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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Untersuchen einer Probe mittels mehrerer Untersuchungsmethoden.
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Hintergrund
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Es gibt zahlreiche Verfahren, bei denen zur Untersuchung einer nicht transparenten Probe Aufbauten nötig sind, die den geometrischen Raum in der Nähe der Probe benötigen und daher einschränken. Als Beispiel sei hier der Wunsch genannt, das Objekt optisch mit hoher Auflösung zu betrachten. Hierfür wird ein Objektiv benötigt, das bei einer hohen numerischen Apertur und guten Abbildungseigenschaften in der Regel einen kleinen Abstand zum Objekt aufweist und einen Durchmesser von einigen Zentimetern hat.
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Eine weitere Methode, zum Beispiel ein Sondenmikroskop muss nun mit dem vorhandenen Platz auskommen. Ein optimaler Aufbau verlangt in diesem Fall aber auch, dass die Sonde und deren Halter und Versteller sehr kompakt angeordnet sind. Ein Abweichen von diesem Prinzip führt in aller Regel zu einer nicht mehr optimalen Ausführungsform im Sinne der Messung. Es muss demnach ein Kompromiss gefunden werden, bei dem die Güte der optischen Methode und die Güte der anderen Methoden gegeneinander abgewogen werden müssen. Im Fall des Sondenmikroskops wird in den meisten Fällen Licht zur Detektion benutzt, um zum Beispiel die Auslenkung des Cantilevers zu bestimmen. Es kann auch sein, dass die beiden Methoden in Kombination betrieben werden müssen. Dies ist beispielsweise der Fall für TERS („Tip-Enhanced Raman Spectroscopy“), einer Methode, bei der Licht auf die Spitze eines Sondenmikroskops geleitet wird und zurück kommendes Licht einer Raman Analyse zugeleitet wird.
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Zusammenfassung
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Untersuchen einer Probe mittels mehrerer Untersuchungsmethoden zu schaffen, die in einem integrierten Messsystem die nicht kollidierende Nutzung der mit Hilfe verschiedener Untersuchungseinrichtungen ausgeführten Untersuchungsmethoden an ein und derselben Probe erleichtern.
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Die Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung zum Untersuchen einer Probe mittels mehrerer Untersuchungsmethoden nach dem unabhängigen Anspruch 1 sowie ein Verfahren zum Untersuchen einer Probe mittels mehrerer Untersuchungsmethoden nach dem unabhängigen Anspruch 13. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand von abhängigen Unteransprüchen.
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Es ist eine Vorrichtung zum Untersuchen einer Probe mittels mehrerer Untersuchungsmethoden geschaffen, die einen Probenträger aufweist, welcher geeignet ist, eine zu untersuchende Probe in einem Probenaufnahmebereich aufzunehmen. Der Probenträger kann aus einem oder mehreren Materialien bestehen. Er kann Licht transparente und / oder für Licht nicht transparente Abschnitte aufweisen. Es kann vorgesehen sein, dass es sich bei dem Probenträger um ein flaches Bauteil handelt, beispielsweise eine Probenträgerplatte. Der Probenträger kann an einer Halteinrichtung aufgenommen sein. Die Vorrichtung verfügt über eine erste und eine zweite Untersuchungseinrichtung, die geeignet sind, eine erste und eine zweite, von der ersten verschiedene Untersuchungsmethode für ein Bestimmen der Probe bereitzustellen. Mit Hilfe der Untersuchungseinrichtungen kann eine im Probenaufnahmebereich des Probenträgers angeordnete Probe auf unterschiedliche Art und Weise untersucht werden, insbesondere zum Erfassen unterschiedlicher Messergebnisse für die Probe. Die Probe kann hierbei auf dem Probeträger in einer Fluidumgebung aufgenommen sein, beispielsweise einer Flüssigkeitsumgebung.
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Die erste Untersuchungseinrichtung weist einen ersten optischen Strahlengang für ein erstes Messlicht auf, welches bei der ersten Untersuchungsmethode genutzt wird. Entlang des ersten optischen Strahlenganges werden Lichtstrahlen des ersten Messlichtes geführt beim Ausführen der ersten Untersuchungsmethode. Die zweite Untersuchungseinrichtung weist einen zweiten Strahlengang für ein zweites Messlicht auf, entlang dem beim Ausführen der zweiten Untersuchungsmethode Lichtstrahlen des zweiten Messlichtes verlaufen. Es kann vorgesehen sein, dass der erste und der zweite optische Strahlengang sich in einem oder mehreren Teilabschnitten, die getrennt oder zusammenhängend gebildet sein können, überlappen. Mit der Vorrichtung ist ein integriertes Messsystem geschaffen, welches die Probenuntersuchung mit mehreren verschiedenen Untersuchungsmethoden ermöglicht.
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Die erste und / oder die zweite Untersuchungseinrichtung weisen ein Sondenmikroskop auf, mit dem die zu untersuchende Probe sondenmikroskopisch untersucht werden kann. Dem Sondenmikroskop kann in der jeweiligen Untersuchungseinrichtung der erste / zweite optische Strahlengang funktionell zugeordnet sein, derart, dass das erste / zweite Messlicht bei der sondenmikroskopischen Untersuchung der Probe genutzt wird, um das Messlicht entlang des Strahlenganges zu führen. Sondenmikroskope sind in verschiedenen Ausführungen als solche bekannt, zum Beispiel als Rastersondenmikroskop, beispielsweise in Form des Rasterkraftmikroskops.
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Die Vorrichtung verfügt weiterhin über ein optisches Bauteil, welches einem lichtdurchlässigen Abschnitt aufweist, in welchem das Material des optischen Bauteils zumindest für das erste Messlicht wenigstens teiltransparent ist. Die Transparenz des Materials des optischen Bauteils in dem lichtdurchlässigen Abschnitt kann eine nahezu vollständige Transmission oder auch nur eine Teiltransmission für das erste Messlicht bereitstellen. Das optische Bauteil weist einen wenigstens teilreflektierenden Abschnitt auf, beispielsweise eine wenigstens teilreflektierende Fläche, die zumindest für das zweite Messlicht lichtreflektierend ausgeführt ist. Hierdurch erfolgt eine Umlenkung von Lichtstrahlen des zweiten Messlichtes an der wenigstens teilreflektierenden Fläche. Die Reflexion kann spezifisch oder selektiv sein, zum Beispiel hinsichtlich einer wellenlängenselektiven Reflexion und / oder der Reflexion ausgewählter Polarisationskomponenten. Der erste optische Strahlengang verläuft durch das Material des optischen Bauteils in dem lichtdurchlässigen Abschnitt. Der zweite optische Strahlengang, welcher der zweiten Untersuchungseinrichtung zugeordnet ist, weist an dem wenigstens teilreflektierenden Abschnitt eine Umlenkung der Lichtstrahlen auf, die mittels Lichtreflexion bewirkt wird. Das optische Bauteil ermöglicht so eine die Analyse oder Untersuchung der Probe nicht behindernde Ausbildung sowohl des ersten als auch des zweiten optischen Strahlenganges, sei es zumindest zweitweise gleichzeitig zu unterschiedlichen Zeiten der Probenuntersuchung. Beide Untersuchungsmethoden können unter Ausnutzung des jeweiligen optischen Strahlenganges ohne gegenseitige Behinderung ausgeführt werden, insbesondere auch bei einer Probe, die für das erste und / oder das zweite Messlicht nicht transparent (lichtundurchlässig) ist.
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Weiterhin ist ein Verfahren zum Untersuchen einer Probe mittels mehrerer Untersuchungsmethoden vorgesehen, welches die folgenden Verfahrensschritte aufweist: Anordnen einer zu untersuchenden Probe in einem Probenaufnahmebereich eines Probenträgers; Ausführen einer sondenmikroskopischen Untersuchung der Probe mit einer ersten Untersuchungsmethode mittels einer ersten Untersuchungseinrichtung, die ein Sondenmikroskop aufweist, unter Verwendung eines ersten Messlichtes, wobei hierbei für das erste Messlicht ein erster optischer Strahlengang gebildet wird, der dem Sondenmikroskop zugeordnet ist; und Ausführen einer weiteren Untersuchung der Probe mit einer zweiten Untersuchungsmethode mittels einer zweiten, von der ersten verschiedenen Untersuchungseinrichtung unter Verwendung eines zweiten Messlichtes, wobei hierbei für das zweite Messlicht ein zweiter optischer Strahlengang gebildet wird; wobei beim Ausführen der sondenmikroskopischen Untersuchung der erste optische Strahlengang durch in einem lichtdurchlässigen Abschnitt eines optischen Bauteils durch ein Material des optischen Bauteils gebildet wird und wobei beim Ausführen der weiteren Untersuchung der zweite optische Strahlengang an einem wenigstens teilreflektierenden Abschnitt des optischen Bauteils mittels Lichtreflexion umgelenkt wird, oder umgekehrt. Es kann in Verbindung mit der ersten oder der zweiten Untersuchungseinrichtung ein Sondenmikroskop vorgesehen sein. Im Fall des Vorsehens eines jeweiligen Sondenmikroskops bei den beiden Untersuchungseinrichtungen können die erste und die zweite Untersuchungsmethode eine sondenmikroskopische Untersuchung der Probe umfassen.
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Es kann vorgesehen sein, dass der Probenträger an einer Halteeinrichtung aufgenommen ist, derart, dass eine Relativverlagerung zwischen Probenträger mit Probe im Probenaufnahmebereich einerseits und Elementen der ersten und / oder der zweiten Untersuchungseinrichtung andererseits ermöglich ist. Beispielsweise kann auf diese Weise eine Relativverlagerung zwischen einer Messsonde oder einem Messkopf einer oder beider Untersuchungseinrichtungen relativ zur Probe ermöglicht sein.
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In einer Ausführung kann ergänzend der zweite Strahlengang durch den Probenträger hindurch verlaufen, sei es durch einen hierin gebildeten Durchbruch und / oder ein für das zweite Messlicht zumindest teiltransparenten Materialabschnitt des Probenträgers. Allgemein werden die optischen Strahlengänge mit Hilfe lichtführender Bauelemente ausgeführt, insbesondere lichtleitende und / oder lichtreflektierende Bauelemente. Entlang eines so gebildeten optischen Strahlenganges können sich in geführter und gelenkter Art und Weise dann Lichtstrahlen des jeweiligen Messlichtes ausbreiten. Der optische Strahlengang kann in Luft und / oder durch beliebige wenigstens teiltransparente Materialien hindurch verlaufen.
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Bei dem optischen Bauelement kann es sich zum Beispiel um einen Glas- oder einen Kunststoffkörper handeln. Der lichtdurchlässige Abschnitt kann in einem Bereich des optischen Bauelementes mit zueinander planparallelen Endflächen ausgebildet sein. Ganz allgemein übernimmt das optische Bauelement für die optischen Strahlengänge, die den verschiedenen Untersuchungsmethoden zugeordnet sind, gemeinsam funktionelle Aufgaben, beispielsweise also Lichtumlenkung und / oder Lichttransmission. Das optische Bauteil ist insoweit beiden Untersuchungseinrichtungen zugeordnet.
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Eine Weiterbildung sieht vor, dass das optische Bauteil im Bereich des wenigstens teilreflektierenden Abschnittes eine ebene wenigstens teilreflektierende Fläche aufweist. Die ebene wenigstens teilreflektierende Fläche kann als eine Außenfläche am optischen Bauteil gebildet sein. In einer Ausführung kann die ebene Fläche im Wesentlichen parallel zur Ebene der Probenaufnahme angeordnet sein, zum Beispiel in einer horizontalen Lage. Es kann vorgesehen sein, dass die parallele Anordnung auch bei einer untersuchungsbedingten Verlagerung des optischen Bauteils relativ zur Probe erhalten bleibt. Hierbei kann die Verlagerung frei von einer Änderung des Reflexionsverhaltens im Bereich des zumindest teilreflektierenden Abschnittes ausführbar sein.
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Bei einer Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass das optische Bauelement an der ersten Untersuchungseinrichtung angeordnet ist. Das optische Bauteil kann hierbei an einem Element der ersten Untersuchungseinrichtung gehalten und gelagert sein, zum Beispiel am Sondenmikroskop. Beispielsweise kann das optische Bauteil an der ersten Untersuchungseinrichtung auf einer dem Probenaufnahmebereich zugewandten Seite angeordnet sein. Ist die erste Untersuchungseinrichtung, sei es in der Ausführung mit Sondenmikroskop oder ohne, im Wesentlichen oberhalb des Probenträgers angeordnet, kann das optische Bauelement auf einer Unterseite eines Elementes der ersten Untersuchungseinrichtung angeordnet sein, lösbar oder nicht lösbar. In dieser oder anderen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass das optische Bauelement an eine Verstell- oder Verlagerungseinrichtung koppelt, die es ermöglicht, die Relativlage des optischen Bauelementes in Relation zu anderen Bestandteilen der Vorrichtung zum Untersuchen der Probe zu verändern. Zum Beispiel kann das optische Bauelement an einem Verstellelement aufgenommen sein, das ein Verlagern in x-, y- und / oder z-Richtung erlaubt.
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Eine Ausführungsform sieht vor, dass das optische Bauelement mit einer Verlagerungseinrichtung in Verbindung steht, die der ersten und / oder der zweiten Untersuchungseinrichtung zugeordnet ist, derart, dass das optische Bauelement infolge einer untersuchungsbedingten und mit Hilfe der Verlagerungseinrichtung ausgeführten Verlagerung in der ersten und / oder der zweiten Untersuchungseinrichtung mitverlagert wird. Ein Mitverlagern des optischen Bauelementes kann zum Beispiel stattfinden, wenn bei einer der Untersuchungsmethoden eine Messsonde oder ein Messkopf relativ zum Probenaufnahmebereich mit der zu untersuchenden Probe verlagert wird. In einer Ausführung kann auf diese Weise sichergestellt werden, dass die Relativlage von optischem Bauteil zu Messsonde oder Messkopf aufrechterhalten wird, sodass in dieser Hinsicht und in diesem Bereich der zugeordnete optische Strahlengang unverändert bleibt. Auch kann hier vorgesehen sein, dass das optische Bauelement mit Hilfe der ihm zugeordneten Verstelleinrichtung nachjustierbar ist.
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Eine Fortbildung sieht vor, dass die zu untersuchende Probe zumindest für das zweite Messlicht nicht transparent ist. Alternativ kann die zu untersuchende Probe für das erste Messlicht oder das erste und das zweite Messlicht nicht transparent sein. Die Transparenz oder Nichttransparenz der zu untersuchenden Probe kann sich auf schmalere oder breitere Wellenlängenbereiche beziehen, beispielsweise auch den gesamten sichtbaren Bereich des Lichtes oder Ausschnitte hiervon. Aber auch nur hinsichtlich einzelner Wellenlängen kann eine transparente oder im Wesentlichen nicht transparente Ausführung der Probe gegeben sein.
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Bei einer Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass der Probenträger zumindest abschnittsweise aus einem für das zweite Messlicht transparenten Material besteht. Auf diese Weise ist ermöglicht, dass auch der zweite optische Strahlengang durch den Probenträger hindurch gebildet ist. Alternativ oder ergänzend zur transparenten Ausführung des Materials des Probenträgers können ein oder mehrere Durchbrüche in dem Probenträger vorgesehen sein, um einen Lichtdurchgang zumindest für das zweite Messlicht bereitzustellen. Der Probenträger kann in einer Halterung aufgenommen sein, die ihrerseits lichtundurchlässig ist. Die Probenträgerhalterung kann entlang des umlaufenden Randes des Probenträgers ein- oder mehrseitig gebildet sein, wobei durchgehende und / oder unterbrochene Halteabschnitte vorgesehen sein können.
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Eine Weiterbildung sieht vor, dass Messlichtstrahlen des zweiten Messlichtes auf dem Weg in Richtung zur Probe und / oder auf dem Weg in Richtung von der Probe weg entlang des zweiten optischen Strahlenganges an dem wenigstens teilreflektierenden Abschnitt umgelenkt werden. Die Messlichtstrahlen des zweiten Messlichtes, welche entlang des zweiten optischen Strahlenganges geführt werden, können auf ihrem Weg zum Probenaufnahmebereich hin und / oder auf ihrem Weg vom Probenaufnahmebereich weg durch den lichtdurchlässigen Abschnitt des optischen Bauteils verlaufen. Hierbei erfasst der zweite optische Strahlengang nicht notwendigerweise eine direkte Wechselwirkung der Messlichtstrahlen des ersten Lichtes mit der Probe. Vielmehr kann zum Beispiel der zweite optische Strahlengang eine Lichtumlenkung an einer Messsonde oder einem Messkopf aufweisen. Eine solche Untersuchungsmethode kann beispielsweise bei Sondenmikroskopen Anwendung finden, insbesondere Rastersondenmikroskopen. Dort verfügt ein sogenannter Cantilever über eine lichtreflektierende Fläche, an der Messlichtstrahlen umgelenkt werden. Die Wechselwirkung des Cantilevers mit der zu untersuchenden Probe ändert die Lichtablenkung des Messlichtes und liefert ein Messsignal, ohne dass das Messlicht direkt mit der zu untersuchenden Probe in Wechselwirkung tritt. Bei anderen Untersuchungsmethoden, beispielsweise der Fluoreszenzspektroskopie, wird entlang des genutzten optischen Strahlenganges Anregungslicht auf die zu untersuchende Probe gegeben. Von der Probe weg gelangen dann Fluoreszenzlichtstrahlen entlang des optischen Strahlenganges der Untersuchungseinrichtung. Die vorgenannten Ausführungen gelten allgemein für die verschiedenen Untersuchungseinrichtungen der hier beschriebenen Vorrichtung. Der Abschnitt des optischen Strahlenganges von der Probe weg führt üblicherweise zu einer Detektoreinrichtung, mit der Messlichtstrahlen detektiert werden, sei es zum Beispiel Fluoreszenzlicht oder am Cantilever abgelenktes Messlicht.
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Bei einer Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass Messlichtstrahlen des ersten Messlichtes auf dem Weg in Richtung zur Probe und / oder auf dem Weg in Richtung von der Probe weg entlang des ersten optischen Strahlenganges durch den lichtdurchlässigen Abschnitt des optischen Bauteils hindurch verlaufen. Die vorangehend in Verbindung mit den Messlichtstrahlen des zweiten Messlichtes gemachten Erläuterungen gelten für die Messlichtstrahlen des ersten Messlichtes entsprechend.
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Bei einer Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass der zumindest teilreflektierende Abschnitt an einer inneren Oberfläche des optischen Bauteils gebildet ist. Beispielsweise kann die innere Oberfläche an einem Prismabauteil gebildet sein. Die innere Oberfläche kann eben oder auch gekrümmt sein.
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Eine Ausführungsform sieht vor, dass die erste Untersuchungseinrichtung auf einer Seite des Probenträgers angeordnet ist, auf welcher der Probenaufnahmebereich gebildet ist. Die erste Untersuchungseinrichtung kann hierbei oberhalb des Probenträgers angeordnet sein. Der Probenträger teilt den Raumbereich um den Probenaufnahmebereich mit der Probe, sodass ein Raumbereich oberhalb des Probenträgers und ein Raumbereich unterhalb des Probenträgers bereitgestellt sind. Die Verwendung des vorgeschlagenen optischen Bauteils ermöglicht es, dass die Untersuchungseinrichtungen, insbesondere hierbei vorgesehene Messköpfe oder sonden, in die nächste Nähe oberhalb und / oder unterhalb des Probenträgers und somit in einen gewünschten Messabstand zur Probe verlagerbar sind.
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Bevorzugt sieht eine Fortbildung vor, dass die zweite Untersuchungseinrichtung auf einer Gegenseite des Probenträgers angeordnet ist, die von dem Probenaufnahmebereich abgewandt ist. Ist die erste Untersuchungseinrichtung auf der einen Seite des Probenträgers angeordnet, so ist mit der hier vorgeschlagenen Ausführung ein Untersuchungs- oder Messsystem bereitgestellt, bei dem die erste Untersuchungseinrichtung auf der einen Seite des Probenträgers und die zweite Untersuchungseinrichtung auf der Gegenseite des Probenträgers angeordnet sind. Bei dieser oder anderen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass das optische Bauelement auf der einen Seite des Probenträgers angeordnet ist, also insbesondere oberhalb des Probenträgers.
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Bei einer Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die erste und / oder die zweite Untersuchungseinrichtung eine Untersuchungseinrichtung aus der folgenden Gruppe von Untersuchungseinrichtungen sind: Rasterkraftmikroskop, Raman-Spektroskop, Auflichtbeleuchtung, Lichtmikroskop, Absorptionsmesseinrichtung und Fluoreszenzmesseinrichtung. Der jeweils zugeordnete optische Strahlengang kann bei den verschiedenen Untersuchungseinrichtungen einen Lichtweg zwischen einer Lichtquelle, dem Bereich um die Probenaufnahme, sei es in direktem oder nicht direktem Kontakt mit der Probe, sowie einer Detektoreinrichtung umfassen. In einer Ausgestaltung ist ein Sondenmikroskop, insbesondere Rastersondenmikroskop, welches über eine Messeinrichtung mit einem Cantilever verfügt, oberhalb des Probenträgers angeordnet. Auf der Unterseite kann ein Raman-Spektroskop oder -Spektrometer angeordnet sein.
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In Verbindung mit dem Verfahren zum Untersuchen der Probe mittels mehrerer Untersuchungsmethoden gelten die vorangehend gemachten Erläuterungen für Ausgestaltungen entsprechend. Es kann vorgesehen sein, dass die erste und die zweite Untersuchung mittels der ersten und der zweiten Untersuchungsmethode zumindest zeitweise gleichzeitig ausgeführt werden, derart, dass gleichzeitig Messlichtstrahlen des ersten Messlichtes entlang des ersten optischen Strahlenganges und Messlichtstrahlen des zweiten Messlichtes entlang des zweiten optischen Strahlenganges verlaufen. Auch für diese Ausführungsform unterstützt das optische Bauelement eine kollisionsfreie Untersuchung.
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Zumindest Messlichtstrahlen des zweiten Messlichtes können entlang des zweiten optischen Strahlenganges ein- oder mehrseitig an der Probe vorbei durch den Probenträger geführt werden.
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In einer Ausführung können die Messlichtstrahlen der einen Untersuchungsmethode von unten an der Probe vorbeigeleitet und von einer beschichteten Glasfläche am optischen Bauteil wieder auf die Probe gelenkt werden. Die Glasfläche selbst kann hierbei für die Messlichtstrahlen der anderen Methode durchlässig.
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Die Glasfläche kann austauschbar sein und dem jeweiligen Messprozess angepasst werden.
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Die beschichtete Glasfläche am optischen Bauteil kann mit einem Winkel oder einer Krümmung versehen sein. Es kann vorgesehen sein, eine weitere Glasfläche hinzuzufügen, um für das Licht der anderen Untersuchungsmethode nur zwei parallele wirksame Grenzflächen vorzuweisen. Dies kann zum Beispiel durch Verkitten zweier Glaskörper realisiert werden, wobei die verkittet Fläche die notwendige Beschichtung enthält.
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Als Unterscheidung der Messstrahlen der beiden Untersuchungsmethoden kann Licht unterschiedlicher Wellenlänge verwendet werden. Alternativ kann auch eine andere Unterscheidung wie zum Beispiel die Polarisation verwendet werden.
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Als die eine Methode kann ein Raman-Spektrometer oder eine Fluoreszenzeinrichtung zum Einsatz kommen. Alternativ kann eine Auflichtbeleuchtung oder eine andere Standardmethode vorgesehen sein. Auch eine Kombination dieser Methoden kann vorgesehen sein. Eine weitere Methode könnte eine Beleuchtung sein.
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Beschreibung von Ausführungsbeispielen
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Im Folgenden werden weitere Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf Figuren einer Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigen:
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1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum optischen Untersuchung einer Probe,
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2 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum optischen Untersuchung einer Probe unter Verwendung von TER und
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3 schematische Darstellungen eines als optisches Bauteil nutzbaren Glaskörpers.
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1 zeigt eine Probe 1, die auf einem transparenten Träger 2 aufgebracht ist. Die Probe 1 sei als nicht transparent angenommen. Transparent bezieht sich hierbei immer auf die jeweils verwendete Wellenlänge, die auch im nicht sichtbaren Bereich liegen kann.
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Mittels des Objektivs 10 wird nun Licht durch den transparenten Probenträger 2 geschickt und an einem Glaskörper 11 mit einer Beschichtung 17 reflektiert und auf den Punkt 12 fokussiert. Die Beschichtung 17 ist zumindest für den interessierenden Wellenlängenbereich reflektierend. Die Lichtstrahlen sind durch die Strahlen 13 und 14 dargestellt, wobei 13 die äußere Begrenzung des Strahls darstellt und 14 die innere Begrenzung, denn Licht mit einem kleineren Einfallswinkel als 13 wird von der Probe 12 nicht transmittiert. Es ergibt sich somit ein Lichtkegel mit einem kegelförmigen Hohlraum in der Mitte. Je kleiner die Probe 12 ist, umso kleiner ist der Hohlraum.
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Die Vorrichtung 20 für eine andere Methode, die oberhalb der Probe 1 angeordnet wird, ist nun einzig beschränkt von dem Glaskörper 11 und dem von den Strahlen 13 und 14 aufgespannten Lichtkegel, der im Idealfall gar nicht oder zumindest nur wenig gestört werden sollte. Die andere Methode benötigt einen optischen Strahlengang 29, der durch den Glaskörper 11 hindurchtreten muss. Hierfür müssen der Glaskörper 11 und die Beschichtung 17 so beschaffen sein, dass beide für die verwendeten Lichtwellenlängen transparent sind, wenigstens teiltransparent. Der Strahlengang 29 kann nun nur in einer Richtung oder auch in beiden Richtungen genutzt werden. Der Strahl 29 ist auch nur exemplarisch eingezeichnet und es kann sein, dass das Licht zum Beispiel über die ganze Fläche 11 in Richtung Probe einstrahlt oder detektiert wird.
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Der Körper 11 kann natürlich auch aus einem anderen transparenten Material bestehen wie zum Beispiel Calziumfluorid. Es wäre auch möglich, ein Material zu nehmen, das die gewünschten reflektierenden und transmittierenden Eigenschaften ohne Beschichtung aufweist.
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Der Raum zwischen 2 und 1 und 11 kann auch ohne Probleme mit einem Fluid gefüllt sein, wenn dieses ausreichend transparent für die verwendeten Methoden ist.
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2 zeigt eine Ausführungsform einer Vorrichtung zum Bestimmen einer Probe mittels zweier Untersuchungseinrichtungen, bei der eine TERS-Messung („Tip-enhanced Ramam Spectroscopy“) an einer undurchsichtigen Probe mit einem Sondenmikroskop, bei dem es sich um ein Rastersondenmikroskop, insbesondere ein Rasterkraftmikroskop, handeln kann, dargestellt ist. Hierbei arbeiten die beiden Methoden zusammen in dem Sinne, dass die Spitze 28 des Cantilevers 21 von dem am Glaskörper 11 reflektierten Lichtkegel getroffen wird, von dem hier der Übersichtlichkeit halber nur der linke Strahl 13 eingezeichnet ist. Das durch die Spitze 28 verstärkte Raman-Spektrum wird dann in Reflexion gemessen, d.h. es wird wiederum von dem Glaskörper 11 in das Objektiv reflektiert und dann hinter dem Objektiv einem nicht gezeigten Raman-Spektrometer zugeführt. Der Cantilever 21 ist an einem Chip 22 befestigt, der seinerseits wieder an einer Halterung 23 befestigt ist.
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Der übrige Aufbau des Sondenmikroskops ist zusammenfassend mit dem Bezugszeichen 27 bezeichnet. Es ist lediglich noch das Detektionslicht eingezeichnet. Der Strahl 24 ist das auf den Cantilever fokussierte Licht, das oft durch einen Laser realisiert wird und der Strahl 25 zeigt das vom Cantilever reflektierte Licht an. Beide Lichtstrahlen treten hier erfindungsgemäß durch den Glaskörper 11 hindurch. Die Probe 1 ist wiederum auf einem transparenten Substrat 2 aufgebracht, das wiederum mit dem Halter 26 gehaltert wird.
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Da es für TERS sehr wichtig sein kann, dass die Spitze 28 im Verhältnis zum Lichtstrahl 13 unbeweglich ist, ist, wird während der TERS-Messung die Probe über den Scanner 30 bewegt, wobei eine bekannte Ausführungsform ein Piezoscanner in 3 Raumrichtungen wäre. Es sind natürlich auch andere Scanner denkbar. Damit das eingestrahlte Licht 13 die Spitze 28 gut beleuchtet, ist es in der Regel erforderlich, eine durchzuführen. Dies kann entweder über eine Bewegung des Lichtkegels 13 oder über eine Bewegung der Spitze 28 realisiert werden. Die Bewegung des Lichtkegels könnte zum Beispiel realisiert werden, indem zum Beispiel in der hinteren Brennebene des Objektivs eine Winkelbewegung des Lichts durchgeführt wird. Mittels einer Bewegung des Objektivs in der vertikalen Richtung könnte der Fokus auf die Probe gebracht werden. Die Bewegung der Spitze könnte realisiert werden, indem der Halter 23 mittels eines Scanners 31 bewegt wird. Hierbei ist darauf zu achten, dass das Detektionslicht auf dem Cantilever verbleibt, beispielsweise, indem es auch mitgescannt wird. Man könnte natürlich auch den Scanner so anordnen, dass der Glaskörper 11 mitgescannt wird. Der Raum zwischen 1 und 2 und 11 kann mit einem Fluid gefüllt sein.
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3 zeigt andere Ausführungsformen des Glaskörpers 11 aus 1 und 2, wobei Glas hierbei nur als ein mögliches Material exemplarisch genannt ist.
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So zeigt 3a zwei Glaskörper 40 und 41, die aneinander gekittet sind. Die schräge Grenzfläche 42 ist im Sinne der Erfindung beschichtet, so dass sie für Wellenlängen der einen Methode, die im Wesentlichen unterhalb der Probe angeordnet ist, reflektierend ist und für Wellenlängen der oberen Methode im Wesentlichen transparent. Wurde zum Beispiel für die andere Methode, die oberhalb der Probe angeordnet ist, bisher ein paralleler Glasblock verwendet, so ändert sich durch den neuen Glaskörper, der aus 40 und 41 zusammengesetzt ist, nahezu nichts und die Messung kann in gewohnter Weise ungestört ablaufen. Die möglichen Lichtstrahlen 43 zum Beispiel für TERS sind eingezeichnet. Diese kommen wiederum von einem nicht gezeigten Objektiv, dass eine Fokussierung erzeugt. In diesem Fall liegt der Fokus außerhalb der optischen Achse des Objektivs.
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3b zeigt wieder einen aus zwei Teilen 45 und 46 bestehenden Glaskörper, bei dem die zum Beispiel für TERS notwendige Fokussierung der Lichtstrahlen 48 von der im Sinne der Erfindung beschichteten Grenzfläche 47 durchgeführt wird. Es könnte dann auf ein Objektiv für die eine Methode verzichtet werden. Die Grenzfläche 47 wäre im Fall von parallelen Strahlen 48 im optimalen Fall hyperbolisch geformt. Eine kugelförmige Fläche wäre sicher einfacher herzustellen, würde aber zu Abbildungsfehlern führen. Im Prinzip kann hier der gesamte Raum genutzt werden. Insbesondere im Falle eines Rasterkraftmikroskops als andere Methode kann der Cantilever zu einer Abschattung führen.
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Es sind natürlich noch andere Ausgestaltungen für die Grenzfläche denkbar. Es wäre auch möglich, dass der Glaskörper aus mehr als zwei Teilkörpern oder aus unterschiedlichen Gläsern oder Materialien besteht.
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Für die gezeigten Ausführungsformen in 3a und 3b kann es vorgesehen sein, den Körper relativ zur Spitze 28 aus 2 beweglich anzuordnen, denn für TERS zum Beispiel muss die Spitze sehr genau vom Fokuspunkt getroffen werden und es gibt insbesondere für den Körper aus 3b nur einen festen Fokuspunkt. Unter Umständen mag es reichen, die Spitze mit dem Scanner (31 aus 2) zu bewegen, es kann aber auch sein, dass zuvor eine Grobeinstellung vorgenommen werden muss, damit man im Bereich des Scanners überhaupt eine gute Einstellung findet.
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Die in der vorstehenden Beschreibung, den Ansprüchen und der Zeichnung offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen von Bedeutung sein.
