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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Erfindungsgebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der optischen Mikroskopie. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein neues reflektierendes Infrarotmikroskopobjektiv, welches die gleichzeitige Betrachtung sowohl des interessierenden Bereichs als auch eines wesentlich breiteren Gesichtsfelds ermöglicht.
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Erörterung der verwandten Technik
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Infrarot(IR)- und insbesondere Fourier-Transformation-Infrarot(FTIR)-Mikroskopsysteme ermöglichen eine optische spektroskopische Abfrage von im Wesentlichen kleinen Proben (zum Beispiel Flächen von ungefähr 25 μm × 25 μm) durch Abbilden der erfassten Bilddaten eines größeren Bereichs einer Probe mit einer definierten Raumauflösung. Demnach ist ein vorteilhafter Aspekt des FTIR-Mikroskops die Fähigkeit, Infrarotspektren von einem viel kleineren, definierten Bereich der Probematrix zu sammeln. Insbesondere die FTIR-Mikroskopie kann spektrale Informationen einer sehr kleinen Verunreinigung, die in einer Probe eingebettet ist, oder bestimmte Einzelheiten bezüglich chemischer Bestandteile oder andere Arten von räumlichen Informationen bereitstellen. Anwendungen, die derartige Mikroskope verwenden, können unter anderem im Bereich Biochemieanalyse, chemischer Analyse, Polymeranalyse, pharmazeutischer und Materialanalyse und Forensik liegen.
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Bei einem FTIR-Mikroskop kann das Objektiv eine Cassegrain-Anordnung aufweisen und zum Beispiel Vergrößerungen von ungefähr 15× und 40× aufweisen, wodurch die Optik eine große numerische Apertur und ein kleines Gesichtsfeld aufweisen muss. Es ist weitgehend akzeptiert, dass eine Verwendung von Auflichtoptiken bei derartigen Cassegrain-Anordnungen ein besserer Ansatz ist als die Verwendung von Durchlichtoptiken, da die Verwendung derartiger reflektierender Komponenten einen breiten Spektralbereich mit kleineren Reflexionsverlusten und minimalen chromatischen Abbildungsfehlern bereitstellt. Da Auflichtoptiken keine Wellenlängenbandpass-/-grenzeinschränkungen aufweisen, können sie darüber hinaus zur visuellen Beobachtung sowie zur Sammlung von Infrarotdaten verwendet werden.
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Die Verwendung von Auflichtoptiken schränkt jedoch die Flexibilität des Designers bei der Entwicklung eines Mikroskops, das eine geeignete Vergrößerung und gleichzeitig ein gewünschtes weites sichtbares Gesichtsfeld zur Anzielung erwünschter Proben aufweist, ein und macht variable Vergrößerung oft unpraktisch. Zum Ausgleich können derartige Mikroskope zum Beispiel mit einem aluminiumbeschichteten Kippspiegel oder einem dichroitischen Spiegel (reflektierend für IR/transparent für den sichtbaren Bereich) konfiguriert sein, um es einem Benutzer zu gestatten, zu beobachten und Daten zu sammeln, ohne das Objektiv oder die Vergrößerung zu ändern, während gleichzeitig der koaxiale Strahlenbündelweg von sichtbaren und IR-Licht erreicht wird. Diese bestimmte Anordnung weist jedoch seit längerem ein Problem im Bereich der IR-Mikroskopie auf, denn, wie es dem Durchschnittsfachmann bekannt ist, obwohl das sichtbare Gesichtsfeld trotz Laufs durch den gleichen Mikroskopstrahlenbündelweg allgemein etwas größer als das Infrarot-Gesichtsfeld ist, ist die sichtbare Anordnung dennoch durch die numerische Apertur (NA) und Vergrößerung des Objektivs recht eingeschränkt.
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In Umgehung einer solchen Einschränkung kann die Erfassung von Bildern mit größerem Gesichtsfeld alternativ durch Verknüpfung von mehreren Bildern (auch als „Mosaikbild” bekannt) in einem beliebigen Infrarotmikroskop, das mit einem motorisierten Probetisch ausgerüstet ist, erreicht werden. Dieses Vorgehen weist jedoch ebenfalls Nachteile auf, darunter: 1) die Qualität des verknüpften, rekonstruierten Bilds unterliegt einer Tischkalibration und die Ausrichtungsgenauigkeit unterliegt einer Bildvignettierung und anderen Beleuchtungsartefakten, 2) die Zeit, die zur Erfassung eines großen Bilds, das aus hunderten von Rahmen besteht, benötigt wird, beeinträchtigt die Gesamtmesskosten pro Analyse beträchtlich, 3) die Beleuchtung durch das Mikroskopobjektiv ist abhängig von einer intrinsischen Stärke der Beleuchtungsmittel mit sichtbarem Licht, Probenreflektivität oder Undurchsichtigkeit usw., und 4) ohne gut kalibriertem motorisierten Tisch (d. h. manueller Tisch) ist eine Bilderfassung mit großem Gesichtsfeld – ohne Änderung der Objektivvergrößerung – unmöglich.
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Dementsprechend besteht ein Bedarf zur Bereitstellung einer Verbesserung des gesamten Cassegrain-Objektivs (d. h. eines Schwarzschild/Cassegrain-Objektivs), wie es in IR-Mikroskopen verwendet wird, damit das Mikroskop den erprobten Bereich zeiteffektiv finden kann. Die vorliegenden Ausführungsformen, wie sie hier offenbart sind, gehen diesen Bedarf an durch eine neuartige Verwendung eines mit dem Sekundärspiegel eines solchen Objektivs gekoppelten Kamera-Arrays, um ein weites Gesichtsfeld zur Anzielung erwünschter Probegebiete zu ermöglichen, um unter einigen Aspekten eine schnelle und effiziente Verwendung des Instruments bereitzustellen.
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KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung zielt auf ein Infrarot(IR)-Mikroskop ab, das mit einer sichtbaren Kamera konfiguriert ist, deren optische Achse mit dem (IR)- und sichtbaren Hauptstrahlenbündelweg des Mikroskops kollinear ist, aber außerhalb des optischen Wegs liegt, der die Bildvergrößerung bereitstellt. Insbesondere enthält das hier offenbarte Infrarot(IR)-Mikroskop ein reflektierendes Objektiv, das mit einem Primärspiegel und einem Sekundärspiegel konfiguriert ist, wobei der Primär- und der Sekundärspiegel veranlassen, dass einfallende (IR)-Strahlung nach Durchlauf durch das reflektierende Objektiv in einer Probenebene fokussiert wird, um durch die Probe induzierte Vergrößerungsabbildungs- und spektroskopische Informationen zu bilden, und ein Kamera-Array, wie es mit dem Sekundärspiegel gekoppelt ist, stellt ein weites Gesichtsfeld bereit, um bei Betrieb des (IR)-Systems leichtes Anzielen von Probegebieten zu ermöglichen. Es versteht sich weiterhin, dass die optische Achse der Kamera ferner mit der optischen Achse der einfallenden (IR)-Strahlung kollinear ist, aber außerhalb des optischen Wegs liegt, um nicht mit der einfallenden (IR)-Strahlung, die die Vergrößerungsabbildungs- und spektroskopischen Informationen bereitstellt, zu interferieren.
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Demnach stellt die vorliegende die Integration einer Kamera mit großem Gesichtsfeld und eines Beleuchtungsmittels (zum Beispiel LED-Mehrwinkelbeleuchtungsmittel) bereit, die Folgendes ermöglicht: 1) Videoerfassung eines wesentlich größeren Bereichs als der von dem Objektiv bereitgestellte, 2) reduziert die Videosammlungszeit beträchtlich (in der Regel ein Rahmen statt hunderte von Rahmen), was auch die Gesamtanalysezeit (Kosten) verbessert, 3) stellt eine hellere Beleuchtung als eingebaute Beleuchtungsmittel vom Abbe- oder Köhler-Typ bereit, womit ein breiterer Bereich von Proben mit verschiedenen optischen und Oberflächeneigenschaften abgedeckt werden kann, und 4) eröffnet das einfache Finden von Proben durch Betrachtung mit großem Gesichtsfeld bei Mikroskopen, die mit einem manuellen Tisch und einem einzigen/festgelegten Objektiv ausgestattet sind, wodurch die implizierten Kosten erheblich reduziert werden.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt ein beispielhaftes Mikroskop, das mit dem hier offenbarten verbesserten Schwarzschild-Objektiv konfiguriert werden kann.
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2A und 2B zeigen jeweils eine beispielhafte Aufgliederung der Komponenten, die das Schwarzschild/Cassegrain-Objektiv ausmachen und die resultierende Anordnung.
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3 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform des Schwarzschild/Cassegrain-Objektivs, das mit dem bzw. den hier offenbarten sichtbaren Fernfeldbildgebungsanordnung(en) konfiguriert ist.
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4A zeigt ein beispielhaftes Fernfeldbild unter Verwendung des sichtbaren Bildgebungssystems, wie es mit dem Schwarzschild/Cassegrain-Objektiv gekoppelt ist.
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4B zeigt ein vergrößertes IR-Bild, das von dem Schwarzschild/Cassegrain-Objektiv bereitgestellt wird, wie es durch das in 4A gezeigte sichtbare Bildgebungssystem angezielt wird.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Bei der Beschreibung der vorliegenden Erfindung versteht sich, dass ein im Singular erscheinendes Wort sein Pluralgegenstück umfasst und ein im Plural erscheinendes Wort sein Singulargegenstück umfasst, wenn nicht implizit oder explizit verstanden oder anderweitig festgestellt. Weiterhin versteht sich, dass für eine gegebene Komponente oder Ausführungsform, die hierin beschrieben ist, ein beliebiger der möglichen Kandidaten oder eine beliebige der möglichen Alternativen, die für diese Komponente aufgeführt sind, allgemein individuell oder in Kombination mit einem oder einer anderen verwendet werden kann, sofern dies nicht implizit oder explizit verstanden wird oder anderweitig festgestellt ist. Überdies ist zu verstehen, dass die hier dargestellten Figuren nicht notwendigerweise maßstabsgerecht gezeichnet sind, wobei einige der Elemente lediglich aus Gründen der Klarheit der Erfindung gezeichnet sein können. Auch können Bezugszahlen unter den verschiedenen Figuren wiederholt werden, um entsprechende oder analoge Elemente zu zeigen. Zusätzlich ist zu verstehen, dass jede Liste solcher Kandidaten oder Alternativen lediglich der Erläuterung dient und nicht einschränkend ist, es sei denn, dass etwas anderes implizit oder explizit zu verstehen gegeben wird oder ausgesagt wird. Zusätzlich ist zu verstehen, dass, sofern nichts anderes angegeben wird, Zahlen, die Mengen von Inhaltsstoffen, Bestandteilen, Reaktionsbedingungen usw. ausdrücken, die in der Beschreibung und den Ansprüchen verwendet werden, als durch den Begriff ”etwa” modifiziert zu verstehen sind.
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Demgemäß sind, sofern nichts gegenteiliges angegeben wird, die in der Beschreibung und den anliegenden Ansprüchen dargelegten Zahlenparameter Näherungen, die abhängig von den gewünschten Eigenschaften variieren können, die durch den hier vorgestellten Erfindungsgegenstand erhalten werden sollen. Zumindest und nicht als Versuch, die Anwendung der Lehre von gleichwertigen Ausgestaltungen zum Schutzumfang der Ansprüche einzuschränken, sollte jeder Zahlenparameter zumindest angesichts der Anzahl erwähnter signifikanter Stellen und durch Anwenden gewöhnlicher Rundungstechniken ausgelegt werden. Ungeachtet dessen, dass die Zahlenbereiche und -parameter, die den breiten Schutzumfang des hier vorgestellten Erfindungsgegenstands darlegen, Näherungen sind, sind die in den spezifischen Beispielen dargelegten Zahlenwerte so genau wie möglich angegeben. Alle Zahlenwerte weisen jedoch inhärent bestimmte Fehler auf, die sich notwendigerweise aus der in ihren jeweiligen Testmessungen vorgefundenen Standardabweichung ergeben.
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Allgemeine Beschreibung
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Wie dem Durchschnittsfachmann bekannt ist, ist die Schwarzschild-Ausführung lediglich eine Umkehr des grundlegenden Cassegrain-Teleobjektivs, und aufgrund ihrer Kompaktheit ist sie eine erwünschte Konfiguration bei Verwendung in IR-Anwendungen. Mit Bezug auf reflektierende Schwarzschild/Cassegrain-Objektive, wie sie bei Infrarot(IR)-Mikroskopen, wie zum Beispiel Fourier-Transformation-Infrarot(FTIR)-Mikroskopen, verwendet werden, bietet die Ausführung des Objektivs über eine Reihe von Wellenlängen von Strahlungsenergie eine gute Bildqualität. Die Fähigkeit, Strahlungsenergie mit verschiedenen Wellenlängen abzubilden, ist für gegenwärtige Mikroskopie wichtig, da eine Probe oft mit Strahlungsenergie mit Wellenlängen bis in den ferninfraroten Bereich untersucht wird.
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Während dies für IR-Anwendungen vorteilhaft ist, liegt das zuvor erwähnte seit längerer Zeit bekannte Problem im Abschnitt über den Hintergrund bei Verwendung eines Schwarzschild/Cassegrain-Objektivs in der Schwierigkeit beim Auffinden erwünschter Zielprobengebiete auf Basis des inhärenten eingeschränkten Gesichtsfelds. Da häufig angewandte stromaufwärts liegende sichtbare Bildgebungszubehörteile auf Basis der reflektierenden Geometrie die gleiche numerische Apertur verwenden müssen, leiden derartige Systeme ebenfalls unter einem eingeschränkten Gesichtsfeld. Auch wenn das erwünschte Zielgebiet ohne Hilfe derartiger Zubehörbildgebungssysteme zum Beispiel über Abbildung eines größeren Bereichs der Probenebene gefunden werden kann, können die Abfragezeitrahmen dennoch zu einer ineffizienten Verwendung des Instruments führen.
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Um derartige Schwierigkeiten zu überwinden, beziehen sich die neuartigen vorliegenden Ausführungsformen auf eine Anordnung einer sichtbaren Kamera, deren optische Achse mit dem (IR)- und sichtbaren Hauptstrahlenbündelweg des Mikroskops kollinear ist, aber außerhalb des optischen Wegs liegt, der die Bildvergrößerung bereitstellt. Die Kamera selbst ist an einer Stelle angeordnet, so dass sie nicht mit dem Rest des IR-Strahlenbündels interferieren kann oder die Leistung des restlichen Systems anderweitig reduzieren kann. Eine beispielhafte und vorteilhafte Befestigungsstelle dieser Kamera zur Erfüllung dieser Kriterien ist die Rückseite des Sekundärspiegels am Cassegrain-Objektiv. Dort kann eine kleine Kamera mit einer geeigneten Linse zum Zeigen eines weiten Gesichtsfelds angeordnet und festgelegt werden. Software kann zum Schalten zwischen der Fernfeld- und Nahfeldkamera verwendet werden, damit der Benutzer schnell einen Bereich der Probe auswählen kann. Eine weitere beispielhafte Ausführungsform betrifft die Verwendung eines Wellenleiters zur Befestigung der Kamera an der Seite des Objektivs und Durchführung der Faser durch das Objektiv, so dass sie am hinteren Ende des Sekundärspiegels herausragt. Als weiterer vorteilhafter Aspekt wird die Bildgebung selbst in einem dunklen Raum über einen oder mehrere Mehrwinkelbeleuchtungsmittel (zum Beispiel Weißlicht-LEDs) möglich, wie mit den hier bereitgestellten Ausführungsformen konfiguriert.
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Konkrete Beschreibung
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1 veranschaulicht graphisch ein beispielhaftes IR-Mikroskop (zum Beispiel FTIR), das mit den erfindungsgemäßen Ausführungsformen des verbesserten Schwarzschild-Objektivs 200 konfiguriert sein kann (nur der Primärspiegel 44 ist gezeigt). Ein Strahlenbündel 40, das aus einer oder mehreren optischen Komponenten 39 konfiguriert ist, wird von einer modulierten Quelle (nicht gezeigt) bereitgestellt. Während eine große Anzahl von Strahlen verwendet wird, sind der Einfachheit halber und zum besseren Lesen nur 5 beispielhafte Strahlen des Strahlenbündels 40 gezeigt. Das Strahlenbündel beleuchtet einen großen Bereich in der „Feldebene” 42 (auch mit bildgebenden Richtungspfeilen X1 und Y1 gezeigt). Dies ist auch die Schnittebene des Schwarzschild-Objektivs 200. Zwei Sätze beispielhafter Strahlen sind angedeutet, wobei der Strahl 46 auf die Mitte der Feldebene fällt und Strahl 48 auf einen Rand fällt.
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Die Hälfte des Strahlenbündels 40' tritt durch einen dazwischen angeordneten Richtungsspiegel 50 und wird von dem Schwarzschild-Objektiv 200 auf eine Probe (nicht gezeigt), die interessierende Bereiche aufweist, die in einer mit x2, y2 bezeichneten Probenebene konfiguriert sind, gerichtet. Das Objektiv 200 kann mit Vergrößerungen von etwa 15× bis etwa 40× konfiguriert sein.
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Aufgrund der Symmetrie des Systems werden Strahlen, die von der in der Ebene x2, y2 angeordneten Probe (nicht gezeigt) reflektiert/gestreut werden, auf eine Detektorebene 56 (in der Darstellung sind nun die bildgebenden Richtungspfeile gedreht, bezeichnen aber erneut x2, y2), mit den gleichen Vergrößerungsfaktoren, d. h. ungefähr eine 1:1-Bildgebung zwischen der Feldebene 42 und der Detektorebene 56, abgebildet. Ein Detektor (nicht gezeigt) in der Detektorebene 56 kann oft als Zeilen-Array von Elementen konfiguriert sein, das entlang der x-Achse (d. h. der mit 58 bezeichnete Pfeil mit Bezug auf die Detektorebene 56) orientiert ist.
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2A veranschaulicht graphisch eine beispielhafte Aufgliederung der Komponenten, die das Schwarzschild-Objektiv 200, das in 1 gezeigt ist, ausmacht. Insbesondere zeigt 2A ein Objektivgehäuse 32, das dazu konfiguriert ist, derart mit einer Kondensoraufnahme 46 gekoppelt zu werden (mittels Gewindemittel (nicht gezeigt)), dass ein sphärischer Primärspiegel 44 innerhalb seiner Aufnahme 36 (gestrichelte Phantomlinien werden zur Darstellung des Primärspiegels 44 benutzt) mit vorbestimmten Abständen zu einem ausgeführten Sekundärspiegel 48, der fest mit der Kondensoraufnahme 46 gekoppelt ist, angeordnet werden kann. Mit Bezug auf die Kondensoraufnahme 46 enthält sie speziell eine Spinnenanordnung, die im Wesentlichen eine oder mehrere ausgebildete Trägerstrukturen 49 (Speichen, Stege usw.) enthält, die derart angeordnet sind, dass sie sich nach außen in eine Ebene erstrecken, die zum zentral gekoppelten Sekundärspiegel 48 senkrecht ist. Außerdem zeigt 2A eine Apertur 35, die innerhalb des Primärspiegels 44 dazu konfiguriert ist, dass einfallende gerichtete optische Energie dort hindurch auf den Sekundärspiegel 48 fallen kann. Außerdem zu beachten sind die Öffnungen 50 um die Trägerstrukturen 49 herum, mit denen resultierendes gesammeltes Licht um derartige Strukturen 49 herum gerichtet werden und auf eine gewünschte Probenebene fokussiert werden kann, wie im Folgenden ausführlich erörtert wird. Bei einer derartigen Anordnung ist der Sekundärspiegel 48 so mit dem Primärspiegel 44 konfiguriert, dass eine zusammengebaute Anordnung 200' (wie in 2B gezeigt) dafür sorgt, dass die angeordneten optischen Komponenten (d. h. Primärspiegel 44 und Sekundärspiegel 48) mit gewünschten Abständen angeordnet und auf der optischen Achse 30 ausgerichtet sind, um ein gewünschtes Schwarzschild-Objektiv bereitzustellen, das hier verwendet werden kann.
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3 zeigt eine nichteinschränkende beispielhafte Ausführungsform der Objektiv- und sichtbaren Fernfeldbildgebungseinrichtung, die nun allgemein mit dem Bezugszeichen 300 bezeichnet wird, und stellt, in Kombination mit 2A, eine Würdigung der Neuigkeit und vorteilhaften Aspekte der offenbarten Konfigurationen für den Leser der vorliegenden Anmeldung bereit. In Erörterung von 3 sind der Primärspiegel 44 und der Sekundärspiegel 48 entlang der optischen Achse 30 ausgerichtet und in den in 2A gezeigten Strukturen angeordnet, um ein Schwarzschild/Cassegrain-Mikroskopobjektiv bereitzustellen.
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Der Primärspiegel 44, wie er dem Fachmann bekannt ist, weist eine verspiegelte Oberfläche 43 auf und eine Apertur 35 (auch von einem Doppelpfeil angegeben), die dazu ausgeführt ist, einfallende optische Abfrageenergie 31 und austretende optische spektroskopische/bildgebende Informationen 31' durchzulassen (wie auch von den Doppelpfeilen entlang des resultierenden Strahlenbündelwegs bezeichnet). Die einfallende optische Abfrageenergie 31, die durch die Apertur 35 tritt, wird somit von der verspiegelten Oberfläche 47 des Sekundärspiegels 48 reflektiert und auf die verspiegelte Oberfläche 43 des Primärspiegels 44 umgelenkt, um so letztendlich nach einem Durchlauf um die ausgebildeten Strukturen 49 herum, die die Spinnenanordnung bilden, wie zuvor bei 2A erörtert, in einer erwünschten Probenebene 33 (d. h. an einer Zielstelle einer Probe 54) einen Brennpunkt zu bilden.
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Während 3 allgemein zwei Reflexionen von jeder verspiegelten Oberfläche 43, 47 zeigt, versteht es sich, dass die Anzahl von den Ausführungseinschränkungen abhängt, damit auf Wunsch eine gewünschte festgelegte oder variable Vergrößerung mit einer entsprechenden Bildqualität für das hier verwendete Objektiv 300 ermöglicht wird.
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Wie in der allgemeinen Beschreibung oben erwähnt wird, ist ein Schlüsselaspekt der hier offenbarten Konfigurationen die Anordnung einer Kamera 52 (zum Beispiel eines Kamera-Arrays), die oft mit einer gewünschten Linse (nicht gezeigt) konfiguriert ist, so dass sie nicht mit dem einfallenden IR-optischen Abfragestrahlenbündel 31 interferiert oder die Leistung (zum Beispiel optischer Durchsatz) des restlichen Systems anderweitig reduziert. Wie in 3 gezeigt, ist die Kamera insbesondere bevorzugt mit der Rückseite 47' des Sekundärspiegels 48 auf dem Cassegrain-Objektiv 300 (zum Beispiel über einen Klebstoff) gekoppelt.
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Als alternative Anordnung kann eine Fassung (nicht gezeigt) für den Sekundärspiegel 48 hergestellt oder ausgebildet werden, so dass eine Aushöhlung (nicht gezeigt) bereitgestellt wird, durch die eine kleine Kamera in einer festgelegten Position mit einer geeigneten Linse zur Erhaltung eines weiten Gesichtsfelds, das kollinear mit dem Gesamtobjektiv 300 ausgerichtet ist, angeordnet werden kann. Danach können positionssoftwaregesteuerte Markierungen unter Verwendung des Fernfeldbilds der Kamera 52 eine gewünschte vom Objektiv 300 angezielte Stelle finden. Eine weitere beispielhafte Ausführungsform liegt in der Verwendung eines Wellenleiters 62 (als gestrichelte Phantomlinien gezeigt) zur Befestigung der Kamera (auch in Phantomlinien gezeigt und nun mit 52' bezeichnet) an der Seite des Objektivs und in der Durchführung der Faser durch das Objektiv, so dass sie hinten aus dem Sekundärspiegel 48 hervorragt. Als weitere Anordnung kann ein Umlenkprisma (nicht gezeigt) am distalen Ende des Wellenleiters 62 (d. h. am nahe des Sekundärspiegels 48 angeordneten Ende) zum Umlenken der Bildgebungsinformationen angebracht werden, um so die in der Technik bekannten optischen Umlenkradiusprobleme zu überwinden.
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Der Betrieb des in 1 gezeigten Mikroskops mit dem in 3 gezeigten Objektiv kann gesteuert und Data könnten erfasst werden mittels eines Steuer- und Datensystems (nicht gezeigt) mit verschiedenen Schaltkreisen bekannter Art, das als ein beliebiger oder eine Kombination aus allgemeinen oder zweckbestimmten Prozessoren (digitale Signalprozessoren (DSP)), Firmware, Software implementiert sein kann, um Instrumentensteuerung und Datenanalyse für die hier offenbarten Instrumente bereitzustellen. Derartige Verarbeitung der Daten kann auch unter anderem ein Mitteln, Entfalten, spektrale Vergleiche, Bibliotheksuchen, Datenspeicherung und Datenerfassung enthalten.
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Zusätzlich können derartige Anweisungen und Steuerfunktionen, wie oben beschrieben, auch von einem in 1 gezeigten System implementiert werden, wie es von einem maschinenlesbaren Medium (zum Beispiel einem computerlesbaren Medium) bereitgestellt wird. Gemäß Aspekten der vorliegenden Erfindung bezieht sich ein computerlesbares Medium auf Medien, die dem Durchschnittsfachmann bekannt sind und von ihm verstanden werden und codierte Informationen besitzen, die in einer Form bereitgestellt sind, in der sie von einer Maschine/einem Computer gelesen (zum Beispiel gescannt/erfasst) und von der Hardware und/oder Software der Maschine/des Computers interpretiert werden können. Ein derartiges System kann außerdem eine benutzerfreudliche graphische Oberfläche mit Auswahl- und Anklickmöglichkeiten enthalten, um Einzelspektrum- oder Mehrfachspektrumssammlung sowie Abbildungsanwendungen über einen gewünschten Bereich bereitzustellen. Alle sichtbaren oder (IR)-Bilder können gespeichert und vom Benutzer zur Anzeige abgerufen werden. Wenn ein angezielter Bereich von dem hier offenbarten sichtbaren Bildgebungssystem zur Datensammlung spezifiziert wurde, kann von dem Gebiet ein Videobild zur Speicherung mit einer resultierenden Datei erfasst und von dem Steuer- und Datensystem verarbeitet werden, um auf Wunsch ein Fokussieren der Probe über das Mikroskop zu ermöglichen, um (IR)-Datenerfassung bereitzustellen.
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Man beachte auch, dass die gewählte Kamera 52 klein genug sein muss (zum Beispiel vom Durchmesser her), dass sie nicht über die Rückseite 47' des Sekundärspiegel 48 herausragt und sie mit der (IR)-Abfragestrahlung interferieren könnte. Darüber hinaus darf die Kamera 52 nicht so breit sein, dass sie die Fokussierungsfähigkeit des Objektivs 300 stört, da die Arbeitsabstände (zum Beispiel ein Arbeitsabstand von etwa 2 cm) für derartige Instrumente aufgrund der reflektierenden Cassegrain-Geometrie oft klein sind. Strom- und Bildkabel (nicht gezeigt), die mit der Kamera 52 gekoppelt sind, können zum Beispiel um eine der Strukturen 49 der Spinnenanordnung angeordnet sein und auf notwendige Hardware- und Software-Steuerungen gerichtet sein, ohne dabei mit der einfallenden Strahlung zu interferieren.
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Als weitere beispielhafte Anordnung zur Bereitstellung einer verbesserten Bildqualität können eine oder mehrere konfigurierte Lichtquellen 60 (zum Beispiel Weißlicht-LEDs) um die Kondensoraufnahme 46 befestigt werden, so dass wenn nötig eine ausreichende Beleuchtung zur Probenebene 33 bereitgestellt wird. Es versteht sich auch, dass aufgrund der Tatsache, dass das Gesichtsfeld des Objektivs eine Größenordnung von etwa 150 μm bis etwa 500 μm beträgt, ein erwünschtes größeres Gesichtsfeld der Kamera 52, in 3 gezeigt, mindestens eine Größenordnung von vorzugsweise mindestens etwa 2 mm bis etwa 20 mm, oft etwa 5 mm bis etwa 10 mm, aufweist.
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Bei der Kamera selbst handelt es sich oft um ein Kamera-Array, wie zum Beispiel einem CMOS-Sensor (CMOS – komplementärsymmetrischer Metalloxidhalbleiter), der häufig in Computern oder der Zellulartelefontechnologie verwendet wird. Während es sich bei CCDs um eine ausgereiftere Technologie handelt, sind CMOS-Kameras billiger herzustellen und laufen mit niedrigeren Versorgungsspannungen und verbrauchen in der Regel weniger Energie. Dementsprechend erzeugen CMOS-Bauteile nicht so viel Abwärme wie andere Formen von Logik und 5 sind somit für diese Anwendung wünschenswert und stellen bei Kopplung mit den Objektiven, wie hier gezeigt, eine mehr als ausreichende Bildqualität eines angezielten Probegebiets bereit. Obgleich ein CMOS-Sensor bevorzugt ist, versteht es sich jedoch, dass bei einem Bedarf von Bilddaten hoher Qualität auch eine CCD-Kamera als die allgemein in 3 gezeigte Kamera 52 verwendet werden kann. Während derartige Kameras oft ein Nahinfrarotfilter (NIR) enthalten, um die entsprechende Strahlung zu blockieren, kann das Filter falls gewünscht von der Kamera entfernt werden, wenn eine (NIR)-Bildgebung erwünscht ist.
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4A zeigt ein beispielhaftes Kamerabild auf gedrucktem Material, das von einer CMOS-Kamera mit einem Gesichtsfeld von zwischen 5–10 mm bereitgestellt wird. Ein angezieltes Gebiet 72 (graphisch als hellerer Bereich um einen Abschnitt des Buchstabens F herum gezeigt) ist mittels automatischer Software-Steuerung und/oder durch Bedienermanipulation von der CMOS-Kamera abgebildet. Ein derartiges angezieltes Gebiet 72 wird daraufhin mit dem Mikroskopobjektiv 300 von 3 spektroskopisch untersucht, was auch das in 4B gezeigte vergrößerte Nahfeldbild ermöglicht. Man beachte das Kontrastgebiet 80, welches die Grenze zwischen dem Papiersubstratmaterial 82 und dem Abschnitt mit dem eingebetteten dunklen Schriftzug 84 um den Buchstaben F herum angibt, welcher von dem Kamera-Array, wie in 4A gezeigt, angezielt wurde.
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Es versteht sich, dass mit Bezug auf die verschiedenen vorliegenden Ausführungen beschriebene Merkmale beliebig kombiniert werden können, ohne vom Gedanken und Umfang der Erfindung abzuweichen. Obwohl verschiedene ausgewählte Ausführungsformen ausführlich veranschaulicht und beschrieben worden sind, versteht es sich, dass diese beispielhaft sind, und dass eine Reihe von Substitutionen und Änderungen möglich sind, ohne vom Gedanken und Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
