HUT62098A - Method for testing transparent and/or reflective objects placed in the near filed by means of microscope, as well as scanning microscope - Google Patents

Description

kénti spektroszkópiai elemzést végző rendszert, valamint az első és a második elektromágneses sugárzást kibocsátó és azokat a vizsgálandó objektum irányába továbbító elemekkel csatlakoztatott forrást, illetve sugárforrásokat (4) tartalmaz.

3. ábra

4 4 *9.9 2

• ·

Képviselő:

DANUBIA SZABADALMI ÉS VÉDJEGY IRODA KFT.

Budapest

62398

SYiöS^-' 6τ02-Έ> 2.^10 0 ι &o 1 rJ Zi/S3

ELJÁRÁS KÖZELI MEZŐBE HELYEZETT ÁTTETSZŐ ÉS/VAGY VISSZAVERŐ

OBJEKTUM VIZSGÁLATÁRA MIKROSZKÓP FELHASZNÁLÁSÁVAL,

VALAMINT LETAPOGATÓ OPTIKAI MIKROSZKÓP

SPIRÁL Recherche et Développement, (eARfc)-; Couternon,

Feltalálók:

DE FORNEL, Frédérique

GOUDONNET, Jean-Pierre

A bejelentés napja: 1990. 10. 31.

Elsőbbsége: 1989. 11. 03.

Nemzetközi közzététel/! 1-901· 05*—

FRANCIAORSZÁG ₍ b R.

Di jón

Díjon

FRANCIAORSZÁG pR (PCT/FROO/OOVOip (89/14425) FRANCIAORSZÁG_f PR \WO 91/06884

T^CT/FP-í 0/007-3 j

74945-7163/NE-KO • ·

- 2 A találmány tárgya eljárás közeli mezőbe helyezett áttetsző és/vagy visszaverő objektum vizsgálatára mikroszkóp felhasználásával, valamint letapogató optikai mikroszkóp. Az eljárásban, amikoris adott hullámhosszú elektromágneses sugárzásban áttetsző és/vagy azt visszaverő felületű anyagú vizsgálandó objektumot áteresztés vagy visszaverés feltételei között kijelölt hullámhosszú első elektromágneses sugárzással generált közeli mezőbe helyezünk, letapogató mikroszkópiái lépésekkel geometriai és/vagy optikai profilját felvesszük.

Vizsgálandó objektumra irányított elektromágneses sugárzásból kapott sugárzás spektroszkópiai elemzésének módszerei általában függnek a hullámhossztól. További lényeges meghatározó tényező a vizsgálandó objektum anyagi minősége, pontosabban az a tény, hogy szerves vagy szervetlen anyagból áll, mivel ennek megfelelően a vizsgálati eredményeket különböző módokon kell értékelni.

Az US-A 4,500,204 lsz. US szabadalmi leírásból olyan letapogató mikroszkópként kialakított, spektroszkópiai jellegű vizsgálatra alkalmas eszköz ismerhető meg, amely két optikai jelforrással működik, az egyik a mikroszkópos, a másik a spektroszkópiai elemzéshez. Az itt bemutatott eszköz működésének alapját a Fourier—analízis jelenti, a geometriai optikából következően felbontóképességét a diffrakciós jelenségek korlátozzák. Az US—A 4,659,429 lsz. US szabadalmi leírás minták egyidejű spektrális elemzésére szolgáló és a közeli mezőben megfigyelhető jelenségeket hasznosító letapogató mikroszkópot ismertet, amikoris a megoldás révén igen jó felbontóképesség érhető el, az alsó határ nagyon kicsi.

F χ-χ .

V

A találmány olyan önmagukban ismert közeltérinek nevezhető, általunk a következőkben a közeli mezőjű kifejezéssel megjelölt diffrakciós jelenségek (near field effects) szolgálnak, amelyeknél az elektromágneses mező kis méretű akadály, például maga az elektromágneses sugárzás forrása, nyílás, vagy felület, esetleg hasonló képződmény jelenlétében megfigyelhető viselkedése jellemző. Ez az akadály az elektromágneses sugárzás forrásától a hullámhossz legfeljebb tízszeresének megfelelő távolságon helyezkedik el, és az így kijelölt közeli mezőben létrejövő folyamatok hasznosítása a találmány szerinti megoldások fontos ismérvét jelenti.

Az elektronmikroszkópia területéről említhetők az elektronikus mintavevő eszközzel működő mikroanalitikus (mindenek előtt a Castaing-féle mikroeszközös) eljárások, amelyek azonban lényegében kizárólag elektromosan vezető vagy metallizálással vezetővé tehető és rendkívül nagy vákuumba helyezett objektumok vizsgálatára alkalmasak, tehát elsősorban metallográfiára és élettelen anyagban levő ásványi zárványok vizsgálatára alkalmasak.

Ha viszont egy adott anyagot nem lehet metallizálni vagy élő szervezet in vivő vizsgálatára van szükség, mindössze néhány eljárás áll rendelkezésre, amelynek révén tűponti ismeretek, vagyis a topográfiát pontról pontra lokalizáltan, nagy pontossággal leíró ismeretek szerezhetők, az optikai jellemzők és a spektroszkópiai tulajdonságok feltárásával együtt. Az optikai jellemzők a biológiai és/vagy vékony minták esetében határozhatók meg. Éppen ezért továbbra is igény van az ismert eljárások továbbfejlesztésére, a rendelkezésre álló megvalósí• ·

F

- 4 tási lehetőségek körének bővítésére.

A találmány célja olyan megoldás kidolgozása, amellyel a vázolt igény teljesíthető.

A fentieknek megfelelően feladatunknak olyan eljárás és mikroszkóp kidolgozását tekintjük, amellyel áttetsző vagy reflexióképes anyagok spektroszkópiai elemzése optikai eszközök felhasználásával, nagy, akár mintegy 10 nm körüli felbontóképesség elérése mellett végezhető el.

Találmányunk alapja az a felismerés, hogy az optikai mikroszkópot spektroszkópiai vizsgálatra alkalmas felépítésben kell létrehozni és

Az áttetsző objektum kifejezést a továbbiakban minden olyan anyagra használjuk, amely az adott hullámhosszú sugárzásban áttetsző, míg reflexióképesnek azt az anyagot tekintjük, amelynek felülete az adott hullámhosszú sugárzást lényegében visszaveri.

A kitűzött feladat megoldásaként közeli mezőbe helyezett áttetsző és/vagy visszaverő objektum vizsgálatára szolgáló, mikroszkópot hasznosító eljárást alkottunk meg, amikoris adott hullámhosszú elektromágneses sugárzásban áttetsző és/vagy azt visszaverő felületű anyagú vizsgálandó objektumot áteresztés vagy visszaverés feltételei között kijelölt hullámhosszú első elektromágneses sugárzással generált közeli mezőbe helyezünk, letapogató mikroszkópiái lépésekkel geometriai és/vagy optikai profilját felvesszük, és a találmány szerint a mikroszkópiái lépések végrehajtásával egyidejűleg a vizsgálandó objektummal kölcsönhatásba lépő polikromatikus második elektromágneses sugárzás egy részének felhasználásával pontonkénti spektroszkó • · · • · ·

- 5 piai elemzést végzünk, és ehhez a második elektromágneses sugárzást az első elektromágneses sugárzással együtt bocsátjuk a vizsgálandó objektumra.

A legújabb mikroszkópiái módszerek eredményességét növeli a találmány szerinti eljárásnak az az előnyös megvalósítási módja, amelynél befolyásolt totálreflexiós látómező alapján letapogató mikroszkóppal a vizsgálandó objektum geometriai és/vagy optikai profilját állítjuk elő, amihez a befolyásolt totálreflexiós látómezőt optikai mintavevő, különösen száloptika áttetsző végének jelenlétében totálreflexiós mezőből hozzuk létre, továbbá a totálreflexiós (eltüntethető) látómezőt úgy alakítjuk ki, hogy az első elektromágneses sugárzással áttetsző testnek, például prizmának a vizsgálandó objektumot hordozó felületét a teljes belső visszaverődést biztosító kritikus vagy annál nagyobb szög alatt világítjuk meg.

Ugyancsak a legújabb mikroszkópiái módszerek felhasználásának eredményességét növeli a találmány szerinti eljárásnak az a további előnyös megvalósítási módja, amelynél a vizsgálandó objektum geometriai és/vagy optikai profilját letapogató mikroszkóppal közeli mezőjű, reflexióval vezetett térben állítjuk elő, amihez a közeli mezőt úgy generáljuk, hogy a vizsgálandó objektum visszaverő felületét az adott hullámhosszú első elektromágneses sugárzással besugározzuk, amihez az adott hullámhosszú első elektromágneses sugárzást száloptikával létrehozott hullámvezető végéből bocsátjuk ki, míg a vizsgálandó objektum felületéről visszavert sugárzást a száloptika végével felfogjuk és a hullámvezetőbe visszajuttatjuk.

Szintén célszerű a találmány szerinti eljárásnak az a megvalósítási módja, amikor az áttetsző és/vagy visszaverő anyagú és/vagy felületű vizsgálandó objektumot közeli mező struktúrájának képviseletére alkalmatlan polikromatikus második elektromágneses sugárzással világítjuk meg, amikoris közeli mezőjű letapogató optikai mikroszkópot képelőállítás mellett távolságérzékelőként hasznosítunk. Ennek egy másik előnyös megvalósítását az a lehetőség jelenti, hogy az áttetsző és/vagy visszaverő anyagú és/vagy felületű vizsgálandó objektumra a polikromatikus elektromágneses sugárzást közeli mező struktúrájának képviseletére alkalmas spektrális összetétellel bocsátjuk.

Egy még további előnyös megvalósítási módnak megfelelően az adott elektromágneses sugárzással szemben alapvetően áteresztő jellegű anyagok vizsgálatához a találmány szerinti eljárást úgy vakósítjuk meg, hogy a spektroszkópiai elemzést a vizsgálandó objektumnál kialakított polikromatikus szerkezetű közeli mezőben végezzük el, ehhez befolyásolt totálreflexiós polikromatikus mezőt transzmisszióban úgy hozunk létre, hogy a vizsgálandó objektumot polikromatikus elektromágneses sugárzással világítjuk meg.

Az adott elektromágneses sugárzást visszaverő vizsgálandó objektumok esetében különösen célszerű a találmány szerinti eljárásnak az a megvalósítási módja, amikor a spektroszkópiai elemzést a vizsgálandó objektumnál kialakított polikromatikus szerkezetű közeli mezőben végezzük el, ehhez polikromatikus vezetett közeli mezőt reflexióban úgy hozunk létre, hogy a vizsgálandó objektumot polikromatikus elektromágneses sugárzással világítjuk meg.

Egy még további igen célszerű megvalósítási módnak meg • · ·

- 7 felelően a találmány szerinti eljárást úgy hajtjuk végre, hogy a pontonkénti spektroszkópiai vizsgálat végzéséhez a hullámvezető közelében legalább egy kiegészítő mikroméretű mintavevő eszközt, különösen száloptikát helyezünk el, ezzel a közeli mezőjű mikroszkópia feltételeit létrehozzuk és így a hullámvezetőben nem továbbítható elektromágneses sugárzás egy részének elemzését lehetővé tesszük.

A találmány elé kitűzött feladat megoldásaként az eljáráson túlmenően letapogató optikai mikroszkópot szintén kidolgoztunk, amely a találmány értelmében pontonkénti spektroszkópiai elemzésre alkalmasan van kiképezve, amihez adott hullámhosszú elektromágneses sugárzásban áttetsző és/vagy azt visszaverő felületű anyagú, áteresztés vagy visszaverés feltételei között kijelölt hullámhosszú első elektromágneses sugárzással generált közeli mezőbe helyezett vizsgálandó objektumot megtámasztó homlokfelülettel létrehozott áttetsző testet és/vagy támaszt, letapogató mikroszkópiái lépések alapján a vizsgálandó objektum geometriai és/vagy optikai profilját meghatározó, számítógéppel ellátott egységet, továbbá a mikroszkópiái lépések végrehajtásával egyidejűleg a vizsgálandó objektummal kölcsönhatásba lépő polikromatikus második elektromágneses sugárzás egy részének felhasználásával pontonkénti spektroszkópiai elemzést végző rendszert, valamint az első és a második elektromágneses sugárzást kibocsátó és azokat a vizsgálandó objektum irányába továbbító elemekkel csatlakoztatott forrást, illetve sugárforrásokat tartalmaz. Ennek egy célszerű kiviteli alakja az a találmány szerinti mikroszkóp, amely legalább egy hagyományos felépítésű befolyásolt totálreflexiós látómezejű letapogató op- 8 tikai mikroszkóppal és/vagy adott esetben legalább egy hagyományos felépítésű közeli mezőjű reflexiós letapogató optikai mikroszkóppal van kiképezve.

A totálreflexiós prizma elvére épülő legújabb mikroszkópiái eljárások előnyeit nyújtja a találmány szerinti letapogató optikai mikroszkópnak az az előnyös kiviteli alakja, amely első hullámhosszú elektromágneses sugárzást kibocsátó, kimenetével alulról áttetsző test visszaverő és/ vagy áttetsző objektumot hordozó homlokfelületére irányított sugárforrást; optikai eszköz segítségével az első elektromágneses sugárzással optikai úton kevert polikromatikus elektromágneses sugárzást kibocsátó forrást; továbbá optikai csatolót tartalmaz, ahol az optikai csatoló élesített végű és ennek révén áttetsző anyagú csúcsban végződő száloptikából álló bemeneti jelátviteli úttal, számítógéphez, visszacsatoló áramkörhöz és nanométeres pontosságú pozícionáló eszközhöz, különösen piezoelektromos csőhöz csatlakoztatott és ennek révén a csúcsot az áttetsző objektumtól állandó távolságon tartó fotodetektorhoz kapcsolódó első kimeneti jelátviteli úttal és optikai eszközön keresztül színképelemzőhöz csatlakoztatott második kimeneti jelátviteli úttal van kiképezve.

Ugyancsak a totálreflexiós prizma elvére épülő legújabb mikroszkópiái eljárások előnyeit nyújtja a találmány szerinti letapogató optikai mikroszkópnak az az előnyös kiviteli alakja, amely adott hullámhosszú első elektromágneses sugárzást kibocsátó, kimenetével alulról áttetsző test visszaverő és/ vagy áttetsző objektumot hordozó homlokfelületére irányított sugárforrást; valamint első és második optikai csatolót tartalmaz, ·· *·

ahol az első optikai csatoló élesített végű és ennek révén áttetsző anyagú csúcsban végződő száloptikából álló bemeneti jelátviteli úttal, számítógéphez, visszacsatoló áramkörhöz és nanométeres pontosságú pozícionáló eszközhöz, különösen piezoelektromos csőhöz csatlakoztatott és ennek révén a csúcsot az áttetsző objektumtól állandó távolságon tartó fotodetektorhoz kapcsolódó első kimeneti jelátviteli úttal és optikai eszközön keresztül színképelemzőhöz csatlakoztatott második kimeneti jelátviteli úttal, míg a második optikai csatoló az első optikai csatoló második kimeneti jelátviteli útjára csatlakoztatott bemeneti jelátviteli csatornával, a színképelemzőhöz csatlakoztatott első kimeneti jelátviteli csatornával, és második kimeneti jelátviteli csatornával van kiképezve, továbbá a második optikai csatoló második jelátviteli csatornájába polikromatikus elektromágneses sugárzást bocsátó forrást tartalmaz.

Úgyszintén a totálreflexiós prizma elvére épül és a különböző ismert mikroszkópiái eljárások előnyeit biztosítja a találmány szerinti letapogató optikai mikroszkópnak az az előnyös kiviteli alakja, amely száloptikai optikai csatolót tartalmaz, és az bemeneti jelátviteli csatornával, első kimeneti jelátviteli csatornával, és színképelemzőhöz csatlakoztatott második kimeneti jelátviteli csatornával van kiképezve, továbbá a száloptikai optikai csatolón kívül elektromágneses sugárzást annak első kimeneti jelátviteli csatornájába juttató sugárforrást és optikai csatolót tartalmaz, amely végén húzással kiképzett csúccsal ellátott és így optikai mintavevőt alkotó, kis átmérőjű maggal ellátott száloptikából álló bemeneti jelátviteli csatornával, valamint számítógéphez, visszacsatoló áramkör• ·* ·

- 10 höz és nanométeres pontosságú pozícionáló eszközhöz, különösen piezoelektromos csőhöz csatlakoztatott és ennek révén az optikai mintavevő eszközt támasz vízszintes homlokfelületén megtámasztott vizsgálandó objektumtól állandó távolságon tartó fotodetektorhoz kapcsolódó első kimeneti jelátviteli csatornával és második kimeneti jelátviteli csatornával van kiképezve, ahol az előzőeken túlmenően további optikai csatoló van jelen, amely az optikai csatoló kimeneti jelátviteli csatornájával csatlakoztatott bemeneti jelátviteli csatornával, a száloptikai optikai csatoló bemeneti jelátviteli csatornájával kapcsolt első kimeneti jelátviteli csatornával és második kimeneti jelátviteli csatornával van kiképezve, míg a további optikai csatoló második kimeneti jelátviteli csatornájához annak belső terébe polikromatikus elektromágneses sugárzást juttató sugárforrás van illesztve.

Az előző kiviteli alakhoz hasonlóan az adatfeldolgozás hatékony végrehajtását, a totálreflexiós prizma elvére épülő különböző ismert mikroszkópiái eljárások előnyeit biztosítja a találmány szerinti letapogató optikai mikroszkópnak az a különösen célszerű kiviteli alakja, amely száloptikai optikai csatolót, elektromágneses sugárzást a száloptikai optikai csatoló első kimeneti jelátviteli csatornájába juttató sugárforrást és optikai csatolót tartalmaz, ahol a száloptikai optikai csatoló bemeneti jelátviteli csatornával, első kimeneti jelátviteli csatornával, és színképelemzőhöz csatlakoztatott második kimeneti jelátviteli csatornával van kiképezve, továbbá az optikai csatoló a száloptikai optikai csatoló bemeneti jelátviteli csatornájához csatlakoztatott első kimeneti jelátviteli csatorná ·«*·

- 11 val, végén húzással kiképzett csúccsal ellátott és így optikai mintavevőt alkotó, kis átmérőjű maggal ellátott száloptikából álló bemeneti jelátviteli csatornával, számítógéphez, visszacsatoló áramkörhöz és nanométeres pontosságú pozícionáló eszközhöz , különösen piezoelektromos csőhöz csatlakoztatott és ennek révén az optikai mintavevő eszközt támasz vízszintes homlokfelületén megtámasztott vizsgálandó objektumtól állandó távolságon tartó fotodetektorhoz kapcsolódó első kimeneti jelátviteli csatornával van kiképezve, ahol az előzőeken túlmenően a támasz áttetsző testtel, például prizmával van kiképezve, továbbá a forrás a vízszintes homlokfelületet alulról megvilágító polikromatikus elektromágneses sugárzás kibocsátására alkalmasan van kiképezve, és hozzá képest a vízszintes homlokfelület a vizsgálandó objektumot keresztező és az optikai mintavevő csúcsa által befolyásolt polikromatikus totálreflexiós mező létrehozását biztosító helyzetben van elrendezve.

Az emberi szem által nem érzékelt elektromágneses sugárzás alkalmazása esetén különösen előnyös a találmány szerinti mikroszkópnak az a kiviteli alakja, amely fluoreszcens anyagból készült száloptikát tartalmaz, amelyhez a száloptikában terjedni nem képes hullámhosszal jellemzett elektromágneses sugárzást érzékelni képes legalább egy kiegészítő mikroméretű mintavevő egység van rendelve.

A fentiek értelmében a találmány tehát olyan mikroszkópként kiképzett anyagvizsgáló eszközre vonatkozik, amely alkalmas egyidejűleg egy adott anyag pontonkénti letapogatásával geometriai és/vagy optikai profilt kiadó lokalizált értékhalmaz meghatározására, az előzőt reflexiós, az utóbbit transzmissziós • ·4· • ··· «·· · ··

- 12 jelenség révén. Az optikai profil a vastagság és az optikai törésmutató szorzataként adódik.

A találmány tárgyát a továbiakban példaként! kiviteli alakok, illetve megvalósítási módok alapján, a csatolt rajzra hivatkozással ismertetjük részletesen. A rajzon az

1. ábra: hagyományos felépítésű befolyásolt totálreflexiós lá- tómezejű, áteső fényben hasznosítható letapogató optikai mikroszkóp vázlatos felépítése, a

2. ábra: hagyományos vezetett közeli mezőjű, visszavert fény- ben hasznosítható letapogató optikai mikroszkóp vázlatos felépítése, a

3. ábra: a találmány szerinti, befolyásolt totálreflexiós lá- tómezejű optikai mikroszkóp egy előnyös megvalósítását hasznosító pontonkénti spektroszkópiai elemzési eljárás egy első előnyös változatának vázlata, ahol a mikroszkóp száloptikával kapcsolódó optikai csatolót és színképelemzőt tartalmaz, a

4. ábra: a találmány szerinti, vezetett közeli mezőjű optikai letapogató mikroszkóp egy előnyös megvalósítását hasznosító pontonkénti spektroszkópiai elemző eljárás egy második előnyös változatának vázlata, ahol a mikroszkóp két száloptikával kapcsolódó optikai csatolót és színképelemzőt tartalmaz, az

5. ábra: a találmány szerinti, befolyásolt totálreflexiós lá- tómezejű optikai mikroszkóp egy további előnyös megvalósítását hasznosító és az ugyancsak találmány szerinti pontonkénti spektroszkópiai eljárás említett második előnyös változatának megvalósításakor követett el13 ső alváltozatának vázlata, ahol a mikroszkóp száloptikával kapcsolódó optikai csatolót, kiegészítő sugárforrást és színképelemzőt tartalmaz, a

6. ábra: a találmány szerinti, vezetett közeli mezőjű optikai letapogató mikroszkóp egy további szintén előnyös megvalósítását hasznosító, és az ugyancsak találmány szerinti pontonkénti spektroszkópiai eljárás említett második előnyös változatának megvalósításakor követett első alváltozatának vázlata, ahol a mikroszkóp száloptikával kapcsolódó két optikai csatolót, kiegészítő sugárforrást és színképelemzőt tartalmaz, a

7. ábra: a találmány szerinti, vezetett közeli mezőjű optikai letapogató mikroszkóp egy még további különösen előnyös megvalósítását hasznosító, és az ugyancsak találmány szerinti pontonkénti spektroszkópiai eljárás említett második előnyös változatának megvalósításakor követett második alváltozatának vázlata, ahol a mikroszkóp száloptikával kapcsolódó három optikai csatolót, kiegészítő sugárforrást és színképelemzőt tartalmaz, míg a

8. ábra: a találmány szerinti, vezetett közeli mezőjű optikai letapogató mikroszkóp egy még további szintén nagyon előnyös megvalósítását hasznosító, és az ugyancsak találmány szerinti pontonkénti spektroszkópiai eljárás előbb említett második előnyös változatának megvalósításakor követett második alváltozatának vázlata, ahol a mikroszkóp száloptikával kapcsolódó két optikai csatolót, kiegészítő sugárforrást és színképelemzőt tar♦ · · ♦ • · · · * « · ·· ·V ·· · · ·4

- 14 talmaz.

A találmány alapjaként, mint említettük, olyan diffrakciós, közeltérinek nevezhető, általunk a következőkben a közeli mezőjű kifejezéssel megjelölt jelenségek szolgálnak (near field effects”), amelyeknél az elektromágneses mező akadály jelenlétében megfigyelhető viselkedése jellemző. Ez az akadály, amely például maga az elektromágneses sugárzás forrása, nyílás, vagy felület, esetleg hasonló képződmény, a találmány alapját adó jelenségeknél a hullámhossz legfeljebb tízszeresének megfelelő távolságon helyezkedik el, és ez a közeli mező mind áteresztés, mind visszaverés tekintetében a mikroszkópiái vizsgálatba bevonható.

A találmány szerinti eljárás egy előnyös megvalósítási módjánál a vizsgálandó objektum geometriai és/vagy optikai profilját letapogató mikroszkóppal állapítjuk meg, mégpedig optikai mintavevő eszközzel ellátott mikroszkópban létrehozott befolyásolt totálreflexiós látómező segítségével, ahol a mintavevő eszköz száloptika csúcsa lehet és ez a totálreflexiós mezőbe nyúlik be. A totálreflexiós mezőt első hullámhosszú elektromágneses sugárzás teljes reflexiója hozza létre, amely sugárzást áttetsző test, például prizma felületére alulról irányítunk. A prizma alulról megvilágított felülete a vizsgálandó áttetsző objektumot hordozza.

Egy másik előnyös megvalósítási lehetőség szerint a vizsgálandó objektum geometriai és/vagy optikai profilját közeli térben letapogató mikroszkóppal állapítjuk meg, mégpedig visszaverődés feltételei között, ahol a közeli teret hullámvezető eszköz csúcsából, például száloptikából származó első hűl • · · ·

- 15 lámhosszú elektromágneses sugárzásnak az adott anyag visszaverő felületére való juttatásával biztosított reflexióval hozzuk létre. A visszavert sugárzást a hullámvezető eszköz csúcsa érzékeli és annak belsejében a sugárzás a mérés helyéig továbbítható.

A két említett lehetőség egymást kiegészítő, adott esetben egymást kizáró jellegű és az első esetben befolyásolt totálreflexiós látómezejű, transzmissziós vizsgálatokra alkalmas mikroszkóppal, a második esetben irányított közeli terű reflexiós mikroszkóppal állunk szemben. A továbbiakban a letapogató optikai mikroszkópia elveire utalunk és ennek alapján könnyen megérthetők azok az előnyök, amelyeket a mikroszkópok által felhasznált elektromágneses sugárzással végzett egyidejű spektroszkópiai elemzés nyújt.

A javasolt spektroszkópiai jellegű folyamat egy előnyös megvalósításában polikromatikus elektromágneses sugárzást használunk, amelyet a vizsgálandó áttetsző anyagú vagy fényvisszaverő felületű objektumra irányítunk és így a polikromatikus sugárzás a közeli mező struktúráját nem követi.

Ebben az első változatban több lehetőséget lehet figyelembe venni, attól függően, hogy a vizsgálandó objektum anyaga milyen: áttetsző, visszaverő vagy egyszerre mindkettő. A spektroszkópiai elemzést mind áteső, mind visszavert sugárzás alapján el lehet végezni és egyidejűleg lehetőség nyílik a közeli mezőjű mikroszkópiái vizsgálatra, amihez szintén az áteső vagy visszavert sugárzást hasznosítjuk.

A javasolt spektroszkópiai jellegű folyamat egy másik célszerű megvalósítása szerint ugyancsak polikromatikus elekt

- 16 romágneses sugárzást használunk, amelyet a vizsgálandó áttetsző anyagú vagy visszaverő felületű objektumra irányítunk és így a polikromatikus sugárzás a közeli mező struktúráját követi.

Ezen túlmenően a közeli mezőre a következő lehetőségek egyikének megalósulását kell megállapítani:

- a közeli mező lehet befolyásolt totálreflexiós mező, amelyet áteső sugárzásban áttetsző anyagú minta generál, ilyenkor áttetsző fényben először pontonkénti spektroszkópiai elemzést végzünk;

- a közeli mező lehet vezetett mező, amely reflexiós feltételek között keletkezik visszaverő felületű anyagnál, amikoris visszavert sugárzásban pontonkénti spektroszkópiai elemzést végzünk.

Az előbb említett két alváltozatnál a közeli mezőjű letapogató optikai mikroszkópiái vizsgálatot áteső sugárzásban, vagyis befolyásolt totálreflexiós látómező felhasználásával, vagy visszaverés révén, vezetett közeli mezőben végezzük el attól függően, hogy az anyag áttetsző vagy visszaverő jellegű. Ennek megfelelően a két mikroszkópiái eljárás mindenkor figyelembe vehető, amikor a vizsgálandó anyagra az adott sugárzással szembeni áteresztés vagy visszaverés jellemző, és ez a helyzet általában mindenkor, amikor üvegeket vagy biológiai mintákat kell vizsgálni.

Mindenek előtt a transzmissziós letapogató optikai mikroszkópia, azaz a befolyásolt totálreflexiós látómezejű mikroszkópia elvére kell visszatérnünk. Ennek során felvázoljuk a pontonkénti spektroszkópiai elemzés mindazon előnyeit, amelyek a befolyásolt totálreflexiós látómezőjű mikroszkóp alkalmazásé. ·

- 17 ból adódnak.

Ezt követően áttérünk a vezetett közeli mezőjű reflexióra épülő letapogató optikai mikroszkópia alapelveire. Mindezek alapján a pontonkénti spektroszkópiai analízis előnyei világossá válnak.

Először a befolyásolt totálreflexiós látómezejű letapogató optikai mikroszkópia alapelvét mutatjuk be, amelynek első leírása a Physical Review B 1989. január 1-jén megjelent számában (39, 1, 767 - 770.) található meg.

- Áttetsző anyagú test felületére, amelyet például prizma egy adott felülete (áttetsző testen az adott hullámhosszú sugárzás számára átjárható anyagú testet értünk) alulról monokromatikus fénynyalábot bocsátunk. A fénynyaláb beesési szögét úgy választjuk meg, hogy az nagyobb legyen, mint az ni optikai törésmutatójú áttetsző test és a vele kapcsolódó n2 optikai törésmutatójú külső közeg közötti átmenetre jellemző teljes fényvisszaverődés kritikus szöge; ez utóbbi esetben a fénynyaláb az adott felületen teljesen visszaverődik és a felület fölött totálreflexiós mezőt hoz létre, amely átlagosan zérus nagyságú energiát hordoz.

- A homlokfelülettel szemben optikai mintavevő eszközt, például száloptika élesített végét rendezzük el, amely vég általában igen finom csúcsot alkot, de ez messze nem az egyetlen lehetőség. Mivel az optikai mintavevő eszköz a totálreflexiós mezőben van jelen, az áttetsző testtől az optikai mintavevő eszközbe átlagosan zérustól eltérő energiájú elektromágneses hullám juthat, amelyet a száloptika másik végén érzékelni lehet. Ez annyit jelent, hogy a mintavevő eszköz '•megzavarja’' a , *

S · · ··· ··· ··« • · · · · · , ·· · · · ♦ ·« ·,

- 18 totálreflexiós mezőt és ezért az utóbbit befolyásolt totálreflexiós mezőnek nevezhetjük. Az ilyen mező intenzitása a mintavevő csúcsa és a prizma felülete közötti távolsággal exponenciális függvény szerint változik és ezért lehetőség van a távolság igen pontos mérésére, ha az érzékelt intenzitást közvetlenül extrapoláljuk vagy a mintavevő eszközt a homlokfelülettől az intenzitást nagy pontossággal szabályozó nagy érzékenységű visszacsatoló rendszerbe illesztjük.

- Ha a befolyásolt totálreflexiós mezőbe áttetsző anyagú objektumot helyezünk, vagyis ezzel a beeső fénysugár teljes reflexiójával létrehozó felületet befedjük, az objektum optikai profilja a mintavevő eszközbe a totálreflexiós mezőből átjutó hullám struktúráját módosítja, az ilyen hullám ezért térbeli modulációt szenved. Ha a mintavevő eszközt oldalirányban mozgatjuk és ezzel az áttetsző objektumot letapogatjuk, miközben a mintavevő eszköz térbeli mozgását mindhárom tengely mentén érzékeljük, az objektum optikai topográfiája, amely az optikai profilnak felel meg, rögzíthető. Ennek során mind az oldalirányú, mind a függőleges felbontóképesség akár 10 nm értékig is lecsökkenthető.

- Ha a vizsgált objektumnál a vastagság és a törésmutató ismeretére szükség van, további méréseket kell végezni a kapott képen belül, amikoris a jel egyik része a vastagságra, a másik a törésmutatóra jellemző, amit egyébként az időközben nyilvánosságra hozott WO 91/06844 számú közzétételi irat ismertet (az ehhez tartozó alapbejelentés a 89-14289 számú 1989. október 31én kelt francia bejelentés), amelynek tárgya olyan diszkriminációs spektroszkópiai eljárás, amivel áttetsző objektum optikai profilja totálreflexiós látómezejű letapogató optikai mikroszkóppal állapítható meg. Ez a bejelentés egyébként az eljárást hasznosító totálreflexiós látómezejű optikai mikroszkópot ugyancsak ismerteti.

Az előzőekből nyilvánvaló, hogy ez a mikroszkópiái eljárás alkalmas áttetsző anyagra vonatkozó pontonkénti topográfiai és optikai információ szolgáltatására. A találmány értelmében az optikai mintavevő eszközt, például száloptika éles vége felhasználható a vizsgált anyagra vonatkozó spektroszkópiai információ pontonkénti megállapítására. Ebben a vonatkozásban két esetet különböztethetünk meg:

a) Az első lehetőség szerint az optikai mintavevő által a vizsgálandó objektum felületének letapogatása során befogott sugárzás jellemzőit közvetlenül elemezzük. A befolyásolt totálreflexiós mezőből származó sugárzás a zavarás (befolyásolás) nélküli mezőhöz képest intenzívebb és hagyományos színképelemzési eszközökkel vizsgálható. Ezen túlmenően előfordulhat, hogy a befolyásolt totálreflexiós mezőre jellemző hullámhossz nem igazán illeszkedik a spektroszkópia által igényelthez, mégis az így kapott spektroszkópiai információ összetett szerkezetű áttetsző anyagú objektum esetén számos értékes részlet feltárására alkalmas. Itt meg kell említeni, hogy a befolyásolt látómezejű letapogató mikroszkóp esetében sugárforrásként általában hélium-neon lézert alkalmaznak, mivel az egyszerűen kezelhető és olcsón beszerezhető; az általa generált sugárzás hullámhossza 632,8 nm.

b) A másik lehetőség az, hogy polikromatikus elektomágneses sugárzást alkalmazunk, amelyet az első sugárzással együtt * ·· ·« ·« • »·♦ ♦ ·· ··« • ♦ · t

- 20 a meghatározandó optikai profilú áttetsző anyagú objektumra vetítünk. Többféle analízises eljárás alkalmazható, mégpedig a létrehozott elektromágneses sugárzás típusától függően, és az információ, amit az adott anyag vonatkozásában nyerünk, a sugárzás spektrális összetevőitől függ. A spektroszkópiai elemzéses eljárások az egyes sugárfajtákhoz illesztetten jól ismertek, ezért nincs szükség arra, hogy itt azokat részletesen ismertessük. Ezen túlmenően nyilvánaló, hogy előnyös, ha a polikromatikus elektromágneses sugárzás képviseli a befolyásolt polikromatikus totálreflexiós mező struktúráját. A későbbiekben még visszatérünk arra az esetre, amikor polikromatikus nem totálreflexiós mezőt alkalmazunk.

A találmány szerinti, pontonkénti letapogatásra épülő, lokalizálható információkat eredményező spektroszkópiai eljárás végrehajtása során több váratlan előny adódik, amely alapvetően az elemzett sugárzással generált látómező eltüntethetőségéből, valamint annak az optikai mintavevő által történő zavarásának módjából adódik. A befolyásolt totálreflexiós látómezejű optikai mikroszkóp felépítésének ismert és lényeges elveiből következően az optikai mintavevőhöz érkező sugárzásnak szinte teljes egészét annak további zónájába lehet vezetni. Ez a befolyásolt totálreflexiós látómező struktúrájának következménye, amelyről tudjuk, hogy az optikai mintavevő és a vizsgálandó áttetsző objektum felülete közötti távolságtól exponenciális függvény szerint csökkenő intenzitást mutat. Ebből a szempontból jellemző lehet az a távolság is, amely az optikai mintavevő és a vizsgálandó áttetsző objektumot hordozó áttetsző test felülete között van.

• · * * · · · • ·······« ··

- 21 Ismert az a megoldás, amikor az optikai mintavevő igen kis méretű áttetsző anyagú csúcsot alkot és a valóságnak megfelelően jó közelítést jelent, ha ezt a csúcsot széleinél R sugarú gömbfelülettel azonosítjuk, amikoris a csúcs R/10 sugarú gömbszerű középponti része a sugárzás mintegy 90 %-át gyűjti össze. Ez annyit jelent, hogy bár a csúcs teljes mértékben áttetsző anyagú és rajta nincs fényt át nem eresztő vagy erősen szűrő bevonat, amely a mikroszkopikus nyílás korlátozására szolgálna, a csúcs a totálreflexiós látómező befogását kis szög alatt hajtja végre, vagyis a mintavevő eszköz igen jó irányítottságot mutat.

A jelen találmány létrehozása előtt úgy találták, hogy célszerű, ha nem vékony áttetsző csúcsot használnak, hanem a száloptika végét kis átmérőjű magként hagyják meg, amelynél a befolyásolt totálreflexiós látómezőt integráló felület kicsi marad. Mivel a diffrakciós jelenségek szintén korlátozottak, az optikai mintavevő ez esetben is igen jó irányítottságot mutat. Ez utóbbi lehetőséget a jelen találmány szerinti spektroszkópiai elemző eljárásnak a visszavert fényben megvalósítandó változatánál lehet jól hasznosítani, amelynek ismertetése során a további előnyökre még rámutatunk.

A mikroszkópiához hasonlóan az áttetsző fényben végzett közeli mezőjű spektroszkópia ezért szintén igen jó iránykarakterisztikát mutathat. Ez a tényező teljesen új, hiszen az eddigi spektroszkópiai technikák általában a lehető legjobb minőségű diffrakciós rácsokat vagy mikroszkopikus nagyságú nyílásokat hasznosítják.

A vezetett közeli mezőjű reflexiós letapogató optikai • · •·· ···

- 22 “ mikroszkópia elvének részletes ismertetése egyebek között az 1989. augusztus 28-án benyújtott 89-11297 alapszámú francia szabadalmi bejelentésben található, amely reflexiós közeli mezőjű, a mezővel szemben mintavevőként viselkedő hullámvezetőt alkalmazó mikroszkópot ismertet. Az itt bemutatott eszköz lényege a következő:

- Hullámvezetővel, például száloptikával lényegében monokromatikus sugárforrás által generált elektromágneses sugárzást továbbítunk. A hullámvezető kimenetéhez közel a széleken a viselkedése a vezetett sugárzáséhoz hasonló és struktúrája ezért a propagációs módusnak felel meg.

- Függetlenül a levegőben való terjedés során bekövetkező diszperziótól a sugárzás a megfelelő propagációs módushoz tartozó szerkezetét a visszaverő felülettől való reflexió után is megőrzi. Ezért diszperziós vezetett propagációs módusról beszélhetünk.

- Az adott sugárforrás által visszavert elektromágneses sugárzást a hullámvezető széle fogja be, amelyet optikai mintavevőnek nevezhetünk. Az optikai mintavevő lehet tűhegyszerű, de általában ez száloptika megnyújtott, húzott végét jelenti. Előállítására ismeretesek azok az olvasztási és húzási eljárások, amelyek segítségével rendkívül kis, általában 500 nm körüli átmérőjű maggal ellátott optikai szál készíthető.

- Az optikai mintavevő által befogott visszavert sugárzás ezt követően a hullámvezetőn belül továbbítódik. Viselkedése a csatolt diszpergált vezetett propagációs módus és a hullámvezető tényleges propagációs módusa közötti csatolástól függ. Kimutatható volt, hogy az ilyen struktúrát képviselő su• ·· gárzás intenzitása az optikai mintavevő csúcsa és a visszaverő felület közötti távolság növekedésével igen gyorsan csökkenő függvény szerint változik. Ezért kialakul a közeli mezőnek tartható terület és a kétszer a hullámvezetővel csatolt elektromágneses sugárzás különleges viselkedéséből adódó mező reflexiós vezetett közeli mezőnek nevezhető. Meg kell jegyezni, hogy ez a mező nem totálreflexiós, legalábbis a közeli mezőnek tartható területen és a diffrakció klasszikusnak tekinthető törvényei szerint terjed.

- Az ilyen jellegű mező intenzitása igen gyorsan csökken az optikai mintavevő és a reflektáló anyag felülete közötti távolság növekedésével (általában, és ez az előnyös eset, az intenzitás csökkenése lényegében exponenciális függvényt követ). Ezért a mintavevő függőleges helyzetének érzékelése alapján nagyon pontos mérések végezhetők és így konstans intenzitású működés érhető el.

- Miközben a visszaverő anyagot az optikai mintavevővel annak oldaliránya mozgása során letapogatjuk, a mintavevő helyzetére megfelelő és a tér három irányában észlelt elmozdulásokat rögzítjük. Az oldalirányú felbontóképesség ennek során 100 nm alatti értéket érhet el, míg a függőleges felbontásra néhány nm-es határ állapítható meg.

A vezetett közeli mezőjű reflexióra támaszkodó letapogató optikai mikroszkóp a fentiek értelmében alkalmas fényvisszaverő felületre vonatkozó topográfiai információ pontonkénti nyerésére.

A találmány értelmében az optikai mintavevő felhasználható az adott anyagra jellemző spektroszkópiai információ pon< · · · « ·· «« ·» • · · ·♦· ··· *·· • · · · · · ·

- 24 tonkénti előállítására.

Ennek során az optikai mintavevő, például száloptikán kialakított csúcs és a fényvisszaverő felület közötti távolságot például közeli mezőjű letapogató mikroszkóp segítségével szabályozzuk.

Mindezek alapján lehetővé válik olyan távolság megállapítása, amelynél a reflexiós üzemmódban a visszaverő felületre irányuló hullámvezető végéből származó és a hullámvezető vége által visszaverődés után felfogott sugárzás - ez utóbbi ugyancsak a hullámvezetőben vezethető el - a reflexióval vezetett közeli mező gyorsan csökkenő reflexiójának struktúráját mutatja.

Az előzőeken túlmenően igen lényegesnek tűnik az a tény, hogy a fenti pontonkénti spektroszkópiai elemzés olyan első elektromágneses mezőre vonatkozhat, amelyet a közeli mezőjű vezetett letapogató optikai mikroszkópban és polikromatikus elektromágneses mezőben hasznosítunk, ahol az utóbbit a vizsgálandó áttetsző anyag visszaverő felületére vetítjük. Ez utóbbi esetben a sugárzásnak a vezetett közeli mezőben megfigyelhető viselkedését minden spektrális vonatkozásban figyelhetjük és ekkor számításba kell venni, hogy a hullámhossztól függő közeli vagy totálreflexiós mező intenzitása exponenciális függvény szerint változik.

A fentiekből következik az is, hogy a reflexióval vezetett közeli mező intenzitásának gyors csökkenése ugyanazokat az előnyöket nyújtja, mint a befolyásolt totálreflexiós látómező intenzitásának áteső sugárzásban megfigyelhető exponenciális csökkenése. Ezek az előnyök nemcsak a közeli mezőjű mikroszkó• · ·*· · ·

- 25 piában jelentkeznek, hanem a közeli mezőben végzett pontonkénti spektroszkópiai analízis során is. Ezek közül a legfontosabb a nagy irányítottság, ami mintegy legalább 0,1 nm-es felbontóképességet eredményez és ez a felbontóképesség rosszabb esetben is 100 nm alatt marad. További előnyt a spektroszkópiai és a mikroszkópiái eljárások egyidejű végrehajtása jelent.

Ugyancsak igen fontos, hogy a közeli mező intenzitása a hullámhossz növekedésével erőteljesen csökkenő, adott esetben exponenciális jellegű függvény szerint változik. A továbbiakban meggyőződhetünk ennek a ténynek az előnyeiről, amelyek mind a befolyásolt totálreflexiós mezejű mikroszkópiát és a reflexióval vezetett közeli mezőjű eljárásokat jellemzi.

A rajzon az egyes részelemeket mindenkor azonos számok jelölik. Meg kell jegyezni, hogy a rajzon a részelemek csak vázlatosan, egymással való kapcsolatukban vannak feltüntetve, az inkább funkcionális vázlatnak tekintendő ábrák nem mérethelyesen mutatják az egyes alkatrészeket.

Mindenek előtt az ismertté vált felépítésű befolyásolt totálreflexiós látóterű optikai mikroszkópot ismertetjük. Ez az 1. ábrán látható vázlat értelmében a következő fontos részegységekből épül fel:

- 1 áttetsző test, célszerűen félhenger vagy félgömb alakú prizma sima 2 homlokfelületeként kiképezve, amely mérendő optikai profilú 3 áttetsző objektum alátámasztására szolgál. A megfigyelés megkönnyítése céljából ismert az a megoldás, hogy adott törésmutatójú folyadékot vagy törésmutató változtatására alkalmas eszközt helyeznek el a 2 homlokfelület és a 3 áttetsző objektum között;

··*·

- elektromágneses sugárzást kibocsátó 4 sugárforrás, amely célszerűen monokromatikus nyalábot gerjeszt, és például hélium-neon vagy argon lézerként van kiképezve; a 4 sugárforrásból származó nyaláb a 2 homlokfelületet alulról sugározza be, mégpedig olyan Θ szög alatt, amely nem kisebb, mint a teljes visszaverődéshez tartozó e_c kritikus szög. A 0_C kritikus szög az 1 áttetsző test anyagára jellemző ni optikai törésmutató és a 2 homlokfelületen fekvő, az 1 áttetsző testtel érintkező közeg (ez esetben áttetsző anyagú 3 vizsgálandó objektum) anyagára jellemző átlagos n2 optikai törésmutató alapján adódik, ahol n2 kisebb, mint ni és érvényes az ö_c = arc sin (n2/nl) összefüggés;

- nyalábalakító optikai eszköz, például 5 gyűjtőlencse, amelynek hatására a 4 sugárforrásból származó fénysugár az 1 áttetsző testbe való belépés előtt összetartóvá tehető, ha ez utóbbi félhenger alakú prizma, amely köztudottan konvergáló hatású, és ezért szükség van arra, hogy a sugárnyalábot az 1 áttetsző testbe való belépés előtt megfelelő módon konvergáltassuk. A nyaláb átmérőjének elegendőnek kell lenni, hogy a 2 homlokfelületnek gyakorlatilag teljes egészét totálreflexiós látómezővé tegyük;

- kis méretű, áttetsző anyagú 6 csúcs, amely a 2 homlokfelület közelében helyezkedik el és alapvetően 7 száloptika éles végét alkotja. Az 1 áttetsző testen belül a fénynyaláb teljes reflekciója következik be, ezért a 2 homlokfelületen olyan totálreflexiós látómező alakul ki, amely az átlagosan n2 optikai törésmutatójú 3 vizsgálandó objektumhoz tartozik; az • ··· ·** ··· • · ♦ ·

- 27 előzőek értelmében a 6 csúcs mintegy zavarja ezt a totálreflexiós mezőt, amelynek intenzitása pontosan követi a 6 csúcs vége és a beeső fénynyaláb teljes visszaverődésének helyét adó sík közötti távolságot;

- 8 fotodetektor, amelyhez célszerűen az 1. ábrán az egyszerűség kedvéért nem bemutatott fotosokszorozó tartozik, és amely a befolyásolt totálreflexiós mező intenzitását méri a 6 csúcsban keletkező jel alapján, amelyet a 7 száloptika 7a végponthoz továbbít és ez a végpont a 8 fotodetektorhoz megfelelő 9 optikai eszközön keresztül van csatlakoztatva;

- 10 számítógép, amely megfelelő mérő interface elemekkel van ellátva (ezeket az 1. ábra szintén nem mutatja) és amely alkalmas a 8 fotodetektor által észlelt intenzitásértékek tárolására, szükség szerinti feldolgozására. Ha a kapott képek pontosságát javítani kívánjuk, a 3 vizsgálandó objektumot a 10 számítógép olyan 11 visszacsatoló áramkörébe kell iktatni, amely lehetővé teszi a mért intenzitás és egy előre megállapított referenciaérték közötti összehasonlítást és a mért, valamint a kijelölt értékek összehasonlításának eredményeként 12 piezoelektromos csövön át a 6 csúcs függőleges helyzetének pontos beállítását; mivel a befolyásolt totálreflexiós mező intenzitása a 6 csúcs és a mezőt emittáló felület közötti távolságtól exponenciális függvény szerint változik, ezért ez a visszaszabályozás rendkívül érzékeny lehet.

Az előzőeken túlmenően a 10 számítógép a 11 visszacsatoló áramkör közvetítésével alkalmassá tehető arra, hogy a 6 csúcsnak a 2 homlokfelület és a 3 vizsgálandó objektum fölötti oldalirányú mozgását nagy pontossággal szabályozzuk. Ennek le*·* · ··

- 28 hetőségét azzal biztosítjuk, hogy a 12 piezoelektromos csövet négyszögletes alakban képezzük ki, mégpedig a hőváltozásokkal szemben lényegében érzéketlen, méretváltozást alig mutató PZT jellegű anyagból. A 6 csúcs mozgását a 10 számítógéppel rögzített adatokon át követve megállapíthatjuk a 3 vizsgálandó objektum normál optikai profilját.

A továbbiakban a 2. ábrára hivatkozással a találmány szerinti eljárás megvalósítása során hasznosított hagyományos közeli mezőjű letapogató reflexiós mikroszkóp felépítését mutatjuk be.

A mikroszkóp a következő elemekből épül fel:

- 101 támasz, amelynek legalább egy 102 vízszintes homlokfelülete van és ezen célszerűen visszaverő felületű 103 vizsgálandó objektum helyezhető el, amelynek geometriai profilját mérjük.

- Elektromágneses sugárzást kibocsátó 104 sugárforrás, amely alapvetően monokromatikus fény generálására alkalmas, például hélium-neon lézer vagy argon lézer. Ez a sugárforrás keskenysávú elektrolumineszcens dióda vagy lézerdióda formájában ugyancsak megvalósítható.

- 113 optikai csatoló, amely ismert módon épül fel és száloptikához kapcsolódik. Megvalósítása például két előnyösen szilícium-dioxidból készült száloptika összeolvasztásával és húzásával lehetséges. Ezzel két, 113a és 113b kimeneti jelátviteli út keletkezik, és legalább egy bemeneti jelátviteli út, amely alapvetően a 7 száloptikából épül fel. A 104 sugárforrás által kibocsátott sugárzást alkalmas felépítésű 105 optikai eszköz csatolja be a 113b kimeneti jelátviteli útra és azon át a jel a 7 száloptika végéig terjed, ahonnan a célszerűen visszaverő felületű 103 vizsgálandó objektumra esik. A 7 száloptika végét húzással hozzuk olyan c mag alakjára, amelyet igen kis átmérő jellemez és amely ezért tűpont szerű 106 optikai mintavevőnek tekinthető. A 113 optikai csatolóban 115 olvasztott zóna van kiképezve.

- Megfelelő 9 optikai eszközön keresztül a 113 optikai csatoló 113a kimeneti jelátviteli útjára kapcsolt 8 fotodetektor. A 8 fotodetektor feladata a célszerűen visszaverő felületű 103 vizsgálandó objektum által visszavert sugárzásnak megfelelően a 7 száloptikában és ezt követően a 113a kimeneti jelátviteli úton terjedő jel alapján keltett vezetett közeli mező intenzitásának mérése.

- Az 1. ábrán nem bemutatott, de a szükséges mérési interface egységekkel ellátott 10 számítógép, amely a 8 fotodetektor által mért intenzitásértékeket rögzíti és szükség szerint feldolgozza. Különösen előnyös esetben igen pontos képek nyerhetők a célszerűen visszaverő felületű 103 vizsgálandó objektumról, amit 11 visszacsatoló áramkör biztosít és ez a 10 számítógéphez kapcsolva biztosítja az intenzitás mért értékének egy referenciaértékkel való összehasonlítását és ennek révén nanométeres pontosságú megvezetés érhető el. Ez utóbbit a 106 optikai mintavevő függőleges helyzetét szabályozó 12 piezoelektromos cső állítja be, amely az említett két érték összehasonlításából adódó különbségnek megfelelően működik. Mivel a közeli mező intenzitása a felülettől való távolságtól lényegében exponenciális jellegű függvény szerint változik, ezért a 106 optikai mintavevő és a célszerűen visszaverő felületű 103 ····

- 30 vizsgálandó objektum közötti távolság nagy pontossággal állítható be.

A következőkben a találmány szerinti pontszerű spektroszkópiai analitikus eljárás egy különösen előnyös megvalósítási módját írjuk le. Ez esetben fontos kiemelni, hogy a spektroszkópiai elemzés alapja adott hullámhosszú első elektromágneses sugárzás, amely az anyagon áthatolva vagy attól visszaverődve közeli mezőt generál és ez a közeli mező alkalmas letapogató mikroszkópiás vizsgálatok végzésére a látómezőbe helyezett obj ektumon.

Ezzel a megoldással a Raman-spektroszkópia által igényelt körülmények alakulnak ki. A kívánt hatás az elektromágneses színkép teljes látható tartományában jól megfigyelhető. A mikroszkópiának ez a típusa a fizikai lehetőségek egyik legjobb kihasználását jelenti és infravörös spektroszkópiával összekapcsolva lehetővé teszi az anyag vibrációs és rotációs spektrumainak felvételét. Ennek megfelelően az eljárással az áttetsző anyagú 3 vizsgálandó objektumról, illetve a célszerűen visszaverő felületű 103 vizsgálandó objektumról áteső, illetve visszavert sugárzásban lehet színképeket felvenni. A vizsgálatokhoz kijelölt minta lehet például biológiai jellegű, amely mind áteresztést, mind pedig visszaverést mutat. Ezt a lehetőséget a találmány szerinti eljárás megvalósítása során követett spektroszkópiai analitikus módszer végrehajtásakor használjuk ki.

A Raman-spektroszkópia ismert alapelveinek következményeként a megvizsgálandó objektum térfogata minimális értékre csökkenthető, akár a sugárzás diffrakciója által meghatározott «44«

- 31 alsó fizikai határig. A találmány szerint alkalmazott pontonkénti spektroszkópiai analitikai eljárás biztosítja, hogy ezeket a méreteket adott esetben még tovább csökkentsük. Mint már említettük, a közeli mező hatását kihasználó spektroszkópiai eljárások mind áteső, mind visszavert sugárzás alkalmazása esetén igen erős irányfüggést mutatnak. Ezért a találmány értelmében igen kis hegyesszögek alatti (súrlódó sugárzásos) vizsgálatot kell alkalmazni.

A Raman-hatás fizikai alapja az, hogy a beeső sugárzás az anyag részecskéin rugalmatlan szóródást (diffúziót) szenved. Ezért a Rámán-spektrum általában egy középpontinak tekintett hullámhossztól csak kis mértékben tér el. A találmány szerinti eljárásnál, illetve mikroszkópnál az ezzel a középponti hullámhosszal jellemzett sugárzást a 4 sugárforrásból eredő áteső sugárzás és/vagy a 104 sugárforrással előállított visszavert sugárzás jelenti. Amikor a közeli mező intenzitását igen gyorsan változtatjuk, a sugárzás hullámhosszától függő folyamatok intenzitása kicsi, azok jó közelítéssel figyelmen kívül hagyhatók. Ha azonban erre szükség van, az említett folyamatok figyelembe vehetők és ezért a befolyásolt totálreflexiós mező és a visszaveréses vezetett közeli mező intenzitására az ismert képletek alapján levezetett közelítő spektrumot korrigálni lehet, mégpedig az azt meghatározó fizikai tényezők hatásának értékelése céljából.

A találmány szerinti eljárás egyik végrehajtási lehetőségének egyik változata szerint a legalább részben áttetsző 3 vizsgálandó objektum az 1 áttetsző test 2 homlokfelületén helyezkedik el és a spektroszkópiai elemzést az 1 áttetsző test által továbbított elektromágneses sugárzásnak a 2 homlokfelületre irányított részével kialakított mezőben végezzük el, amely sugárzás az áttetsző anyagú 3 vizsgálandó objektum befolyásolt totálreflexiós látómezejű mikroszkóppal történő vizsgálatakor ugyancsak hasznosítható.

A 3. ábra értelmében az előzőekben vázolt lehetőséget hasznosító befolyásolt totálreflexiós látómezejű optikai letapogató mikroszkóp az előzőekben említett elemeken túlmenően legalább egy 13 optikai csatolót és 14 színképelemzőt tartalmaz .

Az optikai csatoló önmagában ismert típusú, az olvasztással vagy húzással két száloptikából hozható létre, anyaga például szilícium-dioxid.

A találmány értelmében a 7 száloptika a 13 optikai csatoló egyik bemeneti jelátviteli útját alkotja. A finom áttetsző anyagú 6 csúcs optikai mintavevőként működik, azt a 7 száloptika végének kémiai megmunkálásával állítjuk elő. A szilícium-dioxidos 7 száloptika élesítésére alkalmazható eljárásoknak ez egy ismert változata, amelynek lényege, hogy a 7 száloptika végét hidrogén-fluorid tartalmú savas fürdőbe helyezzük és néhányszor tíz percen keresztül abban hagyjuk. Ezért az előállított 6 csúcs átmérője nem lépi túl a 100 nm-t, a külső profil lényegében félgömb alakú.

A 13 optikai csatoló révén a 7 száloptikából a 3 vizsgálandó objektumból származó és a 6 csúccsal befogott befolyásolt totálreflexiós mező intenzitása majdnem 100 %-os hatékonysággal vezethető ki.

- Az említett intenzitás (100 - X) százalékos része a 13 • · • · · · · · ·

- 33 optikai csatoló 15 olvasztásos zónájában 13a első kimeneti jelátviteli útba jut. A 13a első kimeneti jelátviteli út vége a 9 optikai eszközön át a 8 fotodetektorba kapcsolódik. Az X nagysága a 13 optikai csatoló felépítéséből következik, a 13 optikai csatoló csillapító hatást fejt ki és ezért a befolyásolt totálreflexiós látómezejű letapogató mikroszkóp hagyományos módon üzemeltethető: a visszacsatolás az intenzitásnak a 8 fotodetektor által megállapított részére vonatkozik, vagyis a 4 sugárforrás által előállított sugárzásnak megfelelő totálreflexiós mező intenzitásának (100 - X) százalékára.

- A befolyásolt totálreflexiós látómező intenzitásának az áttetsző anyagú 3 vizsgálandó objektum által áteresztett X százalékos frakciója a 15 olvasztásos zónában a 13 optikai csatoló 13b második kimeneti jelátviteli útjába jut. A 13b második kimeneti jelátviteli út a 14 színképelemzőre 16 optikai eszköz révén jut. A 14 színképelemző általában Raman-spektrométer vagy például Microdil'* márkanév alatt ismertté vált mikroeszköz, amely rendkívül nagy érzékenységű és ezért igen kis intenzitású sugárzás elemzését teszi lehetővé.

A pontonkénti spektroszkópiai analitikai eljárásoknak ennél a találmány szerinti megvalósításánál az áttetsző anyagú 3 vizsgálandó objektumon áthatoló sugárzás befolyásolt totálreflexiós mezőnek felel meg, ehhez olyan 13 optikai csatolót választunk, amely elegendően nagy X értéket (például X = 90) biztosít, ezért a 13b második jelátviteli út által továbbított sugárzás intenzitása a 14 színképelemző számára a lehető legjobb feltételek közötti méréseket teszi lehetővé; a Raman-spektrométerek ebből a szempontból nagy érzékenységük miatt

különösen előnyösek. A 8 fotodetektor által észlelt sugárzási intenzitás, amelynek értéke (100 -X), a 8 fotodetektor vagy hozzá hasonló egység, például fotosokszorozó által biztosított erősítés révén javul. Nyilvánvaló azonban, hogy az előzőektől eltérő csatolási feltételek ugyancsak használhatók.

Az előzőekben a találmány szerinti eljárás egy első igen előnyös megvalósítási módjának első változatát írtuk le. A következőkben olyan célszerű második változatot ismertetünk, amelynél a közeli mezőt vezetett reflexióval létrehozott közeli mező adja. Ez a mező a száloptika, vagy hullámvezető, adott esetben a 7 száloptika vége által kibocsátott adott hullámhosszú első elektromágneses sugárzás hatására jön létre, a legalább részben erre alkalmas, célszerűen visszaverő felületű 103 vizsgálandó objektum jelenléte miatt, ahol a visszavert sugárzást a 106 optikai mintavevő fogja be és innen indulva az a hullámvezetőbe jut el. Ezt a sugárzást a közeli mezőjű mikroszkópiában a célszerűen visszaverő felületű 103 vizsgálandó objektumról visszavert sugárzással működő közeli mezőjű mikroszkóppal lehet hasznosítani.

A 4. ábra az előbb említett második változatot hasznosító közeli mezőjű letapogató optikai mikroszkóp alkalmazásával végzett eljárásra mutat példát, amikoris a 2. ábrán bemutatott elemekhez képest többlethatást 121 száloptikai optikai csatoló és 14 színképelemző alkalmazása ad.

A 121 száloptikai optikai csatoló lényegében azonos felépítésű az előzőekben bemutatottakkal, így különösen a 113 optikai csatolóval. Ehhez legalább egy 121a bemeneti jelátviteli csatorna és két, 121b és 121c kimeneti jelátviteli csatorna « · ·

- 35 tartozik. A 121a bemeneti jelátviteli csatorna a 113 optikai csatoló 113b második jelátviteli útjára van csatlakoztatva. A 121b kimeneti jelátviteli csatorna a lényegében monokromatikus sugárzást kibocsátó 104 sugárforráshoz illeszkedik. A 121c kimeneti jelátviteli csatorna a 16 optikai eszköz közvetítésével a 14 színképelemzőre van csatlakoztatva. A 121 száloptikai optikai csatolóban 122 olvasztott zóna van kiképezve.

A 7 száloptika a 113 optikai csatoló jelátviteli csatornáját határozza meg. Végét a 106 optikai mintavevő eszközt alkotó c mag húzásával állítjuk elő.

Mindezek alapján megállapítható, hogy a 4. ábrán bemutatott mikroszkóppal a 104 sugárforrással előállított elektromágneses sugárzás 121 száloptikai optikai csatolón, majd 113 optikai csatolón keresztül továbbítódik és ez utóbbiról jut a célszerűen visszaverő felületű 103 vizsgálandó objektumra. A 103 vizsgálandó objektum felületéről reflektált sugárzást az erre a célra kiképzett és az objektum felületénél elrendezett 106 optikai mintavevő fogadja. A vett elektromágneses jel alapján a reflexió feltételei között kialakuló közeli mező struktúrája megállapítható. A meghatározást a 8 fotodetektor kimenő jelei teszik lehetővé. A 106 optikai mintavevő függőleges helyzetének követését és szabályozását a 11 visszacsatoló áramkör és a 12 piezoelektromos cső biztosítja, amelyek segítségével a célszerűen visszaverő felületű 103 vizsgálandó objektum térbeli szerkezete megállapítható.

A vezetett közeli mező ugyanekkor a 113 optikai csatolón és a 121 száloptikai optikai csatolón át a 14 színképelemzőbe jut el. A visszaverő felületű 103 vizsgálandó objektumról pon36 tönként kapott spektroszkópiai adatokat a visszavert sugárzásban ugyanerről az anyagról kapott profilometriái adatokkal együtt rögzítjük. Mindezt az teszi lehetővé, hogy a 14 színképelemzőt, amely például Raman-spektrométerként van kiképezve, a 4. ábrán nem bemutatott, de önmagában véve jól ismert módon a 10 számítógéphez csatlakoztatjuk.

A 113 optikai és a 121 száloptikai optikai csatoló kialakításakor természetesen figyelembe kell venni, hogy azoknak alkalmasaknak kell lenniök a visszavert sugárzásban kapott Rámán—színkép továbbítására és egyúttal olyan áteresztőképességet kell mutatniok, hogy a 8 fotodetektoron a kívánt intenzitás biztosítható legyen.

A továbbiakban a találmány szerinti, pontonkénti spektroszkópiai elemzésre szolgáló eljárás egy másik megvalósítását ismertetjük.

A javasolt eljárásnak ennél a megvalósításánál a keresett információkat polikromatikus második elektromágneses sugárzás hordozza, amelyet spektroszkópiai elemzésnek vetünk alá. Ez a sugárzás az áttetsző és/vagy visszaverő jellegű 3 és/vagy 103 vizsgálandó objektum felületére irányul, mégpedig egyidejűleg az első elektromágneses sugárzással, amely transzmisszió vagy reflexió révén a közeli mezőt generálja. A közeli mezőt letapogató optikai mikroszkópiái elemzés végrehajtására hasznosíthatjuk, amikoris a vizsgálandó objektumot áteső vagy visszavert sugárzásban elemezhetjük.

A találmány szerinti megoldások révén a vizsgálandó objektumról igen széles spektrumú információt nyerhetünk és ennek során nemcsak a mikroszkópiában alkalmazott lényegében monokro·« ♦

- 37 matikus sugárzás hullámhossza mint középpont körül kialakult rugalmatlan eloszlású spektrumot figyelhetjük meg.

A találmány szerinti eljárásnak ez a második megvalósítása két különösen előnyös alváltozat létrehozását teszi lehetővé attól függően, hogy a vizsgálatot az objektumra irányított polikromatikus sugárzás áteresztése vagy visszaverődése mellett végezzük el.

A találmány szerinti eljárás hivatkozott első változatában a polikromatikus második elektromágneses sugárzás spektroszkópiai elemzését olyan feltételek között végezzük, amelyeknél a sugárzás spektrális összetevői nem hoznak létre közeli mezőjű struktúrát. Ez a változat a hagyományos spektroszkópiai technikákhoz áll közel. Az elemzés során elérhető felbontóképességet a diffrakció ugyan korlátozza, de mivel az optikai mintavevő egység a felület közelében van, lényegében a mikroszkópiái közeli mezőjű eljárás előnyeit biztosító megoldáshoz jutunk. Ez tehát a hagyományos és ismert technikákhoz képest mind a felbontóképességet, mind a vizsgálható objektumok körét tekintve önmagában véve is jelentős javulást hoz. Mivel egyidejűleg mikroszkópiái elemzést ugyancsak végzünk, az ilyen pontonkénti spektroszkópiai elemzés révén kapott, az objektum pontjaihoz rendelhető lokalizált információk alapján a 3, 103 vizsgálandó objektum részletei az ismert eljárásokhoz képest hatékonyabban, nagyobb részletességgel tárhatók fel.

Az említett első változatnál a spektroszkópiai adatokat áteső vagy visszavert sugárzás alapján nyerjük, ennek során a közeli mezőnek a hullámhossz miatti függése által okozott intenzitáskülönbségek nem tűnnek el. Ennek eredményeként nincs

- 38 szükség a felhasznált hullámhossztartományé spektrális mezőhöz illesztett színképelemző által kapott adatok külön korrekciójának elvégzésére.

Amint már említettük, ez esetben is közelségérzékelőként a közeli mezőjű optikai letapogató mikroszkópot használjuk, mégpedig függetlenül a vizsgálatra kijelölt objektumról kapott képektől. A közelség érzékelése miatt lehetővé válik az eddigieknél kisebb méretű felületek vizsgálata, mégpedig polikromatikus elektromágneses sugárzással pontonkénti spektroszkópiai elemzés alapján.

A találmány szerinti eljárás második megvalósítási módjának hivatkozott második változatában az első változathoz képest a pontonkénti spektroszkópiai elemzési folyamat során a polikromatikus sugárzás egyes spektrális összetevőinél a közeli mező struktúráját biztosítjuk. Az előzőekben már elmondtuk, hogy ez a megoldás azért előnyös, mivel közeli mezőben a mikroszkópiái felbontóképességgel azonos spektroszkópiai felbontóképesség érhető el, miközben a diffrakció ezt az értéket lényegében nem korlátozza.

Ennél a változatnál a közeli mező hullámhossztól való függésére tekintettel a polikromatikus elektromágneses sugárzás spektrális összetevőit külön-külön az optikai mintavevő eszköz érzékeli, mégpedig az egyes összetevők rájuk jellemző hullámhosszától függő intenzitása mellett. Ez annyit jelent, hogy 02 hullámhosszú spektrális összetevőnek megfelelő közeli mező intenzitása általában eltér annak a közeli mezőnek az intenzitásától, amelyet a fittől eltérő B₂ hullámhosszú spektrális összetevő hoz létre.

···· · ·· ·4 ·· • · · ·«· ·♦· ··· • · · · · · ·

- 39 Mindezeken túlmenően az egyes spektrális összetevők eltérő mértékű abszorpciós vagy diffúziós változásoknak vannak kitéve, amikor az elektromágneses sugárzás a legalább részben áteresztő anyagú 3 vizsgálandó objektumon áthalad vagy a legalább részben reflexiós jellegű, célszerűen visszaverő felületű 103 vizsgálandó objektumról visszatükröződik. A spektroszkópiai eljárások szempontjából ez utóbbi tényező az igazán fontos és a méréseknek erre kell irányulniuk, de problémát okozhat, hogy az előbb említett jelenség miatt az intenzitáskülönbségek hatása elmosódik. Ha azonban a közeli mező intenzitása és a közeli mezőt létrehozó sugárzás hullámhossza közötti összefüggést elég pontosan ismerjük, az elmosódás méréstechnikailag előnytelen hatását könnyen kiküszöbölhetjük, ha az adatokat megfelelő módon korrigláljuk, mielőtt a spektroszkópiai elemzéssel kapott mérési eredményeket feldolgoznánk.

A pontonkénti spektroszkópiai elemző eljárás második megvalósítási módjának most elemzett második változatánál a találmány szerinti eljárást szintén a Raman-spektroszkópia felhasználásával hajthatjuk végre. A polikromatikus sugárzás által létrehozott közeli mező és az áttetsző és/vagy visszaverő anyagú objektum közötti kölcsönhatást ez esetben Raman-spektrométeres letapogatással elemezhetjük és ennek során alapvetően a rugalmatlan diffúziós jelenségeket érzékeljük, az abszorpciós vagy rugalmas diffúziós folyamatok általában háttérbe szoríthatók (erre a célra keskenysávú, előnyösen szabályozható mérési sávú spektrométert használunk).

A találmány szerinti eljárás pontonkénti spektroszkópiai elemzést lehetővé tevő említett második megvalósítási módjának második változatát szintén többféle módozatban lehet megvalósítani. Ezek közül két különösen előnyöset ismertetünk.

Az említett előnyös megvalósítási módozatok közül az első polikromatikus elektromágneses sugárzással kialakított közeli mezőt hasznosít, amelyet a spektroszkópiai elemzésben polikromatikus befolyásolt totálreflexiós mezőként alkalmazunk. Ez annyit jelent, hogy a legalább részben áteresztő anyagú 3 vizsgálandó objektum spektroszkópiai elemzését az objektumon áthaladó sugárzás egy részénél hajtjuk végre. Az áthaladó rész az 1 áttetsző test 2 homlokfelületére alulról beeső polikromatikus elektromágneses sugárzás teljes belső visszaverődése révén kialakuló polikromatikus befolyásolt totálreflexiós mező terjedése miatt keletkezik. Ez a mező a 2 homlokfelület felső szintjénél észlelhető.

Az 5. és 6. ábra azt mutatja be, hogy ez a polikromatikus sugárzás 17 forrásból származik.

Az elektromágneses sugárzást kibocsátó 17 forrás típusára vonatkozóan az egyetlen megkötés az, hogy spektroszkópiai elemzésre alkalmas elektromágneses sugárzást generáljon. Ennek megfelelően adott esetben a hősugárzás ugyancsak alapja lehet a spektroszkópiai elemzésnek. A lehetséges hullámformák másik szélsőségét a kisülőlámpák sugárzása jelenti. A találmány szerinti eljárásban különösen előnyös azonban, hogy a 7 száloptika levágási frekvenciája az ultraibolya tartományban van (szilícium—dioxid anyagú hullámvezetőt feltételezve), mégpedig 180 nm körüli értéknél. Ha viszont hidrogénnel vagy deutériummal töltött ívlámpát használunk, amely kisebb hullámhosszú sugárzást is előállít, mégpedig 170 nm-től kezdve (a maximális hullám• «

- 41 hossz 350 nm), a 7 száloptika a sugárzás túlnyomó részének terjedését lehetővé teszi. Az üvegbúrájú izzólámpák sugárzása ezzel szemben a 300 nm és 2,5 μιη közötti hullámhossztartományt fedi le, az ilyen lámpák által kibocsátott folyamatos eloszlású (polikromatikus) elektromágneses sugárzás minden összetevője a 7 száloptikában teljes egészében terjedhet. A szilícium-dioxid, mint a 7 száloptika alapanyaga nem az egyetlen lehetőség, és jól ismertek az egyéb anyagú száloptikák, például műanyagból vagy zafírból készült szálak, amelyeknél különböző jelterjedési viszonyokat lehetővé tevő ablakok vannak, vagy pedig egyes elektromágneses sugárzási hullámhosszok esetében a szilícium—dioxidhoz képest a csillapítás jobb (kisebb) értékét teszik lehetővé.

Mivel az adott hullámhosszú sugárzással szemben a 3 vizsgálandó objektum a vizsgálat során áteresztő jellegű, optikai profilját áteső sugárzásban mérhetjük, tehát az említett első módozatnál az 5. ábra szerinti befolyásolt totálreflexiós látómezőmű mikroszkópot hasznosíthatjuk. Abban az esetben, ha a 3 vizsgálandó objektum anyaga nemcsak transzparens, hanem a sugárzást vissza is veri (ez mindenek előtt a biológiai mintáknál igaz), a geometriai profilt visszavert sugárzásban ugyancsak felvehetjük. Ez esetben a találmány szerinti eljárás említett első módozatnál a 6. ábra szerinti vezetett közeli mezőjű mikroszkóp szintén jól hasznosítható.

A találmány szerinti spektroszkópiai elemző eljárás előbb említett második megvalósításánál követhető második változat első módozatát egy másik lehetőség szerint befolyásolt totálreflexiós látómezejű letapogató optikai mikroszkóppal ki• · • · ♦ ··· *·· ··· • · ♦ · · · ·

- 42 vitelezzük. Ez esetben a 3. ábrán bemutatott és már ismertetett elemekhez képest a rendszer legalább egy 17 forrást tartalmaz, amely folyamatos spektrumú, azaz polikromatikus elektromágneses sugárzást állít elő.

A 17 forrásból származó polikromatikus elektromágneses sugárzást 18 optikai eszköz fogadja, amely azt a 4 sugárforrásból kapott elektromágneses sugárzással optikai úton összekeveri és a kevert sugárzást az említett optikai úton bocsátja ki. Ennek megfelelően a kevert sugárzás az, amely az 1 áttetsző test 2 homlokfelületénél, ez utóbbi alulról történő megvilágítása esetén teljes visszaverődést szenved. Ennek következményeként a 2 homlokfelület felső részén polikromatikus totálreflexiós mező alakul ki, amelyet az áttetsző anyagú 6 csúcsban végződő optikai mintavevő követ.

A 18 optikai eszközzel együtt ennél a megoldásnál is nyalábkonvergáló optikai elemet, például 5 gyűjtőlencsét alkalmazunk, amelynek feladata a 4 sugárforrásból és a 17 forrásból eredő elektromágneses sugárzásokból kialakított kevert sugárzás konvergálása az 1 áttetsző test elérése előtt. Az optikai elemet célszerűen teljes mértékben akromatikus tulajdonságokat mutató eszközként választjuk. A két említett forrásból származó elektromágneses sugárnyaláboknak az 1 áttetsző test belsejében lényegében párhuzamosan kell haladniok, ez a feltétele annak, hogy a 3 vizsgálandó objektum vonatkozásában állandónak tekinthető mezőket nyerjünk.

A már a 3. ábra kapcsán bemutatott 13 optikai csatoló lehetővé teszi, hogy a 7 száloptikából a 3 vizsgálandó objektum által továbbított és a 6 csúccsal befogott totálreflexiós mezők • · ·

intenzitásait, teljes, 100 %-os mértékben visszanyerhessük, mégpedig a következők szerint:

- Az intenzitások egy adott (100 - X) százalékos részét a 13 optikai csatoló 15 olvasztásos zónájának szintjén 13a első kimeneti jelátviteli útba csatoljuk, és ennek a 8 fotodetektorral kapcsolódó vége révén a 9 optikai eszközbe juttatjuk. Ezen kívül a mikroszkópiában hasznosított elektromágneses sugárzást 19 optikai szűrővel, mindenek előtt interferenciaszűrővel elkülönítjük. Ennek révén a X érték ismeretében, amely például a 13 optikai csatoló felépítéséből adódik, továbbá ismerve a 13 optikai csatoló által okozott csillapítást a befolyásolt totálreflexiós látómezejű letapogató mikroszkópot ismert módon egyszerűen hasznosíthatjuk. A szükséges visszacsatolást a 8 fotodetektorral vett intenzitásrész, tehát a 4 sugárforrással előállított elektromágneses sugárzásnak megfelelő totálreflexiós mező intenzitásának (100 - X) százalékos része alapján biztosítjuk.

- A 3 vizsgálandó objektum által továbbított totálreflexiós mező intenzitásainak X százalékos részét ugyancsak a 15 olvasztásos rész szintjén a 13 optikai csatoló 13b második kimeneti jelátviteli útjába juttatjuk és ez a jelátviteli út 16 optikai eszköz révén kapcsolódik a 14 színképelemzőhöz. A 14 színképelemző ez esetben lehet szokásos, spektrográf, spektroszkóp vagy spektrofotométer; ez utóbbi esetben a polikromatikus befolyásolt totálreflexiós mező spektrumából a 3 vizsgálandó objektum által továbbított rész gyors működésű és a 10 számítógéppel vezérelt kamerákkal végezhető el.

Ha feltételezzük, hogy az áttetsző anyagú 3 vizsgálandó • * * ·

- 44 objektumon áthatoló elektromágneses sugárzások befolyásolt totálreflexiós mezőket jelentenek, olyan 13 optikai csatolót választunk, amely elegendően nagy X értéket (például X = 90) biztosít, vagyis a 13b második kimeneti jelátviteli útból származó polikromatikus elektromágneses sugárzás fényteljesítménye minden bizonnyal elegendő lesz ahhoz, hogy a 14 színképelemző a lehető legjobb feltételek között működhessen. A 8 fotodetektor által fogadott sugárzás intenzitása (vagyis 100 - X százalék) lehetővé teszi viszont a befolyásolt totálreflexiós látómezejű mikroszkóp működésének vezérlését, hiszen a 8 fotodetektor vagy a vele ekvivalens egység, például fotosokszorozó megfelelő szintű erősítést biztosít.

Az áteső sugárzásban a 3 vizsgálandó objektumról pontonkénti letapogatással kapott spektroszkópiai adatokat az ugyancsak áteső sugárzásban az ugyanerről a 3 vizsgálandó objektumról nyert és optikai profilt meghatározó adatokkal együtt rögzítjük. A spektroszkópiai adatokat úgy korrigáljuk, hogy ezzel a polikromatikus befolyásolt totálreflexiós mező spektrális komponenseinek intenzitását folyamatosan csökkentő közeli mezőjű jelenségeket figyelembe vehessük.

A találmány szerinti eljárás mint pontonkénti (lokalizálható információkat szolgáltató) spektroszkópiai elemzési folyamat említett második megvalósításának második változatát első módozatban hasznosító vezetett közeli mezőjű letapogató optikai mikroszkóp egy második kiviteli alakját a 6. ábra alapján ismertetjük részletesebben. Ez a mikroszkóp lényegében a 4. ábrán bemutatott mikroszkóppal azonos elemekből épül fel, azzal a különbséggel, hogy 101 támaszt tartalmaz, amelyet a fentiekben • ·· «· ·« » · · ·· ·»· ··· • · · · · · ·

- 45 - .......* az 1., 3. és 5. ábrára hivatkozással ismertetett befolyásolt totálreflexiós látómezejű letapogató mikroszkópokban alkalmazott 1 áttetsző testként alakítunk ki. Az említett ábrákon látható mikroszkóphoz hasonlóan az 1 áttetsző test 2 homlokfelületét ez esetben 102 vízszintes homlokfelületként képezzük ki, amelyre a 3, 103 vizsgálandó objektum (anyag) kerül, amelynek anyaga az elektromágneses sugárzást alapvetően vagy átereszti vagy visszatükrözi.

A 17 forrás polikromatikus elektromágneses sugárzást generál, amellyel alulról az 1 áttetsző test, illetve a 101 támasz 2 homlokfelületét, illetve 102 vízszintes homlokfelületét világítjuk meg, mégpedig olyan Θ beesési szög alatt, amely az 1 áttetsző test, illetve 101 támasz anyagára jellemző ni optikai törésmutató és a 2 homlokfelületen, illetve 102 vízszintes homlokfelületen fekvő 3, 103 vizsgálandó objektumra jellemző n2 optikai törésmutató hányadosából adódó ö_c kritikus szögnél nem kisebb.

A 101 támaszt, mint említettük áttetsző anyagból hozzuk létre, az célszerűen félhenger alakú és ehhez képest a 17 forrás lényegében ugyanolyan elrendezésű, mint az 1., 3. és 5. ábrán az 1 áttetsző test vonatkozásában ismertetett és monokromatikus sugárzást kibocsátó 4 sugárforrás. Az 5 gyűjtőlencse ez esetben is szerepel, feladata a 101 támasz anyagán belül a 102 vízszintes homlokelületre irányuló párhuzamos sugárnyaláb előállítása.

Ebben az esetben ugyancsak fontos, hogy a 7 száloptika 106 optikai mintavevőnek tekintett vége kis átmérőjű c magot alkot, amely a vezetett közeli mezőjű mikroszkópia szempontjá• ·4·

44 444· • 44 ··· ······ · · * · ·4

- 46 ból előnyös. Másrészt viszont, mint ezt az előbbiekben már bemutattuk, igen hasznos, ha a 7 száloptika végén, azt húzással kihegyesítve 6 csúcsot hozunk létre, amely egy adott pontban képes a totálreflexiós látómező zavarására (befolyásolására). A 106 optikai mintavevő vége szintén alkalmas arra, hogy az exponenciálisan csökkenő intenzitású befolyásolt totálreflexiós mező struktúráját előnyös módon követhessük (mint erről az előzőekben beszámoltunk). A 6. ábra kapcsán ismertetett mikroszkópnál a 104 sugárforrásból származó elektromágneses sugárzás a 121 száloptikai optikai csatolón, majd a 113 optikai csatolón át jut a 3, 103 vizsgálandó objektum felületére, ott reflexiót szenved és az erre a célra alkalmasan kiképzett 106 optikai mintavevő a visszavert sugárzást észleli. A reflexióval vezetett közeli mező struktúráját képviselő visszavert sugárzás a 8 fotodetektorba jut, ahol a 106 optikai mintavevő függőleges helyzetének beállítására alkalmas jelet nyerünk és ezzel egyidejűleg a 3, 103 vizsgálandó objektum profilometriai vizsgálata elvégezhető. A vezetett közeli mezőjű mikroszkóp működtetése ezért többszörös előnnyel jár. A 106 optikai mintavevő egyidejűleg a totálreflexiós mező zavarását okozza, vagyis a 2 homlokfelületen, illetve 102 vízszintes homlokfelületen a 4 sugárforrásból, illetve a 17 forrásból származó polikromatikus elektromágneses sugárzás teljes belső reflexiója következtében kialakult mező követhető. Ez a polikromatikus mező a 113 optikai csatolóban terjed tovább, mégpedig a 121 száloptikai optikai csatolón keresztül jut a 14 színképelemzőbe. Az áteső sugárzásban a 3 vizsgálandó objektumról, illetve visszavert sugárzásban a 103 vizsgálandó objektumról pontonként kapott •*2 * * ·* ·· • · · ··· «w* ·«· • · · · 4 * «

- 47 - ..........

spektroszkópiai adatokat a profilometriai információval együtt rögzítjük, vagyis a 3, illetve a 103 vizsgálandó objektum reflexiós és transzmissziós adatait egyidejűleg állapíthatjuk meg. A spektroszkópiai adatokat ezután korrekciónak vetjük alá, amivel a polikromatikus befolyásolt totálreflexiós mező spektrális komponenseinek intenzitásában jelentkező fokozott csillapítást eredményező, a közeli mező kialakulása miatt jelentkező hatásokat figyelembe vehetjük.

A pontonkénti spektroszkópiai elemzésre szolgáló, találmány szerinti eljárás említett második megvalósítási módjának második változatára most második módozatot ismertetünk. Ebben a módozatban a pontonkénti spektroszkópiai elemzést polikromatikus elektromágneses sugárzás reflexiójának feltételei között végezzük el, amikoris a vezetett közeli mező struktúrájára jellemző spektrális összetevőket nyerünk. Ez közelebbről annyit jelent, hogy a legalább részben visszatükröző felületű 103 vizsgálandó objektum spektroszkópiai elemzéséhez a 7 száloptikában a 101 támasz 102 vízszintes homlokfelületének felső részéig terjedő polikromatikus elektromágneses sugárzásnak a 103 vizsgálandó objektum által visszavert részét hasznosítjuk. Ezért, ha a 106 optikai mintavevő és a 103 vizsgálandó objektum visszaverő felülete közötti távolság elegendően kicsi, a 7 száloptikába visszasugárzott polikromatikus elektromágneses sugárzás spektrális komponensei a reflexióban kialakuló vezetett közeli mező struktúrájának részleteit jól képviselik.

A 7. és 8. ábra értelmében polikromatikus elektromágneses sugárzást 20 sugárforrással állítunk elő.

A 20 sugárforrás a spektroszkópiai elemzések céljaira ) * » » · ·

- 48 szokásosan használt sugárforrások közül, tehát a hősugárzást előállító eszközöktől a kisülőlámpákig terjedő tartományból választható. A 20 sugárforrás az 5. és 6. ábra kapcsán a befolyásolt totálreflexiós látómezejű mikroszkópok megvalósításánál ismertetett 17 forrással lényegében azonos lehet.

A 3 vizsgálandó objektum ez esetben olyan vizsgálandó anyagot jelent, amely reflexiós képességekkel is rendelkezik, ezért optikai profilja visszavert sugárzásban ugyancsak vizsgálható. A most bemutatott második módozat ezért vezetett közeli mezőjű mikroszkóp alapján (a 7. ábra szerint) szintén megvalósítható.

A leggyakoribb az az eset, amikor a 103 vizsgálandó objektum reflexió mellett transzmissziót is mutat (biológiai minták) , tehát optikai profilja áteső sugárzásban szintén mérhető. Ilyenkor az említett második módozat megvalósításához befolyásolt totálreflexiós látómezejű letapogató optikai mikroszkópból (a 8. ábra szerint) ugyancsak kiindulhatunk.

A 7. ábrára hivatkozással a találmány szerinti, pontonkénti spektroszkópiai elemzést biztosító eljárás második megvalósítási módjának második változatára itt bemutatott második módozat megvalósítására alkalmas vezetett közeli mezőjű letapogató optikai mikroszkóp egy lehetséges kiviteli alakját ismertetjük részletesen. Ez a mikroszkóp a 4. ábrán bemutatott megoldástól abban különbözik, hogy polikromatikus sugárzást előállító legalább egy 20 sugárforrással és száloptikához kapcsolódó 23 optikai csatolóval van kiképezve.

A 23 optikai csatoló a 113 optikai csatolóhoz, illetve a 121 száloptikai optikai csatolóhoz hasonlóan épül fel, a két említett optikai csatoló között, azokhoz csatlakoztatva van elrendezve, benne legalább egy 23a bemeneti, valamint két, 23b, és 23c kimeneti jelátviteli csatorna van kiképezve. A csatlakoztatás a következő módon valósul meg:

- a 23a bemeneti jelátviteli csatorna a 113 optikai csatoló kimeneténél a 113b kimeneti jelátviteli útra van kapcsolva;

- a 23b kimeneti jelátviteli csatorna a 121 száloptikai optikai csatoló 121a bemeneti jelátviteli csatornájára van kapcsolva, és ezen túlmenően

- a 23c kimeneti jelátviteli csatorna a 20 sugárforrásra csatlakozik.

A 23 optikai csatoló 24 olvasztott zónával van kiképezve.

A 7. ábrára hivatkozással leírt mikroszkópnál tehát a 104 sugárforrásból a 121 száloptikai optikai csatolón, majd a 23 és végül a 113 optikai csatolón át terjedő lényegében monokromatikus elektromágneses sugárzást hasznosítjuk, amelyet a 103 vizsgálandó objektum felületére irányítunk. A felületről visszavert sugárzást az erre a célra teljes mértékben alkalmas 106 optikai mintavevővel fogjuk fel, abból mintát veszünk. A kapott sugárzás a reflexiós vezetett közeli mező struktúráját képviselő információt hordoz és a 8 fotodetektorba, mint optikai érzékelőbe van vezetve. A 8 fotodetektor kimenő jelei alapján a 106 optikai mintavevő függőleges helyzetének nagy pontosságú szabályozására nyílik lehetőség, vagyis a 103 vizsgálandó objektum profilometriai adatait a szabályozást biztosító 11 visszacsatoló áramkör és a 12 piezoelektromos cső helyzete, il• · letve működése alapján nyerjük.

Egyidejűleg a 20 sugárforrásból származó polikromatikus elektromágneses sugárzás a 23, majd a 113 optikai csatolón keresztül terjed. Ez utóbbiból a sugárzást a 103 vizsgálandó objektumra irányítjuk és visszavert részét az erre a célra megfelelően átalakított 106 optikai mintavevő fogja fel. A polikromatikus elektromágneses sugárzás spektrális összetevői a reflexióban nyert vezetett közeli mező struktúrájára jellemző információt hordoznak. A sugárzás felfogott része a 113, majd a 23 optikai csatolón, ezt követően a 121 száloptikai optikai csatolón át kerül a 14 színképelemzőbe, amely az összetevők meghatározását végzi el.

A reflexiós feltételek között a 103 vizsgálandó objektumról pontonkénti letapogatással kapott spektroszkópiai adatokat tehát az ugyancsak reflexiós feltételek között szintén a 103 vizsgálandó objektumról nyert profilometriái adatokkal egyidejűleg rögzítjük és egybevetjük. Ezt az teszi lehetővé, hogy a 14 színképelemző önmagában ismert módon, de a 7. ábrán nem bemutatott kapcsolási elrendezésben a 10 számítógépre van csatlakoztatva .

A 113, 23 optikai csatoló és a 121 száloptikai optikai csatoló összekapcsolását nyilvánvalóan úgy kell biztosítani, hogy ezzel a lehető legszélesebb reflexiós spektrumot állítsuk elő, miközben a 8 fotodetektort elegendően nagy intenzitású sugárzás érje el.

Az is nyilvánvaló, hogy az előzőekben leírt 23, 113 optikai csatolóval és a 121 száloptikai optikai csatolóval megvalósított elrendezések a találmány néhány példaként! kiviteli '9 ·

- 51 lehetőségét képviselik. Az optikai csatolók egymáshoz való kapcsolása számos önmagában véve ismert módon hatásosan oldható meg. Ugyanígy a leírt konfiguráció tekintetében lényeges, hogy a 14 színképelemző és a 20 sugárforrás helyzete változtatható, aminek révén elérhető, hogy a polikromatikus szerkezetű vezetett közeli mező a 14 színképelemző elérése előtt csak kisebb mértékben csillapodik, mivel mindössze a 23 és a 113 optikai csatolón kell áthaladnia, ami két keresztezést jelent, a 121 száloptikai optikai csatolót is tartalmazó elrendezésnél megteendő három keresztezéssel szemben.

A találmány szerinti, pontonkénti spektroszkópiai elemzési folyamatot biztosító eljárás második megvalósítási módjának második változatára adott második módozatot hasznosító befolyásolt totálreflexiós látómezejű letapogató optikai mikroszkóp egy harmadik kiviteli alakját a 8. ábrára hivatkozással mutatjuk be. Ez a mikroszkóp a 3. ábrán bemutatott változattól abban különbözik, hogy benne polikromatikus sugárzást generáló legalább egy 20 sugárforrás és 22 olvasztott zónával kiképzett 21 második optikai csatoló van jelen.

Mint a befolyásolt totálreflexiós látómezejű mikroszkópokban, amelyeket a 3. és 5. ábra kapcsán ismertettünk, a 13 optikai csatoló a 7 száloptikában a 3 vizsgálandó objektum által továbbított és a 6 csúcs segítségével fogadott befolyásolt totálreflexiós mező intenzitását jó közelítéssel teljes, azaz 100 %-os mértékben veszi át. Ennek megfelelően a jel (100 - X) százalékos intenzitással jellemzett része a 15 olvasztott zónában a 13 optikai csatolóból a 13a első kimeneti jelátviteli útra adódik át. A 13a első kimeneti jelátviteli út vége a 9 opti• · ·

- 52 kai eszköz segítségével van a 8 fötödetektorra vezetve. Ennek alapján a X tényező ismeretében, amely például a 13 optikai csatoló felépítéséből adódik, továbbá a 13 optikai csatoló által biztosított csillapítás alapján a befolyásolt totálreflexiós látómezejű optikai letapogató mikroszkóp működtetése hagyományos módon könnyen biztosítható. A szükséges visszacsatolást az intenzitásnak a 8 fotodetektor által fogadott (100 - X) százalékos része biztosítja, amely a 4 sugárforrásból kibocsátott sugárzásnak megfelelő totálreflexiós mező intenzitásából adódik.

Az előzőeken túlmenően a 13 optikai csatoló 13b második kimeneti jelátviteli útja a 21 második optikai csatolóban kialakított 21a bemeneti jelátviteli csatornára van csatlakoztatva. A 21 második optikai csatoló 21b és 21c kimeneti jelátviteli csatornákat biztosít, ahol a két kimeneti jelátviteli csatorna a 20 sugárforrásra és a 14 színképelemzőre van csatlakoztatva. Ez a következő módon valósul meg:

- a 20 sugárforrás által kibocsátott polikromatikus elektromágneses sugárzás teljes egésze a 21b kimeneti jelátviteli csatornán át a 21 második optikai csatoló 22 olvasztott zónájába jut;

- a polikromatikus elektromágneses sugárzás teljes intenzitásának (100 - Y) százalékos része a 21a bemeneti jelátviteli csatornán át a 21 második optikai csatolóban és a 13b második kimeneti jelátviteli úton át a 13 optikai csatolóban terjed;

- a teljes intenzitás említett (100 - Y) százalékos részének X százalékos frakciója a 13 optikai csatoló 15 olvasz • · · tott zónájában a 7 száloptikába van becsatolva és innen az áttetsző anyagú 6 csúcs közvetítésével jut a vizsgálandó 3 vizsgálandó objektum felületére;

- a 3 vizsgálandó objektum felülete által visszavert polikromatikus elektromágneses mezőt ugyancsak az áttetsző anyagú 6 csúcs fogadja és a 7 száloptikán keresztül a 13 optikai csatoló 15 olvasztott zónájába jut;

- a 3 vizsgálandó objektum felülete által visszavert polikromatikus elektromágneses mező intenzitásának X százalékos frakciója a 13 optikai csatoló 13b második kimeneti jelátviteli útjába van csatolva, majd ezen át a 21 második optikai csatoló 21a bemeneti jelátviteli csatornájába, és végül

- a polikromatikus elektromágneses mező X százalékos frakciójának Y százalékos része a 21 második optikai csatoló 22 olvasztott zónájában a 21 második optikai csatoló 21c kimeneti jelátviteli csatornájába van vezetve és ezen át a 14 színképelemzőbe jut.

A 13 optikai csatoló és a 21 második optikai csatoló, valamint ez utóbbi és a 20 sugárforrás, valamint a 14 színképelemző közötti optikai utakat megfelelő optikai elemek biztosítják, amelyeket az egyszerűség kedvéért a 4. ábrán nem mutattunk be.

A spektroszkópiai elemzés folyamatában természetesen a 13 optikai csatoló és a 21 második optikai csatoló jellemző X és Y csatolási tényezőit figyelembe vesszük. A X és Y csatolási tényezők értékét az elemzendő spektrális mező alapján, a 14 színképelemző érzékenységének ismeretében választjuk meg.

Az optikai csatolók a találmány szerinti eljárásnak és • · · • « · · · ·· ♦· ·« ·· ··

- 54 mikroszkópnak nem feltétlenül szükséges alkatrészei. Ezek helyett más eszközök is hasznosíthatók, például a részlegesen áteresztő jellegű optikai felületek, amelyek funkciója az említett optikai csatolóékkai azonos, de a felhasználás során azokhoz képest több problémát vethetnek fel.

Ki kell emelni, hogy a 6. ábrán látható vezetett közeli mezőjű és a 8. ábrán bemutatott befolyásolt totálreflexiós látómezejű optikai letapogató mikroszkópok felépítése lényegében azonos. Ha például biológiai mintákat kell vizsgálni, amelyek anyagára szinte minden esetben mind a transzparencia, mind a reflexióképesség jellemző, a két mikroszkópiái elrendezés egymást kiegészítő információkkal szolgálhat. Ezek a következők:

- reflexió alapján a mérendő objektum geometriai profilja felvehető, amihez az adott sugárzással szembeni áteresztőképességet befolyásolt totálreflexiós látómezőben hasznosítjuk; valamint

- áteresztőképesség alapján a mérendő objektum optikai profilja felvehető, amihez az adott sugárzást visszaverő képességet vezetett közeli mezőben hasznosítjuk.

A két lehetőséget végülis egyetlen mikroszkópban egyesíthetjük, és ehhez elegendő, ha a 4 sugárforrást és a 17 forrást optikai keverő eszközhöz csatlakoztatjuk áteresztőképességi vizsgálatnál, míg a 104 és 20 sugárforrás által kibocsátott sugárzást a 7. ábra kapcsán példaként bemutatott eszközzel vagy más hagyományos módon keverjük. Az áttetsző anyagú 6 csúcs, illetve a 106 optikai mintavevő mindkét lehetőség megvalósítása során előnyösen használható. A két megvalósítási lehetőség közötti átmeneteket a 7 száloptika teszi lehetővé, amelynek se • ·

- 55 gítségével a találmány szerinti eljárás két előbb említett alapvetően előnyös megvalósítási módja kivitelezhető. A 7 száloptika végét szükség szerint, az adott eljárás igényeinek megfelelően alakíthatjuk ki.

A két lehetőséget egyesítő mikroszkóp polivalens közeli mezőjű mikroszkópnak tekinthető, amely alkalmas a találmány értelmében javasolt spektroszkópiai vizsgálatok egyidejű elvégzéséhez szükséges adatok felvételére.

A találmány szerinti eljárást egy még további megvalósítási mód bemutatásával ugyancsak ismertetjük.

A gyakorlatban jól ismert, hogy egyes esetekben az elektromágneses sugárzásnak a vizsgálandó anyag által áteresztett vagy visszavert részét a 7 száloptika nem képes továbbítani. Ez esetben a sugárzást újból befogjuk, mégpedig egy kiegészítő mikroméretű eszköz segítségével, amelyet a 7 száloptika végének közelében rendezünk el.

Előfordulhat ugyanis, hogy az elektromágneses sugárzás a vizsgálandó anyag egyes összetevőivel olyan kölcsönhatásba lép, amelyet a nagyon rugalmatlan diffúzió (szóródás) jellemez. Ilyen esetekben könnyen kialakulhat az a helyzet, amikor a beeső elektromágneses sugárzás hatására szekunder elektronok emissziója következik be.

Ezzel az esettel különösen akkor lehet számolni, ha az elektromágneses sugárzás energiája növekszik és ezért hullámhossza csökken.

Mivel a szilícium-dioxidból készült száloptikák levágási frekvenciája az ultraibolya sugárzás tartományába esik, a hagyományos anyagú 7 száloptikák felhasználásával a közeli mezőjű • ·

- 56 mikroszkópoknál ennek a jelenségnek a megfigyelése gyakorlatilag kizárt.

A pontonkénti spektroszkópiai elemzési folyamatot hasznosító találmány szerinti eljárásban a közeli mezőjű mikroszkóp egy kiegészítő jellemzője lehet az, hogy a 7 száloptikát fluoreszcens tulajdonságokat mutató anyagból készítjük el. Ismertek például a röntgensugárzást továbbító fluoreszcens szálak. Ilyenkor az adott hullámhosszú sugárzást kibocsátó 17 forrást, illetve 20 sugárforrást úgy alakíthatjuk ki, hogy az kis hullámhosszú, nagy energiájú elektromágneses sugárnyalábot bocsát a vizsgálandó objektumnak ebben a hullámhossztartományban áttetsző és/vagy visszaverő felületű anyagára.

A fluoreszcens anyagú száloptikák hatásfoka általában igen rossz, ezért a kiegészítő mintavevő eszközt nagyon nagy érzékenységűre kell választani. Egyes esetekben magát a mikroszkópos rendszert vákuumba kell helyezni, hogy a kis hullámhosszú elektromágneses sugárzás közepes szabad úthosszát megnöveljük, vagy hogy az anyagból felszabaduló szekunder elektronok eltávozását lehetővé tegyük.

A kiegészítőleg alkalmazott mikroméretű mintavevő eszköz a 3., 4., 5. és 6. ábrán bemutatott közeli mezőjű mikroszkópok bármelyikéhez hozzárendelhető. Célszerűen ezt az eszközt a 7 száloptika végének függőleges és vízszintes irányú mozgatását szabályozó rendszerbe illesztjük. Ebben az esetben is tehát a 12 piezoelektromos csövet hasznosítjuk, de adott esetben kiegészítő piezoelektromos csövet ugyancsak beépíthetünk, amelyet ez esetben szintén a 11 visszacsatoló áramkör révén a 10 számítógéppel vezérelt megvezetésbe illesztünk.

- 57 Az előzőekből nyilvánvaló, hogy a találmány értelmében spektroszkópiai vizsgálatok pontonkénti elvégzésére és közeli mezőjű letapogató mikroszkópiái vizsgálatok végrehajtására szolgáló eljárások számos további változatban hajthatók végre, amelyek kidolgozásához a fenti ismertetés és a csatolt rajzok alapul szolgálhatnak. Ebből az ismertetésből következik, hogy az abban bemutatottakkal ekvivalens számos különböző elem alkalmas a találmány szerinti eljárások és mikroszkópok kivitelezésére.

Említhető például, hogy a letapogató mikroszkópoknál alkalmazott távolságérzékelők, például az elektronikus felépítésű, tűnnél effektusra épülő mikroszkópoknál szokásos készülékek jól hasznosíthatók arra a célra, hogy a közeli mezőt hasznosító megoldásoknál a hullámvezetőt a visszaverő és/vagy áteresztő tulajdonságú objektum meghatározott nagyságú környezetében tartsuk. Ebben az esetben maga a pontonkénti letapogatásos spektroszkópiai elemzés az előzőek szerint hajtható végre, de nehézzé válik a vizsgálandó objektum mikroszkopikus képének előállítása.

A találmány alapvetően nagy felbontóképességgel jellemzett spektroszkópiai vizsgálatokra szolgál, mégpedig mind áttetsző, mind pedig visszaverő, adott esetben mindkét jellemzőt kisebb vagy nagyobb mértékben mutató objektumoknál. Lehetővé teszi a geometriai és optikai profilok egyidejű mérését, mégpedig a közeli mezőjű optikai letapogató mikroszkópok olyan módosításával, amelynél vagy a befolyásolt totálreflexiós látómezőt, vagy pedig a vezetett reflexiós közeli mezőt hasznosítjuk.

Claims (16)

1. SZABADALMI IGÉNYPONTOK

   1. Eljárás közeli mezőbe helyezett áttetsző és/vagy visszaverő objektum vizsgálatára mikroszkóp felhasználásával, amikoris adott hullámhosszú elektromágneses sugárzásban áttetsző és/vagy azt visszaverő felületű anyagú vizsgálandó objektumot áteresztés vagy visszaverés feltételei között kijelölt hullámhosszú első elektromágneses sugárzással generált közeli mezőbe helyezünk, letapogató mikroszkópiái lépésekkel geometriai és/vagy optikai profilját felvesszük, azzal jellemezve, hogy a mikroszkópiái lépések végrehajtásával egyidejűleg a vizsgálandó objektummal kölcsönhatásba lépő polikromatikus második elektromágneses sugárzás egy részének felhasználásával pontonkénti spektroszkópiai elemzést végzünk, és ehhez a második elektromágneses sugárzást az első elektromágneses sugárzással együtt bocsátjuk a vizsgálandó objektumra.
2. 2. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy letapogató mikroszkóppal befolyásolt totálreflexiós látómező alapján a vizsgálandó objektum geometriai és/vagy optikai profilját állítjuk elő, amihez a befolyásolt totálreflexiós látómezőt optikai mintavevő, különösen száloptika áttetsző végének jelenlétében totálreflexiós mezőből hozzuk létre, továbbá a totálreflexiós mezőt úgy alakítjuk ki, hogy az első elektromágneses sugárzással áttetsző testnek, például prizmának a vizsgálandó objektumot hordozó felületét a teljes belső visszaverődést biztosító kritikus vagy annál nagyobb szög alatt sugároz- zuk be.

   • ··
3. 3. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a vizsgálandó objektum geometriai és/vagy optikai profilját letapogató mikroszkóppal közeli mezőjű, reflexióval vezetett térben állítjuk elő, amihez a közeli mezőt úgy generáljuk, hogy a vizsgálandó objektum visszaverő felületét az adott hullámhosszú első elektromágneses sugárzással besugározzuk, amihez az adott hullámhosszú első elektromágneses sugárzást száloptikával létrehozott hullámvezető végéből bocsátjuk ki, míg a vizsgálandó objektum felületéről visszavert sugárzást a száloptika végével felfogjuk és a hullámvezetőbe visszajuttatjuk.
4. 4. Az 1. - 3. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az áttetsző és/vagy visszaverő anyagú és/vagy felületű vizsgálandó objektumot közeli mező struktúrájának képviseletére alkalmatlan polikromatikus második elektromágneses sugárzással világítjuk meg, amikoris közeli mezőjű letapogató optikai mikroszkópot képelőállítás mellett távolságérzékelőként hasznosítunk.
5. 5. Az 1. — 3. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a polikromatikus elektromágneses sugárzást az áttetsző és/vagy visszaverő anyagú és/vagy felületű vizsgálandó objektumra közeli mező struktúrájának képviseletére alkalmas spektrális komponensekkel bocsátjuk.
6. 6. Az 1. — 5. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a spektroszkópiai elemzést a vizsgálandó objektumnál kialakított polikromatikus szerkezetű közeli mezőben végezzük el, ehhez befolyásolt totálreflexiós polikromatikus mezőt transzmisszióban úgy hozunk létre, hogy a vizsgálandó • ♦ ·· ·♦ · · • · · ··· ··· ··· • · ♦ · · · objektumot polikromatikus elektromágneses sugárzással világítjuk meg.
7. 7. Az 1.-5. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a spektroszkópiai elemzést a vizsgálandó objektumnál kialakított polikromatikus szerkezetű közeli mezőben végezzük el, ehhez polikromatikus vezetett közeli mezőt reflexióban úgy hozunk létre, hogy a vizsgálandó objektumot polikromatikus elektromágneses sugárzással világítjuk meg.
8. 8. Az 1. — 7. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a pontonkénti spektroszkópiai vizsgálat végzéséhez a hullámvezető közelében legalább egy kiegészítő mikroméretű mintavevő eszközt, különösen száloptikát helyezünk el, ezzel a közeli mezőjű mikroszkópia feltételeit létrehozzuk és így a hullámvezetőben nem továbbítható elektromágneses sugárzás egy részének elemzését lehetővé tesszük.
9. 9. Letapogató optikai mikroszkóp, azzal jellemezve, hogy pontonkénti spektroszkópiai elemzésre alkalmasan van kiképezve, amihez adott hullámhosszú elektromágneses sugárzásban áttetsző és/vagy azt visszaverő felületű anyagú, áteresztés vagy visszaverés feltételei között kijelölt hullámhosszú első elektromágneses sugárzással generált közeli mezőbe helyezett vizsgálandó objektumot (3) megtámasztó homlokfelülettel (2) létrehozott áttetsző testet (1) és/vagy támaszt (101), letapogató mikroszkópiái lépések alapján a vizsgálandó objektum (3) geometriai és/vagy optikai profilját meghatározó, számítógéppel (10) ellátott egységet, továbbá a mikroszkópiái lépések végrehajtásával egyidejűleg a vizsgálandó objektummal (3) kölcsönhatásba lépő polikromatikus második elektromágneses sugárzás egy részének • · » Jt«

   - 61 felhasználásával pontonkénti spektroszkópiai elemzést végző rendszert, valamint az első és a második elektromágneses sugárzást kibocsátó és azokat a vizsgálandó objektum irányába továbbító elemekkel csatlakoztatott forrást (17), illetve sugárforrásokat (4, 20, 104) tartalmaz.
10. 10. A 9. igénypont szerinti mikroszkóp, azzal jellemezve, hogy legalább egy hagyományos felépítésű befolyásolt totálreflexiós látómezejű letapogató optikai mikroszkóppal van kiképezve.
11. 11. A 9. vagy 10. igénypont szerinti mikroszkóp, azzal jellemezve, hogy legalább egy hagyományos felépítésű közeli mezőjű reflexiós letapogató optikai mikroszkóppal van kiképezve.
12. 12. A 9. — 11. igénypontok bármelyike szerinti mikroszkóp, azzal jellemezve, hogy

    a) adott hullámhosszú első elektromágneses sugárzást kibocsátó, kimenetével alulról áttetsző test (1) visszaverő és/ vagy áttetsző objektumot (3) hordozó homlokfelületére (2) irányított sugárforrást (4),

    b) optikai eszköz (18) segítségével az első elektromágneses sugárzással optikai úton kevert polikromatikus második elektromágneses sugárzást kibocsátó forrást (17),

    c) optikai csatolót (13) tartalmaz, ahol az optikai csatoló (13)

    - élesített végű és ennek révén áttetsző anyagú csúcsban (6) végződő száloptikából (7) álló bemeneti jelátviteli úttal,

    - számítógéphez (10), visszacsatoló áramkörhöz (11) és nanométeres pontosságú pozícionáló eszközhöz, különösen piezoelektromos csőhöz (12) csatlakoztatott és ennek révén a csúcsot • · »« ·4 * · • · · ♦ ·· « 0 » «·· • · ♦ < · · *

    - 62 (6) az áttetsző objektumtól (3) állandó távolságon tartó fotodetektorhoz (8) kapcsolódó első kimeneti jelátviteli úttal (13a) és

    - optikai eszközön (16) keresztül színképelemzőhöz (14) csatlakoztatott második kimeneti jelátviteli úttal (13b) van kiképezve.
13. 13. A 9. — 12. igénypontok bármelyike szerinti mikroszkóp, azzal jellemezve, hogy

    a) adott hullámhosszú első elektromágneses sugárzást kibocsátó, kimenetével alulról áttetsző test (1) visszaverő és/ vagy áttetsző objektumot (3) hordozó homlokfelületére (2) irányított sugárforrást (4),

    b) első és második optikai csatolót (13, 21) tartalmaz, ahol az első optikai csatoló (13)

    - élesített végű és ennek révén áttetsző anyagú csúcsban (6) végződő száloptikából (7) álló bemeneti jelátviteli úttal,

    - számítógéphez (10), visszacsatoló áramkörhöz (11) és nanométeres pontosságú pozícionáló eszközhöz, különösen piezoelektromos csőhöz (12) csatlakoztatott és ennek révén a csúcsot (6) az áttetsző objektumtól (3) állandó távolságon tartó fotodetektorhoz (8) kapcsolódó első kimeneti jelátviteli úttal (13a) és

    - optikai eszközön (16) keresztül színképelemzőhöz (14) csatlakoztatott második kimeneti jelátviteli úttal (13b),

    c) a második optikai csatoló (21)

    - az első optikai csatoló (13) második kimeneti jelátviteli útjára (13b) csatlakoztatott bemeneti jelátviteli csatornával (21a), a színképelemzőhöz (14) csatlakoztatott első kimé- ···· · *· ·· ·» ·.*· L? *ζ· **· neti jelátviteli csatornával (21c), és

    - második kimeneti jelátviteli csatornával (21b) van kiképezve , továbbá

    d) a második optikai csatoló (21) második jelátviteli csatornájába polikromatikus elektromágneses sugárzást bocsátó forrást (17) tartalmaz.
14. 14. A 11. - 13. igénypontok bármelyike szerinti mikroszkóp, azzal jellemezve, hogy

    a) száloptikai optikai csatolót (121) tartalmaz, amely

    - bemeneti jelátviteli csatornával (121a),

    - első kimeneti jelátviteli csatornával (121b), és

    - színképelemzőhöz (14) csatlakoztatott második kimeneti jelátviteli csatornával (121c) van kiképezve, továbbá

    b) elektromágneses sugárzást a száloptikai optikai csatoló (121) első kimeneti jelátviteli csatornájába (121b) juttató sugárforrást (104) és

    c) optikai csatolót (113) tartalmaz, amely végén húzással kiképzett csúccsal (6) ellátott és így optikai mintavevőt (106) alkotó, kis átmérőjű maggal (c) ellátott száloptikából (7) álló bemeneti jelátviteli csatornával,

    - számítógéphez (10), visszacsatoló áramkörhöz (11) és nanométeres pontosságú pozícionáló eszközhöz, különösen piezoelektromos csőhöz (12) csatlakoztatott és ennek révén az optikai mintavevő eszközt (106) támasz (101) vízszintes homlokfelületén (102) megtámasztott vizsgálandó objektumtól (103) állandó távolságon tartó fotodetektorhoz (8) kapcsolódó első kimeneti jelátviteli csatornával (113a) és

    - második kimeneti jelátviteli csatornával (113b) van kiképezve, ahol az előzőeken túlmenően

    d) további optikai csatoló (23) van jelen, amely

    - az optikai csatoló (113) kimeneti jelátviteli csatornájával (113b) csatlakoztatott bemeneti jelátviteli csatornával (23a), a száloptikai optikai csatoló (121) bemeneti jelátviteli csatornájával (121a) kapcsolt első kimeneti jelátviteli csatornával (23b) és

    - második kimeneti jelátviteli csatornával (23c) van kiképezve, míg

    e) a további optikai csatoló (23) második kimeneti jelátviteli csatornájához (23c) abba polikromatikus elektromágneses sugárzást juttató sugárforrás (20) van illesztve.
15. 15. A 9. — 14. igénypontok bármelyike szerinti mikroszkóp, azzal jellemezve, hogy

    a) száloptikai optikai csatolót (121) tartalmaz, amely

    - bemeneti jelátviteli csatornával (121a),

    - első kimeneti jelátviteli csatornával (121b), és

    - színképelemzőhöz (14) csatlakoztatott második kimeneti jelátviteli csatornával (121c) van kiképezve, továbbá

    b) elektromágneses sugárzást a száloptikai optikai csatoló (121) első kimeneti jelátviteli csatornájába (121b) juttató sugárforrást (104) és

    c) optikai csatolót (113) tartalmaz, amely

    - a száloptikai optikai csatoló bemeneti jelátviteli csatornájához (121a) csatlakoztatott első kimeneti jelátviteli csatornájához (113b),

    - végén húzással kiképzett csúccsal (6) ellátott és így optikai mintavevőt (106) alkotó, kis átmérőjű maggal (c) ellátott száloptikából (7) álló bemeneti jelátviteli csatornával,

    - számítógéphez (10), visszacsatoló áramkörhöz (11) és nanométeres pontosságú pozícionáló eszközhöz, különösen piezoelektromos csőhöz (12) csatlakoztatott és ennek révén az optikai mintavevő eszközt (106) támasz (101) vízszintes homlokfelületén (102) megtámasztott vizsgálandó objektumtól (103) állandó távolságon tartó fotodetektorhoz (8) kapcsolódó első kimeneti jelátviteli csatornával (113a) van kiképezve, ahol az előzőeken túlmenően a támasz (101) áttetsző testtel (1) , például prizmával van kiképezve, továbbá a forrás (17) a vízszintes homlokfelületet (102) alulról megvilágító polikromatikus elektromágneses sugárzás kibocsátására alkalmasan van kiképezve, és hozzá képest a vízszintes homlokfelület (102) a vizsgálandó objektumot (103) keresztező és az optikai mintavevő (106) csúcsa (6) által befolyásolt polikromatikus totálreflexiós mező létrehozását biztosító helyzetben van elrendezve.
16. 16. A 9. — 15. igénypontok bármelyike szerinti mikrosz- kóp, azzal jellemezve, hogy fluoreszcens anyagból készült száloptikát (7) tartalmaz, amelyhez a száloptikában (7) terjedni nem képes hullámhosszú elektromágneses sugárzást befogó legalább egy kiegészítő mikroméretű mintavevő egység van rendelve.