DE102017012241B4

DE102017012241B4 - Mikroskop

Info

Publication number: DE102017012241B4
Application number: DE102017012241.5A
Authority: DE
Inventors: Niels Kröger-Lui
Original assignee: Bruker Optics GmbH and Co KG
Current assignee: Bruker Optics GmbH and Co KG
Priority date: 2017-11-21
Filing date: 2017-11-21
Publication date: 2023-08-10
Anticipated expiration: 2037-11-22
Also published as: DE102017012241A1

Abstract

Mikroskop mit einer Strahlungsquelle (12), die eingerichtet ist, in einem Betrieb des Mikroskops (16) zeitlich kohärente Infrarotstrahlung zu emittieren, die sich im Betrieb entlang eines Strahlengangs (8) des Mikroskops (16) ausbreitet, einer Probenebene (11), in der im Betrieb eine Probe (2) anzuordnen ist, einem Detektor (4), der eingerichtet ist, die Infrarotstrahlung nach deren Wechselwirkung mit der Probe (2) zu detektieren, einem Objektiv (3), das eingerichtet ist, die Probenebene (11) auf den Detektor (4) abzubilden, und einer Blende (26), die im Strahlengang (8) zwischen der Probenebene (11) und dem Detektor (4) angeordnet ist und zumindest einen radialen Abschnitt aufweist, in dem die Blende (26) mindestens einen blendenfreien Bereich aufweist und für jeden der blendenfreien Bereiche jeweils einen Bereich aufweist, in dem die Blende (26) die Infrarotstrahlung blockiert und der mit einer invertierten Punktsymmetrie bezüglich der optischen Achse (17) des Mikroskops (16) zu dem zugehörigen blendenfreien Bereich angeordnet ist, wobei die Blende (26) in einer Aperturblendenebene des Mikroskops (16) angeordnet ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Mikroskop mit einer Strahlungsquelle, die eingerichtet ist, in einem Betrieb des Mikroskops kohärente Infrarotstrahlung zu emittieren, die sich im Betrieb entlang eines Strahlengangs des Mikroskops ausbreitet, einer Probenebene, in der im Betrieb eine Probe anzuordnen ist, einem Detektor, der eingerichtet ist, die Infrarotstrahlung nach deren Wechselwirkung mit der Probe zu detektieren, und einem Objektiv, das eingerichtet ist, die Probenebene auf den Detektor abzubilden.
Hintergrund der Erfindung
Infrarotmikroskopie ist eine Technik zur chemischen Bildgebung. Infrarotstrahlung aus dem mittleren infraroten Spektralbereich, genauer dem „Fingerprint“-Bereich von 800 bis 4000 cm^-1, regt Schwingungen verschiedener Moleküle resonant an. Aus der ortsaufgelösten Bestimmung der Absorptions- bzw. Transmissionseigenschaften mikroskopischer Proben unter Bestrahlung mit der Infrarotstrahlung kann eine örtliche Verteilung verschiedener chemischer Stoffe in der Probe vorgenommen werden. Man spricht darum von chemischer Bildgebung. Üblicherweise werden solche Messungen mit Fourier-Transformation Infrarot (FT-IR) -Spektrometern durchgeführt. Seit einigen Jahren gibt es erste Infrarotmikroskope, die mit kohärenten Strahlungsquellen, insbesondere mit Quantenkaskadenlasern, zur Beleuchtung der Probe arbeiten.
Bei der (Weitfeld-)Mikroskopie, insbesondere in dem mittleren infraroten Spektralbereich mit den kohärenten Strahlungsquellen, kommt es typischerweise zu Interferenzen der Infrarotstrahlung, so dass die chemische Bildgebung von Proben erschwert wird. Die Ergebnisse der reinen Absorptions- bzw. Transmissionsmessungen werden durch die Phaseninformation der Strahlung überlagert. Die in der Probe verborgene chemische Information überlagert also mit physikalischen Informationen des Mikroskops, wie beispielsweise dem Optikdesign und/oder der Wellenlänge der Infrarotstrahlung.
Eine Reflexion an in dem Mikroskop eingesetzten Optiken führt dazu, dass die Infrarotstrahlung mit sich selbst interferiert, indem die von den Optiken zurückreflektierte Infrarotstrahlung mit der Infrarotstrahlung interferiert, die sich in Richtung zu den Optiken hin ausbreitet. Dies schränkt die Messgenauigkeit der Infrarotmikroskope mit der kohärenten Strahlungsquelle ein. Auch durch eine Antireflexbeschichtung der Optiken lässt sich das Problem nur bedingt lösen. Da Infrarotmikroskope typischerweise in dem gesamten „Fingerprint“ Bereich eingesetzt werden sollen, müssen die Beschichtungen der verwendeten Optiken eine Antireflexbeschichtung über einen breiten Spektralbereich verfügen. Durch die geforderte Breite des Spektralbereichs weisen die Beschichtungen typischerweise eine Reflektivität von bis zu 10% auf, was immer noch ausreichend ist, um störende Interferenzen zu erzeugen.
Ebenso wie die Reflexion an den Optiken kann eine Reflexion an einem Detektor zum Detektieren der Infrarotstrahlung zu den Interferenzen führen. Dabei kann von dem Detektor und einer in dem Mikroskop angeordneten Probe ein Resonator gebildet werden, was dazu führt, dass die Interferenzen besonders stark sind. Es entsteht ein systemcharakteristisches ringförmiges Interferenzmuster, welches mit dem Detektor des Mikroskops aufgezeichnet wird, sobald die Probe in dem Mikroskop angeordnet ist. Die Ringe des Interferenzmusters sind dabei konzentrisch zu der optischen Achse des Mikroskops. Dieses ringförmige Interferenzmuster überlagert mit der Absorptionsinformation der Probe. Das ringförmige Interferenzmuster ist beispielsweise zu beobachten, wenn es sich bei der kohärenten Strahlungsquelle um einen Quantenkaskadenlaser handelt, der in einem Dauerstrichbetrieb (englisch: „continuous wave“, kurz: cw) betrieben wird.
Mikrobolometerkameras werden üblicherweise mit einer sogenannten λ/4-Kavität hergestellt. Die λ/4-Kavität weist eine die Infrarotstrahlung absorbierende Absorberschicht, eine Trägerschicht und eine die Infrarotstrahlung reflektierende Reflektorschicht (häufig Aluminium) auf, welche typischerweise 2.5 µm hinter der Absorberschicht und der Trägerschicht von individuellen Pixeln der Mikrobolometerkamera angeordnet ist. Dadurch wird die Empfindlichkeit der Mikrobolometerkamera insbesondere für die Wellenlänge maximiert, die dem vierfachen Abstand von der Absorberschicht zu der Reflektorschicht entspricht. Infrarotstrahlung, die bei einem erstmaligen Auftreffen auf die Pixel des Mikrobolometers nicht von der Absorberschicht absorbiert wird, durchdringt diese erneut, nachdem sie an der Reflektorschicht reflektiert wurde. In den Mikroskopen mit den kohärenten Strahlungsquellen profitiert man zwar von der daraus resultierenden Empfindlichkeitserhöhung der Mikrobolometerkameras, gleichzeitig bildet sich jedoch der Resonator zwischen der Probe und der Reflektorschicht aus. Der Effekt wird darüber hinaus von Reflexionen an der Trägerschicht mitverursacht, die sich unmittelbar hinter der Absorberschicht befindet. Zur Beschreibung des Interferenzphänomens genügt näherungsweise die Betrachtung der Absorberschicht, der Trägerschicht und der Reflektorschicht der Mikrobolometerkamera als ein optisches Element, das mit der Probe den Resonator bildet. Durch die vergleichsweise hohe Reflektivität dieses optischen Elements bildet sich das Interferenzmuster besonders ausgeprägt aus. Die Form des ringförmigen Interferenzmusters hängt von der verwendeten Detektionsoptik zwischen der Probe und dem Detektor, von der Wellenlänge der Infrarotstrahlung und dem genauen Abstand zwischen der Probe und dem Detektor ab. Die Amplitude der Interferenzen hängt zudem von den Reflexionseigenschaften der Probe ab: je geringer die Absorption der Probe, je größer die Reflexion der Infrarotstrahlung an einem Substrat, auf dem die Probe platziert ist, desto deutlicher erscheinen die Interferenzen.
Daneben werden die Interferenzen auch beobachtet, wenn anstelle einer Mikrobolometerkamera ein anderer Detektor verwendet wird, welcher die Infrarotstrahlung teilweise reflektiert. Dabei kann es sich beispielsweise auch um einelementige Detektoren handeln. Häufig wird der Effekt durch Reflexionen der Infrarotstrahlung an einem Detektorfenster verstärkt.
Aus der WO 2016/ 177 897 A1 ist bekannt, eine rotierende Streuscheibe oder einen rotierenden Streuspiegel in dem Strahlengang zwischen der Strahlungsquelle und der Probe vorzusehen, wodurch die Probe mit einer pseudothermischen Infrarotstrahlung bestrahlt wird. Dadurch wird die räumliche Kohärenz der Infrarotstrahlung im zeitlichen Mittel reduziert, wodurch die Interferenzen vermindert werden können. Allerdings behält die pseudothermische Infrarotstrahlung ihre Fähigkeit, mit sich selbst zu interferieren, so dass das ringförmige Interferenzmuster bedingt durch die Resonatorstruktur aus Probe und Detektor durch eine Verwendung der pseudothermischen Infrarotstrahlung nicht vermieden werden kann.
Das ringförmige Interferenzmuster kann darüber hinaus nur bedingt durch Referenzierung einer Probenaufnahme auf die Aufnahme eines leeren Substrats, also einer Referenzaufnahme behoben werden. Der Grund dafür ist die starke Abhängigkeit der Phase des Interferenzmusters von der Länge des Resonators.
Kole et al. Discrete Frequency Infrared Microspectroscopy and Imaging with a Tunable Quantum Cascade Laser, in: Anal. Chem. 2012, 84, 10366 - 10372 offenbart ein Mikroskop mit einer Strahlungsquelle, die eingerichtet ist, in einem Betrieb des Mikroskops zeitlich kohärente Infrarotstrahlung zu emittieren, die sich im Betrieb entlang eines Strahlengangs des Mikroskops ausbreitet, einer Probenebene, in der im Betrieb eine Probe anzuordnen ist, einem Detektor, der eingerichtet ist, die Infrarotstrahlung nach deren Wechselwirkung mit der Probe zu detektieren, einem Objektiv, das eingerichtet ist, die Probenebene auf den Detektor abzubilden, und einer Blende, die im Strahlengang zwischen der Probenebene und dem Detektor angeordnet ist. Dabei ist die Blende in einer konjugierten Bildebene eingebracht.
DD 2 87 327 A5 offenbart einen Pupillenlichtmodulator mit zwei zueinander parallel angeordneten Blenden. Dabei ist eine Blende fixiert, während die andere Blende rotiert wird. Dadurch ergibt sich eine wechselnde Modulation des Lichtstroms in einem Beleuchtungssystem. DD 2 87 327 A5 offenbart eine Blende, die blendenfreie Bereiche aufweist und für jeden der blendenfreien Bereiche jeweils einen Bereich aufweist, in dem die Blende den Lichtstrom blockiert und der mit einer invertierten Punktsymmetrie bezüglich der optischen Achse des Beleuchtungssystems zu dem zugehörigen blendenfreien Bereich angeordnet ist.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Infrarotmikroskop mit einer Strahlungsquelle, die eingerichtet ist, kohärente Infrarotstrahlung zu emittieren, zu schaffen, bei dem Interferenzen, die in dem Strahlengang der Infrarotstrahlung zwischen einer Probe des Mikroskops und einem Detektor des Mikroskops entstehen, vermindert sind.
Beschreibung der Erfindung
Ein erstes offenbartes Mikroskop weist eine Strahlungsquelle, die eingerichtet ist, in einem Betrieb des Mikroskops zeitlich kohärente Infrarotstrahlung zu emittieren, die sich im Betrieb entlang eines Strahlengangs des Mikroskops ausbreitet, eine Probenebene, in der im Betrieb eine Probe anzuordnen ist, einen Detektor, der eingerichtet ist, die Infrarotstrahlung nach deren Wechselwirkung mit der Probe zu detektieren, ein Objektiv, das eingerichtet ist, die Probenebene auf den Detektor abzubilden, und eine Isolatoranordnung auf, die im Strahlengang zwischen der Probenebene und dem Detektor angeordnet ist und eingerichtet ist, die Infrarotstrahlung lediglich in Richtung zu dem Detektor hin passieren zu lassen.
Durch das Vorsehen der Isolatoranordnung wird im Betrieb die Bildung von Interferenzen vorteilhaft vermindert. Zudem können die Probe und der Detektor keinen Resonator für die Infrarotstrahlung bilden, so dass im Betrieb auch kein ringförmiges Interferenzmuster entstehen kann.
Es ist bevorzugt, dass die Isolatoranordnung einen linearen Polarisationsfilter für die Infrarotstrahlung, der im Strahlengang zwischen der Probenebene und dem Detektor angeordnet ist, und eine λ/4-Verzögerungsplatte für die Infrarotstrahlung aufweist, die im Strahlengang zwischen dem Polarisationsfilter und dem Detektor angeordnet ist und derart orientiert ist, dass die Polarisationsrichtung der Infrarotstrahlung, die den linearen Polarisationsfilter passiert hat und die λ/4-Verzögerungsplatte zweimal passiert hat, um 90° gedreht wird. Dadurch kann die Infrarotstrahlung, die von dem Detektor zurückreflektiert wird und die λ/4-Verzögerungsplatte zweimal passiert hat, den linearen Polarisationsfilter vorteilhaft nicht mehr passieren.
Der lineare Polarisationsfilter ist bevorzugt verkippt zu der optischen Achse des Mikroskops angeordnet. Dadurch wird die Infrarotstrahlung, die den linearen Polarisationsfilter nicht passiert und von einer Oberfläche des linearen Polarisationsfilters reflektiert wird, von der optischen Achse wegreflektiert und kann somit vorteilhaft keine Interferenzen verursachen.
Es ist bevorzugt, dass die Isolatoranordnung einen die Infrarotstrahlung absorbierenden Absorber aufweist, der angeordnet ist, die von der dem Detektor zugewandten Fläche des linearen Polarisationsfilters reflektierte Infrarotstrahlung zu absorbieren. Dadurch kann dieser Anteil der Infrarotstrahlung eine Messung des Detektors nicht stören.
Die Isolatoranordnung weist bevorzugt einen Faraday Isolator auf, der im Strahlengang zwischen der Probenebene und dem Detektor angeordnet ist. Mit dem Faraday Isolator lässt sich die Bildung des Resonators besonders effektiv unterdrücken.
Ein zweites offenbartes Mikroskop weist eine Strahlungsquelle auf, die eingerichtet ist, in einem Betrieb des Mikroskops zeitlich kohärente Infrarotstrahlung zu emittieren, die sich im Betrieb entlang eines Strahlengangs des Mikroskops ausbreitet, eine Probenebene, in der im Betrieb eine Probe anzuordnen ist, einen Detektor, der eingerichtet ist, die Infrarotstrahlung nach deren Wechselwirkung mit der Probe zu detektieren, ein Objektiv, das eingerichtet ist, die Probenebene auf den Detektor abzubilden, und einen Weglängenmodulator auf, der eingerichtet ist, die optische Weglänge des Strahlengangs zwischen der Probenebene und dem Detektor kontinuierlich zu verändern.
Durch Verändern der optischen Weglänge zwischen der Probe und dem Detektor verändert sich die Form der Interferenzen, insbesondere derjenigen Interferenzen, die die Form eines um die optische Achse des Mikroskops konzentrischen ringförmigen Interferenzmusters haben. Es ist nun möglich, dass das Mikroskop eingerichtet ist, eine Mittelung über die verschiedenen optischen Weglängen vorzunehmen, so dass die Interferenzen im Mittel vorteilhaft vermindert sind oder sogar vollständig verschwinden.
Es ist bevorzugt, dass der Weglängenmodulator einen für die Infrarotstrahlung transparenten Keil, der eingerichtet ist, im Betrieb zu rotieren, einen für die Infrarotstrahlung transparenten Phasenmodulator, der eingerichtet ist, im Betrieb zu rotieren, und Bereiche mit unterschiedlichen Brechungsindizes aufweist, ein für die Infrarotstrahlung transparentes Kippelement, das eingerichtet ist, im Betrieb um eine Achse gekippt zu werden, eine für die Infrarotstrahlung transparente Streuscheibe, die eingerichtet ist, im Betrieb zu rotieren, und/oder einen die Infrarotstrahlung reflektierenden Streuspiegel aufweist, der eingerichtet ist, im Betrieb zu rotieren.
Es ist zudem bevorzugt, dass der Weglängenmodulator eingerichtet ist, im Betrieb die Probe und/oder den Detektor in einer Richtung parallel zu der optischen Achse des Mikroskops kontinuierlich zu bewegen.
Der Weglängenmodulator ist bevorzugt eingerichtet, die optische Weglänge des Strahlengangs zwischen der Probenebene und dem Detektor aperiodisch und insbesondere chaotisch zu verändern. Dadurch können die Interferenzen im Mittel besonders effektiv vermindert werden.
Alternativ ist der Weglängenmodulator eingerichtet, die optische Weglänge des Strahlengangs zwischen der Probenebene und dem Detektor periodisch zu verändern. Dabei ist bevorzugt, dass das Mikroskop derart eingerichtet ist, dass im Betrieb die Frequenz, mit der die optische Weglänge verändert wird, höher ist als die halbe Auslesefrequenz des Detektors oder als die Hälfte der reziproken Integrationszeit des Detektors. Damit können die Interferenzen im Mittel besonders effektiv vermindert werden.
Es ist bevorzugt, dass der Weglängenmodulator eingerichtet ist, die optische Weglänge innerhalb eines Bereiches zu verändern, der kürzer als die Schärfentiefe des Mikroskops ist. Es wurde gefunden, dass dieser Bereich ausreichend ist, um eine derartige Mittelung vorzunehmen, dass die Interferenzen im Mittel effektiv vermindert sind, aber trotzdem gewährleistet, dass die von dem Detektor aufgenommene Messung der Probe durch die Veränderung der optischen Weglänge nicht verfälscht wird. In dem Fall, in dem der Detektor eine Kamera ist, kann verhindert werden, dass das von der Kamera aufgenommen Bild unscharf wird. In dem Fall, in dem der Detektor ein einelementiger Detektor ist, kann verhindert werden, dass die Infrarotstrahlung über eine Detektionsfläche des einelementigen Detektors hinaus wandert.
Ein drittes erfindungsgemäßes Mikroskop weist eine Strahlungsquelle, die eingerichtet ist, in einem Betrieb des Mikroskops zeitlich kohärente Infrarotstrahlung zu emittieren, die sich im Betrieb entlang eines Strahlengangs des Mikroskops ausbreitet, eine Probenebene, in der im Betrieb eine Probe anzuordnen ist, einen Detektor, der eingerichtet ist, die Infrarotstrahlung nach deren Wechselwirkung mit der Probe zu detektieren, ein Objektiv, das eingerichtet ist, die Probenebene auf den Detektor abzubilden, und eine Blende auf, die im Strahlengang zwischen der Probenebene und dem Detektor angeordnet ist und zumindest einen radialen Abschnitt aufweist, in dem die Blende mindestens einen blendenfreien Bereich aufweist und für jeden der blendenfreien Bereiche jeweils einen Bereich aufweist, in dem die Blende die Infrarotstrahlung blockiert und der mit einer invertierten Punktsymmetrie bezüglich der optischen Achse des Mikroskops zu dem zugehörigen blendenfreien Bereich angeordnet ist, wobei die Blende in einer Aperturblendenebene des Mikroskops angeordnet ist.
Dadurch wird vorteilhaft erreicht, dass die Infrarotstrahlung, die die Blende in Richtung zu dem Detektor hin passiert hat und von dem Detektor zurückreflektiert wird, die Blende nicht ein weiteres Mal passieren kann. Somit wird die Bildung von Interferenzen vermindert. Zudem können die Probe und der Detektor keinen Resonator ausbilden, wodurch die Bildung der Interferenzen vermindert wird.
Es ist bevorzugt, dass die Blende entlang ihres gesamten Umfangs eine invertierte Punktsymmetrie bezüglich der optischen Achse des Mikroskops hat. Dadurch geht vorteilhaft wenig der Infrarotstrahlung, die sich von der Probe in Richtung zu dem Detektor ausbreitet, verloren, wodurch das Signal-zu-Rausch Verhältnis hoch ist bei gleichzeitiger Verminderung der Interferenzen.
Es ist bevorzugt, dass der radiale Abschnitt mindestens drei der Bereiche aufweist, in denen die Blende die Infrarotstrahlung blockiert, wobei jeweils zwei der Bereiche von einem der blendenfreien Bereiche getrennt sind, der in Umfangsrichtung zwischen den zwei Bereichen liegt. Die Blende verringert nachteilig die Ortsauflösung des Mikroskops. Die Verringerung der Ortsauflösung ist richtungsabhängig und ändert sich entlang des Umfangs. Indem die mindestens drei Bereiche vorgesehen werden, wird vorteilhaft erreicht, dass die Ortsauflösung in Umfangsrichtung vergleichmäßigt wird.
Das Mikroskop ist bevorzugt eingerichtet, die Blende im Betrieb um die optische Achse zu rotieren. Durch eine Mittelung über verschiedene Winkelstellungen der Blende ist es vorteilhaft möglich, die Ortsauflösung in Umfangsrichtung zu vergleichmäßigen. Wenn die Blende mit den mindestens drei Bereichen vorgesehen wird, kann darüber hinaus bei einer gleichen Messzeit die Rotationsfrequenz der Blende vermindert werden im Vergleich zu einer Blende, die lediglich einen der Bereiche aufweist.
Es ist bevorzugt, dass das Mikroskop derart eingerichtet ist, dass im Betrieb die Integrationszeit des Detektors länger ist als eine Blendenrotationsdauer, die diejenige Zeitdauer ist, die zu der kürzesten Blendenrotation gehört, nach der die Blende wieder den gleichen Bereich des Strahlengangs abdeckt, wobei die inverse Blendenrotationsdauer insbesondere einem ganzzahligen Vielfachen der Auslesefrequenz des Detektors entspricht. Dadurch kann die Ortsauflösung in Umfangsrichtung besonders vergleichmäßigt werden.
Alternativ ist das Mikroskop bevorzugt eingerichtet, bei verschiedenen Winkelpositionen der Blende jeweils eine Aufnahme mit dem Detektor zu machen. Dadurch kann der Verlust an Ortsauflösung durch die Blende rechnerisch kompensiert werden. Denkbar ist, dass die Blende bei jeder Winkelposition so lange anhält, bis der Detektor die Messung aufgenommen hat. Alternativ ist denkbar, die Integrationszeit so kurz gegenüber die Rotationsgeschwindigkeit der Blende zu wählen, dass während der Messung die Blende stillsteht. In dem Fall, dass es sich bei dem Detektor um eine Kamera handelt, würde die Blende in einem von der Kamera aufgenommen Bild quasi stillstehen.
Es ist bevorzugt, dass die Blende an ihrer der Probenebene zugewandten Seite einen die Infrarotstrahlung reflektierenden Spiegel aufweist und die Strahlungsquelle eingerichtet ist, die Infrarotstrahlung via den Spiegel auf die Probenebene zu lenken, so dass der Detektor eingerichtet ist, im Betrieb die Infrarotstrahlung in deren Remission zu detektieren. Hier erfüllt die Blende vorteilhaft eine Doppelfunktion, nämlich sie vermindert die Bildung der Interferenzen und gleichzeitig lenkt sie die Infrarotstrahlung derart auf die Probenebene, dass die Probe in Remission vermessen werden kann.
Es ist offenbart, dass die Blende verkippt zu der optischen Achse des Mikroskops angeordnet ist. Dadurch wird die Infrarotstrahlung, die von dem Detektor zurückreflektiert wird, von der optischen Achse wegreflektiert und kann somit vorteilhaft keine Interferenzen verursachen.
Erfindungsgemäß ist die Blende in einer Aperturblendenebene des Mikroskops angeordnet.
Ein viertes offenbartes Mikroskop weist eine Strahlungsquelle, die eingerichtet ist, in einem Betrieb des Mikroskops zeitlich kohärente Infrarotstrahlung zu emittieren, die sich im Betrieb entlang eines Strahlengangs des Mikroskops ausbreitet, eine Probenebene, in der im Betrieb eine Probe anzuordnen ist, einen Detektor, der eingerichtet ist, die Infrarotstrahlung nach deren Wechselwirkung mit der Probe zu detektieren, ein Objektiv, das eingerichtet ist, die Probenebene auf den Detektor abzubilden, und einen Neutraldichtefilter für die Infrarotstrahlung auf, der im Strahlengang zwischen der Probenebene und dem Detektor angeordnet ist.
Durch das Vorsehen des Neutraldichtefilters wird die Infrarotstrahlung, die von dem Detektor zurückreflektiert wird, abgeschwächt und kann daher weniger mit der Infrarotstrahlung, die sich in Richtung zu dem Detektor hin ausbreitet, interferieren. Damit wird die Bildung der Interferenzen vermindert.
Es ist bevorzugt, dass der Neutraldichtefilter in einer Aperturblendenebene des Mikroskops angeordnet ist.
Ein fünftes offenbartes Mikroskop weist eine Strahlungsquelle, die eingerichtet ist, in einem Betrieb des Mikroskops zeitlich kohärente Infrarotstrahlung zu emittieren, die sich im Betrieb entlang eines Strahlengangs des Mikroskops ausbreitet, eine Probenebene, in der im Betrieb eine Probe anzuordnen ist, einen Detektor, der eingerichtet ist, die Infrarotstrahlung nach deren Wechselwirkung mit der Probe zu detektieren, und ein Objektiv auf, das eingerichtet ist, die Probenebene auf den Detektor abzubilden, wobei die Strahlungsquelle eingerichtet ist, im Betrieb die Wellenlänge der Infrarotstrahlung zu variieren, und der Detektor eingerichtet ist, im Betrieb eine Mittelung über verschiedene der Wellenlängen vorzunehmen.
Die Form der Interferenzen hängt stark von der Wellenlänge ab, so dass die Mittelung über die verschiedenen Wellenlängen dazu führt, dass die Interferenzen vermindert werden.
Es ist bevorzugt, dass das Mikroskop eingerichtet ist, die Mittelung in einem Spektralbereich durchzuführen, in dem die Wellenlänge weniger als 8 cm^-1 variiert wird, insbesondere weniger als 4 cm^-1, insbesondere weniger als 2 cm^-1, insbesondere weniger als 1 cm^-1. Diese Spektralbereiche sind ausreichend schmal, dass in eine Bande einer Resonanz des Absorptionsspektrums der Probe eingestrahlt werden kann und somit eine ausreichend messbare Absorption der Infrarotstrahlung erfolgen kann. Gleichzeit wird in diesem Spektralbereich die Wellenlänge ausreichend stark variiert, dass die Mittelung zu einer starken Verminderung der Interferenzen führt.
Es ist für alle offenbarten, erfindungsgemäßen und/oder bevorzugten Mikroskope bevorzugt, dass das Mikroskop eingerichtet ist, die Infrarotstrahlung derart zu modifizieren, dass die Probe mit pseudothermischer Infrarotstrahlung bestrahlt wird, wie es in WO 2016/ 177 897 A1 beschrieben ist. Dadurch können die Interferenzen vorteilhaft noch weiter vermindert werden.
Zudem ist für alle offenbarten, erfindungsgemäßen und/oder bevorzugten Mikroskope bevorzugt, dass die Kohärenzlänge der Strahlungsquelle länger ist als der Abstand von der Probenebene zu dem Detektor. Dies kann der Fall sein, wenn die Strahlungsquelle eingerichtet ist, besonders schmalbandige Infrarotstrahlung zu emittieren. Es ist für alle offenbarten, erfindungsgemäßen und/oder bevorzugten Mikroskope möglich die Interferenzen zu unterdrücken, auch wenn die Kohärenzlänge der Strahlungsquelle länger ist als der Abstand von der Probenebene zu dem Detektor. Somit ist vorteilhaft erreicht, dass die Strahlungsquellen auch mit der besonders schmalbandigen Infrarotstrahlung verwendet werden können, ohne dass die Interferenzen entstehen.
Es ist für alle offenbarten, erfindungsgemäßen und/oder bevorzugten Mikroskope bevorzugt, dass der Detektor eine Kamera, die eingerichtet ist Bilder aufzunehmen, oder ein einelementiger Detektor ist.
Es ist denkbar, dass verschiedene der Ausführungsformen miteinander kombiniert werden:

In einem ersten Beispiel weist das erste offenbarte Mikroskop oder eine bevorzugte Ausführungsform des ersten offenbarten Mikroskops mindestens eins auf von:
- - dem Weglängenmodulator, der eingerichtet ist, die optische Weglänge des Strahlengangs zwischen der Probenebene und dem Detektor kontinuierlich zu verändern, oder einer bevorzugten Ausführungsform davon,
- - der Blende, die im Strahlengang zwischen der Probenebene und dem Detektor angeordnet ist und zumindest einen radialen Abschnitt aufweist, in dem die Blende mindestens einen blendenfreien Bereich aufweist und für jeden der blendenfreie Bereiche jeweils einen Bereich aufweist, in dem die Blende die Infrarotstrahlung blockiert und der mit einer invertierten Punktsymmetrie bezüglich der optischen Achse des Mikroskops zu dem zugehörigen blendenfreien Bereich angeordnet ist, oder einer bevorzugten Ausführungsform davon,
- - dem Neutraldichtefilter für die Infrarotstrahlung, der im Strahlengang zwischen der Probenebene und dem Detektor angeordnet ist, oder einer bevorzugten Ausführungsform davon und
- - der Strahlungsquelle, die eingerichtet ist, im Betrieb die Wellenlänge der Infrarotstrahlung zu variieren, zusammen mit dem Detektor, die eingerichtet ist, im Betrieb die Mittelung über verschiedene der Wellenlängen vorzunehmen, oder einer bevorzugten Ausführungsform davon.

In einem zweiten Beispiel weist das zweite offenbarte Mikroskop oder eine bevorzugte Ausführungsform des zweiten offenbarten Mikroskops mindestens eins auf von:

- der Isolatoranordnung, die im Strahlengang zwischen der Probenebene und dem Detektor angeordnet ist und eingerichtet ist, die Infrarotstrahlung lediglich in Richtung zu dem Detektor hin passieren zu lassen, oder einer bevorzugten Ausführungsform davon,
- der Blende, die im Strahlengang zwischen der Probenebene und dem Detektor angeordnet ist und zumindest einen radialen Abschnitt aufweist, in dem die Blende mindestens einen blendenfreien Bereich aufweist und für jeden der blendenfreie Bereiche jeweils einen Bereich aufweist, in dem die Blende die Infrarotstrahlung blockiert und der mit einer invertierten Punktsymmetrie bezüglich der optischen Achse des Mikroskops zu dem zugehörigen blendenfreien Bereich angeordnet ist, oder einer bevorzugten Ausführungsform davon,
- dem Neutraldichtefilter für die Infrarotstrahlung, der im Strahlengang zwischen der Probenebene und dem Detektor angeordnet ist, oder einer bevorzugten Ausführungsform davon und
- der Strahlungsquelle, die eingerichtet ist, im Betrieb die Wellenlänge der Infrarotstrahlung zu variieren, zusammen mit dem Detektor, die eingerichtet ist, im Betrieb die Mittelung über verschiedene der Wellenlängen vorzunehmen, oder einer bevorzugten Ausführungsform davon.

In einem dritten Beispiel weist das dritte erfindungsgemäße Mikroskop oder eine bevorzugte Ausführungsform des dritten erfindungsgemäßen Mikroskops mindestens eins auf von:

- der Isolatoranordnung, die im Strahlengang zwischen der Probenebene und dem Detektor angeordnet ist und eingerichtet ist, die Infrarotstrahlung lediglich in Richtung zu dem Detektor hin passieren zu lassen, oder einer bevorzugten Ausführungsform davon,
- dem Weglängenmodulator, der eingerichtet ist, die optische Weglänge des Strahlengangs zwischen der Probenebene und dem Detektor kontinuierlich zu verändern, oder einer bevorzugten Ausführungsform davon,
- dem Neutraldichtefilter für die Infrarotstrahlung, der im Strahlengang zwischen der Probenebene und dem Detektor angeordnet ist, oder einer bevorzugten Ausführungsform davon und
- der Strahlungsquelle, die eingerichtet ist, im Betrieb die Wellenlänge der Infrarotstrahlung zu variieren, zusammen mit dem Detektor, die eingerichtet ist, im Betrieb die Mittelung über verschiedene der Wellenlängen vorzunehmen, oder einer bevorzugten Ausführungsform davon.

In einem vierten Beispiel weist das vierte offenbarte Mikroskop oder eine bevorzugte Ausführungsform des vierten offenbarten Mikroskops mindestens eins auf von:

- der Isolatoranordnung, die im Strahlengang zwischen der Probenebene und dem Detektor angeordnet ist und eingerichtet ist, die Infrarotstrahlung lediglich in Richtung zu dem Detektor hin passieren zu lassen, oder einer bevorzugten Ausführungsform davon
- dem Weglängenmodulator, der eingerichtet ist, die optische Weglänge des Strahlengangs zwischen der Probenebene und dem Detektor kontinuierlich zu verändern, oder einer bevorzugten Ausführungsform davon,
- der Blende, die im Strahlengang zwischen der Probenebene und dem Detektor angeordnet ist und zumindest einen radialen Abschnitt aufweist, in dem die Blende mindestens einen blendenfreien Bereich aufweist und für jeden der blendenfreie Bereiche jeweils einen Bereich aufweist, in dem die Blende die Infrarotstrahlung blockiert und der mit einer invertierten Punktsymmetrie bezüglich der optischen Achse des Mikroskops zu dem zugehörigen blendenfreien Bereich angeordnet ist, oder einer bevorzugten Ausführungsform davon und
- der Strahlungsquelle, die eingerichtet ist, im Betrieb die Wellenlänge der Infrarotstrahlung zu variieren, zusammen mit dem Detektor, der eingerichtet ist, im Betrieb die Mittelung über verschiedene der Wellenlängen vorzunehmen, oder einer bevorzugten Ausführungsform davon.

Im Folgenden wird anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen die Erfindung näher erläutert.

1 zeigt zwanzig mit einem herkömmlichen Mikroskop aufgenommene Bilder, wobei die Vergrößerung 1 ist.
2 zeigt zwanzig mit einem herkömmlichen Mikroskop aufgenommene Bilder, wobei die Vergrößerung 10 ist.
3 zeigt ein Längsschnitt durch ein herkömmliches Mikroskop.
4 zeigt einen Längsschnitt durch eine erste bevorzugte Ausführungsform eines ersten offenbarten Mikroskops.
5 zeigt einen Längsschnitt durch eine zweite bevorzugte Ausführungsform des ersten offenbarten Mikroskops.
6 zeigt einen Längsschnitt durch eine erste bevorzugte Ausführungsform eines zweiten offenbarten Mikroskops.
7 zeigt eine Draufsicht auf ein Bauteil des Mikroskops gemäß 6.
8 zeigt einen Längsschnitt durch eine zweite bevorzugte Ausführungsform des zweiten offenbarten Mikroskops.
9 zeigt einen Längsschnitt durch eine dritte bevorzugte Ausführungsform des zweiten offenbarten Mikroskops.
10 zeigt einen Längsschnitt durch eine vierte bevorzugte Ausführungsform des zweiten offenbarten Mikroskops.
11 zeigt einen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform eines dritten erfindungsgemäßen Mikroskops.
12 zeigt vier verschiedene Ausführungsformen einer Blende, die in dem Mikroskop gemäß 11 eingebaut ist.
13 zeigt zwanzig mit dem Mikroskop gemäß 11 aufgenommene Bilder.
14 zeigt drei Bilder von einem Testobjekt, die mit dem Mikroskop gemäß 11 aufgenommen wurden, wobei die drei Bilder mit unterschiedlichen Winkelstellungen der Blende 26a, 26b aus 12 aufgenommen wurden.
15 zeigt einen Längsschnitt durch ein viertes offenbartes Mikroskop.
16 zeigt zwanzig mit dem Mikroskop gemäß 15 aufgenommene Bilder.
17 zeigt einen Längsschnitt durch eine nicht zur beanspruchten Erfindung gehörige zweite Ausführungsform des dritten Mikroskops.
18 zeigt eine fünfte Ausführungsform der Blende, die in dem Mikroskop gemäß 11 eingebaut ist.

Die in den 3 bis 10, 15 und 17 gezeigten Ausführungsformen sind nicht zur beanspruchten Erfindung gehörig.
Wie es aus 3 bis 11, 15 und 17 ersichtlich ist, weist ein Mikroskop 16 eine Strahlungsquelle 12 auf, die eingerichtet ist, in einem Betrieb des Mikroskops 16 zeitlich kohärente Infrarotstrahlung zu emittieren. Bei der Strahlungsquelle 12 kann es sich beispielsweise um einen Quantenkaskadenlaser handeln, der insbesondere ein Quantenkaskadenlaser in einer externen Kavität ist. Bei der Strahlungsquelle 12 kann es sich auch beispielsweise um einen „Distributed Feedback“ (DFB) Laser oder um einen „Distributed Bragg reflector“ (DBR) Laser handeln. Zudem kann die Strahlungsquelle 12, insbesondere der Quantenkaskadenlaser, durchstimmbar sein. Der von der Lichtquelle 12 durchstimmbare Wellenlängenbereich kann beispielsweise von 5 µm bis 12,5 µm sein. Die Infrarotstrahlung breitet sich im Betrieb entlang eines Strahlengangs 8 des Mikroskops 16 aus. Das Mikroskop 16 weist eine Probenebene 11 auf, in der im Betrieb eine Probe 2 anzuordnen ist. Zum Halten der Probe 2 weist das Mikroskop 16 einen Probenhalter 1 auf. Zudem weist das Mikroskop 16 einen Detektor 4, der eingerichtet ist, die Infrarotstrahlung nach deren Wechselwirkung mit der Probe 2 zu detektieren, und ein Objektiv 3 auf, das eingerichtet ist, die Probenebene 11 auf den Detektor 4 abzubilden, was bedeutet, das im Betrieb mit dem Objektiv 3 ein scharfes Bild der Probenebene 11 auf dem Detektor 4 erzeugt wird. Bei den Detektoren 4 gemäß der 3 bis 11, 15 und 17 kann es sich um eine Kamera handeln, die eine Vielzahl von Bildelementen aufweist und die eingerichtet ist, ein Bild der Probenebene 11 aufzunehmen. Bei der Kamera kann es sich beispielsweise um einen thermischen Sensor handeln, insbesondere um eine Mikrobolometerkamera. Es ist jedoch ebenso denkbar, dass der Detektor 4 nur ein einziges Element aufweist. Daneben kann es sich bei dem Detektor 4 um einen Halbleiterdetektor, wie zum Beispiel ein MCT-Detektor (basierend auf einer Legierung aus Quecksilber (Mercury), Cadmium und Tellurit) handeln, insbesondere mit mehreren Elementen. Es ist auch denkbar, dass der Detektor mindestens eine Thermosäule, insbesondere mehrere Thermosäulen, aufweist. Zudem ist es denkbar, dass der Detektor ein pyroelektrischer Detektor, insbesondere mit mehreren Elementen, ist.
Für den Fall, dass der Detektor 4 nur ein einzelnes Element aufweist, kann das Mikroskop 16 eingerichtet sein, ein Bild der Probenebene 11 aus einer Mehrzahl an Einzelaufnahmen zusammenzusetzen. Dazu ist das Mikroskop 16 eingerichtet, die Probenebene 11 in einem Punkt mit der Infrarotstrahlung zu beleuchten und eine Aufnahme zu machen. Das Mikroskop 16 ist weiterhin eingerichtet, anschließend die Probenebene 11 rasterförmig mit den Punkten zu beleuchten, eine Aufnahme für jeden Punkt zu machen und somit das Bild zusammenzusetzen.
Die Mikroskope 16 gemäß der 3 bis 11 und 15 sind eingerichtet, die Infrarotstrahlung in Transmission mit der Probe 2 zu messen. Es ist jedoch auch denkbar, dass die Mikroskope 16 eingerichtet sind, die Infrarotstrahlung in Remission mit der Probe 2 zu messen, wie es beispielhaft in 17 dargestellt ist. Das Objektiv 3 ist eingerichtet, ein Bild der Probenebene 11 mit einer Vergrößerung von ≥ 1 auf dem Detektor 4 zu erzeugen. In 3 ist stellvertretend für alle die Mikroskope 16 eine optische Achse 17 des Mikroskops 16 eingezeichnet.
In 3 ist zudem für das herkömmliche Mikroskop 16 durch die Doppelpfeile zwischen der Probenebene 11 und dem Detektor 4 angedeutet, dass ein Teil der Infrarotstrahlung von dem Detektor 4 zurückreflektiert wird. Die von dem Detektor 4 zurückreflektierte Infrarotstrahlung bildet zusammen mit der Infrarotstrahlung, die sich in Richtung zu dem Detektor 4 hin ausbreitet, Interferenzen, die im Betrieb von dem Detektor 4 detektiert werden und zu einer Störung der Messung führen. Zudem können im Betrieb die Probe 2 und der Detektor 4 einen Resonator bilden, der dazu führt, dass von dem Detektor 4 besonders starke Interferenzen detektiert werden. Wenn es sich bei dem Detektor 4 um die Kamera 4 handelt, haben die Interferenzen die Form eines ringförmigen Interferenzmusters. Die besonders starken Interferenzen können sich immer dann ausbilden, wenn die Kohärenzlänge der Strahlungsquelle 12 länger als der Abstand von der Probenebene 11 zu dem Detektor 4 ist. Dies ist normalerweise der Fall, wenn es sich bei der Strahlungsquelle 12 um einen Quantenkaskadenlaser, der in einem Dauerstrichbetrieb betrieben wird, den „Distributed Feedback“ (DFB) Laser oder den „Distributed Bragg reflector“ (DBR) Laser handelt.
Wie es aus 3 ersichtlich ist, ist das herkömmliche Mikroskop 16 eingerichtet, die Infrarotstrahlung derart zu modifizieren, dass die Probe 2 mit pseudothermischer Infrarotstrahlung bestrahlt wird. Dazu weist das Mikroskop 16 einen Phasenmodulator 13 auf, der in dem Strahlengang 8 zwischen der Lichtquelle 12 und der Probenebene 11 angeordnet ist und eingerichtet ist, im Betrieb um eine Rotationsachse 14 des Phasenmodulators 13 zu rotieren. Bei dem Phasenmodulator 13 kann es sich beispielsweise um eine Streuscheibe oder einen Streuspiegel handeln. Zwischen dem Phasenmodulator 13 und der Probenebene 12 kann ein optisches Element 15 angeordnet sein. Das optische Element 15 kann beispielsweise eingerichtet sein, den Strahldurchmesser der Infrarotstrahlung zu vergrößern. 1 und 2 zeigen die Messungen der relativen Absorbanz (in 1, 2, 13 und 16 ist das Überschreiten und Unterschreiten einer optischen Dichte von 0,015 dargestellt) eines leeren Bariumfluoridkristalls als die Probe 2 mit dem Mikroskop 16 gemäß 3, einer Vergrößerung von 1 (1) bzw. einer Vergrößerung von 10 (2) und einer Wellenzahl der Infrarotstrahlung von 1600 cm^-1, bei der der Abstand zwischen der Probe 2 und der Kamera 4 in etwa 100 mm beträgt. Die Aufnahmen setzen sich aus 4x5 Einzelaufnahmen mit einem Sichtfeld von jeweils 1.088x0.816 mm² bzw. 10.88x8.16 mm² zusammen. Jede Einzelaufnahme wurde dabei auf eine jeweils gesonderte Einzelaufnahme einer einmalig festgelegten, beliebig ausgewählten Stelle des Bariumfluoridkristalls referenziert. Dabei wurde der Bariumfluoridkristall mit einer Stellgenauigkeit von 0,5 µm relativ zu der Kamera 4 positioniert. Schon eine Änderung des Abstands des Bariumfluoridkristalls zu der Kamera 4 von weniger als 1 µm beeinträchtigt die Phase des Interferenzmusters derart deutlich, dass trotz Referenzierung der Einzelaufnahmen auf das jeweilige Referenzbild konzentrische Ringe in dem daraus berechneten Transmissionsbild zu sehen sind. Die Phase des Interferenzmusters kann also empfindlich auf Abstandsänderungen der Probe 2 zu der Kamera 4 reagieren, welche deutlich kürzer sind als die Schärfentiefe (auch Tiefenschärfe genannt) des Mikroskop 16. Im vorliegenden Fall ist die Schärfentiefe etwa 5 µm für das Objektiv 3, das die Vergrößerung von 10 schafft, und ca. 50 µm für das Objektiv 3, das die Vergrößerung von 1 schafft. Es wird in jedem Bild in seinem mittleren Viertel die Standardabweichung der Absorbanz berechnet und ein Mittelwert der Standardabweichung über die zwanzig Bilder gebildet. Dieser Mittelwert der Standarbweichung der Absorbanz beträgt für die Vergrößerung von 1 gemäß 1 0,0136 und für die Vergrößerung von 10 gemäß 2 0,0108.
4 bis 11, 15 und 17 zeigen verschiedene Mikroskope 16, wobei hier nur jeweils der Bereich von dem Probenhalter 1 bis zu dem Detektor 4 gezeigt ist. Aber auch bei diesen Mikroskopen 16 ist es denkbar, dass das Mikroskop 16 eingerichtet ist, die Infrarotstrahlung derart zu modifizieren, dass die Probe mit der pseudothermischen Infrarotstrahlung wie gemäß 3 bestrahlt wird.
4 und 5 zeigen das erste offenbarte Mikroskop 16, bei der das Mikroskop 16 eine Isolatoranordnung 10 aufweist. Die Isolatoranordnung 10 ist im Strahlengang 8 zwischen der Probenebene 11 und dem Detektor 4 angeordnet und ist eingerichtet, die Infrarotstrahlung lediglich in Richtung zu dem Detektor 4 hin passieren zu lassen. Dabei ist die Isolatoranordnung insbesondere so groß dimensioniert, dass im Betrieb die vollständige durch die Probenebene 11 transmittierte Infrarotstrahlung von der Isolatoranordnung 10 eingefangen wird.
Bei der ersten bevorzugten Ausführungsform des ersten Mikroskops gemäß 4 weist die Isolatoranordnung 10 einen linearen Polarisationsfilter 5 für die Infrarotstrahlung, der im Strahlengang 8 zwischen der Probenebene 11 und dem Detektor 4 angeordnet ist, und eine λ/4-Verzögerungsplatte 6 für die Infrarotstrahlung auf, die im Strahlengang 8 zwischen dem Polarisationsfilter 5 und dem Detektor 4 angeordnet ist und derart orientiert ist, dass die Polarisationsrichtung der Infrarotstrahlung, die den linearen Polarisationsfilter 5 passiert hat und die λ/4-Verzögerungsplatte 6 zweimal passiert hat, um 90° gedreht wird. Die Infrarotstrahlung passiert demnach nach der Wechselwirkung mit der Probe 2 den linearen Polarisationsfilter 5, wonach die Infrarotstrahlung linear polarisiert ist. Anschließend passiert die Infrarotstrahlung die λ/4-Verzögerungsplatte 6. Ein Teil der Infrarotstrahlung wird von dem Detektor 4 zurückreflektiert und passiert die λ/4-Verzögerungsplatte 6 ein zweites Mal. Dadurch erfährt der von dem Detektor 4 zurückreflektierte Teil der Infrarotstrahlung die Verzögerung der λ/4-Verzögerungsplatte 6 doppelt, so dass diese für den zurückreflektierten Teil die λ/4-Verzögerungsplatte 6 wie eine λ/2-Verzögerungsplatte 6 wirkt. Indem nun die außerordentliche Achse der λ/4-Verzögerungsplatte 6 in einem Winkel von 45° relativ zu der Polarisationsrichtung der aus dem linearen Polarisationsfilter 5 austretenden Infrarotstrahlung angeordnet wird, wird erreicht, dass die Polarisationsrichtung der Infrarotstrahlung, die den linearen Polarisationsfilter 5 passiert hat und die λ/4-Verzögerungsplatte 6 zweimal passiert hat, um 90° gedreht wird.
Wie es aus 4 ersichtlich ist, ist der lineare Polarisationsfilter 5 verkippt zu der optischen Achse 17 des Mikroskops 16 angeordnet. Dabei ist beispielsweise ein Winkel von 30° bis 60°, insbesondere 45°, zwischen der Normalen des linearen Polarisationsfilters 5 und der optischen Achse 17 denkbar. Das Mikroskop 16 weist zudem einen die Infrarotstrahlung absorbierenden Absorber 7 auf, der angeordnet ist die von der dem Detektor 4 zugewandten Fläche des linearen Polarisationsfilters 5 reflektierte Infrarotstrahlung zu absorbieren.
Bei der zweiten bevorzugten Ausführungsform des ersten Mikroskops gemäß 5 weist die Isolatoranordnung 10 einen Faraday Isolator 9 auf, der im Strahlengang 8 zwischen der Probenebene 11 und dem Detektor 4 angeordnet ist.
6 bis 10 zeigen das zweite offenbarte Mikroskop 16. Das zweite Mikroskop 16 weist einen Weglängenmodulator auf, der eingerichtet ist, die optische Weglänge des Strahlengangs 8 zwischen der Probenebene 11 und dem Detektor 4 kontinuierlich zu verändern. Dabei ist der Detektor 4 eingerichtet, eine Mittelung über verschiedene der optischen Weglängen vorzunehmen. Der Weglängenmodulator ist eingerichtet, die optische Weglänge innerhalb eines Bereiches zu verändern, der kürzer als die Schärfentiefe des Mikroskops 16 ist. Der Weglängenmodulator kann eingerichtet sein, die optische Weglänge des Strahlengangs 8 zwischen der Probenebene 11 und dem Detektor 4 aperiodisch und insbesondere chaotisch zu verändern. Alternativ kann der Weglängenmodulator eingerichtet sein, die optische Weglänge des Strahlengangs 8 zwischen der Probenebene 11 und dem Detektor 4 periodisch zu verändern. Dabei können die Interferenzen besonders gut unterdrückt werden, wenn das Mikroskop 16 derart eingerichtet ist, dass im Betrieb die Frequenz, mit der die optische Weglänge verändert wird, höher ist als die halbe Auslesefrequenz des Detektors 4 oder als die Hälfte der reziproken Integrationszeit des Detektors 4. In dem Fall, dass es sich bei dem Detektor 4 um die Kamera handelt, ist die Auslesefrequenz die Bildaufnahmefrequenz der Kamera.
Bei der ersten bevorzugten Ausführungsform des zweiten Mikroskops 16 gemäß 6 weist der Weglängenmodulator einen für die Infrarotstrahlung transparenten Phasenmodulator 13 auf, der Bereiche mit unterschiedlichen Brechungsindizes (m, n₂) aufweist und eingerichtet ist, im Betrieb um eine Phasenmanipulatorrotationsachse 19 zu rotieren. Die Phasenmanipulatorrotationsachse 19 kann dabei so angeordnet sein, dass sie nicht von der Infrarotstrahlung erfasst wird, damit die sämtliche Infrarotstrahlung die Veränderung der optischen Weglänge erfährt. Zudem ist es denkbar, dass die Phasenmanipulatorrotationsachse 19 im Wesentlichen parallel zu der optischen Achse 17 angeordnet ist. 7 zeigt ein Beispiel für einen solchen Phasenmanipulator 18. Der Phasenmanipulator 18 hat die Form einer kreisförmigen Scheibe, wobei ein Halbkreis der Scheibe einen Brechungsindex n₁ und der andere Halbkreis der Schiebe einen Brechungsindex n₂ hat. Dabei ist n₁ verschieden von n₂.
Bei der zweiten bevorzugten Ausführungsform des zweiten Mikroskops 16 gemäß 8 weist der Weglängenmodulator einen für die Infrarotstrahlung transparenten Keil 20 auf, eingerichtet ist, im Betrieb um eine Keilrotationsachse 21 zu rotieren. Durch die Rotation des Keils 20 passiert ein bestimmter Bereich des Strahlengangs eine unterschiedliche lange Strecke des Keils. Die Keilrotationsachse 21 kann dabei so angeordnet sein, dass sie nicht von der Infrarotstrahlung erfasst wird, damit die sämtliche Infrarotstrahlung die Veränderung der optischen Weglänge erfährt. Zudem ist es denkbar, dass die Keilrotationsachse 21 im Wesentlichen parallel zu der optischen Achse 17 angeordnet ist.
Bei der dritten bevorzugten Ausführungsform des zweiten Mikroskops 16 gemäß 10 weist der Weglängenmodulator ein für die Infrarotstrahlung transparentes Kippelement 23 auf, das eingerichtet ist, im Betrieb um eine Achse 24 gekippt zu werden. Die Kippbewegung ist in 9 durch einen gekrümmten Doppelpfeil angedeutet.
Bei der vierten bevorzugten Ausführungsform des zweiten Mikroskops 16 gemäß 9 ist der Weglängenmodulator eingerichtet, im Betrieb die Probe 2 und/oder die Kamera 4 in einer Richtung parallel zu der optischen Achse 17 des Mikroskops 16 kontinuierlich zu bewegen. Dazu kann der Weglängenmodulator einen ersten Piezokristall 22a, der eingerichtet ist, den Probenhalter 1 und/oder die Probe 2 zu bewegen, und/oder einen zweiten Piezokristall 22b aufweisen, der eingerichtet ist, den Detektor 4 zu bewegen. Die Bewegungen parallel zu der optischen Achse 17 sind durch Doppelpfeile an den Piezokristallen 22a und 22b angedeutet.
Bei einer fünften bevorzugten Ausführungsform des zweiten Mikroskops 16 weist der Weglängenmodulator eine für die Infrarotstrahlung transparente Streuscheibe, die eingerichtet ist, im Betrieb zu rotieren, und/oder einen die Infrarotstrahlung reflektierenden Streuspiegel auf, der eingerichtet ist, im Betrieb zu rotieren. Die Streuscheibe und der Streuspiegel weisen dabei eine raue Oberfläche auf. Die Streuscheibe und/oder der Streuspiegel können dabei derart angeordnet sein, dass deren Rotationsachse im Betrieb nicht von der Infrarotstrahlung erfasst wird, so dass alle Bereiche der Infrarotstrahlung eine Veränderung der optischen Weglänge erfahren.
11 zeigt das dritte erfindungsgemäße Mikroskop 16. Das dritte erfindungsgemäße Mikroskop 16 weist eine Blende 26 auf, die im Strahlengang 8 zwischen der Probenebene 11 und dem Detekor 4 angeordnet ist und zumindest einen radialen Abschnitt aufweist, in dem die Blende 26 mindestens einen blendenfreien Bereich aufweist und für jeden der blendenfreien Bereiche jeweils einen Bereich aufweist, in dem die Blende 26 die Infrarotstrahlung blockiert und der mit einer invertierten Punktsymmetrie bezüglich der optischen Achse 17 des Mikroskops 16 zu dem zugehörigen blendenfreien Bereich angeordnet ist. Denkbar ist, dass die Blende 26 mindestens einen Durchmesser hat, der länger ist als der Durchmesser der Infrarotstrahlung an der Stelle des Mikroskops 16, an dem die Blende 26 angeordnet ist.
Denkbar ist, dass die Blende in dem radialen Abschnitt entlang ihres gesamten Umfangs eine invertierte Punktsymmetrie bezüglich der optischen Achse 17 des Mikroskops 16 hat. Um die Interferenzen besonders effektiv zu unterdrücken und um möglichst wenig von der Infrarotstrahlung an der Blende zu verlieren, kann die Blende 26 vollständig die invertierte Punktsymmetrie haben. Dies lässt sich konstruktiv einfach umsetzen, wenn das Mikroskop 16 eine Hülse aufweist, die radial außen die Blende 26 zusammenhält. Die Hülse kann mit einem derartigen Durchmesser versehen werden, dass sie außerhalb des Strahlengangs 8 angeordnet ist und somit im Betrieb nicht von der Infrarotstrahlung beaufschlagt ist. Um Streulicht zu unterbinden, kann die Blende 26 zudem aus einem die Infrarotstrahlung absorbierenden Material sein oder mit dem die Infrarotstrahlung absorbierenden Material beschichtet sein, insbesondere an der Seite der Blende 26, die dem Detektor 4 zugewandt ist.
11 zeigt eine erste erfindungsgemäße Ausführungsform des dritten erfindungsgemäßen Mikroskops 16, bei der die Blende 26 senkrecht zu der optischen Achse 17 angeordnet ist.
17 zeigt eine nicht zur beanspruchten Erfindung gehörige zweite Ausführungsform des dritten Mikroskops 16, bei der die Blende 26 an ihrer der Probenebene 11 zugewandten Seite einen die Infrarotstrahlung reflektierenden Spiegel 27 aufweist und die Strahlungsquelle 12 eingerichtet ist, die Infrarotstrahlung via den Spiegel 27 auf die Probenebene 11 zu lenken, so dass der Detektor 4 eingerichtet ist, im Betrieb die Infrarotstrahlung in deren Remission zu detektieren. Wie es aus 17 ersichtlich ist, ist die Blende 26 verkippt zu der optischen Achse 17 des Mikroskops 16 angeordnet und zwar zu dem Teil der optischen Achse 17, der den Strahlengang des Mikroskops 16 von der Probenebene 11 zu dem Detektor 4 beschreibt. Dabei ist beispielsweise ein Winkel von 30° bis 60°, insbesondere 45°, zwischen der Normalen der Blende 26 und der optischen Achse 17 denkbar. Zudem weist die zweite bevorzugte Ausführungsform einen Absorber 7 auf, der angeordnet ist die von der dem Detektor 4 zugewandten Fläche der Blende 26 reflektierte Infrarotstrahlung zu absorbieren. Alternativ oder zusätzlich zu der verkippt angeordneten Blende 26 ist die dem Detektor 4 zugewandte Seite der Blende 26 eingerichtet die Infrarotstrahlung zu absorbieren.
12 und 18 zeigen fünf verschiedene Ausführungsformen für die Blende 26. Eine fünfte Blende 26e aus 18 weist den blendenfreien Bereich auf, der in 18 die Form eines Viertelkreises hat und von 6 Uhr bis 9 Uhr reicht. Zudem weist die fünfte Blende 26e den Bereich auf, in dem die Blende 26e die Infrarotstrahlung blockiert und der mit einer invertierten Punktsymmetrie bezüglich der optischen Achse 17 des Mikroskops 16 zu dem zugehörigen blendenfreien Bereich angeordnet ist, also von 12 Uhr bis 3 Uhr und ebenfalls in der Form des Viertelkreises. Die fünfte Blende 26e weist weitere Bereiche auf, in denen die Blende 26e die Infrarotstrahlung absorbiert und zwar von 9 Uhr bis 12 Uhr und von 3 Uhr bis 6 Uhr.
Die vier Blenden 26 aus 12 haben in dem radialen Abschnitt entlang ihres gesamten Umfangs eine invertierte Punktsymmetrie bezüglich der optischen Achse 17 des Mikroskops 16. Eine erste Blende 26a und eine zweite Blende 26b aus 12 haben die Form eines Halbkreises, wobei die optische Achse 17 auf dem Mittelpunkt des Halbkreises liegt. Die erste Blende 26a ist im Vergleich zu der zweiten Blende 26 um 90° gedreht. Eine vierte Blende 26d aus 12 hat in ihrem radial äußeren Bereich die Form eines Halbkreises und in ihrem radial inneren Bereich die Form eines Vollkreises, wobei der Radius des Halbkreises länger ist als der Radius des Vollkreises. Die Mittelpunkte des Halbreises und des Vollkreises liegen dabei auf der optischen Achse. Der Radius des Vollkreises ist bevorzugt kürzer als 50% des Radius des Halbkreises. Dadurch wird vorteilhaft erreicht, dass nur eine kleine Menge der Infrarotstrahlung an dem Vollkreis verloren geht. Bei einer dritten Blende aus 12 weist der radiale Abschnitt mindestens drei Bereiche auf, in denen die Blende 26 die Infrarotstrahlung blockiert, wobei jeweils zwei der Bereiche von einem blendenfreien Bereich getrennt sind, der in Umfangsrichtung zwischen den zwei Bereichen liegt.
14 zeigt drei Bilder eines Testobjektes (Auflösungstestbild USAF1951, Chrom auf Calciumfluorid), die mit der ersten Ausführungsform des dritten erfindungsgemäßen Mikroskops aufgenommen wurden. Das linke Bild wurde mit der ersten Blende 26a aufgenommen, das mittlere Bild wurde mit der zweiten Blende 26b aufgenommen und das rechte Bild wurde mit einer Blende aufgenommen, die die gleiche Form wie die Blenden 26a und 26b hat, aber um 45° zu den Blenden 26a und 26b in Umfangsrichtung gedreht ist. Erkennbar ist, dass das linke Bild eine Verminderung der Ortsauflösung in vertikaler Richtung, das mittlere Bild eine Verminderung der Ortsauflösung in horizontaler Richtung und das rechte Bild eine Verminderung der Ortsauflösung in schräger Richtung hat.
Um diese Verminderung der Ortsauflösung in Umfangsrichtung zu vergleichmäßigen, kann das Mikroskop 16 eingerichtet sein, die Blende 26 im Betrieb um die optische Achse 17 zu rotieren. Für eine besondere Vergleichmäßigung der Ortsauflösung in der Umfangsrichtung kann das Mikroskop 16 derart eingerichtet sein, dass im Betrieb die Integrationszeit des Detektors 4, insbesondere der Kamera 4, länger ist als eine Blendenrotationsdauer, die diejenige Zeitdauer ist, die zu der kürzesten Blendenrotation gehört, nach der die Blende 26 wieder den gleichen Bereich des Strahlengangs 8 abdeckt. Es ist ebenso denkbar, dass die inverse Blendenrotationsdauer einem ganzzahligen Vielfachen der Auslesefrequenz des Detektors 4 entspricht. In dem Fall, dass es sich bei dem Detektor 4 um die Kamera handelt, ist die Auslesefrequenz die Bildaufnahmefrequenz der Kamera. Für die erste Blende 26a, die zweite Blende 26b und die vierte Blende 26d entspricht die Zeitdauer einer vollständigen Umdrehung der Blende. Für die dritte Blende 26c entspricht die Zeitdauer 1/N einer vollständigen Umdrehung der Blende 26c, wobei die N die Anzahl der Bereiche sind, in denen die Blende 26 die Infrarotstrahlung blockiert, wobei jeweils zwei der Bereiche von einem blendenfreien Bereich getrennt sind, der in Umfangsrichtung zwischen den zwei Bereichen liegt. Im Fall der 5 hat die Blende insgesamt fünf der Bereiche, so dass die Zeitdauer einem Fünftel einer vollständigen Umdrehung der Blende 26c entspricht.
Die Blende 26 ist in einer Aperturblendenebene des Mikroskops 16 angeordnet. Für die Aperturblendenebene kommen alle Ebenen in dem Strahlengang 8 in Frage, die senkrecht zu der optischen Achse 17 angeordnet sind und nicht auf einer Bildebene, einer Objektebene und einer Zwischenbildebene des Mikroskops 16 liegen. In einer besonderen Ausführungsform liegt die Aperturblendenebene zudem abseits eines Fokus des Objektivs 3.
13 zeigt die Messung der relativen Absorbanz des leeren BariumfluoridKristalls, welche mit dem dritten erfindungsgemäßen Mikroskop und der Blende 36a und einer Vergrößerung von 1 gemessen wurde. Die Wellenzahl der Infrarotstrahlung beträgt 1600 cm^-1. Die Interferenzen sind gegenüber deutlich unterdrückt. Der Mittelwert der Standardabweichung der relativen Absorbanzwerte im mittleren Viertel des Sichtfelds der Einzelaufnahmen ist durch das Einfügen der Blende 26 von 0.0136 gemäß 1 auf 0.0033 gemäß 13 reduziert worden.
15 zeigt das vierte offenbarte Mikroskop 16. Das vierte Mikroskop 16 weist einen Neutraldichtefilter 25 für die Infrarotstrahlung auf, der im Strahlengang 8 zwischen der Probenebene 11 und dem Detektor 4 angeordnet ist. Dabei kann der Neutraldichtefilter 25 so groß sein und so angeordnet sein, dass die vollständige durch die Probenebene 11 transmittierte Infrarotstrahlung durch den Neutraldichtefilter 25 passiert. Bei dem Neutraldichtefilter 25 kann es sich beispielsweise um einen Polymerfilm, eine Flüssigkeitszelle und/oder ein optisches Element mit plasmonischen Strukturen handeln. Dabei kann der Neutraldichtefilter 25 in einer Aperturblendenebene des Mikroskops 16 angeordnet sein. Für die Aperturblendenebene kommen alle Ebenen in dem Strahlengang 8 in Frage, die senkrecht zu der optischen Achse 17 angeordnet sind und nicht auf einer Bildebene, einer Objektebene und einer Zwischenbildebene des Mikroskops 16 liegen. Um den Neutraldichtefilter 25 vor einer zu hohen Belastung durch die Infrarotstrahlung zu schützen, kann der Neutraldichtefilter 25 auch abseits eines Fokus des Objektivs 3 angeordnet sein.
16 zeigt die Messung der relativen Absorbanz des leeren BariumfluoridKristalls, welche mit dem vierten Mikroskop 16 und drei der Neutraldichtefilter 25 und einer Vergrößerung von 1 gemessen wurde. Die Wellenzahl der Infrarotstrahlung beträgt 1600 cm^-1. Die Interferenzen sind gegenüber deutlich unterdrückt. Der Mittelwert der Standardabweichung der relativen Absorbanzwerte im mittleren Viertel des Sichtfelds der Einzelaufnahmen ist durch das Einfügen der Neutraldichtefilter 25 von 0.0136 gemäß 1 auf 0.0033 gemäß 16 reduziert worden.
Offenbart sind zudem folgende Ziffern:

1. Mikroskop mit einer Strahlungsquelle (12), die eingerichtet ist, in einem Betrieb des Mikroskops (16) zeitlich kohärente Infrarotstrahlung zu emittieren, die sich im Betrieb entlang eines Strahlengangs (8) des Mikroskops (16) ausbreitet, einer Probenebene (11), in der im Betrieb eine Probe (2) anzuordnen ist, einem Detektor (4), die eingerichtet ist, die Infrarotstrahlung nach deren Wechselwirkung mit der Probe (2) zu detektieren, einem Objektiv (3), das eingerichtet ist, die Probenebene (11) auf den Detektor (4) abzubilden, und einer Isolatoranordnung (10), die im Strahlengang (8) zwischen der Probenebene (11) und dem Detektor (4) angeordnet ist und eingerichtet ist, die Infrarotstrahlung lediglich in Richtung zu dem Detektor (4) hin passieren zu lassen.
2. Mikroskop gemäß Ziffer 1, wobei die Isolatoranordnung (10) einen linearen Polarisationsfilter (5) für die Infrarotstrahlung, der im Strahlengang (8) zwischen der Probenebene (11) und dem Detektor (4) angeordnet ist, und eine λ/4-Verzögerungsplatte (6) für die Infrarotstrahlung aufweist, die im Strahlengang (8) zwischen dem Polarisationsfilter (5) und dem Detektor (4) angeordnet ist und derart orientiert ist, dass die Polarisationsrichtung der Infrarotstrahlung, die den linearen Polarisationsfilter (5) passiert hat und die λ/4-Verzögerungsplatte (6) zweimal passiert hat, um 90° gedreht wird.
3. Mikroskop gemäß Ziffer 2, wobei der lineare Polarisationsfilter (5) verkippt zu der optischen Achse (17) des Mikroskops (16) angeordnet ist.
4. Mikroskop gemäß Ziffer 2 oder 3, wobei die Isolatoranordnung (10) einen die Infrarotstrahlung absorbierenden Absorber (7) aufweist, der angeordnet ist die von der dem Detektor (4) zugewandten Fläche des linearen Polarisationsfilters (5) reflektierte Infrarotstrahlung zu absorbieren.
5. Mikroskop gemäß einer der Ziffern 1 bis 4, wobei die Isolatoranordnung (10) einen Faraday Isolator (9) aufweist, der im Strahlengang (8) zwischen der Probenebene (11) und dem Detektor (4) angeordnet ist.
6. Mikroskop gemäß einer der Ziffern 1 bis 5, wobei das Mikroskop (16) eingerichtet ist, die Infrarotstrahlung derart zu modifizieren, dass die Probe (2) mit pseudothermischer Infrarotstrahlung bestrahlt wird.
7. Mikroskop gemäß einer der Ziffern 1 bis 6, wobei die Kohärenzlänge der Strahlungsquelle (12) länger ist als der Abstand von der Probenebene (11) zu dem Detektor (4).
8. Mikroskop mit einer Strahlungsquelle (12), die eingerichtet ist, in einem Betrieb des Mikroskops (16) zeitlich kohärente Infrarotstrahlung zu emittieren, die sich im Betrieb entlang eines Strahlengangs (8) des Mikroskops (16) ausbreitet, einer Probenebene (11), in der im Betrieb eine Probe (2) anzuordnen ist, einem Detektor (4), der eingerichtet ist, die Infrarotstrahlung nach deren Wechselwirkung mit der Probe (2) zu detektieren, einem Objektiv (3), das eingerichtet ist, die Probenebene (11) auf den Detektor (4) abzubilden, und einem Weglängenmodulator, der eingerichtet ist, die optische Weglänge des Strahlengangs (8) zwischen der Probenebene (11) und dem Detektor (4) kontinuierlich zu verändern.
9. Mikroskop gemäß Ziffer 8, wobei der Weglängenmodulator einen für die Infrarotstrahlung transparenten Keil (20), der eingerichtet ist, im Betrieb zu rotieren, einen für die Infrarotstrahlung transparenten Phasenmodulator (13), der eingerichtet ist, im Betrieb zu rotieren, und Bereiche mit unterschiedlichen Brechungsindizes (m, n₂) aufweist, ein für die Infrarotstrahlung transparentes Kippelement (23), das eingerichtet ist, im Betrieb um eine Achse (24) gekippt zu werden, eine für die Infrarotstrahlung transparente Streuscheibe, die eingerichtet ist, im Betrieb zu rotieren, und/oder einen die Infrarotstrahlung reflektierenden Streuspiegel aufweist, der eingerichtet ist, im Betrieb zu rotieren.
10. Mikroskop gemäß Ziffer 8 oder 9, wobei der Weglängenmodulator eingerichtet ist, im Betrieb die Probe (2) und/oder den Detektor (4) in einer Richtung parallel zu der optischen Achse (17) des Mikroskops (16) kontinuierlich zu bewegen.
11. Mikroskop gemäß einer der Ziffern 8 bis 10, wobei der Weglängenmodulator eingerichtet ist, die optische Weglänge des Strahlengangs (8) zwischen der Probenebene (11) und dem Detektor (4) aperiodisch und insbesondere chaotisch zu verändern.
12. Mikroskop gemäß einer der Ziffern 8 bis 10, wobei der Weglängenmodulator eingerichtet ist, die optische Weglänge des Strahlengangs (8) zwischen der Probenebene (11) und dem Detektor (4) periodisch zu verändern.
13. Mikroskop gemäß Ziffer 12, wobei das Mikroskop (16) derart eingerichtet ist, dass im Betrieb die Frequenz, mit der die optische Weglänge verändert wird, höher ist als die halbe Auslesefrequenz des Detektors (4) oder als die Hälfte der reziproken Integrationszeit des Detektors (4).
14. Mikroskop gemäß einer der Ziffern 8 bis 13, wobei der Weglängenmodulator eingerichtet ist, die optische Weglänge innerhalb eines Bereiches zu verändern, der kürzer als die Schärfentiefe des Mikroskops (16) ist.
15. Mikroskop gemäß einer der Ziffern 8 bis 14, wobei das Mikroskop (16) eingerichtet ist, die Infrarotstrahlung derart zu modifizieren, dass die Probe (2) mit pseudothermischer Infrarotstrahlung bestrahlt wird.
16. Mikroskop gemäß einer der Ziffern 8 bis 15, wobei die Kohärenzlänge der Strahlungsquelle (12) länger ist als der Abstand von der Probenebene (11) zu dem Detektor (4).
17. Mikroskop mit einer Strahlungsquelle (12), die eingerichtet ist, in einem Betrieb des Mikroskops (16) zeitlich kohärente Infrarotstrahlung zu emittieren, die sich im Betrieb entlang eines Strahlengangs (8) des Mikroskops (16) ausbreitet, einer Probenebene (11), in der im Betrieb eine Probe (2) anzuordnen ist, einem Detektor (4), der eingerichtet ist, die Infrarotstrahlung nach deren Wechselwirkung mit der Probe (2) zu detektieren, einem Objektiv (3), das eingerichtet ist, die Probenebene (11) auf den Detektor (4) abzubilden, und einer Blende (26), die im Strahlengang (8) zwischen der Probenebene (11) und dem Detektor (4) angeordnet ist und zumindest einen radialen Abschnitt aufweist, in dem die Blende (26) mindestens einen blendenfreien Bereich aufweist und für jeden der blendenfreie Bereiche jeweils einen Bereich aufweist, in dem die Blende (26) die Infrarotstrahlung blockiert und der mit einer invertierten Punktsymmetrie bezüglich der optischen Achse (17) des Mikroskops (16) zu dem zugehörigen blendenfreien Bereich angeordnet ist.
18. Mikroskop gemäß Ziffer 17, wobei die Blende (26) in dem radialen Abschnitt entlang ihres gesamten Umfangs eine invertierte Punktsymmetrie bezüglich der optischen Achse (17) des Mikroskops (16) hat.
19. Mikroskop gemäß Ziffer 17 oder 18, wobei der radiale Abschnitt mindestens drei der Bereiche aufweist, in denen die Blende (26) die Infrarotstrahlung blockiert, wobei jeweils zwei der Bereiche von einem der blendenfreien Bereich getrennt sind, der in Umfangsrichtung zwischen den zwei Bereichen liegt.
20. Mikroskop gemäß einer der Ziffern 17 bis 19, wobei das Mikroskop (16) eingerichtet ist, die Blende (26) im Betrieb um die optische Achse (17) zu rotieren.
21. Mikroskop gemäß Ziffer 20, wobei das Mikroskop (16) derart eingerichtet ist, dass im Betrieb die Integrationszeit des Detektors (4) länger ist als eine Blendenrotationsdauer, die diejenige Zeitdauer ist, die zu der kürzesten Blendenrotation gehört, nach der die Blende (26) wieder den gleichen Bereich des Strahlengangs (8) abdeckt, wobei die inverse Blendenrotationsdauer insbesondere einem ganzzahligen Vielfachen der Auslesefrequenz des Detektors (4) entspricht.
22. Mikroskop gemäß Ziffer 20, wobei das Mikroskop (16) eingerichtet ist, bei verschiedenen Winkelpositionen der Blende (26) jeweils eine Aufnahme mit dem Detektor (4) zu machen.
23. Mikroskop gemäß einer der Ziffern 17 bis 22, wobei die Blende (26) an ihrer der Probenebene (11) zugewandten Seite einen die Infrarotstrahlung reflektierenden Spiegel (27) aufweist und die Strahlungsquelle (12) eingerichtet ist, die Infrarotstrahlung via den Spiegel (27) auf die Probenebene (11) zu lenken, so dass der Detektor (4) eingerichtet ist, im Betrieb die Infrarotstrahlung in deren Remission zu detektieren.
24. Mikroskop gemäß Ziffer 23, wobei die Blende (26) verkippt zu der optischen Achse (17) des Mikroskops (16) angeordnet ist.
25. Mikroskop gemäß einer der Ziffern 17 bis 23, wobei die Blende (26) in einer Aperturblendenebene des Mikroskops (16) angeordnet ist.
26. Mikroskop gemäß einer der Ziffern 17 bis 25, wobei das Mikroskop (16) eingerichtet ist, die Infrarotstrahlung derart zu modifizieren, dass die Probe (2) mit pseudothermischer Infrarotstrahlung bestrahlt wird.
27. Mikroskop gemäß einer der Ziffern 17 bis 26, wobei die Kohärenzlänge der Strahlungsquelle (12) länger ist als der Abstand von der Probenebene (11) zu dem Detektor (4).
28. Mikroskop mit einer Strahlungsquelle (12), die eingerichtet ist, in einem Betrieb des Mikroskops (16) zeitlich kohärente Infrarotstrahlung zu emittieren, die sich im Betrieb entlang eines Strahlengangs (8) des Mikroskops (16) ausbreitet, einer Probenebene (11), in der im Betrieb eine Probe (2) anzuordnen ist, einem Detektor (4), der eingerichtet ist, die Infrarotstrahlung nach deren Wechselwirkung mit der Probe (2) zu detektieren, einem Objektiv (3), das eingerichtet ist die Probenebene (11) auf den Detektor (4) abzubilden, und einem Neutraldichtefilter (25) für die Infrarotstrahlung, der im Strahlengang (8) zwischen der Probenebene (11) und dem Detektor (4) angeordnet ist.
29. Mikroskop gemäß Ziffer 28, wobei der Neutraldichtefilter (25) in einer Aperturblendenebene des Mikroskops (16) angeordnet ist.
30. Mikroskop gemäß Ziffer 28 oder 29, wobei das Mikroskop (16) eingerichtet ist, die Infrarotstrahlung derart zu modifizieren, dass die Probe (2) mit pseudothermischer Infrarotstrahlung bestrahlt wird.
31. Mikroskop gemäß einer der Ziffern 28 bis 30, wobei die Kohärenzlänge der Strahlungsquelle (12) länger ist als der Abstand von der Probenebene (11) zu dem Detektor (4).
32. Mikroskop mit einer Strahlungsquelle (12), die eingerichtet ist, in einem Betrieb des Mikroskops (16) zeitlich kohärente Infrarotstrahlung zu emittieren, die sich im Betrieb entlang eines Strahlengangs (8) des Mikroskops (16) ausbreitet, einer Probenebene (11), in der im Betrieb eine Probe (2) anzuordnen ist, einem Detektor (4), der eingerichtet ist, die Infrarotstrahlung nach deren Wechselwirkung mit der Probe (2) zu detektieren, und einem Objektiv (3), das eingerichtet ist, die Probenebene (11) auf den Detektor (4) abzubilden, wobei die Strahlungsquelle (12) eingerichtet ist, im Betrieb die Wellenlänge der Infrarotstrahlung zu variieren und der Detektor (4) eingerichtet ist, im Betrieb eine Mittelung über verschiedene der Wellenlängen vorzunehmen.
33. Mikroskop gemäß Ziffer 32, wobei das Mikroskop (16) eingerichtet ist, die Mittelung in einem Spektralbereich durchzuführen, in dem die Wellenlänge weniger als 8 cm^-1 variiert wird, insbesondere weniger als 4 cm^-1, insbesondere weniger als 2 cm^-1, insbesondere weniger als 1 cm^-1.
34. Mikroskop gemäß Ziffer 32 oder 33, wobei das Mikroskop (16) eingerichtet ist, die Infrarotstrahlung derart zu modifizieren, dass die Probe (2) mit pseudothermischer Infrarotstrahlung bestrahlt wird.
35. Mikroskop gemäß einer der Ziffern 32 bis 34, wobei die Kohärenzlänge der Strahlungsquelle (12) länger ist als der Abstand von der Probenebene (11) zu dem Detektor (4).

Bezugszeichenliste

1: Probenhalter
2: Probe
3: Objektiv
4: Detektor, Kamera
5: linearer Polarisationsfilter
6: λ/4-Verzögerungspiatte
7: Absorber
8: Strahlengang
9: Faraday Isolator
10: Isolatoranordnung
11: Probenebene
12: Strahlungsquelle
13: Phasenmodulator
14: Rotationsachse
15: optisches Element
16: Mikroskop
17: optische Achse
18: Phasenmanipulator
19: Phasenmanipulatorrotationsachse
20: Keil
21: Keilrotationsachse
22a: erster Piezokristall
22b: zweiter Piezokristall
23: Kippelement
24: Achse
25: Neutraldichtefilter
26: Blende
26a: erste Blende
26b: zweite Blende
26c: dritte Blende
26d: vierte Blende
26e: fünfte Blende
27: Spiegel

Claims

Mikroskop mit einer Strahlungsquelle (12), die eingerichtet ist, in einem Betrieb des Mikroskops (16) zeitlich kohärente Infrarotstrahlung zu emittieren, die sich im Betrieb entlang eines Strahlengangs (8) des Mikroskops (16) ausbreitet, einer Probenebene (11), in der im Betrieb eine Probe (2) anzuordnen ist, einem Detektor (4), der eingerichtet ist, die Infrarotstrahlung nach deren Wechselwirkung mit der Probe (2) zu detektieren, einem Objektiv (3), das eingerichtet ist, die Probenebene (11) auf den Detektor (4) abzubilden, und einer Blende (26), die im Strahlengang (8) zwischen der Probenebene (11) und dem Detektor (4) angeordnet ist und zumindest einen radialen Abschnitt aufweist, in dem die Blende (26) mindestens einen blendenfreien Bereich aufweist und für jeden der blendenfreien Bereiche jeweils einen Bereich aufweist, in dem die Blende (26) die Infrarotstrahlung blockiert und der mit einer invertierten Punktsymmetrie bezüglich der optischen Achse (17) des Mikroskops (16) zu dem zugehörigen blendenfreien Bereich angeordnet ist, wobei die Blende (26) in einer Aperturblendenebene des Mikroskops (16) angeordnet ist.
Mikroskop gemäß Anspruch 1, wobei die Blende (26) in dem radialen Abschnitt entlang ihres gesamten Umfangs eine invertierte Punktsymmetrie bezüglich der optischen Achse (17) des Mikroskops (16) hat.
Mikroskop gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der radiale Abschnitt mindestens drei der Bereiche aufweist, in denen die Blende (26) die Infrarotstrahlung blockiert, wobei jeweils zwei der Bereiche von einem blendenfreien Bereich getrennt sind, der in Umfangsrichtung zwischen den zwei Bereichen liegt.
Mikroskop gemäß einer der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Mikroskop (16) eingerichtet ist, die Blende (26) im Betrieb um die optische Achse (17) zu rotieren.
Mikroskop gemäß Anspruch 4, wobei das Mikroskop (16) derart eingerichtet ist, dass im Betrieb die Integrationszeit des Detektors (4) länger ist als eine Blendenrotationsdauer, die diejenige Zeitdauer ist, die zu der kürzesten Blendenrotation gehört, nach der die Blende (26) wieder den gleichen Bereich des Strahlengangs (8) abdeckt, wobei die inverse Blendenrotationsdauer insbesondere einem ganzzahligen Vielfachen der Auslesefrequenz des Detektors (4) entspricht.
Mikroskop gemäß Anspruch 4, wobei das Mikroskop (16) eingerichtet ist, bei verschiedenen Winkelpositionen der Blende (26) jeweils eine Aufnahme mit dem Detektor (4) zu machen.
Mikroskop gemäß einer der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Blende (26) an ihrer der Probenebene (11) zugewandten Seite einen die Infrarotstrahlung reflektierenden Spiegel (27) aufweist und die Strahlungsquelle (12) eingerichtet ist, die Infrarotstrahlung via den Spiegel (27) auf die Probenebene (11) zu lenken, so dass der Detektor (4) eingerichtet ist, im Betrieb die Infrarotstrahlung in deren Remission zu detektieren.
Mikroskop gemäß einer der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Mikroskop (16) eingerichtet ist, die Infrarotstrahlung derart zu modifizieren, dass die Probe (2) mit pseudothermischer Infrarotstrahlung bestrahlt wird.
Mikroskop gemäß einer der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Kohärenzlänge der Strahlungsquelle (12) länger ist als der Abstand von der Probenebene (11) zu dem Detektor (4).