EP0270578A1 - Volumen-messverfahren für oberflächenvertiefungen - Google Patents

Volumen-messverfahren für oberflächenvertiefungen

Info

Publication number
EP0270578A1
EP0270578A1 EP87903251A EP87903251A EP0270578A1 EP 0270578 A1 EP0270578 A1 EP 0270578A1 EP 87903251 A EP87903251 A EP 87903251A EP 87903251 A EP87903251 A EP 87903251A EP 0270578 A1 EP0270578 A1 EP 0270578A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
substance
light
dye
volume
measured
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP87903251A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Reiner KALSTRÖM
Erich Schulz-Dubois
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Dr Ing Rudolf Hell GmbH
Original Assignee
Dr Ing Rudolf Hell GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Dr Ing Rudolf Hell GmbH filed Critical Dr Ing Rudolf Hell GmbH
Publication of EP0270578A1 publication Critical patent/EP0270578A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F17/00—Methods or apparatus for determining the capacity of containers or cavities, or the volume of solid bodies

Definitions

  • the present invention relates to a volume measurement method for surface depressions according to the preamble of claim 1.
  • a case of volume measurement of surface depressions that frequently occurs in practice occurs in the production of printing forms for doctor blade gravure printing.
  • the surface of this printing form usually an engraved or etched printing cylinder, has a large number of cups (depressions) distributed in accordance with the later printing pattern, which are separated from one another by webs.
  • the gravure printing process with this printing form proceeds in such a way that the wells are filled with ink, by means of a squeegee which is carried by the webs, the excess ink is removed and the printing material is brought into contact with the surface of the printing cylinder, the printing ink coming from Cup is transferred to the substrate.
  • the volume of color transferred is decisive for the tonal value of the dot printed, which is why the volume of the individual cells is important in the production of the printing form.
  • the cell volume was previously determined by measuring the diagonals of the cells on the copper surface, the volume being determined from the shape of the diamond stylus and the geometry of the printing grid using approximate formulas.
  • a microscope is used according to a known measuring method, which is placed on the surface of the printing form. This measurement, in which several wells are used for several different shades of gray measure, takes up valuable time that z. B. is on the order of half an hour. The loss of production associated with this expenditure of time suggests it after one
  • the object of the present invention is therefore to provide a volume measurement method for surface depressions which enables direct volume measurement.
  • FIG. 2 shows a cuvette for the measurement according to FIG. 1,
  • 3a shows a diagram for the fluorescence as a function of the layer thickness
  • 3 b is a diagram for the transmission as a function of the layer thickness
  • 4 shows a measuring arrangement for the direct measurement of surface depressions
  • 5 a shows an example of a surface to be measured with U-shaped grooves
  • 5 b shows an example of a surface with V-shaped grooves
  • FIGS. 5 a shows the fluorescence measurement values at the surface depressions of FIGS. 5 a
  • 6 b shows a representation of the fluorescence measured values using the example of FIG. 5 b.
  • FIG. 1 shows a measuring arrangement with which the layer thickness of a fluorescent dye can in principle be determined, the volume of the irradiated substance being obtained when the beam diameter is known.
  • a laser 1 is provided, the light of which reaches a cuvette 4 filled with a fluorescent color via a Bragg cell and an aperture 3.
  • the aperture 3 is provided so that the first diffraction order is hidden.
  • the cuvette 4 is wedge-shaped and contains the dye sample.
  • the fluorescent light that is emitted by the color sample is imaged onto an image converter 9 at an angle to the incident beam in the forward direction via a lens 6, an edge filter 7 and a further lens 8.
  • the laser is modulated by means of the Bragg cell 2, so on the photo converter, in the present case
  • the Bragg cell operates at 70 MHz and is in turn modulated by a rectangular generator 10, which is followed by a modulator 11.
  • the signal from the photocell 9 reaches an voltmeter 14 via an amplifier 12, a lock-in stage 13 (eg IC of the type AD 630 from Analog Devices), which displays the measurement result.
  • a lock-in stage 13 eg IC of the type AD 630 from Analog Devices
  • the fluorescent light is imaged against the incident beam on the photodiode 9 in the forward direction.
  • a partial beam is masked out behind the diaphragm 3 by means of a beam splitter 15, which is passed through a deflecting mirror 16 to a polarizing filter 17 and a lens 18 to a further photo converter 19.
  • the signal from the photo converter 19, like the signal from the photo converter 9, is passed to the voltmeter 14 via an amplifier 20 and a lock-in stage 21.
  • the beam passing through it is passed by means of a deflecting mirror 22 onto an interference filter 23, which is followed by a polarizing filter 24 and a lens 25, the light passing through the polarizing filter and lens reaching another photo converter 26.
  • the output signal of the photo converter 26 is also sent to the voltmeter 14 via an amplifier 27 and a further lock-in circuit 28.
  • gray wedges or neutral glass filters can be used instead of the pole filters, which are only used to attenuate the beam.
  • a calibration of the measuring system is necessary.
  • a power meter is also used for this purpose, with the aid of which the direct laser output power, the power behind the Bragg cell, the power behind the diaphragm, the power before the sample and the power before the photodiode 9 are measured.
  • the calibration of the photodiode 9 takes place in two steps. It is measured with a fluorescent sample in the cuvette 4, the stability of which is known. First, the fluorescence is measured with the photodiode 9 as a function of the incident laser light power. Then the photodiode 9 is replaced by the power meter. An assignment of the fluorescence intensity to the photodiode voltage is thus obtained.
  • the other photodiodes 19 and 26 can also be calibrated in the same way.
  • Fig. 2 shows the cuvette 4 in a side view and in a plan view. It consists of several glass plates, the wedge-shaped part being formed from the plates 41 and 42 and a further plate 44 being provided to increase the stability. These plates are held together by side plates 45 and 46. The sample is in the space between plates 41 and 42 and the solvent is in the space between plates 42 and 43.
  • the cuvette can be displaced perpendicularly to the laser beam by means of micrometer screws (not shown) in order to measure different volumes or layer thicknesses.
  • the layer thickness d is determined by introducing a copper piece of known thickness into the wedge-shaped layer and by adjustment in the laser beam, from the cuvette geometry and the relative height of the cuvette within the measuring arrangement, which is set with the micrometer screw.
  • the solvent is provided so that the same refractive indices are present at the interfaces and thus a straight beam path is ensured in the wedge-shaped layer and also after leaving the cuvette.
  • the illuminated volume v can be determined from the beam diameter D in the sample and the layer thickness d, which results from the measured fluorescence intensity.
  • FIG. 3a shows a diagram in which the fluorescence U 4 / U 6 was recorded as a function of the layer thickness of the dye.
  • the wedge-shaped cuvette was shifted in height relative to the measuring beam.
  • the laser power was 5 mW, which corresponds to a voltage of 1290 mW at the reference diode 19 (PD3). Since it is a wedge-shaped cuvette, the layer thickness is known from the relative height of the cuvette, so that the assignment of fluorescence intensity and layer thickness is clearly determined by this measurement.
  • I f (d, c, I L ) kx I L x (1 - exp (-0.01 xcxd))
  • I L laser intensity falling on the sample
  • c concentration in g / ltr
  • d layer thickness in ⁇ m
  • the value 0.01 can vary depending on the measuring arrangement.
  • the measurement curve corresponds to the course of the formula, and it can be seen that the fluorescence intensity depends on the number of dye molecules available for fluorescence, as a result of which this relationship between fluorescence intensity and layer thickness for thickness measurement and thus can also be used for volume measurement according to the invention.
  • FIG. 3b shows the transmission of the laser light transmitted through the sample, i. H . the voltage U 5 / U 6 , it being recognizable that the transmission decreases with increasing fluorescence.
  • the following properties of the dye used or of the solvent in which the dye is dissolved during the measurement are required.
  • the dye should have solubility in a transparent solvent that wets the surface to be measured well.
  • a high quantum yield of the fluorescence of the dye which results in a large signal strength and thus reduced errors due to noise, is also desirable.
  • the stability of the dye against exposure and solvent should be given at the highest possible concentration (photochemical and chemical stability).
  • the solvent should be homogeneous (no emulsion / suspension) and have a low volatility at room temperature so that the concentration is maintained during the measurement.
  • Rhodamine 6 G in methanol / ethylene glycol mixture (1:10 - 20), c 0.5 g / ltr.
  • the invention is not limited to the concentrations and mixing ratios given above, but the measurement is also possible with other concentrations and other dyes or solvents which have the aforementioned properties. The measurement is also dependent on the respective dye, possible in other wavelength ranges.
  • Figure 4 shows a practical measuring arrangement for direct measurement of surface depressions.
  • U- or V-shaped grooves which have been engraved in a copper surface, were measured, as shown in FIGS. 5a and 5b.
  • the measurement setup corresponds in principle to the measurement setup of FIG. 1, without a transmission channel.
  • the assemblies in FIG. 4, which correspond to the assemblies in FIG. 1, have been described with the same reference numbers.
  • the beam splitter 15 which can be a lens carrier glass
  • the laser beam is directed onto the sample 52 via a mirror 50 and a beam splitter 51.
  • the sample may e.g. B. be a surface shown in Figures 5a or 5b with corresponding depressions.
  • the measurement values for the fluorescence U 4 / U 6 shown in FIGS. 6a for a U-shaped profile and in FIG. 6b for a V-shaped profile result. It was measured with Rhodamine 6G, as this dye is particularly fluorescent and stable.
  • FIG. 6b relate to five V-shaped depressions, of which only two have been shown in FIG. 5b.
  • the invention has been described in the foregoing using the fluorescence effects as an example of the use of the wavelength-shifted scattered light of certain substances for volume or layer thickness measurement.
  • the so-called "Raman effect” can also be used for the volume measurement by filling the volume to be measured with a substance on which this Raman effect occurs. If you irradiate z.
  • the Raman effect is described, for example, in the dtv Lexicon of Physics, Volume 7, P-RE, Deutscher Taschenbuchverlag, Kunststoff, February 1971, ISBN 3-423-03047-X, pages 227 to 229.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Description

Volumen-Meßverfahren für Oberflächenvertiefungen
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Volumen-Meßverfahren für Oberflächenvertiefungen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bei der Messung an Oberflächen bzw. Oberflächenvertiefungen muß zwischen Rauhigkeit (Größenordnung: < - 5 μm) - Welligkeit
(10 - 100 μm) und Form ( < = 10 μm) unterschieden werden.
Die Dissertation von G. Thurn, automatisierte Oberflächenprüfung durch rechnergestütztes Messen der Streulichtverteilung,
TU Berlin, 1984, gibt einen Überblick über die gebräuchlichen, mechanischen und optischen Verfahren zu deren Bestimmung.
Die mechanische Abtastung mit einem Diamanttaster erfaßt Rauhigkeit, Welligkeit und Form entsprechend den Filtercharakteristika der verwendeten Meßanordnung, ist jedoch relativ langsam (Tastgeschwindigkeit < = 0,5 mm pro Sekunde) und hinterläßt Spuren auf der Oberfläche.
Die optischen Methoden, die z. B. von Brodmann, "Surface Roughness Measurement of Turned and Ground Surfaces with a Light Scattering Instrument", third International Conference on Metrology and Properties of Engineering Surfaces, Middlesborough, 10. - 12. April 1985 oder Baker, L.R.: "Comparator Technique to Measure Micro Height Variations", Third Conference on Metrology and Properties of Engineering Surfaces, Middlesborough, 10. - 12. April 1985 oder Vorburger, T.V.:
"Optical Measurement of Surface Roughness", Third Conference on Metrology and Properties of Engineering Surfaces, Middlesborough, 10. - 12. April 1985, beschrieben sind, haben die Vorteile einer berührungslosen und schnellen Abtastung, sind jedoch aufgrund der verwendeten kurzen Lichtwellenlänge nur für Rauhigkeitsmessungen geeignet. Man erhält ein Höhenprofil bzw. statistische Parameter, wie Höhen- bzw. Flächenwinkelverteilungen, wozu auf Thomas T.R.: "Characteristic of Surface Roughness, Precision Engineering", S. 97 ff., IPC Business Press 1981, verwiesen wird.
Ein in der Praxis häufig auftretender Fall der Volumenmessung von Oberflächenvertiefungen tritt bei der Herstellung von Druckformen für den Rakel-Tiefdruck auf. Die Oberfläche dieser Druckform, meist ein gravierter oder geätzter Druckzylinder, weist eine Vielzahl von entsprechend dem späteren Druckraster verteilten Näpfchen (Vertiefungen) auf, die durch Stege voneinander getrennt sind. Das Tiefdruckverfahren mit dieser Druckform läuft so ab, daß die Näpfchen mit Farbe gefüllt werden, mittels eines Rakels, das von den Stegen getragen wird, die überschüssige Farbe entfernt und der Bedruckstoff mit der Oberfläche des Druckzylinders in Kontakt gebracht wird, wobei die Druckfarbe aus den Näpfchen auf den Bedruckstoff übertragen wird.
Für den Tonwert des jeweils gedruckten Punktes ist das übertragende Farbvolumen maßgebend, weshalb es bei der Herstellung der Druckform auf die Volumina der einzelnen Näpfchen ankommt. Bei der Gravur dieser Näpfchen mittels eines Diamantstichels wurde das Näpfchenvolumen bisher durch Messung der Näpfchendiagonalen auf der Kupferoberfläche bestimmt, wobei aus der Form des Diamantstichels und der Geometrie des Druckrasters mittels Näherungsformeln das Volumen bestimmt wurde. Hierzu wird nach einem bekannten Meßverfahren ein Mikroskop verwendet, das auf die Oberfläche der Druckform gesetzt wird. Diese Messung, bei der für mehrere verschiedene Grautöne jeweils mehrere Näpfchen ver messen werden, nimmt wertvolle Zeit in Anspruch, die z. B. in der Größenordnung einer halben Stunde liegt. Der mit diesem Zeitaufwand verbundene Produktionsausfall legt es nahe, nach einem
Meßprinzip zu suchen, mit dem dynamische Messungen möglich sind. Diese Forderung wird noch dadurch verstärkt, daß bei einem neueren Elektronenstrahl Gravurverfahren die Form der gravierten Näpfchen nicht durch die Geometrie eines Stichels gegeben ist, wie dies z. B. bei der Gravur der Näpfchen mittels des Diamantstichels der Fall ist. Zur Bestimmung des gravierten Volumens ist daher eine direkte Messung wünschenswert.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Volumenmeßverfahren für Oberflächenvertiefungen anzugeben, das eine direkte Volumenmessung ermöglicht. Insbesondere soll es auf eine einfache Weise ermöglicht werden, auch das Volumen der Farbübertragenden Näpfchen von Tiefdruckformen zu erfassen.
Die Erfindung erreicht dies durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen 2 bis 12 angegeben.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren 1 bis 6 näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen Meßaufbau zum Funktionsnachweis des Meßverfahrens,
Fig. 2 eine Küvette für die Messung nach Fig. 1,
Fig. 3 a ein Diagramm für die Fluoreszenz in Abhängigkeit von der Schichtdicke,
Fig. 3 b ein Diagramm für die Transmission in Abhängigkeit von der Schichtdicke, Fig. 4 eine Meßanordnung zum direkten Messen von Oberflächenvertiefungen,
Fig. 5 a ein Beispiel einer zu messenden Oberfläche mit U-förmigen Rillen,
Fig. 5 b ein Beispiel einer Oberfläche mit V-förmigen Rillen,
Fig. 6 a eine Darstellung der Fluoreszenz-Meßwerte an den Oberflächenvertiefungen der Fig. 5 a und
Fig. 6 b eine Darstellung der Fluoreszenz-Meßwerte am Beispiel der Fig. 5 b.
Die Figur 1 zeigt eine Meßanordnung mit der prinzipiell die Schichtdicke eines fluoreszierenden Farbstoffs bestimmt werden kann, wobei sich bei Kenntnis des Strahldurchmessers das Volumen des durchstrahlen Stoffs ergibt.
In Fig. 1 ist ein Laser 1 vorgesehen, dessen Licht über eine Bragg-Zelle und eine Blende 3 auf eine mit einer fluoreszierenden Farbe gefüllte Küvette 4 gelangt. Als Laser kann vorzugsweise ein luftgekühlter 20 mW-Argon-Ionen-Laser (488 nm) verwendet werden, dessen Strahl durch die Bragg-Zelle 3 moduliert wird. Die Blende 3 ist vorgesehen, damit die erste Beugungsordnung ausgeblendet wird. Die Küvette 4 ist keilförmig und enthält die Farbstoffprobe. Der modulierte Laserstrahl fällt auf die Küvette und hat am Ort der Probe einen Durchmesser von etwa D = 2 mm. Das Fluoreszenz- Licht, das von der Farbprobe abgestrahlt wird, wird unter einen Winkel gegen den einfallenden Strahl in Vorwärtsrichtung über eine Linse 6, ein Kantenfilter 7 und eine weitere Linse 8 auf einen Fotowandler 9 abgebildet. Der Laser wird mittels der Bragg-Zelle 2 moduliert, damit am Fotowandler, im vorliegenden Fall einer Fotodiode, ein Wechselstromsignal entsteht und damit Gleichlichtanteile, die nicht mitgemessen werden sollen, auf diesem Wege unterdrückt werden. Die Bragg-Zelle arbeitet mit 70 MHz und wird ihrerseits durch einen Rechteckgenerator 10, dem ein Modulator 11 nachgeschaltet ist, moduliert.
Das Signal der Fotozelle 9 gelangt über einen Verstärker 12, einer Lock-In-Stufe 13 (z. B. IC vom Typ AD 630 von Analog Devices) an ein Voltmeter 14, welches das Meßergebnis anzeigt.
Das Fluoreszenz-Licht wird gegen den einfallenden Strahl in Vorwärtsrichtung auf die Fotodiode 9 abgebildet. In dem Strahlgang befindet sich ein Kantenfilter, um eventuell vorhandene Laser-Lichtanteile herauszufiltern.
Zur Kontrolle der Laser-Leistung während der Messung wird hinter der Blende 3 mittels eines Strahlteilers 15 ein Teilstrahl ausgeblendet, der über einen ümlenkspiegel 16 ein Polfilter 17 und eine Linse 18 auf einen weiteren Fotowandler 19 gegeben wird. Das Signal des Fotowandlers 19 wird ebenso wie das Signal des Fotowandlers 9 über einen Verstärker 20 und eine Lock-In-Stufe 21 an das Voltmeter 14 gegeben. Zur Messung der Transmission durch die Küvette 4 wird der durch sie hindurchtretende Strahl mittels eines ümlenkspiegels 22 auf ein Interferenzfilter 23 gegeben, dem ein Polfilter 24 und eine Linse 25 nachgeschaltet sind, wobei das durch Polfilter und Linse hindurchtretende Licht auf einen weiteren Fotowandler 26 gelangt. Das Ausgangssignal des Fotowandlers 26 wird ebenfalls über einen Verstärker 27 und eine weitere Lock- In-Schaltung 28 an das Voltmeter 14 gegeben.
Anstelle der Polf ilter , die lediglich zum Abschwächen des Strahls eingesetzt werden, können durch Graukeile oder Neutralglasfilter eingesetzt werden. Um die gemessenen Spannungen den entsprechenden absoluten Intensitäten zuordnen zu können, ist eine Kalibrierung des Meßsystems notwendig. Dazu wird außerdem ein Leistungsmesser benutzt, mit dessen Hilfe die direkte Laser-Ausgangsleistung, die Leistung hinter der Bragg-Zelle, die Leistung hinter der Blende, die Leistung vor der Probe und die Leistung vor der Fotodiode 9 gemessen werden. Die Kalibrierung der Fotodiode 9 geschieht in zwei Schritten. Dabei wird mit einer fluoreszierenden Probe in der Küvette 4 gemessen, deren Stabilität bekannt ist. Zunächst wird mit der Fotodiode 9 die Fluoreszenz in Abhängigkeit von der einfallenden Laser-Lichtleistung gemessen. Dann wird die Fotodiode 9 durch den Leistungsmesser ersetzt. Man erhält so eine Zuordnung der Fluoreszenz-Intensität zu der Fotodioden-Spannung. In gleicher Weise können auch die übrigen Fotodioden 19 und 26 geeicht werden.
Fig. 2 zeigt die Küvette 4 in einer Seitenansicht und in einer Draufsicht. Sie besteht aus mehreren Glasplatten, wobei der keilförmige Teil aus den Platten 41 und 42 gebildet wird und eine weitere Platte 44 zur Erhöhung der Stabilität vorgesehen ist. Diese Platten werden zusammengehalten durch Seitenplatten 45 und 46. In dem Raum zwischen den Platten 41 und 42 befindet sich die Probe und in dem Raum zwischen den Platten 42 und 43 befindet sich das Lösungsmittel. Die Küvette kann, wie bereits erwähnt, mittels nicht dargestellter Mikrometer-Schrauben senkrecht zum Laserstrahl verschoben werden, um unterschiedliche Volumina bzw. Schichtdicken auszumessen. Die Schichtdicke d wird durch Einführung eines Kupferstücks bekannter Dicke in die keilförmige Schicht und durch Justierung im Laserstrahl, aus der Küvettengeometrie und der mit der Mikrometer-Schraube eingestellten relativen Höhe der Küvette innerhalb der Meßanordnung bestimmt. Das Lösungsmittel ist vorgesehen, damit gleiche Brechungsindizes an den Grenzflächen vorhanden sind und somit ein gerader Strahlverlauf in der keilförmigen Schicht und auch nach dem Verlassen der Küvette gewährleistet ist. Aus dem Strahldurchmesser D in der Probe und der Schichtdicke d, die sich aus der gemessenen Fluoreszenz-Intensität ergibt, kann das beleuchtete Volumen v bestimmt werden.
Die Figur 3a zeigt ein Diagramm, bei dem die Fluoreszenz U4/U6 in Abhängigheit von der Schichtdicke des Farbstoffs aufgenommen wurde. Hierzu wurde die keilförmige Küvette relativ zum Meßstrahl in der Höhe verschoben. Die Laserleistung betrug 5 mW, was einer Spannung von 1290 mW an der Referenzdiode 19 (PD3) entspricht. Da es sich um eine keilförmige Küvette handelt, ist aus der relativen Höhe der Küvette die Schichtdicke bekannt, so daß durch diese Messung die Zuordnung von Fluoreszenz-Intensität und Schichtdicke eindeutig bestimmt ist.
Die Abhängigkeit der Fluoreszenz-Intensität von Schichtdicke, Konzentration und auffallender Laserlichtintensität ergibt sich aus folgender Formel:
If (d, c, IL) = k x IL x (1 - exp (-0,01 x c x d ))
mit
k = konstant entsprichend der Kalibrierung von U4,
IL = Auf die Probe fallende Laser-Intensität, c = Konzentration in g/ltr und d = Schichtdicke in μm,
wobei der Wert 0,01 je nach Meßanordnung unterschiedlich sein kann. Wie hieraus zu ersehen ist, entspricht die Meßkurve dem Verlauf der Formel, und es ist zu ersehen, daß die Fluoreszenz-Intensität abhängt von der Anzahl der zur Fluoreszenz-Verfügung stehenden Farbstoffmoleküle, wodurch dieser Zusammenhang zwischen Fluoreszenz-Intensität und Schichtdicke zur Dickenmessung und damit auch zur Volumenmessung gemäß der Erfindung herangezogen werden kann.
Die Figur 3b zeigt im Vergleich zur Figur 3a die Transmission des durch die Probe durchgelassenen Laserlichtes , d . h . die Spannung U5/U6, wobei erkennbar ist, daß mit zunehmender Fluoreszenz die Transmission abnimmt.
Um brauchbare Meßwerte zu erhalten, sind folgende Eigenschaften des verwendeten Farbstoffs bzw. des Lösungsmittels, in dem der Farbstoff während der Messung gelöst ist, erforderlich.
Der Farbstoff soll eine Lösbarkeit in einem die zu messende Oberfläche gut benetzenden transparenten Lösungsmittel aufweisen.
Eine hohe Quanten-Ausbeute der Fluoreszenz des Farbstoffs, die eine große Signalstärke und damit verminderte Fehler durch Rauschen mit sich bringt, ist ebenfalls erwünscht.
Außerdem soll Stabilität des Farbstoffs gegen Belichtung und Lösungsmittel bei möglichst großer Konzentration (fotochemische und chemische Stabilität) gegeben sein. Weiterhin soll das Lösungsmittel homogen (keine Emulsion/Suspension) sein und eine geringe Flüchtigkeit bei Raumtemperatur aufweisen, damit die Konzentration während der Messung erhalten bleibt . Diesen Anforderungen entsprechen beispielsweise folgende Stoffe:
Beispiel 1
Pyridin 1 in Äthylenglycol, c = 0,75 g/ltr oder
Pyridin 1 in Propylencarbonat, c = 0,5 g/ltr
Beispiel 2
Rhodamin 6 G in Methanol oder Propylencarbonat, c = 0,6 g/ltr oder
Rhodamin 6 G in Äthylenglycol oder Propylencarbonat, c = 0,5 g/ltr.
Beispiel 3
Rhodamin 6 G in Methanol/Äthylenglycol-Gemisch (1 : 10 - 20 ) , c = 0 , 5 g/ltr .
Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die im Vorangegangenen angegebenen Konzentrationen und Mischungsverhältnisse, sondern die Messung ist auch mit anderen Konzentrationen und anderen Farbstoffen bzw. Lösungsmitteln, welche die vorgenannten Eigenschaften aufweisen, möglich. Die Messung ist auch durch den jeweiligen Farbstoff bedingt, in anderen Wellenlängenbereichen möglich.
Figur 4 zeigt eine praktische Meßanordnung zum direkten Messen von Oberflächenvertiefungen. Es wurden U- bzw. V-förmige Rillen, welche in eine Kupferoberfläche eingraviert worden sind, ausgemessen, wie sie in den Figuren Figur 5a und 5b dargestellt sind. Der Meßaufbau entspricht im Prinzip dem Meßaufbau der Figur 1, ohne Transmissionskanal. Die Baugruppen der Figur 4, die mit den Baugruppen in Figur 1 übereinstimmen, wurden mit denselben Bezugszahlen beschrieben. Der Laserstrahl wird, nachdem er den Referenzstrahl über den Strahlteiler 15, der ein Objektivträgerglas sein kann, verlassen hat, über einen Spiegel 50 und einen Strahlteiler 51 auf die Probe 52 gerichtet. Die Probe mag z. B. eine in den Figuren 5a oder 5b dargestellte Oberfläche mit entsprechenden Vertiefungen sein. Ein Teil des Fluoreszenzlichtes wird über den Strahlteiler 51 ausgespiegelt und gelangt wie in Figur 1 auf die Fotodiode 9. Zur Ausfilterung von Restlaserlicht sind ein Kantenfilter 7 und ein Interferenzfilter 53 im Strahlengang zwischen Strahlteiler 51 und Fotodiode 9 vorgesehen (Λ= 488 nm).
Es ergeben sich die in den Figuren 6a für U-förmiges Profil und in. der Figur 6b für v-förmiges Profil dargestellten Meßwerte für die Fluoreszenz U4/U6. Gemessen wurde mit Rhodamin 6G, da dieser Farbstoff ist besonders fluoreszenzeffektiv und stabil. Die Nummern i = 1 - 8 der Figur 5a sind den entsprechenden Tiefen Fi der Figur 5a zugeordnet. Gemessen wurde mit einer Laserleistung von 5 mW, wobei bei entsprechend anderen Laserleistungen die Messung ebenfalls möglich ist.
Es wurde bei den Meßwerten der Fig. 6a und 6b mehrfach gemessen, und man erkennt, daß in Fig. 6a bei den Meßwerten 1 bis 5 derselbe Meßwert wieder getroffen wurde. Lediglich bei den Meßwerten 6 und 7 sind geringe Abweichungen zu verzeichnen.
Dasselbe gilt in Fig. 6b für die Meßwerte 1 bis 3 bzw. 4 und 5. Die Meßwerte der Fig. 6b beziehen sich auf fünf V-förmige Vertiefungen, von denen in Fig. 5b aber nur zwei dargestellt worden sind.
Die Erfindung wurde im Vorangehenden anhand des Fluoreszenz-Effekte als Beispiel für die Ausnutzung des wellenlängenverschobenen Streulichtes bestimmter Stoffe zur Volumen- bzw. Schichtdickenmessung beschrieben. Für die Volumenmessung kann aber ebensogut anstelle des Fluoreszenz-Effektes der sogenannte "Raman-Effekt" ausgenutzt werden, indem das zu messende Volumen mit einem Stoff ausgefüllt wird, an dem dieser Raman-Effekt auftritt. Bestrahlt man z. B. Benzol mit Quecksilber-Bogenlicht, so treten im Streulicht neben der Spektrallinie des eingestrahlten UV-Lichts eine oder mehrere, in der Wellenlänge verschobene weitere Spektrallinien auf, deren Intensitäten ebenfalls von der Schichtdicke des Stoffes abhängen. Der Raman-Effekt ist beispielsweise im dtv-Lexikon der Physik, Band 7, P-RE, Deutscher Taschenbuchverlag, München, Februar 1971, ISBN 3-423-03047-X, Seiten 227 bis 229, beschrieben.

Claims

Patentansprüche
1. Volumenmeßverfahren für Oberflächenvertiefungen, dadurch gekennzeichnet, daß die zu messende Vertiefung bzw. Vertiefungen mit einem Stoff aufgefüllt werden, der bei Bestrahlung wellenlängenverschobenes Streulicht abgibt,
daß der Stoff mittels einer Lichtquelle, deren Wellenlänge im Bereich des Absorbtionsspektrums des Stoffes liegt, beleuchtet wird und
daß die Intensität des wellenlängenverschobenen Streulichtes, das von dem angeregten Stoff ausgesandt wird, mittels eines Fotodetektors gemessen wird, wobei die gemessene Intensität ein Maß für das Volumen der Oberflächenvertiefung ist.
2. Völumenmeßverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Stoff Farbstoffe verwendet werden, deren frequenzverschobenes Streulicht durch Fluoreszenz entsteht.
3. Volumenmeßverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Stoffe verwendet werden, deren frequenzverschobenes Streulicht aufgrund des Raman-Effektes entsteht.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Pyridin als Farbstoff verwendet wird, das in Äthylenglycol mit einer Konzentration von c < 0,75 g/ltr gelöst ist.
5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Pyridin als Farbstoff verwendet wird, das in Propylencarbonat mit einer Konzentration von c ≤ 0,5 g/ltr gelöst ist.
6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Rhodamin 6G als Farbstoff verwendet wird, der in Propylenacarbonat mit einer Konzentration von c ≤ 0,6 g/ltr gelöst ist.
7. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Farbstoff Rhodamin 6G verwendet wird, der in Äthylenglycol oder Propylencarbonat mit einer Konzentration von c ≤ 0,5 g/ltr gelöst ist.
8. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Farbstoff Rhodamin 6G verwendet wird, der in einem Methanol- Äthylenglycol-Gemisch (1 : 10 - 20) mit einer Konzentration von c ≤ 0,5 g/ltr gelöst ist.
9. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Benzol als Füllstoff für die Vertiefungen verwendet wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Beleuchtung der Vertiefung mittels der Lichtquelle flächig über die gesamte Vertiefung erfolgt.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Beleuchtung der Vertiefung mittels einer relativen SCAN-Bewegung eines Lichtstrahls, dessen Durchmesser kleiner ist als der Durchmesser der Vertiefung, erfolgt, wobei beim Abscannen der Vertiefung die Oberfläche des Farbstoffes lückenlos abgetastet wird und die Summe der gemessenen Fluoreszenz-Intensitäten ein Maß für das Volumen der Vertiefung ist. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch
eine auf die Oberflächenvertiefung gerichtete Lichtquelle, deren Wellenlänge im Absorbtionsspektrum des verwendeten Stoffes liegt,
eine erste Detektoreinrichtung zur Erfassung der Intensität der in der Frequenz verschobenen Streustrahlung des durch die Lichtquelle angeregten Stoffes,
eine zweite Detektoreinrichtung zur Erfassung eines Teils der Intensität des auf den Stoff auftretenden Lichts der Lichtquelle, das mittels eines ersten Strahlteilers, der zwischen Lichtquelle und dem bestrahlten Stoff angeordnet ist, ausgespiegelt wird,
durch einen zweiten Strahlteiler zum Ausspiegeln der von dem bestrahlten Stoff ausgesandten, in der Frequenz verschobenen Streustrahlung, der zwischen dem ersten Strahlteiler und dem bestrahlten Stoff im Strahlengang angeordnet ist,
durch ein Filter zum Ausfiltern von Restlaserlicht, das zwischen dem zweiten Detektor und dem zweiten Strahlteiler angeordnet ist und
durch eine Verstärker- und Meßeinrichtung, die zum Messen der von den beiden Detektoren erfaßten Intensitäten an die beiden Detektoren angeschlossen ist.
EP87903251A 1986-05-27 1987-05-26 Volumen-messverfahren für oberflächenvertiefungen Withdrawn EP0270578A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19863617714 DE3617714A1 (de) 1986-05-27 1986-05-27 Volumen-messverfahren fuer oberflaechenvertiefungen
DE3617714 1986-05-27

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP0270578A1 true EP0270578A1 (de) 1988-06-15

Family

ID=6301684

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP87903251A Withdrawn EP0270578A1 (de) 1986-05-27 1987-05-26 Volumen-messverfahren für oberflächenvertiefungen

Country Status (5)

Country Link
US (1) US4944593A (de)
EP (1) EP0270578A1 (de)
JP (1) JPS63501099A (de)
DE (1) DE3617714A1 (de)
WO (1) WO1987007369A1 (de)

Families Citing this family (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2818525B2 (ja) * 1992-10-28 1998-10-30 大日本スクリーン製造株式会社 グラビア彫刻機のスタイラス変位調整装置
US5831746A (en) * 1993-02-25 1998-11-03 Ohio Electronic Engravers, Inc. Engraved area volume measurement system and method using pixel data
US5438422A (en) * 1993-02-25 1995-08-01 Ohio Electronic Engravers, Inc. Error detection apparatus and method for use with engravers
US5617217A (en) * 1993-02-25 1997-04-01 Ohio Electronic Engravers, Inc. Engraving method and apparatus for generating engraving drive signals for engraving engraved areas of accurately controlled size in the surface of a workpiece using coefficient values and associated set up parameter values
US6348979B1 (en) 1993-02-25 2002-02-19 Mdc Max Daetwyler Ag Engraving system and method comprising improved imaging
US6362899B1 (en) 1993-02-25 2002-03-26 Mdc Max Daetwyler Ag Error detection apparatus and method for use with engravers
US5691818A (en) * 1993-02-25 1997-11-25 Ohio Electronic Engravers, Inc. System and method for enhancing edges and the like for engraving
US5737090A (en) * 1993-02-25 1998-04-07 Ohio Electronic Engravers, Inc. System and method for focusing, imaging and measuring areas on a workpiece engraved by an engraver
US5440398A (en) * 1993-02-25 1995-08-08 Ohio Electronic Engravers, Inc. Error detection apparatus and method for use with engravers
US5424845A (en) * 1993-02-25 1995-06-13 Ohio Electronic Engravers, Inc. Apparatus and method for engraving a gravure printing cylinder
US5825503A (en) * 1993-02-25 1998-10-20 Ohio Electronic Engravers, Inc. Engraving apparatus and method for adjusting a worn stylus using a midtone correction
US5671063A (en) * 1993-02-25 1997-09-23 Ohio Electronic Engravers, Inc. Error tolerant method and system for measuring features of engraved areas
US5402246A (en) * 1993-07-20 1995-03-28 Ohio Electronic Engravers, Inc. Method for predicting ink consumption
US5438864A (en) * 1993-08-25 1995-08-08 Praxair S.T. Technology, Inc. Method for fluorescent measuring the volumetric capacity of a cell-engraved surface
DE19840926B4 (de) * 1998-09-08 2013-07-11 Hell Gravure Systems Gmbh & Co. Kg Anordnung zur Materialbearbeitung mittels Laserstrahlen und deren Verwendung
US6523467B2 (en) * 1999-12-17 2003-02-25 Heidelberger Druckmaschinen Aktiengesellschaft Method for measuring engraving cups
US7136159B2 (en) * 2000-09-12 2006-11-14 Kla-Tencor Technologies Corporation Excimer laser inspection system
US20160076873A1 (en) * 2014-09-12 2016-03-17 Lts Metrology, Llc Stationary Dimensioning Apparatus and Method Employing Fluorescent Fiducial Marker
CN114295053B (zh) * 2021-12-31 2023-11-28 北京百度网讯科技有限公司 物料体积的确定方法及装置、设备、介质和产品

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2359114A (en) * 1943-05-28 1944-09-26 Gen Motors Corp Method of testing materials for surface defects
DE904353C (de) * 1952-03-09 1954-02-18 Bosch Gmbh Robert Verfahren und Vorrichtung zum Untersuchen der Oberflaechenbeschaffenheit von Koerpern
US2774886A (en) * 1952-11-19 1956-12-18 Switzer Brothers Inc Method of detecting surface discontinuities
GB763885A (en) * 1954-07-26 1956-12-19 Magnaflux Corp Detection of surface discontinuities
US2920203A (en) * 1955-09-21 1960-01-05 Switzer Brothers Inc Fluorescent penetrant inspection materials and methods
US3185022A (en) * 1961-06-15 1965-05-25 Gen Electric Optical gage for testing surface imperfections
US3341705A (en) * 1965-04-01 1967-09-12 James R Alburger Method of controlling the thickness of applied thin liquid films using dye tracers
US3956630A (en) * 1975-03-14 1976-05-11 Westvaco Corporation Fluorimetric coat weight measurement
DE2907620A1 (de) * 1979-02-27 1980-08-28 Fraunhofer Ges Forschung Verfahren und einrichtung zum messen der dicke durchsichtiger duenner schichten, insbesondere schmierstoff-filme
DE3038908A1 (de) * 1980-10-15 1982-05-27 Agfa-Gevaert Ag, 5090 Leverkusen Verfahren zur lumineszenzspektroskopischen bestimmung von auftraegen und auftragsprofilen
DE3134264A1 (de) * 1981-08-29 1983-03-10 Peter Dr.-Ing. 6718 Grünstadt Decker Vorrichtung zur erfassung der feuchtwassermenge in offsetmaschinen
JPS601502A (ja) * 1983-06-20 1985-01-07 Hitachi Ltd ホトレジスト膜測定装置
US4664514A (en) * 1984-11-06 1987-05-12 General Electric Company Method of enhancing surface features and detecting same

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO8707369A1 *

Also Published As

Publication number Publication date
DE3617714A1 (de) 1987-12-03
JPS63501099A (ja) 1988-04-21
WO1987007369A1 (en) 1987-12-03
US4944593A (en) 1990-07-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0270578A1 (de) Volumen-messverfahren für oberflächenvertiefungen
EP0618439B1 (de) Bildgebender optischer Aufbau zur Untersuchung stark streuenden Medien
DE3123703C2 (de)
DE2658239C3 (de) Vorrichtung zur Feststellung von Fehlern in einem Muster bzw. einer Schablone
EP1864115B1 (de) Verfahren zur mikroskopischen untersuchung einer räumlichen feinstruktur
DE3422143A1 (de) Geraet zur wafer-inspektion
DE2935716A1 (de) Verfahren und vorrichtung zum messen der dicke eines films durch ausnutzung von infrarot-interferenzerscheinungen
DE2428123A1 (de) Anordnung zum nachweisen von fehlstellen mittels abtastung durch einen laserstrahl
DE1447253B2 (de) Verfahren und vorrichtung zur kontinuierlichen interferometriscverfahren und vorrichtung zur kontinuierlichen interferometrisc
DE19605255B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Betrachten von Beschaltungs- bzw. Verdrahtungsmustern in einer gedruckten Schaltungsplatte
DE3311954A1 (de) Zweistrahliges spektralfotometer
EP0941470A1 (de) Fluoreszenzkorrelationsspektroskopiemodul für ein mikroskop
DE2113477A1 (de) Optischer Abtaster und Messanordnungen mit solchen optischen Abtastern
DE102015115615A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zur chromatisch-konfokalen Untersuchung einer Probe
DE1909841C3 (de) Spektrometer
DE102020204732A1 (de) Sensorvorrichtung und Verfahren zum Herstellen zumindest einer Vorstufe einer Sensorvorrichtung
DE3626715A1 (de) Verfahren zum justieren einer apparatur zur erzeugung von beugungsgittern
EP0304793B1 (de) Vorrichtung zur Bestimmung der Dicke von Schichtträgern
DE19856400A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur direkten Phasenmessung von Strahlung
EP0950893A2 (de) Vorrichtung zum Nachweis eines Fluoreszenzfarbstoffs
DE102018133042B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Kalibrierung von Spektrometern
DE3914666A1 (de) Verfahren zur messung der optischen verluste von optischen bauelementen
DE19610438C2 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Lichtabsorption eines beliebig geformten Partikels
DE2239944A1 (de) Spektrometer
DE3003333A1 (de) Verfahren zur quantitativen messung von inhomogenitaeten des brechungsindex bei optisch durchlaessigen, planparallelen koerpern

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

17P Request for examination filed

Effective date: 19880120

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): DE FR GB IT

17Q First examination report despatched

Effective date: 19890918

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 19900329

RIN1 Information on inventor provided before grant (corrected)

Inventor name: SCHULZ-DUBOIS, ERICH

Inventor name: KALSTROEM, REINER