DE19803106A1

DE19803106A1 - Konfokales Mikrospektrometer-System

Info

Publication number: DE19803106A1
Application number: DE19803106A
Authority: DE
Inventors: John A Reffner; Steven H Vogel
Original assignee: Spectra Tech Inc
Current assignee: Spectra Tech Inc
Priority date: 1997-02-13
Filing date: 1998-01-28
Publication date: 1998-10-15
Also published as: JPH11316344A; US5864139A; GB2322206A; GB9801053D0; JP3299937B2; GB2322206B; JPH10246696A; JP2922185B2

Description

Hintergrund der Erfindung I. Erfindungsbereich

Diese Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf die Mikroskopie und Spektroskopie. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Mikroskop für den Einsatz in der Molekularmikrospektrometrie unter Verwendung von Infrarotstrahlungsenergie.

II. Beschreibung des Stands der Technik auf diesem Gebiet

Das Auflösungsvermögen aus herkömmlichen Mikroskop-Spektrometer- Kombinationen ist durch die relativ lange Wellenlänge (λ) der Infrarotstrahlung beschränkt. Z.B. ist das beugungsbegrenzte Auflösungsvermögen (d) für ein Mikroskop mit begrenzender numerischer Apertur (N.A.) d = (0,62 λ/N.A.). Zum Analysieren von molekularen Verbindungen, wie z. B. organischen Substanzen, gewissen Ionensalzen und Silikatmineralen, ist eine Strahlungsenergie im mittleren Infrarotbereich von 2,5 bis 25 µm höchst nützlich. In diesem mittleren IR-Wel lenlängenbereich beträgt die beugungsbegrenzte Auflösung annähernd 10 µm.

Auf dem Gebiet der Lichtmikroskopie hat es eine ständige Entwicklung weg von optischen Ausführungen mit fester Tubuslänge zu Mikroskopen mit unendlicher Bildweitenkorrektur gegeben. Eine Mikroskop-Objektivlinse mit Unendlichkorrektur erzeugt einen nahezu parallelen Lichtstrahl einer Probe. Die Betrachtung dieses parallel gerichteten Strahls mit einem optischen Teleskopsystem erzeugt eine vergrößerte Abbildung der Probe. Mikroskopausführungen mit Unendlichkorrektur haben den Vorteil, die Plazierung verschiedener optischer Elemente in den Kollimationsstrahl zuzulassen, ohne daß dadurch die Abbildungsqualität beein trächtigt wird.

Konfokale Aperturen wurden zuerst von Messerschmidt und Sting für IR-Mikro spektroskopie verwandt, um das Auflösungsvermögen zu verbessern, wie es im US-Patent Nr. 4,877,960 beschrieben wird. In dieser Entwicklung wurde ein Paar gleicher dualer Fernbildplanmasken oder Aperturen benutzt, um die konfokale Geometrie zu erzielen, wie es von Minsky eingeführt und im US-Patent Nr. 3,013,467 erklärt wurde. Bei näherer Untersuchung wurde festgestellt, daß die separaten Masken oder Aperturen nur bei einem Transmissionsmodus für die Durchlässigkeitsanalyse benötigt wurden. Beim Reflexionsmodus für die Reflexionsanalyse jedoch erzeugt eine einzige Apertur den konfokalen Effekt durch Scharfzeichnung sowohl des Bereichs des Musters, das mit Strahlungsenergie von der Quelle beleuchtet wird, als auch des Bereichs der Probe, der Strahlungsenergie zum Detektor reflektiert. Die duale Funktion der Probe-definierenden Apertur in der Reflexionsmikroskopie ist ein gemeinsames Merkmal in mehreren früheren Ausfüh rungen.

Für die Durchlässigkeitsanalyse mit konfokalen Probe-definierenden Masken benötigen Systeme nach dem bisherigen Stand der Technik duale Fernaperturen mit gleich großen Abbildungen und derselben geometrischen Form auf einer Probenebene. Das für die Durchstrahlung des transparenten Musters benutzte Infrarotlicht wird zweimal durch eine Maske abgedeckt, das erste Mal bevor das Licht auf die Oberfläche der Probe fällt, wenn das Licht von der Lichtquelle sich zur Probe fortpflanzt, und das zweite Abdecken erfolgt, nachdem die Strahlungsenergie von der Probe in durchlässiger Weise ausgeht, d. h. wenn das Licht sich von der Probe zu einem Detektor für sichtbares oder IR-Licht fortpflanzt.

Die Notwendigkeit für zwei getrennte Aperturen für die Transmissions mikrospektrometrie erhöht die Komplexität und die Kosten. Um zum Beispiel ein solches System ordnungsgemäß zu betreiben, muß der Benutzer sowohl die Größe als auch die Ausrichtung der zwei getrennten Fernaperturen symmetrieren und angleichen wie auch beide auf einen gemeinsamen Brennpunkt bringen. Überdies sind technische Fertigkeiten erforderlich, um die Probenmasken einzustellen. Wegen der Probleme im Zusammenhang mit dualen Fernapertursystemen verwenden viele kommerzielle Mikrospektrometer für Transmissionsmessungen Systeme mit einer einzigen Apertur, bei denen das Strahlungssignal nur einmal die Apertur passiert, d. h. in Richtung von einer Strahlungsquelle zur Probe, was zur Vereinfachung des Betriebs auf Kosten der Auflösung führt.

Ein weiterer Nachteil bestehender Mikrospektrometer ist ihre Unfähigkeit, eine simultane visuelle Betrachtung einer Objektabbildung zu ermöglichen, während sie Infrarotlicht messen oder erfassen. Beispielsweise muß bei vielen Systemen nach dem bisherigen Stand der Technik, einschließlich des im US-Gemeinschaftspatent Nr. 5,581,085 beschriebenen Systems, ein Reflektorteil (wie gezeigt als Teil 24 in Fig. 1 des US-Patents Nr. 5,581,085), aus dem Weg des reflektierten oder durchge lassenen Lichts entfernt werden, so daß das sichtbare Licht für einen Benutzer oder einen Detektor für sichtbares Licht, wie z. B. eine Videokamera, sichtbar ist. Wenn jedoch IR-Messungen erforderlich sind, muß das Reflektorteil in den Weg des Lichts wieder eingebracht werden, so daß das IR-Licht zu einem Detektor zurückreflektiert wird. In dieser Position steht eine Betrachtung einer sichtbaren Abbildung nicht mehr zur Verfügung, was den Einsatz von kontinuierlichen automatischen Fokus siermerkmalen schwierig, wenn nicht gar unmöglich macht.

Ein weiterer Nachteil von Mikrospektrometersystemen nach dem bisherigen Stand der Technik besteht darin, daß für eine automatisierte Sequenz von Spektral messungen die Größe oder der Bereich der dualen Aperturen, die benutzt werden, um ein Objekt mit einer Blende abzudecken und die Menge des Lichts zu steuern festliegt. Da der abgedeckte Bereich der Probe während der Erfassung einer automatisierten Spektralsequenz nicht verändert werden kann, geht dies auf Kosten einer optimalen Blendenabdeckung der Probe. Sollte beispielsweise eine Sequenz von Partikeln oder Zellen automatisch sequentiell analysiert werden, verlangte der bisherige Stand der Technik, daß die dualen Fernaperturen größenmäßig auf das kleinste Merkmal eingestellt wurden, und diese Größe konnte während der Sequenz nicht verändert werden.

Ein weiterer Nachteil von Mikrospektrometersystemen nach dem bisherigen Stand der Technik besteht darin, daß sie lediglich Infrarotlicht akkommodieren und zu einem einzigen Detektor zurückleiten. Wenn ein anderer Detektor gewünscht wird, um beispielsweise andere Analysen, als die, die mit dem ersten Detektor möglich sind, zu erhalten, muß der erste Detektor abgetrennt oder anderweitig aus dem Weg des Ausgangslichts entfernt werden, und ein anderer Detektor muß dafür eingesetzt werden.

Es ist daher Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Mikroskop bereitzustellen, das eine einzige konfokale Apertur für die Transmissions- und Reflexions-Mikrospektrometrie verwendet, wobei während des Transmissionsmodus Strahlungsenergie durch die Apertur in einer ersten und zweiten Richtung passiert.

Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, ein Mikroskop bereitzustellen, das Merkmale für gleichzeitige Betrachtung einer sichtbaren Abbildung und einer IR-Erfassung aufweist, so daß die Abbildung eines Objekts betrachtet werden kann, während IR-Mes sungen durchgeführt werden, und das eine Vorrichtung für eine kontinuierliche Einstellung des Brennpunkts der Probe durch eine Fokussiervorrichtung bereitstellt.

Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Mikroskop bereitzustellen, das einen Mechanismus für die Einstellung und Regulierung des Bereichs einer einzigen konfokalen Apertur zur Veränderung des angestrahlten Bereichs einer Probe aufweist.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Mikroskops für eine geeignete Arbeitsweise mit mehreren Detektoren für selektive Führung von IR-Licht zwischen ihnen.

Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, Plattformen für die Detektor anbringung bereitzustellen, die eine dreidimensionale Bewegung für die Ausrichtung eines Detektors mit einem IF-Ausgangsstrahl, der vom Mikroskop ausgeht, ermöglicht.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung basiert teilweise auf der Entdeckung, daß eine einzige Probe-definierende Apertur als konfokale Apertur sowohl zur Transmissions- als auch für Reflexions-Mikrospektrometrie dienen kann. Ein erfindungsgemäßes Mikroskop umfaßt eine einzige konfokale Apertur und eine parallel gerichtete IR-Strah lenquelle zur Erzeugung eines parallelen Strahlenbündels. Eine erste optische Vorrichtung lenkt das parallele Strahlenbündel durch die einzige konfokale Apertur, und die zweite optische Vorrichtung empfängt den gerichteten Strahl und richtet ihn erneut parallel aus. Im Transmissionsmodus fokussiert eine dritte optische Vorrichtung, die zur Aufnahme des erneut parallel gerichteten Strahls positioniert wird, den erneut parallel gerichteten Strahl auf eine Probenebene, die eine transparente Probe enthält, so daß ein Bereich der transparenten Probe zur Erzeugung eines Abbildungsstrahls angestrahlt wird. Eine vierte optische Vorrichtung wird bereitgestellt zur Aufnahme und Kollimation des Abbildungs strahls, der auf eine fünfte optische Vorrichtung gerichtet wird zur Fokussierung des parallelen Strahls durch die einzige konfokale Apertur zur Bildung eines Ausgangs strahls, der von einem Detektor empfangen werden kann.

In einer bevorzugten Ausführung wird ein Mechanismus zur Einstellung der Größe und Ausrichtung der Apertur bereitgestellt und gleichfalls ein dichroitischer Strahlteiler, der eine gleichzeitige Betrachtung der Objektabbildung und eine IR-Er fassung zuläßt, was eine kontinuierliche automatische Fokussierung des sichtbaren und des IR-Strahls auf der Probenebene erleichtert. In der bevorzugten Ausführung wird ebenfalls ein Mechanismus bereitgestellt, wie z. B. ein bewegliches optisches Element, um den Ausgangs-IR-Strahl selektiv auf einen von mehreren Detektoren zu richten.

In einer weiteren bevorzugten Ausführung wird eine Plattenvorrichtung bereit gestellt, auf welche der Detektor montiert ist. Diese Plattenvorrichtung erleichtert die dreidimensionale Bewegung des Detektors, um die richtige Ausrichtung des Detektors mit dem Ausgangs-IR-Strahl zu ermöglichen.

Die verschiedenen Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden ausführlichen Beschreibung im Zusammenhang mit den dazugehörigen Zeichnungen. Es ist jedoch davon auszugehen, daß die Zeichnungen lediglich zu Zwecken der Illustration und nicht als Definition der Grenzen der Erfindung, für die auf die beigefügten Ansprüche verwiesen wird, dienen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die Zeichnungen, in denen Referenz-Nr. gleichen Teilen in allen Zeichnungen entsprechen, sind:

Fig. 1 ist eine Perspektivansicht der optischen Teile, welche den Weg des IR-Lichts im Transmissionsmodus eines konfokalen Mikroskops mit einer einzigen Apertur in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung definieren;

Fig. 2 ist eine Perspektivansicht der optischen Teile, welche den Weg des sichtbaren Lichts im Transmissionsmodus des Mikroskopsystems der Fig. 1 definieren;

Fig. 3 ist eine Ansicht, teilweise als Riß, teilweise schematisch, die den Weg des IR-Lichts im Transmissionsmodus, die sichtbaren Transmissions- und Reflexionsstrahlenwege und die Fokussierungs steuervorrichtung des erfindungsgemäßen konfokalen Mikroskops mit einer einzigen Apertur darstellen;

Fig. 4 ist eine Perspektivansicht der optischen Teile, welche den Weg des IR-Lichts im Reflexionsmodus des konfokalen erfindungsgemäßen Mikroskops mit einer einzigen Apertur definieren;

Fig. 5 ist eine Perspektivansicht der optischen Teile, welche den Weg des sichtbaren Lichts im Reflexionsmodus des Mikroskopsystems der Fig. 4 definieren;

Fig. 6A-6C zeigen die Apertur der vorliegenden Erfindung in verschiedenen Öffnungspositionen;

Fig. 6D zeigt den Mechanismus zur Größeneinstellung der Apertur der vorliegenden Erfindung;

Fig. 7A-7C zeigen die Drehvorrichtung des Mechanismus zur Größen einstellung der Apertur der Fig. 6D; und

Fig. 8A und 8B zeigen die Ausrichtungsvorrichtung der Montageplatte für den Detektor in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung;

Fig. 9A ist eine Vorderansicht des IR-Lichtleitmechanismus zur Aufnahme mehrerer Detektoren in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung;

Fig. 9B und 9C sind planare Draufsichten des in Fig. 9A dargestellten Mechanismus.

Ausführliche Beschreibung der augenblicklichen bevorzugten Ausführungen

Das erfindungsgemäße Mikrospektrometersystem der vorliegenden Erfindung ist für die Verwendung mit einem Fourier-Transform-IR-Spektrometer zur Durchführung visueller Untersuchungen wie auch externer Reflexions- und interner Reflexions spektralanalysen einer Probe konzipiert. Das Mikrospektrometersystem verwendet verschiedene optische Standardbauteile, die den Fachleuten gut bekannt sind und die im US-Gemeinschaftspatent Nr. 5,581,085 ausführlich beschrieben werden, wobei auf dessen vollständigen hier eingebrachten Inhalt verwiesen wird. Aus Gründen der Vereinfachung werden der Betrieb und die Funktion solcher allseitig bekannten Bauteile hier nicht beschrieben.

Die vorliegende Erfindung erzielt die Vorteile der optischen Auflösung der konfokalen Mikroskopie durch die Verwendung einer einzigen Probe-definierenden Apertur für entweder die Transmissions- oder Reflexionsspektralanalyse und Abbildung. Die Verwendung einer einzigen Probenapertur für die konfokale Mikrospektrometrie macht das erfindungsgemäße System leichter in der Anwendung und präziser und leistungsfähiger in Bezug auf Systeme nach dem bisherigen Stand der Technik, weil es die Notwendigkeit der Ausrichtung und Angleichung dualer Fernaperturen verringert und dabei die Systemkosten vermindert.

Mit Bezug auf die Zeichnungen und anfänglich auf Fig. 1 wird eine schematische Darstellung eines konfokalen Mikrospektrometersystems 10 mit einer Apertur, das in der Lage ist, im Transmissionsmodus oder Reflexionsmodus zu arbeiten, dargestellt. Eine Beschreibung des Mikroskopbetriebs im Transmissionsmodus erfolgt nach stehend. Obwohl es in den Figuren nicht gezeigt wird, schließt das Mikrospektro meter oder Mikroskop 10 ein Gehäuse ein, wie es den Fachleuten des Gebiets bekannt ist und das im US-Patent Nr. 5,581,085 beschrieben wird. Das Gehäuse enthält die verschiedenen Mikroskopbauteile, die nachstehend beschrieben werden.

Das Mikroskop 10 hat ein Eingangsfenster 4 zur Aufnahme von optischen Eingangs signalen. Das Eingangsfenster umfaßt einen Eingabespalt 12, auf welchen ein Eingabefenster für Strahlung oder ein Lichtsignal, wie z. B. ein parallel gerichteter IR-Strahl 16, der IR-Wellenlängen enthält, gerichtet wird. Der parallele IR-Strahl 16 kann beispielsweise von einer IR-Quelle 17, wie einem in Fachkreisen bekannten Fourier Transform Infrared Spektrometer erzeugt werden.

Der im wesentlichen parallel gerichtete IR-Eingabestrahl 16 wird von einer Reflexionsfläche oder einem flachen Spiegel 18 zu einem gewölbten Spiegel 22 reflektiert. Der reflektierte Strahl wird als Strahl 20 dargestellt und von einer ersten optischen Vorrichtung oder einem gewölbten Spiegel 22 aufgefangen, der vorzugs weise kugelförmig gewölbt ist und der den reflektierten Strahl 20 zu einem fokussierten Strahl 24 fokussiert. Der Strahl 24 wird auf eine einzige Fernapertur 26, die eine konjugierte Feldebene definiert, gelenkt. Der gewölbte Fokussierspiegel 22 ist so konfiguriert, daß der erste fokussierte Strahl 24 einen Winkel ϕ in bezug auf eine Achse 5, definiert als eine vertikale Linie zur Aperturebene und zentriert auf dieser, bildet. In einer bevorzugten Ausführung ist der Winkel ϕ zwischen dem ersten fokussierten Strahl 24 und der definierten Achse 5 im Bereich von 5° bis 15° und am besten ungefähr 7°. Es ist herausgefunden worden, daß durch Neigung des fokussierten Strahls 24 zur Apertur 26, dieselbe Apertur als duale konfokale Apertur sowohl für Transmissions- als auch Reflexionsmodus für den Mikroskopbetrieb benutzt werden kann.

Die konfokale Fernapertur 26 schränkt den Querschnittsbereich des Fokus von Strahl 24 ein. Wie es den Fachleuten des Gebiets bekannt ist, wird eine größere Probenbereichsauflösung durch Begrenzung des angestrahlten Bereichs eines Objekts erzielt. Dies ist bekannt als Reduzierung des Schwarzschild-Villiger-Effekts und Reduzierung des Beugungseffekts bei IR-Spektral-Messungen. Wie es nach stehend ausführlicher erklärt wird, enthält die bevorzugte Ausführung eine einstell bare Apertur 26 für die weitere Regulierung des Querschnittsbereichs des fokussierten Strahls 24, wodurch der angestrahlte Objektbereich reguliert wird.

Nach Durchgang durch Apertur 26 wird der fokussierte Strahl 24 auf eine zweite optische Vorrichtung oder einen gewölbten Spiegel 28, ebenfalls vorzugsweise sphärisch, gelenkt, der den Strahl 24 erneut parallel zum Parallelstrahl 30 richtet, der seinerseits von einer Reflexionsfläche oder einem flachen Spiegel 32 reflektiert wird. In der bevorzugten Ausführung, und wie es nachstehend ausführlicher beschrieben wird, wird der reflektierte parallele Strahl (gezeigt als Strahl 34) auf ein Reflexionselement 36 gerichtet, das aus einem dichroitischen Material gefertigt ist und als dichroitischer Strahlteiler arbeitet, um einen ankommenden Strahl auf mehr als einen Weg zu richten. Genauer gesagt, ist es die Aufgabe des dichroitischen Strahlteilers 36, gewisse Wellenlängen in einer speziellen Richtung durchzulassen und andere Wellenlängen in eine andere Richtung zu reflektieren. Eine ausführlichere Erklärung von dichroitischen optischen Eigenschaften findet sich im US-Patent Nr. 5,160,826.

Der dichroitische Strahlteiler 36 richtet den reflektierten parallel gemachten Strahl 34 auf eine Objektivlinse mit Unendlichkeitskorrektur 40, die ausführlicher im US-Patent Nr. 5,581,085 beschrieben wird. Die Linse 40 besteht aus Spiegel bestandteilen, die geeignete Krümmungen und Abstände aufweisen, so daß die Fokussiereigenschaften der Linse den im wesentlichen parallel gerichteten Strahl 38 zu einem Brennpunkt bringen. Der Brennpunkt der Linse 40 befindet sich auf einer Probenebene 42, die ein Probenmaterial enthält, bei dem die Spektralanalyse vorgenommen werden soll.

Im Transmissionsmodus enthält die Probenebene 42 eine transparente Probe (wird nicht gezeigt), durch welche der Strahl 38 - der auf einen Bereich der Probe durch die Objektivlinse 40 - fokussiert wird, gerichtet wird, um eine Abbildung der Apertur auf der Probe zu bilden. Der von der Probe ausgehende Abbildungsstrahl wird einer vierten optische Vorrichtung, wie z. B. einer Kondensorlinse 44, zu geführt, die den Abbildungsstrahl erneut parallel macht und auf ein optisches Element 48 richtet. Die Wirkungsweise einer Kondensorlinse ist den Fachleuten bekannt, sie kann eine Reflexions- oder eine Brechungslinse sein, obgleich eine Reflexionslinse vorgezogen wird.

In einer bevorzugten Ausführung hat die Kondensorlinse 44 dieselbe Brennweite und denselben Vergrößerungsfaktor wie die Objektivlinse 40. Um es der einzigen Apertur zu ermöglichen, als duale konfokale Apertur zu funktionieren, müssen die Vergrößerungsfaktoren im wesentlichen gleich für den einfallenden und abgege benen Strahl auf der Probenebene 42 und die konjugierte Feldaperturebene, welche die Apertur 26 enthält, sein.

Die Kondensorlinse 44 erzeugt einen im wesentlichen parallel gemachten Strahl 46, der ein erneut parallel gerichteter Strahl des Abbildungsstrahls ist, der durch Anstrahlen eines Bereichs des Probenobjekts, das sich in der Probenebene 42 befindet, erzeugt wird. Der erneut parallel gemachte Strahl 46 wird von einem Reflexionselement 48 reflektiert, das wie Element 36 aus einem dichroitischen Material gefertigt ist und als Strahlteiler funktioniert, um die verschiedenen zuge führten Strahlen auf verschiedene Wege zu richten. Der reflektierte parallele Strahl wird zu einer Reflexionsfläche 50, vorzugsweise einem flachen Spiegel, geschickt, um den Strahl 46 auf eine fünfte optische Vorrichtung, die ein gewölbter Fokussier spiegel 52 ist, zu richten. Wie Spiegel 22, ist der Fokussierspiegel 52 sphärisch ausgebildet und fokussiert den parallelen Strahl 46 zurück durch die einzige Fernapertur 26 als fokussierten Strahl 54. Mit anderen Worten, das IR-Strahlungs bündel 46 durchläuft dieselbe Apertur 26 ein zweites Mal, wobei der Querschnitts bereich des Strahlungsbündel wiederum begrenzt wird, was die Scharfzeichnung der sich ergebenden Abbildung weiter verbessert.

Der so erzielte Strahl 54 wird zu einem weiteren gewölbten sphärischen Spiegel 56 gelenkt, der den fokussierten Strahl 54 erneut parallel macht, gezeigt als paralleler Abbildungsstrahl 58, und ihn zu einem Ausgangsterminal 14 des Mikroskops 10 führt. Genauer gesagt, der Strahl 58 wird auf ein Reflexionselement 60 gerichtet, um den erneut parallel gemachten Abbildungsstrahl 58 in einen Strahl 62 zu reflektieren, der auf eine Reflexionsfläche, wie z. B. einen Spiegel 66, gerichtet wird, um den reflektieren IR-Ausgangsstrahl an das optische Element 68 zu liefern. Das optische Element 68 fokussiert den erneut parallel gemachten Strahl 62 auf einen Detektor 69 zur Erfassung von IR-Strahlungsenergie. Das vom IR-Strahlungsenergie- Detektor erzeugte Signal wird zu einem Fourier-Transform-Spektrometer zur Signalverarbeitung weitergeleitet.

Wie nachstehend ausführlicher erklärt, kann das Reflexionselement 60 ein dichroitischer Strahlteiler sein, der die Einführung sichtbaren Lichts in das Mikroskop 10 für die Verwendung in einem Beleuchtungsmodus anpaßt. Weiterhin kann das optische Element 68 vorzugsweise beweglich sein, um den reflektierten Strahl auf eine Anzahl von Detektoren 69 und 99 zu richten, um so eine Vielfalt von Spektralanalysen zu erhalten, mit anderen Worten, durch Veränderung der Ausrichtung des optischen Elements 68 kann der daraus erzielte Ausgangsstrahl auf eine Vielzahl von entsprechend plazierten Detektoren gerichtet werden, um so eine Vielfalt von Messungen zu erzielen.

Das Mikroskop 10 ist gleichzeitig in der Lage, in einem Beleuchtungsmodus zu arbeiten, der es dem Benutzer erlaubt, eine auf der Probenebene 42 positionierte Probe, die sowohl von sichtbarem Licht wie auch von IR-Strahlung angestrahlt wird, zu betrachten. Mit Bezug auf Fig. 2 wird nun ein Beleuchtungsmodus zur Beleuch tung einer Probe während einer Transmissionsanalyse beschrieben. Wie gezeigt, enthält das Mikroskop 10 mehrere Quellen sichtbaren Lichts 72, 86 und 89, die so angebracht sind, daß sie Probenebene 42 entweder durch Beleuchtung von oben mittels Objektivlinse 40 oder durch Beleuchtung von unten mittels Kondensorlinse 44 beleuchten. Für die Beleuchtung beim Transmissionsmodus wird die Beleuch tung der Probenebene 42 von unten durch die Linse 44 eingesetzt. Die verschiedenen Strahlen des sichtbaren Lichts werden durch die gestrichelten Linien in Fig. 2 gezeigt.

Mit weiterem Bezug auf Fig. 2: ein erster Transmissions-Beleuchtungsmodus wird durch eine Quelle sichtbaren Lichts 72 erzeugt, die einen sichtbaren Beleuchtungs strahl 74 durch eine Eingangsöffnung für einen sichtbaren Strahl 73 und auf eine Reflexionsfläche, wie z. B. einen flachen Spiegel 76, richtet. Der Spiegel 76 richtet den reflektierten Strahl 74 durch das dichroitische Element 48 in die Kondensorlinse 44, die den Strahl 74 auf die Probenebene 42 fokussiert. Der von der Probenebene 42 ausgehende Abbildungsstrahl wird von der Objektivlinse 40 erneut parallel gemacht, um so den Parallelstrahl 78 zu bilden. Der Parallelstrahl 78 wird dann an das dichroitischen Element 36 geliefert, das den Strahl 78 an den Teiler 80 des sichtbaren Strahls weitergibt. Der Strahlteiler 80 liefert den im wesentlichen parallel gerichteten sichtbaren Abbildungsstrahl (gezeigt als Strahl 82) an eine Betrachtungs vorrichtung 96, wie z. B. ein Okular oder eine Videokamera, um eine Abbildung aus dem Strahl 82 zu bilden.

Ein zweiter Transmissions-Beleuchtungsmodus wird durch eine Quelle sichtbaren Lichts 89 erzeugt. Der zweite Modus benutzt eine Quelle sichtbaren Lichts, um den Probenobjektbereich, der vom IR-Strahl 16 angestrahlt wird, zu beleuchten. Um dies zu erreichen, wird sichtbares Licht mit einer Strahlenbreite, die im wesentlichen der Strahlenbreite des IR-Strahls 16 (gezeigt in Fig. 1) entspricht, in das Eingangsfenster 4 des Mikroskops eingebracht, entweder durch Eingangsport 12 (gezeigt in Fig. 1) oder durch einen separaten Eingangsport 90 für sichtbares Licht, und auf die Probenebene 42 gerichtet, im wesentlichen denselben Weg entlang, der vom IR-Strahlungsbündel genommen wird, d. h. koaxial zum IR-Strahl. Entsprechend wird ein parallel gemachter sichtbarer Strahl 120, erzeugt durch die Quelle 89 sichtbaren Lichts, in den Port 12 oder Port 90 geführt. Wenn der Port 12 benutzt wird, ist es erforderlich, den flachen Spiegel 18 durch ein dichroitisches Element zu ersetzen, um sowohl den IR-Strahl 16 als auch den sichtbaren Strahl 20 zu akkommodieren. Wenn der Port 90 benutzt wird, wie es in der Fig. 2 gezeigt wird, wird der Strahl 120 auf einen flachen Spiegel 70 gerichtet, der den Strahl 120 zum gewölbten Spiegel 56 reflektiert. Wie den Fachleuten bekannt, fokussiert der gewölbte Spiegel 56 einen Kollimationsstrahl, der sich in eine Richtung fortpflanzt und macht einen fokussierten Strahl, der sich in eine andere Richtung bewegt, parallel. Mit anderen Worten, der gewölbte Spiegel 56 wandelt nicht nur den fokussierten IR-Strahl 54 in den parallel gemachten Strahl 58 (wie in Fig. 1 gezeigt) um, sondern er fokussiert auch den parallel gemachten Strahl des sichtbaren Lichts 120 in einen sichtbaren Lichtstrahl 122, der, wie gezeigt, durch die Apertur 26 gerichtet und vom gewölbten Spiegel 52 aufgenommen wird. Ebenso fokussiert der gewölbte Spiegel 52 den parallelen IR-Strahl 46 durch die Apertur 26 als fokussierten Strahl 54 (ebenso in Fig. 1 gezeigt) und macht den fokussierten sichtbaren Strahl 122 wiederum parallel zum Parallelstrahl 124. Der parallel gemachte sichtbare Strahl 124 wird von einer Reflexionsfläche oder einem Spiegel 50 als reflektierter Parallelstrahl 126 reflektiert, der weiterhin vom dichroitischen Element 48 reflektiert und auf der Probenebene 42 durch Linse 44 fokussiert wird, um eine sichtbare Abbildung der Probenebene zu bilden. Der sichtbare Parallelstrahl (gezeigt als Strahl 128) wird dann von einer Betrachtungsvorrichtung 96 aufgenommen, um eine sichtbare Abbildung des Probenbereichs zu bilden. Wie es damit leicht ersichtlich sein dürfte, verwenden beide Linsen 40 und 44 beide sichtbaren Strahlenbündel 74 und 126, die von den Quellen der sichtbaren Strahlen 72 bzw. 89 erzeugt werden.

Wie oben erklärt, ist die Funktion der dichroitische Strahlteiler so, daß bestimmte Wellenlängen in einem einfallenden Strahl in eine Richtung gelenkt werden, während andere Wellenlängen in eine andere Richtung gelenkt werden. Beispiels weise reflektiert der Strahlteiler 36 den Strahl 34 in die Linse 40 (gezeigt in Fig. 1), während der Strahl 128 (d. h. die sichtbaren Wellenlängen, die durch die Anstrahlung der Probenebene mit sichtbarem Licht gebildet werden) zum Teiler 80 für den sichtbaren Strahl geführt wird. Der erzielte Strahl kann dann an eine Videokamera geliefert werden, die an einen Computer angeschlossen ist, der seinerseits mit einer Fokussiervorrichtung für jede oder beide Linsen 40, 44 und/oder Probenebene 42 verbunden ist, um eine kontinuierliche automatische Fokussierung der Linsen oder der Probenebene zu erleichtern, ohne Notwendigkeit, die Reflexionsfläche 36 zu entfernen, um eine sichtbare Abbildung zu erhalten.

Mit Bezug auf Fig. 3: hier wird eine weitere Ansicht der Wege des IR- und des sicht baren Strahls des Mikroskops im Transmissionsmodus gezeigt. Das in Fig. 3 gezeigte System ist ähnlich dem in Fig. 1 gezeigten, außer daß es mehrere zusätzliche Elemente enthält. Beispielsweise wird ein optisches Differential-Interferenz-Kon trast(DIK)-Bauteil 88 vorzugsweise zwischen dem dichroitischen Element 36 und der Objektivlinse 40 eingebracht, um den Kontrast der sichtbaren Abbildung der auf der Probenebene 42 positionierten Probe zu verbessern, wie es in Fachkreisen bekannt ist. Die sichtbare Abbildung wird durch den Strahlteiler 80 für den sichtbaren Strahl geführt und an die Betrachtungsvorrichtung 96 geliefert, die, wie oben gesagt, eine direkte Vorrichtung sein kann, wie z. B. ein monokularer, binokularer oder trinoku larer Betrachter, eine Videokamera, eine TV-Vorrichtung usw., um eine sichtbare Abbildung der beleuchteten Probe zu erhalten.

Wie oben erklärt, ermöglicht das dichroitische Element 36 eine gleichzeitige Betrachtung und die Spektralanalyse einer Probe, denn es reflektiert gleichzeitig den ankommenden IR-Strahl 34 zur Objektivlinse 40 und, schließlich zu einem IR-Detektor 69, während eine sichtbare Abbildung an die Betrachtungsvorrichtung 96 geliefert wird. Somit kann durch Einsatz eines Fokussiermotors 98, gesteuert durch die Betrachtungsvorrichtung 96 und angeschlossen an die Objektivlinse 40 und/oder an die Kondensorlinse 44 und/oder an die Probenebene 42, auf die eine Probe plaziert ist, eine kontinuierliche automatische Fokussierung erreicht werden. Wenn beispielsweise die sichtbare Abbildung verschwommen oder anderweitig unscharf eingestellt ist, schickt die Betrachtungsvorrichtung 96 ein Signal an den Fokussiermotor 98, um die Objektiv- und/oder Kondensorlinse und/oder die Probenebene erneut zu fokussieren oder anderweitig einzustellen.

Mit Bezug auf Fig. 4 und 5 wird hier der IR-Reflexionsmodusbetrieb des Mikroskops 10 beschrieben. Wie in Fig. 4 dargestellt, durchläuft das von der IR-Quelle 17 erzeugte Strahlenbündel 16 im wesentlichen denselben Weg zur Probenebene 42 (d. h. von der IR-Quelle 17 zur Probenebene 42) wie den Weg, der von der Proben ebene 42 wegführt (d. h. von der Probenebene 42 zum optischen Element 68). Genauer gesagt, das parallel gemachte IR-Strahlungsbündel 16 wird auf den ersten flachen Spiegel 18 gerichtet, der den Strahl (gezeigt als Strahl 20) auf einen Strahlteiler 130 reflektiert, der ein verjüngtes Ende und eine reflektierende Oberfläche hat. Der Strahlteiler 130 blockiert im wesentlichen die Hälfte des Strahls 20, während der Rest an den gewölbten Spiegel 22 für die Fokussierung durch die Apertur 26 weitergeleitet wird. Der so erzielte Strahl wird vom sphärischen Spiegel 28 erneut parallel gemacht, um den IR-Kollimationsstrahl 30 zu bilden, der auf die Reflexionsfläche 32 gerichtet wird. Die Reflexionsfläche 32 reflektiert den IR-Kollimationsstrahl 30 (gezeigt als Strahl 34) auf das dichroitische Element 36, das seinerseits den Strahl auf die Linse 40 zur Fokussierung auf die Probenebene 42 reflektiert.

Für den Betrieb im Reflexionsmodus wird eine reflektierende nicht-transparente Probe auf die Probenebene 42 plaziert, die den fokussierten Strahl durch die Linse 40 zurückreflektiert. Die Linse 40 macht den reflektieren Strahl parallel (gezeigt als Parallelstrahl 38) und schickt ihn zum dichroitischen Element 36 zur Reflexion zur Reflexionsfläche 32 und zum gewölbten Spiegel 28. Der gewölbte Spiegel 28 refokussiert dann den reflektierten Strahl zurück durch die Apertur 26 hin zum gewölbten Spiegel 22, der den fokussierten Strahl erneut parallel zum Strahl 58 macht. Der Strahl 58 wird auf den Strahlteiler 130 gerichtet und insbesondere auf dessen reflektierende Oberfläche. Der Strahlteiler 130 reflektiert den Kollimations strahl 58 zum dichroitischen Element 60 für die Aufnahme durch das optische Element 68. Wie oben erklärt, ist das optische Element 68 beweglich, um den IR-Aus gangsstrahl 68 selektiv auf einen der IR-Detektoren 69 oder 99 zu richten.

Mit Bezug auf Fig. 5: hier werden die Wege des sichtbaren Lichts während des Reflexionsmodus gezeigt. Wie zuvor in den oben in den Beleuchtungstransmissions modi beschrieben, bei denen ein erster Beleuchtungsmodus benutzt wird, um visuell die Probenebene 42 zu beleuchten und ein zweiter Beleuchtungsmodus, um visuell den IR-angestrahlten Probenobjektbereich zu beleuchten, so wird der Reflexionsmodus ebenso für diese Zwecke benutzt. Der erste Modus wird benutzt, um die Probenebene 42 zu beleuchten durch Erzeugung eines Strahls sichtbaren Lichts 84 aus der Quelle sichtbaren Lichts 86. Der Strahl 84 wird auf den Strahlteiler 80 für sichtbares Licht gerichtet, der seinerseits den sichtbaren Strahl auf den dichroitischen Strahlteiler 36 reflektiert, der den Strahl 84 zur Linse 40 zur Fokussierung auf der Probenebene 42 leitet. Da ein auf der Probenebene 42 plaziertes Probenobjekt im Reflexionsmodus nicht-transparent ist, wird das sichtbare Licht von der Probe zu den Strahlteilern 36 und 80 zurückreflektiert zur Aufnahme durch die Betrachtungsvorrichtung 96.

Der zweite Beleuchtungsmodus verwendet die Lichtquelle 89, um einen sichtbaren Kollimationsstrahl 120 zu erzeugen, der auf den Spiegel 70 gerichtet wird. Der sichtbare Kollimationsstrahl wird zur oberen Fläche des Strahlteilers 130 reflektiert, auf dem, wie oben beschrieben, ein Reflexionsmaterial aufgebracht ist und der den Strahl 120 weiter zum gewölbten Spiegel 22 reflektiert. Der Spiegel 22 fokussiert den parallelen Reflexionsstrahl auf die Apertur 26, die einen sichtbaren fokussierten Strahl 132 weitergibt, der vom gewölbten Spiegel 28 aufgenommen wird. Der Spiegel 28 macht den fokussierten Strahl 132 erneut parallel zum Strahl 134, der auf die Reflexionsfläche 32 hin zum dichroitischen Element 36 und runter zur Objektivlinse 40 zur Fokussierung auf der Probenebene 42 gerichtet wird.

Das sichtbare Licht wird von der Probenebene 42 zur Betrachtungsvorrichtung 96 reflektiert. Mit anderen Worten, das reflektierte sichtbare Licht wird vom dichroitischen Strahlteiler 36 und dem Strahlteiler für den sichtbaren Strahl 80 weitergeleitet und zur Betrachtungsvorrichtung 96 geliefert. Beachtenswert ist, daß durch die Lenkung des sichtbaren Lichts durch dieselbe Apertur 26 wie beim IR-Licht, der Bereich des Probenobjekts, das auf der Probenebene, die vom IR-Strahl angestrahlt wird, plaziert ist, entweder im Reflexions- oder im Transmissionsmodus identisch mit dem Bereich ist, der vom sichtbaren Licht beleuchtet wird. Dies ermöglicht die Betrachtung des angestrahlten Bereichs.

Mit Bezug auf die Fig. 6A-6D wird nachstehend die Einstellung der einzigen konfokalen Apertur 26 beschrieben. Wie oben erklärt, begrenzt die Apertur den Querschnittsbereich des ankommenden IR-Strahls (d. h. des Strahls, der sich von der Strahlenquelle 17 zur Probenebene 42 fortpflanzt) und begrenzt ebenso den Querschnittsbereich des so erzielten Abbildungsstrahls (d. h. des Strahls 46, der sich von der Probenebene 42 zum optischen Element 68 fortpflanzt), wie in Fig. 1 gezeigt. Wie oben erklärt, kann die Größe der Apertur und somit die Breite des durch die Apertur gehenden Strahls eingestellt werden. Die Apertur 26, die in Fig. 6A auf den Achsen X-Y liegt, ist um den Nullpunkt drehbar und schließt zwei Paare gegenüberliegende Blenden 102 und 104 ein. Das Blendenpaar 104 weist die gegenüberliegenden Kanten 105 auf, die parallel zur Achse X verlaufen, und das Blendenpaar 102 die gegenüberliegenden Kanten 107, die parallel zur Achse Y verlaufen. Wie unten ausführlicher beschrieben, können die Blendenpaare reguliert werden, um die Aperturgröße zu verändern.

Die Fig. 6A zeigt eine Apertur von im wesentlichen quadratischer Form, bei der die Abstände zwischen den Kantenpaaren 105 und 107 gleich sind, und die Fig. 6B zeigt eine Apertur in rechteckiger Form, bei der der Abstand zwischen den Kanten 105 weniger beträgt als der Abstand zwischen den Kanten 107. Die Fig. 6C zeigt die Apertur 26 in der geschlossenen Position, bei der die Kanten 107 miteinander Kontakt haben. Es dürfte ersichtlich sein, daß die Apertur 26 gleichermaßen geschlossen werden kann, indem die Kanten 105 statt Kanten 107 zusammengeführt werden.

Mit Bezug auf Fig. 6D: die Blendenpaare werden von einem Kurvenscheiben mechanismus betätigt, der seinerseits, wenn er in eine bestimmte Richtung gedreht wird, die Blendenpaare öffnet und schließt. Im einzelnen umfaßt der Kurven scheibenmechanismus ein Paar Platten oder Scheiben 150 (nur eine wird in der Fig. gezeigt), die eine zentrale Öffnung 155 haben. Das Blendenpaar 104 hat Verbindung mit der Scheibe 150 über die Zapfen 152, die an einem Ende mit der Scheibe verbunden sind, wobei das andere Ende in den gebogenen Nuten 154, welche in den Blenden 104 ausgebildet sind, liegt. Ein Paar im wesentlichen paralleler Stäbe 156 ist mit den Blenden 104 verbunden und diese stellen sicher, daß die Blenden miteinander ausgerichtet bleiben. Eine Drehung der Scheibe 150 bewirkt bei den Blenden 104 eine Bewegung in Translationsrichtung parallel zu den Stäben 156. Eine ähnliche Konfiguration besteht für das Blendenpaar 102, das auf eine Scheibe (hier nicht gezeigt) ähnlich der Scheibe 150, aber davon winkelig um 90° abgesetzt, montiert ist. Wie ersichtlich, kann durch selektive Regelung der Aperturgröße 26 der anzustrahlende Bereich der Probe geregelt werden.

Wie oben erklärt, wird die Aperturgröße durch Bewegen der Blendenpaare 102 und 104 geregelt. Zusätzlich zur Größenregelung ist die Apertur auch um eine Achse beweglich. Beispielsweise und mit Bezug auf die Fig. 7A-7C wird die Scheibe 150 in der Position um eine Achse 167 gezeigt. Ein Rahmen 169 ist verfügbar, an dem die Stäbe 156 befestigt sind. Der Rahmen 169 ist mit einem Tragstutzen 165 verbunden, welcher fest mit dem Mikroskopgehäuse, das eine definierte Bohrung aufweist, verbunden ist. Wie gezeigt, ist ein Manschettenteil 161 drehfähig in der zentralen Bohrung montiert und hat eine fest mit dem Manschettenteil verbundene Riemenscheibe oder einen Bewegungsmechanismus 163. Die Riemenscheibe 163 wird von einem Riemen (nicht gezeigt) angetrieben, der mit einem Motor (nicht gezeigt) verbunden ist. Wenn die Riemenscheibe 163 angetrieben wird, wird auch der Rahmen 169 - mit dem die Blendenpaare 102 und 104 verbunden sind - angetrieben, wodurch eine winklige Verlagerung der Apertur 26 verursacht wird.

Mit Bezug auf die Fig. 8A und 8B wird nachfolgend ein Detektorausrichtungs mechanismus 190 der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die Fig. 8A zeigt den Detektor 69, der eine Detektorachse 201 hat und auf dem Ausrichtungs mechanismus 190 montiert ist, so daß sich die Detektorachse in der Fig. von links nach rechts erstreckt, während die Fig. 8B den Detektor der Fig. 8A um 90° gedreht zeigt. Der Ausrichtungsmechanismus umfaßt eine Grundplatte 214, die von der Mittelplatte 212 durch die Stabpaare 202 und 204 getrennt ist. Die Grundplatte 214 hat einen Einschnitt oder eine Nute 203 mit einer Kante, an deren Länge der Stab 204 fest angebracht ist und eine Mittelplatte 212 mit einem Einschnitt 205, in dem der Stab 202 fest angebracht ist. Die Kanten des Stabs 202 sind an der Grundplatte 214 durch einen Federkolben 210 an einem Ende und durch eine Daumenschraube 216 am anderen Ende befestigt. Ein Einstellen der Schraube 216 bewirkt eine lineare Bewegung der Mittelplatte 212 mit Bezug auf die Grundplatte 214 (d. h. eine Bewegung in eine Richtung senkrecht zur Achse 201).

Der Halterungsmechanismus umfaßt auch eine Oberplatte 218 auf Abstand zur Mittelplatte 212 gehalten durch Stab 208 und Schraube 220. Der Stab 208 sitzt in einer Nute 207, die in der Platte 218 gebildet wird und damit verbunden ist. Auch der Stab 208 wird an seinen Enden von einem Federkolben 200 und einer Daumen schraube 206 gehalten. Ein Einstellen der Daumenschraube 206 bewirkt eine lineare Bewegung der Platte 218 in Bezug auf die Mittelplatte 212 und die Grundplatte 214 (d. h. eine Bewegung in Richtung parallel zur Achse 201). Eine zusätzliche Bewegung der Platte 218 wird bewirkt durch Einstellen der Schraube 220, die eine Kante der Platte 218 aufwärts und abwärts in Bezug auf Platte 212 bewegt. Wie ersichtlich ist, liefert der Halterungsmechanismus drei Bewegungsarten des Detektors 69, der seinerseits eine problemlose Detektorausrichtung bietet, um den erzielten IR-Strahl aufzunehmen.

Wie oben erklärt, bietet das erfindungsgemäße Mikrospektrometersystem die Erfassung von IR-Strahlung durch mehrere Detektoren, indem selektiv ein Ausgangs-IR-Strahl darauf gerichtet wird. Mit Bezug auf Fig. 9A wird dies durchgeführt, indem das optische Element 68 mit einem IR-Licht-Richtmechanismus 221 verbunden wird. Der IR-Licht-Richtmechanismus 221 umfaßt eine Platte 222, die von einem Paar Stützen 238 gehalten wird. Das optische Element 68 ist drehbar verbunden mit der Platte 222 zusammen mit einem optischen Aufsatz 242, einem Sperranschlag 226 und dem Bewegungsmechanismus 230, 234. Ein Riemen 232, angetrieben von einem Motor 236, verbindet den Bewegungsmechanismus 230 und 234 miteinander. Wenn der Motor 236 eingeschaltet wird, wird der Bewegungs mechanismus 234 angetrieben, der seinerseits den Riemen 232 und den Bewegungs mechanismus 230 bewegt. Wenn der Bewegungsmechanismus 230 bewegt wird, bewegt sich das damit verbundene optische Element 68 zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position, die durch die Sperre 226 definiert werden und die vorzugsweise in einem Winkel von 180° voneinander liegen.

Die zwei Positionen des optischen Elements 68 werden in den Fig. 9B und 9C gezeigt. Genauer gesagt, die Fig. 9B zeigt das optische Element 68, das einen Brennpunkt 240 hat, der in der ersten Position (d. h. in der Position nach oben) ausgerichtet ist, und in der Fig. 9C ist der Brennpunkt 240 in der zweiten Position (d. h. in der Position nach unten). Wie in den Fig. 9A-9C gezeigt, bewirkt somit die Bewegung des Riemens 232, daß der Brennpunkt 240 sich zwischen zwei Positionen bewegt, so daß, wenn ein Detektor auf eine der Seiten der Platte 222 gebracht wird, ein IR-Ausgangsstrahl vom optischen Element 68 aufgenommen wird, der selektiv auf einen der Detektoren gerichtet werden kann. Obgleich nur zwei Positionen gezeigt werden, wird es Fachleuten verständlich sein, daß mehr Posi tionen für die Aufnahme durch mehrere Detektoren definiert werden können.

Während somit grundlegende und neuartige Merkmale der Erfindung, angewandt auf ihre bevorzugte Ausführung, gezeigt, beschrieben und aufgezeigt worden sind, versteht es sich, daß verschiedene Auslassungen und Substitutionen und Verände rungen in der Form und bei den Einzelheiten der gezeigten Vorrichtungen und bei ihrem Betreiben von Fachleuten vorgenommen werden können, ohne vom Inhalt der Erfindung abzuweichen. Beispielsweise ist es ausdrücklich beabsichtigt, daß alle Kombinationen jener Elemente, die im wesentlichen dieselbe Funktion in im wesentlichen derselben Weise ausführen, um dieselben Resultate zu erzielen, im Erfindungsbereich liegen. Eine Beschränkung ist daher nur durch den Umfang der beigefügten Ansprüche beabsichtigt.

Claims

1. Mikroskop zur Durchführung transmissiver Spektrometrie durch Anstrahlung einer im wesentlichen transparenten Probe mit einem Energiestrahl, wobei dieses Mikroskop folgendes umfaßt:

- einen Eingangsport, um ein IR-Strahlungsbündel aufzunehmen;
- eine einzige Fernapertur;
- eine erste optische Vorrichtung zur Fokussierung des IR-Strahlungs bündels an der einzigen Fernapertur und zur Lenkung dieses fokussierten Strahlungsbündels durch diese einzige Fernapertur hindurch;
- eine zweite optische Vorrichtung, um den fokussierten Strahl aufzu nehmen und parallel zu machen;
- eine dritte optische Vorrichtung, um den parallel gemachten Strahl aufzunehmen und den Parallelstrahl auf eine Probenebene zu fokus sieren, die eine transparente Probe enthält, so daß ein Bereich der im wesentlichen transparenten Probe vom parallel gemachten Strahl ange strahlt wird, um dadurch einen Abbildungsstrahl zu zeugen;
- eine vierte optische Vorrichtung, um den erzeugten Abbildungsstrahl aufzunehmen und parallel zu machen; und
- eine fünfte optische Vorrichtung zur Fokussierung des so erzielten Abbildungsstrahls, der von der vierten optischen Vorrichtung an der einzigen Fernapertur parallel gemacht wurde und zur Lenkung dieses so erzielten Abbildungsstrahls durch die einzige Fernapertur, um einen Aus gangsabbildungsstrahl zu bilden, der von einer Detektorvorrichtung emp fangen werden kann.

2. Mikroskop nach Anspruch 1, wobei die einzige Fernapertur in einer Ebene enthalten ist, die eine Achse definiert, wobei das fokussierte Strahlenbündel diese einzige Fernapertur in einem Winkel im Bereich von 5° bis 15° bezogen auf diese Achse passiert.

3. Mikroskop nach Anspruch 2, wobei der erzielte Abbildungsstrahl diese einzige Fernapertur in einem Winkel im Bereich von 5° bis 15° bezogen auf diese Achse passiert.

4. Mikroskop nach Anspruch 1, das weiterhin einen dichroitischen Teiler enthält, der zwischen der genannten zweiten optischen Vorrichtung und der dritten optischen Vorrichtung positioniert ist, wobei dieser Strahlteiler, so konfiguriert ist, daß er die IR-Strahlung auf die genannte dritte optische Vorrichtung richtet, so daß die IR-Strahlung von der Probenebene zu einer Betrachtungsvorrichtung gelangt.

5. Mikroskop nach Anspruch 3, das weiterhin einen dichroitischen Strahlteiler enthält, der zwischen der genannten vierten optischen Vorrichtung und der genannten fünften optischen Vorrichtung positioniert ist, wobei der genannte Strahlteiler so konfiguriert ist, daß er die IR-Strahlung auf die fünfte optische Vorrichtung richtet, so daß die Nicht-IR-Strahlung zur genannten vierten optischen Vorrichtung weitergeleitet wird.

6. Mikroskop nach Anspruch 1, das weiterhin einen Aperturregelungs mechanismus zur Einstellung der Größe der genannten einzigen Fern apertur, um den Bereich des Strahlenbündel und den Bereich des so erzielten Abbildungsstrahls zu steuern, um so den angestrahlten Bereich der transparenten Probe zu regeln.

7. Mikroskop nach Anspruch 6, wobei der genannte Apertureinstell mechanismus die genannte einzige Fernapertur rotieren läßt.

8. Mikroskop nach Anspruch 1, wobei das genannte Strahlenbündel durch die genannte einzige Fernapertur in eine Richtung gerichtet wird und wobei der so erzielte Abbildungsstrahl durch die genannte einzige Fernapertur in eine zweite Richtung gerichtet wird.

9. Mikroskop nach Anspruch 4, das weiterhin einen Abbildungsdetektor umfaßt, der die Nicht-IR-Strahlung vom genannten dichroitischen Strahlteiler empfängt und einen Fokussiermechanismus, der vom genannten Abbildungsdetektor gesteuert wird, wenn der Abbildungsdetektor feststellt, daß eine Abbildung, die durch Anstrahlung der transparenten Probe mit dem fokussierten Strahl erzeugt wird, nicht scharf eingestellt ist.

10. Mikroskop nach Anspruch 9, das weiterhin ein optisches Differential- Interferenz-Bauteil umfaßt, das zwischen dem genannten dichroitischen Strahlteiler und der genannten dritten optischen Vorrichtung positioniert ist, um die Abbildung der im wesentlichen transparenten Probe, die von dem genannten Abbildungsdetektor empfangen wird, zu verbessern.

11. Mikroskop nach Anspruch 1, das weiterhin ein optisches Element umfaßt, um den Ausgangsstrahl aufzunehmen und auf mindestens einen Detektor zu richten.

12. Mikroskop nach Anspruch 11, wobei das optische Element beweglich ist, um den Ausgangsstrahl selektiv auf einen oder mehrere Detektoren zu richten.

13. Mikroskop nach Anspruch 6, wobei der genannte Apertureinstellmechanis mus ein erstes und zweites Paar abgesetzter Blenden umfaßt, wobei jedes Paar gegenüberliegende Kanten aufweist, die genannten Blendenpaare winkelig zueinander versetzt sind und wobei die Größe der genannten Fernapertur durch Veränderung des Abstands zwischen den genannten gegenüberliegenden Kanten der genannten Blendenpaare eingestellt wird.

14. Mikroskop nach Anspruch 1, das weiterhin einen Detektorausrichtungs mechanismus umfaßt, der den genannten Detektor in einer Position hält, um den genannten Ausgangsabbildungsstrahl zu empfangen, wobei dieser Detektorausrichtungsmechanismus Vorrichtungen zur Einstellung der drei dimensionalen Position des Detektors bezogen auf den genannten Ausgangsabbildungsstrahl umfaßt.

15. Mikroskop zur Durchführung von Transmissions- und Reflexions spektrometrie durch Anstrahlung einer auf einer Probenebene plazierten Probe mit einem Energiestrahl, wobei dieses Mikroskop folgendes umfaßt:

- ein Eingangsfenster zur Aufnahme eines IR-Strahls und eines ersten sichtbaren Strahls;
- ein erstes optisches Element, um den IR-Strahl und den ersten sichtbaren Strahl vom Eingangsfenster aufzunehmen und diesen IR-Strahl und den ersten sichtbaren Strahl auf die Probenebene zu richten zur Anstrahlung eines ersten Teilbereichs der Probenebene mit dem IR-Strahl und zur Beleuchtung dieses ersten Teilbereichs der Probenebene mit dem ersten sichtbaren Strahl;
- einen Eingangsport für den sichtbaren Strahl zur Aufnahme eines zweiten sichtbaren Strahls;
- ein optisches Element zur Aufnahme eines zweiten sichtbaren Strahls vom Eingangsport des sichtbaren Strahls zur Lenkung des zweiten sichtbaren Strahls auf die Probenebene zur Beleuchtung eines zweiten Teilbereichs der Probenebene, wobei der zweite Teilbereich mindestens einen Teil des genannten ersten Tellbereichs einschließt; und
- einen Betrachtungsport zur gleichzeitigen Aufnahme einer sichtbaren Abbildung des ersten Teilbereichs der Probenebene und zur Aufnahme einer sichtbaren Abbildung des zweiten Teilbereichs der Probenebene, ausgelöst durch die Beleuchtung der Probenebene durch den ersten und zweiten sichtbaren Strahl.

16. Mikroskop nach Anspruch 15, wobei der IR-Strahl einen Durchmesser hat und wobei der erste sichtbare Strahl einen Durchmesser aufweist und das genannte Mikroskop weiterhin eine Apertur hat, die zwischen dem genannten Eingangsfenster und der genannten Probenebene angeordnet ist, um die Durchmesser des infraroten und des ersten sichtbaren Strahls zu regeln, wodurch der erste Teilbereich der Probenebene definiert wird.

17. Mikroskop nach Anspruch 15, wobei das erste optische Element ein erstes und zweites optisches Element umfaßt, wobei das erste optische Element den IR-Strahl empfängt und ihn entlang einem ersten optischen Pfad auf die Probenebene richtet, und ein zweites optisches Element, das den ersten sichtbaren Strahl empfängt und diesen entlang einem zweiten optischen Pfad auf die Probenebene richtet.

18. Mikroskop nach Anspruch 16, wobei das genannte erste optische Teil ein erstes und zweites optisches Element umfaßt, wobei das erste optische Element den IR-Strahl empfängt und diesen entlang einem ersten optischen Pfad auf die Probenebene richtet, und ein zweites optisches Element, das den ersten sichtbaren Strahl empfängt und diesen entlang einem zweiten optischen Pfad auf die Probenebene lenkt.

19. Mikroskop nach Anspruch 17, wobei ein Teilbereich des ersten optischen Pfads und ein Teilbereich des zweiten optischen Pfads koaxial zueinander sind.

20. Mikroskop nach Anspruch 18, wobei ein Teilbereich des ersten optischen Pfads und ein Teilbereich des zweiten optischen Pfads koaxial zueinander sind.

21. Mikroskop zur Durchführung von Transmissions- und Reflexionsspektro metrie durch Anstrahlung einer Probe auf einer Probenebene mit einem Energiestrahl und zur Erzielung einer kontinuierlichen Betrachtung einer Abbildung der Probe durch Beleuchtung der Probe mit sichtbarem Licht, wobei dieses Mikroskop folgendes umfaßt:

- ein Eingangsfenster zur Aufnahme eines IR-Strahls und eines sichtbaren Strahls;
- ein optisches Bauteil zur Aufnahme des IR-Strahls und des sichtbaren Strahls vom genannten Eingangsfenster, um den IR-Strahl und den sicht baren Strahl auf die Probenebene zu richten, um die Probe mit dem IR-Strahl anzustrahlen und die Probe mit dem sichtbaren Strahl zu beleuchten;
- einen mit der Probenebene optisch ausgerichteten Ausgangsport für den sichtbaren Strahl, um eine Abbildung der Probe, gebildet durch die Beleuchtung mit dem sichtbaren Strahl, zu erhalten; und
- einen mit der Probenebene optisch ausgerichteten dichroitischen Strahl teiler und einen Ausgangsport für den sichtbaren Strahl zur Reflexion des IR-Strahls zur Probenebene und zur Führung der Abbildung der Proben ebene zum Ausgangsport des sichtbaren Strahls.

22. Mikroskop nach Anspruch 21, wobei das genannte optische Bauteil ein erstes und zweites optisches Element umfaßt, wobei das erste optische Element den IR-Strahl empfängt und diesen entlang einem ersten optischen Pfad zur Probenebene richtet, und das zweite optische Element, das den ersten sichtbaren Strahl empfängt und diesen entlang einem zweiten optischen Pfad zur Probenebene richtet.

23. Mikroskop nach Anspruch 22, wobei der genannte dichroitische Strahlteiler innerhalb des ersten und zweiten optischen Pfads angeordnet ist.

24. Mikroskop nach Anspruch 22, wobei ein Teilbereich des ersten optischen Pfads und ein Teilbereich des zweiten optischen Pfads koaxial zueinander liegen.