DE102006037524A1 - Spektrometersystem mit IR-Mikroskop und elektronisch umschaltbaren Detektoren - Google Patents

Spektrometersystem mit IR-Mikroskop und elektronisch umschaltbaren Detektoren Download PDF

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Abstract

Ein Spektrometersystem (1), umfassend ein IR(Infrarot)-Spektrometer (2) und ein IR-Mikroskop (3), wobei im IR-Mikroskop (3) eine Probe (42) und ein erster Detektor (21; 31) vorgesehen sind, wobei das IR-Mikroskop (3) so ausgebildete ist, dass im Messbetrieb die Probe (42) über einen Zwischenfokus (44) auf den ersten Detektor (21; 31) abgebildet wird, ist dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein zweiter Detektor (24, 25; 33) vorgesehen ist, dessen Detektorfläche (26, 27; 34) parallel zur Detektorfläche (22; 32) des ersten Detektors (21; 31) verläuft, dass die Detektorfläche (26, 27; 34) des mindestens einen zweiten Detektors (24, 25; 33) wenigstens 5 mal größer ist als die Detektorfläche (22; 32) des ersten Detektors (21; 31), dass der erste (21; 31) und der mindestens eine zweite Detektor (24, 25; 33) unmittelbar benachbart angeordnet sind, wobei die Detektorfläche (26, 27; 34) des mindestens einen zweiten Detektors (24, 25; 33) die Detektorfläche (22; 32) des ersten Detektors (21, 31) weitgehend umgibt, und dass der erste Detektor (21; 31) unabhängig von dem mindestens einen zweiten Detektor (24, 25; 33) auslesbar ist. Beim erfindungsgemäßen Spektrometersystem kann ein gutes Signal-zu-Rausch-Verhältnis sowohl bei großen als auch bei kleinen ausgewählten Probenbereichen erreicht werden.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Spektrometersystem, umfassend ein IR(Infrarot)-Spektrometer und ein IR-Mikroskop, wobei im IR-Mikroskop eine Probe und ein erster Detektor vorgesehen sind, wobei das IR-Mikroskop so ausgebildet ist, dass im Messbetrieb die Probe über einen Zwischenfokus auf den ersten Detektor abgebildet wird.
  • Ein solches Spektrometersystem ist beispielsweise bekannt geworden durch die Firmendruckschrift „Hyperion series Microspectroscopy" der Bruker Optics Inc., Billerica, MA, USA, 2005 und das darin beschriebene Modell Hyperion 1000.
  • Infrarot(IR)-spektroskopie ist ein Verfahren der instrumentellen Analytik. Mittels IR-Spektroskopie können Schwingungsbanden von Molekülen oder Molekülgruppen in einer Probe bestimmt werden, wodurch die Moleküle oder Molekülgruppen in der Probe identifiziert werden können.
  • Mit gewöhnlichen Spektrometersystemen werden örtlich nicht aufgelöste Informationen von Proben, beispielsweise Pulver- oder Flüssigkeitsproben, gewonnen. Ein in einem solchen Spektrometersystem eingesetzter, nulldimensionaler IR-Detektor hat eine Kantenlänge der Detektorfläche von typischerweise um 1 mm.
  • Mit Spektrometersystemen mit IR-Mikroskop werden ortspezifische Informationen von räumlich ausgedehnten Proben, beispielsweise Oberflächen von Dünnschichtproben, gewonnen. Mittels der Mikroskopmechanik (etwa ein xy-Tisch) und der Mikroskopoptik (etwa einer Blende) wird ein kleiner Bereich der Probe ausgewählt. Nur diejenige IR-Strahlung, die mit dem ausgewählten Bereich in Wechselwirkung getreten ist, wird ausgewertet. Die örtliche Variation der Probe wird durch ein Abscannen der Probe, d.h. relative Verschiebung des ausgewählten Bereichs auf der Probe, erreicht. Der nulldimensionale IR-Detektor (oder Einelementdetektor) eines IR-Mikroskops hat typischerweise eine Kantenlänge der Detektorfläche um 50–250 μm.
  • Alle IR-Detektoren erzeugen im Betrieb ein Rauschen, was die Auswertung der Probensignale erschwert. Dieses Rauschen ist um so größer, je größer die Kantenlänge der Detektorfläche des IR-Detektors ist.
  • Bei IR-Mikroskopen werden daher relativ kleine Detektoren eingesetzt, um das Raschen zu begrenzen. Allerdings kann die kleine Detektorfläche dazu führen, dass nur ein Teil der interessierende IR-Strahlung von der Probe am Detektor registriert wird, und ein anderer Teil am Detektor vorbeigeht; somit können Probeninformation verloren gehen. Dies kann insbesondere bei einem größeren ausgewählten Probenbereich vorkommen. Würde hingegen ein größerer IR-Detektor verwendet, so kann dies zu einer nur geringen Ausleuchtung der Detektorfläche und übermäßigem Rauschen führen. Dies ist insbesondere bei kleinen ausgewählten Probenbereichen zu erwarten.
  • Aufgabe der Erfindung
  • Demgegenüber ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Spektrometersystem der eingangs vorgestellten Art vorzustellen, bei dem ein gutes Signal-zu-Rauschverhältnis sowohl bei großen als auch bei kleinen ausgewählten Probenbereichen erreicht werden kann.
  • Kurze Beschreibung der Erfindung
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Spektrometersystem der eingangs vorgestellten Art, dass dadurch gekennzeichnet ist, dass mindestens ein zweiter Detektor vorgesehen ist, dessen Detektorfläche parallel zur Detektorfläche des ersten Detektors verläuft,
    dass die Detektorfläche des mindestens einen zweiten Detektors wenigstens 5 mal größer ist als die Detektorfläche des ersten Detektors,
    dass der erste und der mindestens eine zweite Detektor unmittelbar benachbart angeordnet sind, wobei die Detektorfläche des mindestens einen zweiten Detektors die Detektorfläche des ersten Detektors weitgehend umgibt, und dass der erste Detektor unabhängig von dem mindestens einen zweiten Detektor auslesbar ist.
  • Mit dem erfindungsgemäßen Spektrometersystem kann der optimale Detektor für den ausgewählten Probenbereich eingesetzt werden. Für die Untersuchung eines vergleichsweise kleinen Probenbereichs kann der erste Detektor eingesetzt und allein ausgelesen werden. Auf grund seiner geringeren Größe erzeugt er weniger Rauschen als der mindestens eine zweite Detektor; sein separates Auslesen verhindert einen Eintrag von Rauschen aus den zweiten Detektoren (Ein Pixel eines FPA-Detektors kann beispielsweise in diesem Sinne nicht separat bzw. unabhängig von den übrigen Pixeln ausgelesen werden). Dabei kann der erste Detektor gut ausgeleuchtet werden, was bei dem größeren, mindesten einen zweiten Detektor nicht der Fall wäre. Für die Untersuchung eines vergleichsweise großen Probenbereichs können der mindestens eine zweite Detektor allein, oder auch (bevorzugt) der erste und der mindestens eine zweite Detektor gemeinsam, eingesetzt werden. Die IR-Strahlung von der Probe, die den ersten Detektor verfehlt, wird vom diesen umgebenden, mindestens einen zweiten Detektor registriert und kann daher ausgewertet werden. Ein Informationsverlust wird dadurch vermieden. Der mindestens eine zweite Detektor wird dann auch gut ausgeleuchtet, so dass auch hier ein gutes Signal-zu-Rausch-Verhältnis erreicht wird.
  • Die Umschaltung zwischen den Detektoren kann sehr einfach elektronisch erfolgen, nämlich durch die Auswahl des Detektors oder der Detektoren, die ausgelesen werden. Alternativ können beide Detektoren auch simultan (aber unabhängig voneinander) ausgelesen werden und die Auswahl des zu analysierenden Probenbereiches kann digital erfolgen.
  • Es wird angemerkt, dass erfindungsgemäß im Falle von mehreren zweiten Detektoren unter dem mindestens einen zweiten Detektor die Gesamtheit aller zweiten Detektoren verstanden wird, insbesondere bezüglich des Flächenverhältnisses von erstem Detektor und der Gesamtheit aller zweiten Detektoren, und auch bezüglich des Umgebens des ersten Detektors durch die Gesamtheit der zweiten Detektoren. Im Falle von mehreren zweiten Detektoren wird die Gesamtheit der zweiten Detektoren gemeinsam ausgelesen, so dass die Detektorflächen aller zweiten Detektoren eine Gesamt-Detektorfläche bilden, aus der eine integrale Information gewonnen wird.
  • Der erste Detektor wird von dem mindestens einen zweiten Detektor zumindest teilweise in Richtung der Erstreckung der Detektorflächen umgeben, insbesondere an drei oder auch an allen vier Seiten der Detektorfläche des ersten Detektors.
  • Der erste Detektor und der zweite Detektor bzw. die zweiten Detektoren sind jeweils als nulldimensionale Detektoren ohne Ortsauflösung ausgebildet. Mit nulldimensionalen Detektoren (Einelementdetektoren) kann ein sehr gutes Signal-zu-Rausch-Verhältnis (=SNR) erzielt werden, das insbesondere dem SNR von FPA-Detektoren (FPA=focal plane array) überlegen ist. Im Rahmen der Erfindung werden FPA-Detektoren nicht eingesetzt.
  • Der erste und der mindestens eine zweite Detektor können sich im Detektortyp, insbesondere im Detektormaterial, unterscheiden. Dadurch kann eine Anpassung an die jeweilige Detektionsaufgabe erfolgen, beispielsweise bezüglich der Empfindlichkeit.
  • Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
  • Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der die Detektorfläche des mindestens einen zweiten Detektors wenigstens 10 mal, insbesondere wenigstens 25 mal, größer ist als die Detektorfläche des ersten Detektors. Mit diesen Flächenverhältnissen kann durch die Umschaltung der Detektoren eine noch größere Verbesserung des SNR erzielt werden.
  • Vorteilhaft ist weiterhin eine Ausführungsform, bei der der erste und der mindestens eine zweite Detektor in einem gemeinsamen Kühlgehäuse angeordnet sind, insbesondere wobei eine Kühlung mit flüssigem Stickstoff eingerichtet ist. Dadurch kann bei einfachem Aufbau und kostengünstig die Kühlung des ersten und des mindestens einen zweiten Detektors mit nur einer Kühleinrichtung erfolgen.
  • Bevorzugt ist weiterhin eine Ausführungsform, bei der der erste Detektor und/oder der mindestens eine zweite Detektor ein HgCdTe-Detektor ist. HgCdTe-Detektoren sind in der Praxis bewährt.
  • Ebenfalls bevorzugt ist eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Spektrometersystems, bei der das IR-Mikroskop für einen Reflexionsbetrieb und/oder einen Transmissionsbetrieb und/oder für einen ATR(abgeschwächte Totalreflexion)-Betrieb ausgebildet ist. Mit diesen Betriebsmodi können alle wichtigen Probentypen vermessen werden.
  • Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform, die vorsieht, dass das IR-Spektrometer als FTIR(Fourier-Transformations-Infrarot)-Spektrometer ausgebildet ist. FTIR-Spektrometer sind in der Praxis bewährt.
  • Vorteilhaft ist eine Ausführungsform, bei der der erste Detektor in einer Ausnehmung der Detektorfläche des mindestens einen zweiten Detektors angeordnet ist. Dies vermeidet einen Überlapp der Detektoren und ermöglicht die Anordnung der Detektorflächen von erstem und zweitem Detektor in der gleichen Ebene.
  • Vorteilhaft ist auch eine Ausführungsform, bei der der erste Detektor zwischen zwei zweiten Detektoren angeordnet ist. Dadurch kann ein weitestgehendes Umgeben des ersten Detektors durch die zweiten Detektoren bei einem einfachen Aufbau der zweiten Detektoren erreicht werden.
  • Eine bevorzugte Weiterbildung dieser Ausführungsform sieht vor, dass die zwei zweiten Detektoren im Wesentlichen C-förmig ausgebildet und aufeinander zu gerichtet sind. In der Mitte der beiden Cs kann der erste Detektor angeordnet werden, der dann allseitig von zweiten Detektoren umgeben ist. Alternativ kann mit ähnlichem Vorteil auch ein C-förmiger zweiter Detektor und ein rechteckförmiger zweiter Detektor eingesetzt werden.
  • Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass der erste Detektor auf der Detektorfläche des zweiten Detektors angeordnet ist. Dies ist besonders einfach zu fertigen und gestattet beliebige Ausrichtungen der Detektorflächen, insbesondere eine vollständige Umgebung der Detektorfläche des ersten Detektors. Dabei können sich die Detektoren im Typ unterscheiden.
  • Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der im Zwischenfokus eine Blende angeordnet ist. Durch die Blende kann der auf den Detektor abzubildende Bereich der Probe auf einfache Weise ausgewählt werden; die übrige Probe wird abgeschattet. Am Zwischenfokus ist auch ausreichend Platz für die Blende, so dass ein einfacher Aufbau bzw. gute Handhabbarkeit gewährleistet ist. Weder Probe noch Detektor stören die Blendenanordnung.
  • Bei einer vorteilhaften Weiterbildung dieser Ausführungsform ist die Blende als eine variable Blende mit veränderlichem Blendendurchmesser ausgebildet. Dadurch kann die Größe des ausgewählten Probenbereichs variiert werden. Die variable Blende kann bevorzugt realisiert werden durch eine Iris oder eine Schneidenblende; dies gestattet quasi stufenlose Blendendurchmesser. Alternativ sind auch Wechselblenden möglich, etwa auf einem Blendenrevolver.
  • Bevorzugt ist der erste Detektor vollständig vom mindestens einen zweiten Detektor umgeben. Weiterhin bevorzugt ist der erste Detektor bezüglich des zweiten Detektors zentriert (d.h. die erste Detektorfläche liegt mittig in der zweiten Detektorfläche). Dann wird beim Umschalten der Detektoren nur die Erstreckung der Umgebung um einen Probenpunkt, aus der Informationen gewonnen werden, verändert, nicht aber die relative Position des Probenpunkts auf der Probe. Dies erleichtert die Orientierung auf der Probe.
  • Ebenfalls bevorzugt ist es, wenn das IR-Mikroskop ein optisches System aufweist, welches eine vergrößerte, lichtoptische Betrachtung der Probe, insbesondere des für die IR-Spektroskopie ausgewählten Probenbereichs, im sichtbaren Spektralbereich gestattet.
  • Im Rahmen der Erfindung ist es auch möglich, den mindesten einen zweiten Detektor wiederum von mindestens einem dritten Detektor zu umgeben, dessen Detektorfläche ebenfalls parallel zur Detektorfläche des ersten Detektors verläuft. Der mindestens eine dritte Detektor kann wiederum von mindestens einem weiteren Detektor umgeben sein und so fort. Dadurch kann beim Auswerten der Detektoren eine feine Anpassung an die Ausleuchtung der Detektoren erfolgen, um das SNR zu optimieren. Für eine solche Anordnung können ringförmige Detektorelemente, die konzentrisch um den zentralen ersten Detektor angeordnet sind, eingesetzt werden. Die ringförmigen Detektorelemente können getrennt ausgelesen werden.
  • Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der Zeichnung. Ebenso können die vorstehend genannten und die noch weiter ausgeführten Merkmale erfindungsgemäß jeweils einzeln für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen Verwendung finden. Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung.
  • Zeichnung und detaillierte Beschreibung der Erfindung
  • Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 eine schematische Schrägansicht eines erfindungsgemäßen Spektrometersystems mit IR-Spektrometer und IR-Mikroskop;
  • 2 eine schematische Aufsicht auf eine Detektionsanordnung mit einer zentralen Detektorfläche eines ersten Detektors und zwei zweiten Detektoren mit jeweils C-förmigen Detektorflächen für ein erfindungsgemäßes Spektrometersystem;
  • 3 eine schematische Aufsicht auf eine weitere Detektionsanordnung mit einer zentralen Detektorfläche eines ersten Detektors, der auf der Detektorfläche eines zweiten Detektors angeordnet ist, für ein erfindungsgemäßes Spektrometersystem;
  • 4 eine schematische Darstellung des Strahlengangs in einem IR-Mikroskop für ein erfindungsgemäßes Spektrometersystem.
  • Die 1 zeigt in schematischer Schrägansicht ein erfindungsgemäßes Spektrometersystem 1 von außen.
  • Das Spektrometersystem 1 umfasst ein Infrarotspektrometer 2, in dem eine Infrarotquelle (nicht abgebildet) und ein Interferometer (nicht abgebildet) angeordnet sind.
  • Unmittelbar an das IR-Spektrometer 2 angeschlossen ist ein IR-Mikroskop 3, so dass ein IR-Lichtstrahl des Infrarotspektrometers 2 ins IR-Mikroskop 3 geführt und dort eingesetzt werden kann.
  • Das IR-Mikroskop 3 verfügt über einen Probenteller 4, der horizontal in x- und y-Richtung und auch vertikal in z-Richtung verschoben werden kann, entweder manuell oder mittels einer elektromotorischen Steuerung. Auf dem Probenteller 4 kann eine zu untersuchende Probe angeordnet werden.
  • Im IR-Mikroskop 3 ist eine Detektionsanordnung umfassend einen ersten IR-Detektor und mindestens einen zweiten IR-Detektor vorgesehen, wie in den 2 und 3 erläutert. Der Strahlengang des IR-Lichtstrahls im IR-Mikroskop 3 wird in 4 näher erläutert.
  • Das IR-Mikroskop 3 verfügt auch über ein lichtoptisches System für sichtbares Licht. Über ein Doppelokular 5 kann eine Probe auch mit dem menschlichen Auge vergrößert betrachtet werden. Bevorzugt ist dabei ein optisches Bauteil, insbesondere eine Blende oder Skalenschablone in einem lichtoptischen Zwischenfokus, vorgesehen, die den für die IR-Spektroskopie ausgewählten Probenbereich lichtoptisch kenntlich macht. Mit der Skalenschablone (etwa eine Glasplatte mit Strichmarkierung) kann auch eine Betrachtung der Probe über den ausgewählten Probenbereich hinaus erfolgen.
  • Die 2 zeigt in schematischer Aufsicht eine Detektionsanordnung 20 für ein IR-Mikroskop für die Erfindung.
  • Die Detektionsanordnung 20 umfasst einen ersten IR-Detektor 21, der eine näherungsweise quadratische, ebene Detektorfläche 22 aufweist. An der oberen und unteren Kante der Detektorfläche 22 sind metallische Kontakte 23a, 23b vorgesehen, über die der Detektor 21 ausgelesen werden kann.
  • Die Detektionsanordnung 20 umfasst weiterhin zwei zweite Detektoren 24, 25 mit jeweils ebenen, C-förmigen Detektorflächen 26, 27. Die Cs zeigen dabei mit ihren Armen aufeinander zu, wodurch ein Innenraum umgriffen wird. In diesem Innenraum ist die Detektorfläche 22 des ersten Detektors 21 angeordnet. Die Detektorflächen 26, 27 der zweiten Detektoren 24, 25 können auch als rechteckförmig mit jeweils einer zum Zentrum der Detektionsanordnung 20 gerichteten Ausnehmung A aufgefasst werden, wobei die Detektorfläche 22 des ersten Detektors 21 in dem von den Ausnehmungen A definierten Raum angeordnet ist. Die Detektorflächen 26, 27 der zweiten Detektoren 24, 25 sind an den Ober- und Unterkanten jeweils an metallische Kontakte 28a, 28b, 29a, 29b angeschlossen, über die die zweiten Detektoren 24, 25 ausgelesen werden können.
  • Die Detektoren 21, 24, 25 sind auf einem Träger 20a angeordnet. Die Detektorflächen 22, 26, 27 befinden sich in z-Richtung (senkrecht zur Zeichenebene) auf gleicher Höhe.
  • Im dargestellten Fall beträgt die Detektorfläche 22 des ersten Detektors 21 etwa 1/25 der Gesamt-Detektorfläche der beiden zweiten Detektoren 24, 25. Wenn der Probenbereich, der auf die Detektoranordnung 20 abgebildet wird, im Wesentlichen nur die Detektorfläche 22 des ersten Detektors 21 ausleuchtet, wird erfindungsgemäß nur der erste Detektor 21 ausgelesen und ausgewertet. Dabei wird ein gutes SNR erreicht. Wird hingegen ein größerer Probenbereich abgebildet, der auch die Detektorflächen 26, 27 der zweiten Detektoren 24, 25 ausleuchtet, so können der erste Detektor 21 und die zweiten Detektoren 24,25 ausgelesen werden und die detektierten Signale integral ausgewertet werden. Information geht nur in sehr geringem Umfang verloren, nämlich entsprechend dem Anteil des Probenbildes (oder ausgewählten Probenbereichs), der an den Detektoren 21, 24 25 vorbei geht, und beispielsweise unmittelbar auf den Träger 20a im Zwischenraum zwischen den Detektoren 21, 24, 25 trifft.
  • Eine typische Kantenlänge der ersten Detektorfläche 21 beträgt 20 μm bis 200 μm, und eine typische Außenabmessung der Gesamtdetektorfläche der zweiten Detektoren 24, 25 beträgt 100 μm bis 1000 μm.
  • Die 3 zeigt eine andere erfindungsgemäße Ausgestaltung eine Detektionsanordnung 30, umfassend einen ersten Detektor 31 und einen zweiten Detektor 33.
  • Der erste Detektor 31 ist auf der Oberseite der Detektorfläche 34 des zweiten Detektors 33 angeordnet, beispielsweise aufgeklebt. Dadurch wird ein geringer Teil der Detektorfläche 34 des zweiten Detektors 33 abgeschattet. Der freibleibende Teil der Detektorfläche 34 des zweiten Detektors 33 ist ca. 8 mal so groß wie die Detektorfläche 32 des ersten Detektors 31.
  • Der erste Detektor 31 wird mittels dünner Drähte 35 kontaktiert, so dass eine Abschattung des zweiten Detektors 33 durch die Kontaktierung des ersten Detektors 31 minimiert ist.
  • Der erste Detektor 31 und der zweite Detektor 33 sind jeweils als HgCdTe-Detektor ausgebildet und in einem gemeinsamen Kühlgehäuse 36 angeordnet, das beispielsweise mittels flüssigem Stickstoff gekühlt werden kann. Alternativ können auch andere Materialien als Detektor eingesetzt werden (z. B. InSb), oder der Typ oder das Material des ersten Detektors 31 kann sich von dem des zweiten Detektors 33 unterscheiden.
  • Die 4 zeigt schematisch den IR-Strahlengang in einem IR-Mikroskop gemäß der Erfindung im Transmissionsbetrieb.
  • An einem Kondensor 41 einfallende IR-Strahlung (nicht dargestellt) wird auf die eine Probe 42 fokussiert. Die Probe 42 kann senkrecht zum Strahlengang in x- und y-Richtung verschoben werden, um einen bestimmten Ort auf der Probe 42 in das Zentrum des Strahlengangs zu bringen.
  • Mittels eines Objektivs 43 (oder eines anderen geeigneten optischen Bauteils) wird die Probe 42 auf einen Zwischenfokus 44 abgebildet. Am Zwischenfokus 44 ist eine variable Blende 45 angeordnet, mit der ein nicht interessierender Teil der Probe 42 abgeschattet werden kann, wodurch ein interessierender Probenbereich ausgewählt wird. Durch den variablen Biendendurchmesser der variablen Blende 45 kann der ausgewählte Probenbereich in seiner Größe variiert werden. Eine Variation im Blendendurchmesser erschiene in der 4 als Veränderung des Abstands der im Querschnitt sichtbaren beiden Seitenteile der variablen Blende 45. Bei geeigneter Ausgestaltung der variablen Blende 45 kann auch die Geometrie des ausgewählten Probenbereichs variiert werden.
  • Der Zwischenfokus 44 – und damit auch die variable Blende 45 und die Probe 42 (bzw. der ausgewählte Probenbereich der Probe 42) – werden mittels eines Objektivs 46 (oder eines anderen geeigneten optischen Bauteils) auf eine Detektionsanordnung 47 abgebildet. Die Detektionsanordnung 47 umfasst erfindungsgemäß einen ersten Detektor und mindestens einen zweiten Detektor, zwischen denen elektronisch umgeschaltet werden kann. Dabei braucht der Strahlengang nicht verändert zu werden. Durch die sich gegenseitig umgebende, näherungsweise koplanare Anordnung der Detektoren ist insbesondere keinerlei mechanisches Umschalten zwischen den Detektoren erforderlich.
  • Zusammenfassend schlägt die Erfindung vor, in einem Spektrometersystem mit IR-Mikroskop einen ersten und mindestens einen zweiten Detektor in im Wesentlichen der gleichen Ebene (Detektionsebene) einzusetzen, wobei die Gesamtheit der zweiten Detektoren eine deutlich größere Detektorfläche besitzt als der erste Detektor und die Gesamtheit der zweiten Detektoren mit ihrer Detektorfläche die Detektorfläche des ersten Detektors umschließt. Je nach Größe des abzubildenden Probenbereichs kann ein Detektor oder eine Kombination von Detektoren mit dem besten SNR eingesetzt werden.

Claims (12)

  1. Spektrometersystem (1), umfassend ein IR(Infrarot)-Spektrometer (2) und ein IR-Mikroskop (3), wobei im IR-Mikroskop (3) eine Probe (42) und ein erster Detektor (21; 31) vorgesehen sind, wobei das IR-Mikroskop (3) so ausgebildet ist, dass im Messbetrieb die Probe (42) über einen Zwischenfokus (44) auf den ersten Detektor (21; 31) abgebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein zweiter Detektor (24, 25; 33) vorgesehen ist, dessen Detektorfläche (26, 27; 34) parallel zur Detektorfläche (22; 32) des ersten Detektors (21; 31) verläuft, dass die Detektorfläche (26, 27; 34) des mindestens einen zweiten Detektors (24, 25; 33) wenigstens 5 mal größer ist als die Detektorfläche (22; 32) des ersten Detektors (21; 31), dass der erste (21; 31) und der mindestens eine zweite Detektor (24, 25; 33) unmittelbar benachbart angeordnet sind, wobei die Detektorfläche (26, 27; 34) des mindestens einen zweiten Detektors (24, 25; 33) die Detektorfläche (22; 32) des ersten Detektors (21, 31) weitgehend umgibt, und dass der erste Detektor (21; 31) unabhängig von dem mindestens einen zweiten Detektor (24, 25; 33) auslesbar ist.
  2. Spektrometersystem (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektorfläche (26, 27; 34) des mindestens einen zweiten Detektors (24, 25; 34) wenigstens 10 mal, insbesondere wenigstens 25 mal, größer ist als die Detektorfläche (22; 32) des ersten Detektors (21; 31).
  3. Spektrometersystem (1) nach einem dervorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste (21; 31) und der mindestens eine zweite Detektor (24, 25; 33) in einem gemeinsamen Kühlgehäuse (36) angeordnet sind, insbesondere wobei eine Kühlung mit flüssigem Stickstoff eingerichtet ist.
  4. Spektrometersystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Detektor (21; 31) und/oder der mindestens eine zweite Detektor (24, 25; 33) ein HgCdTe-Detektor ist.
  5. Spektrometersystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das IR-Mikroskop (3) für einen Reflexionsbetrieb und/oder einen Transmissionsbetrieb und/oder für einen ATR(abgeschwächte Totalreflexion)-Betrieb ausgebildet ist.
  6. Spektrometersystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das IR-Spektrometer (3) als FTIR(Fourier-Transformations-Infrarot)-Spektrometer ausgebildet ist.
  7. Spektrometersystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Detektor (21) in einer Ausnehmung (A) der Detektorfläche (26, 27) des mindestens einen zweiten Detektors (24, 25) angeordnet ist.
  8. Spektrometersystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dass der erste Detektor (21) zwischen zwei zweiten Detektoren (24, 25) angeordnet ist.
  9. Spektrometersystem (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei zweiten Detektoren (24, 25) im Wesentlichen C-förmig ausgebildet und aufeinander zu gerichtet sind.
  10. Spektrometersystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Detektor (31) auf der Detektorfläche (34) des zweiten Detektors (33) angeordnet ist.
  11. Spektrometersystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Zwischenfokus (44) eine Blende angeordnet ist.
  12. Spektrometersystem (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Blende als eine variable Blende (45) mit veränderlichem Blendendurchmesser ausgebildet ist.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009255514A (ja) * 2008-03-26 2009-11-05 Seiko Epson Corp 液体吐出方法、液体吐出ヘッド、及び、液体吐出装置

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3303140A1 (de) * 1983-01-31 1984-08-02 Bruker Analytische Meßtechnik GmbH, 7512 Rheinstetten Infrarot-spektrometer
US4542295A (en) * 1983-09-29 1985-09-17 Mattson David R Spectrometer with selectable area detector
US4760260A (en) * 1986-08-15 1988-07-26 Westinghouse Electric Corp. Diagnostic whole body counter
US4999610A (en) * 1989-11-27 1991-03-12 Aritech Corporation Multi-range infrared detector
US5945674A (en) * 1997-07-30 1999-08-31 Vysis, Inc. Method of identifying cellular types in a biological sample supported on an absorptive substrate by infrared spectroscopy
EP1184703B1 (de) * 2000-08-29 2010-06-23 PerkinElmer Singapore Pte. Ltd. Mikroskop für Infrarotabbildung

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE112013002224B4 (de) 2012-04-27 2020-08-06 Thermo Electron Scientific Instruments Llc Spektrometer mit eingebauter ATR und Zubehörfach

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