特許 6362498 微視的標本を検査するための光学顕微鏡および顕微鏡方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6362498

(24)【登録日】2018年7月6日

(45)【発行日】2018年7月25日

(54)【発明の名称】微視的標本を検査するための光学顕微鏡および顕微鏡方法

(51)【国際特許分類】

   G02B 21/36 20060101AFI20180712BHJP

   G02B 21/06 20060101ALI20180712BHJP

【ＦＩ】

   G02B21/36

   G02B21/06

【請求項の数】16

【外国語出願】

【全頁数】23

(21)【出願番号】特願2014-198157(P2014-198157)

(22)【出願日】2014年9月29日

(65)【公開番号】特開2015-72472(P2015-72472A)

(43)【公開日】2015年4月16日

【審査請求日】2016年11月11日

(31)【優先権主張番号】10 2013 016 368.4

(32)【優先日】2013年9月30日

(33)【優先権主張国】DE

(73)【特許権者】

【識別番号】506151659

【氏名又は名称】カール ツァイス マイクロスコピー ゲーエムベーハー

【氏名又は名称原語表記】ＣＡＲＬ ＺＥＩＳＳ ＭＩＣＲＯＳＣＯＰＹ ＧＭＢＨ

(74)【代理人】

【識別番号】110001210

【氏名又は名称】特許業務法人ＹＫＩ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】リッペルト ヘルムート

(72)【発明者】

【氏名】ラングホルツ ニルス

【審査官】 殿岡 雅仁

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−１０５１７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１３／０１２０５３９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００７−０６４８０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１５−５０６４９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１３／１０４４８３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特表２０１３−５３９０７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１２／０３９６３６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１１／０１４１４８３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００９−１４５７７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１６−５２５２２５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０２Ｂ １９／００ − ２１／３６

Ｇ０１Ｂ １１／００ − １１／３０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

微視的標本（５０）を検査する顕微鏡方法であって、
照射光（１１）が、光源装置（１０）で前記標本（５０）に放射され、
前記標本（５０）から来る標本光（５５）が、光結像手段（３９、４０）で検出器ユニット（３０）に誘導され、
前記標本光（５５）が前記検出器ユニット（３０）で測定されて、標本記録が生成され、
前記標本（５０）のそれぞれの複数の横方向領域（ｘ１−ｘ４）についての高さ情報が、各標本記録から得られ、
各標本記録の前記高さ情報が、それぞれの高さ測定範囲（４、５）に限定され、異なる標本記録の前記高さ測定範囲（４、５）が互いに異なり、
全体イメージが前記標本記録から計算され、前記全体イメージで、前記異なる標本記録の高さ情報が一緒にされる、顕微鏡方法において、
前記異なる標本記録の前記高さ測定範囲（４、５）が互いに重複するような高さで標本記録が記録されること、
共通の横方向領域（ｘ３）が、２つのそれぞれの標本記録で識別され、前記共通の横方向領域（ｘ３）についてどちらの標本記録でも高さ情報を得ることのできること、および
前記異なる標本記録の高さ情報間のリンクが、少なくとも１つの前記共通の横方向領域（ｘ３）に関する異なる標本記録の前記高さ情報に基づいて求められること、
を含み、
高さがそれぞれの前記高さ測定範囲（４；５）内にある横方向領域（ｘ１、ｘ３；ｘ２、ｘ３）が求められ、各標本記録について選択され、
これらの選択された前記横方向領域（ｘ１、ｘ３；ｘ２、ｘ３）の前記高さ情報だけが使用されて、前記全体イメージが計算される、
ことを特徴とする顕微鏡方法。

【請求項2】

微視的標本（５０）を検査する顕微鏡方法であって、
照射光（１１）が、光源装置（１０）で前記標本（５０）に放射され、
前記標本（５０）から来る標本光（５５）が、光結像手段（３９、４０）で検出器ユニット（３０）に誘導され、
前記標本光（５５）が前記検出器ユニット（３０）で測定されて、標本記録が生成され、
前記標本（５０）のそれぞれの複数の横方向領域（ｘ１−ｘ４）についての高さ情報が、各標本記録から得られ、
各標本記録の前記高さ情報が、それぞれの高さ測定範囲（４、５）に限定され、異なる標本記録の前記高さ測定範囲（４、５）が互いに異なり、
全体イメージが前記標本記録から計算され、前記全体イメージで、前記異なる標本記録の高さ情報が一緒にされる、顕微鏡方法において、
前記異なる標本記録の前記高さ測定範囲（４、５）が互いに重複するような高さで標本記録が記録されること、
共通の横方向領域（ｘ３）が、２つのそれぞれの標本記録で識別され、前記共通の横方向領域（ｘ３）についてどちらの標本記録でも高さ情報を得ることのできること、および
前記異なる標本記録の高さ情報間のリンクが、少なくとも１つの前記共通の横方向領域（ｘ３）に関する異なる標本記録の前記高さ情報に基づいて求められること、
を含み、
複数の共通の横方向領域（ｘ３、ｘ４）の前記高さ情報を使用して前記高さ情報の前記リンクを求めるとき、前記複数の共通の横方向領域（ｘ３、ｘ４）に関する前記高さ情報が別々に重み付けされる、
ことを特徴とする顕微鏡方法。

【請求項3】

請求項１又は請求項２に記載の顕微鏡方法であって、
１つの同一の高さ値が、２つの標本記録のこれらの前記共通の横方向領域（ｘ３）のそれぞれに割り当てられる、
ことを特徴とする顕微鏡方法。

【請求項4】

請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の顕微鏡方法であって、
２つの標本記録の前記高さ測定範囲（４、５）間の高さオフセットが、前記共通の横方向領域（ｘ３）に関するこれらの標本記録の前記高さ情報間の差を計算し、これらの２つの標本記録の一方の前記高さ情報を前記高さオフセットだけ変位させることによって計算され、
これらの２つの標本記録の高さ情報がリンクされる、
ことを特徴とする顕微鏡方法。

【請求項5】

請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の顕微鏡方法であって、
複数の共通の横方向領域（ｘ３、ｘ４）が２つの標本記録で識別されるケースで、すべての前記共通の横方向領域（ｘ３、ｘ４）の前記高さ情報が使用されて残りの横方向領域（ｘ１、ｘ２）の前記高さ情報の前記リンクが求められ、前記残りの横方向領域（ｘ１、ｘ２）について、高さ情報を前記２つの標本記録の一方のみで得ることのできる、
ことを特徴とする顕微鏡方法。

【請求項6】

請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の顕微鏡方法であって、
前記横方向領域（ｘ１、ｘ２、ｘ３、ｘ４）のうちの１つの前記高さ情報が、各標本記録で基準点として固定され、
異なる横方向領域（ｘ１、ｘ２、ｘ３、ｘ４）に関する標本記録で得られる前記高さ情報が、この標本記録の前記基準点に対する相対的高さとして表現され、
２つの標本記録内の前記共通の横方向領域（ｘ３）の少なくとも１つについて、前記２つの標本記録内のこの横方向領域（ｘ３）について求められた２つの相対的高さ間の差が求められ、
求められた差で高さオフセットが求められ、
前記２つの標本記録の前記高さ情報をリンクするために、これらの標本記録のうちの１つの前記相対的高さが、前記高さオフセットだけ変更される、
ことを特徴とする顕微鏡方法。

【請求項7】

請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の顕微鏡方法であって、
高さ走査が実施され、前記高さ走査の間に、前記標本（５０）の前記高さ範囲が各標本記録について調節され、前記標本光（５５）が前記標本（５０）から前記検出器ユニット（３０）に対して誘導される、
ことを特徴とする顕微鏡方法。

【請求項8】

請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の顕微鏡方法であって、
高さ情報を符号化するために光結像手段（３３）が設けられ、前記光結像手段（３３）が、前記光源装置（１０）の点が前記標本（５０）の横方向領域（ｘ１−ｘ４）上に結像され、または前記標本（５０）の横方向領域（ｘ１−ｘ４）が検出器ユニット（３０）上に結像される形がそれぞれの前記横方向領域（ｘ１−ｘ４）の前記高さに依存するような点結像機能を有し、
前記複数の結像される横方向領域（ｘ１−ｘ４）のそれぞれの形が、前記検出器ユニット（３０）で記録される標本記録で求められ、
それぞれの前記横方向領域（ｘ１−ｘ４）の高さ情報が、前記形から導出される、
ことを特徴とする顕微鏡方法。

【請求項9】

請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の顕微鏡方法であって、
前記高さ情報が、
横方向領域（ｘ１−ｘ４）に関する高さ情報が、この横方向領域（ｘ１−ｘ４）に関する測定された光強度から導出される強度決定、および／または、
横方向領域（ｘ１−ｘ４）に関する高さ情報が、この横方向領域（ｘ１−ｘ４）に関して求められたイメージシャープネスから導出されるシャープネス決定、
によって標本記録から得られる、
ことを特徴とする顕微鏡方法。

【請求項10】

請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の顕微鏡方法であって、
照射光（１１）の焦点面が波長依存である色共焦点標本検査または白色光干渉法が実施され、標本記録が生成され、前記標本記録から高さ情報を得ることができる、
ことを特徴とする光学顕方法。

【請求項11】

微視的標本を検査するための光学顕微鏡であって、
標本（５０）に照射光（１１）を放射する光源装置（１０）と、
前記標本（５０）に前記照射光（１１）を誘導し、前記標本（５０）から来る標本光（５５）を誘導する光結像手段（１２、２０、３３、４０）と、
前記標本光（５５）を測定して複数の標本記録を生成する検出器ユニット（３０）と、
各標本記録から前記標本（５０）のそれぞれの複数の横方向領域（ｘ１−ｘ４）に関する高さ情報を得るように設計された電子制御および評価手段と、を有し、
各標本記録の前記高さ情報が、それぞれの高さ測定範囲（４、５）に限定され、異なる標本記録の前記高さ測定範囲（４、５）が互いに異なり、
前記電子制御および評価手段がさらに、前記標本記録から全体イメージを計算するように設計され、前記全体イメージ内で、前記異なる標本記録の全体イメージ高さ情報が一緒にされる、光学顕微鏡において、
前記電子制御および評価手段が、
前記異なる標本記録の前記高さ測定範囲（４、５）が互いに重複するような高さで標本記録を記録し、
２つのそれぞれの標本記録で、それについてどちらの標本記録でも高さ情報を得ることのできる共通の横方向領域（ｘ３）を識別し、
少なくとも１つの前記共通の横方向領域（ｘ３）に関する前記異なる標本記録の前記高さ情報に基づいて、前記異なる標本記録の前記高さ情報のリンクを求める、
ように適合され、
高さがそれぞれの前記高さ測定範囲（４、５）内にある横方向領域（ｘ１、ｘ３；ｘ２、ｘ３）が求められ、各標本記録について選択され、
これらの選択された前記横方向領域（ｘ１、ｘ３；ｘ２、ｘ３）の前記高さ情報だけが使用されて、前記全体イメージが計算される、
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であって、
前記光結像手段（１２、２０、３３、４０）、前記光源装置（１０）、および前記検出器ユニット（３０）が、前記標本（５０）、前記光結像手段（１２、２０、３３、４０）、または前記検出器ユニット（３０）の機械的移動なしに、各標本記録について少なくとも２つの標本イメージをそれぞれ記録することができるように設計され、前記２つの標本イメージの前記記録について、
少なくとも２つの光スポットパターンが、前記光源装置（１０）および前記光結像手段（１２、２０、３３、４０）で異なる標本平面（５１、５２）に集束され、および／または、
少なくとも２つの前記異なる標本平面（５１、５２）のイメージが、前記光結像手段（１２、２０、３３、４０）および前記検出器ユニット（３０）で生成され、別々に測定される、
ことを特徴とする光学顕微鏡。

【請求項13】

請求項１２に記載の光学顕微鏡であって、
前記標本（５０）と前記検出器ユニット（３０）との間にビーム分割手段（３９）が設けられ、前記ビーム分割手段（３９）で、前記標本光（５５）が少なくとも２つの空間的に異なる検出光路に分割され、
前記検出器ユニット（３０）が、前記異なる検出光路のそれぞれについて検出器領域を備え、
前記異なる標本平面（５１、５２）が、前記異なる検出器領域上に結像される、
ことを特徴とする光学顕微鏡。

【請求項14】

請求項１３に記載の光学顕微鏡であって、
前記異なる検出器領域が、前記検出器ユニット（３０）の共有カメラ（３１）の異なる部分である、
ことを特徴とする光学顕微鏡。

【請求項15】

請求項１３又は請求項１４に記載の光学顕微鏡であって、
前記光源装置（１０）および前記光結像手段（１２、２０、３３、４０）で前記異なる標本平面（５１、５２）に集束される前記２つの光スポットパターンの光特性が異なり、
前記標本光（５５）を、その光特性に応じて前記ビーム分割手段（３９）で異なる光路上に誘導することができ、
前記検出器ユニット（３０）で、異なる光路のそれぞれで標本イメージを測定することができる、
ことを特徴とする光学顕微鏡。

【請求項16】

請求項１１から請求項１５のいずれか一項に記載の光学顕微鏡であって、
前記光源装置（１０）が、異なる標本平面（５１、５２）上に光スポットパターンを集束させる第１の光源ユニットおよび第２の光源ユニットを備え、前記第１の光源ユニットが、第１の標本平面（５１）に光学的に結合される平面内に配置され、前記第２の光源ユニットが、第２の標本平面（５２）に光学的に結合される平面内に配置される、
ことを特徴とする光学顕微鏡。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、第１の態様では、請求項１に対するプリアンブルによる微視的標本を検査するための顕微鏡方法に関する。第２の態様では、本発明は、請求項１２に対するプリアンブルによる光学顕微鏡に関する。

【背景技術】

【0002】

周知の光学顕微鏡および顕微鏡方法の目標は、標本表面の高さを求めることである。一方では、標本表面は、検査すべき物体の外部境界であると理解することができる。しかし、標本表面は、検査すべき物体、例えば水溶液中の生物細胞または細胞成分の内部の表面であると理解することもできる。そのような測定は、具体的には、技術的表面を特徴付け、粗さ測定値およびトポグラフィを導出することに関連する。

【0003】

上述の高さ決定は、微視的標本を検査するための汎用的顕微鏡方法で可能である。この方法では、光源装置で照射光を標本に放射すること、光結像手段で標本から来る標本光を検出器ユニットに誘導すること、検出器ユニットで標本光を測定し、複数の標本記録を生成すること、各標本記録から標本のそれぞれの複数の横方向領域に関する高さ情報を得て、各標本記録の高さ情報が各ケースで１つの高さ測定範囲に限定され、異なる標本記録の高さ測定範囲が互いに異なること、および標本記録から全体イメージを計算し、全体イメージ内で、異なる標本記録の全体イメージ高さ情報が一緒にされることが実現される。

【0004】

微視的標本を検査する汎用光学顕微鏡は、標本に照射光を放射する光源装置と、標本に照射光を誘導し、標本から来る標本光を誘導する光結像手段と、標本光を測定し、複数の標本記録を生成する検出器ユニットと、各標本記録から標本の複数の横方向領域のそれぞれに関する高さ情報を得る電子制御および評価手段であって、各標本記録の高さ情報が各ケースで１つの高さ測定範囲に限定され、異なる標本記録の高さ測定範囲が互いに異なり、電子制御および評価手段がさらに、標本記録から全体イメージを計算し、全体イメージ内で、異なる標本記録の全体イメージ高さ情報が一緒にされる電子制御および評価手段とを備える。

【0005】

異なる標本記録の高さ情報を一緒にすることは、ある標本記録の高さ情報が、別のそれぞれの標本記録の高さ情報とはもはや別個に提供されず、その代わりに標本記録のそれぞれの高さ情報が共通の基準点に対して表現されるという点で理解することができる。それによって、１つの標本記録の高さ情報を別の標本記録からの高さ情報と有意義に比較することができる。

【0006】

例えば、共焦点顕微鏡での高さ検査が周知である。この場合、当初は一定の高さ平面上に集束する照射光で、標本が走査される。その間に、標本イメージが、上述の標本記録として記録される。例えば、この標本イメージを評価して、標本領域、すなわち標本の一定の横方向領域が厳密に照射された高さ平面内にあるか、それともそれから離れているかを確認することができる。次いで、標本が、調節可能標本テーブルで高さ方向、すなわち標本から光学顕微鏡の対物レンズに延びる光軸の方向に移動する。次いで、第２の標本イメージが記録され、評価される。このとき、第１の標本イメージの場合に照射された高さ平面内にある横方向領域の高さと、第２の標本イメージの場合に照射された高さ平面内にある別の横方向領域の高さとの間の関係が求められる。この目的で、２つのイメージの記録の間で標本の高さが変位される調節高が検出される。次いで、２つの標本記録の高さ情報が、調節高の知識によって一緒にされる。この場合の欠点は、この高さを高い精度で求めるためにコストのかかる調節要素が必要であることである。

【0007】

複数の横方向領域を同時に検査するために、共焦点顕微鏡法では、ニプコウディスクを用いるスピニングディスク方法を使用することができる。この場合、複数の横方向領域が照射の際に通過する複数の穴を有するディスクが使用される。ディスクを回転させることにより、横方向に走査が実施される。異なる高さ測定範囲を有する標本記録では、高さ方向の標本の変位もこの場合は必要であり、これを、高精度アクチュエータシステムを介して従来の方式で求めなければならない。

【0008】

さらに、この場合は振動または衝撃が生じる可能性があり、それによって測定中に標本の高さ位置が変動する。したがって、ほとんどのケースでは、コストの高い振動減衰テーブルが使用される。

【0009】

構造化された照射を用いる顕微鏡法で同じ問題が生じ、通常は、標本イメージが、異なる格子イメージについて生成され、それが計算に入れられて、高解像度イメージが生成される。

【0010】

さらに、共焦点および非共焦点光部分の別々の同時記録のケースでは、標本の高さ変位を実施しなければならず、それによってこれが、精密な調節ユニットのための高コストおよび望ましくない振動効果に関連付けられる。

【0011】

さらに、高さ情報を得るために色共焦点原理が周知である。この場合、色効果を有する光学素子が使用され、その屈折力は波長に依存する。このようにして、光を、その波長に応じて異なる高さ平面上に集束させることができる。順次共焦点検出を用いる広帯域光源または可同調光源を使用することができる。異なる波長の光の強度に応じて、標本の横方向領域の高さを結論付けることができる。高さ測定範囲が、異なる波長の光の異なる集束によって定義される。標本が、この高さ測定範囲の外側に出る非常に異なる高さを有する場合、この測定方法ではやはり高さ方向に標本を移動しなければならない。この変位距離をやはり従来の方式で精密な調節手段で検出しなければならない。さらに、例えば、標本テーブルの振動が、測定結果に対して非常に不利な効果を有する。

【0012】

同じ問題は、ナノプロフィロメトリ方法のケースでも存在する。この場合、標本が、広視野共焦点顕微鏡の軸応答関数の上昇または下降フランク内に位置するように配置される。異なる標本横方向領域の相対反射率が以前の較正ステップを通じて知られている場合、高さプロファイルを直接的に求めることができる。しかし、高さ測定範囲が限定され、そのことは、しばしば高さ方向に標本を変位させなければならず、さらなる標本記録が必要であることを意味する。これらの異なる記録の高さ情報をリンクするために、標本の高さ調節の正確な知識が必要となる。

【0013】

多数の別の測定方法があるが、それらはそれぞれ、１つの高さ測定範囲に限定され、照射および検出光路に対する標本の変位を必要とする。すべてのこれらの従来の方法は、コストのかかる調節要素を用いる標本の高精度相対変位が必要であり、それにもかかわらず、測定結果が振動によって大きく影響を受ける可能性があるという欠点を有する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0014】

【特許文献1】米国特許第５，２４８，８７６号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0015】

特に大きな高さ範囲にわたって標本を精密かつコスト効果の高い方式で検査することのできる顕微鏡方法および光学顕微鏡を示すことを本発明の目的とみなすことができる。

【課題を解決するための手段】

【0016】

この目的は、請求項１の特徴を有する顕微鏡方法、および請求項１２の特徴を有する光学顕微鏡によって達成される。

【0017】

本発明による顕微鏡方法および本発明による光学顕微鏡の有利な変形形態は、従属請求項の主題であり、以下の説明でさらに説明される。

【0018】

上述のタイプの顕微鏡方法では、本発明によれば、異なる標本記録の高さ測定範囲が互いに重複するような高さで標本記録が記録されること、２つのそれぞれの標本記録で、それについてどちらの標本記録でも高さ情報を得ることのできる共通の横方向領域が識別されること、および異なる標本記録の高さ情報間のリンクが、少なくとも１つの共通の横方向領域に関する異なる標本記録の高さ情報に基づいて求められることが実現される。

【0019】

上述のタイプの光学顕微鏡では、電子制御および評価手段が、本発明に従って、異なる標本記録の高さ測定範囲が互いに重複するような高さで標本記録を記録し、２つのそれぞれの標本記録で、それについてどちらの標本記録でも高さ情報が得られる共通の横方向領域を識別し、すなわち、それについてどちらの標本記録でも高さ情報を得ることのできる少なくとも１つの共通の横方向領域を識別し、したがってその横方向領域の高さも高さ測定範囲内にあり、少なくとも１つの共通の横方向領域に関する異なる標本記録の高さ情報に基づいて、異なる標本記録の高さ情報間のリンクを求めるように適合される。好ましくは、これらのステップを制御および評価手段によって自動的に実施することができる。

【0020】

本発明の基本的概念は、２つのそれぞれの標本記録で、それについてどちらの標本記録でも高さ情報を得ることのできる共通の横方向領域を識別することにより、および共通の横方向領域のこの高さ情報を介して、２つの標本記録のうちの一方のみで、それについて高さ情報を得ることのできる残りの横方向領域の高さ情報の関係を求めることにより、異なる標本記録の高さ情報が全体イメージについて一緒にされる点で見ることができる。

【0021】

本発明のこの概念が以下で詳細に説明される。

【0022】

各標本記録を評価することによって高さ情報を得ることができる。しかし、高さ情報は、標本記録内の異なる横方向領域の高さ関係を示す相対的表示のみを構成する。ある標本記録の高さ情報と、別の標本記録の高さ情報との間の関係は、当初は未知である。

【0023】

従来、この目的で精密調整手段が使用され、２つの標本記録の間で標本が変位した高さ距離が検出される。

【0024】

このことは本発明によれば不要である。本発明の本質的概念は、標本記録自体からの情報によって異なる標本記録の高さ情報間のリンクを求めることに見ることができる。したがって、異なる標本記録間の標本の高さ調節を計算することができるように標本記録が評価される。

【0025】

これについて、２つのそれぞれの標本記録内に、どの測定値、すなわちどの高さ情報が標本領域の同じ高さを特徴付けるかをそれから求めることのできる情報が含まれなければならない。これを達成するために、ある標本記録から次の標本記録までの、標本と照射および検出光路との間の相対的変位が、所望のどんなレベルにもないことがある。その代わりに、相対的変位が、厳密に、２つのそれぞれの標本記録の高さ測定範囲が互いに重複するような高さで標本記録が実施されるようなサイズである。これは、標本の少なくとも１つの一致する横方向領域を２つのそれぞれの標本記録で検査することができるために必要である。この横方向領域の高さを基準高さとして使用することができる。したがって、高さ情報が、どちらの標本記録でも、同一の横方向領域について求められる。２つの標本記録の高さ情報は同じ高さの標本領域を表し、そのことは、同一の絶対高さ値をそれらの割り当てることができることを意味する。標本記録の残りの高さ情報は、この基準または絶対高さ値に対する相対的情報を構成する。したがって、残りの高さ情報を絶対高さ値に変換することもできる。したがって、２つの標本記録の高さ情報間のリンクが生成される。

【0026】

その高さ測定範囲が上述の標本記録のうちの１つの高さ測定範囲と重複するような高さで、任意選択の第３の標本記録が記録される。次いで、共通の横方向領域が、これらの２つの標本記録で求められ、前記共通の横方向領域の高さが、第３の標本記録の残りの高さ情報に関するサポートまたは基準値として使用される。

【0027】

同様の手順が続き、恐らくはすべてのさらなる標本記録が実施される。

【0028】

本発明の好ましい変形形態によれば、リンクが以下のように実現される。各標本記録について、横方向領域のうちの１つの高さ情報が、この標本記録に関する基準点として求められる。あるいは、原理上は任意の基準点が、複数の横方向領域の高さ情報から導出される。次いで、異なる横方向領域に関する標本記録で得られる高さ情報が、この標本記録の基準点に対する相対的高さとして表される。２つの標本記録に共通の横方向領域のうちの少なくとも１つについて、２つの標本記録内のこの横方向領域について求められた２つの相対的高さ間の差が求められる。次いで、求められた差を用いて高さオフセットが求められる。この高さオフセットは、差と等しくてよい。複数の共通の横方向領域についてそれぞれの差が求められる場合、高さオフセットをこの差の平均値として固定することができる。２つの標本記録の高さ情報をリンクするために、最終的に、これらの標本記録のうちの１つの相対的高さが、高さオフセットだけ修正される。したがって、それによって、２つの標本記録の得られる相対的高さは、同一の基準点を指す。

【0029】

好ましくは、高さ情報が、それについて測定精度がその最高となる横方向領域からの基準点として選択される。例えば、高さ情報が、関連する横方向領域に関する光強度の単調関数によって求められる場合、最高の測定精度は、横方向領域に関する光強度の信号対雑音比が最大となるものである。

【0030】

原理上は、高さ測定範囲にわたる高さ情報を含むことを条件として、すなわち、標本記録内の一定の高さ範囲内で標本表面の異なる高さを互いに離したまま保つことができることを条件として、任意の所望の方式で標本記録を実施することができる。

【0031】

単一または複数の標本イメージによって標本記録を形成することができる。好ましくは、標本記録を構成する２つの標本イメージが記録される。以下でより詳細に説明するように、これらの２つの標本イメージを記録するのに、高さ調節は不要である。したがって、より広い高さ測定範囲を標本記録によってカバーすることができる。

【0032】

高さ測定範囲は、例えば１μｍでよい。標本がより大きい高さの差を有する場合、この１μｍ高さ測定範囲を越える標本の横方向領域について、定量的高さ情報を得ることができず、または非常に不正確な定量的高さ情報が得られるだけである。

【0033】

検出すべき標本光は、標本から再び伝播する照射光、具体的には反射または散乱照射光でよい。しかし、標本光は、照射光による励起によって生成されるルミネッセント光、すなわち蛍光または燐光でもよい。

【0034】

使用される光源装置は、照射光、例えば可視光、赤外線光、または紫外線光を標本に放射することを条件として、原理上は任意の設計でよい。光源装置は、１つまたは複数の光源ユニット、例えばレーザまたはＬＥＤを備えることができる。好ましくは、複数の光スポットからなる光スポットパターンが、光源装置で標本上に生成される。これについて、複数の光源を対応するパターンで並べて配置することができる。あるいは、光源が、光スポットパターンがそれを通じて生成されるマスクを照射することができる。マスクは、例えばピンホールまたはミラーによって形成することができる。電子的に調節可能なマイクロミラーアレイ（ＤＭＤ：デジタルミラー装置）をミラーとして使用することもできる。例えば切替え可能な液晶領域に基づくことのできる、他の電子的に活動化される光変調器を使用することができる。格子をマスクとして使用することもできる。この格子は、横方向および／または光の伝播方向に調節可能でよい。このようにして、照射することのできる異なる横方向領域の数が増加する。さらに、光スポットパターンがシャープに結像される高さ平面を変更することができる。格子は、１つまたは２つの格子定数を有する周期的構造を有することができる。あるいは、格子は不規則な構造を有することもでき、それによって寸法の光スポットが同時に生成される。

【0035】

さらに、光源装置または光結像手段は、スキャナを有することもでき、照射光ビームが異なる横方向領域を次々に照射し、したがって光スポットパターンを生成する。

【0036】

光スポットは、互いに間隔を置いて配置される横方向領域を同時に照射する。このようにして、標本の複数の横方向領域を単一の標本記録で検査することができる。少なくとも１つの横方向領域が、異なる標本記録の高さ情報をリンクするための基準として常に使用されるので、標本記録で複数の横方向領域を検査することが引き続き必須となる。

【0037】

横方向領域は、横方向である、具体的には高さ方向に対して垂直である標本の領域と理解することができる。それによって高さ方向は、光学顕微鏡の対物レンズから標本への光軸の方向であると理解することができる。

【0038】

複数の標本記録から計算される全体イメージは、標本の複数の横方向領域の２つの横方向の座標および高さ方向の座標を含む。したがって、全体イメージを３Ｄイメージと理解することができる。

【0039】

異なる標本記録の高さ情報間のリンクは一般に、異なる標本記録の高さ情報が共通の基準に対して表現される点で理解することができる。実際に、標本記録は当初、他のそれぞれの基準点に関する高さ情報を与え、これらの異なる基準点がどのように互いに関係するかは当初は未知である。

【0040】

好ましくは、１つの同一の高さ値が、これらの２つの標本記録をリンクするために２つの標本記録に共通の横方向領域のそれぞれに割り当てられる。２つの標本記録はそれぞれ、２つの標本記録の一方だけで得ることのできる残りの横方向領域に関する高さ情報を含む。この高さ情報の、共通の横方向領域の高さ情報に対する関係は、標本記録から既知である。したがってこのとき、残りの横方向領域の高さ情報を上述の高さ値に対して表現することができる。

【0041】

共通の横方向領域は、互いに少なくとも重複する標本の横方向領域であると理解すべきである。好ましくは、それらは同心であり、同一の形状を有する。横方向領域は、光スポットによってそれぞれ照射される標本表面によって画定することができる。この場合、光スポットのサイズは、光の伝播方向で変動する可能性があり、そのことは、標本表面上に生成される光スポットが、２つの異なる標本記録についてサイズが異なる可能性があることを意味する。それによって、共通の横方向領域は同心であり、同一の形状であるが、異なるサイズを有する。

【0042】

２つの標本記録の高さ情報をリンクするために、共通の横方向領域に関する異なる標本記録の高さ情報間の差を計算し、これらの２つの標本記録の一方の高さ情報を高さオフセットだけ変位することにより、これらの標本記録の高さ測定範囲間の高さオフセットも計算することができる。例えば、第１の標本記録は、横方向領域が任意の基準点に対して高さ０．３μｍを有することを示すことができる。別の標本記録は、同じ横方向領域が別の任意の基準点に対して０．８μｍを有することを示すことができる。このとき、これらの標本記録間の高さオフセットが、差０．８μｍ−０．３μｍ＝０．５μｍとして求められる。このとき、２つの標本記録の一方のすべての高さ情報が０．５μｍだけ変位される。それによって、２つの標本記録の高さ情報が、同一の基準点に対して表現される。

【0043】

各標本記録について、その高さがそれぞれの高さ測定範囲内にある横方向領域を、有用に決定し、選択することができる。これらの選択された横方向領域の高さ情報だけが、全体イメージを計算するのに使用される。それに関する測定値が記録される横方向領域が高さ測定範囲内にあるかどうかを、例えばこの測定値が指定の信号品質を満たすかどうか、具体的にはしきい値よりも大きいかどうかを判定することによって判定することができる。

【0044】

したがって、十分であるのが高さ測定範囲内にある標本の横方向領域の高さだけである信号品質により、高さ測定範囲を制限することができる。具体的には、指定のしきい値を超える信号対雑音比によって十分な信号品質を定義することができる。

【0045】

複数の共通の横方向領域が２つの標本記録で識別されるケースでは、好ましくは、すべての共通の横方向領域の高さ情報が、２つの標本記録の一方だけで得ることのできる残りの横方向領域の高さ情報のリンクを求めるのに使用される。これによってより高い精度のリンクを達成することができる。

【0046】

共通の横方向領域のそれぞれについて、２つの標本記録の高さ測定範囲間の差を計算することができ、それによってこれらの差は、測定精度の結果として、無視できる異なる値を有することができる。したがって、この差から平均値を形成することができる。この平均値は、観測下の２つの標本記録の高さ測定範囲間の高さオフセットとして使用される。

【0047】

複数の共通の横方向領域の高さ情報を使用して高さ情報をリンクするとき、複数の共通の横方向領域に関する高さ情報を別々に重み付けすることを実現することができる。高さ情報の重み付けは、例えば関連する信号品質に応じて実現することができる。例えば、高さ情報が光強度から導出される場合、信号対雑音比、したがって信号品質は、光強度が強いほど良好となる。横方向領域の高さ情報がイメージシャープネスから求められる場合、信号品質は、それぞれの横方向領域の測定情報に関するイメージシャープネスが高いほど良好となる。

【0048】

複数の標本記録を生成するために、高さ走査を実施することができる。高さ走査の間、標本光がそれから検出器ユニット上に誘導される標本の高さ範囲が、各標本記録について調節される。この目的で、例えば標本の高さを調節することができる。照射および／または標本光の光路も標本に対して調節することができる。異なる光波長について異なる焦点を生成する色光学系を使用するとき、異なる波長の照射光の順次放射により、異なる標本記録も生成することができる。これはラムダ走査としても説明される。

【0049】

本発明の別の実施形態によれば、高さ情報を符号化する光結像手段が提供され、前記光結像手段は、光源の点が標本の横方向領域上に結像され、または標本の横方向領域が検出器ユニット上に結像される形または形状がそれぞれの横方向領域の高さに依存する点結像機能を有する。次いで、検出器ユニットで記録された標本記録で、複数の結像された横方向領域のそれぞれの形または形状が求められる。最後に、それぞれの横方向領域の高さ情報が形状から導出される。

【0050】

非点収差を有する光学素子によってそのような点結像機能を達成することができる。この目的で、具体的には、標本と検出器ユニットとの間の光路内に円筒形レンズを設けることができる。標本の点形または円形状横方向領域が、円筒形レンズによってひずみ、したがって検出器ユニット上のイメージの幅および長さが互いに異なる。それによって、このイメージの幅および長さは、標本の結像された横方向領域の高さに依存する。したがって、高さ情報をイメージの幅および長さから導出することができる。

【0051】

あるいは、光源装置と標本との間に円筒形レンズを配置することができ、それによって、点形または円形状光源がひずんだ形で標本上に結像され、実際の形状は、照射される横方向領域の高さに依存する。次いで、照射される領域の形状を検出器ユニットで測定することができ、それによって、前記検出器ユニットの前にさらなる円筒形レンズは不要となる。より一般的な用語では、これらの実施形態では、円筒形レンズの代わりに非点収差を有する所望の光学素子を使用することができる。

【0052】

光結像手段はまた、標本光の伝播方向、すなわち標本の高さ方向に依存する形で渦巻状に点を結像する点結像機能を有するいわゆる位相板を備えることができる。

【0053】

これらの実施形態によれば、各標本記録は厳密に１つの標本イメージを含むことができる。

【0054】

本発明の好ましい変形形態によれば、以下によって標本記録から高さ情報が得られる。
例えばナノプロフィロメトリなどで、この横方向領域に関する測定された光強度から横方向領域に関する高さ情報が導出される強度判定、および／または、この横方向領域に関する求められたイメージシャープネスから横方向領域に関する高さ情報が導出されるシャープネス判定。

【0055】

あるいは、光強度およびシャープネスと同様にそれぞれの横方向領域の高さに依存するコヒーレンスコントラストまたはコヒーレンスの程度を求めることもできる。さらに、高さ情報を得るために照射光の反射した光子の到来時間を検出することもできる。

【0056】

照射光と標本光の干渉を介して標本記録から高さ情報を求めることもできる。これについて、照射光が標本上に誘導され、標本から来る標本光が検出器ユニットの方向に誘導される。照射光の一部が、この部分が標本に達する前に基準経路上に分岐し、検出器ユニットで標本光と干渉する。干渉縞、または、一定のそれぞれの検出器領域の光強度は、標本の高さに依存し、そのことは、高さ情報を得ることができることを意味する。そのような標本記録も、限定された高さ測定範囲を有する。したがって、当初は既知の異なる高さにただ不正確に標本を変位させ、本発明による方式でそのように記録された高さ情報のリンクを計算することは良い着想である。

【0057】

別の好ましい実施形態によれば、色共焦点標本検査または白色光干渉法が実施され、標本記録が生成され、標本記録から高さ情報を得ることができる。そのようなケースでは、照射光の焦点面は波長に依存する。したがって、共焦点構成で、異なる標本領域上に複数の光スポットを放射することができる。例えばピンホールディスクまたはデジタル振動板を使用することにより、厳密にこれらの照射された標本領域からの標本光のみが、検出器ユニットで測定される。色的に有効な光学素子により、異なる波長の光に対して異なる共焦点面が生成される。それぞれの照射された標本領域について標本光の強度を波長に応じて求めることができる。強度が最大となる波長を求めることにより、照射される横方向領域の高さと一致する複数の共焦点面のうちの共焦点面を求めることが可能となる。

【0058】

スペクトル的に広い範囲をカバーする白色光として照射光を放射することができる。この場合、検出器ユニットは波長分解式に測定する。あるいは、異なる波長範囲の照射光を次々に放射することもできる。このようにして、検出器ユニットの波長分解能は不要である。

【0059】

別の特に好ましい実施形態によれば、標本、光結像手段、または検出器ユニットを機械的に移動することなく、各標本記録について少なくとも２つの標本イメージをそれぞれ記録することができるように、光結像手段、光源装置、および検出器ユニットが設計される。２つの標本イメージの記録のために、光源装置および光結像手段で、少なくとも２つの光スポットパターンが、異なる標本または高さ平面に集束し、および／または、少なくとも２つの異なる標本面のイメージが生成され、光結像手段および検出器ユニットで別々に測定される。

【0060】

したがって、これらの実施形態によれば、少なくとも２つの標本イメージを記録するのに、空間的に等しい配置が使用される。これらのイメージの記録の間に、高さ方向の走査移動は実施されない。それによって速度の利点が達成される。さらに、機械的移動の不正確さが存在せず、光学構成要素の振動の効果が低減されるので、精度の改善が可能である。さらに、標本に依存する較正が不要である。これらの実施形態の構成を以下でより詳細に説明する。

【0061】

照射される標本領域または横方向領域のサイズは、この横方向領域に対する、光スポットが集束する高さ平面の高さに依存する。したがって、標本の表面プロファイルに応じて、異なるサイズの光スポットが、１つの高さ平面を有する標本表面上に生成される。

【0062】

比較的小さい照射される横方向領域のケースでは、高い標本光強度を有する、それに対応して小さい領域が、検出器ユニット上で照射される。一方、照射される横方向領域が大きいと、より低い標本光強度を有する、比較的大きい領域が、検出器ユニット上で照射される。

【0063】

このことから、照射される横方向領域が、光スポットパターンが集束する高さ平面の内部にあるか、それとも外部にあるかを判定することができる。それでも、高さ平面の外部にある横方向領域が、この高さ平面の上にあるか、それとも下にあるかを、標本特有の基準測定なしに単一の標本イメージから判定することはできない。このことは、第２の標本イメージを用いて可能となる。

【0064】

２つの標本イメージの記録のために、異なる高さ平面上に光スポットパターンを集束させることができる。それによって、２つの標本イメージを記録する検出器要素を同一の像平面内に配置して、どちらのイメージも記録することができる。第２の標本イメージのために照射される横方向領域が、第１の標本イメージのために照射される、対応する横方向領域よりも大きいか、それとも小さいかは、この横方向領域の高さが、第１の標本イメージのケースで光スポットパターンが集束する第１の高さ平面の上にあるか、それとも下にあるかに依存する。したがって、２つの標本イメージ内の同一の横方向領域について得られる測定情報の比較から、この横方向領域の高さが第１の高さ平面の上にあるか、それとも下にあるかを判定することができる。

【0065】

一方、異なる、等しくない横方向領域の測定情報を比較しなければならない場合、標本にわたって変動する反射率および／または光散乱の度合いが結果をゆがめることになる。

【0066】

あるいは、同一の光スポットパターンが２つの標本イメージの記録のための標本表面上に生成され、異なる高さ平面が検出器ユニット上に結像され、別々に測定される。したがって、検出器ユニットは少なくとも２つの標本イメージを記録し、検出器ユニットの検出器素子が配置される検出器平面が、第１の高さ平面と光学的に結合され、第２の高さ平面は、それらとは異なる。光スポットパターンが集束する高さ平面は、第１のまたは第２の高さ平面と同一でよく、またはそれらの両方と異なるものでよい。

【0067】

上記の代替形態も以下のように説明することができる。標本上の一定の高さ平面が、２つの空間的にオフセットした像平面上に結像される。したがって、２つの像平面が、それぞれ高さ平面と光学的に結合される。像平面は、検出ユニットの検出器平面とは異なり、別々に測定され、それによって２つの標本イメージが記録される。したがって、高さ平面が、異なるシャープネスで検出器平面上に結像される。２つの標本イメージ内の同一の横方向領域について得られた測定情報の比較から、この横方向領域の高さが第１の高さ平面の上にあるか、それとも下にあるかを判定することができる。

【0068】

前に格納された基準データによって定量的陳述が可能である。これらの基準データは、既知の高さプロファイルを用いた物体に対する先行する基準測定で求められていることがある。イメージシャープネスまたは光強度を比較することにより、検査される横方向領域の高さは２つの高さ平面からどれほどかを、基準データを通じて述べることが可能である。

【0069】

一般には、高さ平面は平坦な表面であるが、高さ平面は曲面、あるいは成形面でもよい。これは、例えば曲面イメージセンサの場合である。したがって、より一般には、高さ平面は、検出器ユニットの検出器表面に光学的に結合され、または標本上に高さ平面を結像すべき光源装置の光スポットパターンに光学的に結合される表面と理解することができる。

【0070】

好ましくは、光源装置は、異なる高さ平面上に光スポットパターンを集束させる第１および少なくとも第２の光源ユニットを備える。それによって第１の光源ユニットは、標本上の第１の高さ平面に光学的に結合される平面内に配置され、第２の光源ユニットは、標本上の第２の高さ平面に光学的に結合される平面内に配置される。したがって、空間的に固定された配置を使用して、異なる高さ平面内に光スポットパターンを生成することができる。

【0071】

単純な設計では、少なくとも２つの光源ユニットを次々に配置することができる。したがって、検出器ユニットの１つの同一の検出器領域、例えば同一のカメラセンサ要素をそれによって使用して、少なくとも２つの標本イメージを記録することができる。

【0072】

しかし、２つの光源ユニットの照射光を互いに区別することができる場合、少なくとも２つの標本イメージを同時に記録することもできる。

【0073】

具体的には、この目的で、光源装置および光結像手段で異なる像平面に集束される２つの光スポットパターンは、光特性が異なることがある。標本光は、その光特定に応じてビーム分割手段で異なる光路上に誘導され、光路のそれぞれで、標本イメージが検出器ユニットで測定される。例えば、光特性は、照射および標本光の偏光または波長でよい。したがって、ビーム分割手段は、偏光または光波長に応じて光を反射または透過する偏光ビームスプリッタおよび／または二色性素子を備えることができる。

【0074】

標本記録では、２つの標本イメージを記録することができ、光スポットパターンが１つの同一の高さ平面上に集束するが、異なる高さ平面が検出器ユニット上に集束する。

【0075】

これについて、標本と検出器ユニットとの間にビーム分割手段が存在することができ、ビーム分割手段で、標本光が、少なくとも２つの空間的に異なる検出光路に分割される。検出器ユニットは、異なる検出光路のそれぞれについて検出器領域を備える。それによって、異なる高さ平面が異なる検出器領域上に結像される。

【0076】

言い換えれば、照射される高さ平面のイメージが、標本光を用いて各検出光路でそれぞれの像平面に生成され、検出光路の異なる像平面が、それぞれの検出器領域に対する異なる平面で生成される。

【0077】

２つの検出器領域は、例えば異なるカメラで形成することができる。しかし、異なる検出器領域がジョイントカメラ、すなわち共有カメラチップの異なる部分であることが特に好ましい。

【0078】

好ましい実施形態によれば、ビーム分割手段が光回折素子によって形成され、２つの検出光路が、光回折素子の異なる次数の回折によって生成される。したがって、少数の構成要素を有し、したがって低コストである構造が、本明細書により、特に小さい光損失と共に可能となる。

【0079】

添付の略図を参照することにより、本発明の別の利点および特徴を以下で説明する。

【図面の簡単な説明】

【0080】

【図1】本発明による概念を説明するために、異なる高さ平面内に３つの識別される標本点を有する標本表面を示す図である。

【図2】第１および第３の標本点の高さを測定できるような高さ測定範囲である、図１の３つの識別される標本点を有する標本表面を示す図である。

【図3】第２および第３の標本点の高さを測定できるような高さ測定範囲である、図１の３つの識別される標本点を有する標本表面を示す図である。

【図4】第１の標本記録でそれに関する高さ情報を求めることのできる標本点が識別される、標本の断面図である。

【図5】第２の標本記録でそれに関する高さ情報を求めることのできる標本点が識別される、図４の標本の断面図である。

【図6】第１、さらには第２の標本記録の両方でそれに関する高さ情報を求めることのできる標本点が識別される、図４の標本の断面図である。

【図7】構成要素の機械的移動なしに標本の２つの異なる高さ平面を検査することのできる、本発明による光学顕微鏡の一実施形態の構成要素を示す図である。

【図8】構成要素の機械的移動なしに標本の２つの異なる高さ平面を検査することのできる、本発明による光学顕微鏡の別の実施形態の構成要素を示す図である。

【図9】構成要素の機械的移動なしに標本の２つの異なる高さ平面を検査することのできる、本発明による光学顕微鏡のさらに別の実施形態の構成要素を示す図である。

【図10】光回折素子を通じて標本の２つの異なる高さ平面を同時に検査することのできる、本発明による光学顕微鏡の別の実施形態の構成要素を示す図である。

【図11】本発明による光学顕微鏡の第１の実施形態を示す図である。

【図12】本発明による光学顕微鏡の第２の実施形態を示す図である。

【図13】本発明による光学顕微鏡の第３の実施形態を示す図である。

【図14】本発明による光学顕微鏡の第４の実施形態を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0081】

同一の構成要素および同一の効果を有するものには、図では同一の参照符号が与えられる。図１から３を参照することにより、本発明の基本的概念を最初に説明する。

【0082】

図１に、光軸に対して垂直に標本表面５０を貫く断面図を示す。標本表面５０の３つの標本点ｘ１、ｘ２、およびｘ３、すなわち標本の３つの横方向領域が識別される。これらの３つの標本点は異なる高さを有し、高さ方向は、示されるｚ方向に延びる。

【0083】

いわゆる応答曲線１、２、および３が、３つの標本点ｘ１、ｘ２、およびｘ３のそれぞれについて示されている。応答曲線は、標本点の信号強度が、検査される高さ平面ｚ１、ｚ２にどれほど高く依存するかを示す。それによって、信号強度のレベルはｘ方向にプロットされる。検査される高さ平面が厳密に標本点を貫いて延びる場合、信号強度はその最高値となる。しかし、検査される高さ平面がこの標本点から無視できる距離にある場合、応答曲線に対応して、標本点の別の信号が測定される。

【0084】

信号強度によって理解すべき物理的性質は測定方法に依存する。例えば、信号強度は、光強度、イメージシャープネス、またはコヒーレンスコントラストでよい。

【0085】

標本を記録するとき、限定された高さ測定範囲から高さ情報を得ることができるだけである。この高さ測定範囲は、応答曲線の幅に依存する。図２に図１の標本表面５０を示し、第１の高さ測定範囲４が示されている。この高さ測定範囲４は、第１の標本記録のために使用される。高さ測定範囲は、高さ平面ｚ１の検査から続き、その目的で、例えば、検出器ユニットの検出器平面を、ｚ１と結合される平面内に配置することができる。高さ測定範囲は、応答曲線の幅に厳密に対応することができ、信号強度が指定のしきい値より上にあるか、それとも下にあるかによって幅を限定することができる。

【0086】

第１および第３の標本点ｘ１およびｘ３の高さは、高さ測定範囲４内にある。したがって、これらの標本点に関する高さ情報をこの標本記録から得ることができる。一方、第２の標本点ｘ２は高さ測定範囲４の外部にあり、そのことは、第２の標本点ｘ２について高さ情報を求めることができず、または不十分な精度の高さ情報を求めることができるだけである。

【0087】

図３に、図１および２の標本表面５０を再び示し、第２の高さ測定範囲５が、第２の標本記録のために使用され、高さ平面ｚ２が検査される。この高さ測定範囲５は、第１の高さ測定範囲４とは異なる。第１から第２の高さ測定範囲への変更をもたらすために、例えば、標本を高さ方向に変位させることができる。値ｘ２およびｘ３を有する標本点は高さ測定範囲５内にあるが、値ｘ１を有する標本点は高さ測定範囲５内にはない。したがって、ｘ２およびｘ３に関する高さ情報を得ることができるが、ｘ１に関する高さ情報を得ることはできない。

【0088】

次に、２つの標本記録の高さ情報が一緒にされ、全体イメージが作成される。しかし、２つの標本記録の２つの高さ測定範囲間の関係は、当初は既知ではない。

【0089】

異なる標本記録の高さ情報は異なる基準点を指す。そのような基準点は、例えば、図２および３に示される高さ測定範囲の下限でよい。

【0090】

例えば図２からの第１のイメージ記録を用いて、横方向領域ｘ１が基準点Ａに対して例えば０．８μｍの高さ値ｚ１Ａを有すること、および横方向領域ｘ３が基準点Ａに対して例えば０．２μｍの高さ値ｚ３Ａを有することを求めることができる。それに対応して、図３の第２のイメージ記録を用いて、横方向領域ｘ２が基準点Ｂに対して例えば０．３μｍの高さ値ｚ２Ｂを有すること、および横方向領域ｘ３が基準点Ｂに対して例えば０．８μｍの高さ値ｚ３Ｂを有することを求めることができる。しかし、基準点ＡとＢがどのように互いに関係するかは既知ではない。

【0091】

従来、この目的で、精密なアクチュエータシステムまたは調節要素で、第１から第２の高さ測定範囲への移行のために標本が変位された高さが検出される。この高さ調節は、基準点ＡとＢの間の差を表し、上記の例では０．６μｍである。次に、この０．６μｍの差を高さ値ｚ２Ｂおよびｚ３Ｂに加えることができ、それによって２つの標本記録の高さ値が、同一の基準点に関係する。

【0092】

この従来の方法の欠点は、正確な結果のために、非常に精密で、したがってコストの高い調節要素が必要であることである。さらに、振動は考慮に入れられず、それによって標本の実際の高さが、調節要素によって設定される高さから一時的に逸脱する。

【0093】

これらの問題が本発明によって回避される。

【0094】

したがって、イメージ記録自体から、２つの標本記録の基準点がどのように互いに関係するかを求めることができる。言い換えれば、基準点ＡとＢの間の高さの差が、これらの標本記録の高さ情報間のリンクとして記録されたイメージ情報で計算される。

【0095】

この目的で、共通の横方向領域ｘ３についてどちらの標本記録でも高さ情報を得ることができることが利用される。上記の例では、この高さ情報は、ｚ３Ａ＝０．２μｍおよびｚ３Ｂ＝０．８μｍである。この高さ情報は同一の横方向領域に関係するので、この高さ情報は同一の高さ値も構成する。したがって、基準点ＡとＢとの間の高さの差を、高さ情報ｚ３Ａおよびｚ３Ｂによって、最も単純なケースではこの高さ情報間の差ｚ３Ｂ−ｚ３Ａ＝０．６μｍによって求めることができる。

【0096】

そのようにして求められた値０．６μｍは、２つの標本記録の高さ情報間のリンクを表す。

【0097】

有利なことに、標本の高さを調節するのに高精度調整要素は不要である。例えば、精度の低い調節要素が使用され、その調節要素が、上記の例では高さ調節０．４μｍ＋／−０．２μｍを示す場合、上述の本発明の方法により、より正確な値を求めることができる。

【0098】

調節される高さが、例えば標本を保持する標本テーブルの振動によって変化する場合、記録される高さ情報は、変化した高さに基づく。調節要素による高さ決定と比較して、振動の干渉効果が、それに応じて広く除外される。

【0099】

２つの標本記録では、どちらの標本記録でも高さ情報を得ることのできる少なくとも１つの共通の横方向領域があることが本発明の方法にとって必要である。このために、２つの標本記録間の高さ測定範囲の変化は、高さ測定範囲自体よりも小さくなければならない。それによって、２つの標本記録の高さ測定範囲は互いに重複する。したがって、高さ測定範囲の変化は、高さ測定範囲よりも小さい２つの標本記録の間で実現され、この変化の厳密な値を測定センサまたは調節要素で検出する必要はない。

【0100】

さらに、互いに対してオフセットする横方向領域ではなく、等しい横方向領域を２つの標本記録で測定することが本発明の方法にとって必要である。この目的で、２つの標本記録に関する同一の横方向領域上で光スポットが生成され、したがって標本光が同一の横方向領域から放射される。

【0101】

別の要件は、各標本記録で複数の横方向領域を検査しなければならないことである。２つの標本記録が両方の共通の横方向領域を含むことができ、標本記録の一方のみでそれに関する高さ情報を得ることのできる残りの横方向領域をも含むことができることは、この方式だけである。

【0102】

図１から３の例では、２つの標本記録でそれに関する高さ情報を得ることのできる共通の横方向領域ｘ２が識別される。

【0103】

別の例が図４および５に示されている。図４は、検査される高さ平面ｚ１でそれに関する高さ情報を得ることのできる標本の横方向領域を示す。それによって、紙平面が横方向平面に対応し、すなわち、高さ方向は紙平面に垂直である。それに対応して、図５は、検査される高さ平面ｚ２でそれに関する高さ情報を得ることのできる標本の横方向領域を示す。どちらのケースでもそれに関する高さ情報を得ることのできる共通の横方向領域が、図６に示されている。

【0104】

好ましくは、図６に示される横方向領域について得られるすべての高さ情報が、２つの標本記録の高さ情報をリンクするのに使用される。この目的で、例えばこれらの横方向領域のそれぞれについて、上述の方式で高さの差を求めることができる。次いで、求められた複数の高さの差から平均値が形成され、２つの標本記録の高さ情報をリンクするのに使用される。

【0105】

平均値の計算のために、例えば関連する測定値の信号対雑音比に応じて、複数の高さの差を別々に重み付けすることができる。

【0106】

標本記録のタイプは、原理上は任意でよい。しかし、アクチュエータシステムで標本高さを調節する必要なしに、大きな高さ範囲にわたって高さ情報を既に得ることができるならば有利である。このことは、図７から１０に関して説明される本発明の有利な実施形態で可能である。

【0107】

これらの図は、本発明による光学顕微鏡の検出器ユニット３０の異なる構造を示す。これらの実施形態の共通の特徴は、具体的には標本、光源装置、検出器ユニット、およびそれらの間に必要な光学素子の機械的移動なしに、２つの異なる標本イメージを記録できることである。

【0108】

この目的で、検出器ユニットは、図示するすべての実施形態で、異なる高さ平面、例えば先行する例のｚ１およびｚ２がその上に結像される、互いに空間的に異なる２つの検出器領域を備える。

【0109】

図７の例では、２つのカメラ３５、３６によって２つの検出器領域が形成される。カメラ３５は検出平面３７内に配置され、カメラ３６は異なる検出平面３８内に配置される。検出すべき標本光５５が、２つのカメラ３５、３６への２つの異なる検出光路間のビーム分割手段３９で分割される。ビーム分割手段は、例えば部分透過性のミラーでよい。

【0110】

図８の実施形態では、異なる波長の照射光が使用される。再び伝播する標本光は、反射または散乱した照射光でよく、したがって照射光と同一の波長を有することができる。この場合、二色性素子をビーム分割手段３９として使用することができ、ビーム分割手段３９は、波長に応じて、カメラ３５に標本光を反射し、またはカメラ３６に標本光を透過する。２つのカメラに関する結像光学系は異なり、波長に応じて異なる焦点距離を有する。このようにして、２つのカメラ３５、３６を、２つの異なる標本平面と光学的に結合されるように配置することもできる。

【0111】

図９に、色的に有効な光学素子（図示せず）が使用される一実施形態を示す。これは、波長に応じて異なる焦点距離を有する。それによって、異なる波長の照射光で、異なる標本平面を検査することができる。再び伝播する標本光は同一の波長を有することができる。ここでは、二色性素子がビーム分割手段３９として使用され、ビーム分割手段３９は、波長に応じて、カメラ３５に標本光を反射し、またはカメラ３６に標本光を透過する。２つのカメラ３５、３６が、それぞれ測定される光波長に関する２つの異なる標本平面に光学的に結合される検出平面３７、３８内に配置される。

【0112】

互いに並べて置かれる同一のカメラ３５の各部分によって２つの検出器領域が形成される別の実施形態が図１０に示されている。標本光５５のビーム分割について、回折の次数に応じて異なる焦点距離を有する回折素子３９が使用される。標本光５５が異なる回折の次数に回折し、カメラ３５でそれぞれ検出される場合、２つの標本イメージを同時に生成することができる。回折の次数の異なる焦点距離のために、これらの２つの標本イメージは、異なる標本平面に対応する。

【0113】

２つの標本イメージが図７から１０に示される方式のうちの１つで記録される場合、各標本について新しい較正測定を必要とすることなく、これらのイメージから高さ情報を得ることができる。高さ情報を得るために、標本イメージの記録されたデータが計算に入れられる。異なる横方向領域について、各標本イメージについての光強度をそれぞれ求めることができる。次いで、同一の横方向領域に関する２つの標本イメージの２つの光強度の比をそれぞれ求めることができる。これらの比は、高さのモノトーンイメージを表す。この比を、一定の横方向領域について求められた比で割ることもできる。原理的に同様に、光強度の代わりに、対応するイメージ部分のシャープネスを求め、各横方向領域について使用することもできる。

【0114】

本発明による光学顕微鏡１００の一実施形態が、図１１に示されている。これは、その不可欠な構成要素として、光源装置１０と、対物レンズ４０を備える光結像手段と、検出器ユニット３０とを備える。

【0115】

単純な設計では、以下で説明する要素１３、１４、１５、１６、２０、および２１を省略することができる。

【0116】

図示される例では、光源装置１０によって放射される照射光１１が、光学素子１２を介して波長フィルタ１３に誘導される。この波長フィルタ１３は、例えば音響光学的に設計することができ、転送すべき照射光１１の波長部分の選択を容易にする。

【0117】

その後で、照射光１１は、任意選択で設けられるスイッチング素子１４に達し、スイッチング要素１４を通じて、照射光１１は、２つの光路１５、１６の一方に選択的に誘導される。照射光１１は、２つの光路１５、１６上を、例えば光ファイバ、および部分的透過性の鏡で置き換えることもできる任意選択のスイッチング要素２１を介して、照射構造２０の異なる側に対して誘導される。照射構造２０は、その断面を介して照射光１１に対して空間構造を刻印する。例えば、照射構造２０は格子でよい。

【0118】

照射構造２０が一方の側に鏡映され、したがって光路１６からの照射光１１が、照射構造２０で少なくとも部分的に反射し、一方、光路１５からの照射光１１が、照射構造２０で少なくとも部分的に透過する。それによって、照射光１１の２つの部分が、共通の光路上で一緒にされ、次いで対物レンズ４０に誘導される。照射光１１が、対物レンズ４０で標本５０の領域内の高さまたは標本平面５１上に集束する。好ましくは、照射構造は、平面内で標本平面５１と光学的に結合され、したがって標本平面５１にシャープに結像される。

【0119】

複数の標本記録が次々に記録され、照射構造２０の位置が横方向に変化する場合、一定の環境下で要素１４、１６、および２１、ならびに照射構造のミラーリングを省略することも可能である。

【0120】

標本５０の照射により、後者は、対物レンズ４０で記録される標本光５５を放射する。ビーム分割手段２５は、対物レンズ４０と照射構造２０との間に配置され、ビーム分割手段２５で、標本光５５は、照射構造２０ではなく、検出器ユニット３０に誘導される。検出器ユニット３０は、図７から１０に示される方式のうちの１つで設計することができ、標本記録を生成することができる。電子制御および評価手段（図示せず）は、記録される標本イメージの評価を実施する。

【0121】

異なる高さ平面を次々に検査し、色共焦点原理に従って可同調光源装置１０でそれぞれの標本イメージを記録することが可能である。

【0122】

異なる標本記録について高さ方向に標本５０を調節することもできる。

【0123】

図１１では、２つの高さ平面５１および５２が標本５０上に示されている。これらは、図７から１０の平面３７および３８と結合された平面でよい。

【0124】

別の実施形態が図１２に示されている。これは、具体的には、照射構造２０が（図１１のように）ビーム分割手段２５の前にではなく、ビーム分割手段２５と対物レンズ４０との間に配置されることにより、上述の実施形態とは異なる。照射構造２０は、対物レンズ４０とビーム分割手段２５との間で光を転送する転送領域を有する。照射構造を横方向に移動することができ、具体的には回転することができ、したがって転送領域の位置が変化する。

【0125】

転送領域、または別の素子上に設けられた光誘導領域は、光路内のこの地点での光学分解能に対応するものよりも大きい。すなわち：標本平面の点が、上述の領域のうちの１つよりも小さい照射構造２０上の表面に結像される。これは、不完全な共焦点フィルタリングに対応する。共焦点標本領域からの標本光だけが検出器ユニット３０に誘導されるのではないことは、図７から１０にも示されるように、高さ情報の決定にとって重要である。

【0126】

任意選択で、照射構造２０を対物レンズ４０に鏡映することができ、したがって標本光をそこで部分的に反射し、第２の検出器ユニット３０で検出することができる。この場合、好ましくは、照射構造２０の鏡映面は、標本光５５がそれに沿って通過して照射構造２０に達する光軸に対して垂直ではなく、傾斜する。

【0127】

回転位置に応じて、照射構造２０の自由領域が光路に入れられるように照射構造２０を設計することもできる。それによって照射および標本光は空間的に濾波されない。

【0128】

別の実施形態が図１３に示されている。ここでは、照射構造２０が、対物レンズ４０とビーム分割手段２５との間に配置され、真に共焦点の検出をもたらす。照射構造を横方向に移動し、例えば回転可能なニプコウディスクで形成することができる。

【0129】

スキャナユニット３２が照射構造２０と標本５０との間に配置される場合、固定照射構造２０を使用することができる。

【0130】

図１４に別の実施形態を示す。ビーム分割手段２５と検出器ユニット３０との間に光学素子３３がさらに配置され、前記光学素子３３は、標本の横方向領域が検出器ユニット上に結像される形または形状がそれぞれの横方向領域の高さに依存する点結像機能を有する。

【0131】

光学素子３３はアナモルフィック光学素子でよい。これは、光線束を異なる強度で互いに垂直な２つの方向に屈折させる。その一例は円筒形レンズである。

【0132】

あるいは、光学素子３３は、ヘリカル点結像機能を備えるいわゆる位相板でもよい。

【0133】

ここでは単一のカメラで検出器ユニットを形成することもできる。

【0134】

そのような光学素子３３を、検出光路ではなく照射光路内に配置することも可能である。したがって、光源の点が標本の横方向領域上に結像される点結像機能は、それぞれの横方向領域の高さに依存する。

【0135】

図１１から１４の説明した照射構造２０はまた、異なる焦点距離を有する少なくとも２つの異なるタイプのマイクロレンズをも備えることができる。標本５０が各タイプのマイクロレンズで走査され、したがって、少なくとも２つの標本イメージが異なる高さ平面について記録される。この場合、検出器ユニット３０は単一のカメラを備えることができる。記録された２つの標本イメージは、図７から１０の実施形態で記録される２つの標本イメージに広範囲に対応する。

【0136】

さらに、照射光路内および検出光路内にそれぞれの照射構造２０を設けることも可能であり、これらの２つの照射構造２０は、光に関するその誘導領域のサイズに関して互いに異なる。

【0137】

各実施形態を説明したが、それぞれの高さ測定範囲をカバーする精密な標本記録を単純な手段で生成することができる。有利なことに、コストのかかる位置測定機器または調節要素を必要とすることなく、標本記録を一緒にすることができる。

【符号の説明】

【0138】

１，２，３ 異なる標本点の応答関数、４，５ 高さ測定範囲、１０ 光源装置、１１ 照射光、１２ 光学素子、１３ 波長フィルタ、１４ スイッチング素子、１５，１６ 異なる光路、２０ 照射構造、２１ 照射光を照射構造上に誘導するスイッチング素子、２５ ビーム分割手段、３０ 検出器ユニット、３２ スキャナユニット、３３ アナモルフィック光学素子、３５，３６ 検出器ユニットのカメラ、３７，３８ 像平面、３９ ビーム分割手段，回折要素、４０ 対物レンズ、５０ 標本，標本表面、５１，５２ 標本または高さ平面、５５ 標本光、１００ 光学顕微鏡。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】