DE69113960T2

DE69113960T2 - ATR-Objektiv und Verfahren zur Probenuntersuchung.

Info

Publication number: DE69113960T2
Application number: DE69113960T
Authority: DE
Inventors: Donald W Sting
Original assignee: Spectra Tech Inc
Current assignee: Spectra Tech Inc
Priority date: 1990-12-06
Filing date: 1991-12-04
Publication date: 1996-03-21
Anticipated expiration: 2011-12-05
Also published as: EP0489588A3; JP3188295B2; EP0489588B1; EP0489588A2; US5093580A; JPH04294251A; DE69113960D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen ein optisches System und ein Verfahren und im besonderen ein optisches System und ein Verfahren, welches einen ATR-Apparat verwendet.
Kristalle, welche Prinzipien der inneren Totalreflexion oder der gedämpften Totalreflexion ("attenuated total reflexion", ATR) ausnutzen, sind für optische Systeme zur Analyse von Proben durch Bestimmen von deren optischen Konstanten oder zum Nachweis von deren physikalischer oder chemischer Zusammensetzung wohl bekannt. Beispiele für ATR-Kristalle in verschiedenen optischen System sind zum Beispiel in den US-Patenten Nr. 4 602 869 und Nr. 3 393 603 dargestellt. Diese optischen Systeme mit ATR-Kristallen verwenden ziemlich komplizierte optische Wege, welche die Flexibilität dieser Systeme und die Art und Größe der Probe, die analysiert werden kann, einschränken.
Ein Beispiel eines derartigen ATR-Kristall-Systems ist in einem in der Juni 1988 Ausgabe des "Spectroscopy Magazine" (Seiten 96 bis 107) erscheinenden Artikel offenbart. Ein offensichtlich von der Harrick Scientific Corporation angebotener Nano-Probenabtaster ist in diesem Artikel abgebildet und beschrieben. An einem Teil einer Abtastoberfläche eines innen reflektierenden Kristalls liegt, wie abgebildet, eine faserige Probe an. Eine Maske ist nach Wahl an oder sehr nahe an der Probenebene positioniert, um ausgewählter, von der Probe reflektierte Energie zu ermöglichen, aus dem Kristall zu entkommen und die Ausgangsseite des optischen Systems zu einem Detektor hin zu durchlaufen. Ein Betrachtungssystem für sichtbares Licht ist über der Probenoberfläche angeordnet, offensichtlich um die zu beobachtende Probe, Probenoberfläche und Probenebene zu betrachten und um dabei zu helfen, die Probe und die Maske in der Probenebene anzuordnen. Der ATR-Kristall ist in diesem optischen System eingesetzt, um wie ein Lichtleiter zu wirken und um entlang diesem Energie auf eine an dessen einem Ende im Winkel positionierte Probenoberfläche zu richten. Das Harrick-Optik-System ist verhältnismäßig kompliziert und erlaubt kein Betrachten der Probe durch den ATR- Kristall mit sichtbarem Licht.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist ein optisches System zum Analysieren einer Probe oder eines Referenzmaterials vorgesehen, welches folgendes umfaßt:
eine Strahlungsenergiequelle um nach Wahl Strahlungsenergie entlang einem optischen Weg des optischen Systems zu emittieren,
eine Quelle sichtbarer Energie, um nach Wahl sichtbares Licht entlang dem optischen Weg zu emittieren,
eine Probenebene mit einem darin angebrachten ATR-Kristall, ein Mittel, um nach Wahl eine Probe oder Referenzmaterial in der Probenebene und in Kontakt mit einer Oberfläche des ATR-Kristalls zu positionieren,
ein Mittel im optischen Weg, um entweder sichtbares Licht oder Strahlungsenergie durch den ATR-Kristall auf die Probenebene zu richten und zu konzentrieren,
ein sichtbares Licht verwendendes Mittel, um nach Wahl in einem Betrachtungsmodus entlang dem optischen Weg durch den ATR-Kristall auf eine in der Probenebene positionierte Probe oder auf in der Probenebene positioniertes Referenzmaterial zu blicken, und
ein Mittel zum Sammeln und Detektieren von Strahlungsenergie, welche den ATR-Kristall durchlaufen hat und durch die Probe oder das Referenzmaterial, die sich mit diesem in Kontakt befinden, codiert ist, um die Analyse der Probe oder des Referenzmaterials in einem Analysemodus zu erlauben, indem die gesammelte und detektierte codierte Strahlung verwendet wird.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Analysieren einer Probe oder eines keferenzmaterials vorgesehen, welches die folgenden Schritte umfaßt:
a) Maskieren eines optischen Wegs ungefähr in einer Fourier-Ebene, oder einer konjugierten dazu, zur Probenebene, oder einer konjugierten dazu, mit Maskenmitteln, welche darin Blenden aufweisen, (1) um nach Wahl sichtbare Energie oder Strahlungsenergie durch einen ATR-Kristall unter einem vorgewählten, jedoch variablen Einfallswinkel auf eine Probe oder ein Referenzmaterial zu richten, welche nach Wahl in einer Probenebene mit diesem in Kontakt sind, und (2) um nach Wahl von dem ATR-Kristall und der Probe oder dem Referenzmaterial unter einem vorgewählten, jedoch variablen Reflexions- oder Emissionswinkel emittierte Energie zu sammeln,
b) Betrachten der Probe oder des Referenzmaterials in einem Betrachtungsmodus mit sichtbarem Licht, welches durch die Maskenmittel und den ATR- Kristall auf die Probe oder das Referenzmaterial tritt, und
c) Analysieren der Probe oder des Referenzmaterials in einem Analysemodus durch Detektieren codierter Strahlungsenergie, welche von der Probe oder dem Referenzmaterial reflektiert oder emittiert wurde und durch den ATR-Kristall und die Maskenmittel getreten ist.
Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Analysieren einer Probe oder eines Referenzmaterials vorgesehen, welches die folgenden Schritte umfaßt:
a) mit sichtbarem Licht anfangs durch einen ATR-Kristall auf eine in einer von dem ATR-Kristall mit Abstand angeordnete Fokalebene positionierte Probe zu blicken,
b) die Probe anfangs in der Fokalebene zu bewegen, um einen interessierenden Bereich auf einer Oberfläche der Probe zu identifizieren,
c) den interessierenden Bereich der Probe in Kontakt mit einer Oberfläche des ATR-Kristalls in oder benachbart zu einem Fokalpunkt auf einer Probenebene zu bewegen,
d) mit sichtbarem Licht durch den ATR-Kristall auf die Probe in der Probenebene zu blicken, um den interessierenden Bereich unter einem ausgewählten Einfallswinkel zu betrachten und
e) die Probe zu analysieren, (1) indem Strahlungsenergie durch den ATR-Kristall zur Probe tritt, und (2) indem nach Wahl von der Probe reflektierte oder emittierte Strahlungsenergie zur Analyse an einem Detektor gesammelt wird.
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sehen ein optisches System, eine Vorrichtung und ein Verfahren vor, um einen ATR-Kristall in einem Mikroskop-Objektivsystem zu verwenden. Eine plane oder nahezu plane Oberfläche des ATR-Kristalls ist in der Probenebene des optischen Systems positioniert. Die Probe oder das Referenzmaterial können gegen die plane Kristalloberfläche gepreßt werden, um mit dieser engen Kontakt zu halten. Das optische System weist drei verschiedene Betriebsweisen auf: Nämlich einen Überblicksmodus, einen Betrachtungsmodus und einen Analysemodus. Bei allen dreien dieser Betriebsweisen tritt die sichtbare Energie oder die Strahlungsenergie durch den ATR-Kristall, um die Probe zu erreichen.
Im Überblicksmodus ist ein optisches Element, wie zum Beispiel eine Brechungslinse, im optischen Weg des optischen Systems angeordnet, um hindurchtretendes sichtbares Licht zu brechen. Derart gebrochen, tritt das sichtbare Licht durch den ATR- Kristall und die Probenebene auf einen in einer von der Probenebene mit Abstand angeordneten Fokalebene liegenden Überblicksfokus. Die Probe ist auf einem herkömmlichen Objekttisch gehalten und kann in X- und Y- (oder R- und θ-) Richtungen in der Fokalebene bewegt werden, um dem Betrachter einen leichten Überblick über das gesamte Probenfeld zu ermöglichen. Ein zur Analyse interessanter Oberflächenbereich kann in diesem Überblicksmodus schnell gefunden werden und an oder unmittelbar benachbart zu dem Überblicksfokalpunkt in der Fokalebene in den X- und Y-Richtungen fixiert werden. Der Tisch und die Probe können dann nur in Z-Richtung bewegt werden, um den interessierenden Oberflächenbereich auf der Probe in der Probenebene in Kontakt mit der planen Oberfläche des ATR- Kristalls zu bringen. Die herkömmliche Objekttischstruktur kann dazu verwendet werden, um Druck auszuüben und im "Analyse"- oder Arbeitsfokalpunkt des optischen Systems, entweder im Überblicks- oder Analysemodus, die interessierende Probenoberfläche fest gegen die plane ATR-Kristalloberfläche zu drücken.
Im Betrachtungsmodus wird die Brechungslinse oder das andere überblicks-optische Element aus dem optischen Weg entnommen und durch optionale Eingangs- und Ausgangsmasken ersetzt. Der Betrachter kann dann entlang dem optischen Weg durch die Eingangsmaske und den ATR-Kristall auf den interessierenden Probenbereich blicken, welcher im Betriebsfokalpunkt des optischen Systems in Kontakt mit der planen Oberfläche des ATR-Kristalls steht.
Der Einfallswinkel auf und der Emissions- oder Reflexionswinkel von dem ATR-Kristall und der Probe kann nach Wahl durch Blenden in den Eingangs- und Ausgangsmasken variiert werden, welche in oder nahe einer Fourier-Ebene oder konjugierten dazu positioniert sind. Die Eingangs- und Ausgangsmasken können nach Wahl in ihrer Größe, Form, Anzahl und ihrer Anordnung relativ zueinander gemäß der gerade durchgeführten Untersuchung verändert werden. Im Betrachtungsmodus kann der Betrachter entlang dem optischen Weg durch die Maskenblende und den ATR-Kristall blicken, um den interessierenden Oberflächenbereich auf der Probe im Fokalpunkt in der Probenebene zu sehen. Die Masken können gewechselt werden, um die durchzuführende Analyse zu verändern ohne die Probe zu bewegen.
Im Analysemodus tritt Strahlungsenergie entlang dem optischen Weg durch die erste oder Eingangsmaske, die Eingangshälfte eines reflektierenden Mikroskopobjektivs und den ATR-Kristall auf den Oberflächenbereich der Probe. Ein Teil der Strahlungsenergie wird dann von der Probe durch den Kristall reflektiert oder emittiert, um anschließend durch die Ausgangshälfte des reflektierenden Mikroskopobjektivs und die zweite oder Ausgangsmaske zu einem Detektor hin zu treten. Dieses optische System erlaubt die Analyse kleiner Proben unter Verwendung der ATR-Technik. Zusätzlich ermöglichen die variierbaren Winkel des Einfalls und der Reflexion oder Emission, daß verschiedene Studien ausgeführt werden, welche variierbare Eindringtiefen der Strahlungsenergie in die Probe ermöglichen.
Ausführungsformen der Erfindung werden nun beispielhaft und unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
Fig. 1 ein schematischer Aufriß eines optischen Systems ist, welches für den Betrachtungsmodus eingestellt ist, wobei die Probe in der Probenebene mit der Oberfläche des ATR-Kristalls in Kontakt steht,
Fig. 2 ein vertikaler Querschnitt der ATR-Kristall-Objektiveinheit gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist, welche im Überblicksmodus dargestellt ist, wobei eine Brechungslinse in den optischen Weg eingefügt ist,
Fig. 3 eine Draufsicht auf die Ebene 3-3 der Fig. 2 ist, welche den nach Wahl angeordneten Schieber zeigt, um die Brechungslinse für den Überblicksmodus im optischen Weg zu positionieren,
Fig. 4 eine Vergrößerung des ATR-Kristalls, der Probe und des Probentischs aus dem umkreisten Bereich der Fig. 2 ist, welche eine Oberfläche der Probe darstellt, die in einer im Überblicksmodus von der Probenebene mit Abstand angeordneten Überblicksfokalebene positioniert ist,
Fig. 5 ein senkrechter Querschnitt der ATR-Objektiveinheit ähnlich der Fig. 2 ist, sie zeigt jedoch den Betrachtungsoder Analysemodus der ATR-Objektiveinheit, wobei die Probe gegen den ATR-Kristall gehalten wird und die Eingangs- und Ausgangsmasken in der Fourier-Ebene positioniert sind,
Fig. 6 eine Draufsicht auf die Ebene 6-6 der Fig* 5 ist, welche den nach Wahl angeordneten Schieber zeigt, um die Eingangs- und Ausgangsmasken im optischen Weg zu positionieren,
Fig. 7 eine Vergrößerung des ATR-Kristalls, der Probe und des Probentischs aus dem umkreisten Bereich der Fig. 5 ist, welche eine Oberfläche der Probe darstellt, die in Kontakt mit der unteren Oberfläche des ATR-Kristalls in der Probenebene gehalten ist,
Fig. 8 ein senkrechter Querschnitt einer im Überblicksmodus dargestellten ATR-Objektiveinheit gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung ist, wobei eine Brechungslinse in einer zentralen Öffnung in der Sekundäroptik des Cassegrainobjektivs angeordnet ist,
Fig. 9 eine Draufsicht auf die Ebene 9-9 der Fig. 8 ist, welche den nach Wahl angeordneten Schieber zeigt, um eine Linsenmaske im optischen Weg zu positionieren, um sichtbares Licht durch die zentrale Öffnung der Sekundäroptik zu richten,
Fig. 10 ein vergrößerter senkrechter Aufriß des ATR-Kristalls, der Probe und des Probentischs der zweiten Ausführungsform im Überblicksmodus ist, wobei die obere Oberfläche der Probe in einer von der Probenebene mit Abstand angeordneten Fokalebene positioniert ist, und
Fig. 11 ein senkrechter Schnitt durch die in Fig. 8 dargestellte ATR-Objektiveinheit der zweiten Ausführungsform ist, welcher die in Kontakt mit der unteren Oberfläche des ATR- Kristalls angeordnete Probe und die im optischen Weg angeordneten, mit Blenden versehenen Eingangs- und Ausgangsmasken für den Betrachtungs- und Analysemodus darstellt.
Es wird nun genauer auf eine Ausführungsform der Erfindung und zunächst auf Fig. 1 eingegangen, in der das optische System und die Vorrichtung allgemein mit 1 bezeichnet sind. Das optische System umfaßt eine Quelle 2 sichtbaren Lichts und eine Strahlungsenergiequelle 3. Der Begriff Strahlungsenergie, wie er hier verwendet wird, bezeichnet ein Wellenband beliebiger Energie, wobei in der momentanen Ausführungsform Infrarotenergie eines mittleren Bereichs verwendet wird.
Die Lichtquelle 2 emittiert einen Strahl 4 sichtbaren Lichts, welcher durch einen Spiegel 5 auf einen schwenkbaren Quellen- Umschaltspiegel 6 reflektiert wird. In der mit durchgezogener Linie gezeigten Position reflektiert der Spiegel 6 das sichtbare Licht unter einem 90º-Winkel entlang dem optischen Weg des Systems nach unten.
Die Strahlungsenergiequelle 3 emittiert nach Wahl einen Strahlungsenergiestrahl 8. Der Strahlungsenergiestrahl 8 wird durch einen Spiegel 9 zum Quellen-Umschaltspiegel 6 hin reflektiert. Wenn er in seine mit unterbrochener Linie dargestellte Position geschwenkt ist, reflektiert der Quellen-Umschaltspiegel 6 die Strahlungsenergie unter einem 90º-Winkel nach unten entlang dem optischen Weg des Systems.
Der optische Weg des Systems ist entlang der optischen Mittellinie 11 in Hälften aufgeteilt. Zu diesem Zweck kann ein Spiegel 12 in oder nahe einer Blendenbildebene angeordnet werden. Der Spiegel 12 blockiert wirksam und entfernt alle einfallende sichtbare Energie 4 oder Strahlungsenergie 8 links der wie in Fig. 1 betrachteten optischen Mittellinie 11. Durch dieses Aufteilen der einfallenden Energie bewegt sich die sichtbare Energie oder die Strahlungsenergie, die auf der rechten Seite in Richtung des ATR-Objektivs verläuft, als Halbstrahl in Richtung des Pfeiles 14 entlang der linken Seite der wie in Fig. 1 betrachteten optischen Mittellinie 11.
Das optische System 1 erlaubt es, die hereingelassene, sich entlang dem optischen Weg bewegende sichtbare Energie nach Wahl zu betrachten. Zu diesem Zweck ist entlang der optischen Achse ebenfalls ein schwenkbarer Strahlteiler 15 angeordnet. In seiner sich über den optischen Weg erstreckenden Position erlaubt der Strahlteiler 15 einem Teil (ungefähr der Hälfte) des sichtbaren Lichts 4 aus der Quelle 2 sichtbaren Lichts hindurchzutreten. In dieser Position erlaubt es der Strahl teiler 15 ebenfalls einem Betrachter, durch eine Beobachtungsöffnung 13 zu blicken und den reflektierenden Teil des Strahlteilers 15 zu benutzen, um entlang dem einfallenden Energieweg 14 zu blicken. In einem Analysemodus mit Strahlungsenergie wird der Strahlteiler 15 in eine aus dem optischen Weg entfernte Position geschwenkt, wie dies durch die Bezugsziffer 15A angegeben ist.
Die einfallende sichtbare Energie oder Strahlungsenergie durchläuft eine allgemein mit 16 bezeichnete ATR-Objektiveinheit. Die ATR-Objektiveinheit umfaßt auf ihrer Eingangsseite entweder ein den optischen Weg änderndes Element 17 oder eine Eingangsmaske 18, eine Sekundäroptik 20, eine Primäroptik 21 und einen ATR-Kristall 22. Die ATR-Objektiveinheit umfaßt auf ihrer Ausgangsseite den ATR-Kristall 22, die Primäroptik 21, die Sekundäroptik 20 und entweder das den optischen Weg ändernde Element oder eine zweite Ausgangsmaske 23. Die Primäroptik 21 und die Sekundäroptik 20 sind bevorzugterweise Spiegel, welche zusammen ein reflektierendes Objektiv bilden, dessen linke Hälfte, wie in Fig. 1 betrachtet, eine Eingangsoptik und die rechte Hälfte eine Ausgangsoptik ist.
Die ATR-Objektiveinheit 16 verlassende Energie läuft in Richtung des Pfeils 24 von der rechten Seite der Mittellinie 11 des optischen Systems nach Abbildung an der Sehfeldblende 34 auf die linke Seite. Diese die ATR-Objektiveinheit verlassende Energie wird von dem Teilerspiegel 12 zu einem Detektor 25 reflektiert. Der Detektor 25 wird dazu verwendet, das wahlweise gegen die Oberfläche des ATR-Kristalls 22 in der ATR- Objektiveinheit 16 angelegte Probenmaterial 26 oder Referenzmaterial 27 optisch zu analysieren.
Die ATR-Objektiveinheit 16 ist am besten in Fig. 2 dargestellt. Diese ATR-Objektiveinheit mag viele der gleichen Strukturelemente aufweisen, wie die in der ebenfalls anhängenden britischen Patentanmeldung Nr. 2,242,977. Wegen der vielen Unterschiede und zusätzlichen Merkmale, welche in Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung enthalten sind, wird der Vollständigkeit halber die gesamte Objektiveinheit 16 beschrieben.
Die ATR-Objektiveinheit 16 umfaßt ein Mikroskop-Verbindungsrohr 29. Der Außendurchmesser des Verbindungsrohrs ist an seinem oberen Ende mit Gewinden 30 versehen. Diese Gewinde passen zu Gewinden an einem der Plätze eines drehbaren Nasenteils eines Mikroskops. Das Verbindungsrohr wird in einen der Plätze des Nasenteils des Mikroskops geschraubt, bis es richtig positioniert ist und durch eine Gegenmutter 31 und eine Sicherungsmutter 32 an Ort und Stelle gehalten. Die sichtbare Energie und die Strahlungsenergie des optischen Systems durchlaufen die Bohrung des Verbindungsrohrs 29. Die Gegen- und Sicherungsmuttern positionieren die ATR-Objektiveinheit 16 im optischen Weg des Mikroskops korrekt, um den korrekten vorbestimmten Abstand zwischen der allgemein mit 34 (Fig. 1) gekennzeichneten Sehfeldblende des optischen Systems und der Probenebene 35 einzustellen.
Ein Führungshalter 37 ist um das Verbindungsrohr 29 herum angeordnet und von diesem getragen. Eine Bohrung 38 durch den Führungshalterungskörper 37 nimmt das Verbindungsrohr 29 auf. Der Führungshalter 37 weist ein sich radial hindurcherstrekkendes Gewindeloch 39 auf. Eine erste Zentrierschraube 40 für die Optik ist in dem Gewindeloch 39 über Gewindeeingriff aufgenommen und erstreckt sich bis zum Kontakt mit dem Außendurchmesser des Verbindungsrohrs 29 mit seinem inneren verrundeten Ende. Durch Drehen kann die erste Zentrierschraube 40 relativ zum Verbindungsrohr 29 radial vorgeschoben oder zurückgezogen werden, um eine gewisse radiale Ausrichtung für den Führungshalter 37 relativ zur Mittellinie 11 des optischen Systems vorzusehen.
Das untere Ende des Führungshalters 37 weist eine untere Gegenbohrung 42 auf. Diese Gegenbohrung 42 nimmt eine Schiebeführung 43 auf, welche daran fest angebracht ist. Die Schiebeführung weist einen longitudinalen Schiebeschlitz 45 auf, der sich diametral durch diese hindurch erstreckt. Eine zentrale Bohrung 46 erstreckt sich durch den Schiebeführungskörper, wobei diese Bohrung konzentrisch zur Mittellinie 11 des optischen Systems angeordnet ist, um die sichtbare Energie oder die Strahlungsenergie hindurchtreten zu lassen.
Die Sekundäroptik 20 ist an dem Boden der Schiebeführung 43 angebracht und an dieser aufgehängt. Zu diesem Zweck erstreckt sich ein Haltekreuz 48 diametral über die zentrale Bohrung 46 der Schiebeführung 43 und ist mit einem Haltestift 49 der Sekundäroptik 20 verbunden, um die Sekundäroptik im optischen Weg zu halten. Indem das Haltekreuz 48 diametral orientiert und korrekt positioniert ist, trägt es die Sekundäroptik 20 im optischen Weg ohne den wirksamen Eingang und Ausgang der sichtbaren Energie oder Strahlungsenergie von und zu der ATR- Objektiveinheit 16 nennenswert zu beeinträchtigen. Im Hinblick darauf begrenzt das Haltekreuz 48 zur Halbstrahlform des Eingangs und Ausgangs der sichtbaren Energie und der Strahlungsenergie konsistente halbkreisförmige Öffnungen auf seinen beiden Seiten.
Der untere Bereich des Führungshalters 37 weist einen sich radial nach außen erstreckenden, ringförmigen Flansch 50 auf. Die untere Wand 51 des Flansches 50 ist horizontal zu der unteren Oberfläche des Schlitzes 45 ausgerichtet, um radialen Zugang zu diesem Schlitz vorzusehen. Der Flansch 50 bietet auch Halt für einen drehbaren äußeren Ring oder Kragen 52.
Der äußere Ring 52 umfaßt einen sich nach unten erstreckenden ringförmigen Rand 53, welcher einen mit Gewinde versehenen Innendurchmesser aufweist. Die Primäroptik 21 ist in dem ringförmigen Rand 53 an dem Außenring 52 aufgenommen. Der Außendurchmesser eines Kristallhalterings 61 weist mit den Gewinden an dem Innendurchmesser des Rands 53 zusammenwirkende Gewinde auf. Die Drehung des Kristallhalterings 61 wird deshalb, in Abhängigkeit von der Richtung der Drehung, die Primäroptik 21 entweder anheben oder absenken, da die Primäroptik auf dem Ring 61 ruht. Diese Höheneinstellung der Primäroptik 21 kann dazu verwendet werden, das korrekte räumliche Verhältnis für eine korrekte optische Ausrichtung zwischen der Primäroptik und der Sekundäroptik zu erreichen.
Um ferner eine Ausrichtung der ATR-Objektiveinheit relativ zur Mittellinie des optischen Wegs zu ermöglichen, weist der Außenring 52 ein Gewindeloch 54 auf, welches radial durch dessen oberes Ende tritt. Das Gewindeloch 54 nimmt eine zweite Zentrierschraube 55 der Primäroptik auf. Radiales Vorschieben oder Zurückziehen der zweiten Zentrierschraube 55 kann die Position des äußeren Rings 52 relativ zum Führungshalter radial justieren. Diese radiale Bewegung des äußeren Rings 52 justiert ebenso die radiale Position der Primäroptik 21 relativ zu der Sekundäroptik 20, um eine korrekte Zentrierung um die optische Mittellinie 11 des Mikroskops zu erreichen.
Eine Gegenbohrung 57 ist an dem unteren Ende des Ringrands 53 des Außenrings 52 vorgesehen. Die durch die Gegenbohrung 57 begrenzte ringförmige Seitenwand weist daran vorgesehene Innengewinde 58 auf. Die Gewinde 58 passen zu Außengewinden 59 an einem Kristallhaltering 61. Der Kristallhaltering wird in den Außenring 52 geschraubt, bis seine Innenlippe 62 an einer sich radial erstreckenden Außenschulter 63 an der Primäroptik 21 anliegt. Ein sich nach unten erstreckender Kragen 65 an dem ATR-Haltering 61 weist, wie bei 66 gezeigt, eine mit Gewinde versehene innere Wand auf.
Gewinde 68 an dem äußeren oberen Durchmesser des Kristallhalteblocks 69 passen zu Gewinden 66 an dem Kristallring 61, um eine vertikale Justierung des Kristallhalteblocks 69 relativ zu dem Kristallhaltering 61 zu ermöglichen. Der Kristallhalteblock 69 weist eine ringförmige, sich nach radial innen erstreckende Schulter 71 auf, welche einen sich nach radial außen erstreckenden Ringflansch 72 an einer allgemein mit 73 bezeichneten Kristallhaltepfanne trägt. Die untere Wand 75 der Kristallhaltepfanne 73 weist ein zentrales Loch 76 auf, welches den allgemein mit 22 bezeichneten ATR-Kristall aufnimmt.
Der ATR-Kristall 22 umfaßt bevorzugterweise, wie am besten in Fig. 4 gezeigt, eine im allgemeinen halbkugelförmige obere Oberfläche 77, eine im allgemeinen zylindrische Seitenwand 78 und eine plane Bodenwand 79. Der ATR-Kristall 22 ist in einem zentralen Loch 76 der Kristallhaltepfanne 73 in einer Position befestigt, so daß dessen plane Bodenwand 79 bündig mit der unteren Oberfläche einer Bodenwand 75 angeordnet ist. Diese ATR- Haltepfanne 73 kann soweit notwendig ebenso vertikal justiert werden, um die Bodenwand 79 des ATR-Kristalls 22 in der Probenebene 35 anzuordnen. Eine Drehung des Kristallhalteblocks 69 in die eine oder andere Richtung wird zu diesem Zweck den Halteblock 69 und die dadurch getragene Kristallhaltepfanne 73 relativ zu dem Kristallhaltering 61 entweder heben oder senken. Die Haltepfanne 73 wird entweder gehoben oder gesenkt, bis die Bodenwand 79 des ATR-Kristalls 22 in der Probenebene 35 des optischen Systems liegt.
Die Kristallhaltepfanne 73 kann ebenso radial justiert werden, um den hierdurch getragenen ATR-Kristall 22 radial zu justieren. Zu diesem Zweck ist der Halteblock 69 mit einem Gewindeloch 81 versehen, welches sich radial hierdurch erstreckt. Das Gewindeloch 81 nimmt eine dritte Optikzentrierschraube 82 auf. Das innere abgerundete Ende der dritten Zentrierschraube 82 greift an der äußeren Seitenwandoberfläche 83 der Kristallhaltepfanne 73 an. Radiales Vorschieben oder Zurückziehen der dritten Zentrierschraube 82 kann die Position der Haltepfanne 73 und des ATR-Kristalls 22 relativ zu der optischen Mittellinie 11 des optischen Systems radial justieren. Diese selektive radiale Justierung des ATR-Kristalls ermöglicht es, daß die optische Mittellinie 11 des optischen Systems durch das Zentrum des Kristalls 22 läuft. Der ATR-Kristall 22 ist somit in dem optischen System für jede seiner Betriebsweisen genau positioniert.
Für den Überblicksmodus wird ein optisches Element in den optischen Weg eingefügt, um dessen Richtung abzulenken oder zu ändern, um einen Fokus davon in einer von der Probenebene mit Abstand angeordneten Fokalebene zu erzeugen. Wie in Fig. 2 gezeigt, kann das optische Element eine Brechungslinse 17 sein, welche nach Wahl in den optischen Weg geschoben ist. Zu diesem Zweck kann ein Schieber 84 radial in den Schlitz 45 in der Schiebeführung 43 eingeführt und zurückgezogen werden. Der Schieber 84 hat in der Draufsicht, wie am besten in Fig. 3 dargestellt, eine längliche, rechteckige Form. Die Breite des Schiebers 84 entspricht im wesentlichen der Breite des Führungsschlitzes 45, um zwischen diesen einen relativ strammen Schiebesitz vorzusehen. Zusätzlich kann eine gewisse Justierung des Schiebers 84 durch einen in einem Gewindeloch 86 in der Schiebeführung 43 aufgenommenen Kugelkolben 85 vorgesehen sein. Das innere verrundete Ende des Kugelkolbens 85 greift an der Seite des Schiebers 84 an. Die Drehung des Kugelkolbens 85 in die eine oder andere Richtung wird den Kolben relativ zur Schiebeführung 43 vorschieben oder zurückziehen, um den Druck auf den hierdurch anliegenden Schieber 84 entsprechend einzustellen.
Der Schieber 84 weist zwei (oder mehr) runde, allgemein mit 87A und 878 bezeichnete Sitze auf. Wie am besten in Fig. 2 dargestellt, ist jeder dieser Sitze durch eine Bohrung 88 und eine Gegenbohrung 88A begrenzt, welche ganz durch den Schieber 86 verlaufen. Die Bohrungen 88 und Gegenbohrungen 88A wirken zusammen, um dazwischen eine Bodenlippe 89 zu definieren, welche leicht nach radial einwärts vorspringt, um einen Halt für das optische Element und/oder die Eingangs- und Ausgangsmasken vorzusehen, welche nach Wahl in dem Sitz 87A oder 878 angeordnet sind.
Im Überblicksmodus wird der Schieber 84 so positioniert, daß die Bechnungslinse 17 in dem Sitz 87A im optischen Weg angeordnet ist. Mit der so positionierten Linse wird das durch die Linse 17 tretende Licht von der Sekundäroptik 20 und Hauptoptik 21 reflektiert und tritt dann durch den ATR-Kristall 22, wie dies durch Linien 91 in Fig. 4 schematisch dargestellt ist. Das sichtbare Licht ist in dem "Überblicks"-Fokalpunkt 92 in der Fokalebene 93 fokussiert. Wie dargestellt, ist die Fokalebene 93 unterhalb und mit Abstand von der Probenebene 35 angeordnet.
Im Überblicksmodus ist eine Oberfläche 95 der Probe 26 so positioniert, daß sie in der Fokalebene 93 liegt. Ein herkömmlicher Objekttisch 96 trägt die Probe 26 in einer derartigen Position und kann innerhalb der Fokalebene 93 in X- und Y-Richtungen bewegt werden, um dem Betrachter einen Überblick über den gesamten Oberflächenbereich 95 zu ermöglichen, um einen interessierenden Analysebereich zu finden. Um diese Überblicksmodusfunktion auszuführen, blickt der Betrachter entlang dem optischen Weg durch die Linse 17, das reflektierende Objektiv und den ATR-Kristall 22 auf die Probenoberfläche 95 in der Fokalebene 93. Wenn ein interessierender Bereich gefunden ist, wird die X-, Y-Position des interessierenden Probenbereichs festgehalten und der Tisch 96 wird nur in eine Z-Richtung bewegt, um die Probenoberfläche 95, wie in Fig. 7 gezeigt, in Kontakt mit der planen Bodenfläche 79 des Kristalls 22 zu bringen. Der herkömmliche Tisch 96 wird dazu verwendet, Druck auszuüben und die Probe 26 an den Kristall 22 zu klemmen, um engen und ununterbrochenen Oberflächenkontakt zwischen der Probenoberfläche 95 und der planen Kristalloberfläche 79 vorzusehen. Dieser enge Oberflächenkontakt erhöht die Genauigkeit und Empfindlichkeit der Objektiveinheit 16 im Betrachtungsmodus und im Abtastmodus.
Für diese Moden wird der Schieber 84 in die Richtung des Pfeils 97 in Fig. 3 in eine zweite Position umgelegt, in der der Sitz 878 im optischen Weg angeordnet ist. Diese neue Position des Schiebers 84 ist in Fig. 6 dargestellt. Der Sitz 878 nimmt nach Wahl eine Eingangsmaske 18 und eine Ausgangsmaske 23 auf, welche integral in einer Scheibe (wie in Fig. 3 und 6 gezeigt) oder in geteilten Scheiben, wie schematisch in Fig. 1 gezeigt, ausgebildet sein können.
Wie dargestellt, weist die Eingangsmaske 18 eine halbkreisförmige Eingangsblende 98 auf und die zweite oder Ausgangsmaske 23 weist eine halbkreisförmige Ausgangsblende 99 auf. Die Eingangsblende 98 und die Ausgangsblende 99 haben die gleiche Anordnung und den gleichen Radius um die Mittellinie 11 des optischen Systems, weshalb mit dieser Maskenanordnung Untersuchungen zum spekularen Reflexionsvermögen an der zu untersuchenden Probe ausgeführt werden. Zusätzlich sind, wie dargestellt, die Eingangsblende 98 und die Ausgangsblende 99 jeweils nahe am Außenrand der Eingangsmaske 18 und der Ausgangsmaske 99 angeordnet, womit die Winkel des Einfalls und des Sammelns relativ zur Probe 26 bei großen Einfallswinkeln liegen.
Die Form, Zahl, Größe und radiale Position der Eingangs- und Ausgangsblenden kann, wie für eine spezielle, durchzuführende Analyse gewünscht, gemischt und gepaart werden. Für eine vollständigere Diskussion des Mischens und Paarens verschiedener Blenden für verschiedene Analysearten kann auf die ebenfalls anhängige GB-Patentanmeldung Nr. 2,242,977 Bezug genommen werden.
Mit der Eingangsmaske 18 und der Ausgangsmaske 23, wie in Fig. 6 dargestellt, im optischen Weg, ist das optische System für entweder den Betrachtungsmodus oder den Analysemodus eingestellt. Die Masken sind in einer Fourier-Ebene des optischen Systems angeordnet. Zum Zwecke der vorliegenden Anwendung ist eine Fourier-Ebene als eine Ebene definiert, welche die Eigenschaft aufweist, daß die radiale Position an welcher ein Strahl diese Ebene schneidet, eine direkt korrelierte, normalerweise lineare Funktion des Winkels des Einfalls oder der Reflexion oder der Emission ist, welchen der Strahl zur Probenebene nach dem Durchlaufen von oder zum Objektiv aufweist.
Im Betrachtungsmodus kann der Betrachter durch die Beobachtungsöffnung 13 entlang dem optischen Weg durch die Eingangsblende 98, das Cassegrain-Objektiv und den Kristall 22 auf die in der Probenebene positionierte Oberfläche 95 der Probe 26 blicken. Der Betrachter kann somit den angestrebten Bereich des Interesses im operativen Fokalpunkt auf der Probenebene 35 unter dem ausgewählten Einfallswinkel durch den ATR-Kristall 22 sehen, bevor analytische Untersuchungen begonnen werden. Dieses Betrachten erlaubt es dem Betrachter zu beobachten und die Experimente wahlweise zu variieren, ohne die Probe zu bewegen, sondern nur die Eingangs- und Ausgangsblenden zu ändern, welche dazu verwendet werden, den Winkel des Einfalls und Ausfalls oder der Emission zu verändern.
Im Analysemodus läuft ein enges Band Strahlungsenergie von der Quelle 3 der Reihe nach durch die Blende 98 in der Eingangsmaske 18, das reflektierende Objektiv und den Kristall 22 zur Probe 96. Mit dem dargestellten, bevorzugten ATR-Kristall wird die Strahlungsenergie von der Probe 26 nur einmal abprellen oder reflektiert werden. Ein gewisser Betrag an Strahlungsenergie wird, je nachdem, aus welchem Material die Probe besteht, von der Probe absorbiert werden. Der Rest der Energie wird von der Probe 26, wie durch die Linie 101 in Fig. 7 gekennzeichnet, von der Probe 26 durch den ATR-Kristall in das reflektierende Objektiv reflektiert und/oder emittiert.
Diese den ATR-Kristall 22 verlassende, reflektierte oder emittierte Energie wird von der Primäroptik 21 und der Sekundäroptik 20 reflektiert und durchläuft auf ihrem Weg zum Detektor 25 dann die Ausgangsblende 99 in der zweiten Maske 23. Die Ausgangsblende 99 sammelt somit ein gewisses Band der reflektierten oder emittierten Strahlungsenergie für die Analyse und blockiert alle auf der Ausgangsseite der ATR- Objektiveinheit 16 verbleibende reflektierte oder emittierte Strahlungsenergie.
Wegen der bei dem gewählten Einfalls- und Reflexionswinkel absorbierten Energie ist die den Detektor 25 erreichende, austretende, Strahlungsenergie mit Informationen über die Probe 26 kodiert. Das Probenmaterial 26 kann somit analysiert werden, indem ATR-Prinzipien auf kleine Proben oder auf kleine interessierende Bereiche auf einer speziellen Probe angewendet werden, indem Strahlungsenergie durch einen ATR-Kristall und von diesem weg verläuft.
Obwohl angenommen wird, daß die Arbeitsweise des optischen Systems und der Vorrichtung aus dem Vorangegangenen klar wird, wird der Vollständigkeit halber eine kurze Beschreibung des in den Figuren 1 bis 7 gezeigten optischen Systems 1 angegeben. Zu Beginn wird, um den Überblicksmodus einzustellen, der Umschaltspiegel 6 in die mit durchgezogener Linie in Fig. 1 gezeigte Position geschwenkt, der Strahlteiler 15 wird quer im optischen Weg angeordnet, die Brechungslinse 17 wird im optischen Weg angeordnet und die obere Oberfläche 95 der Probe 26 oder des Referenzmaterials 27 werden in der Fokalebene 93 angeordnet. Die Quelle 2 sichtbaren Lichts wird dann eingeschaltet, und der Betrachter blickt durch die Sichtröhre 13.
Im Überblicksmodus blickt der Betrachter durch die Brechungslinse 17, das reflektierende Objektiv und den ATR-Kristall auf die in der Fokalebene 93 liegende Oberfläche 95 der Probe 26. Der Spektroskopie Betreibende kann die Betätigungsorgane des Objekttischs 96 bedienen, um den Tisch 96 und somit die Probe 26 in X- und Y-Richtung zu bewegen. Diese zweidimensionale Bewegung in der Fokalebene erlaubt es, daß die gesamte Probenoberfläche 95 leicht überblickt wird, um darauf einen zur Analyse interessierenden Bereich leicht zu finden. Die Probe wird dann in X- und Y-Richtung fixiert, und der Tisch 96 in Z-Richtung bewegt, um die Probenoberfläche 95, wie in den Fig. 5 und 7 dargestellt, in engen, angepreßten Kontakt mit der unteren Oberfläche 79 am Kristall 22 zu bringen.
Das optische System kann dann in den Betrachtungsmodus überführt werden, indem der Schieber 84 in die Richtung des Pfeils 97 umgelegt wird, um den Sitz 878 in dem optischen Weg anzuordnen. Die in dem Sitz 878 aufgenommene Eingangsmaske 18 und Ausgangsmaske 23 weisen jeweils Eingangs- und Ausgangsblenden für die gewählte analytische Untersuchung auf. Durch das Umlegen des Schiebers werden die Eingangsmaske 18 und die Ausgangsmaske 23 im Lichtweg positioniert.
Der Betrachter kann somit den zur Analyse ausgewählten interessierenden Bereich auf der Probe unter dem ausgewählten Einfallswinkel betrachten. Der Betrachter blickt insbesondere, bei noch eingeschalteter Quelle 2 sichtbaren Lichts, durch die Blende 98, das reflektierende Objektiv und den ATR-Kristall 22 auf den im Fokalpunkt 100 in der Probenebene 35 angeordneten interessierenden Bereich auf der Oberfläche 95 der Probe 26. Bei Abschluß des Betrachtungsmodus wird das optische System in den Analysemodus mit Strahlungsenergie überführt.
Zu diesem Zweck wird der Umschaltspiegel 6 in die mit unterbrochener Linie dargestellte Position der Fig. 1 geschwenkt, der Strahlteiler 15 wird in die Position 15A hinausgeschwenkt und die Eingangs- und Ausgangsmasken bleiben in ihrer jeweiligen Position im optischen Weg. Die Strahlungsenergiequelle 3 ist dann zur Emission eines Strahlungsenergiestrahls 8 verfügbar, welcher entlang dem optischen Weg des Systems verläuft.
Die Strahlungsenergie bewegt sich insbesondere in eine Richtung des Pfeils 14 und verläuft der Reihe nach durch die Eingangsblende 98, das reflektierende Objektiv und den ATR- Kristall 22 auf den im Fokalpunkt 100 angeordneten, interessierenden Oberflächenbereich auf der Probe 26. In Abhängigkeit von der gerade analyisierten Probe wird die Probe 26 etwas Strahlungsenergie absorbieren, und die verbleibende Strahlungsenergie wird reflektiert oder von den Probenoberflächen 95 emittiert werden und dann, wie durch die Linien 101 in Fig. 7 dargestellt, durch den ATR-Kristall verlaufen. Die den ATR-Kristall 22 verlassende Strahlungsenergie wird von der zweiten Hälfte oder Seite der Primäroptik 21 und der Sekundäroptik 20 reflektiert. Die durch die Ausgangsblende 99 an der Ausgangsmaske 23 verlaufende Strahlungsenergie wird gesammelt, und der Rest wird blockiert. Die durch die Ausgangsblende 99 verlaufende gesammelte Strahlungsenergie wird von dem teilenden Spiegel 12 zum Detektor 25 zur oben diskutierten Analyse des Probenmaterials reflektiert.
Es sind, wie zum Beispiel in den Fig. 8 bis 11 gezeigt, andere Ausführungsformen dieser Erfindung möglich. Diese zweite Ausführungsform umfaßt viele mit der ersten Ausführungsform gemeinsame Elemente, wobei derart gemeinsame Elemente mit gleichen Bezugsziffern gekennzeichnet sind.
In der zweiten Ausführungsform weist der die Sekundäroptik 20 tragende Schaft 49A eine ihn durchdringende Bohrung 105 auf. Die Bohrung 105 steht an ihrem unteren Ende mit einer Bohrung 106 in Verbindung, welche die Sekundäroptik 20 durchdringt. Eine Brechungslinse 17A ist, wie am besten in Fig. 8 dargestellt, in der Bohrung 106 positioniert.
In dem die Brechungslinse 17A verwendenden Uberblicksmodus wird eine Linsenmaske 108 in dem Sitz 87A des Schiebers 84 positioniert. Die Überblicksmaske 108 weist eine zentrale Blende oder ein Loch 109 auf, welches einen Durchmesser aufweist, der gleich oder leicht kleiner ist als die Durchmesser der Bohrung 105 in dem Schaft 49A und die Bohrung 106 in der Sekundäroptik 20. Im Überblicksmodus ist das Loch 109 auf der optischen Mittellinie 11 zentriert und somit in vertikaler Ausrichtung zu den Bohrungen 105 und 106. Wenn der Schieber 84 in seiner ersten Position angeordnet ist, ist die Überblickslinsenmaske 108, wie in den Fig. 8 und 9 veranschaulicht, im optischen Weg für den Überblicksmodus positioniert. Sichtbares Licht aus der Quelle 2 für sichtbares Licht wird der Reihe nach durch das Loch 109, die Bohrung 105, die Bohrung 106, die Brechungslinse 17A und den Kristall 22 verlaufen, um die Oberfläche 95 der Probe 26 in der Fokalebene 93 zu erreichen. Der Betrachter verwendet diesen schematisch als 91a in den Fig. 8 und 10 gekennzeichneten optischen Weg für sichtbares Licht in dem oben beschriebenen Überblicksmodus. Für den Beobachtungsmodus oder Analysemodus wird der Schieber 86 in seine zweite Position umgelegt, womit die Eingangsmaske 18 und die Ausgangsmaske 23, wie oben beschrieben, in dem optischen Weg angeordnet werden. Der Betrachtungs- und der Analysemodus der zweiten Ausführungsform arbeiten wie oben beschrieben und sind in Fig. 11 veranschaulicht, wobei die Eingangs- und Ausgangsmasken so positioniert sind.
Es wird aus dem Vorgegangenen offensichtlich, daß an den Details des Aufbaus und der Konfiguration Änderungen ausgeführt werden können, ohne von dem in den nachfolgenden Ansprüchen definierten Anwendungsbereich der Erfindung abzuweichen. Zum Beispiel kann das den optischen Weg ändernde Element 17 ein optisches Element jeglicher Art sein, welches an einer beliebigen Position des optischen Wegs eingefügt ist und derart wirkt, sichtbares Licht in einer von der Probenebene mit Abstand angeordneten Fokalebene zu fokussieren. Des weiteren können verschiedene ATR-Kristalle verwendet werden, welche verschiedene Formen und Betriebseigenschaften und optische Eigenschaften aufweisen, wie zum Beispiel Mehrfachreflexionsmerkmale.

Claims

1. Optisches System zur Analyse einer Probe oder eines Referenzmaterials, umfassend:

eine Strahlungsenergiequelle um nach Wahl Strahlungsenergie entlang einem optischen Weg des optischen Systems zu emittieren,

eine Quelle sichtbarer Energie, um nach Wahl sichtbares Licht entlang dem optischen Weg zu emittieren,

eine Probenebene mit einem darin angebrachten ATR-Kristall,

ein Mittel, um nach Wahl eine Probe oder Referenzmaterial in der Probenebene und in Kontakt mit einer Oberfläche des ATR-Kristalls zu positionieren,

ein Mittel im optischen Weg, um entweder sichtbares Licht oder Strahlungsenergie durch den ATR-Kristall auf die Probenebene zu richten und zu konzentrieren,

ein sichtbares Licht verwendendes Mittel, um nach Wahl in einem Betrachtungsmodus entlang dem optischen Weg durch den ATR-Kristall auf eine in der Probenebene positionierte Probe oder auf in der Probenebene positioniertes Referenzmaterial zu blicken, und

ein Mittel zum Sammeln und Detektieren von Strahlungsenergie, welche den ATR-Kristall durchlaufen hat und durch die Probe oder das Referenzmaterial, die sich mit diesem in Kontakt befinden, codiert ist, um die Analyse der Probe oder des Referenzmaterials in einem Analysemodus zu erlauben, indem die gesammelte und detektierte codierte Strahlung verwendet wird.

2. Optisches System nach Anspruch 1, worin der ATR-Kristall eine im wesentlichen halbkugelförmige Eintrittsoberfläche und eine flache Oberfläche für den Kontakt mit der Probe oder dem Referenzmaterial aufweist, wobei im Einsatz die sichtbare Energie und die Strahlungsenergie den Kristall durchläuft, wobei sie von der mit ihm in Kontakt befindlichen Probe oder dem Referenzmaterial nur einmal reflektiert wird.

3. Optisches System nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Mittel zum Richten und Konzentrieren erste Maskenmittel umfaßt, welche ungefähr in einer Fourier-Ebene, oder einer konjugierten davon, zur Probenebene, oder einer konjugierten davon, entfernbar positioniert sind, um nach Wahl nur gewisser sichtbarer Energie oder Strahlungsenergie den Durchtritt zu erlauben, um diese Energie unter vorgewählten, variablen Einfallswinkeln auf den ATR-Kristall und die Probenebene zu richten.

4. Optisches System nach Anspruch 3, wobei das Mittel zum Sammeln und Detektieren ein zweites Maskenmittel umfaßt, welches ungefähr in einer Fourier-Ebene, oder einer konjugierten davon, zur Probenebene, oder einer konjugierten davon, entfernbar positioniert sind, um nach Wahl nur gewisser von der Probe reflektierter oder emittierter Strahlungsenergie den Durchtritt unter ausgewählten, variablen Winkeln zu erlauben.

5. Optisches System nach Anspruch 4, wobei die ersten und zweiten Masken Öffnungen aufweisen, welche, wie für die ausgeführten Typen der Analysestudien gewünscht, gemischt und gepaart werden können.

6. Optisches System nach Anspruch 4 oder 5, wobei das Mittel zum Richten und Konzentrieren eine Hälfte eines zwischen der ersten Maske und der Probenebene positionierten Spiegelobjektivsystems umfaßt und das Mittel zum Sammeln und Detektieren die andere Hälfte des zwischen der Probenebene und der zweiten Maske positionierten Spiegelobjektivsystems umfaßt.

7. Optisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 6, welches ferner Mittel zum Ändern des optischen Wegs umfaßt, welche in den optischen Weg eingefügt werden können, um dazu zu führen, daß das sichtbare Licht, welches den ATR-Kristall durchläuft, in einer von der Probenebene mit Abstand angeordneten Fokalebene fokussiert wird, um zu ermöglichen, daß die Probe oder das Referenzmaterial in einem Überblicksmodus visuell überblickt werden kann, um einen interessierenden Bereich auszuwählen, und die Mittel zum Positionieren beweglich sind, um den interessierenden Bereich zur anschließenden Analyse mit Strahlungsenergie oder sichtbarer Energie in Kontakt mit dem ATR-Kristall anzuordnen.

8. Optisches System nach Anspruch 7, wobei das Mittel zum Ändern des optischen Wegs ein optisches Element aufweist, um das hierdurch durchtretende sichtbare Licht abzulenken, um einen Fokalpunkt in der Fokalebene zu erzeugen.

9. Optisches System nach Anspruch 6 oder 7, wobei das Mittel zum Ändern des optischen Wegs eine in einer Bohrung einer Sekundäroptik eines Cassegrain-Objektivs des Spiegelobjektivsystems positionierte Linse aufweist und ferner eine nach Wahl in dem optischen Weg positionierte dritte Maske aufweist, um sichtbares Licht durch die Bohrung zu richten, und die Linse in der Bohrung positioniert ist, um den optischen Weg in der Fokalebene zu refokussieren.

10. Optisches System nach Anspruch 8, wobei die erste und die zweite Maske entfernbar in einer ersten Position auf einem Schieber gehalten sind und eine Brechungslinse als das optische Element in einer zweiten, von der ersten Position auf einem Schieber mit Abstand angeordneten Position auf dem Schieber entfernbar gehalten ist, wobei der Schieber relativ zum optischen Weg bewegt werden kann, um wechselweise für den Überblicksmodus die Brechungslinse im optischen Weg zu positionieren oder für entweder den Betrachtungsmodus oder den Analysemodus die ersten und zweiten Masken im optischen Weg zu positionieren.

11. Optisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 6, welches ferner in den optischen Weg eingefügte Mittel zum Ändern des optischen Wegs aufweist, um zu erreichen, daß das sichtbare Licht, welches den ATR-Kristall durchläuft, in einer von der Probenebene mit Abstand angeordneten Fokalebene fokussiert wird, um zu ermöglichen, daß die Probe oder das Referenzmaterial in einem Überblicksmodus visuell überblickt wird, um einen interessierenden Bereich auszuwählen, welcher dann für die Analyse mit Strahlungsenergie bis zum Kontakt mit dem ATR-Kristall bewegt werden kann.

12. Optisches System nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei das Mittel zum Sammeln und Detektieren ein Maskenmittel umfaßt, um nach Wahl nur gewisser codierter Strahlungsenergie oder sichtbarer Energie den Durchtritt zu einem Detektor zu erlauben.

13. Verfahren zum Analysieren einer Probe oder eines Referenzmaterials, welches die Schritte umfaßt:

a) Maskieren eines optischen Wegs ungefähr in einer Fourier-Ebene, oder einer konjugierten dazu, zur Probenebene, oder einer konjugierten dazu, mit Maskenmitteln, welche darin Blenden aufweisen, (1) um nach Wahl sichtbare Energie oder Strahlungsenergie durch einen ATR-Kristall unter einem vorgewählten, jedoch variablen Einfallswinkel auf eine Probe oder ein Referenzmaterial zu richten, welche nach Wahl in einer Probenebene mit diesem in Kontakt sind, und (2) um nach Wahl von dem ATR-Kristall und der Probe oder dem Referenzmaterial unter einem vorgewählten, jedoch variablen Reflexions- oder Emissionswinkel emittierte Energie zu sammeln,

b) Betrachten der Probe oder des Referenzmaterials in einem Betrachtungsmodus mit sichtbarem Licht, welches durch die Maskenmittel und den ATR- Kristall auf die Probe oder das Referenzmaterial tritt, und

c) Analysieren der Probe oder des Referenzmaterials in einem Analysemodus durch Detektieren codierter Strahlungsenergie, welche von der Probe oder dem Referenzmaterial reflektiert oder emittiert wurde und durch den ATR-Kristall und die Maskenmittel getreten ist.

14. Verfahren nach Anspruch 13, welches ferner den Schritt umfaßt, nach Wahl die Richtung des optischen Wegs zu variieren, um das sichtbare Licht durch den ATR- Kristall und die Probenebene auf eine darunter positionierte Fokalebene treten zu lassen.

15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, welches ferner die Schritte umfaßt, in einem Überblicksmodus die zeitweise in der Fokalebene angeordnete Probe oder das Referenzmaterial zu betrachten, um einen interessierenden Bereich auf der Probe oder dem Referenzmaterial an einem Fokalpunkt in der Fokalebene zu identifizieren und zu positionieren, und anschließend diesen interessierenden Bereich bis zum Kontakt mit einer ATR-Kristalloberfläche in der Probenebene zu bewegen.

16. Verfahren zum Analysieren einer Probe oder eines Referenzmaterials in einem optischen System, welches die Schritte umfaßt:

(a) mit sichtbarem Licht anfangs durch einen ATR-Kristall auf eine in einer von dem ATR-Kristall mit Abstand angeordnete Fokalebene positionierte Probe zu blicken,

(b) die Probe anfangs in der Fokalebene zu bewegen, um einen interessierenden Bereich auf einer Oberfläche der Probe zu identifizieren,

(c) den interessierenden Bereich der Probe in Kontakt mit einer Oberfläche des ATR-Kristalls in oder benachbart zu einem Fokalpunkt auf einer Probenebene zu bewegen,

(d) mit sichtbarem Licht durch den ATR-Kristall auf die Probe in der Probenebene zu blicken, um den interessierenden Bereich unter einem ausgewählten Einfallswinkel zu betrachten und

(e) die Probe zu analysieren, (1) indem Strahlungsenergie durch den ATR-Kristall zur Probe tritt, und (2) indem nach Wahl von der Probe reflektierte oder emittierte Strahlungsenergie zur Analyse an einem Detektor gesammelt wird.

17. Verfahren nach Anspruch 16, welches ferner den Schritt umfaßt, (f) die Winkel des Einfalls auf und der Reflexion oder Emission von der Probe durch Maskieren mit Blenden zu variieren, welche nach Wahl verschiedene Größen, Anzahl, Formen und Positionen aufweisen und welche in Abhängigkeit von der durchzuführenden Analyse gemischt und gepaart werden können.