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Dokumentenidentifikation DE102006009810A1 06.09.2007
Titel Konfokales Mikroskop und Verfahren zur Vermessung einer Oberfläche
Anmelder Fries Research & Technology GmbH, 51429 Bergisch Gladbach, DE
Erfinder Fries, Thomas, 51469 Bergisch Gladbach, DE;
Jakob, Gerd, 45131 Essen, DE
Vertreter Kutzenberger & Wolff, 50668 Köln
DE-Anmeldedatum 01.03.2006
DE-Aktenzeichen 102006009810
Offenlegungstag 06.09.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 06.09.2007
IPC-Hauptklasse G02B 21/00(2006.01)A, F, I, 20060301, B, H, DE
IPC-Nebenklasse G01B 9/04(2006.01)A, L, I, 20060301, B, H, DE   
Zusammenfassung Es wird ein konfokales Mikroskop, umfassend eine erste Lochblendenebene und eine zweite Lochblendenebene, sowie ein Verfahren zur Vermessung einer Oberfläche vorgeschlagen, wobei in der ersten Lochblendenebene ein eine variable erste Lochblende realisierendes erstes Matrixbauelement vorgesehen ist, wobei am ersten Matrixbauelement eine Reflexion von einfallendem Licht vorgesehen ist und wobei der Polarisationszustand von reflektiertem Licht mittels des ersten Matrixbauelements änderbar ist.

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft ein konfokales Mikroskop umfassend eine erste Lochblendenebene und eine zweite Lochblendenebene.

Solche konfokalen Mikroskope werden zur Untersuchung biologischer Proben sowie zur Oberflächencharakterisierung und dreidimensionalen Vermessung von Oberflächen eingesetzt. Mit konfokalen Mikroskopen wird eine Abbildung mit sehr kleinem Tiefenschärtebereich erreicht, bei der zudem das Licht aus unscharf abgebildeten Oberflächenbereichen unterdrückt wird. Das Funktionsprinzip der konfokalen Mikroskopie besteht im Wesentlichen darin, dass das Licht einer Lichtquelle auf eine kleine Blende (Pinhole) fokussiert wird und diese kleine Blende mittels einer geeigneten Abbildungsoptik, im Allgemeinen verkleinert, auf die Oberfläche des Meßobjekts abgebildet wird. Der Meßfleck wird von der Oberfläche mittels einer zweiten Abbildungsoptik auf eine zweite Blende abgebildet, hinter der sich der Detektor befindet. Nur wenn sich die Probe bzw. die Oberfläche der Probe in der richtigen Höhe befindet, entsteht auf ihrer Oberfläche ein scharfer Meßfleck mit minimalem Durchmesser und maximaler Bestrahlungsstärke, welcher mittels der zweiten Abbildungsoptik schart auf die zweite Blende abgebildet wird. Sind die Durchmesser beider Blenden wie auch die Abbildungsoptiken identisch, entspricht bei geometrisch optischer Betrachtung (unter Vernachlässigung von Beugung und Abbildungsfehlern) der Durchmesser des Bildes des Meßflecks in der Ebene der zweiten Blende dessen Durchmesser und kann somit vollständig auf den hinter der zweiten der Blende angeordneten Detektor treffen. In dem beschriebenen Fall wird die Strahlungsleistung auf der Detektoroberfläche maximal. Jede Abweichung bzw. Änderung der Probenhöhe relativ zur Abbildungsoptik führt dazu, dass zum einen ein unscharfer Meßfleck auf der Oberfläche des Meßobjekts entsteht und dass zum anderen dieser Meßfleck nochmals unscharf auf die zweite Blende abgebildet wird. Hierdurch sinkt die Bestrahlungsstärke in der zweiten Lochblendenebene und damit die Strahlungsleistung auf der Detektoroberfläche. Um daher die Höhe der Oberfläche im Meßfleck zu ermitteln, kann nun z. B. die dem Meßobjekt zu gewandte Linse hinsichtlich ihrer Höhe verändert und diejenige Linsenposition bestimmt werden, bei welcher der Detektor an Maximum an Strahlungsleistung empfängt. Hierdurch kann die Höhe der Oberfläche bestimmt werden. Für die Messung der Topographie eines Oberflächenausschnitts ist es erforderlich, Probe- bzw. Meßfleck zu rastern. Bei bekannten konfokalen Mikroskopen wird beispielsweise eine rotierende Nipkowscheibe mit einer geeigneten spiralförmigen Anordnung von Blenden verwendet, welche ebenfalls das zeilenweise Rastern einer Oberfläche ermöglicht. Nachteilig hierbei ist der komplexe Aufbau insbesondere in mechanischer Sicht, welcher ein solches Mikroskop vergleichsweise störungsanfällig und teuer macht.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein konfokales Mikroskop insbesondere für die Oberflächenmeßtechnik oder auch für die Untersuchung von biologischen Proben, bereitzustellen, welches einerseits in seinem Aufbau einfach und robust gestaltet ist und somit eine große Genauigkeit hinsichtlich seiner optischen Abbildungseigenschaften garantiert und welches andererseits auch kostengünstig darstellbar ist.

Die Aufgabe wird durch ein konfokales Mikroskop umfassend eine erste Lochblendenebende und eine zweite Lochblendenebene gelöst, wobei in der ersten Lochblendenebene ein eine variable erste Lochblende realisierendes erstes Matrixbauelement vorgesehen ist, wobei am ersten Matrixbauelement eine Reflektion von einfallendem Licht vorgesehen ist und wobei der Polarisationszustand von reflektiertem Licht mittels des ersten Matrixbauelements änderbar ist. Hierdurch ist es im Zusammenwirken mit externer Polarisationsoptik möglich, dass für das Rastern der Oberfläche anstatt einer Nipkowscheibe ein Flüssigkristallbauelement eingesetzt wird. Hiermit können nacheinander einzelne Pixel angesteuert werden, so dass das in diesen Pixeln reflektierte Licht mit einem bestimmten vorgebenen Polarisationszustand vorliegt. Erfindungsgemäß ist es beispielsweise auch möglich, ein Flüssigkristalldisplay in Transmission zu betreiben, wobei nacheinander einzelne Pixel angesteuert werden und im Zusammenwirken mit z. B. in den Displays integrierten Polarisatoren und Analysatoren das von hinten auftreffende Licht in diesen Pixeln transmittiert wird. Alle anderen Pixel des Flüssigkristalldisplays sperren in diesem Fall das Licht. Jedes in Transmission betriebene LCD-Pixel dient dann als Blende bzw. Lochblende (im Folgendem auch als „Pinhole" bezeichnet) für das konfokale Mikroskop. Durch die Projektion einer Abfolge von Pixelmustern kann so eine Ebene der Probenoberfläche erfaßt werden.

Erfindungsgemäß ist besonders bevorzugt, dass das erste Matrixbauelement ein LCOS-Bauelement (Liquid Crystal on Silicon) ist. Hierdurch wird ein großer Kontrastumfang realisiert sowie ein großer Füllfaktor (Verhältnis der wirksamen Pixelfläche zur Gesamtfläche des Displays). Solche LCOS-Displays bzw. LCOS-Bauelemente werden in reflektiver Anordnung betrieben. Einfallendes Licht wird beispielsweise an der Rückseite der Flüssigkristallzone reflektiert und durchläuft diese zweifach. Entsprechend der elektrischen Ansteuerung der einzelnen Pixel des Displays kann die Polarisationsrichtung des in jedem Pixel reflektierten Lichts gedreht werden. Im Zusammenwirken mit externer Polarisationsoptik ist ein Ein- oder Ausschalten eines Pixels möglich und es können auch Zwischenwerte hinsichtlich des Polarisationszustandes (Grauwerte) erzeugt werden. Besonders vorteilhaft bei einem solchen LCOS-Bauelement ist sein hoher Füllfaktor bei kleiner Baugröße und die Möglichkeit in einer Matrixanordnung für einzelne Matrixelemente Licht mit sehr hohem Kontrastumfang zu schalten.

Erfindungsgemäß ist ferner bevorzugt, dass in der zweiten Lochblendenebene ein eine variable zweite Lochblende realisierendes zweites Matrixbauelement vorgesehen ist, wobei das zweite Matrixbauelement insbesondere als lichtsensierendes CMOS-Bauelement (Complementary Metal Oxide Semiconductor) oder als lichtsensierendes CCD-Bauelement (Charged Coupled Device) vorgesehen ist. Hierdurch ist es möglich, dass der hinter der zweiten Lochblendenebene befindliche Lichtdetektor bzw. das Kamerabauelement klein und kostengünstig herstellbar ist, weil auf bewährte Technologie zurückgegriffen werden kann.

Im Zusammenhang der vorliegenden Erfindung wird unter einem Matrixelement auch eine Mehrzahl von einzelnen Pixelelementen des ersten und/oder des zweiten Matrixbauelements verstanden. Die mehreren Pixelelemente eines solchen zusammengesetzten Matrixelements sind jedoch in diesem Fall zusammenhängend vorgesehen. Hierdurch ist es durch die Zusammenfassung mehrerer Pixelelemente zu einem Matrixelement beispielsweise möglich, eine schnellere Auswertung zu ermöglichen – etwa wenn geringere (Orts-)Auflösungsanforderungen bestehen.

Ferner ist bevorzugt, dass zwischen der ersten und der zweiten Lochblendenebene ein Strahlteiler vorgesehen ist, wobei der Strahlteiler in Abhängigkeit des Polarisationszustandes von einfallendem Licht dieses entweder transmittiert oder reflektiert. Es ist hiermit mit einfachen Mitteln eine sehr effiziente optische Anordnung für das erfindungsgemäße konfokale Mikroskop möglich, bei der eine besonders hohe Effizienz hinsichtlich des benutzten Lichts erzielbar ist, so dass – entgegen beispielsweise der Benutzung eines halbdurchlässigen Spiegels als Strahlteiler oder dergleichen – immer im Wesentlichen der komplette Nutzanteil des Lichts (abhängig von der jeweiligen Polarisationsrichtung bzw. im jeweiligen Polarisationszustand) entweder transmittiert oder reflektiert wird.

Ferner ist erfindungsgemäß bevorzugt, dass das Mikroskop eine Objektivlinse aufweist, wobei zwischen dem Strahlteiler und der Objektivlinse ein den Polarisationszustands änderndes Polarisationselement, insbesondere eine Lambda-Viertel-Platte, vorgesehen ist. Hierdurch ist es weiterhin vorteilhaft möglich, den Polarisationszustand im Bereich beispielsweise zwischen dem Strahlteiler und der Lambda-Viertel-Platte für in Richtung zum Meßobjekt laufendes Licht bzw. für vom Meßobjekt zurücklaufendes Licht zu ändern.

Erfindungsgemäß ist ferner bevorzugt, dass das Mikroskop eine Beleuchtungsoptik derart aufweist, dass an den verschiedenen Positionen zwischen der ersten und der zweiten Lochblendenebene jeweils im Wesentlichen lediglich einen eindeutigen Polarisationszustand aufweisendes Licht vorliegt. Es liegt daher in diesem Bereich das Licht im Wesentlichen immer in einem definierten Polarisationszustand vor, der sich jedoch von Position zu Position (beispielsweise vor oder hinter einer Lamda-Viertel-Platte) unterscheiden kann. Hierdurch ist es mit einfachen Mitteln möglich, Streustrahlung und dergleichen auszufiltern bzw. das Mikroskop mit hoher Effizienz zu betreiben.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Vermessung einer Oberfläche mittels eines erfindungsgemäßen konfokalen Mikroskops, wobei eine Mehrzahl von Matrixelementen des ersten Matrixbauelements zur gleichzeitigen Vermessung mehrerer Oberflächenpunkte der Oberfläche gleichzeitig geöffnet werden. Hierdurch ist es erfindungsgemäß besonders vorteilhaft möglich, dass die Durchführung einer Messung für einen bestimmten Oberflächenbereich bzw. die Durchführung für alle Matrixelemente des ersten Matrixbauelements besonders schnell und zeiteffizient möglich ist. Hierdurch wird auch die Genauigkeit der Messung erhöht, weil beispielsweise Schwingungen oder allgemein Relativbewegungen einen geringeren Einfluß auf die Messung ausüben, weil diese in einer kürzeren Zeitspanne durchgeführt werden kann.

Ferner ist bevorzugt, dass die Matrixelemente des ersten Matrixbauelements in eine Mehrzahl von Gruppen eingeteilt werden und dass in jeder Gruppe ein Matrixelement gleichzeitig geöffnet wird, wobei bevorzugt jede Gruppe gleich viele Matrixelemente aufweist. Hierdurch ist eine besonders effiziente und gegenseitige Störungen weitgehend ausschließende gleichzeitige Vermessung mehrerer Oberflächenpunkte möglich. Die Einteilung der Matrixelemente in Gruppen kann beispielsweise zeilenweise oder spaltenweise erfolgen. Alternativ dazu ist es auch möglich, dass einer Gruppe von Matrixelementen (zusammenhängende) Teile mehrerer Zeilen und/oder Spalten zugeordnet werden.

Ferner ist bevorzugt, dass das zweite Matrixbauelement lediglich bereichsweise ausgelesen wird, wobei bevorzugt solche Kameramatrixelemente des zweiten Matrixbauelements ausgelesen werden, auf die die gleichzeitig geöffneten Matrixelemente des ersten Matrixbauelementes abgebildet werden. Auf diese Weise ist es erfindungsgemäß möglich, eine Mehrzahl von Teilbereichen des für die Messung erfassbaren Volumenbereichs (Rasterbare Oberfläche multipliziert mit der Rasterung der Höhe, auf der die Probe bzw. das Mikroskop verschoben wird) mit großer Genauigkeit auszumessen.

Ferner ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Vermessung einer Oberfläche mittels eines erfindungsgemäßen konfokalen Mikroskops, wobei eine Mehrzahl von Abständen zwischen der Oberfläche und dem Mikroskop einstellbar ist, wobei aus den für ein Matrixelement und für verschiedene Abstände ermittelten Meßwerten, insbesondere die Strahlungsleistung, die Höhe der Oberfläche an dem dem Matrixelement entsprechenden Oberflächenpunkt und in Richtung auf das Mikroskop zu vermessen wird. Hierdurch ist es erfindungsgemäß vorteilhaft möglich, die Topographie einer Oberfläche mit hoher Genauigkeit auszumessen.

Zeichnungen

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Es zeigen

1 eine schematische Gesamtansicht der optischen Anordnung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen konfokalen Mikroskops,

2 eine schematische Schnittdarstellung durch eine Probentopographie mit einer unterschiedlichen Höhe der Oberfläche an unterschiedlichen Oberflächenpunkten und

3 eine schematische Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform der Rasterung der ersten Lochblendenebene, der zweiten Lochblendenebene und der zu vermessenden Oberfläche.

In 1 ist der schematische Aufbau eines konfokalen Mikroskops 10 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beispielhaft dargestellt. Die gesamte Anordnung des konfokalen Mikroskops wird mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet. Eine Beleuchtungsoptik 20 umfasst erfindungsgemäß insbesondere eine Lichtquelle 21, eine Beleuchtungslinse 22, einen Farbfilter 23 und eine ersten Polarisator 24. Es ist klar, dass als Beleuchtungslinse 22 auch eine Linsenanordnung in Frage kommt, insbesondere eine Linsenanordnung, die auch einstellbare Aperturen umfassen – kann. Es ist klar, dass zur Beleuchtungsoptik auch in 1 nicht eigens dargestellte Blenden zur Einstellung der Beleuchtung gehören können. Das von der Beleuchtungsoptik 20 ausgehende Licht (in der 1 in Richtung nach rechts) fällt auf einen Strahlteiler 30 der erfindungsgemäß insbesondere als ein in Abhängigkeit des Polarisationszustandes von einfallendem Licht transmittierender oder reflektierender Strahlteiler ausgebildet ist. Durch den optional und in 1beispielhaft angeordneten Polarisator 24 der Beleuchtungsoptik 20 ist es möglich, dass lediglich in einem bestimmten vorgegebenen Polarisationszustand befindliches Licht von der Beleuchtungsoptik emittiert wird und auch auf den Strahlteiler 30 fällt. Hierdurch ist in dem mit dem Bezugszeichen 29 bezeichneten Bereich im Wesentlichen ausschließlich Licht in einem definierten Polarisationszustand vorhanden. Mit dem weiterhin optional vorhanden Filter 23 (Farbfilter) ist es möglich, dass der für die Messung benutzte Wellenlängenbereich des Lichts begrenzt wird, so dass chromatische Abberationen weitgehend vermieden werden. Die Lichtquelle 21 ist beispielsweise als Halogenlampe oder als Entladungslampe oder als Laser oder als LED oder dergleichen ausgebildet.

Der Strahlteiler 30 reflektiert in einem ersten Polarisationszustand befindliches Licht beispielsweise in Richtung auf eine erste Lochblendenebene 40 (in 1 nach oben), während sich in einem zweiten Polarisationszustand befindliches Licht von dem Strahlteiler 30 in Richtung auf eine zweite Lochblendenebene 60 transmittiert werden würde. Erfindungsgemäß ist es jedoch vorgesehen, dass solche, sich im zweiten Polarisationszustand befindlichen Lichtanteile von der Beleuchtungsoptik 20 nicht emittiert werden, so dass das von der Beleuchtungsoptik 20 emittierte Licht im Wesentlichen vollständig von dem Strahlteiler 30 in Richtung auf die erste Lochblendenebene 40 reflektiert wird. Erfindungsgemäß ist es insbesondere vorgesehen, dass sich zwischen dem Strahlteiler 30 und der ersten Lochblendenebene 40 eine Displaylinse 42 befindet. Das vom Strahlteiler 30 reflektierte Licht leuchtet mittels der Displaylinse 42 die Lochblendenebene 40 im wesentlichen vollständig aus. Im Bereich der ersten Lochblendenebene ist erfindungsgemäß ein erstes Matrixbauelement 45 angeordnet, welches eine Mehrzahl von Matrixelementen 46 umfasst, wobei in 1 lediglich zwei schematisch mit dem Bezugszeichen 46 bezeichnet sind. Das erste Matrixbauelement 45 ist erfindungsgemäß insbesondere als elektrooptisches Bauelement vorgesehen, wobei durch eine entsprechende elektrische Ansteuerung dieses ersten Matrixbauelements 45 jedes der Matrixelemente 46 im Zusammenwirken mit externer Polarisationsoptik, insbesondere im Zusammenspiel mit dem Strahlteiler, als optischer Schalter verwendet werden kann. Beispielhaft ist ein als erste Lochblende 41 bezeichnetes Matrixelement „geöffnet" dargestellt, welches als erste Lochblende für die Funktionalität des erfindungsgemäßen konfokalen Mikroskops 10 verwendet wird.

Lediglich an der Stelle der Lochblende 41 wird durch geeignete elektrische Ansteuerung des zugehörigen Matrixelements die Polarisationsrichtung des vom Strahlteiler 30 ausgehenden und zum ersten Matrixbauelement 45 hin reflektierten Lichts nennenswert geändert, so dass zumindest ein nennenswerter Teil des von der Lochblende 41 zum Strahlteiler 30 reflektierten Lichts im zweiten Polarisationszustand vorliegt. Dieses Licht wird vom Strahlteiler 30 im Wesentlichen zu 100% transmittiert. Durch Einstellung der elektrischen Ansteuerung des der Lochblende 41 zugehörigen Matrixbauelements kann erreicht werden, dass die Polarisationsrichtung des vom Strahlteiler 30 zum ersten Matrixbauelement 45 reflektierten Lichts um Werte zwischen 0° und 90° geändert werden kann. Damit kann die Strahlungsleistung des vom Strahlteiler 30 transmittierten Lichts eingestellt werden und auch lokal an eine unterschiedliche Reflektivität der Messoberfläche 500 angepasst werden.

Das von der ersten Lochblende 41 somit ausgehende reflektierte Licht trifft damit auf eine Meßoberfläche 500, welche in 1 im unteren Teil der Figur dargestellt ist.

Insbesondere ist es bei dem erfindungsgemäßen konfokalen Mikroskop vorgesehen, eine Objektivlinse 50 zwischen dem Strahlteiler 30 und der Oberfläche 500 vorzusehen. Mittels der Objektivlinse 50 und der Displaylinse 42 entsteht in einem bestimmten Abstand vor der Objektivlinse 50 in Richtung zur Oberfläche 500 ein scharfes, im allgemeinen verkleinertes Bild der Lochblende 41. Die im wesentlichen zur Hauptebene des Objektivs 50 parallel verlaufende Fläche, auf der die Lochblende schart abgebildet wird, wird im folgenden als Bildebene bezeichnet.

Bevorzugt wird das Matrixbauelement 45 in der Brennebene der Displaylinse 42 angeordnet. Dann entspricht die Bildebene der der Oberfläche 500 zugewandten Brennebene der Objektivlinse 50.

Die abzutastende Fläche 500 weist eine bestimmte Topographie auf, welche in 1 mit einem Profil der Höhe 510 der Oberfläche 500 angedeutet ist. Die erste Lochblende 41 des ersten Matrixbauelements 45 korrespondiert mit einem bestimmten Oberflächenpunkt 506 der Oberfläche 500.

Je nachdem, ob die Höhe 510 der Oberfläche 500 an dem mit der ersten Lochblende 41 korrespondierenden Oberflächenpunkt 506 in der Bildebene liegt oder nicht, wird die Lochblende 41 schart in einen Messfleck mit minimalem Durchmesser und maximaler Bestrahlungsstärke abgebildet. Mit zunehmendem Abstand des Oberflächenpunktes 506 zur Bildebene steigt der Durchmesser des Messflecks und sinkt die Bestrahlungsstärke innerhalb des Messflecks.

Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, dass das von der Oberfläche 500 reflektierte Licht beim Auftreffen auf den Strahlteiler 30 wiederum im ersten Polarisationszustand vorliegt, bei dem der Strahlteiler 30 reflektiert. Dies wird erfindungsgemäß insbesondere dadurch realisiert, dass sich zwischen dem Strahlteiler 30 und der Objektivlinse 50 eine Lambda-Viertel-Platte 51 befindet. Diese wandelt das beispielsweise sich im zweiten Polarisationszustand befindliche und in Richtung auf die Oberfläche 500 eintreffende Licht in einen weiteren Polarisationszustand um, der nach Reflektion an der Oberfläche 500 durch den erneuten Durchgang durch die Lambda-Viertel-Platte 51 in den ersten Polarisationszustand gewandelt wird. Dieser erste Polarisationszustand ist notwendig, damit das von der Oberfläche 500 zurückreflektierte Licht von dem Strahlteiler 30 in Richtung auf eine zweite Lochblendenebene 60 hin reflektiert wird. Im Bereich der zweiten Lochblendenebene 60 ist ein zweites Matrixbauelement 65 angeordnet, welches beispielsweise als lichtsensierendes CMOS-Bauelement (Complementary Metal Oxide Semiconductor) oder als lichtsensierendes CCD-Bauelement (Charged Couples Device) vorgesehen ist. Auch das zweite Matrixbauelement 65 weist Matrixbauelemente 66 auf, die in 1 lediglich angedeutet sind. Auch das zweite Matrixbauelement 65 ist als ein elektrooptisches Bauelement vorgesehen, insbesondere als lichtsensierendes Kamerabauelement, wobei die einzelnen Matrixelemente 66 durch entsprechende elektrische Ansteuerung des Bauelements entweder lichtsensierend geschaltet werden können oder nicht bzw. wobei die Matrixelemente 66, sofern sie in jedem Fall lichtsensierend ausgebildet sind, selektiv auslesbar sind. Es ist vorgesehen, dass je nach Ausführung des zweiten Matrixbauelements 66 entweder mit jeder Einzelmessung alle Matrixelemente 65 ausgelesen werden oder dass einzelne Matrixelemente ausgewählt werden können.

Erfindungsgemäß ist es nun so, dass die erste Lochblende 41 mit einem bestimmten Oberflächenpunkt 506 der Oberfläche 500 korrespondiert. Weiterhin korrespondiert der Oberflächenpunkt 506 aufgrund der Abbildungscharakteristik des Strahlengangs zwischen der Oberfläche 500, der Objektivlinse 50, der optional vorhandenen Lambda-Viertel-Platte 51, dem Strahlteiler 30 und der Kameralinse 62 mit der zweiten Lochblende 61 bzw. die zweite Lochblende 61 ist so gewählt, dass eine solche Korrespondenz vorliegt.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Oberfläche 500 in einer Richtung 511 relativ zu dem Mikroskop 10 verschieblich bzw. veränderbar vorgesehen ist. Dies kann erfindungsgemäß selbstverständlich auch dadurch realisiert sein, dass das Mikroskop oder ein Teil davon, beispielsweise die Objektivlinse 50, in der Richtung 511 verschieblich bzw. veränderbar vorgesehen ist. Dies bewirkt, dass die Brennebene der Objektivlinse 50 relativ zu der Oberfläche 500 veränderbar eingestellt werden kann. Dies ist beispielhaft in 2 dargestellt.

2 zeigt eine schematische Querschnittdarstellung durch eine Meßprobe mit der Oberfläche 500. Die Oberfläche 500 weist unterschiedliche Höhen 510 an unterschiedlichen Oberflächenpunkten 506 auf. Die Oberfläche 500 ist ferner in Richtung 511 in unterschiedliche Abstände 520 relativ zur Objektivlinse 50 bzw. relativ zum konfokalen Mikroskop 10 hin einstellbar. Hierdurch wird die Brennebene in unterschiedlichen Höhen relativ zum zu vermessenden Gegenstand oder zur vermessenden Probe eingestellt. Falls für einen bestimmten Oberflächenpunkt 506 die Brennebene bzw. der Abstand 520 derart genau eingestellt ist, dass die Oberfläche 500 mit ihrer Höhe 510 an diesem Oberflächenpunkt 506 die Bildebene schneidet, ist das in der zweiten Lochblende 61 empfangene bzw. detektierte Lichtsignal, insbesondere hinsichtlich seiner Strahlungsleistung, maximal. Falls die Oberfläche 500 in einem anderen Abstand 520 eingestellt ist, wird ein größerer Bereich der Oberfläche 500 in der Nähe eines solchen Oberflächenpunktes 506 bestrahlt, so dass die Werte der Bestrahlungsstärke bzw. die Strahlungsleistungswerte an einem solchen Oberflächenpunkt 506 und damit auch die des in der Lochblende 61 empfangenen Lichts kleiner ausfallen. Aus der gerasterten Messung für unterschiedliche Abstände 520 der Oberfläche 500 von dem Mikroskop 10 am gleichen Oberflächenpunkt 506 ist es möglich, eine Meßwertreihe zu ermitteln, wobei sich die wahrscheinlichste Höhe 510 der Oberfläche 500 an einem gegebenenfalls berechenbaren Maximum einer aufgrund dieser Meßwertreihe ermittelten Kurve ergibt.

In 3 ist schematisch die Matrixanordnung für das erste Matrixbauelement 45, das zweite Matrixbauelement 65 und entsprechend auch für die Oberfläche 500 dargestellt. Erfindungsgemäß weisen die beiden Matrixbauelemente 45, 65 eine Rasterung auf, welche auf eine virtuelle Rasterung der Oberfläche 500 übertragen wird, so dass lediglich die diskreten Oberflächenpunkte 506 meßbar sind bzw. in diesen diskreten Oberflächenpunkten 506 eine Messung der Intensitätswerte für verschiedene Abstände 520 möglich ist. Erfindungsgemäß werden nun die Matrixelemente 46 bzw. 66 des ersten und zweiten Matrixbauelements in Gruppen 47 bzw. 67 eingeteilt und für jede Gruppe ein Matrixelement gleichzeitig verarbeitet, so dass die gerasterte Aufnahme der gesamten Matrixfläche für einen bestimmten Abstand 520 schneller erfolgen kann, als wenn jedes einzelne der Matrixbauelemente separat geschaltet wird.


Anspruch[de]
Konfokales Mikroskop (10) umfassend eine erste Lochblendenebene (40) und eine zweite Lochblendenebene (60), dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Lochblendenebene (40) ein eine variable erste Lochblende (41) realisierendes erstes Matrixbauelement (45) vorgesehen ist, wobei am ersten Matrixbauelement (45) eine Reflexion von einfallendem Licht vorgesehen ist und wobei der Polarisationszustand von reflektiertem Licht mittels des ersten Matrixbauelements (45) einstellbar ist. Mikroskop (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Matrixbauelement (45) ein LCoS-Bauelement (liquid crystal on silicon) ist. Mikroskop (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der zweiten Lochblendenebene (60) ein eine variable zweite Lochblende (61) realisierendes zweites Matrixbauelement (65) vorgesehen ist, wobei das zweite Matrixbauelement (65) insbesondere als lichtsensierendes CMOS-Bauelement (complementary metal oxide semiconductor) oder als lichtsensierendes CCD-Bauelement (charged coupled device) vorgesehen ist. Mikroskop (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der ersten und zweiten Lochblendenebene (40, 60) ein Strahlteiler (30) vorgesehen ist, wobei der Strahlteiler (30) in Abhängigkeit des Polarisationszustandes von einfallendem Licht dieses entweder transmittiert oder reflektiert. Mikroskop (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mikroskop (10) eine Objektivlinse (50) aufweist, wobei zwischen dem Strahlteiler (30) und der Objektivlinse (50) ein den Polarisationszustand änderndes Polarisationselement (51), insbesondere eine Lambda-Viertel-Platte, vorgesehen ist. Mikroskop (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mikroskop (10) eine Beleuchtungsoptik (20) derart aufweist, dass an verschiedenen Positionen zwischen der ersten und der zweiten Lochblendenebene (40, 60) jeweils im wesentlichen lediglich einen eindeutigen Polarisationszustand aufweisendes Licht (29) vorliegt. Verfahren zur Vermessung einer Oberfläche (500) mittels eines konfokalen Mikroskops (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von Matrixelementen (46) des ersten Matrixbauelements (45) zur gleichzeitigen Vermessung mehrerer Oberflächenpunkte (506) der Oberfläche (500) gleichzeitig geöffnet werden. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Matrixelemente (46) des ersten Matrixbauelements (45) in eine Mehrzahl von Gruppen (47) eingeteilt werden und dass in jeder Gruppe (47) ein Matrixelement (46) gleichzeitig geöffnet wird, wobei bevorzugt jede Gruppe (47) gleich viele Matrixelemente (46) aufweist. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Matrixbauelement (65) lediglich bereichsweise ausgelesen wird, wobei bevorzugt solche Kameramatrixelemente (66) des zweiten Matrixbauelements (65) ausgelesen werden, auf die die gleichzeitig geöffneten Matrixelemente (46) des ersten Matrixbauelements (45) abgebildet werden. Verfahren zur Vermessung einer Oberfläche (500) mittels eines konfokalen Mikroskops (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 oder Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von Abständen (520) zwischen der Oberfläche (500) und dem Mikroskop (10) einstellbar ist, wobei aus den für ein Matrixelement (46) und für verschiedene Abstände (520) ermittelten Messwerten, insbesondere die Strahlungsleistung, die Höhe (510) der Oberfläche (500) an dem dem Matrixelement (46) entsprechenden Oberflächenpunkt (506) und in Richtung (511) auf das Mikroskop (10) zu vermessen wird. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe (510) der Oberfläche (500) aus den für verschiedene Abstände (520) erhaltenen Messwerten berechnet wird.






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