JP2018520337A - 広視野顕微鏡を用いて試料の空間分解された高さ情報を確定するための方法および広視野顕微鏡 - Google Patents

Abstract

本発明は、広視野顕微鏡、および広視野顕微鏡を用いて試料（１４）の空間分解された高さ情報を確定するための方法に関する。広視野顕微鏡には、照射ビーム経路内に配置されている照射源（１，５２，５３）と、試料面（Ｐ）内で照射される試料（１４）の観察ビーム経路内の広視野画像を捕捉する検出器（１７，３３）と、該照射ビーム経路または該観察ビーム経路の試料面（Ｐ）に対して垂直な方向への色変調のための変調器と、該広視野画像のそれぞれの画素内のクロマティック共焦点高さ情報を算定する評価ユニットとが含まれる。方法は、任意の広帯域照射源（１）を用いて、該試料（１４）を照射ビーム経路内で照射する工程と、該照射ビーム経路または検出ビーム経路を色変調する工程と、該検出ビーム経路内の該試料から反射または放射されたクロマティック共焦点成分を持つ試料光から、少なくとも１つの広視野画像を取り込む工程と、該広視野画像から、該検出ビーム経路のクロマティック共焦点成分と該色変調との関係を評価することによって、該試料の様々な高さ情報をピクセルごとに確定する工程とを備える。

Description

本発明は、広視野顕微鏡を用いて試料の空間分解された高さ情報を確定するための方法および広視野顕微鏡に関する。

試料の空間分解された高さ情報を確定する方法は、光切断法とも呼ばれる。特に顕微鏡検査法においては、試料のトポグラフィを決定したり、例えば粗さのような、試料の様々な表面特性を測定したりするために、そのような光切断法が使用されるようになっている。

様々な技術的な表面を特性化するために、今日では共焦点顕微鏡検査法が標準手法として導入される。そこでは大抵の場合、３つの空間方向の全てにおいて試料の走査が行われるようになっている、すなわちこれはポイント・スキャニング・システムであって、その際に光線は、試料の表面に沿ってｘ／ｙ方向に導かれることになる。高さ情報を導出するためには、検出器ユニットに対する試料の（ｚ方向への）相対移動が必要である。最大強度とｚ位置との関係から、それぞれのｘ−ｙ座標地点について、高さ情報、ひいてはトポグラフィを導出することができる。

この方法では、何よりも特に３Ｄトポグラフィを得るためのラスタ・スキャンにより必要とされる長い時間が短所となっている。さらにそのうえに、試料体と光センサ間の幾何学的配列が固定されているｘｙスキャンの間には、外部からの衝撃もしくは振動により、試料体に対するセンサ・ヘッドの制御下にない相対移動を生じることがあり、それにより測定結果がねじ曲げられることがある。

このｚ−ラスタ走査を回避するために、クロマティック共焦点原理が使用される。通例そこでは任意の多色光源が導入されて、クロマティック効果を示す何らかの屈折および／または回折素子を介して、関心対象の試料を照射することによって、ｚ情報のスペクトル・コーディングを行っている。このときに、検出経路内の共焦点ピンホールの後方でスペクトルが測定されるのであれば、これから高さ情報を導出することができる。ほかにも、共焦点検出がシーケンシャル方式で行われる何らかの可変式光源を使用することも、時間がかかるとはいえ可能ではあるが、これによっても同様にスペクトルが得られることになる。

キム（Ｋｉｍ）らは、（非特許文献１）において、ピンホール検出部の後方の検出ビーム経路内に５０：５０ビーム・スプリッタを備えたポイント・スキャニング・クロマティック共焦点配列について記述している。試料光の捕捉は、２つの光電子増倍管（ＰＭＴ）を用いて相応に行われるが、そこでは一方のＰＭＴにフィルタが前置されている。両方のＰＭＴの強度比から、このフィルタの透過率を確定し、またそれにより検出された波長を確定して、そこから最終的に高さ情報を確定している。

このｘ−ｙラスタ・スキャンの短所を避けて通るために、既にかなり前から様々な共焦点広視野システムが存在しているが、そこではライン・スキャン・カメラが導入されるのが通例である。その一例が、ニポウ・ディスクを用いたスピニング・ディスク法である。そこでは幾つかのポイントの検出が、ほぼ同時に共焦点原理に基づいて行われるようになっている。ここでも、断層画像を確定するために、複数の異なるｚ位置に到達することが求められている。

さらにそのうえに、構造化照明に基づく様々な共焦点広視野システムが既知である。そこでは、それぞれのｚ値について、例えば任意の格子により与えられる構造化照明を用いて撮影された様々な画像から、共焦点断層画像が算出される。その際には通例、広視野画像も取得することができる。照明光の偏光や様々な色特性をフルに利用しながら、試料から様々な高さ情報を取得している。例えば（特許文献１）にそのようなシステムが記載されるが、そこでは２つの照明パターンが試料上に投影されるようになっている。

同様に使用されるのが、開口相関法である。そこでは連続的に変化する構造化照明を使用して、パラレル方式またはシーケンシャル方式で撮影された２つの画像から、光断層画像が算出されるが、２つの画像のうちの一方の画像は、焦点外れの成分を含む合焦性に劣る共焦点画像であり、もう一方は、純粋な広視野画像であるか、もしくは焦点外れの成分が支配的な画像であるとみなすことができる。この構造化照明に基づく方法の長所は、共焦点画像と並行して、広視野画像も、いわば１回のシャッタ・ショットで取得することができる点にある。

最後に、構造化照明に基づく全てのシステムに共通して、位相パターンが変化する間には、および／または試料もしくはセンサをｚ方向に移動させる際には、振動により測定結果に妨害影響が出ることがある。

光学断面を生成できるようにするために利用される広視野手法には、まだそれ以外のものも存在する。これについては、例えばフォーカス・バリエーション（焦点移動法）を挙げられるが、そこでは画像の鮮明度とｚ座標の関係を評価して、そこから、共焦点のケースに類似して、最大値を算出している。その際には、システムの様々な空間情報も援用している。

振動感受性に関しては、上記の方法と同じ問題が生じている。

ドイツ特許出願公開第１０２００７０１８０４８号明細書

キム（Ｋｉｍ）ら、「透過率を用いた斬新な波長検出手法によるクロマティック共焦点顕微鏡検査法」（Ｃｈｒｏｍａｔｉｃ ｃｏｎｆｏｃａｌ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ ｗｉｔｈ ａ ｎｏｖｅｌ ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｕｓｉｎｇ ｔｒａｎｓｍｉｔｔａｎｃｅ）、ＯＰＴＩＣＳ ＥＸＰＲＥＳＳ ６２８６，Ｖｏｌ．２１，Ｎｏ．５

本発明の課題は、顕微鏡に作用する様々な妨害運動を回避することができる、試料の空間分解された高さ情報を生成するための顕微鏡および方法を提示することにある。

この課題は、請求項１にしたがった方法および請求項７にしたがった広視野顕微鏡により解決される。

本発明にしたがった広視野顕微鏡の第１の好ましい実施例の図。 パラレル検出器を備えた変形構成形態の図。 検出ビーム経路内にパラレル検出器とフィルタを備えた変形構成形態の図。 検出ビーム経路内に切替素子を備えた変形構成形態の図。 チップ・スプリッタ検出器（Ｃｈｉｐ−Ｓｐｌｉｔｔｅｒ−Ｄｅｔｅｋｔｏｒ）を備えた変形構成形態の図。 本発明にしたがった顕微鏡の第２の好ましい実施例の図。 本発明にしたがった顕微鏡の第３の好ましい実施例の図。 切替素子を備えた照射ビーム経路の有利な変形構成形態の図。 ２つの同じ照明光源を備えた照射ビーム経路の有利な変形構成形態の図。 スペクトルが異なる２つの照明光源を備えた照射ビーム経路の有利な変形構成形態の図。

本発明によれば、クロマティック共焦点原理が、任意の光広視野断層画像法に適用されて、これに適合化されるようになっている。このことは特に、照射ビーム経路または検出ビーム経路内の様々な波長を符号化することにより達成される。好ましい実施形態の一例においては、様々な波長依存型フィルタが検出ビーム経路内で使用されるようになっている。

本発明にしたがった方法においては、任意の広帯域照射源を用いて、試料が照射ビーム経路内で照射される。この照射ビーム経路は、クロマティック共焦点原理に基づき色変調される。さらにそのうえに、検出ビーム経路内の試料から反射または放射された試料光を捕捉することによって、少なくとも１つの広視野画像が取り込まれるようになっている。

この広視野画像は、（例えばニポウ・ディスクが使用される場合は）試料光の純粋に共焦点の成分だけを有するものであっても、またはほかにも、試料光の共焦点成分と焦点外れの成分とから合成されたものであってもかまわない。

この観察ビーム経路内、および／または照射または励起ビーム経路内には、少なくとも１つの波長依存型フィルタ関数もしくはスペクトル分布が導入されて、ｘ−ｙ方向のそれぞれの画素について、異なるフィルタもしくはスペクトル分布を用いて、少なくとも２回の測定工程が実行されるようになっている。これらの測定工程は、パラレル方式で行われても（幾つかのイメージ・センサが使用される場合）、シーケンシャル方式で行われてもかまわない。

例えばこの広視野画像のそれぞれの画素において、少なくとも２回の測定工程の強度から比を求める場合は、これから、各々の画素における、試料光が最大強度となる波長を決定し、またそれにより試料の高さ値を決定することができる。

特にこれは、基本的には試料のスペクトル反射率とは関係なく、さらには、光源および／またはデバイスのスペクトル特性にも関係なく、良好に行われるようになっている。
一般に、本発明にしたがった方法および顕微鏡の、ｉ回目の測定工程における強度信号は、次式により取得される。

ここで、
Ｐ（ｘ，ｙ，λ’）：場合によりｘ、ｙ座標の関数でもある、光源およびデバイスのスペクトル特性
Ｒ（ｘ，ｙ，λ’）：試料のスペクトル反射率
Ｔ_ｉ（ｘ，ｙ，λ’）：ｉ回目の測定工程におけるフィルタ関数またはスペクトル分布、もしくは色変調（ビーム・スプリッタ等々も含む）
ｇ_λｍａｘ（λ_ｍａｘ−λ’）：λ_ｍａｘをパラメータとする、デバイス・スペクトル応答関数
λ_ｍａｘ＝λ［ｚ（ｘ，ｙ）］：高さ関数にしたがった、ｘ、ｙ地点における最大反射波長
ｚ（ｘ，ｙ）：試料の高さ関数
ここで求められるのは、調査対象である試料に関する高さ関数ｚ（ｘ，ｙ）である。共焦点または準共焦点検出は、特に関数ｇ_λｍａｘ（λ_ｍａｘ−λ）で表される。この波長に関するパラメータ表示は、色偏差（ｃｈｒｏｍａｔｉｓｃｈｅ Ａｂｌａｇｅ）の性状に応じて、この関数がスペクトル変動することを示唆するものである。さらなる考察のために、便宜上、このパラメータ表示は無視できるものであって、この関数ｇが、０であるときに局在化するデルタ関数であると仮定する。すると上の式は簡素化されて次式となる。

Ｐ、ＲおよびＴが充分に既知である場合は、基本的にこれから既にｚ（ｘ，ｙ）を導出することができるが、いずれにせよこれは、一種の絶対測定でもあることから、膨大なキャリブレーション・コストを随伴することになる。

しかしながら少なくとも２回の検出工程ｉ＝１，２を援用する場合は、次式：

に基づき、比を求めることができる。

ＰとＲは、もはや意味をなさなくなっている。ＰとＲが、ｇの形式により予め定められる積分範囲にわたり定常である場合についても、概ねこれと同じことが言える。右辺から、既知である様々なフィルタ関数もしくスペクトル分布に基づいて、比較的単純に、所与の強度比に付属する値λを決定し、またそれにより値ｚ（ｘ，ｙ）を決定することができる。

特殊なケースにおいては、Ｔ_２が波長の関数とはなっていない（Ｔ_ｓ（λ）＝定常）。このケースは、例えば同じ種類の２つの検出器と、ビーム・スプリッタとを利用することにより実現することができるが、そこでは、いずれか１つのビーム経路内だけに、波長依存型フィルタが導入されることになる。

さらにもう１つの可能性として、チャネルを１つだけ使用して、２回の測定を、１回は波長依存型フィルタを使用して、もう１回は使用しないで、もしくは、２つの異なる波長依存型フィルタを使用して、シーケンシャル方式で実行してもよいが、いずれにせよこの２回の測定は、いわば一種のワンショット測定であると言えるほど、間髪を入れずに実行されるようになっている（合計測定時間＜１００ｍｓ）。

ほかにも、励起経路内でフィルタを使用することもできるが、それにより同じ光源で、測定はフィルタありとなしとで交互に行われることになる。
さらにもう１つの特殊なケースにおいては、互いに対してスペクトルがオフセットされている２つのバンド経路フィルタが、励起経路および／または検出経路内で使用されるようになっている。ここでも検出経路内では、シーケンシャル配列以外にも、パラレル配列とすることができる。パラレル式配列の一例として、それぞれ２つのカラー・チャネルを選択できるバイエル（Ｂａｙｅｒ）・パターンの色カメラが使用されるようになっている。

さらにもう１つの特殊なケースとして、例えばＴ_２＝１−Ｔ_１が成立するように、２つの検出チャネルとダイクロイック・ビーム・スプリッタが使用されるようになっている。
以下では、図面に基づき本発明の様々な好ましい実施形態を詳細に解説する。

以下の図面の説明では、同じ要素に対して同じ符号を使用している。各要素に関する機能説明は、これらの要素が明示的に言及されない図もしくは実施形態についても、言えるものである。

図１には、本発明にしたがった広視野顕微鏡の第１の好ましい実施形態が示される。任意の多色照射源１（例えば広帯域レーザ、ハロゲン・ランプ、スーパ・ルミネッセント・ダイオード、．．．）、そこでは、この実施形態においては、複数の異なるスペクトル分布を選別素子２により選別できるようになっている。この選別素子２は、例えば任意のＡＯＴＦ（音響光学チューナブル・フィルタ）、任意のプリズム、任意の格子、またはほかにも任意のフィルタ選別ユニットであるとよい。この照明光は、続いて偏向ユニット３により異なる方向に偏向できるようになっている。この偏向ユニット３は、例えば任意の高速切替型ミラー（例えばガルボ・ミラー）、任意のＡＯＤ（音響光学デフレクタ）、または偏光面の回転（ファラデー回転）に基づく任意の切替ユニットである。

構造化素子４が、平面Ａ内の試料面Ｐに対して共役になる位置に配置されている。最も単純なケースにおいて、この構造化素子４は、透過性を示す何らかの１Ｄまたは２Ｄ格子構造となっている。この構造が、屈折および／または回折効果をもたらす、軸上色収差を誘発する複数の素子６、７（対物レンズ）を介して、試料空間内に投影されることによって、ここではｚ方向に一定の色分割を生じることになる、すなわち焦点が、波長に依存してｚ方向にずれるようになっている。

観察ビーム経路内には、複数の光ファイバ９が配置されていると有利である。しかしその代わりに別の実施形態において、そのために複数のミラーに基づく単純な自由空間ビーム・ガイドが使用されてもかまわない。オプションとして、これらの光ファイバ９を用いて、偏光フィルタリングを行うことができるようになっている。

偏向ユニット３により、構造化素子４を、２つの側から、それぞれ、コリメータ・レンズ１１を利用して、シーケンシャル方式で照射することができる（破線表示）。そのために構造化素子４は反射仕様となっており、それにより２つの格子位相を試料空間もしくは試料面Ｐ内に投影できるようになっている。構造化素子４が反射仕様ではない場合は、偏向ユニット３も、また破線で表示される光学系も、なくなる。

透過ビーム経路と反射ビーム経路とを統合するために、ビーム・スプリッタ１２が使用される。その場合は照明光が、ビーム・スプリッタ１３により、さらに試料空間Ｐ内に位置している試料１４へと導かれることになるが、その際にはこのビーム・スプリッタ１３が偏光ビーム・スプリッタとして具体化されていると有利である。具体的には、このビーム経路内には、さらに４分の１ラムダ・プレート１６が配置されているとよく、それにより試料１４に向かう照明光と、試料１４から反射もしくは放射される、検出対象である試料光は、互いに対して９０°回転された偏光面を有することになり、このためビーム・スプリッタ１３において、これらを良好に互いから切り離すことができるようになっている。

さらにビーム経路に、そのようなコンフィギュレーションを用いると、検出ユニット１７の複数の光学素子に起因する、試料１４には起因しない妨害反射を抑止することができる。そのためにはさらにビーム経路に、この検出器ユニット１７の前方に偏光フィルタ１８が配置されているとよい。照射経路もしくは励起経路内で、選別素子２だけを介してスペクトル分布が選択される場合は、この検出ユニット１７が、相応の撮像光学系を備えた任意の単純なカメラであるとよい。さらにそれに追加して、またはその代わりに、図２から５にしたがった変形実施形態のうちのいずれか１つとすることも可能である。

図２に一例として記載される配列においては、試料光を最初にカラー・スプリッタ１９に通して導くことによって、それぞれに撮像光学系２１とカメラ２２とが含まれている２つの検出チャネルが使用されるようにしている。

この配列は、上述のＴ２＝１−Ｔ１である特殊なケースに実質的に対応している。
図３においては、図２と比較すると、カラー・スプリッタがビーム・スプリッタ２３に置き換えられているが、このビーム・スプリッタ２３は、最初は波長に依存したフィルタリングをもたらさないようになっている。いずれにせよこれは、チャネルＩにおいて、フィルタ２４により成就されることになる。オプションとして、チャネルＩＩにもフィルタ２６が配置されるようにしてもよい（その場合はＴ２が定常とはならないだろう；フィルタ２６が１つもない場合は、Ｔ２が定常となるだろう）。

図４により、ずっと上のところで既に説明したシーケンシャル検出方式を描写している。切替素子２７を利用して、複数のフィルタ関数が順次切り替えられるようになっている。この切替素子２７は、そこでは、例えば任意の高速フィルタ・ホイール、または任意のＡＯＴＦ、または切替型ミラー配列が備えられた任意の適切なビーム・スプリッタ配列であるとよい。

図２または図３に記載の配列に作動方式が類似した特殊な配列が、図５に示されている。ここでは、例えばオプトシュプリット（Ｏｐｔｏｓｐｌｉｔ）社が販売しているような、いわゆるチップ・スプリッタ２８が導入される、すなわち、カメラ２２の同じカメラ・チップが２回の測定工程のために利用され、それによりこれらの測定工程を並行して進行させることが可能である。

したがって、上記で説明した図にしたがったいずれか１つの装置を用いて、異なる格子位相もしくは構造を試料上に投影して検出することが可能となり、またそうすることによって、慣行の構造化照明方法の場合のように、「光断層画像」を策定することができるが、この画像は、任意の所与のｘｙ座標のピクセルに関して、この地点における試料表面に焦点が合っている場合だけに、有意な信号を有することになる。そこでは通例、表面トポロジが、その高さのダイナミック・レンジにおいて、色偏差に結び付いた測定レンジを大幅に越えない限り、このケースにとってはかっこうの波長が常に見出されることになる。

画像データの評価は、それぞれのピクセルに関して、光断層画像信号が最大となるような波長が確定されるように、行われるようになっている。そこから直接、関数ｚ（ｘ，ｙ）もしくは表面トポロジを推定することができる。これは例えば、上記で説明したようなフィルタ関数の評価を通じて行われるが、その際に最も単純なケースにおいては、少なくとも２回の測定工程から強度比が評価され、そこから直接波長が推定されるようになっている。当然ながらこの場合は、より良好な信号対雑音比を得るためにも、多重測定が有意である。それ以外にも、試料をセンサに対して相対的に変位させることによって、異なる絶対高さで多重測定を実行しても、有意であるかもしれない。これは、試料の染色が著しく、異なるスペクトル帯域で異なる反射挙動を示す場合に、有利である。

同様に、実質的なショット・ノイズとなってあらわれる、それぞれのピクセルに関する雑音が制限されるようにするために、試料によっては、例えば異なる曝射時間を用いた多重測定による、ＨＤＲイメージングも有意である。時として、関数ｇならびに関数Ｐとは無関係のキャリブレーションでは不足する場合があるために、これらの関数を両方とも、デバイスの特徴として、さらに採り入れることが必要である。波長はその後、事情によっては直接ではなく、むしろ一種の反復法を適用して、決定されることになる。

表面トポグラフィが、その高さのダイナミック・レンジが色偏差と結び付いた測定レンジを越えるような性状のものであると、場合によってはｚスティッチングにより、センサと試料間の距離を変えながら同じ種類の測定を実行して、引き続き測定結果を互いに結び付けることが必要となる。

フィルタ関数は、波長域全体にわたり似通った感度で高さを決定することができるように、カラー偏差に対して有意に適合化されている。
高さの決定に関する感度の向上を達成するためには、照射経路内でも、また検出経路内でも、フィルタ関数を適用するとともに、異なるフィルタ関数を用いて何回かの測定を実行すると、時には有益であるかもしれない。

図１を考慮すると、異なる格子位相の切替は、ビーム経路をただ単に切り替えることによっても実現することができるが、そのためには、例えばいずれかの電気光学変調器（ＥＯＭ）またはいずれかの音響光学変調器（ＡＯＤ）が導入されるとよい。その場合は、図示のケースにおいては例えば、透過経路および反射経路内で投影された構造化素子４に位相ずれを生じることになる。それ以外にも、例えば任意のＥＯＭ、または任意のＡＯＤ、またはほかにも任意のガルボ・ミラーが、対物レンズ７の瞳面の直接変調を通じて、一種の高速格子切替をもたらすようになっている、様々な配列も考えられる。任意の格子は、ここではフーリエ変換により、実質的にこの格子の個々の回折次数に相当するドット・パターンとして描かれている。何らかの位相角変調により、例えば異なる格子位置間の高速切替も可能であろう。

別の変形例においては、２Ｄピンホール・アレイにより形成されたものであってもかまわない構造化素子４が、複数の異なるポジションに移動されて、検出器ユニット１７を用いて当該画像を記録するようになっているが、しかしその際にそこでは、その都度照明の１つの光チャネルだけが使用されるようになっている。この検出器ユニット１７は、いわばデジタルＰＨ−として使用することができるために、個々のポジションにおいて取り込まれたそれぞれの画像の演算と合成を通じて、真に共焦点である画像を取得することができる。

波長に関する評価は、上記で説明したようにして行われる。
さらにもう１つの変形例においては、構造４が丸ごとなくなり、それぞれの局所的な画像領域に関してだけ、鮮明度と波長の関係を示す鮮明度関数が１つずつ算定される。これは、例えばエム・ラールフェス（Ｍ．Ｒａｈｌｖｅｓ）、ジェイ・ゼーヴィッヒ（Ｊ．Ｓｅｅｗｉｇ）、「技術的表面の光学測定（Ｏｐｔｉｓｃｈｅｓ Ｍｅｓｓｅｎ ｔｅｃｈｎｉｓｃｈｅｒ Ｏｂｅｒｆｌａｅｃｈｅｎ」、ボイト出版有限会社（Ｂｅｕｔｈ Ｖｅｒｌａｇ ＧｍｂＨ）、ベルリン、２００９に記載されるような、フォーカス・バリエーション（焦点移動法）に当該している。十分に構造化された試料の場合は、様々な高さ情報を獲得するために、これでも充分である。

薄層斜光照明（ＨＩＬＯ）法の原理に基づき作動する構造も、これに類似した構成となっている。構造化素子４により、ここではほかにも、ビーム経路から完全に取り去ることができるスペックル・パターンを狙い通りに導入するための、素子を具現できるようになっている。

図６には、クロマティック広視野顕微鏡のさらにもう１つの実施例が示されるが、これは、開口相関原理をクロマティック共焦点技術と組み合わせたものに対応している。ここでは中間結像面Ｚに、ミラー構造３２を備えた回転式ディスク３１が配置されている。試料１４から跳ね返された、または放射された試料光（検出ビーム経路）は、図示の例においては２つのカメラ・チャネルで検出されるが、その際には、第１の検出器３３により、ディスク３１を透過した試料光（共焦点成分）が捕捉され、第２の検出器３４により、ミラー構造３２から発する反射試料光（焦点外れの成分を持つ広視野画像）が捕捉されるようになっている。オプションとして、ここでも検出ビーム経路内に複数の偏光フィルタ１８が配置されているとよい。

両方の検出器３３、３４の画像から、広視野画像も、また共焦点画像も、波長に依存して算出することができる。再び強度から、それぞれの検出ピクセルに関して、求められる高さ情報が波長の関数として取得されることになる。当然ながら取得したカラー画像を、被写界深度情報が拡張されたカラー画像を描写するために、直接利用することもできる。同様に、両方のチャネルがカメラ・チップだけに配置されている、様々な構造も可能である。

図７には、例えばピンホール・アレイ４１もしくはニポウ・ディスクが導入される、さらにもう１つの実施例が描かれている。試料表面全体の捕捉は、このピンホール・アレイ４１を運動（回転、スライド）させることにより、および／またはオプションのスキャナ・ユニット４２により、達成している。このピンホール・アレイ４１が任意のニポウ・ディスクであって、かつ、構造化された複数のセクタと構造化されない複数のセクタとを備えたかかるものとして実施されている場合は、この実施形態により、シーケンシャル方式またはパラレル方式で記録された、構造化または非構造化照明画像の演算を通じて、共焦点性の評価が行われるようになっている、開口相関の特殊なケースが具体化されることになる。

測定精度の向上のために、任意の干渉計素子４３がオプションとして備えられている。ほかの全ての実施形態においても、これが存在していてもかまわない。
図８から１０には、照射ビーム経路内で様々なフィルタ関数もしくは異なるスペクトル分布を導入するための、様々な可能性のある変形構成形態が示される。

しかるに図８には、多色光源１が示され、その光を、高速切替素子４４を用いて、異なるチャネルに誘導できるようになっているが、これもまた、上記で論じたものに類似して、２回の測定工程に匹敵するものである。ここでは両方のチャネル内に異なるフィルタ４６および４７が配置されているとよい。しかし基本的には、両フィルタ４６、４７のうちのいずれか一方だけでも間に合うことになる。いずれにせよビーム・コンバイナ素子４８のところでビーム結合が行われることになるが、その際にこのビーム・コンバイナ素子４８は、好適な変形例において、例えば偏光ビーム・スプリッタとして偏光にも敏感に構成されたものであるとよい。このビーム・コンバイナ素子４８の代わりに、いずれかのカラー・スプリッタが導入される場合は、フィルタ４６、４７を場合によっては放棄することができるが、これは、総合効果において、図２に基づき説明したシーケンシャル仕様のケースに対応している。

図９には、相前後して高速切替が行われるフィルタ４６、４７をそれぞれに後置した、２つの同じ種類の光源１が使用される本発明の変形構成形態が示される。
さらにもう１つの有利な変形構成形態を、図１０は再現している。ここでは、それぞれのスペクトル特性に関して異なっている、２種類の異なる照射源５１、５２が導入される。ビーム結合素子５３は、今では純粋なビーム・コンバイナとして実施されている。そのスペクトル特性により、所望されるフィルタ関数が既にもたらされることになる。例えば照射源５１、５２のスペクトルは、互いに対して僅かにオフセットされた、ガウス波形であるとよい。その場合は、これらの照射源５１、５２の内それぞれいずれか一方に結合されて行われる２回の測定工程の強度比から、即座に波長を導出することができる。

０１ 照射源
０２ 選別素子
０３ 偏向ユニット
０４ 構造化素子
０５ −
０６ 軸上色収差を誘発する素子
０７ 対物レンズ
０８ 色分割
０９ 光ファイバ
１０ −
１１ コリメータ・レンズ
１２ ビーム・スプリッタ
１３ ビーム・スプリッタ
１４ 試料
１５ −
１６ λ／４プレート
１７ 検出器ユニット
１８ 偏光フィルタ
１９ カラー・スプリッタ
２０ −
２１ 撮像光学系
２２ カメラ
２３ ビーム・スプリッタ
２４ フィルタ
２５ −
２６ フィルタ
２７ 切替素子
２８ チップ・スプリッタ
２９ −
３０ −
３１ ディスク
３２ ミラー構造
３３ 第１の検出器ユニット
３４ 第２の検出器ユニット
３５ −
４１ ピンホール・アレイ
４２ スキャナ・ユニット
４３ 干渉計
４４ 切替素子
４５ −
４６ フィルタ
４７ フィルタ
４８ ビーム結合素子
４９ −
５０ −
５１ 照射源
５２ 照射源
５３ ビーム結合素子
Ａ 視野面
Ｚ 視野面

Claims (12)

1. 広視野顕微鏡を用いて試料（１４）の空間分解された高さ情報を確定するための方法であって、
   任意の広帯域照射源（１）を用いて、該試料（１４）を照射ビーム経路内で照射する工程と、
   該照射ビーム経路または検出ビーム経路を色変調する工程と、
   該検出ビーム経路内の該試料から反射または放射されたクロマティック共焦点成分を有する試料光から、少なくとも１つの広視野画像を取り込む工程と、
   該広視野画像から、該検出ビーム経路のクロマティック共焦点成分と該色変調との関係を評価することによって、該試料の様々な高さ情報をピクセルごとに確定する工程と、を備える方法。
2. 第１の色変調設定を用いて第１の画像を取り込む工程と、
   該第１の画像の取込みと同時に、または時間をずらして、第２の色変調設定を用いて第２の画像を取り込む工程と、
   それぞれの画素に関して、両方の画像の強度信号の比を確定する工程と、
   それぞれの画素に関して、前記試料（１４）の高さ値ｚ（ｘ，ｙ）を決定する工程と、をさらに備える請求項１に記載の方法。
3. 前記強度信号が、
   により定義され、
   ここで、Ｐ（ｘ，ｙ，λ’）は、光源およびデバイスのいずれか１つのスペクトル特性であり、
   Ｒ（ｘ，ｙ，λ’）は、前記試料のスペクトル反射率であり、
   Ｔ_ｉ（ｘ，ｙ，λ’）は、前記色変調であり、
   ｇ_λｍａｘ（λ_ｍａｘ−λ）は、λ_ｍａｘをパラメータとするデバイス・スペクトル応答関数であり、
   λ_ｍａｘ＝λ［ｚ（ｘ，ｙ）］は、高さ関数にしたがった任意の地点ｘ，ｙにおける最大反射波長であり、
   ｚ（ｘ，ｙ）は、該試料の該高さ関数である、請求項２に記載の方法。
4. それぞれの画素に関する両方の画像の強度信号の比は、
   に基づいて取得される、請求項２または３に記載の方法。
5. 前記照射ビーム経路の色変調は、フィルタを該照射ビーム経路内に、または観察ビーム経路内にシーケンシャル方式で切り替えることにより実施される、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の方法。
6. 第１の広視野画像および第２の広視野画像の取込みは、２つの別々の検出チャネルで実施される、請求項２乃至５のいずれか１項に記載の方法。
7. 広視野顕微鏡であって、
   照射ビーム経路内に配置されている照射源（１，５２，５３）と、
   試料面（Ｐ）内で照射される試料（１４）の観察ビーム経路内の広視野画像を捕捉する第１の検出器（１７，３３）と、
   該照射ビーム経路または該観察ビーム経路の試料面（Ｐ）に対して垂直な方向への色変調のための変調器と、
   該広視野画像のそれぞれの画素内のクロマティック共焦点高さ情報を算定する評価ユニットと、を備える広視野顕微鏡。
8. 前記第１の検出器と同じ種類の第２の検出器をさらに備える請求項７に記載の広視野顕微鏡。
9. 前記第１および第２の検出器の間にビーム・スプリッタが配置され、
   複数の観察ビーム経路のうちのいずれか１つに、変調器として、波長依存型フィルタが配置されている、請求項８に記載の広視野顕微鏡。
10. 前記観察ビーム経路内の第１の検出器が、クロマティック共焦点成分捕捉機構に後置され、
    前記第２の検出器が、前記観察ビーム経路内の焦点外れの成分を捕捉するように配置されている、請求項８に記載の広視野顕微鏡。
11. 前記照射ビーム経路内に、切替素子が配置されている、請求項７に記載の広視野顕微鏡。
12. 色変調器が、フィルタである、請求項７乃至１１のいずれか１項に記載の広視野顕微鏡。