッタ１１８，２０３および２１４は検出光路６６上において、各スペクトル選択性素子の作用面を当該検出光路６６の光軸に対してそれぞれ４５°の角度にして配置されている。さらに、ビームスプリッタ１１８，２０３および２１４はそれぞれ、対物レンズ瞳５０の像の場所から、条件（１）または（２）に従って定められた距離に後置されている。
【０１１９】
図１２の実施形態は、ビームスプリッタ１１８，２０３および２１４がそれぞれ、スペクトルエッジを基準として、検出光束５４のスペクトル領域を透過するよりも大きなスペクトル領域を反射させるとの事情を考慮したものである。よって図１２の実施形態は、ビームスプリッタ１１８，２０３および２１４における反射を介して検出モジュール８０，２１０，２２１および２２８をカスケード接続したものである。本実施形態はさらに、各検出モジュール８０，２１０，２２１および２２８には、最大で、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は検出されないスペクトル成分しか供給できないとの事情も考慮したものである。したがって、図１２の本実施形態はビームスプリッタ反射を介したカスケード接続だけでなく、検出モジュール８０，２１０，２２１および２２８によって検出されるスペクトル成分の波長も介したカスケード接続を行うものである。最後に言及したカスケード接続は、最長の波長から開始して、波長が短くなる方向に行われる。
【０１２０】
詳細には、ビームスプリッタ１１８は検出光束５４のうち、当該検出光の中で最長の波長を有するスペクトル成分を検出モジュール８０へ通過させる。こ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によって構成された、斜めに位置決めされたフィルタ対と、を通過した後、検出器８８に到達する。検出光の他の残りの成分は、ビームスプリッタ１１８において反射されてレンズ２０１，２０２を通過してビームスプリッタ２０３に入射する。ビームスプリッタ２０３は、自己に供給された検出光の中で最も長い波長を有するスペクトル成分を検出モジュール２１０へ透過させる。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によって構成された、斜めに位置決めされたフィルタ対と、を通過した後、検出光のうちビームスプリッタ２０３を透過したスペクトル成分は検出器２０９に到達する。検出光の他の残りの成分は、ビームスプリッタ２０３によって反射されてレンズ２１１，２１３を介してビームスプリッタ２１４へ供給される。
【０１２１】
ビームスプリッタ２１４は、自己に供給された検出光の中で最も長い波長を有するスペクトル成分を検出モジュール２２１へ透過させる。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によって構成された、斜めに位置決めされたフィルタ対と、を通過した後、この透過したスペクトル成分は検出器２２０に到達する。ビームスプリッタ２１４に供給された検出光のうち他の残りのスペクトル成分は、当該ビームスプリッタ２１４によって反射され、このスペクトル成分はレンズ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から構成された、斜めに位置決めされたフィルタ対と、を通過した後、検出器２２７に到達する。
【０１２２】
図１２の配置構成において、符号２０１，２０５，２１２，２１６および２２３は、試料５２の中間像が生成される場所を表す。
【０１２３】
よって、図１２の配置構成は、検出光束５４が検出器８８，２０９，２２０および２２７までの光路上において、各ビームスプリッタ１１８，２０３および２１４においてそれぞれちょうど１回しか透過しないようになっている。このことは光取り出し率に関して有利である。というのも、ビームスプリッタ１１８，２０３および２１４の各反射率は、各自の透過率より高いからである。
【０１２４】
図１３は、図１１の構成に基づく、走査顕微鏡２０の他の一実施形態を示している。図１１の配置構成では、両ビームスプリッタ１９４，１１８が瞳像の場所１２１に前置ないしは後置されている。ここで両ビームスプリッタ１１８および１９４の発散が同一であることを前提とすると、各ビームスプリッタ１１８および１９４から瞳像の場所１２１までの距離は等しい。図１１の配置構成は、総じて３つの検出モジュール８０，８１および１８０を備えている。
【０１２５】
図１３に示されている実施形態は、図１１の配置構成を拡張して、２つの検出モジュール８０，８１と２つの他の検出モジュール２４４，２４５との、総じて４つの検出モジュールを備えている。両検出モジュール８０，８１と同様に、検出モジュール２４４，２４５もそれぞれ２つのレンズ２３２，２３４ないしは２３８，２４０と、ロングパスフィルタ２３５ないしは２４１およびショートパスフィルタ２３６ないしは２４２によって構成された、斜めに位置決めされたフィルタ対と、検出器２３７ないしは２４３と、を備えている。
【０１２６】
図１３の実施形態はさらに他のビームスプリッタ２３１も備えており、これは、図１に示された態様の本発明のスペクトル選択性素子１０を構成する。ビームスプリッタ２３１はビームスプリッタ１９４と同様、検出光路６６上において斜めに位置決めされている。ビームスプリッタ１１８は、対物レンズ瞳５０の像が生成される場所２３０から、条件（１）または（２）に従って定められた距離に後置されている。ビームスプリッタ２３１の発散がビームスプリッタ１９４の発散と同一であることを前提とすると、両ビームスプリッタ１９４，２３１から場所２３０までの距離は等しい。
【０１２７】
図１３の配置構成において、符号２３３および２３９は、それぞれ試料５２の中間像が生成される場所を表す。
【０１２８】
図１４は、ビームスプリッタ対２５１，２５２ないしは２５４，２５５が設けられた実施形態を示しており、これらのビームスプリッタ対２５１，２５２ないしは２５４，２５５の各ビームスプリッタはそれぞれ異なる発散を示し、ひいては、各ビームスプリッタから、図１４において２５３が付された、瞳結像の場所までの距離は相違する。
【０１２９】
図１４の実施形態は、総じて５つの検出モジュール２８６，２８７，２８８，２８９および２９０を備えている。これらの各検出モジュールは２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によって構成された、斜めに位置決めされたフィルタ対と、検出器２６８，２７４，２８５，２８０，２６２と、を備えている。
【０１３０】
さらに上記にて述べたように、両ビームスプリッタ２５１，２５２は、その発散が相違しているので、瞳結像の場所２５３から異なる距離に前置することができる。このことにより、コンパクトな配置で瞳結像の場所２５３に複数のビームスプリッタを前置することができる。両ビームスプリッタ２５４，２５５が場所２５３の他方の側に後置されている構成にも、同様のことが当てはまる。
【０１３１】
図１５は、２つの検出モジュール３０１，３０２を備えた一実施形態を示しており、これらの検出モジュール３０１，３０２はそれぞれ、検出器３００ないしは２９４と、各検出器に前置されたフィルタ対と、を備えており、これらの各フィルタ対は、ロングパスフィルタ２９８ないしは２９５とショートパスフィルタ２９９ないしは２９２とから構成されている。図２および図６〜図１４の実施形態とは異なり、ロングパスフィルタ２９８ないしは２９５およびショートパスフィルタ２９９ないしは２９２はそれぞれ、他の結像光学系を設けることなくビームスプリッタ１９４に接続されている。
【０１３２】
図１５の配置構成を特にコンパクトに抑えるためには、フィルタ対２９８，２９９ないしは２９５，２９２を検出光路６６上において斜めに位置決めするのではなく、各フィルタ対の面法線を検出光路６６の光軸に対して平行にして配置する。よって、フィルタ対２９８，２９９ないしは２９５，２９２は瞳結像の場所２９７ないしは２９３に（または、必ず当該場所の直近に）設けられる。
【０１３３】
図１６には、図１に示されたスペクトル選択性素子１０の一変形態様が示されている。１０’が付されたこの変形態様は、図１６の下部分のイメージに示されている。比較のため、上部分のイメージに、図１に相当する実施形態を示している。
【０１３４】
図１６においても、Ｖは、素子１０の作用面１２のスペクトルエッジが変化する変化軸ないしは発散軸を示している。図１６においてＬによって示されている、変化軸Ｖに対して横方向に延在する線は、等高線表現のように、同一のスペクトルエッジの場所を示している。図１６の上部分のイメージから分かるように、素子１０の線Ｌは変化軸Ｖに対して垂直である。このことは、素子１０の場合、変化軸Ｖに対して垂直方向にはスペクトルエッジの変化が生じないことを意味する。
【０１３５】
それに対して変形態様の素子１０’では、線Ｌの、変化軸Ｖに対して横方向の形状は、曲線になっている。したがって素子１０’では、変化軸Ｖに対して垂直方向に、スペクトルエッジの変化が生じる。変化軸Ｖに対して垂直方向のスペクトルエッジのこのような変化は、さらに上記にて説明したように、試料の２次元走査の際にスペクトル選択性素子における検出光束の実際の入射角が、互いに垂直な軸を基準とする２つのスキャン角から構成されるとの事情を考慮するために使用することができる。
【０１３６】
最後に図１７には、走査顕微鏡の他の一実施形態が示されている。本実施形態が、対物レンズ４８を照射および検出の双方に用いる上記の実施形態と相違する点は、本実施形態では対物レンズ４８は試料５２への照射にしか用いられないことである。したがって図１７の検出構成は、対物レンズ４８に戻らない検出光を用いて動作する。むしろ図１７の実施形態では、試料５２に光学系３０５が後置されており、この光学系３０５は検出光束５４を集光して、検出ユニット８０，２１０，２２１および２５８の方向にさらに送光する。光学系３０５はたとえば、対物レンズまたはコンデンサとして構成されている。本実施形態では、図１２に示されたビームスプリッタ４６を省略することができる。
【０１３７】
上記にて図１７を参照して説明した、透過光を用いて動作する検出構成は、図１２の実施例を基礎としている。しかし、上記にて記載されている実施例は全て、図１７に示されている態様に変更できることを明確に述べておく。
【０１３８】
最後に完全を期するため、上記にて記載されている検出構成では、ビームスプリッタ４６およびフィルタ１２０を除いて、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は、本発明の態様のスペクトル選択性素子を構成することを、再度述べておく。
【図１】
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【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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【国際調査報告】
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