DE102017201362A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Erfassung der Oberflächenstruktur und Beschaffenheit einer Probe - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erfassung der Oberflächenstruktur und Beschaffenheit einer Probe mittels einer Abtasteinrichtung, insbesondere zur Erfassung chemischer Substanzen auf und in der Oberfläche der Probe, wobei die Probe und die Abtasteinrichtung relativ zueinander bewegt werden, dadurch gekennzeichnet, dassa) die Abtasteinrichtung Licht (L, L) mit mindestens zwei unterschiedliche Eigenschaften, insbesondere zwei unterschiedliche Wellenlängen (λ, λ) und / oder unterschiedliche Phasenlagen abstrahlt, wobei insbesondere die Wellenlänge (λ) des ersten Lichts (L) im Absorptionsbereich und / oder die Phasenlage im Kontrastbereich der Probe (P) liegen, und insbesondere Wellenlängen (λ, λ) verwendet werden, die dem Wellenlängenbereich des Absorptionsspektrums der Beschaffenheit der Oberfläche der Probe (P), insbesondere einer zu erfassenden chemischen Substanz, entsprechen,b) das von der Oberfläche der Probe reflektierte Licht (R, R) erfasst und aus Abweichungen des reflektierten Lichts (R, R) von dem abgegebenen Licht (L, L) zwei digitale Bilder der Topographie der Oberfläche der Probe (P) und der Intensität des reflektierten Lichts (R, R) erzeugt werden.Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erfassung der Oberflächenstruktur und Beschaffenheit einer Probe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Erfassung der Oberflächenstruktur und Beschaffenheit einer Probe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 18.
  • Aus der DE 10 2011 111168 A1 ist eine Vorrichtung zur Erfassung eines Abdrucks auf einem Spurenträger bekannt, die eine Spurenträgerauflage, einen Aufnahmekopf mit einer Infrarotstrahlen aufnehmenden Kamera und eine Halterung für den Aufnahmekopf enthält, mit der der Aufnahmekopf relativ zum Spurenträgerhalter gehalten wird. Die Infrarotkamera nimmt die von einem Abdruck auf dem Spurenträger emittierten und/oder reflektierten Infrarotstrahlen auf. Der Aufnahmekopf ist in einer Halterung angeordnet, die eine teleskopierbare Säule zur Einstellung des Abstandes des Aufnahmekopfs vom Spurenträger enthält, die horizontal entlang eines von zwei Balken gehaltenen Balkens linear verfahren werden kann. Der Aufnahmekopf weist zusätzlich eine Digitalkamera zum Erstellen von Bildern eines auf dem Spurenträger abgelegten Asservats sowie einen Infrarot-Emitter auf, der in einem Kreis um die Infrarotkamera bewegt werden kann.
  • Aus der DE 100 22 143 A1 ist ein Verfahren zur Erfassung eines Fingerabdruckes bekannt, bei dem mittels einer Kamera ein Bild des auf einem Spurenträger angeordneten Fingerabdruckes im unsichtbaren, infraroten Wellenlängenbereich aufgenommen wird, so dass das Bild nicht nur wie im sichtbaren Wellenlängenbereich durch die Reflektion oder Absorption des auftreffenden Lichtes, sondern auch durch die emittierte Wärmestrahlung entsteht. Zu diesem Zweck wird der Spurenträger auf eine temperaturgeregelte Unterlage aufgelegt und durch eine Lichtquelle, die seitlich und in der Höhe versetzt zur temperaturgeregelten Unterlage angeordnet ist, angestrahlt. Das Bild wird mittels einer Kamera aufgenommen, die oberhalb des auf der temperaturgeregelten Unterlage befindlichen Spurenträgers angeordnet ist. Durch die Anordnung von Spektralfiltern an der Lichtquelle und der Kamera wird der Spurenträger mit Licht des gewünschten Wellenlängenbereichs beleuchtet.
  • Aus der DE 10 2014 203 918.5 ist allgemein eine Untersuchung der Beschaffenheit einer Probe mittels eines Lichtstrahls bekannt.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabenstellung zugrunde, ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zur Erfassung der Oberflächenstruktur und Beschaffenheit einer Probe bereitzustellen, die in einem Abtastvorgang oder mehreren Abtastvorgängen mit hoher Auflösung verzerrungs- und schattenfreie Aufnahmen der Topographie und des Intensitätsbildes einer Probe sowie bedarfsweise eines Farbbildes (RGB-Bild) bei zumindest theoretisch unbegrenzter Größe der Oberfläche der Probe ermöglichen. Dabei sollen das Verfahren und die Vorrichtung insbesondere für Oberflächen geeignet sein, bei denen das Rückstreuvermögen der Oberfläche nicht konstant ist. In solchen Fällen kann das Signal der Probe nur schwer vom Signal aus der der Umgebung Probe unterschieden werden.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Erfassung der Oberflächenstruktur und Beschaffenheit einer Probe gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
  • Das auf die Probe abgestrahlte Licht, insbesondere in Form von Lichtstrahlen weist dabei mindestens zwei unterschiedliche Eigenschaften auf, wie z.B. zwei unterschiedliche Wellenlängen und / oder zwei unterschiedliche Phasenlagen.
  • Dabei liegt z.B. die Wellenlänge des ersten Lichts, insbesondere des ersten Lichtstrahls im Absorptionsbereich des zu erkennenden Materials der Probe- z.B. Fett. So kann z.B. diese Wellenlänge des ersten Lichts, insbesondere des ersten Lichtstrahls gemäß der Beschaffenheit der Probe (d.h. einer chemischen Substanz) angepasst sein. Unterschiedliche chemische Substanzen wie Wasser oder Fett oder spezielle Kohlenwasserstoffe weisen solche Absorptionsbereiche im Mittelinfraroten auf.
  • Das zweite Licht, insbesondere der zweite Lichtstrahl weist z.B. bezogen auf dieselbe nachzuweisende Substanz der Probe eine Wellenlänge auf, deren spezifische Absorption - der Ausdruck sei gebraucht wie dem Fachmann aus der spektroskopischen Messtechnik bekannt - geringer ist als bei dem ersten Licht / Lichtstrahl. Der Ansatz, dass das erste Licht / der erste Lichtstrahl im Maximum eines Absorptions-Peaks und das zweite Licht / der zweite Lichtstrahl bei Absorption gleich Null liegen müssen, gilt jedoch nicht bei näherer Betrachtung. Die Messaufgabe kann auch gelöst werden, wenn der zweite Lichtstrahl ebenfalls, aber in geringerem Maße Licht absorbiert.
  • Die Unterlage, also z.B. das Asservat auf dem z.B. der Fingerabdruck als Probe zu erkennen sein muss, hat eigene Absorptionsbanden, so dass diese auch die Auswertung stören können und dadurch die Wahl der beiden zu erfassenden Wellenlängen dadurch beeinflusst wird. Es ist vielmehr Teil des Verfahrens, dass die günstigste Wahl der beiden Wellenlängen von den Gesamterfordernissen der Messaufgabe abhängt.
  • Natürlicherweise wird der Kontrast sich besonders gut entwickeln, wenn die Differenz der spezifischen Absorptionen besonders groß ist.
  • Analog liegt z.B. die Phasenlage des ersten Lichtstrahls im Kontrastbereich der Probe. Die Phasenlage des zweiten Lichts, insbesondere Lichtstrahls, oder weiterer Lichtstrahlen liegen außerhalb des Kontrastbereichs.
  • Das von der Oberfläche der Probe reflektierte Licht - mit den unterschiedlichen Eigenschaften, wie z.B. Wellenlänge und / oder Phasenlage - wird erfasst und aus Abweichungen des reflektierten Lichts vom abgegebenen Licht werden ein oder zwei digitale Bilder der Topographie der Oberfläche der Probe und der Intensität der reflektierten Lichtstrahlen erzeugt. Im Falle der Erzeugung eines Bildes werden die beiden oder mehreren Informationen sofort zu jedem Punkt der flächigen Objekte zugeordneten Stelle resultierendem Ergebnis über einen Algorithmus zusammengeführt.
  • Die Erfassung des reflektierten Lichts kann z.B. mit einer für den Wellenlängenbereich geeigneten IR-Kamera mit Flächensensor und geeignetem IR-Objektiv erfolgen.
  • Durch die Verwendung von Licht, mit unterschiedlichen Eigenschaften, können Variationen des Rückstrahlvermögens eliminiert werden. Somit können z.B. zwei Bilder der Probe mit unterschiedlichen Wellenlängen in einem Schritt aufgenommen werden, wobei eines im Bereich des Absorptionsmaximums der Probe liegt. Das andere Bild - eine Art Referenzbild - liegt in einem anderen Wellenlängenbereich, bevorzugt in einem Bereich, in dem die Probe wenig oder nicht absorbiert.
  • Das Verfahren und die Vorrichtung zur Erfassung der Oberflächenstruktur und Beschaffenheit der Probe mittels einer Abtasteinrichtung kann z.B. zur Erfassung von durch Berührung der Haut des menschlichen Körpers auf der Oberfläche eines Gegenstands hervorgerufenen oder mittels eines Spurenträgers aufgenommenen Spuren, in der Medizintechnik zur Auflichtbetrachtung bei Hautkrebsuntersuchen sowie im industriellen Bereich zur Erfassung von Oberflächenbeschichtungen sowie zur Dickenmessung innenliegender Schichten eines Gegenstandes eingesetzt werden.
  • Proben können aber auch bei der Suche nach MRSA (Methicillin-resistenter Staphylococcus aureus) zum Einsatz kommen. Der Scan erfolgt dabei im Prinzip gleich wie beim Fingerspurenfett und anderen chemischen Substanzen. Die erste Wellenlänge wird einen Absorptionspeak der Bakterie ausrichten, die zweite auf einen Bereich daneben. Falls es nicht gelingen sollte, einen Peak der Probe zu ermitteln, könnte man kontrastieren oder ein anderes Reaktionsverfahren einsetzen. Auch die Auswertung mehrerer Peaks, mit mehreren Lasern, oder eine Durchstimmung ist hier denkbar.
  • Das Verfahren gewährleistet, dass z.B. mit einem einzigen Abtastvorgang die Topographie einer Probe und ein die chemischen Substanzen auf und in der Oberfläche charakterisierendes Intensitätsbild der Probe mit hoher Auflösung sowie verzerrungs- und schattenfrei mit zumindest theoretisch unbegrenzter Größe der Oberfläche der Probe erfasst, eine sichere Funktion auch bei einfallendem Fremdlicht gewährleistet und bedarfsweise Aufnahmen eines Farbbildes (RGB-Bild) ermöglicht.
  • Dabei wird in einer Ausführungsform zunächst die Oberfläche der Probe von einer Abtasteinrichtung mit mindestens zwei abgegebenen Lichtstrahlen flächig, insbesondere punktweise oder zeilenweise, bestrahlt. Flächig bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die mindestens zwei Lichtstrahlen jeweils nicht nur entlang einer geraden Line geführt werden, sondern die Linien einen flächigen Bereich auf der Probe abdecken. Dieser kann z.B. auch kreisförmig sein, wenn die Lichtstrahlen z.B. spiralförmig geführt werden. Der Bereich kann auch komplex geformt sein, d.h. mit einer komplex geformten Berandung. Die Lichtstrahlen können dabei Laserstrahlen oder auch nicht-kohärentes Licht sein.
  • Durch die flächenhafte, insbesondere die zeilenweise Abtastung der Oberfläche der Probe wird mit hoher Auflösung und mit z.B. zwei oder mehr unterschiedlichen Wellenlängen eine verzerrungs- und schattenfreie Aufnahme sowohl der Topographie der Oberfläche der Probe als auch der Intensität der reflektierten Lichtstrahlen und damit der Beschaffenheit der Probe bzw. der in der Probe oder Oberfläche der Probe enthaltenen chemischen Substanzen gewährleistet. Die einzelnen Bildpunkte der flächenhaften, insbesondere zeilenweisen Abtastung können somit zu einem aussagefähigen digitalen Bild der Topographie der Oberfläche der Probe und Intensität des reflektierten Lichtstrahles zur Beurteilung der Beschaffenheit der Probe bzw. der in der Probe oder Oberfläche der Probe enthaltenen chemischen Substanzen zusammengesetzt werden.
  • In einer Ausführungsform liegt die zweite Wellenlänge des mindestens zweiten Lichtstrahls im nicht- oder wenig absorbierenden Bereich der Probe. Damit kann auf effiziente Weise ein Referenzbild erzeugt werden.
  • Des Weiteren kann in einer Ausführungsform mindestens ein Lichtstrahl eine durchstimmbare, insbesondere thermisch durchstimmbare Lichtquelle aufweisen.
  • Das verwendete Licht kann kohärent oder nicht-kohärent sein, so dass in einer Ausführungsform die mindestens zwei Lichtstrahlen durch mindestens zwei Laserquellen oder eine breitbandige Lichtquelle mit anschließender Strahlteilung erzeugt werden.
  • Die Vorgehensweise der Bestrahlung mit den unterschiedlichen Wellenlängen kann - je nach Ausführungsform - in unterschiedlicher zeitlicher Weise geschehen:
    1. a) Zunächst wird auf jeden einzelnen Punkt der Oberfläche eine erste Wellenlänge eingestrahlt, dann eine zweite Wellenlänge, die Verrechnung der Ergebnisse kann instantan erfolgen oder auch erst nach Abspeicherung der Zwischenergebnisse.
    2. b) Das gesamte Objekt wird punktweise mit der ersten Wellenlänge bestrahlt, danach mit der zweiten Wellenlänge. Danach werden die Bilder verrechnet
    3. c) Jeder einzelne Bildpunkt wird gleichzeitig mit der ersten Wellenlänge und der zweiten Wellenlänge bestrahlt und über ein geeignetes z.B. wellenlängenselektives oder nach Polarisation selektives oder anderweitig die beiden Lichtstrahlen trennendes Nachweis-Verfahren selektiert
    4. d) Beide Wellenlängen werden gleichzeitig, aber auf andere Orte der Probe gerichtet und mit z.B. zwei Detektoren nachgewiesen und der Ortsversatz durch geeignete Verrechnung berücksichtigt.
    5. e) Mischung aus den vorherbeschriebenen Methoden ggf. auch mit mehr als zwei Wellenlängen
  • In einer Ausführungsform wird das Licht vor dem Auftreffen auf die Probe durch eine Filtervorrichtung geleitet, wobei in der Filtervorrichtung mindestens zwei unterschiedliche Filter jeweils nur für eine bestimmte Eigenschaft des Lichts transparent sind, wobei das Licht jeweils nur durch einen der Filter geführt wird, so dass durch Wechsel der Filter zeitlich versetzte Aufnahmen der Probe und der Umgebung der Probe mit Licht mit unterschiedlichen Eigenschaften gemacht werden.
  • In einer weiteren Ausführungsform emittiert die Abtasteinrichtung mindestens einen Lichtstrahl im Infrarotspektrum. Der von der Abtasteinrichtung abgegebene Lichtstrahl wird entweder mit einer Wellenlänge abgegeben, die dem Wellenlängenbereich des eines zuvor ermittelten signifikanten Absorptionspeaks der zu erfassenden chemischen Substanz auf der Oberfläche der Probe entspricht, oder die Abtasteinrichtung wird derart konfiguriert, dass der von der Abtasteinrichtung abgegebene Lichtstrahl in einem Bereich des Infrarotspektrums Licht emittiert oder durchgestimmt wird. Im erstgenannten Fall wird von der Kenntnis des Absorptionspeaks der zu untersuchenden Probe ausgegangen, während im zweitgenannten Fall ein „Prescan“ zur Ermittlung des Absorptionspeaks der Probe bzw. chemischen Substanz erfolgt.
  • Vorzugsweise wird die Oberfläche der Probe mit Laserstrahlen mit vorgegebenem Laserstrahldurchmesser von jeweils vorzugsweise kleiner oder gleich 0,1 mm in einer dem Laserstrahldurchmesser entsprechenden Schrittweite zeilenweise bestrahlt, die reflektierten Laserstrahlen koaxial den abgegebenen Laserstrahlen erfasst und die Laufzeit der von der Oberfläche der Probe reflektierten Laserstrahlen zur Erstellung eines der Topographie der Oberfläche der Probe entsprechenden Distanzbildes sowie die Abweichung der von der Oberfläche der Probe reflektierten Laserstrahlen vom von der Abtasteinrichtung abgegebenen Laserstrahl zur Erstellung eines der chemischen Substanz auf und in der Oberfläche der Probe entsprechenden Intensitätsbildes ausgewertet.
  • Durch den Einsatz einer insbesondere als IR-Laserscanner ausgebildeten Abtasteinrichtung in Verbindung mit einer den Laserstrahldurchmesser begrenzenden Kollimationsoptik wird eine hohe Auflösung bei der Erfassung chemischer Substanzen auf der Oberfläche der Probe gewährleistet, während die Erfassung des reflektierten Lichtstrahls koaxial zum abgegebenen Lichtstrahl eine verzerrungs- und schattenfreie Abtastung zur optimalen Darstellung und Auswertung der Oberfläche der Probe gewährleistet.
  • Zur Ermittlung der Topographie der Oberfläche der Probe wird entweder die vom Abstand der Abtasteinrichtung von der Oberfläche der Probe abhängige Laufzeit der von der Abtasteinrichtung abgegebenen und von der Oberfläche der Probe reflektierten Laserstrahlen erfasst und zu einem der Topographie der Oberfläche der Probe entsprechenden Distanzbildes ausgewertet. Oder es wird die Phasenverschiebung zwischen der von der Abtasteinrichtung abgegebenen Laserstrahlen und dem von der Oberfläche der Probe reflektierten Laserstrahl erfasst und zur Ermittlung der Topographie der Oberfläche der Probe ausgewertet.
  • Mit diesem Verfahren kann auch die Dicke innenliegender Schichten einer Probe, die sich von außen liegenden Schichten unterscheiden, ausgewertet werden.
  • In einer Ausführungsform wird mindestens einer der Lichtstrahlen, insbesondere einer der Laserstrahlen sinusförmig moduliert und zur Bestimmung der Phasenverschiebung zwischen dem von der Abtasteinrichtung abgegebenen und dem von der Oberfläche der Probe reflektierten mindestens einen Lichtstrahl verwendet und der von der Abtasteinrichtung erfasste reflektierte mindestens eine Lichtstrahl wird mit einem zum mindestens einen Lichtstrahl synchronen Referenzsignal korreliert.
  • In bevorzugter Ausführungsform wird die Oberfläche der Probe mit dem mindestens einen modulierten Licht- oder Laserstrahl seriell Punkt für Punkt abgetastet und aus den in einer Matrix angeordneten Distanz- und Intensitätsmessungen werden Bildelemente eines digitalen Bildes emuliert.
  • Zur Erstellung eines RGB-Bildes können die durch gesonderte Lichtquellen erzeugten und reflektierten Licht- oder Laserstrahlen im sichtbaren Bereich mittels eines RGB-Sensors zur Ermittlung der Farbwerte der abgetasteten Oberfläche der Probe erfasst, in einer RGB-Bild-Rechnereinheit verarbeitet und auf einem Display dargestellt werden.
  • Die Aufgabe wird auch durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 18 gelöst.
  • Eine Vorrichtung zur Erfassung der Oberflächenstruktur und Beschaffenheit einer Probe enthält:
    • - eine Probenaufnahme,
    • - eine Abtasteinrichtung (2) mit einer Lichtquelle für Licht (L1, L2) mit mindestens zwei unterschiedliche Eigenschaften, insbesondere zwei unterschiedliche Wellenlängen (λ1, λ2) und / oder unterschiedliche Phasenlagen abstrahlt, wobei insbesondere die Wellenlänge (λ1) des ersten Lichts (L1) im Absorptionsbereich und / oder die Phasenlage im Kontrastbereich der Probe (P) liegen, und insbesondere Wellenlängen (λ1, λ2) verwendet werden, die dem Wellenlängenbereich des Absorptionsspektrums der Beschaffenheit der Oberfläche der Probe (P), insbesondere einer zu erfassenden chemischen Substanz, entsprechen,
    • - eine Auswertungsvorrichtung (3), mit der das von der Oberfläche der Probe (P) reflektierte Licht (R1, R2) erfassbar sind und aus Abweichungen des reflektierten Lichts (R1, R2) von dem abgegebenen Licht (L1, L2) zwei digitale Bilder der Topographie der Oberfläche der Probe (P) und der Intensität des reflektierten Lichts (R1, R2) erzeugbar sind.
  • In einer Ausführungsform weist die Abtasteinrichtung ein Mittel zur flächigen, insbesondere punktweisen oder zeilenweisen, Bestrahlung der Oberfläche der Probe auf.
  • Zur Veränderung des Abstandes zwischen der Probenaufnahme und der Abtasteinrichtung ist bzw. sind in einer Ausführungsform die Probenaufnahme und/oder die Abtasteinrichtung mit einer Z-Achsen-Antriebseinheit verbunden, die bidirektional über eine Z-Achsen-Treibereinheit mit der zentralen Rechnereinheit verbunden ist.
  • Zur Erzeugung eines RGB-Bildes in Ergänzung zum Distanz- und Intensitätsbild kann in einer weiteren Ausführungsform eine auf die Oberfläche der Probe ausgerichtete RGB-Bildaufnahmeeinheit vorgesehen werden, die bidirektional über eine dritte Rechnereinheit mit der zentralen Rechnereinheit verbunden ist.
  • Während die Lichtquelle der Abtasteinrichtung die abgegebenen Lichtstrahlen über eine Sendeoptik und die X-Y-Achsen-Ablenkeinheit auf die Oberfläche der Probe richtet, ist der vorzugsweise eine Infrarot-Fotodioden-Empfänger enthaltende Lichtempfänger der Abtasteinrichtung auf der die reflektierten Lichtstrahlen aufnehmenden Empfangsseite mit einer Empfangsoptik verbunden.
  • In bevorzugter Ausführung enthält die Abtasteinrichtung einen Infrarot-Laserstrahler, der einen IR-Laserstrahl über einen von einer Laser-Ansteuerelektronik angesteuerten Modulator auf einen Kollimator richtet, der den IR-Laserstrahl mit begrenztem Laserstrahldurchmesser an eine vorzugsweise aus einem elektromotorisch angetriebenen Polygon-Ablenkspiegel bestehende Ablenkeinrichtung abgibt, die den IR-Laserstrahl zeilenweise auf die Probe ablenkt und die von der Oberfläche der Probe reflektierten IR-Laserstrahlen zu einer Fotodiode ablenkt.
  • Ein im Strahlengang zwischen dem Kollimator und der Ablenkeinrichtung angeordneter Strahlenteiler lässt einerseits die vom Kollimator abgegebenen IR-Laserstrahlen zur Ablenkeinrichtung durch und lenkt andererseits die von der Ablenkeinrichtung seriell zusammengefassten, von der Oberfläche der Probe reflektierten IR-Laserstrahlen zur Fotodiode ab.
  • Die von der Ablenkeinrichtung zeilenweise aufgefächerten IR-Laserstrahlen sowie die von der Ablenkeinrichtung empfangenen reflektierten IR-Laserstrahlen werden über eine Korrekturlinse und einen Umlenkspiegel zur Probe geleitet, wobei zumindest ein Teil der von der Ablenkeinrichtung zeilenweise aufgefächerten IR-Laserstrahlen auf eine Synchronisations-Fotodiode abgelenkt wird.
  • Ausführungsbeispiele werden in den folgenden Zeichnungen dargestellt. Dabei zeigt
    • 1 ein Blockschaltbild einer Abtast- und Auswerteeinrichtung mit integriertem RGB-Sensor;
    • 2 ein Blockschaltbild der Abtast- und Auswerteeinrichtung zur Erläuterung des Funktionsprinzips der optischen Impulslaufzeitmessung;
    • 3 den zeitlichen Verlauf eines emittierten Licht- oder Laserstrahls und eines Referenz-Licht- oder Laserstrahls zur Erläuterung einer Phasendifferenzmessung;
    • 4 eine schematische Darstellung des parallelen Strahlengangs des von der Abtasteinrichtung abgegebenen modulierten Licht- oder Laserstrahls und reflektierten modulierten Licht- oder Laserstrahls.
    • 5 eine Reduzierung der Intensität monochromatischen Lichts durch eine Ölauflage;
    • 6 eine schematische Darstellung der Rückführung der Schichtdicke durch eine Absorptionsspektroskopie;
    • 7 eine schematische Darstellung einer Probe mit auf der Oberfläche der Probe befindlicher Fettschicht;
    • 8 eine schematische Darstellung der Absorptionsbande über der Wellenlänge einer Messung der Oberfläche der Probe an zwei ausgewählten Messpunkten mit einem Spektroskop;
    • 9 eine schematische, zweidimensionale Darstellung eines Intensitätsbildes;
    • 10 eine schematische, dreidimensionale Darstellung eines Intensitätsbildes und
    • 11 eine schematische, dreidimensionale Darstellung eines Objektes als Graustufe und die sich auf der Oberfläche befindliche chemische Substanz in Farbdarstellung;
    • 12 eine erste Ausführungsform zur Führung von zwei Lichtstrahlen auf eine Probe und die Erfassung des reflektierten Lichts;
    • 13 eine Variation der ersten Ausführungsform mit einem optisch abbildenden Element;
    • 14 eine zweite Ausführungsform zur Führung von zwei Lichtstrahlen auf eine Probe und der Erfassung des reflektierten Lichts;
    • 15 eine Variation der zweiten Ausführungsform mit einem optisch abbildenden Element;
    • 16 eine dritte Ausführungsform zur Führung von zwei Lichtstrahlen auf eine Probe und der Erfassung des reflektierten Lichts;
    • 17 eine Variation der dritten Ausführungsform mit einem optisch abbildenden Element;
    • 18 eine vierte Ausführungsform zur Führung von zwei Lichtstrahlen auf eine Probe und der Erfassung des reflektierten Lichts;
    • 19 eine fünfte Ausführungsform zur Führung von zwei Lichtstrahlen auf eine Probe und der Erfassung des reflektierten Lichts;
    • 20 eine Aufnahme eines typischen Probenuntergrundes;
    • 21 eine Aufnahme eines Fingerabdrucks auf dem Probenuntergrund gemäß 20 im Absorptionspeak;
    • 22 eine Aufnahme des Fingerabdrucks gemäß 21 unter Anwendung einer Ausführungsform eines hier dargestellten Verfahrens.
  • 1 zeigt ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Erfassung der Oberflächenstruktur und Beschaffenheit einer Probe oder eines Messobjekts P. Die Probe bzw. das Messobjekt P wird auf einer Probenaufnahme 1 angeordnet, die mit einer Z-Achsen-Antriebseinheit 5 zur Einstellung des Abstandes zwischen zwei Abtasteinrichtungen 21 , 22 und der Probenaufnahme 1 verbunden ist.
  • Die strichpunktiert umrahmten Abtasteinrichtungen 21 , 22 bestehen jeweils aus einem Sender mit einer IR-Laser-Lichtquelle 221 , 222 , einer Laser-Ansteuerelektronik 211 , 212 und einer Sendeoptik 231 , 232 sowie aus einem Empfänger mit einem IR-Fotodiodenempfänger 25, einem Log-in-Signalverstärker 24 und einer Empfangsoptik 26.
  • Die IR-Laser-Lichtquellen 221 , 222 werden von der von einem Impulsgenerator 81, 82 getakteten Laser-Ansteuerelektronik 211 , 212 angesteuert. Die Wellenlängen λ1, λ2 der IR-Laser-Lichtquellen 221 , 222 unterscheiden sich um einen bestimmten Betrag. Außerdem ist in einer Ausführungsform eine der Wellenlängen λ1, λ2 so ausgewählt, dass die Probe P diese Wellenlänge möglichst gut absorbiert und die andere eben nicht. Grundsätzlich ist es aber nur erforderlich, dass die Wellenlängen λ1, λ2 unterschiedliches Kontrastverhalten zwischen Probe P und Probenumgebung zeigen.
  • Die von den IR-Laser-Lichtquellen 221 , 222 abgegebenen Laserstrahlen L1 , L2 werden mittels der Sendeoptiken 231 , 232 , beispielsweise in Form von Kollimatoren, auf Laserstrahldurchmesser von kleiner oder gleich 0,1 mm kollimiert und auf die auf der Probenaufnahme 1 befindliche Probe P gerichtet. Die Oberfläche der Probe wird in einer Schrittweite entsprechend der Laserstrahldurchmesser linienweise mittels der Laserstrahls L1 , L2 abgefahren und die von der Oberfläche der Probe reflektierten Laserstrahlen R1 , R2 von der Empfangsoptik 26 aufgenommen und an den IR-Fotodiodenempfänger 25 abgegeben, der ausgangsseitig mit dem Log-in-Signalverstärker 24 verbunden ist, der die verstärkten Messsignale an eine strichpunktiert umrahmte Auswerteeinrichtung 3 mit einer ersten Rechnereinheit 31 zur Berechnung eines der Topographie der Oberfläche der Probe entsprechenden Distanzbildes und einer zweiten Rechnereinheit 32 zur Berechnung eines der chemischen Substanz der Oberfläche der Probe entsprechenden Intensitätsbildes abgibt, die ebenfalls vom Impulsgenerator 8 getaktet werden. Die erste und zweite Rechnereinheit 31, 32 sind bidirektional mit einer zentralen Rechnereinheit (CPU) 30 verbunden, an die bidirektional eine Speichereinheit 61 und eine externe Speichereinheit 62 angeschlossen sind.
  • Die beiden Laserstrahlen L1 , L2 werden dabei durch eine Steuerungseinheit 70 so gelenkt, dass sie in vorbestimmbarer Weise auf die Empfangsoptik 26 und den IR-Fotodioden-Empfänger 25 geführt werden. Wie anhand unterschiedlicher Ausführungsformen (siehe 12 bis 19) noch erläutert wird, kann der IR-Fotodioden-Empfänger 25 z.B. mehrere Fotodioden aufweisen. Auch kann die Umlenkung der Strahlen in unterschiedlicher Weise erfolgen. Im Zusammenhang mit diesen Ausführungsformen wird auch darauf eingegangen, in welcher Weise sich die Verwendung von zwei Laserstrahlen L1 , L2 auswirkt.
  • Die vom Sender 211, 221 , 231 der ersten Abtasteinrichtung 21 abgegebenen Laserstrahlen L1, liegen im Wellenlängenbereich des Absorptionsspektrums der zu untersuchenden Probe P. Alternativ gibt der Sender 211 , 222 , 233 breitbandig einen Laserstrahl L1 im infraroten Spektrum an die Oberfläche der Probe ab, wobei die Wellenlänge in Bereiche in 0,2 nm-Schritten verändert bzw. durchgestimmt wird.
  • Die von den IR-Laser-Lichtquellen 221 , 222 abgegebenen Laserstrahlen L1 , L2 werden in den Sendeoptiken 231 , 232 , auf einen Durchmesser von kleiner oder gleich 0,1 mm kollimiert auf die Oberfläche der Probe gerichtet und mittels Ablenkeinrichtungen, beispielsweise mittels Polygonspiegel oder Galvanometer, zeilenweise in einer Schrittweite entsprechend dem Strahldurchmesser linienweise abgefahren, so dass mittels der Ablenkeinrichtung eine Abtastung der Oberfläche der Probe in der einen (X-Achse) und durch den Vorschub der Probe oder der Abtasteinrichtung in der anderen (Y-Achse) zur Abtastung der XY-Fläche erfolgt.
  • Eine entweder die Abtasteinrichtungen 21 , 22 oder die Probenaufnahme 1 in der X-Y-Ebene senkrecht zur Z-Achse verfahrende X-Y-Achsen-Ablenkeinheit 4 bewirkt, dass der gesamte Bereich der Oberfläche der Probe mittels der Abtasteinrichtungen 21 , 22 gescannt wird. Durch die zeilenweise Abtastung der Oberfläche der Probe in Verbindung mit der X-Y-Achsenverstellung können Probenflächen bis zu einer Breite von 10 m und beliebiger Länge gescannt werden.
  • Die X-Y-Achsen-Ablenkeinheit 4 wird von einer X-Y-Achsentreibereinheit 40 angesteuert und gibt an diese Positionssignale ab. Die X-Y-Achsen-Treibereinheit 40 ist bidirektional mit der zentralen Rechnereinheit 30 verbunden. Die Z-Achsen-Antriebseinheit 5 wird von einer Z-Achsen-Treibereinheit 50 angesteuert und gibt an diese Höhen-Positionssignale ab, wobei die Z-Achsen-Treibereinheit 50 ebenfalls bidirektional mit der zentralen Rechnereinheit 30 verbunden ist.
  • Zur Ermittlung von Farbwerten der von den Abtasteinrichtungen 21 , 22 gescannten Oberfläche der Probe kann zusätzlich eine externe RGB-Bildaufnahmeeinheit 7 vorgesehen werden, die auf die Oberfläche der Probe gerichtet ist und mit einer dritten Rechnereinheit 33 verbunden ist, die ebenfalls bidirektional an die zentrale Rechnereinheit 30 angeschlossen ist.
  • Zur Erfassung der Topographie bzw. Kontur der Oberfläche der Probe sowie Beschaffenheit der chemischen Substanz der Probe P kann in einer Ausführungsform die Laufzeit der Laserlichtsignale bzw. Laserlichtimpulse gemessen werden, die vom Abstand der einzelnen Punkte der Kontur der Oberfläche der Probe abhängig ist, so dass ein exaktes Abbild der Topographie der Oberfläche der Probe durch die Berechnung eines Distanzbildes erfasst wird. Die Topographie kann auch durch Triangulation oder ein anderes Verfahren beschafft werden.
  • Da die zu untersuchende chemische Substanz spezifische Absorptionseigenschaften aufweist, liefert die Stärke bzw. Intensität des reflektierten Laserstrahls R eine Aussage über die Beschaffenheit bzw. Zusammensetzung der Probe bzw. Oberfläche der Probe. Aus den einzelnen Intensitätsmesspunkten kann somit beim Scannen der Oberfläche der Probe ein Intensitätsbild der Oberfläche der Probe erfasst und ausgewertet werden. Zu diesem Zweck kann jeder einzelne Messpunkt beispielsweise in Form einer von 0 bis 100 skalierten Intensität dargestellt werden, wobei durch eine Zuordnung unterschiedlicher Farbskalen zu den Intensitätswerten eine leicht erkennbare Wiedergabe des Intensitätsbildes und entsprechende bildgebende Darstellung auf einer Bilddarstellungseinheit bzw. einem Display 9 ermöglicht werden.
  • Die zur Ermittlung der Topographie der Oberfläche der Probe erforderliche Messung der Distanz zwischen den einzelnen Punkten der Oberfläche der Probe und der Abtasteinrichtung 2 soll nachfolgend anhand der Fig. 2 und 3 näher erläutert werden. Aus Gründen der Einfachheit erfolgt diese prinzipielle Beschreibung nur anhand eines Laserstrahls.
  • 2 zeigt ein schematisches Blockschaltbild zur Erläuterung des Funktionsprinzips einer optischen Impulslaufzeitmessung (TOF-Time-of-Flight). Analog zum Blockschaltbild gemäß 1 ist eine Laser-Lichtquelle 221 vorgesehen, deren abgegebene Laserstrahlen L1 von einer Sendeoptik 231 kollimiert auf die Oberfläche der Probe der auf der Probenaufnahme 1 befindlichen Probe P gerichtet werden. Die reflektierten Laserstrahlen R1 werden von der Empfangsoptik 26 aufgenommen und an einen Fotodiodenempfänger 25 abgegeben. Sowohl die Laser-Lichtquelle 221 als auch der Fotodiodenempfänger 25 geben Ausgangssignale an eine Zeitmesseinrichtung 27 ab, die ausgangsseitig mit einem Mikroprozessor 300 verbunden ist. An den Mikroprozessor 300 ist ein digitaler Ausgang 28 und optional ein analoger Ausgang 29 der Messeinrichtung angeschlossen.
  • Die Laser-Lichtquelle 221 löst gleichzeitig mit der Abgabe eines Laserlichtimpulses L1 die Zeitmesseinrichtung 271 aus. Der Laserlichtimpuls L1 trifft auf die Oberfläche der Probe, wird von dieser reflektiert und als reflektierter Laserlichtimpuls R1 von der Empfangsoptik 26 empfangen und vom Fotodiodenempfänger 25 detektiert, der die Zeitmesseinrichtung 27 stoppt, so dass die distanzabhängige Signallaufzeit gemessen wurde, die unmittelbar der Entfernung des jeweiligen Messpunktes der Oberfläche der Probe von der Abtasteinrichtung 2 entspricht.
  • Da bei sehr flachen Konturen der Oberfläche der Probe nur geringe Unterschiede in der distanzabhängigen Signallaufzeit des Laserstrahls L1 gemessen werden, hängt die Genauigkeit der Erfassung, Auswertung und Wiedergabe der Topographie der Oberfläche der Probe von der Genauigkeit der Zeitmessung ab. Aus diesem Grunde wird alternativ ein Verfahren zur Distanzmessung mittels Phasenverschiebung eingesetzt, dessen Funktionsprinzip in 3 dargestellt ist und das im Wesentlichen von derselben Vorrichtung wie in 2 Gebrauch macht, indem anstelle der Zeitmesseinrichtung 27 eine Phasenmesseinrichtung eingesetzt wird.
  • Bei diesem Verfahren wird die Phasenverschiebung gemessen, die das optisch modulierte Messsignal aufgrund seiner wegabhängigen Signallaufzeit relativ zu einem Referenzsignal erfährt. Dabei wird der Laserlichtimpuls L1 bei der optischen Impulslaufzeitmessung durch ein sinusförmig moduliertes Signal ersetzt, dessen Phase dadurch bestimmt wird, dass das vom Fotodiodenempfänger 25 empfangene Signal mit einem synchronen Referenzsignal korreliert wird. Die so ermittelte Phasenverschiebung bzw. Phasendifferenz Δφ1 ist proportional zur Laufzeit des Laserlichtimpulses L1 von der Laserlichtquelle 221 bis zu dem Fotodiodenempfänger 25.
  • Um von der vorstehend beschriebenen eindimensionalen Laufzeitmessung auf eine dreidimensionale Entfernungsmessung zu kommen, wird mit Hilfe der Abtasteinrichtung 21 die Oberfläche der Probe mit Hilfe des modulierten Laserlichtstrahls abgetastet und die Oberfläche der Probe seriell Punkt für Punkt vermessen. Die in einer Matrix angeordneten Messergebnisse sind Bildelemente eines digitalen Bildes, das ein Entfernungsbild und damit die Topographie der Oberfläche der Probe und ein Intensitätsbild der Oberfläche der Probe, das der Beschaffenheit der Oberfläche der Probe entspricht, wiedergibt. Falls zusätzlich ein RGB-Sensor eingesetzt wird, kann ergänzend ein RGB-Bild aus den ermittelten Farbwerten der gemessenen Punkte erstellt werden.
  • Über die Schnittstelle zwischen den Abtasteinrichtungen 21, 22 und der Auswerteeinrichtung 3 gemäß 1 werden die Messdaten, nämlich die Distanzwerte, Intensitätswerte und RGB-Farbwerte an die Auswerteeinrichtung 3, beispielsweise einem PC oder Laptop übertragen, in dem sie mit Hilfe einer Software zu einem Entfernungs-, Intensitäts- und gegebenenfalls Echtfarbenbild zusammengesetzt und auf der Bilddarstellungseinheit bzw. dem Display 9 visualisiert werden.
  • Neben der bildlichen Darstellung der Messdaten bewirkt die Auswerteeinrichtung 3 auch die Aufnahmesteuerung der Abtasteinrichtungen 21 , 22 , beispielsweise die Auswahl des zu scannenden Bereichs der Oberfläche der Probe, Vorgabe der Schrittweite beim Scanvorgang, Höheneinstellung der Probenaufnahme 1 usw.
  • 4 zeigt in ebenfalls schematischer Darstellung die prinzipielle Funktion einer Abtasteinrichtung 21 , 22 (aus Gründen der Einfachheit wird in 4 nur eine Abtasteinrichtung 2 dargestellt) zur Abgabe der modulierten IR-Laserstrahlen L1 , L2 und zum Empfang der reflektierten modulierten IR-Laserstrahlen R1 , R2 , deren Laufzeit bzw. Phasenverschiebung gegenüber dem modulierten IR-Laserstrahl L1 , L2 zur Bestimmung eines Distanzbildes und damit zur Bestimmung der Topographie der Oberfläche der Probe P und deren Absorptionseigenschaften und damit chemischen Zusammensetzung zu einem Intensitätsbild zusammengefügt werden.
  • Die IR-Detektoren 91, 92 und Objektive 93, 94 sind schräg zur Probenaufnahme 1 positioniert, wobei der eine IR-Detektor 91 in Y-Richtung und der andere IR-Detektor 92 in X-Richtung ausgerichtet ist.
  • Die Ausführungsform ermöglicht es, über die Intensitätsmessung an jedem Messpunkt auf die Schichtdicke einer chemischen Substanz zu schließen, was in Ergänzung zu den eingangs genannten Anwendungsbereichen auch für die Messung von Materialbeschichtungen, Klebeschichten auf Folien sowie bei Mehrschichtaufbauten auch innenliegender Schichten eingesetzt werden kann. Beispiele hierfür sind in den 5 bis 10 dargestellt.
  • 5 zeigt in schematischer Darstellung die Reduzierung der Intensität monochromatischen Lichts durch einen Ölfilm 101 auf einem Blechstreifen 100 einer Probe 1. Auf die Probe 1 wird monochromatisches Licht, beispielsweise ein Laserstrahl, mit der Anfangsintensität I0 gerichtet. Die Intensität des monochromatischen Lichts wird durch die schichtdickenabhängige Absorption IA des Ölfilms 101, die Reflektion IR an der Grenzschicht der Oberfläche des Ölfilms 101 sowie der Grenzschicht zwischen dem Ölfilm 101 und der Oberfläche des Blechstreifens 100 und durch das Streulicht IS der Beschichtung reduziert.
  • 6 zeigt in einer schematischen Darstellung der Absorption über der Wellenzahl die Rückführung der Schichtdicke durch die Absorptionsspektroskopie der Anordnung gemäß 5.
  • 6 zeigt den die schichtdickenabhängige Absorption IA des Ölfilms 101 repräsentierenden Peak A1 sowie mit A2 die Reduzierung der Intensität des monochromatischen Lichts durch die Reflektion an der Oberfläche des Ölfilms 101, durch das Streulicht der Beschichtung und die Reflektion der Grenzschicht zwischen dem Ölfilm 101 und dem Blechstreifen 100.
  • In den 7 und 8 ist ein Beispiel für eine Messung mit einem Spektroskop dargestellt. Als Probe dient ein in 7 schematisch dargestellter Teller mit einer darauf befindlichen Fettschicht und zwei Messpunkten M1 und M2 .
  • 8 zeigt zwei Spektren, die auf der Tellerprobe mit einer Fettschicht an den beiden Messpunkten M1 und M2 gemessen wurden. In dem Diagramm gemäß 8 sind die Absorptionspeaks mit den dazugehörigen funktionellen Gruppen eingezeichnet. Neben dem breiten, starken Absorptionspeak bei ca. 1.000 cm-1 treten weitere Absorptionspeaks bei rund 1.500 cm-1 (Methylen CH2 und Methylen CH2 und Methyl CH3), bei rund 1.750 cm-1 (Ketone C=0), 2.700 cm-1 und 3.000 cm-1 auf. Ein breiter Absorptionspeak tritt zwischen 3.700 cm-1 und 3.350 cm-1 (H2O und OH) auf. Diese zusätzlichen Peaks lassen sich alle auf das Vorhandensein der Fettschicht zurückführen, der Absorptionspeak der OH-Gruppe kann aus dem Fett stammen oder aus der Luftfeuchte, die sich auf der Telleroberfläche abgelagert hat.
  • Die in 8 dargestellte Absorption über der Wellenzahl an den beiden Messpunkten M1 und M2 gemäß 7 zeigt die für bestimmte Materialien typischen Peaks in einem Wellenzahlbereich zwischen 800 und 3.750 cm-1. Bei 2.850 cm-1 und bei 2.900 cm-1 erkennt man die charakteristischen Banden für Fingerspurenfett. Im Falle eines Fingerspurenscans wird vorzugsweise nur diese Bande ausgewertet, nicht jedoch die gesamte Absorptionsbande über einen Bereich von 1-10 µm Wellenlänge.
  • 9 zeigt eine zweidimensionale Darstellung eines Intensitätsbildes, mit der Darstellung der jeweiligen X/Y Position jedes Pixels und der mittels einer Graustufendarstellung dargestellten Intensität jedes Pixels, so dass sich hieraus eine strukturelle Darstellung der Oberfläche der Probe ergibt.
  • 10 zeigt eine bildgebende, dreidimensionale Darstellung des Intensitätsbildes jedes einzelnen Messpunktes auf der Oberfläche der Probe sowie eine daneben schematisch dargestellte Skala der spektralen Intensität, die vorzugsweise farbig angelegt ist und der jeweiligen Farbe der Messpunkte entspricht, so dass neben einer qualitativen Beurteilung der Oberfläche der Probe auch eine quantitative Beurteilung möglich ist. Die in 10 in einer Graustufe dargestellte Topographie kann wie in der Abbildung zweidimensional, aber auch dreidimensional mit der darauf befindlichen Substanz S wie in 11 dargestellt werden.
  • 11 zeigt eine schematische, zweidimensionale Darstellung einer Probe P mit dem Höhenprofil Z1 der Probe P als Graustufe und die sich auf der Oberfläche der Probe P befindliche chemische Substanz S mit dem Höhenprofil Z2, beispielsweise in einer Rotstufendarstellung. In Abhängigkeit von der Höhe Z2 der Substanz S kann diese in einem zweidimensionalen Bild in einer Farbpalette von hellrot bis dunkelrot dargestellt werden.
  • Mit dem erfindungsgemäßen Abtast- oder Scanverfahren und der daraus abgeleiteten Abtastvorrichtung wird eine Technologie realisiert, die eine schattenfreie und verzahnungsfreie Aufnahme der Oberfläche der Probe mit einem einzelnen Abtastvorgang ermöglicht, indem
    • - ein Entfernungsbild,
    • - ein Intensitätsbild
    • - bedarfsweise ein RGB-Bild bei Anordnung eines RGB-Sensors zur Ermittlung der Farbwerte der gemessenen Punkte
    mit einer Abstandsauflösung von ca. 1 mm, insbesondere kleiner oder gleich 0,1 mm, erstellt wird, wobei jedes abgetastete Pixel eine Bild- und Entfernungsinformation liefert. Des Weiteren gewährleistet das erfindungsgemäße Verfahren sowie die erfindungsgemäße Vorrichtung die Unterdrückung von Hintergrundlicht, so dass eine sichere Funktion des Abtastverfahrens auch bei Fremdlicht gewährleistet ist.
  • In den 12 bis 19 werden unterschiedliche Ausführungsformen dargestellt, mit denen zwei Lichtstrahlen L1 , L2 auf die Probe P gelenkt werden und das reflektierte Licht R1 , R2 einer Auswertung zugeführt wird.
  • In der ersten Ausführung werden zwei parallele Lichtstrahlen L1 , L2 (z.B. Laserstrahlen) mit unterschiedlichen Wellenlängen über eine teildurchlässige Spiegelvorrichtung 70 und einen Reflektor 71 auf die Probe P gelenkt. Der Reflektor 71 ist hier und auch im Folgenden als Schwingspiegel oder Drehspiegel ausgebildet.
  • Die reflektierten Strahlen R1 , R2 mit den jeweiligen Wellenlängen treffen dann wieder auf den Reflektor 71 und die teildurchlässige Spiegelvorrichtung 70. Von dort werden sie auf eine Empfangsoptik 26, die hier zwei Dioden als Detektoren aufweist, geleitet. Für die Einzelheiten des Empfangs und die Auswertung des reflektierten Lichts R1 , R2 auf die obige Beschreibung verwiesen.
  • In 13 wird eine Variation der Ausführungsform gemäß 12 dargestellt. Hier ist zusätzlich zwischen der teildurchlässigen Spiegelvorrichtung 70 und dem Reflektor 71 ein optisch abbildendes Element 72 angeordnet. Dieses hat die Aufgabe z.B. aus einem parallelen Strahlengang, wie er für die teildurchlässigen Spiegel günstig sein kann, in einen fokussierten Strahlengang zu überführen, der für die Punktabbildung und Auflösung Vorteile hat.
  • In den Ausführungsformen gemäß der 14 und 15 werden zwei Lichtstrahlen L1 , L2 zeitgleich über ein erstes dispersives Element 73 (z.B. Transmissionsgitter) geführt. Der zusammengeführte Laserstrahl L wird dann über eine teildurchlässige Spiegelvorrichtung 70 und einen Reflektor 71 auf die Probe P geführt.
  • Das von der Probe reflektierte Licht R wird von der teildurchlässigen Spiegelvorrichtung 70 auf ein zweites dispersives Element 74 geführt. Die dadurch getrennten Strahlen werden zur Empfangsoptik 26 geleitet, die hier zwei Dioden als Detektoren aufweist.
  • In 15 wird eine Variation der Ausführungsform gemäß 14 dargestellt, wobei, wie bei der Ausführungsform der 13, ein optisch abbildendes Element 72 in dem Strahlengang zwischen der teildurchlässigen Spiegelvorrichtung 70 und den Reflektor 71 angeordnet ist. Auch hier überführt das abbildende Element 72 den Teil der Optik mit eher parallelem Strahlengang in den konfokalen Anteil der Optik.
  • Bei den Ausführungsformen gemäß 16 und 17 werden die Lichtstrahlen L1 , L2 in Form von Lichtimpulsen zeitversetzt auf die Probe P gestrahlt. Der zeitliche Versatz wird durch Chopper oder Shutter 75,76 im Strahlengang vor einem dispersiven Element 73 erzeugt. Der zeitliche Versatz kann auch über eine entsprechende Ansteuerung der Laser oder eine Art von steuerbarem Unterbrecher erreicht werden.
  • Der zusammengeführte Strahl L wird dann über die teildurchlässige Spiegelvorrichtung 70 und den Reflektor 71 auf die Probe P geführt. Das reflektierte Licht R wird dann wieder über den Reflektor 71 und die teildurchlässige Spiegelvorrichtung 70 auf eine Empfangsoptik 26 geführt, die hier mit einer Diode als Detektor auskommt.
  • In der 17 ist eine Variante der Ausführungsform gemäß 16 dargestellt. Dabei ist zusätzlich ein optisch abbildendes Element 72 im Strahlengang vor dem dispersiven Element 73 angeordnet. Hiermit kann das Licht parallelisiert und die wellenlängenaufspaltende Wirkung des dispersiven Elementes 73 verbessert werden.
  • In 18 werden zwei parallele Lichtstrahlen L1 , L2 über ein optisch abbildendes Element 72 auf einen Reflektor 71 geführt. Die diffus reflektierte Lichtstrahlung R wird dann von einer Empfangsoptik 26 mit einer Diode als Detektor aufgenommen. Die Intensität des aufgenommenen Lichtes wird in der Regel schwach sein, so dass diese Variante nur für helle Untergründe und bei erhöhtem Verstärkungsaufwand geeignet erscheint.
  • Die Ausführungsformen der 12 bis 18 verwendeten Laserlicht, um Informationen über die Probe P zu erhalten.
  • In 19 wird nun eine Ausführungsform beschrieben, bei der nicht-kohärentes Licht, z.B. von einer Breitband MIR-Lichtquelle 75, auf eine teildurchlässige Spiegelvorrichtung 70 eingestrahlt wird. Über ein optisches abbildendes Element 72 und einen Reflektor 71 wird das Licht auf die Probe P geführt.
  • Die teildurchlässige Spiegelvorrichtung 70 leitet das reflektierte Licht R auf ein dispersives Element 73, das das Licht aufteilt und der Empfangsoptik 26, hier mit zwei Dioden als Detektoren, zuführt.
  • Gemäß der hier vorgestellten Ausführungsformen mit mindestens zwei Lichtstrahlen L1 , L2 können Schwankungen im Reflexionsverhalten der Umgebung der Probe P dadurch eliminiert werden, indem ein zweites Abbild der Scanfläche aufgenommen wird und die Laserwellenlänge so verstellt wird, dass das zweite Bild im nicht- oder im wenig-absorbierenden Bereich der Oberfläche aufgenommen wird. Somit dient der erste Lichtstrahl L1 der gezielten Absorption, der zweite Lichtstrahl L2 dient als Referenz. Es werden zwei Abbilder der Oberfläche erhalten, eines im Absorptionsmaximum der z.B. untersuchten organischen Substanz und eines außerhalb dieses Wellenlängenbereiches. Bei der Verwendung von Infrarotstrahlung wird zum eigentlichen Mittelinfrarot-Bild ein Referenzbild aufgenommen.
  • Es lässt sich damit eine wirkliche Extinktion errechnen, wie bei der klassischen Mittelinfrarot-Spektroskopie, nämlich für jeden Bildpunkt E x t = l o g I 0 I
    Figure DE102017201362A1_0001
    wobei die Intensität I0 der Intensität des Remissionslichtes der Referenzwellenlänge im nichtabsorbierenden Bereich und I der von der organischen Substanz (z.B. Fett) absorbierten Wellenlänge entspricht.
  • Die Größe Extinktion (Ext) würde dann unabhängig von der Remission oder Helligkeit der Oberfläche sein und linear mit der Schichtdicke des aufliegenden Fettes skalieren (Lambert-Beersches Gesetz). Der mathematische Vorgang der Bildung eines Logarithmus linearisiert die Kennlinie als Funktion der Schichtdicke, so dass in einer Ausführungsform direkt die Schichtdicke des Fettfilmes angegeben werden kann.
  • Die zweite Wellenlänge λ2 des zweiten Lichtstrahls L2 kann je nach Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anlage als thermisch oder anders durchgestimmte Laserwellenlänge oder durch Einsatz eines zweiten Lasers oder durch Strahlteilung erfolgter Aufteilung einer breitbandigen Lichtquelle oder auf anderem Weg erhalten werden.
  • Auch einen dritten Lichtstrahl mit einer dritten Laserwellenlänge und auch mit einer noch höheren Anzahl von Laserwellenlängen kann der Kontrast verbessert werden.
  • Die Aufnahme kann sequentiell für jeden Messpunkt auf der Probe P erfolgen oder gleichzeitig bei Selektion über wellenlängenaufspaltende Teilapparate bei Einsatz einer breitbandigen Lichtquelle 75.
  • Das zweite Bild kann zeitlich unabhängig vom ersten Bild erhalten werden. Derselbe Untergrund kann mit der zweiten, dritten oder einer weiteren Wellenlänge abgetastet werden. So können auch Messungen nach einer ersten Messung durchgeführt werden.
  • In einer weiteren Ausführungsform können die beiden Lichtquellen nebeneinander positioniert werden, in vorteilhafter Weise in enger Nachbarschaft und durch dieselbe Optik die Probe P beleuchten. Die beiden Lichtflecke werden dann nebeneinander auf der Probe P abgebildet.
  • Die beiden erhaltenden Bilder sind damit örtlich versetzt und werden nach Beendigung des Scans oder auch während des Scans rechnerisch über eine zuvor kalibrierte und im Gerät hinterlegte Weise verschoben zum Zwecke der Untergrundunterdrückung. Besonders vorteilhaft in dieser Ausführungsform ist der geringe apparative Aufwand, da alle Optikteile gemeinsam genutzt werden können.
  • Auch die Höheninformation kann vollkommen getrennt durch Lasertriangulation oder Streifenlichtprojektion oder durch Time-of-Flight - Kameras aufgezeichnet werden, was den Messaufbau wesentlich verbessert.
  • Das Verfahren lässt sich auch an schrägen Flächen durchführen, was einen erheblichen Vorteil in der Anwendungsbreite des erfinderischen Messsystems darstellt. Helligkeitsschwankungen innerhalb der Oberfläche sind durch die Quotientenbildung unterdrückt.
  • Aufwändige Phasenkontrast- oder Laufzeitunterschieds-Messungen des IR-Lichtes sind bei dem hier dargestellten Verfahren nicht notwendig.
  • Je nach Probenerfordernissen und Verfügbarkeiten von Laserquellen oder anderen Lichtquellen können Wellenlängen mit starker Intensität und schwacher Intensität genutzt werden. Der Fachmann wird hier den optimalen Kompromiss wählen, da häufig schwache oder nicht mit voller Leistung betriebene Laserlichtquellen eine sehr viel höhere Lebensdauer aufweisen, bevor sie ausgetauscht werden müssen, andererseits mit schwächerem Signal mehr relatives Rauschen auftritt.
  • Das Verfahren ist nicht eingeschränkt darauf, die Wellenlängen im Absorptionspeak der Fette. Es kann auch außerhalb der Absorption verwendet werden. So können auch unterschiedliche Wellenlängen in einer Flanke von Absorptionspeaks verwendet werden. Auch hier funktioniert die Unterdrückung des Untergrundes durch die Quotientenbildung.
  • Erstreckt sich z.B. ein Absorptionspeak von 3500-3600 cm-1 bei einem Maximum bei 3550 nm, so kann die Wahl der Wellenlängen auch z.B. auf 3550 nm und 3530 nm fallen.
  • Im Folgenden wird beispielhaft als Probe P ein Fingerabdruck verwendet, wobei Fingerabdrücke vorwiegend aus Fett bestehen.
  • In 20 ist der reine Untergrund ohne Fingerabdruckabsorption gezeigt. Die Schwankungsbreite in der Reflexion ist erheblich.
  • In 21 ist derselbe Untergrund mit Fettfingerabdruck im Absorptionspeak gezeigt. In 22 ist die Anwendung des hier geschilderten Verfahrens und die erreichbaren Verbesserungen sind beispielhaft dargestellt. Bei dieser Messung wurde die Messanordnung 18 verwendet.
  • Neben der Erweiterung des Einsatzspektrums auf schräge Untergründe und die erhebliche Kontrastverbesserung, ist eine Erweiterung der Einsatzmöglichen auf problematische Untergründe gegeben. Auch raue Oberflächen können somit vermessen werden, was gegenüber dem Stand der Technik eine deutliche Verbesserung ist.
  • Bisher wurde anhand der Absorption unterschiedlicher Wellenlängen λ1, λ2 die Grundidee beschrieben.
  • Weitere Ausführungsformen können jedoch auch andere bekannte Unterschiede zweier Lichtstrahlen L1 , L2 sein, die letztendlich zu einem Kontrast und Sichtbarmachung der Objekte führen. Zu nennen ist hier die Phasenlage der Lichtstrahlen, bzw. im Resultat der Phasenkontrast, der von der Laufzeit des Lichtes beim Durchdringen des gesuchten Materials kommt. Die Laufzeit ist nämlich abhängig von der Lichtgeschwindigkeit im Medium und damit vom Brechungsindex, der je nach zu untersuchendem Material verschieden sein kann.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Probenaufnahme
    21, 22
    Abtasteinrichtung
    3
    Auswerteeinrichtung
    4
    X-Y-Achsen-Ablenkeinheit
    5
    Z-Achsen-Antriebseinheit
    7
    RGB-Bildaufnahmeeinheit (RGB-Sensor)
    8
    Impulsgenerator
    9
    Bilddarstellungseinheit (Display)
    211, 212
    Laser-Ansteuerelektronik
    221, 222
    IR-Laser-Lichtquelle
    231, 232
    Sendeoptik
    24
    Log-in-Signalverstärker
    25
    Fotodiodenempfänger
    26
    Empfangsoptik
    27
    Zeit- oder Phasenmesseinrichtung
    28
    digitaler Ausgang
    29
    analoger Ausgang
    30
    zentrale Rechnereinheit (CPU)
    40
    X-Y-Achsentreibereinheit
    50
    Z-Achsen-Treibereinheit
    61
    Speichereinheit
    62
    Externe Speichereinheit
    70
    Teildurchlässige Spiegelvorrichtung
    71
    Reflektor (Drehspiegel, Schwingspiegel)
    72
    Optisch abbildendes Element
    73
    Erstes dispersives Element
    74
    Zweites dispersives Element
    75
    Lichtquelle für nicht-kohärentes Licht
    91, 92
    IR-Detektoren
    93,94
    Objektive
    100
    Blechstreifen
    101
    Ölfilm
    300
    Mikroprozessor
    A1, A2
    Peaks
    I
    Durchgelassenes Licht
    IA
    schichtdickenabhängige Absorption
    I0
    Anfangsintensität
    IR
    Reflexion
    IS
    Streulicht
    L1, L2
    Abgegebener Laserstrahl
    M1, M2
    Messpunkte und -kurven
    R1, R2
    reflektierter Laserstrahl
    S
    Substanz
    P
    Probe oder Messobjekt
    Δφ
    Phasenverschiebung bzw. Phasendifferenz
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Claims (29)

  1. Verfahren zur Erfassung der Oberflächenstruktur und Beschaffenheit einer Probe mittels einer Abtasteinrichtung, insbesondere zur Erfassung chemischer Substanzen auf und in der Oberfläche der Probe, wobei die Probe und die Abtasteinrichtung relativ zueinander bewegt werden, dadurch gekennzeichnet, dass a) die Abtasteinrichtung Licht (L1, L2), insbesondere Lichtstrahlen mit mindestens zwei unterschiedliche Eigenschaften, insbesondere zwei unterschiedliche Wellenlängen (λ1, λ2) und / oder zwei unterschiedliche Phasenlagen abstrahlt, wobei insbesondere die Wellenlänge (λ1) des ersten Lichts (L1), insbesondere der erste Lichtstrahl im Absorptionsbereich der Probe (P) und / oder die Phasenlage des ersten Lichts (L1), insbesondere der erste Lichtstrahl im Kontrastbereich der Probe (P) liegen, und insbesondere Wellenlängen (λ1, λ2) verwendet werden, die dem Wellenlängenbereich des Absorptionsspektrums der Beschaffenheit der Oberfläche der Probe (P), insbesondere einer zu erfassenden chemischen Substanz, entsprechen, b) das von der Oberfläche der Probe reflektierte Licht (R1, R2) erfasst und aus Abweichungen des reflektierten Lichts (R1, R2) von dem abgegebenen Licht (L1, L2) zwei digitale Bilder der Topographie der Oberfläche der Probe (P) und der Intensität des reflektierten Lichts (R1, R2) erzeugt werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der Probe (P) von der Abtasteinrichtung (21, 22) mit mindestens zwei abgegebenen Lichtstrahlen (L1, L2), insbesondere Laserlicht flächig, insbesondere punktweise oder zeilenweise, bestrahlt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Wellenlänge (λ2) des mindestens zweiten Lichts, insbesondere des zweiten Lichtstrahls (L2) im nicht- oder wenig absorbierenden Bereich der Probe (O) liegt.
  4. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Lichtstrahl (L1, L2) eine durchgestimmte, insbesondere thermisch durchgestimmte Wellenlänge (λ1, Ä2) aufweist.
  5. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Lichtstrahlen (L1, L2) durch mindestens zwei Laserquellen oder eine breitbandige Lichtquelle (75) mit anschließender Strahlteilung erzeugt werden.
  6. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestrahlung der Oberfläche der Probe (P) von der Abtasteinrichtung (21, 22) mit den mindestens zwei abgegebenen Lichtstrahlen (L1, L2) sequentiell für jeden Messpunkt (M), insbesondere mit einem Zeitversatz oder gleichzeitig erfolgt.
  7. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Licht (L1, L2) vor dem Auftreffen auf die Probe (P) durch eine Filtervorrichtung geleitet wird, wobei in der Filtervorrichtung mindestens zwei unterschiedliche Filter jeweils nur für eine bestimmte Eigenschaft des Lichts (L1, L2) transparent sind, wobei das Licht (L1, L2) jeweils nur durch einen der Filter geführt wird, so dass durch Wechsel der Filter zeitlich versetzte Aufnahmen der Probe (P) und der Umgebung der Probe (P) mit Licht (L1, L2) mit unterschiedlichen Eigenschaften gemacht werden.
  8. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtasteinrichtung (2) mindestens einen Lichtstrahl (L1, L2) im Infrarotspektrum emittiert.
  9. Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der Probe (P) mit mindestens zwei Laserstrahlen (L1, L2) mit jeweils vorgegebenem Laserstrahldurchmesser in einer dem Laserstrahldurchmesser entsprechenden Schrittweite zeilenweise bestrahlt, die reflektierten Laserstrahlen (R1, R2) koaxial zu den abgegebenen Laserstrahlen (L1, L2) erfasst und ausgewertet werden.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die abgegebenen Laserstrahlen (L1, L2) auf einen Laserstrahldurchmesser kleiner oder gleich 1 mm, insbesondere kleiner oder gleich 0,1 mm, kollimiert werden.
  11. Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicken innenliegender Schichten der Probe (P), die sich von außen liegenden Schichten unterscheiden, ausgewertet werden.
  12. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die vom Abstand der Abtasteinrichtung (21, 22) von der Oberfläche der Probe (P) abhängige Laufzeit des von der Abtasteinrichtung (2) abgegebenen und von der Oberfläche der Probe (P) reflektierten Laserstrahls (R1, R2) erfasst und zur Erstellung eines der Topographie der Oberfläche der Probe (P) entsprechenden Distanzbildes ausgewertet wird.
  13. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenverschiebung (Δφ) zwischen mindestens einem von der Abtasteinrichtung (2) abgegebenen Lichtstrahl (L1, L2), insbesondere mindestens einem Laserstrahl (L1, L2) und dem mindestens einen von der Oberfläche der Probe (P) reflektierten Lichtstrahl (R1, R2) erfasst und zur Ermittlung der Topographie der Oberfläche der Probe (P) ausgewertet wird.
  14. Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die absorptionsbedingte Abweichung des von der Oberfläche der Probe (P) reflektierten Laserstrahls (R1, R2) vom von der Abtasteinrichtung (2) abgegebenen Lichtstrahl, insbesondere Laserstrahl (L1, L2) zur Erstellung eines der chemischen Substanz auf und in der Oberfläche der Probe entsprechenden Intensitätsbildes ausgewertet wird.
  15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Lichtstrahlen (L1, L2), insbesondere einer der Laserstrahlen (L1, L2) sinusförmig moduliert wird und zur Bestimmung der Phasenverschiebung (Δφ) zwischen dem von der Abtasteinrichtung (2) abgegebenen und dem von der Oberfläche der Probe (P) reflektierten mindestens einen Lichtstrahl (R1, R2) verwendet wird und der von der Abtasteinrichtung (2) erfasste reflektierte mindestens eine Lichtstrahl (R1, R2) mit einem zum mindestens einen Lichtstrahl (L1, L2) synchronen Referenzsignal korreliert wird.
  16. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der Probe (P) mit dem modulierten Lichtstrahl (L1, L2) seriell Punkt für Punkt abgetastet und aus den in einer Matrix angeordneten Entfernungs- und Intensitätsmessungen Bildelemente eines digitalen Bildes emuliert werden.
  17. Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine reflektierte Lichtstrahl (R1, R2) mittels einer RGB-Bildaufnahmeeinheit (7) zur Ermittlung der Farbwerte der abgetasteten Oberfläche der Probe (P) erfasst wird.
  18. Vorrichtung zur Erfassung der Oberflächenstruktur und Beschaffenheit einer Probe, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch - eine Probenaufnahme (1), - eine Abtasteinrichtung (2) mit einer Lichtquelle für Licht (L1, L2), insbesondere Lichtstrahlen mit mindestens zwei unterschiedliche Eigenschaften, insbesondere zwei unterschiedliche Wellenlängen (λ1, λ2) und / oder unterschiedliche Phasenlagen abstrahlt, wobei insbesondere die Wellenlänge (λ1) des ersten Lichts (L1), insbesondere des ersten Lichtstrahls im Absorptionsbereich und / oder die Phasenlage des ersten Lichts (L1), insbesondere des ersten Lichtstrahls im Kontrastbereich der Probe (P) liegen, und insbesondere Wellenlängen (λ1, λ2) verwendet werden, die dem Wellenlängenbereich des Absorptionsspektrums der Beschaffenheit der Oberfläche der Probe (P), insbesondere einer zu erfassenden chemischen Substanz, entsprechen, - eine Auswertungsvorrichtung (3), mit der das von der Oberfläche der Probe (P) reflektierte Licht (R1, R2) erfassbar sind und aus Abweichungen des reflektierten Lichts (R1, R2) von dem abgegebenen Licht (L1, L2) zwei digitale Bilder der Topographie der Oberfläche der Probe (P) und der Intensität des reflektierten Lichts (R1, R2) erzeugbar sind.
  19. Vorrichtung nach Anspruch 18, gekennzeichnet durch ein Mittel der Abstasteinrichtung (21, 22) zur flächigen, insbesondere punktweisen oder zeilenweisen, Bestrahlung der Oberfläche der Probe (P).
  20. Vorrichtung nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Probenaufnahme und / oder die Abtasteinrichtung (2) mit einer Z-Achsen-Antriebseinheit (5) zur Veränderung des Abstandes zwischen der Probenaufnahme (1) und der Abtasteinrichtung (2) verbunden ist bzw. sind, die bidirektional über eine Z-Achsen-Treibereinheit (5) mit der zentralen Rechnereinheit (30) verbunden ist.
  21. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 18 bis 20, gekennzeichnet durch eine auf die Oberfläche der Probe (P) ausgerichtete RGB-Bildaufnahmeeinheit (7), die bidirektional über eine dritte Rechnereinheit (33) zur Erzeugung eines RGB-Bildes mit der zentralen Rechnereinheit (30) verbunden ist.
  22. Vorrichtung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche 18 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (21, 22, 23) eine IR-Laser-Lichtquelle (22), eine Sendeoptik (23) für die Abstrahlung von Lichtstrahlen (L1, L2) der IR-Laser-Lichtquelle (22) auf die Oberfläche der Probe (P) und eine Lichtquellen-Ansteuerelektronik (21) zur Ansteuerung der IR-Laser-Lichtquelle (22) aufweist.
  23. Vorrichtung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche 18 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass Lichtempfänger (24, 25, 26) einen IR-Fotodiodenempfänger (25), eine auf der die reflektierten Lichtstrahlen (R1, R2) aufnehmenden Empfangsseite angeordnete Empfangsoptik (26) und einen die vom IR-Fotodiodenempfänger (25) abgegebenen Signale verstärkenden Log-in-Signalverstärker (24) aufweist.
  24. Vorrichtung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche 18 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass ein Impulsgenerator (8) die Lichtquellen-Ansteuerelektronik (21), den Log-in-Signalverstärker (24) und die drei Rechnereinheiten (31, 32, 33) ansteuert.
  25. Vorrichtung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche 18 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die IR-Laser-Lichtquelle (22) mindestens einen IR-Laserstrahl (L1, L2) über einen von einer Laser-Ansteuerelektronik (21) angesteuerten Modulator (11) auf einen Kollimator (13) richtet, der den mindestens einen IR-Laserstrahl (L1, L2) mit begrenztem Laserstrahldurchmesser an eine Ablenkeinrichtung (15) abgibt, die den mindestens einen IR-Laserstrahl (L1, L2) zeilenweise auf die Probe (P) ablenkt und die von der Oberfläche der Probe reflektierten IR-Laserstrahlen (R1, R2) zu einer Bildaufnahme-Fotodiode (12) ablenkt.
  26. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass im Strahlengang zwischen dem Kollimator (13) und der Ablenkeinrichtung (15) eine halbdurchlässige Spiegelvorrichtung (14) angeordnet ist, die einerseits die vom Kollimator (13) abgegebenen IR-Laserstrahlen (L1, L2) zur Ablenkeinrichtung (15) durchlässt und andererseits die von der Ablenkeinrichtung (15) seriell zusammengefassten, von der Oberfläche der Probe (2) reflektierten IR-Laserstrahlen (R) zu einer Bildaufnahme- Fotodiode (12) ablenkt.
  27. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 18 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass die von der Ablenkeinrichtung (15) zeilenweise aufgefächerten IR-Laserstrahlen (L) sowie die von der Ablenkeinrichtung (15) empfangenen reflektierten IR-Laserstrahlen (R) über eine Korrekturlinse (17) und einen Umlenkspiegel (18) zur Probe (P) geleitet werden.
  28. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 18 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der von der Ablenkeinrichtung (15) zeilenweise aufgefächerten IR-Laserstrahlen (L1, L2) auf mindestens eine Synchronisations-Fotodiode abgelenkt wird.
  29. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 18 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Ablenkeinrichtung aus einem elektromotorisch angetriebenen Polygon-Ablenkspiegel (15) oder einem Galvanometer besteht.
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