DE4042117A1 - Optisches system und verfahren zur analyse von proben - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein ein optisches Spektroskopiesystem und entsprechendes Verfahren, und insbe­ sondere ein optisches System und zugehöriges Verfahren, wel­ che Einlaß- und Auslaßmasken in einer Fourier-Ebene des opti­ schen Systems verwenden, um optische Spektroskopievorgänge zu verbessern.

Optische Spektroskopie wird in weitem Maße bei zahlreichen Analysetechniken und für experimentelle Techniken in der an­ gewandten Forschung und der Grundlagenforschung eingesetzt. Experimente unter Verwendung der Spektroskopie werden durch­ geführt, um optische Konstanten von Materialproben zu bestim­ men, und ebenso, um die chemische und physikalische Zusammen­ setzung dieser Materialproben zu bestimmen. Allerdings wird die optische Spektroskopie, insbesondere im mittleren Infra­ rotenergiebereich, immer noch begrenzt durch: (1) die Empfind­ lichkeit der verwendeten Detektoren, die einen verhältnismäßig geringen Dynamikbereich aufweisen; (2) Anomalitäten, die von Oberflächenvariationen und/oder Inhomogenitäten herrühren, und (3) Änderungen der Brechungsindices, die das Absorptionsvermö­ gen der Probenmaterialien zu ändern scheinen.

In der Vergangenheit wurden unterschiedliche spektroskopische Geräte entwickelt, um bestimmte Parameter zu variieren und so die optischen Konstanten eines Materials durch die fest­ gestellten Variationen zu bestimmen. Alternativ hierzu wur­ den spektroskopische Techniken eingesetzt, um das Absorptions­ vermögen von Materialien zu bestimmen. Tatsächlich existieren geradezu Büchereien von Büchern sowie elektronische Medien, welche reine Materialien eindeutig durch ihre Absorption elek­ tromagnetischer Strahlungen bei verschiedenen Frequenzen iden­ tifizieren.

Allerdings erfordern es die sich ergebenden Spektren, die unter Verwendung jetziger spektroskopischer Geräte oder spek­ troskopischer Probenverfahren erhalten werden, typischerwei­ se, daß die Materialien in einer Form analysiert werden, wel­ che eine intensive Vorbereitung der Proben oder sogar eine Zerstörung der Proben erfordert. Eine derartige Probenvorbe­ reitung verwendet normalerweise eine abgedichtete Zelle oder ein KBR-Druckverfahren. Zusätzlich kann es bei heutigen spek­ troskopischen Geräten erforderlich sein, daß die Probe von einem Instrument zu einem anderen Instrument bewegt wird, um den vollständigen Bereich der erforderlichen spektrosko­ pischen Untersuchungen zu erhalten. Alternativ hierzu kann es erforderlich sein, daß das verwendete Instrument zeitwei­ lig modifiziert werden muß, um zusätzliche Peripheriegeräte oder Zusatzgeräte zu verwenden, um den vollen Bereich der spektroskopischen Analyse durchzuführen. Die Probenvorberei­ tung und Änderungen der Ausrüstung erfordern zusätzlich auf­ zuwendende Zeit, um die Ergebnisse der spektroskopischen Ana­ lyse zu erhalten, und können diese Ergebnisse negativ beein­ flussen infolge der teilweisen oder völligen Zerstörung der Probe und/oder infolge der Variationen zwischen den Geräten.

Die vorliegende Erfindung stellt ein optisches System, sowie eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Verfügung, um die op­ tischen Konstanten, das Absorptionsvermögen und/oder die Bre­ chungsindices eines Materials einfacher und genauer zu bestim­ men. Dieses System, diese Vorrichtung und dieses Verfahren verwenden eine erste oder Einlaßmaske an einer Fourier-Ebene des optischen Systems und eine zweite oder Auslaßmaske in einer Fourier-Ebene des optischen Systems. Die Relativlage der jeweiligen Einlaß- und Auslaßöffnungen in der ersten bzw. zweiten Maske kontrolliert den Energieeinfallswinkel auf die Probe und kontrolliert ebenfalls den Winkel der reflektierten oder durchgelassenen Energie, die den Detektor erreicht. Um einen weiten Bereich spektroskopischer Analysen durchzuführen, können mehrfache erste bzw. zweite Masken eingesetzt werden, die erste und zweite Öffnungen variierender radialer und/oder Umfangslage haben. Bei einer bevorzugten Form der vorliegen­ den Erfindung können die Einfallswinkel der Strahlungsenergie auf die Probe von etwa 30° bis zu einschließlich Glanzwinkeln von etwa 85° variiert werden. Ein ähnlicher Winkelbereich kann für die reflektierte und/oder durchgelassene Energie erhalten werden, die selektiv den Detektor dadurch erreicht, daß sie durch die zweite Maske gelangt.

Das optische System und die Vorrichtung und das Verfahren ver­ größern die Nachweisempfindlichkeit für kleine Mengen von Pro­ benmaterial oder für spezielle Eigenschaften eines Materials. Die verbesserte Nachweisempfindlichkeitscharakteristik wird dadurch erreicht, daß die Einfallsenergie, welche die Probe erreicht, präzise in vorausgewählten Einfallswinkeln gezielt wird, und daß die Energie, die von der Probe reflektiert oder durch diese durchgelassen wird, präzise in vorausgewählten Winkeln der Reflexion oder der Transmission gesammelt und nachgewiesen wird. Zusätzlich können dadurch, daß Einlaß­ und Auslaßmasken präzise und schnell geändert werden können, die unterschiedliche Einlaß- und Auslaßöffnungspositionen aufweisen, verschiedene Untersuchungen schnell bei einer stationären Probe durchgeführt werden, welche keine speziel­ le Vorbereitung und/oder Zerstörung erfordern.

Die bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrich­ tung umfaßt eine Objektivanordnung mit einem Cassegrain-Spie­ gelobjektiv, einer Fourier-Ebenen-Maske, und einem Gleitstück. Diese Objektivanordnung kann einfach an einen Abschnitt oder einer Station eines drehbaren Objektivwechselrevolvers ange­ bracht werden. Die Objektivvorrichtung umfaßt eine Einstell­ vorrichtung zum Zentrieren des Objektivs in bezug auf die Zentrumslinie des optischen Weges und/oder zur Bewegung des primären Spiegels des Objektivs relativ zum Sekundärspiegel. Zusätzlich kann das Maskengleitstück mehrere Aufnahmen auf­ weisen, die jeweils mehrere unterschiedliche Masken aufneh­ men, und dies gestattet einen schnellen und präzisen Wechsel der Masken.

Durch Verwendung einer Fourier-Ebene oder einer konjugierten Fourier-Ebene zur Maskierung des optischen Weges kann das vorliegende optische System, nämlich die Vorrichtung und das Verfahren, die Anomalitäten verringern, die mit Oberflächen­ unregelmäßigkeiten und/oder Inhomogenitäten zusammenhängen, und stellt Spektren zur Verfügung, die eine genauere Identi­ fikation von Materialien durch Recherchen in Spektrenverzeich­ nissen gestatten. Zusätzlich läßt sich dieses System, nämlich die Vorrichtung und das Verfahren, präziser zur Identifikation von Materialien in einer Mischung einsetzen und zur Quantifi­ zierung dieser Materialien als Prozentsatz dieser Mischung.

Die Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch darge­ stellter Ausführungsbeispiele näher erläutert, aus welchen sich weitere Vorteile und Merkmale ergeben.

Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht, teilweise im Schnitt, mit einer Darstellung des optischen System gemäß der vorliegenden Erfindung, welches zur Durchführung von Untersuchungen zum Reflexionsvermögen aufgebaut ist;

Fig. 2 einen vertikalen Querschnitt mit einer Darstellung der bevorzugten Objektivanordnung, wobei das Maskengleit­ stück für eine teleskopische Einführung positioniert ist;

Fig. 3 eine Aufsicht der Objektivanordnung im wesentlichen entlang der Ebene 3-3 von Fig. 2;

Fig. 4 eine Aufsicht des Maskengleitstücks im wesentlichen entlang der Ebene 4-4 von Fig. 2;

Fig. 5 eine schematische Seitenansicht des optischen Systems gemäß der vorliegenden Erfindung, bei welchem die Ein­ laß- und Auslaßmasken in einer konjugierten Ebene der Fourier-Ebene des optischen Weges angeordnet sind;

Fig. 6 eine schematische Seitenansicht, teilweise im Schnitt, mit einer Darstellung des optischen Systems gemäß der vorliegenden Erfindung, welches für die Durchführung von Vollfeld-Transmissionsanalysen des Probenmaterials eingestellt ist;

Fig. 7A eine Erläuterung zweier beispielhafter Sätze von Ein­ laß- und Auslaßmasken für gezielte Reflexionsanalyse eines Probenmaterials;

Fig. 7B eine Erläuterung zweier beispielhafter Sätze von Ein­ laß- und Auslaßmasken zur Durchführung einer Dunkel­ feld- oder Streureflexionsanalyse des Probenmaterials; und

Fig. 7C eine Erläuterung zweier beispielhafter Sätze von Mehr­ fachbandöffnungen für Einlaß- und Auslaßmasken zur Durchführung einer Dunkelfeld- oder Streuanalyse des Probenmaterials.

Die Erfindung wird nachstehend anhand genauerer Einzelheiten beschrieben, anfänglich anhand von Fig. 1; hier ist darge­ stellt, daß das optische System eine Energiestrahlungsquelle aufweist, die allgemein mit der Bezugsziffer 1 bezeichnet ist, eine Objektivanordnung, die allgemein mit der Bezugsziffer 2 bezeichnet ist, und eine Probenebene 3. Die Objektivanordnung 2 umfaßt eine erste Maske 5, eine sekundäre Optik 6, eine pri­ märe Optik 7 und eine zweite Maske 8. Die sekundäre Optik 6 weist eine konvexe Spiegeloberfläche 10 auf, und die primäre Optik 7 ist mit einer abgeschnittenen, konkaven Spiegelober­ fläche 11 versehen. Der Primärspiegel 11 arbeitet optisch mit der von ihm beabstandeten Sekundärspiegeloberfläche 10 zusammen. Der Sekundärspiegel 10 und der Primärspiegel 11 liegen koaxial und symmetrisch zur Zentrumslinie 12 des opti­ schen Weges, der allgemein mit der Bezugsziffer 13 bezeich­ net ist. Der Sekundärspiegel 10 der Sekundäroptik 6 und der Primärspiegel 11 der Primäroptik 7 arbeiten zur Ausbildung eines Cassegrain-Spiegelobjektivs zusammen.

Eine Probe 15 kann in dem optischen Weg 13 des optischen Systems angebracht werden durch eine Positionierstufe oder Halterung 16. Eine Oberfläche 17 der Probe 15 wird in der Probenebene 3 des optischen Systems angeordnet. Wenn sich die Probe in dieser temporär festgelegten Position befindet, so kann das optische System gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden, um zahlreiche optische oder spektroskopi­ sche Versuche mit der Probe zu unternehmen, ohne daß die Pro­ be speziell präpariert wird, und ohne daß die Probe bewegt wird.

Die Energiestrahlungsquelle stellt einen Strahlungsenergie­ strahl zur Verfügung, vorzugsweise im mittleren Infrarot­ bereich. Wie in Fig. 1 erläutert, verwendet das optische System eine "Halböffnung" (Halbapertur) des Strahlungsstrahls für diese spektroskopische Analyse. Zu diesem Zweck wird ein Strahlteiler eingesetzt, um nur die Hälfte des Strahls auf den Einlaß der Objektivanordnung zu richten, wie dies schema­ tisch durch Pfeile 18 dargestellt ist. Als derartiger Strahl­ teiler kann ein Aperturbild-Strahlteiler eingesetzt werden, beispielsweise gemäß US-Patent Nr. 48 78 747, welches dem In­ haber der vorliegenden Erfindung gehört.

Der Halbstrahl der Strahlungsenergie gelangt selektiv durch die Öffnungen in der Einlaßmaske oder ersten Maske 5 der Ob­ jektivanordnung 2 hindurch. Die Einlaßmaske 5 befindet sich in einer Fourier-Ebene des optischen Systems oder nahe bei die­ ser. Zum Zweck der vorliegenden Anwendung wird eine Fourier- Ebene definiert als eine Ebene, welche die Eigenschaft auf­ weist, daß die radiale Position, in welcher ein Strahl diese Ebene schneidet, eine direkt korrelierte Funktion aufweist, normalerweise linear, in bezug auf den Einfalls- oder Refle­ xionswinkel, welchen der Strahl mit der Probenebene aufweist, nachdem er zu dem Objektiv oder von diesem weg gelangt.

Die Einfallsstrahlenenergie, die durch eine Öffnung in der ersten Maske 5 auf einer Seite der optischen Zemtrumslinie 12 gelangt, wird sequentiell von dem Sekundärspiegel 10 und dem Primärspiegel 11 wegreflektiert, wie dies schematisch durch Pfeile 20 bzw. 21 angedeutet ist. Die Einfallsstrah­ lungsenergie, die von dem Primärspiegel 11 reflektiert wird, wird auf die Probenoberfläche 17 der Probe 15 gerichtet. Die Einfallsstrahlungsenergie trifft auf die Probenoberfläche 17 im Schnittpunkt der Zentrumslinie 12 mit der Probenebene 3 auf oder sehr nahe an diesem Punkt. Der Einfallswinkel für die Energie ist definiert als der eingeschlossene Winkel zwischen dem einfallenden Strahlungsenergiestrahl und der optischen Zentrumslinie 12. Der Einfallswinkel für die Strah­ lungsenergie auf die Probe kann variiert werden durch Verwen­ dung mehrerer unterschiedlicher Einlaßmasken 5 in der Fourier- Ebene, wie nachstehend noch genauer beschrieben wird.

Die von der Probenoberfläche 17 reflektierte Strahlungsener­ gie wird sequentiell vom Primärspiegel 11 und dem Sekundär­ spiegel 10 weg reflektiert, wie dies schematisch durch die Pfeile 23 bzw. 24 angedeutet ist. Die vom Sekundärspiegel 10 reflektierte Ausgangsenergie bewegt sich entlang dem opti­ schen Weg 13 zur zweiten Maske 8, die in der Fourier-Ebene angeordnet ist. Die ausgewählte Strahlungsausgangsenergie gelangt durch die Öffnung oder die Öffnungen in der zweiten Maske 8 zu einem Detektor, der allgemein mit der Bezugszif­ fer 25 bezeichnet ist. Durch Variieren der radialen und/oder Umfangsposition der Öffnungen in der zweiten Maske 8 empfängt der Detektor 25 nur Strahlungsenergie, die von der Proben­ oberfläche 17 in vorausgewählten Reflexionswinkeln reflektiert wird, da diese zweite Maske und die Öffnung oder Öffnungen darin in einer Fourier-Plane des optischen Systems oder nahe zu dieser angeordnet sind.

Die Verwendung mehrerer erster und zweiter Masken in einer Fourier-Ebene ermöglicht eine signifikante spektroskopische Vielseitigkeit ohne Bewegung der Probe in der Ebene 3, oder ohne eine Änderung von Instrumenten. Wie am besten aus den Fig. 7A bis 7C hervorgeht, können mehrere unterschiedliche erste und zweite Masken 5 bzw. 8 eingesetzt werden für unter­ schiedliche Arten spektroskopischer Untersuchungen.

Wie in Fig. 7A (1) dargestellt ist, können die Einlaßmaske 5 und die Auslaßmaske 8 gemeinsam auf einem einzigen Scheiben­ körper 27 ausgebildet sein. Die erste Maske 5 auf dem linken Halbkreis des Scheibenkörpers 27, wie dies in der Fig. 7A(1) (a) dargestellt ist, weist eine erste oder Einlaßöffnung 28 auf, die gekrümmt ist und die Maske durchquert. Der Radius der ersten Öffnung 28 um die Zentrumslinie 12 des optischen Weges herum weist eine direkte Korrelation zum gewünschten Einfalls­ winkel auf die Probenoberfläche 17 auf, infolge der direkten Korrelation zwischen der radialen Position des Strahls in der Fourier-Ebene zum Einfallswinkel dieses Strahls in der Proben­ ebene.

Wie dies in Fig. 7A(1)(a) dargestellt ist, erstreckt sich die erste bogenförmige Öffnung 28 im wesentlichen halbkreisförmig. Die erste Öffnung 28 weist eine begrenzte Breite entlang ihrer gesamten halbkreisförmigen Erstreckung auf. Diese begrenzte Weite gestattet es, daß ein begrenztes halbkreisförmiges Band von Einlaßstrahlungsenergie hier durchgelangt, wie dies durch mehrere Bezugsziffern "X" in Fig. 7 angedeutet ist. Das durch die erste Öffnung 28 hindurchgelangende Einlaßenergieband wird durch das Cassegrain-Objektiv reflektiert und wird dann präzise auf die Probenoberfläche in der Probenebene mit dem vorbestimmten Einfallswinkel gerichtet.

Die zweite Maske 8 bildet den rechten halbkreisförmigen Ab­ schnitt des Scheibenkörpers 27. Diese zweite Maske 8 umfaßt eine halbkreisförmige zweite oder Auslaßöffnung 29. Die zwei­ te Öffnung 29 weist eine begrenzte Breite auf, um es einer ausgewählten Auslaßenergie oder reflektierten Strahlungsener­ gie zu gestatten, den Detektor zu erreichen, wie durch die "Punkte" in Fig. 7 angedeutet ist. Für Untersuchungen der gerichteten Reflexion ist der Radius der zweiten Öffnung 29 von der Zentrumslinie 12 des optischen Weges 13 gleich dem Radius von dieser Zentrumslinie für die erste Öffnung 28. Die zweite Öffnung 29 weist ebenfalls eine Breite auf, die gleich der Breite der ersten Öffnung 28 in der ersten Maske 5 ist.

Wenn die Masken 5 und 8 in einer Fourier-Ebene des optischen Systems oder nahe zu dieser angeordnet sind, so gestatten die erste Öffnung 28 in der ersten Maske 5 und die zweite Öff­ nung 29 in der zweiten Maske 8 eine Durchführung von Unter­ suchungen zur gerichteten Reflexion. Die radiale Position der ersten Öffnung 28 von der Zentrumslinie 12 legt den Einfalls­ winkel der Strahlungsenergie auf die Probenebene 3 fest. Ent­ sprechend kontrolliert der Radius der zweiten Öffnung 29 von der Zentrumslinie 12 den Reflexionswinkel für reflektierte Strahlungsenergie, die schließlich durch die Öffnung 29 ge­ langt, um den Detektor 25 zu erreichen. Mit gleichen Radien für die ersten und zweiten Öffnungen wird der Einfallswinkel A dem Reflexionswinkel A gleich, wie dies in Fig. 7A (1) (b) gezeigt ist.

Andere Arten von Untersuchungen zur gerichteten Reflexion kön­ nen durch Verwendung unterschiedlicher Masken durchgeführt werden. Beispielsweise weist in Fig. 7A (2) (a) der Scheiben­ körper 27 wiederum eine Einlaßmaske oder erste Maske 5 auf seinem linken halbkreisförmigen Abschnitt auf, und die zwei­ te oder Auslaßmaske 8 auf seinem rechten halbkreisförmigen Abschnitt. Die erste Maske 5 weist eine erste oder Einlaß- Öffnung 28A auf mit in Umfangsrichtung begrenzter bogenför­ miger Erstreckung. Der Radius der bogenförmigen Öffnung 28A bestimmt den Einfallswinkel der einfallenden Strahlungsener­ gie, welche die Probenebene erreicht. Entsprechend begrenzt die Umfangserstreckung der Öffnung 28A die Umfangserstreckung des Strahlungsenergiebandes, welches die Probenebene 3 er­ reicht.

Eine zweite oder Auslaßöffnung 29A mit ebenso begrenzter bogenförmiger Ausdehnung ist in der zweiten Maske 8 vorge­ sehen. Diese Auslaßöffnung 29A kontrolliert die reflektierte Strahlungsenergie, die durch diese zum Detektor 25 hindurch­ gelangen kann. Der Radius der zweiten Öffnung 29A in der zwei­ ten Maske 8 ist gleich dem Radius der ersten oder Einlaßöff­ nung 28A in der ersten Maske 5. Mit derartigen gleichen Radien ist der Einfallswinkel A1 der Strahlungsenergie auf die Pro­ benebene gleich dem Reflexionswinkel A1 für die Strahlungs­ energie, die durch die zweite Maske 8 hindurch bis zum Detek­ tor gelangt. Der Scheibenkörper 27, der die begrenzten Einlaß­ bzw. Auslaßöffnungen 28A bzw. 29A aufweist, kann von Zeit zu Zeit gedreht werden, um die Eigenschaften bezüglich der ge­ richteten Reflexion an anderen Umfangspunkten um den Weg der optischen Energie zu überprüfen. Auf ähnliche Weise könnten die erste und zweite Maske 5 und 8 als einzelne halbkreisför­ mige Körper zum selektiven Einsatz miteinander ausgebildet sein.

Wenn Untersuchungen der Reflexion des nicht-gerichteten oder gestreuten Typs gewünscht sind, so können unterschiedliche Einlaß- und Auslaßöffnungsanordnungen und radiale Positionen bei den Einlaß- und Auslaßmasken vorgesehen werden, wie dies beispielsweise in den Fig. 7B und 7C gezeigt ist. Wie in Fig. 7B (1) dargestellt, erstreckt sich die Einlaßöffnung 28B in der ersten Maske 5 im wesentlichen halbkreisförmig und weist einen begrenzten Radius von der Zentrumslinie 12 des optischen Weges auf. Durch die erste Öffnung 28B gelangende Einlaßenergie weist einen Einfallswinkel A2 auf die Probenoberfläche 17 in der Probenebene 3 auf, wie dies in Fig. 7B (1) (b) gezeigt ist. Die zweite Auslaßöffnung 29B in der Auslaßmaske 8 weist eben­ falls eine im wesentlichen halbkreisförmige Erstreckung auf. Der Radius der Auslaßöffnung 29B von der Zentrumslinie 12 ist größer dargestellt als der Radius für die erste Öffnung 28B von der Zentrumslinie 12. Da sowohl die erste als auch die zweite Öffnung 28B bzw. 29B in einer Fourier-Ebene liegen, ist der Reflexionswinkel A3 für Strahlungsenergie, welche die Probenebene 3 verläßt und durch die zweite Öffnung 29B zum Detektor 25 gelangt, größer als der Einfallswinkel A2. Daher wird der Radius der zweiten Öffnung 29B so ausgewählt, daß er schließlich Strahlungsenergie nachweist, die von der Pro­ be in einem vorbestimmten Winkel der "gestreuten" Reflexion A3 reflektiert wird. Es wird darauf hingewiesen, daß der Radius von 29B größer oder kleiner sein könnte als der jewei­ lige Radius von 28B, abhängig von den gewünschten Winkeln für gestreute Energie, die gesammelt werden soll.

Ein weiteres Beispiel für Masken, die für Streureflexions­ untersuchungen eingesetzt werden können, ist in Fig. 7B (2) dargestellt. Bei einem derartigen Beispiel ist die erste oder Einlaßöffnung 28C in der ersten Maske 5 von begrenzter Umfangserstreckung und weist einen verhältnismäßig kleinen Krümmungsradius um die Zentrumslinie 12 des optischen Weges auf. Die zweite oder Auslaßöffnung 29C ist ebenfalls von begrenzter Umfangserstreckung, liegt jedoch nicht diametral der Einlaßöffnung 28C gegenüber. Stattdessen hat die zweite Öffnung 29C in der Auslaßmaske 8 einen größeren Radius um die Zentrumslinie 12 als der Radius für die bogenförmige Einlaß­ öffnung 28C, und ist in Umfangsrichtung relativ zu dieser ver­ setzt. Wenn die erste Öffnung 28C und die zweite Öffnung 29C so angeordnet sind wie gezeigt, so ist der Einfallswinkel für die Probenebene erreichende Energie in Fig. 7B (2) (b) als A4 dargestellt, wogegen der Reflexionswinkel für den Detektor erreichende Energie mit A5 bezeichnet ist. Der Reflexions­ winkel A5 ist größer als der Einfallswinkel A4, und die den Detektor erreichende Energie ist in bezug auf die Einlaß­ energie sowohl gestreut als auch abgelenkt. Wie hieraus deutlich wird, können die Einlaßöffnung 28C und die Auslaß­ öffnung 29C sowohl radial als auch in Umfangsrichtung in bezug einander variiert werden, wie dies für die gewünsch­ te Untersuchung erforderlich ist.

In Fig. 7C sind zusätzliche Masken gezeigt zur Vornahme von Dunkelfelduntersuchungen oder Streureflexionsuntersuchungen, bei welchen zahlreiche Öffnungen in den Einlaß- und Auslaß­ masken verwendet werden. Wie zunächst aus Fig. 7C (1) hervor­ geht, weist die Einlaßmaske 5 eine halbkreisförmige Einlaß­ öffnung 28D auf. Die Auslaßmaske 8 hat zwei Energieauslaß­ öffnungen 29D1 und 29D2. Der Radius der Einlaßöffnung 28D um die Zentrumslinie 12 herum ist größer als der Radius für die Auslaßöffnung 29D1 und kleiner als der Radius für die Auslaßöffnung 29D2. Bei einer derartigen Anordnung der Ein­ laßöffnung 28D und der Auslaßöffnungen 29D1 und 29D2 ist der Einfallswinkel A6 für die Energie, welche die Probenebene 3 durch die Öffnung 28D erreicht, größer als der Reflexions­ winkel A7 für die Energie, welche den Detektor durch die Aus­ laßöffnung 29D1 erreicht, und kleiner als der Reflexionswin­ kel A8 für die reflektierte Energie, welche den Detektor 25 durch die Auslaßöffnung 29D2 erreicht.

In Fig. 7 (C) (2) sind Mehrfach-Einlaß- und -Auslaßöffnungen erläutert. Im einzelnen weist die Einlaßmaske 5 eine erste Einlaßöffnung 28E1 auf und eine zweite Einlaßöffnung 28E2. Der Radius der Einlaßöffnung 28E1 um die Zentrumslinie 12 des optischen Weges 5 ist kleiner als der Radius der Einlaß­ öffnung 28E2 in der Einlaßmaske 5. Einfallende Strahlungs­ energie, die durch die erste Einlaßöffnung 28E1 gelangt, weist einen Einfallswinkel A9 auf die Probenebene 3 auf. An­ kommende Strahlungsenergie, die durch die zweite Einlaßöff­ nung 28E2 gelangt, weist einen Einfallswinkel A10 auf die Probenebene 3 auf.

In der Auslaßmaske 8 sind drei halbkreisförmige Auslaßöffnun­ gen 29E1, 29E2 und 29E3 vorgesehen. Der Radius für die Aus­ laßöffnung 29E1 ist kleiner als der Radius für die Auslaß­ öffnung 29E2, und dieser wiederum ist kleiner als der Radius für die dritte Auslaßöffnung 29E3. Wie aus der Fig. 7C(2)(a) deutlich wird, weist der Radius der Einlaßöffnung 28E1 eine Größe auf, der in der Mitte zwischen den Werten für die Radien für die Auslaßöffnungen 29E1 und 29E2 liegt, und der Radius der Einlaßöffnung 28E2 weist eine Größe in der Mitte zwischen den Radien für die Auslaßöffnungen 29E2 und 29E3 auf. Infolge der relativen Größen der jeweiligen Radien der Einlaß- und Auslaßöffnungen in den Einlaß- und Auslaßmasken ist der Re­ flexionswinkel A11 für die Energie, die den Detektor durch die Auslaßöffnung 29E1 erreicht, kleiner als der Einfallswin­ kel A9. Auf ähnliche Weise ist der Reflexionswinkel A12 für Energie, die den Detektor durch die zweite Auslaßöffnung 29E2 erreicht, größer als der Einfallswinkel A9, jedoch kleiner als der Einfallswinkel A10. Schließlich ist der Reflexionswinkel A13 für reflektierte Energie, die den Detektor durch die Aus­ laßöffnung 29E3 in der Auslaßmaske 8 erreicht, größer als der Einfallswinkel A10 für die Energie, die die Probenoberfläche durch die Einlaßöffnung 28E2 erreicht.

Die in den Fig. 7A-7C gezeigten Einlaß- und Auslaßmasken sind nur Beispiele für die zahlreichen unterschiedlichen Masken­ anordnungen, die gemäß der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden können. Durch Variieren der radialen Positionen der Einlaßöffnungen in der Einlaßmaske kann der Einfallswinkel für die die Probe erreichende Strahlungsenergie von 30° bis 85° für das dargestellte Cassegrain-Objektiv variiert werden. Diese Masken müssen präzise auf dem optischen Weg in einer Fourier-Ebene des optischen Systems oder nahe bei der Fourier- Ebene angeordnet werden. Für diesen Zweck wurde eine Objektiv­ anordnung entwickelt, wie sie in den Fig. 2 bis 4 erläutert ist.

Wie aus Fig. 2 hervorgeht, weist die Objektivanordnung ein Mikroskopverbindungsrohr 31 auf. Der äußere Durchmesser des Verbindungsrohrs 31 an seinem oberen Ende ist mit einem Ge­ winde 32 versehen. Dieses Gewinde paßt zu Gewinden auf einer der Stationen eines drehbaren Mikroskop-Objektivwechselrevol­ vers. Das Verbindungsrohr wird in die Station des Mikroskop- Objektivwechselrevolvers eingeschraubt, bis es in der rich­ tigen Lage ist und gehalten wird in dieser Lage durch eine Gegenmutter 33 und eine Sicherungsmutter 34. Die Strahlungs­ energie des optischen Weges 13 gelangt durch die Bohrung des Verbindungsrohres 31. Die Gegenmutter und die Sicherungsmut­ ter positionieren die Objektivanordnung 2 ordnungsgemäß in dem optischen Weg des Mikroskops, um die richtige vorbestimm­ te Entfernung zwischen der Sehfeldblende des optischen Systems, die allgemein mit der Bezugsziffer 36 bezeichnet ist, und der Probenebene 3 festzulegen.

Ein Führungshalter 37 ist um das Verbindungsrohr 31 angeord­ net und wird durch dieses gehaltert. Eine Bohrung 38 durch den Führungshalterkörper 37 empfängt das Verbindungsrohr 31. Der Führungshalter 37 ist mit einem abgestuften Loch 39 versehen, das sich radial hierdurch erstreckt. Eine erste Optikzentrierschraube 34 steht in Gewindeeingriff mit dem abgestuften Loch 39. Diese Zentrierschraube 40 gestattet eine gewisse radiale Einstellung für den Führungshalter 37 relativ zur Zentrumslinie 12 des optischen Systems.

Das untere Ende des Führungshalters 37 weist eine untere Gegenbohrung 42 auf. Diese Gegenbohrung 42 empfängt eine Gleitführung 43, die fest hieran angebracht ist. Die Gleit­ führung weist einen sich längs erstreckenden Gleitschlitz 45 auf, der sich quer hierdurch erstreckt. Eine zentrale Bohrung 46 erstreckt sich durch den Gleitführungskörper, wo­ bei diese Bohrung konzentrisch zu der Zentrumslinie 12 des optischen Systems angeordnet ist, um hierdurch Strahlungs­ energie hindurchgelangen zu lassen.

Die Sekundäroptik 6 ist an der Gleitführung 43 angebracht und wird von dieser gehalten. Zu diesem Zweck erstreckt sich diametral nach innen von der zentralen Bohrung 46 der Gleit­ führung 43 eine Montagespinne 48, die mit einem Montagestift 49 der sekundären Optik 6 verbunden ist, um diese sekundäre Optik in dem optischen Weg zu haltern. Durch die diametrale Orientierung und die richtige Positionierung haltert die Mon­ tagespinne 48 die Sekundäroptik 6 auf dem optischen Weg, ohne wesentlich die wirksame Eingabe und Abgabe von Strahlungsener­ gie zur Objektivanordnung 2 hin und von dieser weg zu beein­ flussen. In dieser Hinsicht bildet die Montagespinne 48 halb­ kreisförmige Fenster auf ihren beiden Seiten aus, die der halbkreisförmigen Form der Einlaß- und Auslaßmasken entspre­ chen, die für die Reflexionsuntersuchungen bei einer bevor­ zugten Ausführungsform verwendet werden.

Der Boden der Führungshalterung 37 ist mit einem auf die­ sem angebrachten, sich radial nach außen erstreckenden ringförmigen Flansch 50 versehen. Die Bodenwand 51 des Flan­ sches 50 ist horizontal mit der oberen Oberfläche des Schlitzes 45 ausgerichtet, um einen radialen Zugang zu die­ sem Schlitz zu ermöglichen. Weiterhin stellt der Flansch 50 eine Halterung für einen drehbaren äußeren Ring oder Kragen 51 zur Verfügung.

Der äußere Ring 51 weist eine sich nach unten erstreckende ringförmige Schürze 52 auf, deren Innendurchmesser mit einem Gewinde versehen ist. Die primäre Optik wird innerhalb der ringförmigen Schürze 52 auf dem äußeren Ring 51 aufgenommen. Der Außendurchmesser der Primäroptik 7 ist mit einem Gewinde versehen, welches mit dem Gewinde auf dem Innendurchmesser der Schürze 52 zusammenarbeitet. Daher führt eine Drehung des äußeren Kragens 51 abhängig von der Drehrichtung zu einer An­ hebung oder einer Absenkung der Primäroptik 7, infolge der Gewindeverbindung zwischen diesen Teilen. Diese Höheneinstel­ lung der Hauptoptik 7 kann dazu eingesetzt erden, die geeig­ nete räumliche Beziehung zwischen der Primäroptik 7 und der Sekundäroptik 6 für die vorzunehmenden Untersuchungen zu er­ halten.

Um eine weitere Einstellung des Objektivs relativ zu der Zen­ trumslinie des optischen Weges zur Verfügung zu stellen, ist der äußere Ring 51 mit einem mit Gewinde versehenen Loch 54 versehen, welches radial durch sein oberes Ende ragt. Das Ge­ windeloch 54 nimmt die Zentrierschraube 55 für die zweite Op­ tik und die Primäroptik auf. Ein radiales Vorschieben oder Zurückziehen der primären Zentrierschraube 55 kann die Posi­ tion der Primäroptik 7 radial relativ zur Sekundäroptik 6 ein­ stellen, um eine ordnungsgemäße Zentrierung um die optische Zentrumslinie 12 des Mikroskops zu erhalten.

Wenn die Objektivanordnung 2 an dem drehbaren Objektivwech­ selrevolver des Mikroskops angebracht ist und die optischen Einstellungen ordnungsgemäß vorgenommen wurden, so ist der Führungsschlitz 45 auf einer Fourier-Ebene des optischen Systems positioniert. Ein Maskengleitstück 57 kann radial in den Schlitz 45 in der Gleitführung 43 eingeführt und von die­ sem wieder abgezogen werden. Ein derartiges Maskengleitstück 57 weist eine länglich-rechtwinklige Form auf, wie dies am besten in Fig. 4 dargestellt ist. Die Breite des Maskengleit­ stücks 57 ist im wesentlichen gleich der Breite des Führungs­ schlitzes 45, um zwischen diesen Teilen einen verhältnismäßig engen Gleitsitz zur Verfügung zu stellen.

Das Maskengleitstück 57 weist zwei (oder mehr) kreisförmige Aufnahmen 58A und 58B auf, die in ihm ausgebildet sind. Wie dies am besten aus Fig. 2 hervorgeht, weist jede dieser Auf­ nahmen eine Bohrung auf, die vollständig durch das Masken­ gleitstück 57 durchragt. Die Bohrung jeder Aufnahme weist ei­ ne Bodenlippe 59 auf, die bezüglich der Bohrung geringfügig radial nach innen vorsteht, um eine Halterung für die Einlaß­ und Auslaßmasken zur Verfügung zu stellen. In dieser Bezie­ hung werden die Einlaßmaske 5 und die Auslaßmaske 8, die eine Einlaßmaske 28 und eine Auslaßmaske 29 aufweisen, wie in Fig. 7A (1) dargestellt, in die Aufnahme 58A dadurch eingeführt, daß die Scheibe 27 in die Bohrung eingebracht wird. Diese Scheibe wird in der Aufnahme 58A durch die Lippe 59 gehal­ tert. Eine zweite Scheibe 27 kann auf entsprechende Weise in die zweite Aufnahme 58B eingeführt werden. Wie darge­ stellt, weist die Scheibe 27 in der zweiten Aufnahme 58D ei­ ne kreisförmige Öffnung auf für visuelle Betrachtungszwecke mit sichtbarem Licht. Alternativ hierzu kann eine andere Maskenscheibe der in Fig. 7A bis Fig. 7c gezeigten Art in die Aufnahme 58B eingeführt werden. Eine der beiden Aufnah­ men kann ordnungsgemäß in dem optischen System in einer Fourier-Ebene des optischen Systems zentriert werden durch geeignete Positionierelemente.

Beispielsweise kann die Bodenoberfläche 52 des Flansches 50 mit einer teilweise freiliegenden federbelasteten Kugel 61 versehen sein. Diese Kugel befindet sich in zentriert radia­ ler Ausrichtung mit dem Zentrum des Führungsschlitzes 45. Das Gleitstück kann durch das Loch in der Schürze des äußeren Rings 51 eingeführt werden, wobei die Kugel 61 in eine zurück­ gezogene Position zurückgedrückt wird, um eine derartige Ein­ fügung zu gestatten. Das Gleitstück 57 wird momentan angehal­ ten, wenn die federbelastete Kugel 61 in eine entsprechend ausgebildete Arretierung 62A auf der oberen Oberfläche des Maskengleitstücks 57 aufgenommen wird. Wenn die Kugel 61 in der Arretierung 62A aufgenommen wird, so ist die erste Auf­ nahme 58A auf der Zentrumslinie 12 des optischen Weges des Systems zentriert.

Eine zweite Arretierung 62B ist in der oberen Oberfläche des Maskengleitstücks 57 vorgesehen, und zwar in Längsrichtung zur ersten Arretierung ausgerichtet, jedoch von dieser beab­ standet. Wenn die federbelastete Kugel 61 in der zweiten Ar­ retierung 62B aufgenommen ist, so ist die zweite Aufnahme 68B auf der Zentrumslinie 12 des optischen Weges des Systems zentriert. Durch Einstellen der radialen Position des Masken­ gleitstücks 57 kann eine zweier Maskenscheiben gegenüber dem optischen System zentriert werden, ohne daß irgendwelche Ein­ stellungen oder Veränderungen des Instruments vorgenommen werden, und ohne daß die Probe bewegt wird. Noch weitere Untersuchungen können dadurch vorgenommen werden, daß die Gleitstücke weggenommen, die Maskenscheiben in der ersten und zweiten Aufnahme des Gleitstücks 57 gewechselt, und dann diese wiederum in die optische Anordnung 2 eingeführt wer­ den. Diese Objektivanordnung 2 kann mit unterschiedlichen optischen Masken und/oder Wegen für diese oder mit unter­ schiedlichen Arten spektroskopischer Untersuchungen verwen­ det werden.

Beispielsweise können, wie in Fig 5 dargestellt die Ein­ laßmaske 5 und die Auslaßmaske 8 in einer konjugierten Ebene 64 der Fourier-Ebene angeordnet sein, wenn der Zugang zur Fourier-Ebene schwierig ist oder eine größere Abmessung erfor­ derlich ist. Eine Linse 65 (vorzugsweise ein Spiegelsystem für einen FTIR-Einsatz) kann in das optische System eingeführt werden, um ein reelles Bild in der konjugierten Ebene 64 der Fourier-Ebene für das optische System zu erzeugen.

Fig. 6 zeigt einen weiteren optischen Weg, welchen die vorlie­ gende Erfindung für spektroskopische Transmissionsuntersuchun­ gen verwendet. Das optische System gemäß Fig. 6 verwendet die gesamte Apertur oder das gesamte Feld der Strahlungsenergie durch Weglassen des Strahlteilers. Daher kann die erste Maske 66 den gesamten kreisförmigen Scheibenkörper 27 nutzen. Jede Öffnung, die irgendwo in diesem kreisförmigen Scheibenkörper angeordnet ist, arbeitet so, daß sie Strahlungsenergie in das System durchläßt, und steuert den Einfallswinkel dieser ankom­ menden Energie auf die Probe 3. Die Pfeile 67 und 68 erläutern schematisch mögliche Muster für die ankommende Energie auf der Probenoberfläche 3.

Ein gleiches oder ähnliches optisches System wird auf der an­ deren Seite der Probenebene 3 angeordnet, um durch die Probe 15 durchgelassene Energie aufzufangen. Das optische Sammel­ system umfaßt eine Primäroptik 69, eine Sekundäroptik 70, ei­ ne zweite Maske 71, und einen Detektor 72. Die zweite Maske 71 ist in einer Fourier-Ebene des optischen Sammelsystems an­ geordnet.

Die zweite Maske 71 des Transmissionsuntersuchungsweges von Fig. 6 stellt ebenfalls eine vollständige Apertur oder ein vollständiges Feld dar. Daher kann die gesamte kreisförmige Erstreckung der Maskenscheibe verwendet werden für die gewünschten Auslaßöffnungskonfigurationen und die radiale Po­ sitionierung. Die Position der Öffnungen in der zweiten Mas­ ke 71 steuert den Transmissions- oder Akzeptanzwinkel 73 für durch die Probe 15 durchgelassene Energie, welche schließlich den Detektor 72 über das Objektiv und die Öffnungen in der zweiten Maske 71 erreicht. Hierbei wird durch die Probe 15 durchgelassene Strahlungsenergie sequentiell von der Primär­ optik 69 und der Sekundäroptik 70 reflektiert und gelangt dann durch die Öffnung oder die Öffnungen in der zweiten Mas­ ke 71, um den Detektor 72 zu erreichen. Offensichtlich kann die Anordnung der Einlaß- und Auslaßöffnungen in der Einlaß­ maske 67 bzw. der Auslaßmaske 71 variiert werden, um den Ein­ fallswinkel auf die Probe zu steuern sowie den Transmissions­ oder Akzeptanzwinkel von der Probe zum Detektor. Es können viele unterschiedliche Masken bei diesem Strahlungstransmis­ sionssystem verwendet werden, um eine Anzahl spektroskopi­ scher Transmissionsuntersuchungen durchzuführen.

Die unterschiedlichen Untersuchungen oder Analysen, die bei einer einzigen Probe vorgenommen werden können, unter Verwen­ dung von Mehrfachmasken, die in der Fourier-Ebene angeordnet sind für die ausgewählte Art der Transmission, Reflexion oder Emission, werden an dem Detektor miteinander verglichen, um die Unterschiede zwischen ihnen festzustellen. Die erhaltenen Differenzen werden dann zusammen mit bekannten mathematischen Algorithmen eingesetzt (beispielsweise einer Kramer′s Kronig- Transformation und der Kubelka-Munk-Theorie), um die Komponen­ ten der untersuchten Probe genauer zu quantifizieren und/oder eine präzisere Berechnung der optischen Konstanten der Probe zur Verfügung zu stellen.

Als einfaches Beispiel für diese Vorgehensweise könnte eine Oberfläche 17 der Probe 15 zwei aufeinanderfolgenden Glanz­ reflexionsstudien unterworfen werden, die unter denselben Bedingungen auf dieselbe Weise vorgenommen werden. Bei dem ersten Versuch könnte die Strahlungsenergie auf die Probe durch die Einlaßmaske 5 bei einem Einfallswinkel von 40° gerichtet werden, und die Strahlungsenergie, welche den De­ tektor durch die Auslaßmaske 8 erreicht, könnte in einem Reflexionswinkel von 40° gesammelt werden. Ein zweiter Glanz­ reflexionstest würde dann auf derselben Probe vorgenommen (mit anderen Einlaß- und Auslaßmasken), was dadurch erreicht werden könnte, daß einfach das Gleitstück 57 in seine zweite Position verschoben wird, wobei die Zielenergie auf einen Einfallswinkel von 75° eingestellt wird, und die gesammelte und nachgewiesene Energie auf einen Reflexionswinkel bei 75° eingestellt wird. Dann werden die Versuchsergebnisse vergli­ chen im Zusammenhang der Versuchsparameter, um die Differenz der reflektierten Energie, die den Detektor erreicht, für die beiden Versuche festzustellen. Dann werden die Testparameter und die erhaltene Differenz zusammen mit bekannten mathemati­ schen Algorithmen verwendet, um die Komponenten der Probe zu quantifizieren oder deren optische Konstanten zu bestimmen. Zahlreiche zusätzliche Spiegel-, Transmissions- und/oder Emis­ sionsuntersuchungen können bei derselben Probe durchgeführt werden, um die Bestimmung zu verbessern, die durch Verwendung derselben Vergleichstechniken und mathematischen Verfahren vorgenommen wird.

Aus den voranstehenden Ausführungen wird deutlich, daß sich Änderungen der konstruktiven Einzelheiten und der Anordnung vornehmen lassen, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen, welcher sich aus den gesamten Anmeldungsunterlagen ergibt. Beispielsweise kann das optische System gemäß der vorliegen­ den Erfindung ebenfalls eingesetzt werden zur Durchführung spektroskopischer Untersuchungen bei Probenmaterialien, wel­ che teilweise Strahlungsenergie absorbieren, bevor sie die­ se durch die Einfallsoberfläche emittieren, oder es können Emissionsuntersuchungen vorgenommen werden, bei welchen die Probe als die Quelle emittierter Energie behandelt wird.

Claims (30)

1. Optisches System zur Untersuchung von Proben, gekennzeich­ net durch:

• - eine Energiestrahlungsquelle, welche Strahlungsenergie entlang einem optischen Weg des optischen Systems emit­ tiert;
• - eine Probenebene in dem optischen Weg;
• - eine zu untersuchende Probe, die eine in der Probenebene angeordnete Oberfläche aufweist;
• - eine Einrichtung zum Richten der einfallenden Strahlungs­ energie auf die Probenoberfläche, einschließlich einer ersten Maskeneinrichtung, die entfernbar annähernd in ei­ ner Fourier-Ebene oder einer konjugierten Fourier-Ebene des optischen Systems angeordnet ist, um es nur einer be­ stimmten Strahlungsenergie selektiv zu gestatten, hierdurch durchzugelangen, um die Strahlungsenergie in vorausgewähl­ ten Einfallswinkeln auf die Probenoberfläche zu richten;
• - eine Einrichtung zur Aufsammlung von durch die Probe reflektierter, emittierter oder durchgelassener Energie, einschließlich einer zweiten Maskeneinrichtung, die ent­ fernbar annähernd in einer Fourier-Ebene oder einer kon­ jugierten Fourier-Ebene des optischen Systems angeordnet ist, um es selektiv nur einer bestimmten reflektierten, emittierten und/oder durchgelassenen Strahlungsenergie zu gestatten, hier durchzugelangen, die von der Probe in vor­ bestimmten Reflexions-, Emissions- oder Transmissionswin­ keln ausgegangen ist, und
• - einen Detektor in dem optischen Weg, welcher die durch die zweite Maske gelangende Strahlungsenergie empfängt, um ausgewählte Aspekte der Probe zu untersuchen.

2. Optisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Richten eine Hälfte eines Casse­ grain-Spiegelobjektivs umfaßt, welches zwischen der ersten Maske und der Probenebene angeordnet ist, und daß die Sammeleinrichtung die andere Hälfte des Cassegrain-Spie­ gelobjektivs umfaßt, die zwischen der Probenebene und der zweiten Maske angeordnet ist.

3. Optisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Richten ein erstes Spiegelsystem umfaßt, um einfallende Strahlungsenergie von der ersten Maskeneinrichtung auf die Probenoberfläche zu führen, und daß die Sammeleinrichtung ein zweites Spiegelsystem umfaßt, um Strahlungsenergie, die von der Probenoberfläche reflek­ tiert, emittiert oder durchgelassen wurde, auf die zweite Maskeneinrichtung zu leiten.

4. Optisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Maskeneinrichtung mehrere erste Masken auf­ weist, die jeweils zumindest eine Einlaßöffnung in sich aufweisen, die von einer ersten Maske zu einer weiteren variabel positioniert ist für unterschiedliche kalibrierte Winkel des Energiestrahleinfalls, wobei die ersten Masken jeweils ausgewählt und entfernbar in dem optischen Weg an­ gebracht werden entsprechend dem gewünschten Einfallswin­ kel für die Art der durchgeführten Probenuntersuchung.

5. Optisches System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßöffnungen bogenförmig sind, daß der Radius der bogenförmigen Einlaßöffnung von der Zentrumslinie der Optik von einer ersten Maske zu einer anderen variiert werden kann, und daß die bogenförmige Erstreckung der je­ weiligen Einlaßöffnungen von einer ersten Maske zu einer anderen variiert werden kann.

6. Optisches System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Maskeneinrichtung mehrere zweite Masken umfaßt, die jeweils in sich zumindest eine Auslaßöffnung haben, die von einer zweiten Maske zu einer weiteren variabel positioniert werden kann für unterschiedliche kalibrierte Winkel der Reflexion, Transmission und/oder Emission des Energiestrahls, wobei die zweiten Masken jeweils in dem optischen Pfad ausgesucht und entfernbar angebracht sind entsprechend dem gewünschten Reflexions- Transmissions- und/oder Emissionswinkel für die Art der durchgeführten Probenuntersuchung.

7. Optisches System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßöffnungen bogenförmig sind, daß der Radius der bogenförmigen Auslaßöffnung von der Zentrumslinie der Optik variiert werden kann von einer zweiten Maske zu ei­ ner weiteren, und daß die bogenförmige Erstreckung der Auslaßöffnung von einer zweiten Maske zu einer weiteren variiert werden kann.

8. Optisches System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Einlaß- und Auslaßöffnungen in den ersten bzw. zweiten Masken gleich ist.

9. Optisches System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaß- und Auslaßöffnungen gleich weit radial entfernt von der Zentrumslinie der Optik angeordnet sind.

10. Optisches System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaß- und Auslaßöffnungen nicht einander dia­ metral gegenüberliegend angeordnet sind.

11. Optisches System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaß- und Auslaßöffnungen radial ungleich von der Zentrumslinie der Optik entfernt angeordnet sind.

12. Optisches System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Einlaß- und Auslaßöffnungen in den ersten bzw. zweiten Masken ungleich ist.

13. Optisches System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaß- und Auslaßöffnungen in den ersten bzw. zweiten Masken ungleich in Radialrichtung von der Zen­ trumslinie der Optik entfernt angeordnet sind.

14. Optisches System nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaß- und Auslaßöffnungen nicht einander dia­ metral gegenüberliegend angeordnet sind.

15. Optisches System nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß mehr Auslaßöffnungen als Einlaßöffnungen vorgesehen sind.

16. Optisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Masken gemeinsam auf einem ein­ zigen Scheibenkörper vorgesehen sind.

17. Optisches System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Masken beide in der Fourier- Ebene angeordnet sind, die dem Cassegrain-Spiegelobjektiv am nächsten liegt.

18. Optisches System nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Masken in einer konjugierten Ebene der Fourier-Übertragungsebene angeordnet sind.

19. Optisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß weiterhin eine Gleitvorrichtung vorgesehen ist, in welcher zumindest zwei Aufnahmen angeordnet sind, wobei zumindest eine der Aufnahmen zumindest teilweise eine erste und eine zweite Maske enthält.

20. Optisches System nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitvorrichtung zwei Aufnahmen aufweist, und daß jede der Aufnahmen wahlweise in den optischen Weg des Systems einschiebbar ist.

21. Optisches System nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die andere Aufnahme eine zumindest teilweise in ihr angeordnete Betrachtungsmaske aufweist.

22. Optisches System nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die andere Aufnahme eine unterschiedliche erste und zweite Maske aufweist, die zumindest teilweise in die Auf­ nahme eingebettet sind.

23. Optisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Masken in unterschiedlichen Fourier-Ebenen auf gegenüberliegenden Seiten der Proben­ ebene angeordnet sind, um Transmissionsuntersuchungen durchzuführen.

24. Objektivsystem zur selektiven Kontrolle einer Öffnung eines optischen Weges für Strahlungsenergie, welche durch das System gelangt zu einer Probe, die in einer Proben­ ebene untersucht wird, hin und von dieser weg, gekenn­ zeichnet durch:

• - ein Verbindungsrohr, welches zur entfernbaren Befesti­ gung an einem Probenuntersuchungsinstrument ausgebildet ist;
• - eine Führungshalterungseinrichtung, die zumindest teil­ weise das Verbindungsrohr umgibt und durch dieses gehal­ tert ist, und die in sich einen Führungsschlitz aufweist,
• - eine Sekundäroptik eines Cassegrain-Spiegelobjektivs, die entlang der Zentrumslinie des optischen Weges durch die Führungshaltereinrichtung gehaltert ist;
• - einen durch die Führungshaltereinrichtung gehalterten äußeren Ring;
• - eine Primäroptik eines Cassegrain-Spiegelobjektivs, welche durch den äußeren Ring konzentrisch um die Zen­ trumslinie des optischen Weges herum gehaltert ist und optisch mit der Sekundäroptik zusammenarbeitet;
• - eine Gleitvorrichtung, die gleitbar in dem Führungs­ schlitz aufgenommen ist und in sich zumindest eine Auf­ nahmeeinrichtung aufweist;
• - eine entfernbare Maskeneinrichtung, die zumindest teilweise in der Gleitaufnahmeeinrichtung aufgenommen und in dem optischen Weg in einer Fourier-Ebene des Weges neben dem Cassegrain-Spiegelobjektiv angeordnet ist, wenn die Gleiteinrichtung ordnungsgemäß in dem Führungsschlitz positioniert ist, wobei die Masken­ einrichtung Einlaß- und Auslaßöffnungen aufweist, die Strahlungsenergie hier durchgeht in ausgewählten radia­ len Positionen in der Fourier-Ebene, um den Einfalls­ winkel der Strahlungsenergie auf die Probe nach dem Durchgang durch das Objektiv zu kontrollieren, und die Auslaßöffnungen durch sich Strahlungsenergie durchlas­ sen in ausgewählten radialen Positionen in der Fourier- Ebene, um den Winkel der reflektierten oder emittierten Energie zu kontrollieren, welche von der Probe durch das Objektiv und Auslaßöffnungen zu einem Detektor gelangt.

25. Optisches System nach Anspruch 24, dadurch gekennzeich­ net, daß weiterhin eine Einstellvorrichtung vorgesehen ist, um das Objektiv in bezug auf die Zentrumslinie des optischen Weges einzustellen und/oder die Primäroptik in bezug auf die Sekundäroptik.

26. Optisches System nach Anspruch 24, dadurch gekennzeich­ net, daß die entfernbare Maskeneinrichtung mehrere Mas­ ken umfaßt, die unterschiedliche Anordnungen von Einlaß­ und Auslaßöffnungen aufweisen, um zu gestatten, daß zahl­ reiche unterschiedliche Analysen der Probe vorgenommen werden können, wobei unterschiedliche Einfallswinkel ver­ wendet werden und unterschiedliche Winkel der Reflexion, Transmission oder Emission, die nachgewiesen wird.

27. Optisches System nach Anspruch 26, dadurch gekennzeich­ net, daß die Gleiteinrichtung auf sich mehrere beabstan­ dete Aufnahmevorrichtungen aufweist, die jeweils unter­ schiedliche Masken empfangen, um zu gestatten, daß die Masken selektiv in den optischen Weg eingeschoben und von diesem entfernt werden.

28. Verfahren zur Analyse einer Probe in einer Probenebene eines optischen Weges für Strahlungsenergie, gekennzeich­ net durch folgende Schritte:

• - Positionieren einer ersten Maskeneinlaßvorrichtung in einer Fourier-Ebene des optischen Weges, wobei die erste Maskenvorrichtung zumindest in sich eine Einlaßöffnung aufweist;
• - Durchlassen von Strahlungsenergie durch die erste Öff­ nung;
• - Reflektieren der durch die erste Öffnung durchgelasse­ nen Strahlungsenergie durch ein erstes Spiegelsystem;
• - Richten der Strahlungsenergie von dem ersten Spiegel­ system auf die Probe in einem vorbestimmten Einfallswin­ kel, der durch die relative Position der ersten Öffnung in der ersten Maskeneinrichtung festgelegt ist;
• - Reflektieren oder Durchlassen von Energie von der Probe zu einem zweiten Spiegelsystem;
• - Richten der Strahlungsenergie von dem zweiten Spiegel­ system auf eine zweite Maskenvorrichtung, die in einer Fourier-Ebene angeordnet ist, wobei die zweite Maskenvor­ richtung zumindest eine Auslaßöffnung aufweist;
• - Durchlassen der Strahlungsenergie durch die Auslaßöff­ nung, die von der Probe reflektiert oder von dieser durch­ gelassen wurde in vorbestimmten Reflexions- oder Trans­ missionswinkeln, die durch die relative Position der Aus­ laßöffnung in der zweiten Maskenvorrichtung festgelegt sind; und
• - Analysieren der Strahlungsenergie, welche durch die zweite Maskenvorrichtung gelangt ist, an einem Detektor.

29. Verfahren nach Anspruch 28, gekennzeichnet durch folgen­ de weitere Schritte:

• - Durchführung zumindest zweier unterschiedlicher Unter­ suchungen derselben Probe unter Verwendung unterschied­ licher Sätze von Einlaß- und Auslaßmasken, die unter­ schiedlich angeordnete und/oder konfigurierte Einlaß­ und Auslaßöffnungen in sich aufweisen;
• - Vergleichen der festgestellten Ergebnisse der unter­ schiedlichen Untersuchungen, um zwischen diesen Unter­ schiede zu erhalten; und
• - Verwendung der Unterschiede der Versuchsergebnisse zusammen mit mathematischen Algorithmen, um die Kompo­ nenten der Probe, die untersucht wird, genauer zu quan­ tifizieren und/oder ihre optischen Konstanten festzu­ stellen.

30. Optisches System zur Untersuchung von Proben, gekennzeich­ net durch:

• - eine in einer Probenebene des optischen Systems ange­ ordnete Probe, welche Strahlungsenergie aussendet;
• - eine Einrichtung zum Sammeln der von der Probe emit­ tierten Strahlungsenergie einschließlich einer Auslaß­ maskenvorrichtung, die entfernbar annähernd in einer Fourier-Ebene oder einer konjugierten Fourier-Ebene des optischen System angeordnet ist, um selektiv nur einer bestimmten emittierten Energie den Durchgang hierdurch zu gestatten, welche in einem vorbestimmten Emissions­ winkel emittiert wurde; und
• - einen Detektor in dem optischen Weg, welcher Strahlungs­ energie empfängt, die durch die Auslaßmaskenvorrichtung gelangt ist, um ausgewählte Eigenschaften der Probe zu untersuchen.