JP2018520337A - Method for determining spatially resolved height information of a sample using a wide field microscope and a wide field microscope - Google Patents

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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。The present invention relates to a wide field microscope and a method for determining spatially resolved height information of a sample (14) using a wide field microscope. In the wide-field microscope, an irradiation source (1, 52, 53) arranged in the irradiation beam path and a wide-field image in the observation beam path of the sample (14) irradiated in the sample surface (P) are displayed. A detector (17, 33) for capturing, a modulator for color modulation in a direction perpendicular to the sample plane (P) of the illumination beam path or the observation beam path, and each of the wide-field images And an evaluation unit for calculating chromatic confocal height information within the pixel. The method comprises using any broadband illumination source (1) to illuminate the sample (14) in an illumination beam path, color modulating the illumination beam path or detection beam path, and the detection beam path. Capturing at least one wide-field image from sample light having a chromatic confocal component reflected or emitted from the sample in the image, and from the wide-field image, the chromatic confocal component of the detection beam path and the color modulation And determining various height information of the sample for each pixel.

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。   The present invention relates to a method and a wide field microscope for determining spatially resolved height information of a sample using a wide field microscope.

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。   The method for determining the spatially resolved height information of the sample is also called a light cutting method. Especially in microscopy, such light cutting methods have come to be used to determine the topography of a sample or to measure various surface properties of a sample, such as roughness. Yes.

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。   In order to characterize various technical surfaces, confocal microscopy is now introduced as a standard technique. There, in most cases, the sample is scanned in all three spatial directions, i.e. this is a point scanning system, in which the rays are x along the surface of the sample. / Y direction. In order to derive the height information, it is necessary to move the sample relative to the detector unit (in the z direction). From the relationship between the maximum intensity and the z position, height information and thus topography can be derived for each xy coordinate point.

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。   This method has the disadvantage that, among other things, the long time required by raster scanning to obtain 3D topography is a disadvantage. Furthermore, during an xy scan in which the geometrical arrangement between the sample body and the optical sensor is fixed, a relative movement that is not under the control of the sensor head with respect to the sample body may occur due to external shock or vibration. This may cause the measurement result to be bent.

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。   To avoid this z-raster scan, the chromatic confocal principle is used. Typically, any polychromatic light source is introduced here to spectrally code z-information by illuminating the sample of interest through some refractive and / or diffractive element that exhibits a chromatic effect. At this time, if the spectrum is measured behind the confocal pinhole in the detection path, height information can be derived therefrom. In addition, although it is possible to use some variable light source in which confocal detection is performed in a sequential manner, although it takes time, a spectrum can be obtained similarly.

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。   Kim et al. (Non-Patent Document 1) describe a point scanning chromatic confocal array with a 50:50 beam splitter in the detection beam path behind the pinhole detector. The sample light is captured accordingly using two photomultiplier tubes (PMT), in which a filter is placed in front of one PMT. From the intensity ratio of both PMTs, the transmittance of this filter is determined, the wavelength detected thereby is determined, and the height information is finally determined therefrom.

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。   Various confocal wide-field systems have already existed for quite some time to avoid this xy raster scan shortcoming, but it is customary to introduce line scan cameras there. . An example of this is the spinning disk method using a Nipkow disk. There, several points are detected almost simultaneously based on the confocal principle. Here again, it is required to reach a plurality of different z positions in order to determine the tomographic image.

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。   Furthermore, various confocal wide-field systems based on structured illumination are known. There, for each z value, a confocal tomographic image is calculated from various images taken using structured illumination given by an arbitrary grid, for example. In that case, a wide-field image can also be acquired normally. Various height information is acquired from the sample while fully utilizing the polarization of illumination light and various color characteristics. For example, Patent Document 1 describes such a system, in which two illumination patterns are projected onto a sample.

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。   Similarly used is the aperture correlation method. There, an optical tomographic image is calculated from two images taken in a parallel or sequential manner using continuously changing structured illumination, but one of the two images has a focal point. It can be considered that the confocal image is inferior in focus and includes an out-of-focus component, and the other is a pure wide-field image or an image in which the out-of-focus component is dominant. The advantage of the method based on structured illumination is that, in parallel with the confocal image, a wide-field image can be acquired with a single shutter shot.

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。   Finally, common to all systems based on structured illumination, vibrations can interfere with measurement results while the phase pattern is changing and / or when moving the sample or sensor in the z direction Sometimes.

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。   There are still other wide-field techniques utilized to enable optical cross sections to be generated. For example, focus variation (focus movement method) can be used. In this case, the relationship between the sharpness of the image and the z-coordinate is evaluated, and from there, the maximum value is calculated, similar to the confocal case. doing. At that time, various spatial information of the system is also used.

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。   With respect to vibration susceptibility, the same problem as the above method arises.

ドイツ特許出願公開第102007018048号明細書German Patent Application No. 102007018048

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.5Kim et al., “Chromatic confocal microscopy with novel wavelength detection technique, ES method 86 EPR 86 S. 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。   It is an object of the present invention to present a microscope and method for generating spatially resolved height information of a sample that can avoid various disturbing movements acting on the microscope.

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。   This problem is solved by a method according to claim 1 and a wide field microscope according to claim 7.

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。1 is a diagram of a first preferred embodiment of a wide field microscope according to the present invention. FIG. パラレル検出器を備えた変形構成形態の図。The figure of the deformation | transformation structure form provided with the parallel detector. 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。The figure of the deformation | transformation structure form provided with the parallel detector and the filter in the detection beam path | route. 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。The figure of the deformation | transformation structural form provided with the switching element in the detection beam path | route. 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。The figure of the deformation | transformation structure form provided with the chip | tip splitter detector (Chip-Splitter-Detektor). 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。FIG. 3 is a diagram of a second preferred embodiment of a microscope according to the present invention. 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。FIG. 3 is a diagram of a third preferred embodiment of a microscope according to the present invention. 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。FIG. 4 is a diagram of an advantageous modified configuration of an irradiation beam path with a switching element. 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。FIG. 4 is a diagram of an advantageous variant configuration of an illumination beam path with two identical illumination sources. 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。FIG. 4 is a diagram of an advantageous variant configuration of an illumination beam path with two illumination sources with different spectra.

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。   According to the present invention, the chromatic confocal principle is applied to and adapted to any optical wide-field tomography. This is achieved in particular by encoding various wavelengths in the illumination beam path or the detection beam path. In an example of a preferred embodiment, various wavelength dependent filters are used in the detection beam path.

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。   In the method according to the invention, the sample is irradiated in the irradiation beam path using any broadband irradiation source. This illumination beam path is color modulated based on the chromatic confocal principle. Furthermore, at least one wide-field image is captured by capturing sample light reflected or emitted from the sample in the detection beam path.

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。   This wide-field image may have only a purely confocal component of the sample light (for example, if a Nipow disk is used), or else it may be out of focus with the confocal component of the sample light. It may be synthesized from the above ingredients.

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。   Within this observation beam path and / or within the illumination or excitation beam path, at least one wavelength-dependent filter function or spectral distribution is introduced to provide a different filter or spectral distribution for each pixel in the xy direction. In use, at least two measurement steps are performed. These measurement steps may be performed in a parallel manner (when several image sensors are used) or in a sequential manner.

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。   For example, when the ratio is obtained from the intensity of at least two measurement steps in each pixel of the wide-field image, the wavelength at which the sample light has the maximum intensity in each pixel is determined, and thereby the sample The height value can be determined.

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。
In particular, this is done well, basically irrespective of the spectral reflectance of the sample, and even regardless of the spectral characteristics of the light source and / or device.
In general, the intensity signal in the i th measurement step of the method and microscope according to the invention is obtained by the following equation:

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
(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)
λmax(λmax−λ’):λmaxをパラメータとする、デバイス・スペクトル応答関数
λmax=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gλmax(λmax−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。
here,
P (x, y, λ ′): Spectral characteristics of the light source and device, possibly also a function of the x, y coordinates R (x, y, λ ′): Spectral reflectance of the sample T i (x, y, λ) '): Filter function or spectral distribution in the i-th measurement process, or color modulation (including beam splitter, etc.)
g λmaxmax −λ ′): device spectral response function with λ max as a parameter λ max = λ [z (x, y)]: maximum reflection wavelength at points x and y according to the height function z (x, y): height function of the sample What is obtained here is the height function z (x, y) regarding the sample to be investigated. Confocal or quasi-confocal detection is expressed in particular by the function g λmaxmax −λ). This parameter display regarding the wavelength suggests that this function has a spectrum variation depending on the nature of the color deviation. For further discussion, for convenience, assume that this parameter representation is negligible and that this function g is a delta function that is localized when it is zero. Then, the above equation is simplified and becomes the following equation.

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。 If P, R and T are sufficiently known, basically z (x, y) can already be derived from this, but in any case this is a kind of absolute measurement, There will be an associated calibration cost.

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:   However, when using at least two detection steps i = 1,2, the following formula:

に基づき、比を求めることができる。 Based on this, the ratio can be determined.

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。   P and R no longer make sense. The same can be said for the case where P and R are stationary over the integration range predetermined by the form of g. From the right hand side, based on various known filter functions or spectral distributions, it is relatively simple to determine the value λ associated with a given intensity ratio and thereby determine the value z (x, y). be able to.

特殊なケースにおいては、Tが波長の関数とはなっていない(T(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。 In a special case, T 2 is not a function of wavelength (T s (λ) = stationary). This case can be realized, for example, by using two detectors of the same type and a beam splitter, where a wavelength dependent filter is introduced only in one of the beam paths. Will be.

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)。   Yet another possibility is to use only one channel and two measurements, once with a wavelength-dependent filter, not once, or two different wavelength dependencies. However, in any case, these two measurements can be performed without a gap so that it can be said to be a kind of one-shot measurement. (Total measurement time <100 ms).

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。
Alternatively, a filter can be used in the excitation path, but with the same light source, the measurement is alternated with and without the filter.
In yet another special case, two bandpass filters whose spectra are offset relative to each other are used in the excitation and / or detection paths. Again, in the detection path, a parallel array other than the sequential array can be used. As an example of the parallel arrangement, a Bayer pattern color camera capable of selecting two color channels is used.

さらにもう1つの特殊なケースとして、例えばT=1−T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。
As another special case, for example, two detection channels and a dichroic beam splitter are used so that T 2 = 1−T 1 holds.
In the following, various preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

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。   In the following description of the drawings, the same reference numerals are used for the same elements. The functional description regarding each element can be said also about the figure or embodiment in which these elements are not explicitly mentioned.

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。   FIG. 1 shows a first preferred embodiment of a wide field microscope according to the present invention. Any polychromatic illumination source 1 (eg broadband laser, halogen lamp, super luminescent diode,...), Where in this embodiment a plurality of different spectral distributions can be sorted by the sorting element 2 It has become. The sorting element 2 may be, for example, any AOTF (acousto-optic tunable filter), any prism, any grating, or any other filter sorting unit. This illumination light can be subsequently deflected in different directions by the deflection unit 3. The deflection unit 3 is an arbitrary switching unit based on, for example, an arbitrary high-speed switching mirror (for example, a galvo mirror), an arbitrary AOD (acousto-optic deflector), or a rotation of a polarization plane (Faraday rotation).

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。   The structured element 4 is arranged at a position conjugate with the sample surface P in the plane A. In the simplest case, this structured element 4 has some 1D or 2D lattice structure exhibiting transparency. This structure is projected here into the sample space via a plurality of elements 6, 7 (objective lenses) that induce axial chromatic aberration, leading to refractive and / or diffractive effects, here constant in the z direction Color splitting will occur, i.e. the focus will be shifted in the z direction depending on the wavelength.

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。   It is advantageous if a plurality of optical fibers 9 are arranged in the observation beam path. However, in another embodiment, a simple free space beam guide based on multiple mirrors may be used for this purpose. As an option, polarization filtering can be performed using these optical fibers 9.

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。   The deflecting unit 3 can irradiate the structured element 4 from the two sides in a sequential manner using the collimator lens 11 (indicated by broken lines). For this purpose, the structured element 4 has a reflection specification, so that two grating phases can be projected into the sample space or the sample plane P. If the structured element 4 is not of a reflective specification, neither the deflection unit 3 nor the optical system indicated by a broken line is present.

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。   A beam splitter 12 is used to integrate the transmitted beam path and the reflected beam path. In that case, the illumination light is further guided to the sample 14 located in the sample space P by the beam splitter 13. In this case, the beam splitter 13 is specifically used as a polarizing beam splitter. It is advantageous if Specifically, a quarter lambda plate 16 is preferably disposed in the beam path, and thereby, illumination light directed to the sample 14 and reflected or emitted from the sample 14 are detected objects. The sample beams having the planes of polarization rotated by 90 ° with respect to each other can be well separated from each other in the beam splitter 13.

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。   Furthermore, when such a configuration is used for the beam path, disturbing reflection not caused by the sample 14 caused by a plurality of optical elements of the detection unit 17 can be suppressed. For this purpose, a polarizing filter 18 is preferably arranged in front of the detector unit 17 in the beam path. In the case where the spectral distribution is selected only through the sorting element 2 in the irradiation path or the excitation path, the detection unit 17 may be any simple camera equipped with a corresponding imaging optical system. Furthermore, in addition to or instead of it, any one of the variant embodiments according to FIGS.

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。   In the arrangement described by way of example in FIG. 2, two detection channels, each containing an imaging optical system 21 and a camera 22, are used by directing the sample light through the color splitter 19 first. I try to do it.

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)。
This arrangement substantially corresponds to the special case where T2 = 1−T1 described above.
In FIG. 3, compared to FIG. 2, the color splitter is replaced by a beam splitter 23, which initially does not provide wavelength dependent filtering. In any case, this will be accomplished by filter 24 in channel I. Optionally, a filter 26 may also be placed in channel II (in which case T2 will not be stationary; if there is no filter 26, T2 will be stationary).

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。   FIG. 4 depicts the sequential detection scheme already described above. A plurality of filter functions are sequentially switched using the switching element 27. This switching element 27 may here be, for example, any high speed filter wheel, or any AOTF, or any suitable beam splitter arrangement with a switching mirror arrangement.

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。   A special arrangement similar in operation to the arrangement described in FIG. 2 or FIG. 3 is shown in FIG. Here, a so-called chip splitter 28 is introduced, for example as sold by the company Optosplit, ie the same camera chip of the camera 22 is used for two measuring steps, Thereby, these measurement steps can be performed in parallel.

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。   It is therefore possible to project and detect different grating phases or structures on the sample using any one device according to the diagram described above, and in so doing, the conventional structured illumination method As in, an “optical tomographic image” can be formulated, but this image is significant only if the sample surface at this point is in focus for any given pixel in xy coordinates. Will have a good signal. There, as a rule, for this case, a brave wavelength will always be found unless the surface topology significantly exceeds the measurement range associated with the color deviation in the dynamic range at that height.

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。   The evaluation of the image data is performed so that the wavelength that maximizes the optical tomographic image signal is determined for each pixel. From there, the function z (x, y) or surface topology can be estimated directly. This is done, for example, through the evaluation of the filter function as described above, but in the simplest case, the intensity ratio is evaluated from at least two measurement steps and the wavelength is estimated directly therefrom. It is like that. Of course, in this case, multiple measurements are significant in order to obtain a better signal-to-noise ratio. In addition, it may be significant to perform multiple measurements at different absolute heights by displacing the sample relative to the sensor. This is advantageous when the sample is markedly stained and exhibits different reflection behavior in different spectral bands.

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。   Similarly, HDR imaging, eg, by multiple measurements with different exposure times, is significant for some samples to limit the noise associated with each pixel, which appears as substantial shot noise. is there. Since calibrations unrelated to function g as well as function P may sometimes be insufficient, both of these functions need to be further incorporated as device features. The wavelength is then determined by applying a kind of iterative method rather than directly in some circumstances.

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。   If the surface topography is such that the dynamic range of its height exceeds the measurement range associated with the color deviation, the same type of surface topography may be used while varying the distance between the sensor and the sample, possibly by z-stitching. It is necessary to perform measurements and subsequently link the measurement results together.

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。
The filter function is significantly adapted to the color deviation so that the height can be determined with similar sensitivity over the entire wavelength range.
To achieve increased sensitivity for height determination, it is sometimes beneficial to apply a filter function and perform several measurements with different filter functions both in the illumination path and in the detection path. May be.

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。   Considering FIG. 1, the switching of the different grating phases can also be realized by simply switching the beam path, for example by using any electro-optic modulator (EOM) or any acousto-optic. A modulator (AOD) may be introduced. In that case, in the illustrated case, for example, a phase shift occurs in the structured element 4 projected in the transmission path and the reflection path. Besides that, for example, any EOM, or any AOD, or any other galvo mirror is adapted to provide a kind of fast grating switching through direct modulation of the pupil plane of the objective lens 7. Various arrangements are also conceivable. An arbitrary grating is depicted here as a dot pattern substantially corresponding to the individual diffraction orders of the grating by means of a Fourier transform. With some phase angle modulation, for example, fast switching between different grating positions may be possible.

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。   In another variant, the structuring element 4, which may be formed by a 2D pinhole array, is moved to a plurality of different positions and the image is recorded using the detector unit 17 In that case, however, only one light channel of illumination is used each time. Since this detector unit 17 can be used as a digital PH-, it is possible to acquire an image that is truly confocal through the calculation and synthesis of the respective images captured at individual positions.

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。
The wavelength-related evaluation is performed as described above.
In yet another variant, the structure 4 is completely removed and only a sharpness function indicating the relationship between sharpness and wavelength is calculated for each local image region. This can be done, for example, by M. Rahlves, J. Seewig, “Opticals Messsen technischer Oberflachen”, Beeth Verlag GmbH, Berlin, 200, Berlin. This applies to focus variations as described, and in the case of a well-structured sample, this is sufficient to obtain various height information.

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。   A structure that operates based on the principle of the thin layer oblique illumination (HILO) method has a similar structure. The structured element 4 also makes it possible to implement an element for introducing a speckle pattern that can be completely removed from the beam path as intended.

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。   FIG. 6 shows yet another embodiment of a chromatic wide-field microscope, which corresponds to a combination of aperture correlation principles with chromatic confocal technology. Here, a rotary disk 31 having a mirror structure 32 is arranged on the intermediate imaging plane Z. The sample light (detection beam path) bounced or emitted from the sample 14 is detected by two camera channels in the illustrated example. The sample light transmitted through 31 (confocal component) is captured, and the second sample 34 captures reflected sample light (a wide-field image having an out-of-focus component) emitted from the mirror structure 32. Yes. As an option, here again, a plurality of polarizing filters 18 may be arranged in the detection beam path.

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。   From the images of both detectors 33, 34, both a wide field image and a confocal image can be calculated depending on the wavelength. Again, from the intensity, for each detected pixel, the required height information is obtained as a function of wavelength. Of course, the acquired color image can also be used directly to depict a color image with extended depth of field information. Similarly, various configurations are possible where both channels are located only on the camera chip.

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。   FIG. 7 depicts yet another embodiment in which, for example, a pinhole array 41 or a nipo disk is introduced. Capture of the entire sample surface is achieved by moving (rotating, sliding) the pinhole array 41 and / or by the optional scanner unit 42. If this pinhole array 41 is an arbitrary nipou disk and is implemented as such with a plurality of structured sectors and a plurality of unstructured sectors, this embodiment To realize a special case of aperture correlation where confocality is evaluated through computation of structured or unstructured illumination images recorded in sequential or parallel fashion. Become.

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。
An optional interferometer element 43 is optionally provided to improve measurement accuracy. This may also be present in all other embodiments.
FIGS. 8-10 show various possible variations for introducing various filter functions or different spectral distributions in the illumination beam path.

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。   However, FIG. 8 shows a polychromatic light source 1 that is capable of directing its light to different channels using a fast switching element 44, which is also similar to that discussed above. This is comparable to the two measurement steps. Here, different filters 46 and 47 are preferably arranged in both channels. However, basically, only one of the filters 46 and 47 is in time. In any case, beam combining is performed at the beam combiner element 48. In this case, the beam combiner element 48 is configured to be sensitive to polarization, for example, as a polarization beam splitter. Good thing. If any color splitter is introduced instead of this beam combiner element 48, the filters 46, 47 can optionally be abandoned, but this is explained in the overall effect with reference to FIG. It corresponds to the case of the sequential specification.

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。
FIG. 9 shows a modified configuration of the present invention in which two light sources 1 of the same type are used, each having filters 46 and 47 that are switched at high speed.
FIG. 10 reproduces yet another advantageous variant configuration. Here, two different irradiation sources 51, 52 are introduced, which differ with respect to their spectral characteristics. The beam combining element 53 is now implemented as a pure beam combiner. Its spectral characteristics already provide the desired filter function. For example, the spectra of the illumination sources 51, 52 may be Gaussian waveforms that are slightly offset with respect to each other. In that case, the wavelength can be immediately derived from the intensity ratio of the two measurement steps performed by being coupled to either one of these irradiation sources 51 and 52.

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
01 Irradiation source 02 Sorting element 03 Deflection unit 04 Structured element 05-
06 Element that induces longitudinal chromatic aberration 07 Objective lens 08 Color division 09 Optical fiber 10 −
11 Collimator lens 12 Beam splitter 13 Beam splitter 14 Sample 15-
16 λ / 4 plate 17 Detector unit 18 Polarizing filter 19 Color splitter 20 −
21 Imaging optical system 22 Camera 23 Beam splitter 24 Filter 25-
26 Filter 27 Switching element 28 Chip splitter 29-
30-
31 Disc 32 Mirror structure 33 First detector unit 34 Second detector unit 35-
41 Pinhole array 42 Scanner unit 43 Interferometer 44 Switching element 45-
46 Filter 47 Filter 48 Beam coupling element 49 −
50-
51 Irradiation source 52 Irradiation source 53 Beam coupling element A Field of view Z Field of view

Claims (12)

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。
A method for determining spatially resolved height information of a sample (14) using a wide field microscope, comprising:
Irradiating the sample (14) in an irradiation beam path with an arbitrary broadband irradiation source (1);
Color modulating the illumination beam path or the detection beam path;
Capturing at least one wide field image from sample light having a chromatic confocal component reflected or emitted from the sample in the detection beam path;
Determining, from the wide field image, various height information of the sample for each pixel by evaluating a relationship between a chromatic confocal component of the detection beam path and the color modulation.
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。
Capturing a first image using a first color modulation setting;
Capturing the second image using the second color modulation setting simultaneously with the capture of the first image or at different times; and
Determining the ratio of the intensity signals of both images for each pixel;
The method of claim 1, further comprising: determining a height value z (x, y) of the sample (14) for each pixel.
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、
(x,y,λ’)は、前記色変調であり、
λmax(λmax−λ)は、λmax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、
λmax=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。
The intensity signal is
Defined by
Here, P (x, y, λ ′) is a spectral characteristic of any one of the light source and the device,
R (x, y, λ ′) is the spectral reflectance of the sample,
T i (x, y, λ ′) is the color modulation,
g λmaxmax −λ) is a device spectral response function with λ max as a parameter,
λ max = λ [z (x, y)] is the maximum reflected wavelength at any point x, y according to the height function,
The method of claim 2, wherein z (x, y) is the height function of the sample.
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。
The ratio of the intensity signals of both images for each pixel is
The method according to claim 2, which is obtained based on
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。   The method according to claim 1, wherein the color modulation of the irradiation beam path is performed by switching a filter in the irradiation beam path or in the observation beam path in a sequential manner. 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。   6. A method according to any one of claims 2 to 5, wherein the acquisition of the first wide field image and the second wide field image is performed in two separate detection channels. 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。
A wide field microscope,
An irradiation source (1, 52, 53) disposed in the irradiation beam path;
A first detector (17, 33) that captures a wide field image in the observation beam path of the sample (14) irradiated in the sample plane (P);
A modulator for color modulation in a direction perpendicular to the sample plane (P) of the illumination beam path or the observation beam path;
A wide-field microscope comprising: an evaluation unit that calculates chromatic confocal height information in each pixel of the wide-field image.
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。   The wide field microscope according to claim 7, further comprising a second detector of the same type as the first detector. 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。
A beam splitter is disposed between the first and second detectors;
The wide-field microscope according to claim 8, wherein a wavelength-dependent filter is arranged as a modulator in any one of the plurality of observation beam paths.
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。
A first detector in the observation beam path is placed after the chromatic confocal component capture mechanism;
The wide field microscope of claim 8, wherein the second detector is arranged to capture a defocused component in the observation beam path.
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。   The wide-field microscope according to claim 7, wherein a switching element is disposed in the irradiation beam path. 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。   The wide-field microscope according to any one of claims 7 to 11, wherein the color modulator is a filter.
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