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扫描显微镜

阅读：549发布：2020-05-12

IPRDB可以提供扫描显微镜专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及一种扫描显微镜(20)，其包括：设置在照射光路(26)中的物镜(48)，该物镜用于使照射光束(24)聚焦到样品(52)上；在照射光路(26)中设置在物镜(48)上游的扫描单元(38)，用于使照射光束(24)偏转，使得通过物镜(48)聚焦的照射光束(24)在样品(52)上实施扫描运动；和设置在检测光路(66)中的检测单元(58)，该检测单元用于接收未通过扫描单元偏转的检测光束(54)。检测单元为了影响检测光束(54)的光谱而包含至少一个光谱选择构件(10)，该构件具有带有光谱边缘的作用面(12)，该作用面随着检测光束(54)在作用面(12)上的入射位置而变化。所述光谱选择构件(10)的作用面(12)在检测光路(66)中设置在物镜光瞳(50)的成像的位置处。替代地，作用面(12)设置在如下位置处，在该位置处因照射光束(24)的扫描运动而出现的检测光束(54)入射到作用面(12)上的入射角的变化所导致的作用面的光谱边缘的变化，至少部分地由检测光束(54)入射到作用面(12)上的位置的变化引起的作用面(12)的光谱边缘的相反变化补偿。，下面是扫描显微镜专利的具体信息内容。

权利要求

1.扫描显微镜(20)，其包括：

设置在照射光路(26)中的物镜(48)，该物镜用于使照射光束(24)聚焦到样品(52)上；

在照射光路(26)中设置在物镜(48)上游的扫描单元(38)，用于使照射光束(24)偏转，使得通过物镜(48)聚焦的照射光束(24)在样品(52)上实施扫描运动；和设置在检测光路(66)中的检测单元(58)，该检测单元用于接收未通过扫描单元(38)偏转的检测光束(54)；

其中，检测单元(58)为了影响检测光束(54)的光谱而包含至少一个光谱选择构件(10)，该构件具有带有光谱边缘的作用面(12)，该光谱边缘随着检测光束(54)在作用面(12)上的入射位置而变化；

其特征在于：所述光谱选择构件(10)的作用面(12)在检测光路(66)中设置在物镜光瞳(50)的成像的位置处；或者所述光谱选择构件(10)的作用面(12)在检测光路(66)中设置在如下位置处，在该位置处因照射光束(24)的扫描运动而出现的检测光束(54)入射到作用面(12)上的入射角的变化所导致的作用面的光谱边缘的变化，至少部分地由检测光束(54)入射到作用面(12)上的位置的变化引起的作用面(12)的光谱边缘的相反变化补偿。

2.根据权利要求1所述的扫描显微镜(20)，其特征在于，所述光谱选择构件(10)的作用面(12)沿着检测光路(66)的光轴离物镜光瞳(50)的成像的位置具有一距离(Δz)，该距离是根据检测光束(54)的入射角的变化预定的。

3.根据权利要求2所述的扫描显微镜(20)，其特征在于，所述距离Δz>0这样预定，使得对于所有扫描角度θ满足以下条件：其中，ES(θ,φ)表示作用面(12)的光谱边缘的在扫描角度θ和角度时出现的变化，ED表示每段光谱边缘在作用面(12)上的变化，和φ表示作用面(12)相对于检测光路(66)的光轴设置的角度。

4.根据权利要求2所述的扫描显微镜(20)，其特征在于，所述距离预定成，使得光谱边缘与所希望的边缘位置的偏差对于所有扫描角度尽可能最小。

5.根据上述权利要求之一所述的扫描显微镜(20)，其特征在于，所述光谱选择构件的作用面(12)设置在检测光路(66)中，使得该作用面的面法线相对于检测光路(66)的光轴以预定的角度倾斜。

6.根据权利要求5所述的扫描显微镜(20)，其特征在于，所述预定的角度等于或小于

65°。

7.根据上述权利要求之一所述的扫描显微镜(20)，其特征在于，所述光谱选择构件(10)的作用面(12)构成为，使得其光谱边缘基本上线性地随检测光束(54)入射到作用面(12)上的入射角变化。

8.根据上述权利要求之一所述的扫描显微镜(20)，其特征在于，检测光束(54)入射到光谱选择构件(10)的作用面(12)上的、根据照射光束(24)的扫描运动而变化的入射角限于如下的角度范围，在该角度范围内检测光束(54)在作用面(12)上的入射位置近似线性地随所述入射角变化。

9.根据上述权利要求之一所述的扫描显微镜(20)，其特征在于，所述至少一个光谱选择构件(10)包括至少一个分束器和/或至少一个边缘滤光器。

10.根据权利要求9所述的扫描显微镜(20)，其特征在于，所述至少一个边缘滤光器包括至少一个短通滤光器、至少一个长通滤光器和/或至少一个带通滤光器。

11.根据权利要求10所述的扫描显微镜(20)，其特征在于，所述带通滤光器由沿着检测光路(66)的光轴相继设置的短通滤光器和长通滤光器形成。

12.根据上述权利要求之一所述的扫描显微镜(20)，其特征在于，所述光谱选择构件(10)的作用面(12)构成为，使得该作用面的光谱边缘沿着变化轴(V)线性地或非线性地随检测光束(54)的入射位置变化。

13.根据权利要求12所述的扫描显微镜(20)，其特征在于，对于作用面(12)设置在物镜光瞳(50)的成像的位置的情况所述作用面(12)的光谱边缘沿着变化轴(V)随检测光束的入射位置线性变化，而对于作用面(12)设置在由入射角的变化而引起的光谱边缘的变化补偿的位置处的情况所述作用面(12)的光谱边缘沿着变化轴(V)随检测光束的入射位置非线性变化。

14.根据权利要求12或13所述的扫描显微镜(20)，其特征在于，所述检测单元具有在检测光路(66)中设置在光谱选择构件(10)上游的光学器件，所述光学器件在平行于变化轴的方向上具有与在垂直于变化轴的方向上不同的光学作用。

15.根据上述权利要求之一所述的扫描显微镜(20)，其特征在于，所述检测单元(58)具有优选模块式的构造，该构造带有至少两个检测模块(80、81)，其中，所述至少一个光谱选择构件包括至少一个分束器(74)，所述分束器将检测光束(54)在光谱上分开地输入给所述两个检测模块(80、81)。

16.根据权利要求15所述的扫描显微镜(20)，其特征在于，所述至少一个分束器包括至少两个分束器(118、194)，这至少两个分束器之中的一个分束器在检测光路(66)中以预定的距离设置在物镜光瞳(50)的成像的上游，并且另一个分束器以相同的距离设置在物镜光瞳(50)的成像的下游。

17.根据权利要求16所述的扫描显微镜(20)，其特征在于，所述检测单元(58)具有由所述至少一个光谱选择构件(10)形成的分束器级联以及至少第一检测模块(80)、第二检测模块(210)和第三检测模块(221、228)，所述分束器级联包括至少一个第一分束器(118)和第二分束器(203)，其中第一分束器(118)将检测光束(54)在光谱上分开地通过透射输入给第一检测模块(80)和通过反射输入给第二分束器(203)，并且第二分束器(203)将通过第一分束器(118)反射的检测光束(54)在光谱上分开地通过透射输入给第二检测模块(210)和通过反射直接或间接地经由另一分束器(214)输入给第三检测模块(221、228)。

18.根据权利要求17所述的扫描显微镜(20)，其特征在于，所述分束器(118、203、214)构成为，使得所述检测光束(54)的被分束器(118、203、214)通过透射输入给分别与所述分束器相配的检测模块(88、210、221、228)的光谱部分的波长在分束器级联之内逐渐减小。

19.根据权利要求16至18之一所述的扫描显微镜(20)，其特征在于，设有至少一个第一分束器(194)和至少一个第二分束器(118)，所述第一分束器在检测光路(66)中设置在物镜光瞳(50)的成像的上游，所述第二分束器在检测光路(66)中设置在物镜光瞳(50)的成像的下游。

20.根据权利要求19所述的扫描显微镜(20)，其特征在于，所述第一和第二分束器(194、118)具有相同的弥散并且设置成离物镜光瞳(50)的成像具有相同的距离，其中所述弥散与每段光谱边缘在作用面(12)上的变化相对应。

21.根据权利要求19或20所述的扫描显微镜(20)，其特征在于，所述至少一个第一分束器包括至少两个以不同的距离设置在物镜光瞳(50)的成像的上游并且具有不同弥散的分束器(251、252)，和/或所述至少一个第二分束器包括至少两个以不同的距离设置在物镜光瞳(50)的成像的下游并且具有不同弥散的分束器(254、255)。

22.根据权利要求16所述的扫描显微镜(20)，其特征在于，所述至少一个光谱选择构件包括至少一个边缘滤光器(292、295、298、299)，所述边缘滤光器在具有检测器(294、300)的至少一个检测模块(301、302)中在没有其他成像光学器件的情况下连接至分束器(194)，其中，所述至少一个边缘滤光器(292、295、298、299)设置在检测器(294、300)上游并且其作用面(12)基本上设置在物镜光瞳(50)的成像的位置(293、297)处。

23.根据上述权利要求之一所述的扫描显微镜(20)，其特征在于，所述检测单元(58)包括至少一个非球面透镜。

24.根据上述权利要求之一所述的扫描显微镜(20)，其特征在于，所述光谱选择构件(10)的作用面(12)附加地构成为极化敏感的。

25.根据上述权利要求之一所述的扫描显微镜(20)，其特征在于，所述光谱选择构件(10)的作用面(12)的光谱边缘单调地随检测光束(54)的入射位置变化。

26.根据上述权利要求之一所述的扫描显微镜(20)，其特征在于，所述光谱选择构件(10)是可调的，用以改变检测光束(54)在作用面(12)上的入射位置。

27.根据上述权利要求之一所述的扫描显微镜(20)，其特征在于，所述物镜(48)设置成不仅用于使照射光束(24)聚焦到样品(52)上、而且用于接收检测光束(54)。

28.根据权利要求1至26之一所述的扫描显微镜(20)，其特征在于，所述物镜(48)仅仅设置用于使照射光束(24)聚焦到样品(52)上，并且在检测光路(66)中设置有用于接收检测光束(54)的光学器件(305)。

说明书全文

扫描显微镜

技术领域

[0001] 本发明涉及一种扫描显微镜，其包括：设置在照射光路中的物镜，该物镜用于使照射光束聚焦到样品上；在照射光路中设置在物镜上游的扫描单元，用于使照射光束偏转，使得通过物镜聚焦的照射光束在样品上实施扫描运动；和设置在检测光路中的检测单元，该检测单元用于接收未通过扫描单元偏转的检测光束，其中，检测单元为了影响检测光束的光谱而包含至少一个光谱选择构件，该构件具有作用面，该作用面的光谱边缘随着检测光束在作用面上的入射位置而变化。这样的光学构件也称为分布滤光器或者可变分束器或者说可变滤光器。

背景技术

[0002] 如果光学构件的光谱特性基本上线性地关于光学构件的长度改变，则可变的分束器或者说可变的滤光器也称为线性可变的分束器或者说线性可变的滤光器。

[0003] 前述类型的扫描显微镜例如用在荧光显微镜中，在该荧光显微镜中借助照射光束激励荧光颜料用以发射荧光辐射。在该应用中，将照射光束形式的激励光以扫描运动引导到样品上。该扫描运动经由设置在物镜上游的扫描单元实现，该扫描单元通常包括一个或多个可动的扫描镜和一个扫描光学器件，该扫描光学器件使照射光束对准物镜的入射光瞳。通过照射光束在样品中激励出的荧光辐射通过物镜返回到扫描显微镜中并且以检测光束的形式输入给检测单元，该检测单元通常包含不同的用于使检测光束成形和转向的透镜以及包含检测器，该检测器最终探测检测光束。

[0004] 尽管在共聚焦显微镜中通常以所谓的退扫描检测器工作，但在其他显微镜应用、例如多光子显微镜、光片显微镜或者说光板显微镜或多点或者说多焦点显微镜(Multifokimikroskopie)中使用所谓的非退扫描检测器。只有在检测光束被引导返回到扫描单元上并且从该扫描单元重新转变成位置固定的检测光束之后，退扫描检测器才接收检测光束。这样的位置固定的光束也构成照射光束，然后该照射光束入射到检测单元。与此相对地，非退扫描检测器接收检测光束，而该检测光束不事先重新输入给扫描单元。因此，检测光束在不受扫描单元影响的情况下到达检测器。

[0005] 在多光子显微镜中，通过非线性效应仅仅在空间受限狭窄的激励焦点中激励荧光颜料用以发射荧光辐射，该激励焦点通过聚焦到样品上的照射光束产生。来自激励焦点的整个荧光辐射现在可以在考虑激励焦点的已知位置的情况下由非退检测器探测。通过照射光束被以扫描运动引导到样品上，结果可以产生三维样品图。

[0006] 在扫描显微镜的检测光路中通常存在不同的分束器和滤光器，所述分束器和滤光器以所希望的方式在光谱方面影响检测光束。因此例如可以使用分束器，用于将检测光束根据波长分裂成不同的分束，这些分束然后被输入给分别包含一个自己的检测器的检测通道。经由光学滤光器可以为每个检测器确定要检测的波长范围。

[0007] 作为检测器尤其是可以使用点式检测器(例如光电倍增管、雪崩光电倍增器或者混合光传感器)、行式检测器或者面式检测器或者说阵列检测器(例如CCD、EMCCD、CMOS、sCMOS或OJS(量子成像传感器))。

[0008] 在共聚焦显微镜中当前也使用所谓的光谱检测器，所述光谱检测器能为用户实现在拍照之前自由选择要探测的波长范围。在这样的光谱探测器中，例如借助棱镜将检测光束分解成其光谱部分并且由此选择要探测的波长范围。

[0009] 与此相对地，迄今为止不可以毫无问题地在非退扫描应用中使用这样的可灵活应用的光谱检测器，因为在那里检测光束在检测单元中实施扫描运动，该扫描运动在共聚焦应用中由于检测光束返回到扫描单元上而不出现。因此，非退扫描检测器迄今为止装备有常规的干涉滤光器或者说干涉分束器，所述干涉滤光器或者说干涉分束器的光谱特性是确定的、也就是说不能由用户在试验期间改变。

[0010] 在DE 10 2006 034 908A1中建议，在扫描显微镜中使用边缘滤光器形式的光谱选择构件，该构件的边界波长(也称为光谱边缘)沿着滤光器变化(分布式滤光器)。在此，滤光器的光谱边缘将透射的波长范围与不进行透射的波长范围分开。

[0011] 使用这样的具有位置可变的光谱边缘的边缘滤光器能为用户实现根据愿望调节检测器的光谱特性。但在这里也出现在DE 10 2006 034 908A1中未提及的问题。因此，仅仅当入射到滤光器上的检测光束具有足够小的直径时，才可以实现足够陡峭的光谱边缘、亦即足够苛刻的边界波长。光束直径的每次增大都必然导致边缘斜度的减小。边缘斜度越小，检测器的光谱特性就越不精确。

[0012] 此外，滤光器的光谱边缘位置与检测光束入射到滤光器上的入射角有关。这尤其是在非退扫描检测器中起消极作用，在该非退扫描检测器中检测光束的入射角由于照射光束的扫描运动而变化。

发明内容

[0013] 本发明的目的在于，这样进一步改进开头所述类型的扫描显微镜，使得在非退扫描应用中可以灵活地并且同时精确地固定检测单元的光谱特性。

[0014] 本发明通过具有权利要求1特征的扫描显微镜实现该目的。有利的进一步改进方案在从属权利要求中给出。本发明在第一备选方案中规定，所述光谱选择构件的作用面在检测光路中设置在物镜光瞳的成像的位置处。与此相对地，本发明在第二备选方案中规定，所述光谱选择构件的作用面在检测光路中设置在如下位置处，在该位置处因照射光束的扫描运动而出现的检测光束入射到作用面上的入射角的变化所导致的作用面的光谱边缘的变化，至少部分地由检测光束入射到作用面上的位置的变化引起的作用面的光谱边缘的相反变化补偿。在此，光谱边缘、亦即在反射和透射之间的边界波长例如可以定义为在透射恰好为50％时的那个波长。但理所当然，光谱边缘也可以按其他方式定义。

[0015] 换言之，本发明按照权利要求1涉及一种扫描显微镜，该扫描显微镜包括设置在照射光路中的用于使照射光束聚焦到样品上的物镜。在照射光路中在物镜上游设置有扫描单元，该扫描单元用于使照射光束偏转，使得通过物镜聚焦的照射光束相对于样品实施扫描运动。该扫描显微镜包括设置在检测光路中的用于接收检测光束的检测单元。该检测光路这样构成，使得该检测光束未通过扫描单元偏转并且该检测光路的检测光束因此不到达扫描单元。就此而言，该检测光路涉及运动的或者扫描的检测光路，因为检测光束实施扫描运动。检测单元为了影响检测光束的光谱而包含至少一个光谱选择构件，该构件具有带有光谱边缘的作用面。该光谱边缘随着检测光束在作用面上的入射位置而变化。在本发明意义上的光谱边缘的变化尤其是可理解成：在光谱选择构件上反射的和/或透射的检测光束的光谱部分根据检测光束在光谱选择构件的作用面上的入射位置而改变。

[0016] 按照第一备选方案，所述光谱选择构件的作用面在检测光路中设置在物镜光瞳的成像的位置处。按照第二备选方案，所述光谱选择构件的作用面在检测光路中设置在检测光路的其他位置处。检测光路的该其他位置设置在运动的或者扫描的检测管路中，在该位置处检测光束实施扫描运动，并且光谱选择构件在这里可以这样设置，使得由检测光束的扫描运动而引起的检测光束在光谱选择构件的作用面上的入射位置的变化(这通常也引起检测光束的入射角相对于光谱选择构件的作用面变化)至少部分地由作用面的光谱边缘的相反变化补偿。

[0017] 尤其是当光谱选择构件以其作用面垂直于检测光路的光轴设置并且检测光束由于其由扫描引起的倾斜运动而入射到构件作用面上的最大入射角(参照光轴)不是过大时，便可有益地应用上述第一方案。在这种情况下，通过光谱选择构件设置在光瞳成像的位置处，可以避免光谱边缘由于光在作用面上的入射位置变化而移动，而光谱边缘的由入射角变化而引起的移动比较小并且因此是可容忍的。典型地，这典型地适合于等于或小于35°的、尤其是等于或小于30°的、特别是等于或小于20°的入射角。

[0018] 尤其是当由扫描运动引起的在光谱选择构件上的入射角如此之大，与入射角相关的边缘位置移动不再是可容忍的时，按照本发明的第二方案便是有利的。在这种情况下本发明规定，光谱选择构件的作用面这样设置在检测光路中，使得该作用面相对于光瞳成像的位置沿着光轴错位。通过作用面相对于光瞳成像的位置这样错位地设置，使得由于检测光束的倾斜运动，该检测光束在作用面上的入射位置改变。入射位置的该变化又导致边缘位置移动，该移动便可用于在很大程度上补偿与入射角相关的边缘位置移动。

[0019] 换言之，与入射角相关的边缘位置的变化由光谱选择构件的适当的弥散分布来补偿，其中，“弥散”可理解成每段光谱边缘在构件作用面上的变化。

[0020] 为了能实现该补偿，光谱选择构件的作用面相对于检测光路的光轴不是垂直地、而是倾斜地设置。该倾斜位置引起，与垂直的定向相比，光谱边缘的位置单调地随入射角改变。由此可能的是，与入射角相关的边缘位置移动由同样单调分布的相反的边缘位置移动来补偿，该边缘位置移动由于光在光谱选择构件的作用面上的入射位置变化而出现。

[0021] 光谱选择构件优选这样设置在光路中，使得反射平面、即由入射的和反射的光跨越的平面平行于光谱选择构件的变化轴V。

[0022] 优选地，光谱选择构件的作用面沿着检测光路的光轴离物镜光瞳的成像位置具有距离Δz，该距离是根据检测光束的入射角的以及由此的扫描角的变化以及光谱选择构件的弥散的变化预定的。因此，参量Δz表示光谱选择构件的作用面相对于物镜光瞳的成像位置沿着检测光路的光轴的距离，其中，光谱选择构件可以以距离Δz位于物镜光瞳的成像的位置上游或下游。也可以同时使用多个光谱选择元件，这些元件可以部分设置在物镜光瞳的成像位置上游和部分设置在物镜光瞳的成像位置下游。

[0023] 在这里以及在下文，扫描角度是在检测光束和光轴之间的角度。在下文，对于扫描角度使用符号θ，必要时结合下标。在本申请的范围内，逆时针的扫描角度用正数表达(θ>0)，顺时针的扫描角度用负数表达(θ<0)。所有使用的扫描角度的角度范围也称为扫描角度范围。

[0024] 此外，在作用面相对于检测光路的光轴倾斜设置的情况下不失一般性地(如在图中所示)作用面以角度相对于光轴设置，使得在物镜光瞳的成像位置和光在作用面上的入射位置之间的距离对于正的扫描角度θ来说比对于负的扫描角度θ来说小。由该角度和扫描角度θ可以确定检测光束的入射角。

[0025] 上述的距离Δz>0因此优选被这样预定，使得对于所有扫描角度θ≠0满足以下条件：

[0026]

[0027] 优选

[0028]

[0029] 特别优选

[0030]

[0031] 其中，

[0032] ES(θ,φ)表示作用面的光谱边缘在光束在光轴上的入射位置处的在扫描角度θ和角度φ时出现的变化，

[0033] (ES(θ,φ)也可以取负值)并且

[0034] ED表示每段光谱边缘在作用面上的变化。

[0035] 优选地，所述距离Δz预定成，使得光谱边缘与所希望的边缘位置的偏差对于所有扫描角度尽可能最小，与入射角相关的边缘位置移动因此被尽可能好地补偿。

[0036] 这种情况下存在满足以下条件的扫描角度θ0：

[0037]

[0038] 扫描角度θ0因此是如下的扫描角度，在该扫描角度时因入射位置的变化的边缘位置的移动被与入射角相关的边缘位置移动补偿并且同时该偏差在整个扫描角度范围内通过该补偿近似优化。角度θ0位于扫描角度范围之内。

[0039] 上面阐述的光谱选择构件的作用面的倾斜位置优选以这样的方式实现，即，作用面的面法线相对于检测光路的光轴以预定的角度倾斜。

[0040] 前述的角度优选等于或小于65°(例如45°)，并且在一种特别优选的实施方案中，前述的角度位于20°至40°的范围内。该角度范围的选择基于如下考虑：为了实现高的边缘斜度，在光谱选择构件的位置处的光束直径必须尽可能小。此外要求尽可能大的扫描场、亦即尽可能大的扫描角度，这导致在检测器单元中使用的成像光学器件的大的数值孔径。大的孔径与在光谱选择构件上的小的入射角一样是有利的，因为它们同样改善边缘斜度。

[0041] 为了优化按照本发明的布置结构，离光瞳的距离、孔径和所使用的成像光学器件的直径以及弥散和入射角可以这样变化，使得排除了光学元件的碰撞。尤其是得到证明的是，在较大的入射角和光谱选择构件离光瞳的较大的距离时可能出现与在光路中设置在下游的成像光学器件的碰撞。此外已经表明，尤其是当应该保留大的数值孔径时，过小的入射角度可能导致与在反射光路中直接设置在光谱选择构件上游或下游的光学元件碰撞。如果两个光谱选择构件设置在一个光瞳的上游和下游，则尤其是当构件与光瞳的相应距离小并且同时入射角大时，在这些构件之间尤其是便出现碰撞。

[0042] 在以上考虑的背景下已认识到，在保持大的数值孔径的情况下有利的是，将检测光束入射到光谱选择构件的作用面上的入射角设定在约20°和约40°之间。因此，由于边缘位置与入射角的相关性小，相应构件的弥散因而及其长度可以减小。此外，可以保持光学元件之间较大的结构空间，以便避免所述碰撞。

[0043] 光谱选择构件的作用面例如这样构成，即，其光谱边缘基本上线性地随检测光束入射到作用面上的入射角变化。这能实现与入射角相关的边缘位置移动通过由在作用面上的入射位置的变化引起的相反的边缘位置移动的特别简单地补偿。

[0044] 在使用光谱选择构件作为短通滤光器或长通滤光器时，光谱边缘随入射位置线性改变是有利的。但本发明不限于光谱边缘随检测光束的入射位置而线性改变。尤其是对于使用光谱选择构件作为分束器的情况，也可想到光谱边缘的非线性变化，例如平方变化、指数变化或其他形式的变化。

[0045] 光谱选择构件的作用面也可以构成为，使得其光谱边缘沿垂直于上述变化轴的方向随检测光束入射位置而变化。该实施方式以有利的方式在按照本发明的类型的扫描显微镜中样品通常被两维扫描的情况中被考虑。检测光束在光谱选择构件上的实际入射角在这种情况下由两个扫描角度的叉积计算，所述两个扫描角度在生成的图像中例如参照x轴和与此垂直的y轴。x轴与前述的变化轴相对应。相应地，垂直于变化轴的轴与y轴相对应。因此，样品的两维扫描导致不仅在所述变化轴或弥散轴的方向上、而且在垂直于该方向的方向上的光谱边缘位置在作用面上的相关性。通过光谱边缘在该垂直的方向上的适当的变化，可以有效地补偿由参照y轴的入射角的改变引起的光谱边缘的改变。例如，光谱选择构件可以构成为，使得在其作用面上相同的光谱边缘位置的线不是直线地垂直于变化轴或弥散轴延伸，而是以适当的方式弯曲。

[0046] 优选地，检测光束入射到光谱选择构件的作用面上的、根据照射光束的扫描运动而变化的入射角限于如下的角度范围，在该角度范围内检测光束在作用面上的入射位置基本上线性地随入射角变化。在这里，作用面的面法线与检测光路的光轴形成的角度越小，入射角变化的角度范围就可以越大。

[0047] 优选地，所述至少一个光谱选择构件包括至少一个分束器和/或至少一个边缘滤光器。在此，边缘滤光器可以包括至少一个短通滤光器、至少一个长通滤光器和/或至少一个带通滤光器。

[0048] 优选地，这样的带通滤光器由沿着检测光路的光轴相继设置的短通滤光器和长通滤光器形成。

[0049] 为了将所述构造设计成更紧凑的，有利地可以将多个具有不同滤光器范围或分束器范围的光谱选择构件相继设置。因此例如设置具有第一滤光器范围或分束器范围的第一基板，在该第一滤光器范围或分束器范围内光谱边缘从最小值变化直至中间值。此外可以设有第二基板，该第二基板具有如下的滤光器范围或分束器范围，在该滤光器范围或分束器范围之内光谱边缘从前述的中间值变化至最大值。第一和第二基板便可以在检测光路中相继设置并且以这样的方式使用，即，包括所希望的检测波长范围或所希望的光谱边缘的那个基板移动到检测光路中，而另一个基板从光路远离。附加地，这些基板也可以包括具有与波长无关的高透射的区域。这能实现：替代基板从光路远离，具有与波长无关的高透射的区域也可以移动到光路中或者保留在其中。

[0050] 对于光谱选择元件垂直于或几乎垂直于光轴的情况，在一种特别优选的实施方式中光谱选择构件的作用面构成为，使得该作用面的光谱边缘沿着变化轴线性地随检测光束的入射位置变化。在该实施方式中，构件例如是线性可变的边缘滤光器。

[0051] 例如检测单元包括在检测光路中设置在光谱选择构件上游的光学器件，其在平行于变化轴的方向上具有与在垂直于变化轴的方向上不同的光学作用。这样的光学器件例如可以是散光光学器件、尤其是圆柱光学器件，其在所述方向上具有不同的折光力。因此，圆柱光学器件例如可以构造成使得其仅仅在平行于变化轴的方向上准直检测光束，而该圆柱光学器件使光束在与此垂直的方向上发散，以便使到光谱选择构件的作用面上的入射角保持较小。也可想到在平行于和垂直于变化轴的方向上负责不同成像比例的光学器件。由此，入射到光谱选择构件上的检测光束例如可以被这样影响，使得该检测光束在光谱选择构件的作用面上产生椭圆形状的光点，该椭圆在垂直于变化轴方向上的延伸尺寸大于在平行于变化轴方向上的延伸尺寸。由此可以进一步减小本来就小的在垂直于变化轴的方向上出现的边缘位置移动。

[0052] 优选地，检测单元具有模块式的构造，该构造带有至少两个检测模块，其中，所述至少一个光谱选择构件包括至少一个分束器，所述分束器将检测光束在光谱上分开地输入给两个检测模块。这样的模块式的构造能实现使按照本发明的扫描显微镜灵活地匹配于相应所希望的应用。

[0053] 为了改变检测光束在作用面上的入射位置，光谱选择构件优选可借助驱动装置调整。如果构件的作用面例如具有矩形形状，则作用面可以借助相应的驱动装置沿着平行于该矩形的长边延伸的变化轴调整，以便调节所希望的光谱边缘。而如果弥散的分布具有圆形形状，则作用面可借助驱动装置转动，以便调节边缘位置。

[0054] 优选地，作用面的位置例如可以借助机械式的、气动式的、电力式的或者基于压电效应的驱动装置调整。因此，例如可使用电机，用以调节所希望的位置。这样的调节可以由用户借助软件进行。但也可设想，使这样的驱动装置自动运行。还可想到，将光谱选择构件设计成能沿着光轴移动的，以便能实现沿着检测光路的光轴灵活地匹配在光谱选择构件的作用面与物镜光瞳的成像位置之间的距离Δz。这样的移动可以重新优选通过上述驱动型式进行并且同样自动化地进行。在所有上述的情况下，驱动装置可以基于固定的程序进程或者响应于确定的测量数据如光强度或光线位置的控制而被操控。在这里可想到，驱动装置在测量之前亦或在测量期间对位置进行匹配。由此，例如可以动态地平衡边缘位置的剩下的移动。

[0055] 按照本发明的扫描显微镜相对于通常以干涉滤光器工作的并且光谱特性关于滤光器在空间上恒定的常规系统提供显著的优点，即，通过适当地调节在扫描显微镜中使用的光谱选择构件，每个单个的检测通道的光谱特性能由用户仅在成像之前不久或者在成像期间确定。设有的检测通道越多，该优点就越明显。在此背景下，在一种相当优选的实施方式中，检测单元具有包括至少第一分束器和第二分束器的分束器级联以及至少第一检测模块、第二检测模块和第三检测模块，其中，第一分束器将检测光束在光谱上分开地通过透射输入给第一检测模块和通过反射输入给第二分束器，并且第二分束器将通过第一分束器反射的检测光束在光谱上分开地通过透射输入给第二检测模块和通过反射直接或间接地经由另一分束器输入给第三检测模块。该实施方式基于如下认识，即，按照本发明的形成前述分束器的光谱选择构件具有如下特性，即从光谱边缘出发具有反射比透射高的更大的光谱区域。如果现在应构造一个非退扫描检测单元具有多于两个检测模块，则有利的是，检测模块的级联不是通过透射、而是通过反射进行，以便得到尽可能最大的光谱灵活性。

[0056] 在一种进一步有利的实施方式中，前述分束器构成为，使得所述检测光束的被分束器通过透射输入给与所述分束器相配的检测模块的光谱部分的波长在分束器级联之内逐渐减小。因此，在一种包括多个检测模块的检测单元中，每个单个的检测模块能够只最大地检测未由其他检测模块探测的检测光的那部分。因此，在该实施方式中规定，在检测光上使具有最大光波长的那个光谱部分偏转到在检测光路中的第一检测模块上、即以透射设置在第一分束器下游的那个检测模块上。与此相应地，检测光的其光波长第二大的那个光谱部分被偏转到在检测光路之内的第二检测模块上、亦即以透射设置在第二分束器下游的那个检测模块上。其他光谱部分便以类似的方式分配到其余检测模块上。因此，分束器构成为长通分束器。

[0057] 因此，与前述实施方式相配合作用地，检测模块的级联不仅经由在分束器上的反射、而且经由检测光的利用检测模块检测的光谱部分的波长产生。

[0058] 因为分束器的反射度通常高于其透射度，所以检测单元的级联式构造提供光输出更高的优点。因为检测光在其至相应检测模块的路程上分别仅仅在刚好一个分束器上传输。

[0059] 一种进一步有利的实施方式设置至少一个第一分束器和至少一个第二分束器，所述第一分束器在检测光路中设置在物镜光瞳的成像上游，所述第二分束器在检测光路中设置在物镜光瞳的成像下游。在此，离光瞳成像的相应距离根据前述关系式(1)或(2)确定。这也能实现扫描显微镜的特别紧凑的构造。

[0060] 优选地，所述第一和第二分束器具有相同的弥散并且设置成离物镜光瞳的成像具有相同的距离。如已经在更上文提到的那样，弥散在此与每段光谱边缘在作用面上的变化相对应。这有利于特别简单的并且紧凑的构造。尤其是当在反射的以及透射的光路中光谱选择构件围绕相应的光瞳成像设置时，这是适用的。

[0061] 在一种进一步的实施方案中设有至少两个以不同的距离设置在物镜光瞳的成像上游并且具有不同弥散的分束器和/或至少两个以不同的距离设置在物镜光瞳的成像下游并且具有不同弥散的分束器。该实施方案基于如下知识，即，相应的光谱选择构件与光瞳的距离还与构件的弥散相关。这提供了不仅在光瞳成像上游、而且在光瞳成像下游设置多于仅仅一个光谱选择构件的可能性，其中，位于所属光瞳的一侧的那些构件具有不同的弥散。

[0062] 在一种进一步有利的实施方式中，所述至少一个光谱选择构件包括至少一个边缘滤光器，所述边缘滤光器在至少其中一个具有检测器的检测模块中在没有其他成像光学器件的情况下连接至分束器。所述至少一个边缘滤光器设置在检测器上游并且其作用面基本上设置在物镜光瞳的成像的位置处。在该实施方式中，所述至少一个边缘滤光器以其作用面优选垂直于检测光路的光轴设置。所述至少一个边缘滤光器又可以包括至少一个短通滤光器、至少一个长通滤光器和/或至少一个带通滤光器。如果所述至少一个边缘滤光器由多个构件形成，则这些构件处于光瞳成像的紧邻附近。

[0063] 优选地，检测单元包括至少一个非球面透镜，该非球面透镜在一种特别有利的实施方式中也构成为消色差的。该设计方案有利于在非退扫描检测单元的光路中出现大孔径的情况。使用非球面的消色差透镜能实现使在大孔径中出现的成像误差保持很小。

[0064] 优选地，光谱选择构件的作用面附加地构成为极化敏感的。这可以例如通过将极化敏感的区域施加到作用面上实现。这些极化敏感的区域例如可以构成为极化器或极化分束器。该实施方式尤其是对于各向异性研究是有利的。该实施方式也能实现检测光以不同的极化方向转向到不同的检测模块中。

[0065] 在一种特定的设计方案中，所述物镜设置成不仅用于使照射光束聚焦到样品上、而且用于接收检测光束。因此，该设计方案设置一个对于照射和检测共用的物镜。

[0066] 在一种备选的设计方案中，所述物镜仅仅设置用于使照射光束聚焦到样品上。在检测光路中便存在接收检测光束并且继续朝向检测单元传输检测光束的光学器件。光学器件例如是物镜或聚光器并且会聚来自样品的检测光。

附图说明

[0067] 下面依据特定的实施方式参照附图更详细地阐述本发明。其中：

[0068] 图1示出光谱选择构件的示意图；

[0069] 图2示出按照本发明的具有在图1中示出的类型的两个光谱选择构件的扫描显微镜；

[0070] 图3示出表示检测光束的通过扫描产生的倾斜运动的示意图；

[0071] 图4是示出光谱选择构件的作用面的倾斜位置的示意图；

[0072] 图5是示出在扫描角度与在光谱选择构件的作用面上的入射位置之间的关系对于作用面的不同倾斜位置的图表；

[0073] 图6示出按照本发明的具有两个倾斜的滤光器对的扫描显微镜的另一实施方式；

[0074] 图7示出对于在图6中示出的实施方式的光瞳成像的光路；

[0075] 图8示出一种相对于根据图6和7改变的实施方式，在该实施方式中滤光器对垂直于检测光路的光轴设置；

[0076] 图9示出具有另一检测模块的扫描显微镜的另一种实施方式；

[0077] 图10示出对于在图9中示出的实施方式的光瞳成像的光路；

[0078] 图11示出扫描显微镜的另一种实施方式；

[0079] 图12示出用于阐明按照本发明的分束器级联的扫描显微镜的另一种实施方式；

[0080] 图13示出扫描显微镜的另一种实施方式；

[0081] 图14示出扫描显微镜的另一种实施方式，在该实施方式中使用不同弥散的分束器；

[0082] 图15示出扫描显微镜的另一种实施方式，在该扫描显微镜中在分束器和下一个光谱选择构件之间的检测通道中没有设置另外的成像光学器件；

[0083] 图16示出根据图1的光谱选择构件的一种变型；和

[0084] 图17示出扫描显微镜的另一种实施方式，在该实施方式中检测光经由与照射物镜分开的光学器件到达检测单元。

具体实施方式

[0085] 下面参照图1首先阐述光谱选择构件10的特性，该光谱选择构件按照本发明用在用于影响检测光束的光谱的非退扫描检测单元中。

[0086] 在根据图1的实施例中，光谱选择构件10是可变的二色性的边缘滤光器、例如长通滤光器或短通滤光器。作为长通滤光器，边缘滤光器透射在预定的边界波长或光谱边缘之上的光谱，而该边缘滤光器作为短通滤光器透射在该预定的边界波长或光谱边缘之下的光谱。但要指出，下面的阐述不限于滤光器，而是相应地也适用于按照本发明的构件10形成光谱选择分束器的情况，该光谱选择分束器透射在光谱边缘之上的光谱，而该光谱选择分束器以限定的方式反射光谱边缘之下的光谱(或者反之亦然)。

[0087] 如在图1中所示，光谱选择构件10具有一个作用面12，该作用面沿着变化轴V具有光谱有效的长度L。在根据图1的示例中，变化轴V平行于用x标出的纵向方向并且垂直于用y标出的宽度方向。

[0088] 构件10具有其光谱边缘随检测光束的入射位置沿着变化轴V改变的特性。因此，变化轴V也称为弥散轴线。

[0089] 光谱边缘随检测光束的入射位置沿着变化轴V改变可以线性或非线性地、亦即例如平方式、指数式或以其它方式进行。通过检测光束在边缘滤光器10的作用面12上产生的光点在图1中用14标出。与此相对地，边缘滤光器10的光谱特性、尤其是其光谱边缘沿垂直于变化轴V的宽度方向y在根据图1的实施例中基本上恒定。

[0090] 通过构件10沿着变化轴V移动，光点14的入射位置因而以及光谱边缘的、亦即边界波长的位置改变，该光谱边缘将透射的光谱范围与反射的光谱范围分开。如果将构件10的光谱边缘可以在其之内(从用标出的基准值x0出发)改变的波长范围用WR标出，则参量ED＝WR/L说明每段光谱边缘位置在构件10的作用面12上沿着变化轴V的改变，如果光谱边缘随检测光束入射位置沿着变化轴V线性改变。

[0091] 在根据图1的光谱选择构件10中，现在出现光点14的在图1中用D标出的直径的增大导致光谱边缘斜度减小的问题。例如如下的光谱范围定义为光谱边缘斜度，在该光谱范围之内透射从10％升高到90％。

[0092] 在示例性的边缘滤光器上与光点14的直径D相关的测量得出：对于所研究的构造，边缘斜度ST可以非常近似地通过以下的线性关系描述：

[0093]

[0094] 此外，根据图1的光谱选择构件10具有其光谱边缘根据检测光束入射到作用面12上的入射角改变的特性。

[0095] 通常，只要扫描角度不过大，对于构成为用于相对于光轴的的倾斜位置(因而以及用于45°的入射角)的分束器，得到在入射角和边缘位置的移动之间(因而以及在扫描角度θ和边缘位置的移动之间)的近似线性的关系。

[0096] 对于构成为用于45°的入射角的分束器来说，在570nm的波长时已在θ＝-10°至θ＝+10°的扫描角度范围实施示例性的测量，从所述测量得到边缘位置的移动ES关于扫描角度θ的下列线性关系(该扫描角度又可直接从入射角和角度算出)：

[0097]

[0098] 对于构成为用于垂直的入射角的可变的二色性的边缘滤光器的光谱选择构件，也得到边缘位置与入射角的相关性，但该相关性对于小的入射角来说通常很小。

[0099] 通常对于干涉滤光器因而也对于在垂直入射的情况下具有光谱边缘的波长λ50％(ψ0)的光谱选择构件适用的是，在不同于垂直入射的入射角ψ时的光谱边缘的波长λ50％(ψ)可按照下列公式计算(瓦仁J.史密斯：现代光学工程(Modern Optical Engineering)，第三版，McGraw-Hill，2000年，第208页)：

[0100]

[0101] 其中，n表示有效折射率并且λ50％表示光谱边缘、亦即在透射为50％时的波长。该公式可非常接近地也用于计算光谱边缘λ50％的在光谱选择构件中出现的波长，该光谱选择构件针对非垂直的入射角而设计并且在该光谱选择构件中入射角ψ不同于光谱选择构件针对其设计的角度ψ0。

[0102] 由关系式(5)，通过形成微商得到：

[0103]

[0104] 利用常数和与负的扫描角度相对应的入射角度变化Δψ、亦即Δψ＝-θ，得到：

[0105] ES(λ50%(ψ0)，θ)=λ50%(ψ0)·b·θ (7)

[0106] 在考虑在根据图1的构件10中光谱边缘的位置与检测光束在作用面12上的入射位置相关的情况下，本发明在一种特定的实施方式中规定，构件10的作用面12在扫描显微镜的检测光路之内设置在如下位置处，在该位置处检测光路(忽略倾斜运动)是静止的，亦即在作用面12上具有固定的入射位置。这样的特性表示在检测光路之内在物镜光瞳的成像位置处的检测光束。与此相应地，本发明在下面参照图2阐述的该实施方式中规定，光谱选择构件10的作用面12设置在物镜光瞳的成像位置处。

[0107] 图2以纯示意的视图示出按照本发明的扫描显微镜20，在该扫描显微镜中实现前述的实施方式。扫描显微镜20包括一个激励光源22，该激励光源沿着照射光路26发射照射光束24。照射光束24由一个透镜30聚焦到激励孔板32上。在穿过激励孔板32之后，另一透镜34使照射光束24对准分束器36，该分束器使照射光束24转向扫描单元38，该扫描单元包括一个或多个可动的扫描镜40。借助扫描单元38转换成扫描运动的照射光束24经由一个扫描光学器件42和另一透镜44入射到分束器46上。在穿过分束器46之后，照射光束24到达具有物镜光瞳50的物镜48中。物镜48最终将照射光束24聚焦到样品52上。

[0108] 借助扫描单元38使照射光束24这样偏转，使得通过物镜48分开的照射光束在样品52上实施扫描运动。通过照射光束24这样在样品52中激励荧光辐射，该荧光辐射由物镜48以检测光束54的形式被引导返回到扫描显微镜20中。

[0109] 在根据图2的实施方式中，检测光束54输入给两个分开的在图2中总体地以56或58标出的检测单元。在检测光束54已经返回到扫描单元38上之后，检测单元56接收该检测光束。检测单元56因而形成退扫描单元。与此相对地，检测单元58接收检测光束54，而该检测光束不受扫描单元38影响。检测单元58因此构成非退扫描单元。

[0110] 退扫描单元56包括一个透镜60，该透镜将检测光束54在其已经被扫描单元38转向并且被引导通过分束器36之后聚焦到检测孔板62上。在该检测孔板62下游设置有检测器64，该检测器接收照射光束54。在这里要指出，分束器46例如可从光路偏转出来或者对于荧光辐射来说是可部分透射的。

[0111] 非退扫描检测单元58位于通过分束器46从照射光路26分支出来的检测光路66中。非退扫描检测单元58在产生样品52的中间图像的中间图像平面68两侧分别包括一个透镜
70或72。在透镜72下游在检测光路66中设置有分束器74。分束器74将检测光束54分成两个分束76和78，这两个分束输入给两个分开的在图2中总体用80和81标出的检测模块。

[0112] 检测模块80在产生样品52的中间图像的中间图像平面82两侧分别具有一个透镜84或一个透镜86。透镜86将检测光束54对准检测器88，在该检测器上游设置有检测滤光器
90。

[0113] 相应地，检测模块81在同样产生样品52的中间图像的中间图像平面89两侧分别具有一个透镜92或一个透镜94。透镜94将检测光束54对准检测器95。在该检测器95上游设置有检测滤光器96。

[0114] 要指出，在根据图2的设置结构中分束器36、46和74分别构成为二色的并且使入射到它们上的光根据波长通过或反射。因此，分束器36具有反射在照射光束24的波长范围内的光并且使在检测光束54的波长范围内的光通过的特性。相应地，分束器46反射在照射光束54的波长范围内的光，而该分束器使在检测光束24的波长范围内的光通过。分束器74又使一部分检测光束54通过，而该分束器反射其余的部分。

[0115] 此外要指出，在根据图2的视图中照射光束24和检测光束54彼此部分叠加。因此，在分束器46和样品52之间的光路例如形成一个对于两个光束24和54共同的光路。

[0116] 在根据图2的特定的实施方式中，检测滤光器90和96分别形成一个在图1中所示型式的光谱选择构件。与此相应地，在图2中在检测滤光器90和96后面分别有附图标记10设置在括号中，该附图标记在图1中表示光谱选择构件。

[0117] 在根据图2的特定的实施方式中，检测滤光器90和96这样设置在检测光路66中，使得这些检测滤光器分别位于物镜光瞳50的成像位置处。检测滤光器的这种设置具有如下优点，即在检测滤光器90或96的作用面12上的入射位置保持恒定。因此，不出现与光入射位置相关的边缘位置移动。

[0118] 尤其是对于照射光束24的由扫描单元38产生的扫描运动因而以及检测光束54的相应的倾斜运动在光瞳成像的位置处比较小的情况，也仅仅得到光谱边缘的很小的与角度相关的移动ES。因此，根据图2的实施方式对于不过大的扫描角度构成一种有利的解决方案。

[0119] 然而，根据图1的光谱选择构件10设置在物镜光瞳50的成像位置处在某些情况下可能是有问题的。这尤其是适用于光谱选择构件10构成为用于较大的入射角、例如35°或45°。对于光谱选择分束器通常是这种情况。这在下文又应该依据具体的数字示例来阐明。

[0120] 例如假设根据图2的物镜具有的放大倍数为20和数值孔径为1.00，则对于为200mm的镜筒焦距来说得到为20mm的物镜光瞳直径。对于边长为0.775mm的图像场来说，由此得到在物镜光瞳50内最大为±2.2°的扫描角度(参照光轴)。在光路66中，检测光束54便在物镜光瞳50的成像所在的位置处以成像比例1成像时又具有为20mm的直径和为±2.2°的最大扫描角度。

[0121] 如果将前述的扫描角度用到关系式(4)中，则得到为3.41nm的与角度相关的边缘位置移动，这构成完全可容忍的值。然而如果将为20mm的直径用到关系式(3)中，则对于边缘斜度ST得到为127nm的值，该值对于一系列应用来说构成不可接受的大的值。

[0122] 检测光束54的直径完全可以通过适当的成像，例如物镜光瞳50减小10倍来减小，这在考虑关系式(3)的情况下导致为19nm的可容忍的边缘斜度ST。然而，光束直径以倍数10的这种减小引起最大扫描角度同样以倍数10增大，这就是说，最大扫描角度增大到为±22°的值。在考虑关系式(4)的情况下，由此对于所选择的数值示例得到不可接受的与角度相关的为34.1nm的边缘位置移动ES，亦即，在图像场的侧边缘之间的超过68nm的边缘位置移动。

[0123] 为了解决该问题，可以考虑光谱选择构件10不是设置在物镜光瞳50的成像位置处，而是设置在样品52的中间成像的位置处(在图2中用68、82和89标出)。然而要考虑，即使在该解决方案中也必须选择使样品52在光谱选择构件10的小的区域上成像的成像，以便为所有样品点获得在构件10相似的边缘位置。然而这样的成像导致检测光束54在光谱选择构件10上大大扩张，即导致相对大的光锥，并且因而又对于在光锥之内的各个光线导致大大不同的边缘位置。总之，通过平均光锥的各个光线的滤光功能又得到小的边缘斜度ST。

[0124] 为了避免前述问题，本发明在一种相对于根据图2的设置结构备选的实施方式中规定，光谱选择构件10在检测光路中设置在与物镜光瞳50的成像间隔开距离的位置处，在该位置处由于入射角变化引起的边缘位置移动通过如下方式被补偿，即，检测光束对于每个入射角沿着变化轴V(即沿着x方向)入射到光谱选择构件10的其他位置处。因为光谱边缘的位置沿着变化轴V改变，所以与角度相关的边缘位置移动基本上可被补偿，只要光谱边缘的位置沿着变化轴V的改变选择适当。

[0125] 下面参照图3、4和5阐述如何预定光谱选择构件10的作用面离物镜光瞳50的成像位置的距离，使得与角度相关的边缘位置移动由相反的边缘位置移动补偿，该相反的边缘位置移动通过检测光束54的倾斜运动导致光入射位置沿着变化轴V在作用面12上变化而得到。

[0126] 在图3中阐明检测光束54在检测光路66之内的前述的倾斜运动。在此，在图3中，附图标记100标出设置在检测光路66中的透镜，该透镜设置在物镜光瞳50的成像所在的平面102上游。此外，Δz表示沿着检测光路66的光轴O测定的离平面102的距离。

[0127] 如图3所示，检测光束54实施与照射光束24的扫描运动相对应的倾斜运动，该倾斜运动导致检测光束54在光瞳成像的平面102之外在空间上位移。与此相应地，检测光束54在平面102中是静止的。表征检测光束54的该倾斜运动的最大扫描角度在图3中用θmax标出。在此，扫描角度θmax表示检测光束54的中央光线104与光轴O形成的角度。中央光线104形成检测光束54的中央束轴线。检测光束54在距离Δz内的与最大扫描角度θmax相对应的空间位移在图3中用d标出。

[0128] 在根据图4的视图中纯示意性地示出光谱选择构件10的作用面12的按照本发明的设置结构。在此要注意，在图4中出于清晰的原因仅仅示出检测光束54的一半倾斜运动。

[0129] 为了能实现通过与在作用面12上的光入射位置相关的相反的边缘位置移动补偿与扫描角度相关的边缘位置移动，作用面12这样设置在检测光路66中，使得该作用面与光轴O不是形成90°的角度、而是形成较小的角度因此，作用面12以90°的角度离平面102带有距离Δz地设置会导致由扫描角度的变化引起的边缘位置移动在光轴O两侧(-θ,+θ)具有相同的符号，而由在作用面12上的光入射位置的变化引起的边缘位置移动在光轴O两侧具有不同的符号。因此，在作用面12垂直于光轴O设置时，不可能在整个扫描区域内以所希望的方式由与入射位置相关的边缘位置移动补偿与角度相关的边缘位置移动。与此相应地，通过作用面12以小于90°的角度φ倾斜设置得到随检测光束54入射到作用面12上的角度单调改变的边缘位置移动。

[0130] 当满足如下条件时，实现以所希望的方式由与在作用面12上的入射位置相关的边缘位置移动补偿与扫描角度相关的边缘位置移动：

[0131]

[0132] 其中，表示每段光谱边缘在作用面上的变化。ED也称为可变滤光器或者说可变分束器的弥散。

[0133] 由根据图3和图4的视图得出：

[0134]

[0135] 例如可由泰勒展开得出的对于关系式(9)的直线拟合函数为：

[0136] Δx＝Δz·k·θ，(10)

[0137] 其中，k表示常数。

[0138] 由关系式(8)和关系式(9)可根据更上文说明的关系式(2)算出光谱选择构件10的作用面12离平面102、即物镜光瞳50的成像位置的距离Δz。

[0139] 备选地，对于给出的Δz可计算所需的弥散由关系式(7)、关系式(8)和关系式(10)得出：

[0140]

[0141] 关系式(11)的解构成如下的关系式：

[0142]

[0143] 其中，λ0表示表示初始波长、即在x坐标的零点处的波长。

[0144] 光谱选择构件的光谱边缘对于沿着变化轴的这里所涉及的接近以指数方式随检测光束的入射位置变化。在所述构造中实现的弥散与滤光器的特性相关，使得与指数分布不同的关系可以构成最佳解。

[0145] 图5示出在检测光束54(更确切地说，其中央光线104，参见图4)入射到作用面12上的扫描角度与在作用面12上的路段Δx之间的关系。在图5中对于作用面12的三个不同倾斜位置说明该关系，其中，要指出，在图5中的所述三个角度(与在图4中的角度的定义不同)相应地表示作用面12的面法线相对于检测光路66的光轴O的角度。

[0146] 如可从根据图5的视图得出，作用面12相对于光轴O的倾斜位置与垂直设置的偏差越小，在扫描角度与在作用面12上的路程Δx之间的关系就可以越好地借助线性关系接近。

[0147] 在图6和7中示出在图2中示出的扫描显微镜20的一种变型的实施方式，在该实施方式中应用前面阐述的与角度相关的边缘位置移动由通过在光谱选择构件10上的光入射位置的变化引起的相反的边缘位置移动的补偿。在此，在图6和7中，与在根据图2的实施方式中使用的部件相当的那些部件设有已经在图2中使用的附图标记。在图6中，此外仅仅示出是非退扫描检测单元58一部分的或者与该非退扫描检测单元直接配合作用的那些部件。相应的内容适用于在更下文参照图8至17描述的所有其他实施例。

[0148] 与根据图2的实施方式不同，在图6中示出的实施方式在两个检测器88和95上游分别包括一个滤光器对，该滤光器对由一个长通滤光器110或112和一个短通滤光器114或116形成。因此，这两个滤光器对分别形成一个带有两个光谱边缘的带通滤光器，这两个光谱边缘可以彼此独立地可变地调节。每个滤光器110、112、114和116按照根据图4的视图倾斜设置，以便根据入射角得到所希望的单调的边缘位置移动。

[0149] 根据图6的设置结构此外包括一个分束器118，该分束器如滤光器110、112、114和116那样构成在图1中示出的型式的光谱选择构件。分束器118以其作用面以45°的角度相对于检测光路66的光轴设置。

[0150] 此外，根据图6的设置结构附加地具有截止滤光器120，该截止滤光器在检测光路66中设置在透镜70上游。截止透镜120用于阻止在样品52上反射的激励光，该激励光的强度比检测到的荧光的强度大多倍。

[0151] 图7示出光瞳成像光路，该光瞳成像光路属于根据图6的设置结构。在根据图7的视图中，可以在检测光路66之内识别出物镜光瞳50的图像相应所处的那些位置。这些位置在图7中用121、122和124标出。分束器118以根据上述条件(1)或(2)预定的距离设置在光瞳图像的位置121下游。相应的内容适用于由滤光器110和114形成的滤光器对以及由滤光器112和116形成的滤光器对，其中，滤光器110、112分别设置在光瞳图像的位置下游。在此，滤光器110和114离光瞳图像的位置所具有的距离在数值方面相等。相同的内容适用于滤光器对112、116。

[0152] 图8示出光瞳成像的与图7相应的对于一种变型的实施方式的视图，在该实施方式中滤光器110、112、114和116不是倾斜地、而是垂直于检测光路66的光轴定向。与此相应地，滤光器110、112、114和116在该实施方式中与根据图8的纯示意性的视图不同，实际上设置在光瞳图像的相应的位置处。

[0153] 图9和10示出另一种实施方式，该实施方式相对于根据图6和7的实施方式包括具有一个附加检测器152的另一检测模块115。与此相应地，在检测光路66中设有另外的透镜154、156、158和160。此外，检测光路66包括另一分束器162以及一个长通滤光器164和一个短通滤光器166，它们设置在检测器152上游并且相结合地形成带通滤光器。附加的在其内分别产生样品52的中间图像的中间图像平面在图9中用168和170标出。从根据图10的光瞳成像的视图还可以得出光瞳图像的附加的位置173、174、176和178。

[0154] 图11示出一种相对于在图9和10中示出的设置结构修改的实施方式，在该实施方式中检测模块115由检测模块180代替。检测模块180包括一个检测器182，在该检测器上游设置有相组合地形成带通滤光器的长通滤光器184和短通滤光器186。此外，检测模块180在其内产生样品52的图像的中间图像平面188两侧包括两个另外的透镜190或192。

[0155] 除了分束器118之外，检测光路66在该实施方式中包括在图1中示出的型式的另一分束器194。两个分束器以根据关系式(1)或(2)确定的相等的距离设置在光瞳成像的位置121上游或下游。这能实现特别紧凑的构造，因为与根据图9和10的实施方式相比可以降低光学元件的数量。

[0156] 图12示出扫描显微镜20的另一实施方式，该实施方式参照根据图11的设计方案。

[0157] 根据图12的实施方式包括非退扫描检测单元58，该非退扫描检测单元总体上包括四个检测模块、即检测模块80以及三个另外的检测模块210、221和228。以下面描述的方式将检测光束54在光谱上分开地借助分束器级联输入给检测模块80、210、221和228。该分束器级联由分束器118以及另外的分束器203和214形成。在此，光谱选择分束器118、203和214在检测光路66中以其作用面分别以45°的角度相对于检测光路66的光轴设置。此外，分束器118、203和214分别以根据关系式(1)或(2)预定的距离设置物镜光瞳50的图像的位置下游。

[0158] 根据图12的实施方式考虑如下情况：分束器118、203和214分别参照光谱边缘反射比透射检测光束54的更大的光谱范围。因此，根据图12的实施方式通过在分束器118、203和214上反射规定检测模块80、210、221和228的级联。该实施方式还考虑如下情况：检测光束
54的仅仅未由相应另外的检测模块检测的最大的那个光谱部分可输入给每个检测模块80、
210、221和228。与此相应地，根据图12的实施方式不仅规定经由分束器反射的级联，而且规定经由利用检测模块80、210、221和228检测的光谱部分的波长的级联。最后提到的这个级联以最大的波长开始进行直至较短的波长。

[0159] 详细地，分束器118将检测光束54的在检测光之内具有最大波长的光谱部分透射到检测模块80中。该长波的光谱部分在穿过透镜84、86和倾斜设置的由长通滤光器110和短通滤光器114形成的滤光器对之后到达检测器88。检测光的剩下的光谱部分在分束器118上通过透镜210、202反射到分束器203上。分束器203将在输入给它的检测光之内具有最大波长的那个光谱部分透射到检测模块210中。在穿过透镜204、206和倾斜设置的由长通滤光器207和短通滤光器208形成的滤光器对之后，检测光的由分束器203透射的光谱部分到达检测器209。检测光的剩下的光谱部分由分束器203通过反射经由透镜211、213输入给分束器
214。

[0160] 分束器214将在输入给它的检测光之内具有最大波长的那个光谱部分透射到检测模块221中。在穿过透镜215、217和倾斜设置的由长通滤光器218和长通滤光器219形成的滤光器对之后，该透射的光谱部分到达检测器220。分束器214反射输入给它的检测光的剩下的光谱部分，使得该光谱部分在穿过透镜222、224和倾斜设置的由长通滤光器225和226形成的滤光器对之后到达检测器227。

[0161] 在根据图12的设置结构中，附图标记210、205、212、216和223表示产生样品52的中间图像所在的位置。

[0162] 根据图12的设置结构因此规定，检测光束54在其至检测器88、209、220和227的行程上相应地仅仅刚好在分束器118、203和214之一处经历一次透射。在光输出方面，这是有利的，因为分束器118、203和214的反射度高于其透射度。

[0163] 图13示出参照根据图11的设计方案的扫描显微镜20的另一种实施方式。在根据图11的设置结构中设有两个分束器194、118，这两个分束器设置在光瞳图像的位置121上游或下游。如果出发点是这两个分束器118和194具有相同的弥散，则它们离光瞳图像的位置121的距离也是相同的。根据图11的设置结构包括总共三个检测模块80、81和180。

[0164] 在根据图11的扩展方案中，在图13中示出的实施方式设置总共四个检测模块，即两个检测模块80、81以及两个另外的检测模块244、245。如同两个检测模块80、81那样，检测模块244、245也分别具有两个透镜232、234或238、240以及一个倾斜设置的由长通滤光器235或241和短通滤光器236或242形成的滤光器对和一个检测器237或243。

[0165] 根据图13的实施方式还具有另一分束器231，该分束器形成在图1中示出的型式的按照本发明的光谱选择构件10。分束器231如同分束器194那样倾斜地设置在检测光路66中。分束器118以根据条件(1)或(2)预定的距离设置在产生物镜光瞳50的图像所在的位置230下游。如果出发点是分束器231具有与分束器194的弥散相等的弥散，则分束器194、231离位置230具有相等的距离。

[0166] 在根据图13的设置结构中，附图标记233和239表示在其内分别产生样品52的中间图像的位置。

[0167] 图14示出一种实施方式，其中设有分束器对251、252或254、255，这些分束器对的分束器具有不同的弥散因而离在图14中用253标出的光瞳成像位置具有不同的距离。

[0168] 根据图14的实施方式包括总共五个检测模块286、287、288、289和290。每个所述检测模块包括两个透镜263、265、269、271、256、282、275、277、257、259以及一个倾斜设置的由长通滤光器266、272、283、278、260和段通滤光器267、273、284、279、261形成的滤光器对以及一个检测器268、274、285、280、262。

[0169] 如更上文提到的，两个分束器251、252可以由于其不同的弥散而设置成离光瞳成像的位置253具有不同的距离。因此，多个分束器可以按紧凑的设置结构设置在光瞳成像的位置253上游。相应的内容适用于位于位置253另一侧的两个分束器254、255设置在下游。

[0170] 图15示出一种具有两个检测模块301、302的实施方式，所述检测模块分别具有一个检测器300或294和一个设置在相应检测器上游的过滤器对，该过滤器对由长通滤光器298或295和短通滤光器299或292形成。与根据图2和6至14的实施方式不同，长通滤光器298或295和短通滤光器299或292分别在没有其他成像光学器件的情况下连接至分束器194。

[0171] 为了使根据图15的设置结构保持特别紧凑，滤光器对298、299或295、292在检测光路66中不是倾斜设置，而是以其面法线平行于检测光路66的光轴设置。与此相应地，滤光器对298、299或295、292位于光瞳成像的位置297或293处(或者至少在该位置的紧邻附近)。

[0172] 在图16中示出在图1中示出的光谱选择构件10的一种变型方案。用10'标出的该变型方案在图16的图下部中示出。为了比较，在图上部中示出一种与图1对应的实施方式。

[0173] 在图16中，V也表示变化轴或弥散轴，构件10的作用面12的光谱边缘沿着该变化轴或弥散轴变化。在图16中用L标出的横向于变化轴V延伸的线根据等高线图的形式说明相同光谱边缘的位置。如可从图16的图上部可得出的，对于构件10的线L垂直于变化轴V延伸。这意味着，在构件10中沿着垂直于变化轴V的方向光谱边缘不改变。

[0174] 与此相应地，在变型的构件10'中线L在其延伸走向中横向于变化轴V弯曲。因此，在10'构件中沿垂直于变化轴V的方向光谱边缘改变。光谱边缘垂直于变化轴V的该改变可以按更上文阐述的方式被利用，以便考虑如下情况，即，在两维扫描样品时检测光束在光谱选择构件上的实际入射角由两个参照彼此垂直的轴的扫描角度组成。

[0175] 最后在图17中示出扫描显微镜的另一种实施方式。该实施方式与之前描述的物镜48不仅用于照射而且用于检测的实施例的区别在于，在这里物镜48仅仅用于照射样品52。
据此，根据图17的检测设置结构以检测光工作，该检测光不再返回到物镜48中。而是，在根据图17的实施方式中，在样品52下游设置有光学器件305，该光学器件会聚检测光束54并且继续朝向检测单元80、210、221和258传输该检测光束。光学器件305例如构造成物镜或聚光器。在该实施方式中可以放弃在图12中示出的分束器46。

[0176] 前面参照图17描述的以投射的光工作的检测设置结构参考根据图12的实施例。然而要明确指出，所有之前描述的实施例可以按在图17中示出的型式变型。

[0177] 最后，为了完整起见要再一次指出：在前面描述的检测设置结构中，除了分束器46和滤光器120之外，所有分束器和滤光器、即边缘滤光器、长通滤光器和短通滤光器形成按照本发明类型的光谱选择构件。

标题	发布/更新时间	阅读量
扫描显微镜-专利编号CN107924048A	2020-05-12	548
变焦显微镜-专利编号CN106575029A	2020-05-12	363
显微镜载物台-专利编号CN102540441B	2020-05-13	521
显微镜载物台-专利编号CN102540441A	2020-05-13	715
电子束显微镜-专利编号CN110310876A	2020-05-13	864
显微镜-专利编号CN104423027A	2020-05-11	355
显微镜-专利编号CN107340584B	2020-05-11	763
变焦显微镜-专利编号CN106575029B	2020-05-12	149
显微镜-专利编号CN107340584A	2020-05-11	456
显微镜-专利编号CN108535854A	2020-05-11	897

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