DE69203830T3

DE69203830T3 - Konfokale spektroskopie.

Info

Publication number: DE69203830T3
Application number: DE69203830T
Authority: DE
Inventors: David Batchelder
Original assignee: Renishaw PLC
Current assignee: Renishaw PLC
Priority date: 1991-06-08
Filing date: 1992-06-08
Publication date: 2002-08-14
Anticipated expiration: 2012-06-09
Also published as: DE69203830T2; EP0542962A1; EP0542962B1; DE69203830D1; WO1992022793A1; JPH06500637A; JP3377209B2; EP0542962B2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Diese Erfindung bezieht sich auf Vorrichtungen und Verfahren, in welchen Spektroskopie verwendet wird, um eine Probe zu analysieren, wobei zum Beispiel Gebrauch vom Raman-Effekt gemacht wird.
Der Raman-Effekt ist ein Phänomen, in welchem eine Probe einfallendes Licht einer gegebenen Frequenz in ein Frequenzspektrum streut, welches Linien aufweist, die durch Wechselwirkung des einfallenden Lichtes mit den Molekülen verursacht werden, die die Probe bilden. Verschiedene molekulare Spezies weisen verschiedene charakteristische Raman- Spektren auf, und so kann der Effekt verwendet werden, um die vorliegende Molekularart zu analysieren.
Vorherige Anordnungen von Raman-Analysevorrichtung sind in einem Artikel "Raman Microprobe and Microscope with Laser Excitation", M. Delhaye und P. Dhamelincourt, Journal of Raman Spectroscopy, 3 (1975), 33-43, beschrieben worden und auch in unserer früheren internationalen Patentbeschreibung WO 90/07108. Eine Probe wird mit monochromatischem Licht aus einem Laser bestrahlt, und das gestreute Licht wird analysiert, um eine spezielle Linie des resultierenden Raman-Spektrums auszuwählen. Die Analyse kann durch eine dispersive Vorrichtung wie ein Beugungsgitter, zum Beispiel in einem Monochromator durchgeführt werden, oder sie kann wie in WO 90/07108 beschrieben durchgeführt werden, indem ein nicht dispersiver abstimmbarer Filter verwendet wird. WO 90/07108 offenbart auch, daß das resultierte ramangestreute Licht auf eine ladungsgekoppelte Vorrichtung (CCD) fokussiert werden kann, welche ein zweidimensionales Photodetektorfeld ist.
Andere spektroskopische Techniken sind auch bekannt, in welchen eine Probe mit monochromatischem oder sogar polychromatischem Licht bestrahlt wird und das gestreute Licht analysiert wird. Beispiele umfassen Fluoreszenz-Spektroskopie und Infrarot-Spektroskopie. Die vorliegende Erfindung ist auch auf derartige Techniken anwendbar.
Es ist möglich, derartige Techniken in einer konfokalen Weise zu verwenden, um nur Licht zu analysieren, das aus einer bestimmten Ebene in der Probe gestreut wird. Dies bezieht mit ein, daß das gestreute Licht durch einen räumlichen Filter geführt wird, der ein sehr kleines Pinhole bzw. eine sehr kleine Lochblende (typischerweise 10 um) am Fokus eines Linsensystems umfaßt. Licht, das aus der erforderten Ebene gestreut wird, wird zu einem engen Fokus bei der Lochblende gebracht und tritt hindurch, wohingegen Licht aus anderen Ebenen nicht so stark fokussiert ist und blockiert wird. Vergleiche zum Beispiel G. J. Puppels et al., Nature, Vol. 347, 20. September 1990, Seiten 301 bis 303.Jedoch ist ein derartiges räumliches Filter sehr schwierig korrekt aufzustellen, wegen des Bedarfs nach sorgfältiger Ausrichtung der optischen Komponenten, um eine Fokussierung des gestreuten Lichtes auf die sehr kleine Lochblende sicherzustellen. Aus demselben Grund ist es schwierig, die optischen Komponenten korrekt in der Ausrichtung nach dem anfänglichen Aufbauen zu halten, und das System ist auch auf Vibration anfällig. Die Ausrichtung ist insbesondere schwierig in Systemen durchzuführen, wo nur sehr niedrige Niveaus gestreuten Lichtes für die Analyse verfügbar sind, wie Raman-Systeme, da es dann unmöglich ist, das fokussierte Licht zu sehen.
Die EP-A-485 803 ist eine frühere europäische Patentanmeldung, die nach dem Prioritätsdatum der vorliegenden Anmeldung veröffentlicht wurde. Sie offenbart ein konfokales Mikroskop, in dem eine Probe mit einem Gitter von Punkten beleuchtet wird. Diese Punkte werden dann auf photoempfindlichen Bereichen eines Detektors abgebildet, der konfokal wirkt.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung sieht ein Spektroskopieverfahren gemäß den Ansprüchen 1 und 2 vor.
Die Erfindung sieht auch eine Vorrichtung zum Durchführen dieses Verfahrens gemäß Anspruch 7 vor.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist ein schematisches Diagramm eines ersten Ausführungsbeispiels der Raman-Analysevorrichtung;
Fig. 2 und 3 sind schematische Draufsichten von Teilen einer CCD, wenn sie mit der Vorrichtung von Fig. 1 verwendet wird;
Fig. 4 ist ein schematisches Diagramm weiterer Ausführungsbeispiele der Raman-Analysevorrichtung;
Fig. 5 ist eine schematische Draufsicht eines Teils einer CCD, wenn es mit den Ausführungsbeispielen in Fig. 4 verwendet wird; und
Fig. 6 und 7 sind Draufsichten einer CCD, die zum Erklären eines anderen Ausführungsbeispiels der Raman- Analysevorrichtung verwendet werden.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Das erste Ausführungsbeispiel der Vorrichtung, die in Fig. 1 veranschaulicht ist, basiert auf der Vorrichtung, die in WO 90/07108 gezeigt ist, welche hierin durch Bezugnahme eingegliedert wird, und auf welche der Leser für weitere Details Bezug nehmen sollte. Ein Eingangslaserbündel 10 wird um 90º durch einen dichroitischen Filter 12 reflektiert, der unter 45º zum optischen Weg angeordnet ist. Das Laserbündel tritt dann zu einer Mikroskopobjektivlinse 16, welche ihn zu einem Fleck bei seinem Brennpunkt 19 auf eine Probe 18 fokussiert. Licht wird von der Probe bei diesem beleuchteten Fleck gestreut und durch das Mikroskopobjektiv 16 gesammelt und zu einem parallelen Strahl kollimiert, welcher zurück zu dem dichroitischen Filter 12 tritt. Der Filter 12 weist Rayleigh-gestreutes Licht mit der gleichen Frequenz wie das Eingangslaserbündel 10 zurück und transmittiert das raman-gestreute Licht. Das raman-gestreute Licht tritt dann zu einem Raman-Analysator 20.
Der Raman-Analysator 20 kann ein oder mehrere abstimmbare nicht dispersive Filter zum Auswählen einer Raman-Linie von Interesse umfassen, wie in WO 90/07108 offenbart. In alternativer Weise kann er ein dispersives Element wie ein Beugungsgitter entweder in einer herkömmlichen Monochromatoranordnung oder in der in unserer UK-Patentanmeldung Nr. 91 244 08.7 beschriebenen Anordnung umfassen. In jedem Fall wird das Licht aus dem Analysator 20 durch eine Linse 22 auf einen geeigneten Photodetektor fokussiert. Ein zweidimensionales Photodetektorfeld wird bevorzugt. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird eine ladungsgekoppelte Vorrichtung (CCD) 24 verwendet, welche aus einem zweidimensionalen Feld von Pixeln besteht, und welches mit einem Computer 25 verbunden ist, welcher Daten aus jedem der Pixel erlangt und sie wie erforderlich analysiert. Wo der Raman-Analysator 20 ein abstimmbares, nicht dispersives Filter umfaßt, wird Licht der ausgewählten Raman-Frequenz bei 26 auf die CCD 24 fokussiert. Wo ein dispersives Element wie ein Beugungsgitter verwendet wird, erzeugt der Analysator 20 keinen einzelnen Fleck, sondern ein Spektrum mit verschiedenen Bändern wie durch unterbrochene Linien 28 angedeutet, die in einer Linie längs der CCD 24 ausgebreitet sind.
Licht aus dem Brennpunkt 19 der Linse 16 wird zu einem engen Fokus bei 26 auf die CCD gebracht. Jedoch wird, wie durch die unterbrochenen Linien 36 veranschaulicht, Licht von vor oder hinter dem Brennpunkt 19 zu einem diffuseren Fokus gebracht. In dem Fall, wo ein nicht dispersives Filter für den Analysator 20 verwendet wird, ist der Effekt in Fig. 2 veranschaulicht, welche eine Draufsicht des Teils der CCD 24 ist. Individuelle Pixel der CCD sind als Quadrate 40 gezeigt. Die Pixel können typischerweise einen Abstand von 22 um oder weniger aufweisen. Ein Kreis 26 repräsentiert die Verteilung von Licht, das aus ,dem Brennpunkt 19 gestreut ist, während ein Kreis 38 den diffuseren Fokus von Licht repräsentiert, das von anderswo in der Probe gestreut wird. Wenn Daten analysiert werden, faßt der Computer 25 ein paar Pixel 42, schattiert gezeigt, zusammen, welche das fokussierte Licht bei 26 empfangen. Nicht dazugehöriges Licht von anderen Stellen innerhalb des Kreises 38 wird vom Computer ignoriert. Dies wird ohne weiteres durch Computer-Software erreicht, welche Daten aus dem Pixel 40 seriell nacheinander liest, die Daten aus den Pixeln 42 addiert und den Rest ignoriert.
Die Kombination der CCD mit dem Computer ergibt so den gleichen Effekt wie die Lochblende in einem herkömmlichen räumlichen Filter. Wenn die Linse 16 auf die Oberfläche der Probe fokussiert wird, ist es möglich, Licht, das von hinter der Oberfläche innerhalb der Probe gestreut wird, herauszufiltern, so daß die Analyse der Oberfläche selbst ausgeführt werden kann. In alternativer Weise ist es möglich, die Linse 16 willkürlich auf einen Punkt innerhalb der Probe zu fokussieren, wodurch Licht, das von der Oberfläche gestreut wird, herausgefiltert wird. So ist konfokales Verhalten ohne die Verwendung eines zusätzlichen räumlichen Filters erreicht worden.
Wenn ein Beugungsgitter oder anderes dispersives Element als der Analysator 20 in Fig. 1 verwendet wird und es gewünscht ist, ein volles Raman-Spektrum statt nur ein einzelnes Raman-Band zu sehen, ist vollständige konfokale Spektroskopie mit einer derart einfachen Software nicht möglich. Partielles konfokales Verhalten kann jedoch erreicht werden, indem die CCD 24 und Computer 25 wie in Fig. 3 angezeigt betrieben werden. Das Beugungsgitter dispergiert das Raman-Spektrum aus der Probe über die CCD in einer Linie. Die Breite der Linie ist für Licht am kleinsten, welches aus dem Brennpunkt 19 gestreut worden ist, zum Beispiel in dem nicht schattierten Bereich zwischen den Linien 44 auf der CCD in Fig. 3. Licht aus Ebenen außerhalb der Brennebene, welche den Brennpunkt 19 enthält, wird zu einer breiteren Linie wie durch die Linien 46 in Fig. 3 definiert gestreut werden. Um partielles konfokales Verhalten zu erhalten, wird daher der Computer 25 programmiert (in einer Weise ähnlich zu jener, die oben beschrieben ist), um Daten nur aus jenen Pixeln der CCD zu erfassen, die in dem Bereich zwischen den Linien 44 liegen, und Licht, das von anderswo auf der CCD kommt, auszuschließen. Dies schließt Licht, das in dem schattierten Bereich von Fig. 3 empfangen wird, von außerhalb des Brennpunktes 19 aus.
Der Grund, daß die Anordnung von Fig. 3 nur partiell konfokales Verhalten aufweist, ist, weil die räumliche Filterung, die durch die CCD und den Computer vorgesehen wird, in nur einer Dimension und nicht in zweien auftritt. Dieses kann überwunden werden, indem das Ausführungsbeispiel von Fig. 4 verwendet wird, das aus denselben Elementen besteht, wie sie in Fig. 1 gefunden werden, mit dem Zusatz eines räumlichen Filters 14. Die gleichen Referenzzahlen wie in Fig. 1 sind verwendet worden.
Der räumliche Filter 14 umfaßt zwei Linsen 32, 34 und eine Maske 31 mit einem Schlitz 30, der sich normal zu der Ebenedes Papiers erstreckt. Die Linse 32 fokussiert das parallele Bündel gestreuten Lichtes herunter zu einem sehr engen Fokus, welcher durch den Schlitz 30 tritt und die Linse 34 kollimiert das Licht zurück zu einem parallelen Bündel. Das Eingangslaserbündel 10 wird in gleicher Weise zu einem sehr kleinen Fleck herunterfokussiert, um durch den Schlitz 30 zu treten. Der Effekt des Schlitzes 30 ist, daß das Mikroskopobjektiv 16 konfokal wirkt. Das heißt im wesentlichen nur, das Licht, das aus dem Brennpunkt 19 der Linse 16 gestreut wird, durch den Schlitz 30 tritt. Wie durch unterbrochene Linien 36 angedeutet, wird Licht, welches vor oder hinter dem Brennpunkt 19 gestreut wird, nicht zu einem Fokus bei der Öffnung 30 gebracht und wird daher im wesentlichen durch die Maske 31 blockiert.
Fig. 5 ist eine Draufsicht entsprechend den Fig. 2 und 3 der CCD, wenn sie mit dem Ausführungsbeispiel von Fig. 4 verwendet wird. Licht, das durch den Schlitz 30 tritt, wird von dem Beugungsgitteranalysator 20 in individuelle Bänder 28 des Raman-Spektrums dispergiert.
Ohne den Schlitz 30 würde Licht, das den Bändern 28 entspricht, aber von außerhalb des Fokalpunktes 19 gestreut ist, in breiteren Bereichen erscheinen, die zwischen den Paaren unterbrochener Linien 48, 50 liegen. Es wird einzuschätzen sein, daß der Schlitz 30 nur eindimensionales räumliches Filtern vorsieht, derart, daß jedes der Raman-Bänder 28 in der horizontalen Richtung von Fig. 5 gefiltert worden ist. Jedoch kann etwas Licht von außerhalb des Brennpunktes 19 noch durch den Schlitz 30 treten und in dem Bereich von Fig. 5 empfangen werden, welcher den schattierten Bereichen von Fig. 3 entspricht. Um dies zu überwinden, wird der Computer 25 wie in dem Ausführungsbeispiel in Fig. 3 programmiert, um nur Daten aus den Pixeln zu verarbeiten, die zwischen den Linien 44 liegen, und um die anderen Pixel auszuschließen, die zwischen den Linien 46 liegen. Dies sieht räumliches Filtern in der vertikalen Richtung vor, und zusammen mit dem horizontalen räumlichen Filtern, das durch den Schlitz 30 vorgesehen wird, wird vollständig zweidimensionales konfokales Verhalten erreicht.
Ein Vorteil dieser Anordnung gegenüber einer Anordnung, in welcher eine Lochblende statt des Schlitzes 30 verwendet wird, ist, daß es viel einfacher ist, einen Schlitz auszurichten als eine Lochblende.
Falls gewünscht, ist es möglich, das dichroitische Filter in der Position vorzusehen, die in unterbrochenen Linien bei 12 A in Fig. 4 angedeutet ist, statt in der Position, die bei 12 angedeutet ist. Das Laserbündel tritt dann in das System bei 10 A anstelle von 10 ein. Diese Anordnung weist den Vorteil auf, daß das Eingangslaserbündel nicht durch das räumliche Filter 14 treten muß. Infolgedessen gibt es kein Risiko, daß das Laserbündel die Ränder der Öffnung 30 trifft und so Streuung von dort verursacht. Derartige Streuung wäre unerwünscht, da, falls die Ränder der Öffnung nicht extrem rein gehalten werden, jedweder Schmutz unbekanntes raman-gestreutes Licht dazu bringen wird, durch den Analysator 20 zu treten und auf der CCD 24 registriert zu werden. Umgekehrt hat jedoch die Anordnung des dichroitischen Filters bei der Position 12 den Vorteil, daß das leicht sichtbare Laserlicht verwendet werden kann, um die Positionierung der Öffnung 30 einzustellen, wenn die Vorrichtung aufgebaut wird. Mit dem dichroitischen Filter bei 12 A ist das raman-gestreute Licht, das durch den dichroitischen Filter zu dem räumlichen Filter 14 tritt, nicht ausreichend, um sichtbar zu sein. Überdies bedeutet das Plazieren des dichroitischen Filters bei 12, daß der räumliche Filter 14 ohne weiteres zu der existierenden Vorrichtung wie in WO 90/07108 beschrieben zwischen das Mikroskop und den Rest der Vorrichtung hinzugefügt werden kann und ohne weiteres für die Justierung zugänglich ist.
Um als ein räumlicher Filter zu wirken, sollte die Breite des Schlitzes 30 sehr klein sein, typischerweise 10 um oder sogar weniger. Eine maximale Breite könnte 50 um betragen. So sollte der Schlitz 30 nicht mit den Eintritts- und Aus trittsschlitzen verwechselt werden, die üblicherweise in herkömmlichen Monochromatoren vorgesehen sind, welche viel größer sind, beispielsweise zumindest 200 um, um eine adäquate Menge von Licht zu sammeln.
Eine weitere Möglichkeit ist, jene Pixel der CCD zu verwenden, welche anderenfalls nicht verwendet werden (zum Beispiel jene außerhalb des Kreises 38 (Fig. 2) oder außerhalb der Linien 46 (Fig. 3 und 5), um das Gleichstromniveau des Hintergrundlichtes zu detektieren. Dieses kann dann durch den Computer 25 von den Signalen, die durch die Pixel von Interesse erzeugt werden, subtrahiert werden.
Fig. 4 und 5 oben haben veranschaulicht, wie volles konfokales Verhalten erhalten werden kann, wenn eine dispersive Vorrichtung wie ein Beugungsgitter als der Analysator 20 verwendet wird. Fig. 6 und 7 werden nun verwendet werden, um Techniken zu beschreiben, in welchen ähnliche Resultate erreicht werden, aber ohne den Bedarf nach dem räumlichen Filter 14 (das heißt, indem Hardware wie in Fig. 1 gezeigt verwendet wird). Diese Techniken beziehen die Verwendung von höherentwickelter Bildverarbeitungs-Software innerhalb des Computers 25 ein, um die Daten zu analysieren, die aus der CCD 24 empfangen werden. Verglichen mit dem Ausführungs beispiel der Fig. 4 und 5 weisen diese Techniken daher den Vorteil einer einfacheren und billigeren optomechanischen Anordnung auf, auf Kosten der Computer-Verarbeitung, welche mehr Zeit verbraucht und welche einen größeren Computer erfordern kann.
Fig. 6 ist eine Ansicht der CCD 24 entsprechend zu Fig. 3, zeigt aber mehr Details. Die Bänder des Raman-Spektrums, die durch den dispersiven Analysator 20 (in einem idealisierten Fall) erzeugt werden, werden durch die kleinen Flecken 60 angedeutet, die innerhalb der Linien 44 liegen. Ein derartiges idealisiertes Bild würde jedoch nur erhalten, wenn die folgenden drei Annahmen gültig sind:
(a) Die Beleuchtung der Probe 18 müßte punktartig sein, statt einer Beleuchtung über einen kleinen Bereich;
(b) Alle Streuung müßte aus der Brennebene der Linse 16 kommen und nicht aus benachbarten Ebenen oberhalb oder unterhalb des Brennpunkts; und
(c) Die Raman-Streuung müßte nur durch die Wechselwirkung von Photonen mit Phononen mit einem sehr präzise definierten Frequenzwert verursacht sein, so daß jedes Raman-Band scharf ist und eine sehr enge Breite aufweist (das heißt eine präzise definierte Wellenzahl).
Im realen Leben kann diesen Annahmen natürlich nicht vollständig genügt werden. Das Resultat, daß den Annahmen (a) und (b) nicht genügt wird, wird ein Verschwimmen des Bildes sein, wie durch die größeren Kreise 62 in Fig. 6 angedeutet, innerhalb der Linien 46. Der Effekt, keine präzise definierte Phonon-Frequenz (Annahme (c)) aufzuweisen, ist, daß jedes der Raman-Bänder verbreitert ist, was die Linien 60 A, die in Fig. 7 gezeigt sind, anstelle der Flecken 60, die in Fig. 6 gezeigt sind, ergibt. Entsprechenderweise ist das Verschwimmen nun durch die Ellipsen 62 A gezeigt, anstelle der Kreise 62. Der Zweck konfokaler Techniken wie in den bevorzugten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung ist, den Verwaschungseffekt insbesondere zu verringern, wo Annahme (b) nicht genügt wird.
Die Bildverarbeitungsalgorithmen, welche von der Software im Computer 25 ausgeführt werden können, haben den Effekt, das Verschwimmen zu verringern oder zu entfernen, um die Flecken 60 aus den Kreisen 62 zurückzuholen oder um die Linien 60 A aus den Ellipsen 62 A zurückzuholen. In jedem Fall ist der erste Schritt des Algorithmus, alle die Daten des Bildes aus der CCD in den Speicher des Computers 25 (oder in ein geeignetes Speichermedium wie eine Festplatte) einzulesen. Die Daten werden innerhalb des Computers in einem Feld gespeichert, der einen Speicherplatz entsprechend jedem Pixel der CCD aufweist.
Der nächste Schritt des Algorithmus ist, die abgelegten Daten in einer Richtung entsprechend der Richtung X, die in den Fig. 6 und 7 gezeigt ist, zu rastern bzw. scannen. Dies kann längs einer Reihe des abgelegten Feldes von Daten entsprechend einer Reihe von Pixeln innerhalb der Zeilen bzw. Linien 44 durchgeführt werden. Aus dieser Abtastung bestimmt der Algorithmus den Punkt der maximalen Beleuchtung in der Mitte jedes Kreises 62. In einem einfachen Fall, in welchem von den Kreisen 62 angenommen wird, in der Tat kreisförmig zu sein, und in dem keine Information über die Breite jedes individuellen Raman-Bandes erforderlich ist, kann der Algorithmus nun die Position von jedem Punkt der maximalen Beleuchtung im Ausdruck der Wellenzahl des entsprechenden Raman-Bandes ausgeben. In diesem einfachen Fall kann der Algorithmus dann (für jeden der Kreise 62) die Summe (oder den Mittelwert) der Werte der Beleuchung bestimmen, welche innerhalb dieses Kreises 62 gerade abgetastet worden sind. Dieser Wert wird auch ausgegeben, um einen Intensitätswert zu ergeben, der mit jedem Raman-Band verbunden ist.
Ein komplizierterer Algorithmus kann alle der Pixel zwischen den Linien 46 abtasten (das heißt eine zweidimensionale Abtastung statt der vorherigen eindimensionalen Abtastung). Für jeden der Kreise 62 bestimmt dieser Algorithmus dann den Flächenschwerpunkt und gibt die Position dieses Flächenschwerpunktes in der X-Richtung im Ausdruck der Wellenzahl des entsprechenden Raman-Bandes aus. Wieder kann die Intensität dieses Raman-Bandes durch Summieren oder Mitteln der Werte bestimmt werden, die gerade innerhalb des Kreises 62 abgetastet worden sind, der betroffen ist.
Jedoch gibt keiner der obigen zwei Algorithmen Information über die Breite des Raman-Bandes wie durch die Linien 60 A in Fig. 7 angedeutet. Genau so ergeben sie keine Information über die Gestalt des Raman-Bandes (das heißt die Intensitätsverteilung innerhalb der Linie 60 A). Höherentwickelte Bildverarbeitungstechniken können verwendet werden, wenn derartige Information erforderlich ist. Dafür kann die Software einen Algorithmus wie folgt ausführen. Dieser Algorithmus basiert auf der Annahme, daß die Ellipse 62 A als eine Anzahl imaginärer, überlappender Kreise 62 B betrachtet werden kann, wobei jeder imaginäre Kreis auf ein unterschiedliches Pixel innerhalb der Linie 60 A zentriert ist und jeder imaginäre Kreis dem Verschwimmen entspricht (das in der gleichen Weise wie in einem Kreis 62 in Fig. 6 erzeugt ist).
Dieser Algorithmus geht wie folgt vor. Zuerst werden die Daten für eine Ellipse 62 A wie vorhergehend abgetastet, um das Centroid bzw. den Flächenschwerpunkt oder den Punkt maximaler Beleuchtung der Ellipse zu bestimmen. Als nächstes werden die Daten aus einer Spalte von Pixeln, welche diesen Punkt umfaßt, in der Y-Richtung abgetastet, um die Intensitätsverteilung bei verschiedenen unterschiedlichen Radien von diesem Mittelpunkt zu bestimmen. Als eine Annäherung kann es angenommen werden, daß diese Intensitätsverteilung jener des imaginären Kreises entspricht, welcher auf dem Pixel bei dem Flächenschwerpunkt der Ellipse zentriert ist, und daß dieser imaginäre Kreis die gleiche Verteilung in der X-Richtung aufweist. Jedoch wird die Verteilung wie in der X-Richtung gemessen nicht entsprechen, da diese gemesseneVerteilung auch Beiträge aus allen anderen imaginären Kreisen umfassen werden.
Der nächste Schritt des Algorithmus ist daher, diese Abtastung in der Y-Richtung für jeden der anderen imaginären Kreise zu wiederholen. Das heißt, eine Y-Verteilung wird bestimmt, entsprechend jedem Pixel längs der Linie 60 A. Um einen wahren Intensitätswert für ein gegebenes Pixel in der Linie 60 A zu erhalten, subtrahiert der Algorithmus zunächst von dem gemessenen Intensitätswert dieses gegebenen Pixels die Beiträge von allen anderen imaginären Kreisen. Für jeden der imaginären Kreise ist der zu subtrahierende Wert der Intensitätswert für den geeigneten Radius innerhalb dieses Kreises, der durch die Y-Verteilungsabtastung entsprechend jenem Kreis bestimmt ist. Der geeignete Radius, der zu verwenden ist, entspricht dem Abstand zwischen dem betrachteten Pixel und der Mitte des betroffenen Kreises. Eine derartige Subtraktion findet für jeden der imaginären Kreise statt. Der gesamte Prozeß wird für jedes Pixel längs der Linie 60 A wiederholt.
Der abschließende Schritt dieses Algorithmus ist, den resultierenden Intensitätswert für jedes Pixel innerhalb der Linie 60 A zusammen mit der entsprechenden Wellenzahl (Position in der X-Richtung) auszugeben.
Es ist selbstverständlich möglich, noch weiterentwickelte Bildverarbeitungsalgorithmen zu erdenken, falls gewünscht. Zum Beispiel können Algorithmen erdacht werden, um Verschwimmen zu verarbeiten, welches komplexer als durch die Kreise 62 oder Ellipsen 62 A angedeutet ist. Beispiele umfassen Fälle, wo die beleuchtete Fläche 19 der Probe 18 eine nicht gleichförmige Oberflächenrauhigkeit aufweist oder eine mit Facetten versehene Oberfläche (zum Beispiel Diamant-Film).
Die oben beschriebenen Verfahren können in einer analogen Weise für andere spektroskopische Techniken außer Raman-Spektroskopie verwendet werden, zum Beispiel Fluoreszenz-Spektroskopie und Infrarot-Spektroskopie.

Claims

1. Spektroskopieverfahren mit den Schritten, dass:

eine Probe (18) beleuchtet wird, um daraus ein Spektrum gestreuten Lichts zu erhalten;

das Spektrum analysiert wird;

zumindest eine Komponente des analysierten Spektrums zu einem Photodetektor (24) geführt wird, der ein Feld von Pixeln (40) umfasst, wobei Licht, das aus einer gegebenen Ebene in der Probe gestreut wird, zu einem engen Fokus in einem gegebenen Bereich (42, 44, 60) auf dem Photodetektor gebracht wird; und

Licht detektiert wird, welches in dem gegebenen Bereich (42, 44, 60) auf dem Photodetektor empfangen wird;

dadurch gekennzeichnet,

dass Licht, das aus anderen Ebenen in der Probe gestreut wird, zu einem diffuseren Fokus (38, 46, 62) auf dem Photodetektor oder auf einer Ebene davon gebracht wird, und das Licht, das in dem gegebenen Bereich (42, 44, 60) empfangen wird, ohne oder separat von Licht außerhalb des gegebenen Bereiches detektiert wird, indem selektiv die Daten von Pixeln (40) in dem gegebenen Bereich zusammengenommen werden, wodurch der Effekt von Licht, das aus den anderen Ebenen in der Probe gestreut wird, verringert wird.

2. Spektroskopieverfahren mit den Schritten, dass:

eine Probe (18) beleuchtet wird, um davon ein Spektrum gestreuten Lichtes zu erhalten;

das Spektrum analysiert wird;

das analysierte Spektrum an einen Photodetektor (24) geführt wird, wobei Licht, das aus einer gegebenen Ebene in der Probe gestreut wird, zu einem engen Fokus in einem gegebenen Bereich (44) auf dem Photodetektor gebracht wird; und

Licht detektiert wird, das in dem gegebenen Bereich (44) auf dem Photodetektor empfangen wird;

dadurch gekennzeichnet, dass

Licht, das von anderen Ebenen in der Probe gestreut wird, zu einem diffuseren Fokus (46) auf dem Photodetektor oder auf einer Ebene davon gebracht wird, das Licht, das in dem gegebenen Bereich (44) empfangen wird, ohne oder separat von Licht außerhalb des gegebenen Bereiches detektiert wird, wodurch der Effekt von Licht, das aus den anderen Ebenen in der Probe gestreut wird, verringert wird, und der gegebene Bereich (44) durch einen Bereich definiert ist, der sich zwischen parallelen Linien über den Detektor erstreckt und entlang dem das Spektrum dispergiert wird, so dass der Schritt zur Detektion von Licht in dem gegebenen Bereich eine konfokale Wirkung in einer Dimension vorsieht.

3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei eine konfokale Wirkung in einer zweiten Dimension dadurch vorgesehen wird, dass das Licht durch einen räumlichen Filter (14) geführt wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Probe (18) bei einem fokussierten Punkt (19) beleuchtet wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Photodetektor (24) ein zweidimensionales Feld von Pixeln (40) umfasst, und das Licht, das in dem gegebenen Bereich (42, 44, 60) empfangen wird, detektiert wird, indem Daten verarbeitet werden, die ein Bild repräsentieren, das von dem Feld empfangen wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Spektrum ein Spektrum Raman-gestreuten Lichtes ist.

7. Spektroskopievorrichtung mit:

einem Mittel (10, 12, 16) zur Beleuchtung einer Probe (18), um davon ein Spektrum gestreuten Lichtes zu erhalten;

einem Mittel (20) zur Analyse des Spektrums;

einem Photodetektor (24);

einem Mittel (22) zum Führen und Fokussieren des analysierten Spektrums an den Photodetektor, wobei Licht, das aus einer gegebenen Ebene in der Probe gestreut wird, dadurch zu einem engen Fokus in einem gegebenen Bereich (44) auf den Photodetektor gebracht wird; und

einem Mittel (24, 25) zur Detektion von Licht, das in dem gegebenen Bereich (44) auf dem Photodetektor empfangen wird;

dadurch gekennzeichnet, dass:

Licht, das aus anderen Ebenen in der Probe gestreut wird, zu einem diffuseren Fokus (46) auf dem Photodetektor oder auf einer Ebene davon gebracht wird, das Detektionsmittel (24, 25) das Licht, das in dem gegebenen Bereich (44) empfangen wird, ohne oder separat von Licht außerhalb des gegebenen Bereiches detektiert, wodurch der Effekt von Licht, das aus den anderen Ebenen in der Probe gestreut wird, verringert wird, und der gegebene Bereich (44) durch einen Bereich definiert ist, der sich zwischen parallelen Linien über den Detektor erstreckt und entlang dem das Spektrum dispergiert wird, so dass eine Detektion des Lichtes in dem gegebenen Bereich eine konfokale Wirkung in einer Dimension vorsieht.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei ein räumlicher Filter (14) vorgesehen ist, durch welchen das Licht geführt wird, wobei der räumliche Filter eine konfokale Wirkung in einer zweiten Dimension vorsieht.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder Anspruch 8, wobei das Beleuchtungsmittel (10, 12, 16) so angeordnet ist, um die Probe (18) bei einem fokussierten Punkt (19) zu beleuchten.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei der Photodetektor (24) ein zweidimensionales Feld aus Pixeln (40) umfasst und ein Berechnungsmittel (25) zum Empfang von Daten von dem Feld umfasst, die ein Bild repräsentieren, das durch das Feld aufgenommen wird, und zum Bearbeiten der Bilddaten, um das Licht zu detektieren, das in dem gegebenen Bereich (42, 44, 60) vorhanden ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei das Spektrum ein Spektrum Raman-gestreuten Lichts ist.