DE2904787A1 - Verfahren zur analyse eines gegenstandes unter verwendung von lichtstreuung - Google Patents

Verfahren zur analyse eines gegenstandes unter verwendung von lichtstreuung

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DE2904787A1
DE2904787A1 DE19792904787 DE2904787A DE2904787A1 DE 2904787 A1 DE2904787 A1 DE 2904787A1 DE 19792904787 DE19792904787 DE 19792904787 DE 2904787 A DE2904787 A DE 2904787A DE 2904787 A1 DE2904787 A1 DE 2904787A1
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Description

PATENTANWÄLTE A. GRUNECKER
DlPL-ING.
H. KINKBLDEY
OFl-ING
W. STOCKMAIR
OR-ING-AeEiCALTECH)
K. SCHUMANN
DR. RER NAT DIPL-PHVS
P. H. JAKOB
OPL-ING.
G. BEZOLD
DR RER NAT· OrL-CHEM
8 MÜNCHEN
MAXIMILIANSTRASSE A3
P 13 553-46/L
PUJI PHOTO OPTICAL CO., LTD.
1-324- Uetake-cho, Omiya-shi
Saitama-ken, Japan
Verfahren zur Analyse eines Gegenstandes unter Verwendung von Lichtstreuung.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Analyse der Peinstruktur oder Zusammensetzung eines Gegenstandes unter Verwendung von Lichtstreuung.
Um die Feinstruktur eines Gegenstandes wie ein Kristallkörper zu untersuchen, ist es bekannt, verschiedene Arten von Mikroskopen zu verwenden, wie z.B. herkömmliche optische Mikroskope, Polarisations-Mikroskope, Phasenkontrast-Mikroskope, Elektronen-Mikroskope und Elektronen-Mikroskope mit Abtastung. Bei diesen Mikroskopen trifft ein Lichtbündel oder ein Elektronenstrahl auf die Oberfläche eines zu untersuchenden Gegenstandes auf und das an der Oberfläche in der Porm eines Musters mit verschiedenen Farben oder verschiedener Helligkeit erscheinende Muster wird durch das Mikroskop beobachtet. Mit anderen Worten, im Mikroskop wird die Struktur oder Zusammensetzung an der be-
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TELEFON (089) 222862 TELEX O5-29 38O TELEGRAMME MONAPAT TELEKOPIERER
obachteten Oberfläche durch, ein Muster dargestellt, welches hinsichtlich, der Durchlässigkeit, des Reflexionsvermögens oder der Sekundärelektronen-Emissionsausbeute unterschiedlich ist. Deshalb ist das Mikroskop zur allgemeinen Beobachtung oder Analyse einer Oberfläche eines Gegenstandes geeignet»
Jedoch sind im Falle des Beobachtens von Atomanordnungen oder Gitterfehlern an der Oberfläche eines Kristalles in der Form eines Musters die herkömmlichen Mikroskope insofern nachteilig, als daß die Information von verschiedenen Atomen mit der Information überlagert, die von den anvisierten Atomen herrührt, und ferner es nicht wirklich möglich ist, die gleiche Information von der gleichen Probe wegen des Einflusses des Auftreffwinkels des Lichtbündels oder Elektronenstrahls und der Anisotropie des Kristalls zuschalten.
Ferner muß bei einem Durchsicht-Mikroskop die Probe als ein dünnes Teil vorliegen, und beim Reflexions-Mikroskop muß die Probe so behandelt werden, daß sie eine flache Oberfläche zur Beobachtung aufweist. Dies führt manchmal bei gewissen Arten von Proben zu Schwierigkeiten»
Es ist deshalb eine Zielsetzung der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum genauen Analysieren der Struktur oder Zusammensetzung innerhalb eines Körpers zu schaffen.
Insbesondere besteht eine Zielsetzung der vorliegenden Erfindung darin, ein Verfahren zum Analysieren der Struktur oder der Zusammensetzung in einer erwünschten Ebene innerhalb eines Körpers zu schaffen, mit dem die so erhaltene
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. 6·
Information klassifiziert bzw. eingeteilt werden kann und mit dem die erforderliche Art von Information ausgewählt und die ausgewählte Information in der Form eines Musters wiedergegeben werden kann, welches die beobachtete Oberfläche darstellt, ohne die Probe zu einem dünnen Teil zu bearbeiten oder ohne eine Probe so zu bearbeiten, daß die zu analysierende Oberfläche frei liegt.
Die vorhergehend genannten Zielsetzungen der vorliegenden Erfindung werden dadurch erreicht, daß ein Lichtstrahl durch einei zu analysierenden Gegenstand hindurchgeschickt wird und das von dem Gegenstand gestreute Licht analysiert wird. In diesem Fall, um eine Wechselwirkung zwischen den gestreuten Lichtbündeln zu vermeiden, sollte das auf den Gegenstand auftreffende Licht vorzugsweise auf einen vorgegebenen Durchmesser des Lichtstromes abgeblendet werden. Ferner sollte das auf den Gegenstand auftreffende Lichtbündel vorzugsweise längs der vorgegebenen Ebene innerhalb des zu analysierenden Gegenstandes abtasten, uai eine Information zur Analyse längs der Ebene zu erhalten. Andererseits kann das Licht stationär gehalten werden und der zu analysierende Gegenstand kann in der Richtung der Ebene bewegt werden, längs der der Gegenstand analysiert werden soll. Bei der vorliegenden Erfindung ist es auch möglich, ein Abtastsystem in dem optischen Be ob acht ungs system vorzusehen, so daß die Beobachtung abtastend längs der Ebene innerhalb des zu analysierenden Gegenstandes erfolgt, die mit Licht beleuchtet wird.
Die so erhaltene Information wird von einem Fotofühler empfangen und der elektrische Ausgang des Fotofühlers
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wird zusammen mit dem Beleuchtungslicht und dem Abtastsignal des Beobachtungssystems mit einem Computer verarbeitet, so daß die Information auf einer Kathodenstrahlröhre oder ähnlichem wiedergegeben i-jerden kann» Daher wird die Mikroskopinformation des Gegenstandes oder der Probe, die die Molekülstruktur oder Kristallstruktur darstellt, in der Form eines Musters wiedergegeben und sie kann einfach analysiert werden«.
Als bei der vorliegenden Erfindung verwandte Lichtstreuung sind die elastische Streuung9 die von keiner FrequenzverSchiebung begleitet wird, und nichtelastische Streuung, die von einer Frequenzverschiebung begleitet wird, wie Raman-Streuung, Brillouin-Streuung und ähnliche bekannt« Die elastische Streuung und die nichtelastische Streuung können zusammen zur Analyse verwandt werden, indem ein auf einen vorgegebenen Durchmesser scharf eingestelltes Lichtbündel auf eine Kristallprobe auftrifft und durch sie hindurchgeht und das gesamte Streulicht der Probe als eine Informationsquelle genutzt wird. In diesem Fall enthält das Streulicht sämtliche Frequenzkomponenten« Dies ist vorteilhaft, weil das Vorhandensein und die Verteilung von kleinen Teilchen, die kleiner als die Wellenlänge des Beleuchtungslichtes sind, und die Änderung des inneren Brechungsindex leicht beobachtet x^erden können. Durch Abtastung mit dem Beleuchtungslicht kann die Information über die Zusammensetzung längs der Abtastebene erhalten werden.
Bei dem herkömmlichen optischen Mikroskop ist es ferner unmöglich, zwischen dnem nahen Punkt und einem fernen Punkt innerhalb der Tiefenschärfe des Objektivs zu unterscheiden. Jedoch kann in Übereinstimmung mit der vorliegenden
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-Ϋ-
Erfindung die Unterscheidung vorgenommen werden, indem das Belöuchtungslichtbündel zu einem dünnen Bündel mit einem Durchmesser von "beispielsweise 20 μ scharf eingestellt wird und mit dem Lichtbündel abgetastet wird, um die Lage des Streuzentrums zu erfahren. Bei dem herkömmlichen Ultramikroskop oder Dunkelfeld-Mikroskop ist es unmöglich, einen Stoff festzustellen, der nur eine geringe Streuwirkung hat, wenn ein Stoff mit einer sehr großen Streuwirkung irgendwo in der Probe vorhanden ist. Jedoch ist bei der vorliegenden Erfindung die Feststellung eines Stoffes mit einer geringen Streuwirkung stets möglich, solang sich kein Stoff mit einer großen Streuwirkung im optischen Weg des Abtastlichtstrahles befindet. Demgemäß ist es also möglich, selbst eine kleine optische anormale Information festzustellen.
Wenn die inelastische Streuung für die Analyse bei der vorliegenden Erfindung verwendet wird, wird Raman-Streuung oder Laser-Raman-Spektroskopie unter Verwendung von
'monochromatischem Licht wie z.B. ein Laserstrahl benutzt, um eine theoretische Information über die molekulare Struktur hinsichtlich eines sehr kleinen Teiles der Probe zu erhalten. Die Raman-Streuung ist insbesondere für lebende Proben geeignet. Im Falle, daß die Proben viel Wasser enthalten, wie z.B. die lebenden Proben, wird das Licht in dem Infrarotbereich von der Probe absorbiert und die Information hinsichtlich molekularer Vibrationen bzw. Schwingungen kann sehr schwer festgestellt werden. Bei der Laser-Raman-Spektroskopie jedoch wird ein Lichtbündel mit einer kurzen Wellenlänge als Trägerwelle verwandt und die Frequenzverschiebung des gestreuten Lichtes des Lichtes mit kurzer Wellenlänge wird festgestellt, um
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die Information in Bezug auf molekulare Schwingungsmodi der Probe zu erhalten» Ferner ist dieses Verfahren selbst im Falle des Analysierens von Kristallen verglichen mit dem herkömmlichen spektroskopischen Analysierverfahren insofern vorteilhaft, als daß die Information in Bezug auf eine Lageänderung leicht erhalten werden kanxu Mit anderen Worten kann die Information in Bezug auf die Lageänderung des Phasenüberganges oder eine örtliche Änderung des Phasenüberganges dadurch erhalten werden, daß die Temperatur der Probe verändert wird und die Analyse des Phasenüberganges kann aufgrund der Frequenzänderung des gestreuten Lichtes erfolgen, welche durch die Änderung der Gitterschwingung bzw. Gittervibration bewirkt wird»
Wenn die Brillouin-Streuung vervrandt wird, ist die Informationquelle das gestreute Licht, welches von einer Frequenzverschiebung begleitet wird, die durch die Wechselwirkung zwischen Phononen und dem Beleuchtungslicht bewirkt wird.» Deshalb können durch die Analyse des gestreuten Lichtes mittels Spektroskopie oder durch Nachweisen (detection) der Phasenübergang einer kristallinen Probe und der Glasübergang eines Stoffes mit hohem Molekulargewicht wirkungsvoll analysiert werden.
Die so erhaltene Information kann in der Form eines Musters unter Verwendung verschiedener Verfahrensarten angezeigt bzw» dargestellt werden, wie z.B. durch eine einfache photografische Aufnahme, durch Verarbeiten und Aufzeichnen über einen Polarisator, und durch Aufzeichnen lediglich des gestreuten Lichtes einer vorgegebenen Frequenz mittels eines Interferometers. Ferner ist es möglich, einen
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Fotofühler statt einer fotografischen Kamera zu verwenden land die erhaltene Information mit einer Kathodenstrahlröhre oder einem elektrofotografischen Abtastsystem wiederzugeben, welches mit dem Abtasten des Beleuchtungslichtes synchronisiert ist, welches auf die Probe auf trifft. Als Einrichtung zur Anzeige kann eine Plasmaanzeige oder ein Flüssigkristall verwandt werden.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht, die das Prinzip der vorliegenden Erfindung zeigt, die in einer Analysiereinrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwirklicht ist,
Fig. 2 eine senkrechte Ansicht, die ein Beispiel eines optischen Beobachtungssystems zeigt, welches bei der in Fig. 1 dargestellten Einrichtung eingesetzt werden kann,
Fig.3 eine perspektivische Ansicht, die eine Ausführungsform der Analysiereinrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung zeigt,
Fig. 4 eine perspektivische Ansicht, die eine
andere Ausführungsform der Analysiereinrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung zeigt,
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Fig» 5 -Α- eine vergrößerte Darstellung, die die
Oberflächenreflexion von Licht an einer Probe zeigt.» "und
Fig« 5 B eine vergrößerte Darstellung, -um die Lösung des in Figo 5 A dargestellten Problems zu erläutern=
Fig. 1 zeigt ein Grundbeispiel eines Analysiersystems zum Durchführen des Verfahrens nach der vorliegenden Erfindungο
Gemäß Figo 1 umfaßt das Analysiersystem eine Laserquelle 1, einen Schlitten 2, der einen Spiegel 3 trägt und an dem ein optisches System 4 befestigt ist, eine Probenstation 6 zum Tragen einer Probe 7? ein Sammellinsensystem 8 und ein fotoempfindliches Aufzeichnungsmaterial 9« Der Schlitten 2 kann in Richtung des Pfeiles A bewegt werden und wird von einem Paar von Führungsschienen geführt«. Die optische Achse 8a des fokussLerenden Linsensystems 8 ist im wesentlichen senkrecht zu der Achse L eines Laserstrahles, welcher von der Laserquelle 1 ausgesandt und an dem Spiegel 3 reflektiert wird»
Der von der Laserquelle 1 ausgesagte Laserstrahl wird von dem Spiegel 3 reflektiert und tritt in das optische System 4 ein und verläßt das optische System 4 als ein dünnes Lichtbündel mit einem hierdurch begrenzten Querschnittsbereich» Der dünne Laserstrahl trifft auf die Probe 7 auf, die in der Probenstation 6 angeordnet ist und tritt durch sie hindurch» Der Laserstrahl wird von der Probe 7 bei ihrem Durchlaufen gestreut und ein Teil
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-β - ■
./fades gestreuten Laserstrahles tritt in das fokussierende Linsensystem 8 ein und wird auf einem Aufzeichnungsmaterial 9 scharf abgebildet. Wenn die Probe 7 ein Kristall ist, wird der gestreute Laserstrahl durch die Struktur des Kristalls längs des Weges verändert, auf dem er hindurchläuft. Beispielsweise, wenn der Brechungsindex der Probe längs des Weges verändert wird, kolloidale Teilchen innerhalb der Probe längs des Weges vorhanden sind, Gitterfehler längs des Weges existieren oder die Richtung der Anisotropie längs des Weges geändert wird, würde der Laserstrahl beim Durchlaufen der Probe in der Weise gestreut, welche nicht bei einem homogenen Kristall gesehen werden könnte.
Der Laserstrahl kann waagerecht abtasten, indem der Schlitten 2 bewegt wird, der den Spiegel 3 und das optische System 4- trägt. Somit kann ein Bild, welches die Information über die Struktur der Probe 7 längs einer Schnittebene, in der der Laserstrahl abtastet, auf dem Aufzeichnungsmaterial 9 aufgezeichnet werden. Vorzugsweise wird eine Maske mit einem Schlitz, der sich in der Richtung parallel zu dem Laserstrahl erstreckt, unmittelbar vor dem Aufzeichnungsmaterial 9 angeordnet und das Aufzeichnungsmaterial 9 wird dem gestreuten Laserstrahl durch den Schlitz ausgesetzt, welcher in der Richtung des Abtastens und synchron mit diesem bewegt wird.
Statt mit dem Laserstrahl abzutasten, kann die Probenstation 6 in der Richtung des Pfeiles B bewegt werden. In diesem Fall wird das Aufzeichnungsmaterial 9 waagerecht in der Richtung des Pfeiles C synchron mit der Be-
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wegung der Probenstation 6 verschoben, wobei der Ver größerung des Sammellinsensystem 8 Rechnung getragen wird.
Wenn die physikalischen Eigenschaften der Probe 7 Abhängigkeit von der Richtung unterschiedlich sinds sind eine Kombination aus einer zwischen der Probe 7 und dem optischen System 4- angeordneten Polarisatorplatte und einem zxcischen der Probe 7 und dem Sammellinsensystem 8 angeordneten Analysator wirkungsvoll, um die Information der physikalischen Eigenschaften zu erhalten»
Fig. 2 zeigt ein Beispiel des Linsensystems, bei dem eine Etalon-Platte verwandt wird, welche aus einem Paar von ebenen parallelen Platten E1 und E2 besteht, die zwischen den Sammellinsen angeordnet sind» Die Etalon-Platte läßt nur das Licht mit einer ausgewählten Wellenlänge durch. Somit kann das Licht mit der erwünschten Wellenlänge aus dem gestreuten Licht ausgesondert werden, wodurch eine Analyse von Brillouin-Streuung ebenfalls durchgeführt werden kann.
Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform des Analysiersystems zur Durchführung der vorliegenden Erfindung, welches zur Analyse von Raman-Streuung und Brillouin-Streuung geeignet ist- Da die Analyse der elastischen Streuung normalerweise durchgeführt wird, um einen sehr kleinen Teil einer Probe zu analysieren, sollte das fokussierende Linsensystem eine Vergrößerungsfunktion aufweisen. In Fig.. 3 geht der von einer Laserquelle 1a ausgesandte Laserstrahl über einen Spiegel 3a und ein optisches
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. ΑΙ.
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System 4a durch eine Probe 7a hindurch, welche in einer Probenstation 10 angeordnet ist. Die Probenstation 10 kann waagerecht längs eines Paares von !Führungsschienen 11 durch Drehen einer Schraubspindel 12 bewegt werden. Die Schraubspindel 12 wird durch einen Motor M1 entweder kontinuierlich oder schrittweise angetrieben. Der laserstrahl wird von der Probe 7s. gestreut und ein Teil des gestreuten Laserstrahls trifft über eine vergrößernde Sammellinse 13 auf einen Abtastspiegel 14. Das von dem Abtastspiegel 14 reflektierte Licht wird von einem Monochrometer 15 empfangen, welches vom Czerny-Turner Typ sein kann und ein Paar von sphärischen, konkaven Spiegeln und ein Gitter aufweist.Das Monochrometer 15 läßt nur Licht mit einer ausgewählten Wellenlänge durch. Das Licht mit der ausgewählten Wellenlänge, welches durch das Monochrometer 15 hindurchgehen kann, %?ird von einem Fotofühler 16 empfangen. Der Abtastspiegel 14 wird periodisch von einem Motor M2verschwenkt, damit das von dem vergrößernden Sainmellinsensystem 13 kommende Licht abgetastet wird.
Mit dieser Anordnung kann die Information eines sehr kleinen Teiles (eines mikroskopischen Teiles) der Probe 7a, die von dem gestreuten Licht übertragen wird, in der Form eines Musters durch eine Anzeigeeinrichtung dargestellt, bzw. angezeigt werden, welche im folgenden beschrieben werden wird. Dies kann dadurch erreicht werden, daß der Abtastspiegel 14 mit einer großen Geschwindigkeit verschwenkt wird, um das Licht von dem fokussierenden Linsensystem 13 in. der Richtung der optischen Achse L des Laserstrahles von dem optischen System 4a oder in der Richtung abzutasten, die die optische Achse L schneidet, wobei die Probenstation 10 mit einer äußerst kleinen Geschwindigkeit bewegt wird.
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Yon dem von dem Monochrometer 15 empfangenen Licht wird Licht mit einer spezifischen oder ausgewählten Wellenlänge ausgesondert und das ausgesonderte Licht trifft auf den Fotofühler 16 auf» Der elektrische Ausgang des Fotofühlers 16 wird durch einen Verstärker 21 verstärkt und dann durch einen A/D-Konverter 22 A/D- umgewandelt» Die digitale Information des Streulichtes mit der spezifischen ^wellenlänge wird einem Enkoder 23 zusammen mit digitalen Antriebssignalen der Motoren M1 und M2 zugeführt<, Der Ausgang des Enkoders 23 wird an einen elektronischen Rechner 25 über ein Interface 24- gegeben» Der Rechner 25 ist mit einer Speicherfunktion ausgebildet und liefert eine Information des gestreuten Lichtes in Bezug auf einen besonderen«, mikroskopischen Teil der Probe, wobei die Antriebssignale der Motoren M1 und M2 in Verbindung mit dem Vorliegen und der Intensität des gestreuten Lichtes einer vorgegebenen Frequenz oder die Stellungssignale der Probenstation -10 und des Abtastspiegels in Verbindung mit der Information von dem gestreuten Licht verwandt xferden. Die so erhaltene Information wird mittels einer Anzeigeeinrichtung 29 mit Hilfe des Interface 26, des Dekoders 27 und des D/A-Konverters 28 dargestellt bzw. angezeigt.
Gemäß dem vorhergehend beschriebenen Verfahren ist es möglich, verschiedene Arten von Informationen gleichzeitig sichtbar wiederzugeben, indem verschiedene Arten von Informationen in verschiedenen Farben dargestellt werden, indem eine Farbkathodenstrahlröhre verwandt wird, wobei die spektrale Charakteristik des Monochrometers 15 verändert wird. In dem Fall,indem die
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Probenstation 10 in der waagerechten Richtung bewegt wird, um die Information einer Art zu erhalten und dann die Probe 10 etwas in der senkrechten Richtung bewegt wird und in der horizontalen Richtung bewegt wird, um eine Information einer anderen Art zu erhalten, können zwei Informationsarten gemeinsam dargestellt werden.
Fig. 4- zeigt eine andere Ausführungsform des Analysiersystems zum Durchführen der vorliegenden Erfindung, bei der Licht mit einer vorgegebenen Wellenlänge mittels eines Überlagerungs- bzw. Interferenz-Nachweises ausgesondert werden kann. Insbesondere ist im Falle von Brillouin-Streuung oder von Licht bei Dopplerverschiebung die Yerschiebungsfrequenz äußerst klein, verglichen mit der Frequenz des Beleuchtungslichtes. Deshalb muß die Nachweisgenauigkeit erhöht v/erden, um genau die Frequenzverschiebung zu messen. Um den äußerst genauen Nachweis durchführen zu können, wird bei der in Fig. A- dargestellten Ausführungsform ein sogenannter Überlagerungsbzw. Interferenz-Nachweis durchgeführt. In Fig. 4 wird der von der Lichtquelle hergeführte Laserstrahl durch einen Strahlteiler 30 geteilt und einer der geteilten Strahlen trifft über ein optisches System, wie es bei der Ausführungsform gemäß der Fig. 3 gezeigt ist, auf eine Probe 7 auf. Die Probe 7 wird von einer längs Schienen bewegbaren Probenstation 10 gehalten und mittels einer Schraubspindel 12 und eines Motors M1 bewegt. Das Streulicht von der Probe 7 wird von einem Fotofühler 35 über ein optisches Beobachtungssystem 31» welches eine Vergrößerungsfunktion hat, zusammen mit einem Bezugslichtstrahl empfangen, der im folgenden beschrieben wird.
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Der andere durch den Strahlteiler 30 abgeteilte Teilstrahl wird in Bezug auf seinen Durchmesser durch ein optisches, divergierendes System 36 gesteuert und wird über einen Spiegel 37 und einen halbdurchlässigen Spiegel 38» der in dem optischen Weg des optischen Beobachtungssystems angeordnet ist, zu dem Photofühler 35 geführt« Somit empfängt der Photo™ fühler 35 sowohl das Streulicht von der Probe 7 ^Qd den Laserstrahl, der auf die Probe 7 auftrifft» Der Ausgang des Photofühlers 35 kann genau in Bezug auf den Laserstrahl nachgewiesen xferden, der dem Streulicht über den Spiegel 37 und den halbdurchlässigen Spiegel 38 überlagert ist, wodurch nur die Information des Streuliches ausgesondert werden kann.
Wenn die FrequenzverSchiebung des Streulichtes groß ist, wird die Etalon-Platte in das optische Beobachtungssystem eingeschoben, um Licht mit einer Wellenlänge auszuwählen. In diesem Pail ist das Bezugslicht nicht erforderlich, Ferner ist es möglich, nur das elastische Streulicht auszusondern und diesem ein Bezugslichtbündel zu überlagern,'um holographisch die Information aufzuzeichnen und eine Information der äußeren Form der Probe zu erhalten.
In Fig» 4 ist ein Frequenzteiler 40 mit dem Photofühler 35 verbunden. Die mit jenem verbundenen Elemente 41 bis 49 sind alle den Elementen 21 bis 29, wie sie in Fig. 3 gezeigt sind, äquivalent und demgemäß wird ihre ins Einzelne gehende Beschreibung hier unterlassen.
Bei der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform wird der Photofühler direkt in dem optischen Beobachtungssystem betrieben«. Dieses kann natürlich durch das Spiegel-Abtastsystem, wie es in Fig» 3 gezeigt ist, ersetzt werden. Ferner können der Abtastspiegel oder der bewegbare Photofühler durch eine Anzahl von Photofühlern ersetzt werden, die in einer Reihe in Form einer Photodiodenreihe angeordnet sind, wie es allgemein bekannt ist.
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Bei den vorhergehenden Ausführungsformen verläuft die Richtung des Laserstrahls waagerecht. Jedoch kann sie auch senkrecht oder schräg verlaufen. In dem optischen Beobachtungssystem kann ein automatisches Fokussierungssystem vorgesehen werden, um stets eine gute Scharfeinstellung aufrechtzuerhalten.
Bei der Probe ist die äußere Oberfläche häufig uneben bzw. rauh, wie es in Fig. 5A gezeigt ist. In einem solchen Fall wird der einfallende Laserstrahl Y, welcher auf die Oberfläche der Seite 50a einer Probe 50 auffällt, in Streulicht m in der Probe 50 gebrochen. Ferner wird das von der Probe 50 durch die obere Oberfläche 50b ausgehende Licht ebenfalls in Streulicht η von der Probe 50 gebrochen, wie es in Fig. 5A gezeigt ist. Das Streulicht m und η stellt einen Untergrund dar oder wird die Menge des beobachteten Lichtes verringern und demgemäß den Beobachtungswirkungsgrad des Analysiersystems erniedrigen.
Um dieses Problem zu lösen, kann die Probe 50 in einen Behälter 60 eingebracht werden, der eine flache Seite und äußere Oberflächen 60a und 60b aufweist und mit einer Flüssigkeit F gefüllt ist, die den gleichen Brechungsindex wie die Probe 50 hat. Die obere Oberfläche 60b kann fortgelassen werden, wenn die Probe 50 in Ruhe gehalten wird und die Fläche der Flüssigkeit F flachgehalten wird. Ferner kann durch Neigen des Behälters 60, um dessen seitliche Oberfläche 60a im Bezug auf den einfallenden Laserstrahl Y zu neigen, eine Mehrfachreflexion des einfallenden Laserstrahles an der Wand des Behälters verhindert werden.
Um eine unerwünschte Reflexion des Lichtes an der Oberfläche der Probe zu verhindern, ist es nützlich, eine Schicht eines dielektrischen Materials an der Seitenfläche
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der Probe 50 aufzubringen, um eine Reflexion an dieser zu verhindern«.
Erfindungsgemäß trifft also ein Lichtbündel, welches einen begrenzten Durchmesser aufweist, auf ein Objekt und geht durch dieses hindurch, und gestreutes Licht, welches Informationen in Bezug auf die innere Struktur oder Zusammensetzung enthält, wird von der Probe erhalten. Das gestreute Licht wird photoelektrisch mit einem iifachweissystem über ein optisches Beobachtungssystem nachgewiesen bzw» festgestellt.
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Claims (1)

  1. PA Γ S tv T AN V/£ LTE A. GRÜNECKER
    Di PU-ING
    ? 9 Π L 1 Rl H. KINKELDEY
    W. STOCKMAtR
    Da-INa-AaE(CALTECH)
    K. SCHUMANN
    OR REa NAT DI=I-PHYK
    P. H. JAKOB
    DIPL-IN-G.
    G. BEZOLD
    DR. RERNAT- OPt-CHEM.
    8 MÜNCHEN
    MAXIMILIANSTRASSE A3
    P- 13 553 - 46/wa
    Patentansprüche
    ' -IJ Verfahren zum Analysieren eines Gegenstandes, dadurch gekennzeichnet., daß der zu analysierende Gegenstand mit einem Lichtbündel beaufschlagt und dieses von dem Gegenstand hindurchgelassen wird, um gestreutes Licht zu erzeugen, welches Informationen über die innere Struktur und/oder Zusammensetzung der Probe längs des Weges des von der Probe hindurchgelassenen Lichtbündels enthält, und daß das gestreute Licht längs einer optischen Achse beobachtet wird, die den Weg des Lichtbündels schneidet.
    2« Verfahren zum Analysieren eines Gegenstandes nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß Licht mit einer vorbestimmten Wellenlänge als Informationsquelle aus dem gestreuten Licht ausgesondert wird»
    3» Verfahren zum Analysieren eines Gegenstandes nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß
    909832/OBOa
    TELEFON (ΟΘΘ) 22 2863 TELEX O5-29 SBO TELEeRAMMHMONAPAT TELi=KOFIERER
    ORIGINAL INSPECTED
    •a-
    das gestreute Licht und ein Teil des die !Probe "beauf schlagenden Lichtbündels miteinander vermischt werden und daß das gestreute Licht erfaßt wird, indem es von dem gemischten Licht ausgesondert wird.
    4. Verfahren zum Analysieren eines Gegenstandes nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch, gekennzeichnet , daß mit dem Lichtbündel entlang einer Ebene abgetastet wird, die die optische Achse für die Beobachtung schneidet.
    5. Verfahren zum Analysieren eines Gegenstandes nach Anspruch 4·, dadurch gekennzeichnet , daß die optische Achse zur Beobachtung längs des Lichtbündels oder in der das Lichtbündel schneidenden Eichtung bewegt wird.
    6. Verfahren zum Analysieren eines Gegenstandes nach Anspruch 4 oder 55 dadurch gekennzeichnet , daß als Informationsquelle Licht mit einer vorbestimmten Polarisationsrichtung aus dem gestreuten Licht ausgesondert wird.
    7. Verfahren zum Analysieren eines Gegenstandes, nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet , daß der zu analysierende Gegenstand in einen Behälter gelegt wird, der an der Eintrittsseite des Lichtes eine flache bzw. ebene Oberfläche aufweist und mit einer Flüssigkeit gefüllt ist, die den gleichen Brechungsindex wie derjenige des Gegenstandes hat, wodurch die Menge von an der Eintrittsfläche des Gegenstandes gestreutem Licht verringert wird.
    8. Verfahren zum Analysieren eines Gegenstandes, nach Anspruch 4 oder5, dadurch gekennzeichnet ,
    909832/0806
    ORIGINAL
    daß der zu analysierende Gegenstand mindestens an den Oberflächen mit einer Schicht aus einem dielektrischen Material versehen wird, die das einfallende Lichtbündel und die optische Achse zur Beobachtung schneiden, wodurch die Menge von an den Oberflächen des Gegenstandes gestreutem Licht verringert wird.
    9» Verfahren zum Analysieren eines Gegenstandes,nach Anspruch 4- oder 5? dadurch gekennzeichnet , daß mit dem Lichtbündel abgetastet wird, indem der Gegenstand in Bezug auf das Lichtbündel bewegt wird, dessen optischer Weg ortsfest gehalten wird, daß das längs der optischen Achse zur Beobachtung gestreute Licht auf ein photoempfindliches Material scharf eingestellt wird, und daß das photoempfindliche Material in der zu der Bewegungsrichtung des Gegenstandes entgegengesetzten Richtung synchron mit der Bewegung des Gegenstandes bewegt wird, wodurch bildmäßige Informationen längs einer inneren Ebene des Gegenstandes auf dem photoempfindlichen Material aufgezeichnet werden.
    10. Verfahren zum Analysieren eines Gegenstandes nach Anspruch 4- oder 5? dadurch gekennzeichnet , daß das beobachtete, gestreute Licht von einem Photofühler empfangen wird und daß der Ausgang des Photofühlers synchron mit der Abtastung des Lichtbündels angezeigt bzw. wiedergegeben wird«
    11. Verfahren zum Analysieren eines Gegenstandes nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß der Ausgang des Photofühlers zusammen mit einem Signal von der Abtastung des Lichtbündels einem elektronischen Rechner eingegeben wird und daß die Ausgabe des Rechners angezeigt bzw« sichtbar gemacht wird.
    909
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