DE102010015428A1

DE102010015428A1 - Method for imaging surface area of sample, involves determining values for topography of surface area of sample, and utilizing raster in confocal plane by values for surface area topography that is processed by confocal microscopy

Info

Publication number: DE102010015428A1
Application number: DE102010015428A
Authority: DE
Inventors: Dr. Spizig Peter; Dr. Ibach Wolfram; Detlef Sanchen; Gerhard Volswinkler; Dr. Hollricher Olaf
Original assignee: Witec Wissenschaftliche Instrumente und Technologie GmbH
Current assignee: Witec Wissenschaftliche Instrumente und Technologie GmbH
Priority date: 2010-04-19
Filing date: 2010-04-19
Publication date: 2011-10-20
Anticipated expiration: 2030-04-20
Also published as: DE102010015428B4

Abstract

The method involves determining values for topography of a surface area of a sample (16). Rasters in a confocal plane are utilized by the values for the surface area topography, where the topography of the surface area is processed by a confocal microscopy e.g. Raman microscopy (1) and/or fluorescence microscopy. Multiple punctiform regions of sample values are determined for determining the surface area topography of the sample. A confocal chromatic sensor is provided for measuring the values for the surface area topography and comprised of a refractive optical element and a spectrometer. An independent claim is also included for a device for imaging a surface area of a sample.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Abbildung der Fläche, insbesondere Oberfläche einer Probe durch Rastern einer Vielzahl von im Wesentlichen punktförmigen Bereichen der Oberfläche mit Hilfe konfokaler Mikroskopie. Bei der konfokalen Mikroskopie erfolgt eine konfokale Abbildung des im Wesentlichen punktförmigen Bereiches der Oberfläche in einer Fokusebene auf einen Detektor. Insbesondere betrifft die Erfindung sogenannte konfokale Raman- und/oder Fluoreszenz-Mikroskope bzw. Vorrichtungen für die konfokale Fluoreszenz- und/oder Raman-Mikroskopie, ohne hierauf jedoch beschränkt zu sein.The invention relates to a method and a device for imaging the surface, in particular the surface of a sample, by scanning a multiplicity of substantially punctiform regions of the surface by means of confocal microscopy. In confocal microscopy, a confocal imaging of the essentially punctiform area of the surface in a focal plane onto a detector takes place. In particular, the invention relates to so-called confocal Raman and / or fluorescence microscopes or devices for confocal fluorescence and / or Raman microscopy, but without being limited thereto.

Neben dem Verfahren und der Vorrichtung zur Abbildung einer Fläche, insbesondere einer Oberfläche, stellt die Erfindung auch ein Verfahren zur Ermittlung der Topographie einer Oberfläche, die mit Hilfe von konfokaler Mikroskopie oder konfokaler Raman- und/oder Fluoreszenz-Mikroskopie abgebildet werden kann, zur Verfügung. Mit Hilfe von Raman-Messungen beziehungsweise Fluoreszenz-Messungen ist es möglich, eine Probe mit einer Lichtquelle, beispielsweise einer Laserlichtquelle anzuregen und aufgrund des von der Probe emittierten Raman-Signals beziehungsweise Fluoreszenz-Signals chemisch unterschiedliche Materialien der Probe abzubilden.In addition to the method and the device for imaging a surface, in particular a surface, the invention also provides a method for determining the topography of a surface, which can be imaged with the aid of confocal microscopy or confocal Raman and / or fluorescence microscopy , With the aid of Raman measurements or fluorescence measurements, it is possible to excite a sample with a light source, for example a laser light source, and to image chemically different materials of the sample on the basis of the Raman signal or fluorescence signal emitted by the sample.

Bei der konfokalen Mikroskopie wird das Licht einer Lichtquelle auf dem Weg zur Probe durch ein Objektiv geleitet und so auf einen im Wesentlichen punktförmigen Bereich beziehungsweise Punkt der Probenoberfläche fokussiert. Gleichzeitig kann das Objektiv dazu dienen, das von der Probe emittierte Licht, insbesondere das emittierte Raman- beziehungsweise Fluoreszenz-Licht aufzunehmen und an einen Detektor zu leiten. Mit Hilfe des Objektivs ist es also möglich, einen Punkt bzw. einen im Wesentlichen punktförmigen Bereich der Probe konfokal im Wesentlichen senkrecht zur Richtung des Beleuchtungs- und/oder Detektions-Strahlengangs abzubilden. Wird die Probe bzw. das Objektiv bzw. die Beleuchtung verfahren, so ist es möglich, einen Scan in x-y durchzuführen und so die ganze Probe abzurastern. Bei einer konfokalen Abbildung wird eine im Wesentlichen punktförmige Lichtquelle, vorzugsweise eine Laserlichtquelle, auf einen sich aus der Wellennatur des Lichtes ergebenden Fokus (Abbe-Bedingung) bzw. einen im Wesentlichen punktförmigen Bereich, im Idealfall auf einen Punkt der Probe abgebildet. Anschließend wird dieser Bildpunkt vorzugsweise mit derselben Optik, das heißt mit dem gleichen Objektiv auf eine Lochblende, ein sogenanntes Pinhole, vor einem Detektor fokussiert. Anstelle der Anordnung eines separaten Pinholes vor dem Detektor wäre es auch möglich, dass der Detektor selbst das Pinhole darstellt. Wird die konfokale Abbildung für die Mikroskopie eingesetzt, so erreicht man eine erhebliche Steigerung des Bildkontrastes, da zur Abbildung nur die Fokusebene des Objektivs beiträgt.In confocal microscopy, the light of a light source is passed through a lens on the way to the sample and thus focused on a substantially punctiform area or point of the sample surface. At the same time, the objective can be used to pick up the light emitted by the specimen, in particular the emitted Raman or fluorescence light, and to conduct it to a detector. With the aid of the objective, it is thus possible to image a point or a substantially point-shaped region of the sample confocal essentially perpendicular to the direction of the illumination and / or detection beam path. If the sample or the objective or the illumination is moved, it is possible to perform a scan in x-y and thus to scan the entire sample. In a confocal imaging, a substantially punctiform light source, preferably a laser light source, is imaged on a focus resulting from the wave nature of the light (Abbe condition) or a substantially punctiform region, ideally on a point of the sample. Subsequently, this pixel is preferably focused with the same lens, that is with the same lens on a pinhole, a so-called pinhole, in front of a detector. Instead of arranging a separate pinhole in front of the detector, it would also be possible for the detector itself to represent the pinhole. If the confocal image is used for microscopy, then a significant increase in the image contrast is achieved since only the focal plane of the objective contributes to the imaging.

Die konfokale Messung hat bei vielen Anwendungen, z. B. Raman- und/oder Fluoreszenzmessungen Vorteile, da ein vorhandener Streulichtuntergrund sehr stark unterdrückt wird. Problematisch bei konfokalen Messungen bzw. konfokaler Mikroskopie ist jedoch, dass durch Drift, Probenunebenheit, Rauhigkeit, aber auch Verkippung der Probe oftmals die abzubildende Ebene bzw. Fläche, insbesondere Oberfläche beim Abrastern der Probe nicht in der Fokusebene bleibt.The confocal measurement has in many applications, eg. B. Raman and / or fluorescence measurements advantages, since an existing scattered light background is suppressed very strong. However, the problem with confocal measurements or confocal microscopy is that due to drift, sample unevenness, roughness, but also tilting of the sample, the plane or surface to be imaged, in particular the surface when scanning the sample, does not remain in the focal plane.

Betreffend die konfokale Lichtmikroskopie wird auf die DE 199 02 234 A1 verwiesen, in der ein Mikroskop mit einem konfokalen Objektiv eingehend beschrieben ist. Bei der konfokalen Mikroskopie, insbesondere bei der konfokalen Raman-Mikroskopie und/oder Fluoreszenz-Mikroskopie an Oberflächen, insbesondere an größeren Probenbereichen und an technischen Oberflächen, ergibt sich das Problem, dass eine Abbildung nur sehr schwer möglich ist, da oftmals eine nicht hinreichend flache Probentopographie gegeben ist. Bei einem Scan in einer vorgegebenen Ebene, einem sogenannten X-Y-Scan, verlässt dann die Probenoberfläche immer wieder die Fokusebene des Mikroskops, so dass eine einfache und vollständige Abbildung der Probenoberfläche bzw. der Probe nicht möglich ist.Concerning the confocal light microscopy is on the DE 199 02 234 A1 referenced, in which a microscope with a confocal lens is described in detail. In confocal microscopy, in particular in confocal Raman microscopy and / or fluorescence microscopy on surfaces, especially on larger sample areas and on technical surfaces, there is the problem that imaging is very difficult, since often not sufficiently flat Sample topography is given. In the case of a scan in a predefined plane, a so-called XY scan, the sample surface then repeatedly leaves the focal plane of the microscope so that a simple and complete imaging of the sample surface or the sample is not possible.

Aufgabe der Erfindung ist es somit, ein Verfahren beziehungsweise eine Vorrichtung anzugeben, mit der bzw. mit dem die Nachteile des Standes der Technik vermieden werden können. Insbesondere soll es die Erfindung ermöglichen, eine Ebene bzw. eine Fläche, insbesondere eine Oberfläche einer Probe konfokal abzubilden. Dies soll auch bei Proben mit nicht hinreichend flacher Probentopographie, beispielsweise einer gekrümmten Probe, möglich sein.The object of the invention is thus to provide a method or a device, with or with which the disadvantages of the prior art can be avoided. In particular, the invention should make it possible to confocally image a plane or a surface, in particular a surface of a sample. This should also be possible for samples with insufficiently flat sample topography, for example a curved sample.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe in einem ersten Aspekt der Erfindung dadurch gelöst, dass ein Verfahren zur Abbildung einer Ebene bzw. Fläche, insbesondere einer Probenoberfläche mit einer Topographie mit Hilfe konfokaler Mikroskopie angegeben wird, das dadurch gekennzeichnet ist, dass Werte für die Topographie der Oberfläche bestimmt werden und mit Hilfe der Werte für die Topographie der Oberfläche die abzubildende Fläche, insbesondere Oberfläche, beim Rastern in die konfokale Ebene für die konfokale Mikroskopie verbracht wird.According to the invention, this object is achieved in a first aspect of the invention in that a method for imaging a plane or surface, in particular a sample surface with a topography by means of confocal microscopy is specified, which is characterized by determining values for the topography of the surface and, with the help of the values for the topography of the surface, the surface to be imaged, in particular the surface, is transferred to the confocal plane for confocal microscopy during the scanning.

Die Abbildung der Ebene bzw. Fläche, insbesondere Oberfläche mit konfokaler Mikroskopie, wird durch Rastern einer Vielzahl von im Wesentlichen punktförmigen Bereichen der Ebene bzw. Fläche, insbesondere Oberfläche mit einer Einrichtung zur konfokalen Abbildung des im Wesentlichen punktförmigen Bereiches der Ebene bzw. Fläche, insbesondere Oberfläche in einer Fokusebene auf einen Detektor erreicht.The image of the plane or surface, in particular the surface with confocal microscopy, is obtained by scanning a plurality of substantially point-shaped regions of the plane or surface, in particular a surface with a device for confocal imaging of the substantially point-shaped region of the plane or surface, in particular surface in a focal plane reaches a detector.

Die Probe kann auf zwei Arten und Weisen bei Kenntnis der Werte der Oberflächentopographie in der konfokalen Ebene gehalten werden.The sample can be held in two ways with knowledge of the surface topography values in the confocal plane.

In einer ersten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass zunächst der abzubildende Teil der Probe gerastert und hierbei die Werte für die Oberflächentopographie aufgenommen werden und daran anschließend unter Berücksichtigung der Oberflächentopographie eine Probenebene abgebildet wird. Die Werte für die Oberflächentopographie werden bei diesem Verfahren dazu genutzt, die Probe derart zu verfahren, dass die abzubildende Ebene beim Abrastern der Probe mit Hilfe eines konfokalen Mikroskops, insbesondere eines konfokalen Raman- oder Fluoreszenzmikroskops in der Fokusebene verbleibt, unabhängig von Probenunebenheiten oder Krümmungen.In a first embodiment of the invention, it is provided that the part of the sample to be imaged is first rastered and in this case the values for the surface topography are recorded and subsequently a sample plane is imaged taking into account the surface topography. In this method, the values for the surface topography are used to move the sample in such a way that the plane to be imaged remains in the focal plane when scanning the sample with the aid of a confocal microscope, in particular a confocal Raman or fluorescence microscope, regardless of sample unevenness or curvature.

Was in vorliegender Anmeldung unter der Topographie einer Oberfläche bzw. unter einer Probentopographie verstanden wird, soll beispielhaft für ein konfokales Raman Mikroskop mit einem konfokalen chromatischen Sensor beschrieben werden. Unter Probentopographie werden bei einer derartigen Anordnung mit einem konfokalen chromatischen Sensor Probenunebenheiten größer mm, insbesondere größer 10 nm, bevorzugt größer als 100 nm verstanden.What is understood in the present application under the topography of a surface or under a sample topography will be described by way of example for a confocal Raman microscope with a confocal chromatic sensor. Sample topography in such an arrangement with a confocal chromatic sensor means sample unevenness greater than mm, in particular greater than 10 nm, preferably greater than 100 nm.

Unter Rauhheiten werden in vorliegender Anmeldung Probenunebenheiten, im Wesentlichen in z-Richtung, verstanden, die insbesondere aufgrund der lateralen Ausdehnung des Lichtfleckes des konfokalen chromatischen Sensors nicht aufgelöst werden können. Bei einem Raman-Mikroskop mit einem konfokalen chromatischen Sensor wären dies beispielsweise Probenunebenheiten im Wesentlichen in z-Richtung von weniger als als beispielsweise 100 nm, bevorzugt weniger als 10 nm, insbesondere weniger als mm, also der sub-μm-Bereich.Under roughness in the present application sample unevenness, essentially in the z-direction understood, which can not be resolved, in particular due to the lateral extent of the light spot of the confocal chromatic sensor. In a Raman microscope with a confocal chromatic sensor, for example, this would be unevenness of the specimen substantially in the z-direction of less than, for example, 100 nm, preferably less than 10 nm, in particular less than mm, ie the sub-μm range.

Ein derartiges Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass in einem ersten Schritt für eine Vielzahl von im Wesentlichen punktförmigen Bereichen der Probe die Werte für die Topographie der Oberfläche ermittelt und hieraus die Oberflächentopographie der Probe bestimmt wird und in einem zweiten Schritt die Probe an die Vielzahl von im Wesentlichen punktförmigen Bereichen und unter Berücksichtigung der im Schritt 1 ermittelten Werte für die Oberflächentopographie in die konfokale Ebene verbracht wird. Dies ist ein zweistufiges Verfahren, bei dem zunächst die Oberflächentopographie bestimmt wird, dann die konfokale Mikroskopie durchgeführt wird.Such a method is characterized in that, in a first step, the values for the topography of the surface are determined for a multiplicity of substantially punctiform regions of the sample, from which the surface topography of the sample is determined, and in a second step the sample is determined for the plurality of substantially point-shaped areas and taking into account the values determined in step 1 for the surface topography in the confocal plane. This is a two-step procedure that first determines the surface topography, then performs confocal microscopy.

In einer alternativen Ausgestaltung des Verfahrens wird zunächst an einem im Wesentlichen punktförmigen Bereich der Probe ein Wert für die Oberflächentopographie bestimmt, die Probe in die Fokusebene der abzubildenden Ebene verbracht und anschließend dieser Bereich konfokal, z. B. mit Hilfe konfokaler Raman- oder Fluoreszenzmikroskopie abgebildet. Auf diese Art und Weise kann die gesamte Probe abgerastert werden. Dieses weitere Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass

– beim Rastern die Probe zunächst an einen im Wesentlichen punktförmigen Bereich verbracht, ein Wert für die Topographie der Oberfläche bestimmt und mit dem Wert für die Topographie die Probe in die konfokale Ebene verfahren und der im Wesentlichen punktförmige Bereich abgebildet wird;
– nach Abbildung des im Wesentlichen punktförmigen Bereiches in einem weiteren Schritt die Probe an einen weiteren, im Wesentlichen punktförmigen Bereich verfahren wird und dort wiederum ein weiterer Wert für die Topographie der Oberfläche bestimmt und mit dem weiteren Wert für die Topographie die Probe in die konfokale Ebene verfahren und der im Wesentlichen weitere punktförmige Bereich abgebildet wird, wobei die Schritte so lange wiederholt werden, bis wenigstens ein Teil der Ebene bzw. Fläche, insbesondere Oberfläche, abgerastert ist.

In an alternative embodiment of the method, a value for the surface topography is first determined at a substantially point-shaped region of the sample, the sample is brought into the focal plane of the plane to be imaged and then this region confocal, z. B. imaged using confocal Raman or fluorescence microscopy. In this way, the entire sample can be scanned. This further method is characterized in that

- When scanning, the sample is first placed on a substantially point-shaped area, determined a value for the topography of the surface and moved with the value for the topography of the sample in the confocal plane and the substantially point-shaped area is mapped;
- After mapping the substantially punctiform area in a further step, the sample is moved to a further, substantially point-shaped area and there again determines another value for the topography of the surface and with the further value for the topography of the sample in the confocal plane method and the substantially further point-shaped region is mapped, wherein the steps are repeated until at least a portion of the plane or surface, in particular surface, is scanned.

Besonders bevorzugt ist es, wenn die Ermittlung der Werte für die Oberflächentopographie mit Hilfe eines Oberflächentopographiesensors, beispielsweise eines konfokalen chromatischen Sensors erfolgt.It is particularly preferred if the values for the surface topography are determined with the aid of a surface topography sensor, for example a confocal chromatic sensor.

Obwohl beispielhaft vorliegend als Oberflächentopographiesensor ein konfokaler chromatischer Sensor genannt wurde, ist die Erfindung hierauf keineswegs beschränkt.Although a confocal chromatic sensor has been exemplified herein as a surface topography sensor, the invention is by no means limited thereto.

Oberflächentopographiesensoren können jedwede Art von berührungslosen bzw. berührenden Sensoren sein, mit denen Informationen über die Topographie einer Probenoberfläche gewonnen werden können. Beispiele für taktile Sensoren sind beispielsweise Oberflächentopographiesensoren, die als sogenannte Profilometer bezeichnet werden, Tastschnittgeräte oder Atomic-Force-Mikroskope (AFM).Surface topography sensors can be any type of noncontact sensors that can obtain information about the topography of a sample surface. Examples of tactile sensors are, for example, surface topography sensors, which are referred to as so-called profilometers, stylus cutters or atomic force microscopes (AFM).

Beispiele für nicht berührende Sensoren sind im Wesentlichen optische Sensoren, die Oberflächentopographiesensoren auf Basis eines Weißlichtinterferrometers, eines Triangulationssensors, eines Laser-Scanning-Systems oder eben der beschriebene konfokale chromatische Sensor.Examples of non-contacting sensors are essentially optical sensors, the surface topography sensors based on a white light interferometer, a triangulation sensor, a laser scanning system or just the described confocal chromatic sensor.

Ein konfokaler chromatischer Sensor zeichnet sich dadurch aus, dass bei Bestrahlung mit Weißlicht das Licht unterschiedlicher Wellenlänge in unterschiedliche Fokalebenen abgebildet wird. Wird das reflektierte in unterschiedliche Fokalebenen abgebildete Licht durch ein Rinhole auf ein Spektrometer abgebildet und mit Hilfe eines Spektrometers ausgewertet, so kann aus diesem Signal direkt der Abstand beispielsweise des konfokalen chromatischen Sensors zur Oberfläche der Probe bestimmt und damit die Oberflächentopographie ermittelt werden.A confocal chromatic sensor is characterized in that when irradiated with White light, the light of different wavelengths is displayed in different focal planes. If the reflected light, which is projected into different focal planes, is imaged by a rinhole on a spectrometer and evaluated with the aid of a spectrometer, then the distance, for example, of the confocal chromatic sensor to the surface of the sample can be determined directly from this signal and the surface topography can be determined.

Hierbei macht man es sich zunutze, dass die Wellenlänge, in deren fokalen Ebene sich die Probenoberfläche befindet beispielsweise in einem Spektrometer ein Intensitätsmaximum zeigt. Dies ermöglicht es, dass jeder Wellenlänge im Spektrometer ein Probenabstand zuordenbar ist. Mit Hilfe des konfokalen chromatischen Sensors ist es also möglich, rein optisch schnell und direkt die Topographie der Probe zu bestimmen.This makes use of the fact that the wavelength, in the focal plane of the sample surface is, for example, in a spectrometer shows an intensity maximum. This makes it possible for each wavelength in the spectrometer to be assigned a sample distance. With the help of the confocal chromatic sensor, it is thus possible to determine the topography of the sample purely optically quickly and directly.

Der konfokale chromatische Sensor ermöglicht eine optische Bestimmung der Probenoberflächentopographie und damit ein Rastern der Proben und eine konfokale Abbildung der Probenoberfläche auch bei nicht hinreichend flacher Topographie.The confocal chromatic sensor allows optical determination of the sample surface topography and thus a rastering of the samples and a confocal imaging of the sample surface even with insufficiently flat topography.

Insbesondere ist es möglich mit Hilfe des konfokalen chromatischen Sensors beispielsweise bei einem Raman-Mikroskop die Fokusebene nachzuführen und somit die konfokale Raman-Mikroskopie auch bei ausgeprägter, d. h. nicht ebener Probentopographie zu betreiben. Besonders bevorzugt umfasst der konfokale chromatische Sensor ein optisches System, insbesondere ein Linsensystem mit einem großen chromatischen Fehler. Bei einem Linsensystem wird unter einem chromatischen Fehler beziehungsweise der chromatischen Abberation ein Fehler verstanden, der verursacht wird durch die Wellenlängenabhängigkeit des Brechungsindezes des bei den Linsen verwendeten Materials. Anstelle von Linsen als optischem Komponenten zur Erzeugung eines großen chromatischen Fehlers könnten auch diffraktive Komponenten beim konfokalen chromatischen Sensor eingesetzt werden. Aus der Wellenlängenabhängigkeit des Brechungsindex des Glases der refraktiven Komponente folgt dann, dass auch die Brennweite eine Wellenlängenabhängigkeit aufweist, das heißt die konfokale Ebene für unterschiedliche Wellenlängen an unterschiedlichen Orten zu liegen kommt.In particular, it is possible with the help of the confocal chromatic sensor, for example, in a Raman microscope to track the focal plane and thus the confocal Raman microscopy even with pronounced, d. H. to operate a non-planar sample topography. Particularly preferably, the confocal chromatic sensor comprises an optical system, in particular a lens system with a large chromatic aberration. In a lens system, a chromatic aberration or chromatic aberration is understood to be an error caused by the wavelength dependence of the refractive index of the material used in the lenses. Instead of lenses as optical components to produce a large chromatic aberration, diffractive components could also be used in the confocal chromatic sensor. From the wavelength dependence of the refractive index of the glass of the refractive component then follows that the focal length has a wavelength dependence, that is, the confocal plane for different wavelengths comes to rest at different locations.

Betreffend konfokale chromatische Sensoren wird beispielhaft auf die konfokalen chromatischen Sensoren der Firma Micro-Epsilon Messtechnik GmbH & Co. KG, Königsbacher Straße 15, 94496 Ortenburg, Deutschland, www.micro-epsilon.de Bezug genommen, wobei der Offenbarungsgehalt der Internet-Seite voll umfänglich in die Anmeldung mit einbezogen wird. Konfokale chromatische Sensoren eignen sich besonders für die Abstandsmessung bzw. Bestimmung der Werte für die Oberflächentopographie, insbesondere im Bereich von größer 1 nm, bevorzugt größer 10 nm insbesondere größer 100 nm da sie aufgrund ihrer hohen Messgenauigkeit und ihrem gleichzeitig großen Messbereich der beispielsweise von 100 μm bis 40 mm, insbesondere von 120 μm bis 10 mm ganz bevorzugt 400 mm bis 12 nm reicht, nicht nachfokussiert werden müssen. Der Lichtfleck in der x-y-Ebene hat eine Größe, im Bereich von beispielsweise 3 μm bis 200 μm, bevorzugt 7 μm bis 100 μm, insbesondere 10 μm bis 150 μm je nach Messbereich sowie einen großen Arbeitsabstand, der je nach Sensor von größer als 3 mm bis größer als 200 mm reicht.Concerning confocal chromatic sensors, reference is made, for example, to the confocal chromatic sensors of Micro-Epsilon Messtechnik GmbH & Co. KG, Königsbacher Strasse 15, 94496 Ortenburg, Germany, www.micro-epsilon.de, the disclosure content of the Internet site being full is comprehensively included in the application. Confocal chromatic sensors are particularly suitable for the distance measurement or determination of the values for the surface topography, in particular in the range of greater than 1 nm, preferably greater than 10 nm, in particular greater than 100 nm, because of their high measurement accuracy and their simultaneously large measurement range of, for example, 100 μm to 40 mm, in particular from 120 microns to 10 mm, more preferably 400 mm to 12 nm ranges, do not need to be refocused. The light spot in the xy plane has a size, in the range of, for example, 3 .mu.m to 200 .mu.m, preferably 7 .mu.m to 100 .mu.m, in particular 10 .mu.m to 150 .mu.m depending on the measuring range and a large working distance, depending on the sensor of greater than 3 mm to more than 200 mm.

Wie zuvor für das erste Verfahren beschrieben, kann in einem zweistufigen Prozess zunächst die Probenoberfläche mit einem konfokalen chromatischen Sensor vermessen werden und anschließend diese Topographie in einer konfokalen optischen Messung, beispielsweise einer konfokalen Raman-Mikroskopie, nachgefahren werden. Auf diese Art und Weise wird eine vorbestimmte Ebene einer Probe, z. B. die Oberfläche, konfokal abgebildet.As described above for the first method, the sample surface can first be measured with a confocal chromatic sensor in a two-stage process, and then this topography can be traced in a confocal optical measurement, for example a confocal Raman microscopy. In this way, a predetermined level of a sample, e.g. As the surface, confocal imaged.

Das Licht einer nicht monochromatischen, bevorzugt breitbandigen Lichtquelle wird bei dem konfokalen chromatischen Sensor durch das refraktive Linsensystem, auf den im Wesentlichen punktförmigen Bereich der Probenoberfläche als Lichtfleck geleitet, von der Probe reflektiert, gesammelt und mit Hilfe eines Spektrometers ausgewertet, wobei die Wellenlänge, in deren fokalen Ebene sich die Probenoberfläche befindet, im Spektrometer ein Intensitätsmaximum zeigt. Bevorzugt handelt es sich bei der nicht monochromatischen, bevorzugt breitbandigen Lichtquelle um eine Weißlichtquelle, d. h. eine breitbandige Lichtquelle im sichtbaren Wellenlängenbereich. Möglich wären aber auch breitbandige Lichtquellen, die nicht sichtbares Licht aussenden, beispielsweise im IR-Wellenlängenbereich oder im ultravioletten Wellenlängenbereich. Eine derartige Beleuchtung der Probenoberfläche würde die Möglichkeit geben, die Strahlengänge vom konfokalen chromatischen Sensor und beispielsweise Ramanmikroskop zu entkoppeln und das gleiche Objektiv sowohl für die Raman-Messungen mit Hilfe des Ramanmikroskopes sowie für den chromatischen Sensor zu verwenden. Allerdings müsste bei einer derartigen Ausgestaltung wegen des unterschiedlichen chromatisjchen Verhaltens in unterschiedlichen Wellenlängen ein gewisser Offset berücksichtigt werden.The light of a non-monochromatic, preferably broadband light source is reflected by the refractive lens system in the confocal chromatic sensor, on the substantially punctiform area of the sample surface as a light spot, reflected from the sample, collected and evaluated using a spectrometer, wherein the wavelength, in whose focal plane is the sample surface, in the spectrometer shows an intensity maximum. Preferably, the non-monochromatic, preferably broadband light source is a white light source, d. H. a broadband light source in the visible wavelength range. But it would also be possible broadband light sources that emit non-visible light, for example in the IR wavelength range or in the ultraviolet wavelength range. Such illumination of the sample surface would provide the opportunity to decouple the beam paths from the confocal chromatic sensor and, for example, a Raman microscope and to use the same objective both for the Raman measurements using the Raman microscope and for the chromatic sensor. However, a certain offset would have to be taken into account in such an embodiment because of the different chromatic behavior in different wavelengths.

Damit ist es möglich, mit Hilfe des Spektrometers den Abstand von Sensor zur Probenoberfläche zu bestimmen, da jeder Wellenlänge genau ein Probenabstand zuordenbar ist.This makes it possible to determine the distance from the sensor to the sample surface with the aid of the spectrometer, since each wavelength can be assigned exactly one sample distance.

Neben der Bestimmung der Werte der Oberflächentopographie mit Hilfe eines konfokalen chromatischen Sensors sind auch andere Möglichkeiten denkbar. Beispielsweise wäre es auch möglich, nicht die Oberflächentopographie mit Hilfe eines konfokalen chromatischen Sensors zu bestimmen, sondern die Probe könnte auch entlang der z-Richtung beispielsweise periodisch bewegt werden. Hierdurch würde die Probe in z-Richtung periodisch durch den Fokus bewegt. Durch periodisches Bewegen der Probe kann man einen Mittelwert in Richtung senkrecht zur Probenoberfläche, d. h. in z-Richtung, erhalten und so ein immer scharfes Bild der Probenoberfläche mit relativ gleichmäßiger Intensität. Dieses Verfahren wird auch als extended-focus-Verfahren bzw. ausgedehntes Fokus-Verfahren bezeichnet. Hierbei ist es allerdings erforderlich, die Modulationstiefe der Bewegung der Rauhigkeit beziehungsweise Topographie der Probe anzupassen.In addition to determining the values of surface topography using a confocal Chromatic sensor, other possibilities are conceivable. For example, it would also be possible not to determine the surface topography by means of a confocal chromatic sensor, but the sample could also be periodically moved along the z-direction, for example. This would periodically move the sample through the focus in the z direction. By periodically moving the sample, one can obtain an average in the direction perpendicular to the sample surface, ie in the z-direction, and thus obtain an always sharp image of the sample surface with a relatively uniform intensity. This method is also referred to as extended-focus method or extended focus method. In this case, however, it is necessary to adjust the modulation depth of the movement of the roughness or topography of the sample.

Das Bewegen der Probe zur Fokusbestimmung, wie zuvor beschrieben, eine sogenannte ausgedehnte Fokusmessung, kann man auch mit einer automatischen Fokusnachführung kombinieren. Hierbei wird das Zentrum der Modulation, d. h. der periodischen Bewegung, in z-Richtung nachgeführt, um bei sehr rauhen Proben die Modulationstiefe nicht zu groß wählen zu müssen. Hierbei macht man sich zunutze, dass während der Modulation sich der Fokus der Lichtquelle durch die Oberfläche bewegt. Das dabei detektierte Signal ähnelt einer Gausskurve, dessen Lage des Maximums mit der idealen Fokussierung auf die Oberfläche übereinstimmt. Gibt man nun die Position der maximalen Intensität auf einen Regler, so ermöglicht dies, das Zentrum der Modulation nachzuführen. Durch diese Art der Messung kann man wiederum die Topographie der Probe bestimmen, da das Intensitätsmaximum bei dem modulierten Signal mit der Probentopographie korreliert.Moving the sample for focus determination, as described above, a so-called extended focus measurement, can also be combined with automatic focus tracking. Here, the center of the modulation, i. H. the periodic movement, tracked in the z-direction, in order not to have to choose the modulation depth too large for very rough samples. In this case, use is made of the fact that the focus of the light source moves through the surface during the modulation. The detected signal is similar to a Gaussian curve, whose position of the maximum coincides with the ideal focus on the surface. By giving the position of the maximum intensity to a controller, this makes it possible to track the center of the modulation. By this type of measurement, one can again determine the topography of the sample, since the intensity maximum in the modulated signal correlates with the sample topography.

Die Bewegung der Probe in z-Richtung, um Oberflächenrauheiten auszugleichen, kann auch der Nachführung der Probe aufgrund einer mit Hilfe eines konfokalen chromatischen Sensors bestimmten Oberflächentopographie überlagert sein. Die Kombination beider Verfahren ermöglicht es dann, die Oberflächentopographie einer Probe zu berücksichtigen und gleichzeitig Oberflächenrauheiten auszugleichen. Eine solche Nachführung ist beispielhaft in 6 der Anmeldung detailliert beschrieben. Auf die dortige Beschreibung wird verwiesen.The movement of the sample in the z-direction to compensate for surface roughness may also be superimposed on the tracking of the sample due to a surface topography determined by means of a confocal chromatic sensor. The combination of both methods makes it possible to take into account the surface topography of a sample and at the same time to compensate for surface roughness. Such a tracking is exemplary in 6 the application described in detail. Reference is made to the description there.

Besonders bevorzugt ist es, dass das konfokale Raman-Mikroskop und/oder Fluoreszenz-Mikroskop eine Lichtquelle zum Anregen einer Lichtemission in der Probe umfasst sowie einen Detektor zur Detektion der durch die Lichtemission emittierenden Photonen, insbesondere der emittierten Raman- und/oder Fluoreszenz-Photonen.It is particularly preferred that the confocal Raman microscope and / or fluorescence microscope comprise a light source for exciting a light emission in the sample and a detector for detecting the photons emitted by the light emission, in particular the emitted Raman and / or fluorescence photons ,

Neben dem Verfahren stellt die Erfindung auch eine Vorrichtung zur Abbildung der Oberfläche einer Probe durch Rastern einer Vielzahl von im Wesentlichen punktförmigen Bereichen der Oberfläche, umfassend eine Einrichtung zur konfokalen Abbildung des im Wesentlichen punktförmigen Bereiches der Oberfläche in eine Fokusebene auf einem Detektor zur Verfügung, wobei die Vorrichtung bevorzugt einen Oberflächentopographiesensor aufweist. Der Oberflächentopographiesensor ist dabei bevorzugt eine eigenständige Einrichtung. Als Oberflächentopographiesensor sind jedwede Art von Sensoren geeignet, mit denen es möglich ist, die Oberflächentopographie, d. h. die Abweichung beispielsweise einer Probenoberfläche von der Probenebene in Richtung senkrecht zur Probenoberfläche, d. h. in z-Richtung, zu messen. Derartige Oberflächentopographiesensoren können sowohl berührungslose wie nicht berührungslose, d. h. taktile Oberflächentopographiesensoren, sein. Beispiele für taktile Oberflächentopographiesensoren sind mechanische Profilometer, Atomic-Force-Mikroskope (AFM-Mikroskope), beispielsweise das AFM-Mikroskop alpha 300A der WiTec GmbH oder Tastschnittgeräte.In addition to the method, the invention also provides an apparatus for imaging the surface of a sample by scanning a plurality of substantially point-shaped areas of the surface comprising means for confocally imaging the substantially point-shaped area of the surface into a focal plane on a detector the device preferably comprises a surface topography sensor. The surface topography sensor is preferably an independent device. As the surface topography sensor, any kind of sensors capable of determining the surface topography, i. H. the deviation, for example, of a sample surface from the sample plane in the direction perpendicular to the sample surface, d. H. in the z direction, to measure. Such surface topography sensors can be non-contact as well as non-contact, i. H. tactile surface topography sensors. Examples of tactile surface topography sensors are mechanical profilometers, atomic force microscopes (AFM microscopes), for example the AFM microscope alpha 300A from WiTec GmbH or styli.

Beispiele für berührungslose Oberflächentopographien sind insbesondere optische Sensoren wie Weißlichtinterferrometer, Triangulationssensoren, Laser-Scanning-Systeme, die beispielsweise die konfokale Mikroskopie ausnutzen sowie konfokale chromatische Sensoren.Examples of non-contact surface topographies are, in particular, optical sensors such as white light interferometers, triangulation sensors, laser scanning systems, which exploit, for example, confocal microscopy, and confocal chromatic sensors.

Ist der Oberflächentopographiesensor ein optischer Sensor, so hat dieser bevorzugt einen eigenständigen Strahlengang neben der Einrichtung zur konfokalen Abbildung des im Wesentlichen punktförmigen Bereiches der Oberfläche.If the surface topography sensor is an optical sensor, then it preferably has an independent beam path next to the device for confocal imaging of the essentially point-shaped region of the surface.

Kombiniert man ein taktiles Verfahren zur Bestimmung der Oberflächentopographie mit einem konfokalen optischen Mikroskop, beispielsweise einem konfokalen Raman-Mikroskop, so eignet sich als taktiles Verfahren für eine Kombination mit der Raman Mikroskope die Atomic-Force-Mikroskopie (AFM).Combining a tactile method for determining the surface topography with a confocal optical microscope, such as a confocal Raman microscope, the atomic force microscopy (AFM) is suitable as a tactile method for combination with the Raman microscopes.

Betreffend AFM-Mikroskope wird auf die WO 02/48644 A1 verwiesen, die ein derartiges AFM zeigt. Bei einem AFM wird insbesondere mit Hilfer einer Rastersonde in Form einer Spitze die Probenoberfläche abgetastet.Concerning AFM microscopes will be on the WO 02/48644 A1 referenced, which shows such AFM. In an AFM, in particular with the help of a scanning probe in the form of a tip, the sample surface is scanned.

Der Offenbarungsgehalt der WO 02/48644 wird voll umfänglich in die vorliegende Anmeldung mit aufgenommen.The disclosure of the WO 02/48644 is fully included in the present application.

Wie zuvor beschrieben, wird bei der konfokalen Mikroskopie das Licht der monochromatisch Lichtquelle auf dem Weg zur Probe durch ein Objektiv geleitet und so im Wesentlichen auf einem Punkt der Probenoberfläche fokussiert. Im Fall die Vorrichtung insbesondere ein konfokales Raman-Mikroskop ist, kann vorgesehen sein, dass ein Spektrometer das Licht, das von der Probe emittiert wird, d. h. das Raman- beziehungsweise Fluoreszenz-Licht spektral zerlegt. Eine solche spektrale Zerlegung kann in dem Spektrometer zum Beispiel mit einem Gitter oder einem Prisma erfolgen. Wird das so zerlegte Licht mit einer CCD-Kamera aufgenommen, so ist es möglich, ein komplettes Spektrum des von der Probe gestreuten Raman- bzw. Fluoreszenz-Lichtes aufzunehmen. Der Vorteil der spektralen Zerlegung des Raman-Lichtes bei einem Raman-Mikroskop liegt daran, dass zum Beispiel durch Drehen des Gitters im Spektrometer ein beliebiger Spektralbereich für den Detektor zur Messung selektiert werden kann.As described above, in confocal microscopy, the light of the monochromatic light source is passed through a lens on the way to the sample and thus focused substantially at a point on the sample surface. In the case of the device, in particular a confocal Raman Microscope is, it can be provided that a spectrometer, the light emitted from the sample, ie the Raman or fluorescence light spectrally decomposed. Such a spectral decomposition can be done in the spectrometer, for example with a grating or a prism. If the thus decomposed light is recorded with a CCD camera, it is possible to record a complete spectrum of the Raman or fluorescence light scattered by the sample. The advantage of the spectral decomposition of the Raman light in a Raman microscope is that, for example, by turning the grating in the spectrometer, an arbitrary spectral range can be selected for the detector for the measurement.

Die Vorrichtung, insbesondere das konfokale Mikroskop, bevorzugt das konfokale Raman- und/oder konfokale Fluoreszenz-Mikroskop kann einen verfahrbaren Probentisch aufweisen, der es ermöglicht, durch Verfahren der Probe beispielsweise die Probenoberfläche abzubilden. Alternativ oder zusätzlich kann auch die Anregungslichtquelle beziehungsweise der Detektor verfahren werden, um ein Abbild der Probe zu erhalten. Auch ist es möglich, räumliche Karten von spektralen Eigenschaften der Probe aufzunehmen. Insbesondere mit einer konfokalen Abbildung wird eine sehr hohe Tiefenschärfe erreicht. Die Verfahrbarkeit des Probentisches ermöglicht ein Abrastern der Probe beziehungsweise eines Probenbereiches.The device, in particular the confocal microscope, preferably the confocal Raman and / or confocal fluorescence microscope, can have a movable sample table which makes it possible, for example, to image the sample surface by moving the sample. Alternatively or additionally, the excitation light source or the detector can also be moved in order to obtain an image of the sample. It is also possible to record spatial maps of spectral properties of the sample. Especially with a confocal image a very high depth of field is achieved. The mobility of the sample table allows a scanning of the sample or a sample area.

Wie zuvor beschrieben, ist der konfokale chromatische Sensor in der Regel zusätzlich zur abbildenden Vorrichtung, d. h. mit eigenem Strahlengang angeordnet.As previously described, the confocal chromatic sensor is typically in addition to the imaging device, i. H. arranged with own beam path.

Die beispielsweise mit Hilfe eines konfokalen optischen Sensors bestimmte Oberflächentopographie kann dazu verwendet werden, in einer nachgeschalteten oder simultan durchgeführten Raman-Messung verwendet zu werden, um die Probenoberfläche beim Abrastern ständig in der Fokalebene des Objektivs, z. B. in der Ebene für die konfokale Raman-Mikroskopie zu halten. Hierzu erweitert man den X-Y-Scan der Probe auf einen X-Y-Z-Scan, wobei der Z-Scan dazu dient, die Probentopographie auszugleichen.The surface topography determined, for example, by means of a confocal optical sensor can be used to be used in a downstream or simultaneously performed Raman measurement to continuously scan the sample surface in the focal plane of the objective, e.g. B. to keep in the plane for confocal Raman microscopy. For this purpose, the X-Y scan of the sample is extended to an X-Y-Z scan, whereby the Z-scan serves to equalize the sample topography.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand der Ausführungsbeispiele detailliert beschrieben werden:
Es zeigen:The invention will be described in detail below with reference to the embodiments:
Show it:

1 den prinzipiellen Aufbau eines Raman-Mikroskops; 1 the basic structure of a Raman microscope;

2 eine Topographie einer Münze gemessen mit einer Vorrichtung mit einem konfokalen chromatischen Sensor. 2 a topography of a coin measured with a device with a confocal chromatic sensor.

3 ein Topographiebild, überlagert mit Informationen aus der Raman-Mikroskopie; 3 a topography image overlaid with information from Raman microscopy;

4 einen optischen Strahlengang für eine ausgedehnte Fokusmessung und eine automatische Fokusnachführung; 4 an optical beam path for extended focus measurement and automatic focus tracking;

5a–5b eine Aufnahme einer rauen Siliciumoberfläche als konfokales Raman-Bild (5a) und als konfokales Raman-Bild, wobei die Probe bzw. das Objektiv periodisch in z-Richtung bewegt wird (5b); 5a - 5b a photograph of a rough silicon surface as a confocal Raman image ( 5a ) and as a confocal Raman image, whereby the sample or the objective is moved periodically in the z-direction ( 5b );

6 Schema eines Regelkreises für eine automatische Fokusnachführung; 6 Scheme of a loop for automatic focus tracking;

7a–7b eine Messung mit konfokaler automatischer Fokusnachführung als optisches Bild und als Topographiebild. 7a - 7b a measurement with confocal automatic focus tracking as an optical image and as a topography image.

Obwohl vorliegende Erfindung nachfolgend an den Ausführungsbeispielen einer Vorrichtung zur Abbildung einer Probenoberfläche, insbesondere mit gestreutem Ramanlicht, einem so genannten konfokalen Raman-Mikroskop beschrieben wird, ist die Erfindung hierauf nicht beschränkt. Vielmehr umfasst sie sämtliche konfokale Mikroskope, insbesondere auch konfokale Lichtmikroskope oder Fluoreszenzmikroskope. Auch für derartige konfokale Mikroskope kann ein chromatischer Sensor eingesetzt werden, um die konfokale Ebene bei ausgeprägter Oberflächentopographie der zu untersuchenden Probe nachzuführen.Although the present invention will be described below with reference to the embodiments of a device for imaging a sample surface, in particular with scattered Raman light, a so-called confocal Raman microscope, the invention is not limited thereto. Rather, it includes all confocal microscopes, in particular confocal light microscopes or fluorescence microscopes. For such confocal microscopes, a chromatic sensor can be used to track the confocal plane with pronounced surface topography of the sample to be examined.

In 1 ist der prinzipielle Aufbau eines konfokalen Raman-Mikroskops zur Aufnahme einer Probenoberfläche dargestellt. Mit Hilfe der konfokalen Raman-Mikroskopie können chemische Eigenschaften und Phasen von flüssigen und festen Komponenten analysiert werden bis in den Bereich des durch Beugung begrenzten Auflösungsvermögens von ungefähr 200 Nanometern. Eine Markierung der Probe beispielsweise mit Fluoreszenzstoffen wie in der Fluoreszenzmikroskopie ist nicht notwendig. Durch den konfokalen Aufbau wird eine Tiefenauflösung zur Verfügung gestellt, die es erlaubt, die Probe in die Tiefe zu analysieren, ohne beispielsweise Schnitte durchführen zu müssen.In 1 shows the basic structure of a confocal Raman microscope for recording a sample surface. Using confocal Raman microscopy, chemical properties and phases of liquid and solid components can be analyzed down to the diffraction-limited resolving power of approximately 200 nanometers. A marking of the sample, for example, with fluorescers as in fluorescence microscopy is not necessary. The confocal design provides a depth resolution that allows the sample to be analyzed in depth without having to make cuts, for example.

Bei der konfokalen Mikroskopie wird eine punktförmige Lichtquelle, vorzugsweise ein Laser, auf einem Punkt der Probe abgebildet. Anschließend wird dieser Bildpunkt vorzugsweise mit derselben Optik auf eine Lochblende, ein so genanntes Pin-Hole, vor einem Detektor fokussiert. Die Größe der Lochblende muss dabei angepasst an als die beugungsbegrenzte Abbildung des Beleuchtungsbildes sein. Das Bild wird nun dadurch erzeugt, dass ein Punkt der Beleuchtungsquelle über die Probe gerastert wird, die Probe also Punkt für Punkt abgetastet wird. Mit dieser Art der Abbildung erreicht man eine erhebliche Steigerung des Bildkontrastes, da zur Abbildung nur die Fokusebene des Objektivs beiträgt. Außerdem kann die Auflösung aufgrund der Faltung des Beugungspunktes in der Apertur der Lochblende um etwa den Faktor √2 auf etwa λ/3 reduziert werden Zusätzlich kann man ein dreidimensionales Bild der Probenstruktur mit einer axialen Auflösung von etwa einer Wellenlänge erhalten.In confocal microscopy, a point light source, preferably a laser, is imaged on a point of the sample. Subsequently, this pixel is preferably focused with the same optics on a pinhole, a so-called pin-hole, in front of a detector. The size of the pinhole must be adapted to be as the diffraction-limited image of the illumination image. The image is now generated by rasterizing a point of the illumination source over the sample, so the sample is scanned point by point becomes. This type of imaging achieves a significant increase in image contrast since only the focus plane of the lens contributes to imaging. In addition, the resolution due to the folding of the diffraction point in the aperture of the pinhole can be reduced by about the factor √2 to about λ / 3. In addition, a three-dimensional image of the sample structure with an axial resolution of about one wavelength can be obtained.

Betreffend die konfokale Mikroskopie wird beispielsweise auf die DE 199 02 234 A1 verwiesen.Concerning the confocal microscopy is for example on the DE 199 02 234 A1 directed.

In 1 ist ein Aufbau eines konfokalen Raman-Mikroskopes beispielsweise des Mikroskopes alpha300 R der Witec GmbH, D – 89081 Ulm, Deutschland, dargestellt. Bei dem konfokalen Raman-Mikroskop 1 wird das Licht einer Lichtquelle 10 an einem Strahlteilerspiegel 12 nach einer Strahlaufweitung 14 in Richtung der Probe 16 auf den Probentisch 18 gelenkt. Der umgelenkte Lichtstrahl 19 wird dabei durch eine geeignete Optik auf einen im wesentlichen punktförmigen Bereich 20 auf der Probe 16 fokussiert. Das Licht des Lasers 10 wechselwirkt mit der Materie der Probe 16. Es entsteht zum einen von der Probe zurückgestreutes Rayleigh-Licht derselben Wellenlänge wie das eingestrahlte Licht. Dieses Licht wird über einen Strahlenteiler 12 umgelenkt auf einen Kantenfilter bzw. Notchfilter 13 und gelangt nicht in die Detektionsoptik.In 1 is a structure of a confocal Raman microscope, for example, the microscope alpha300 R Witec GmbH, D - 89081 Ulm, Germany, shown. At the confocal Raman microscope 1 becomes the light of a light source 10 at a beam splitter mirror 12 after a beam expansion 14 in the direction of the sample 16 on the sample table 18 directed. The redirected light beam 19 This is due to a suitable optics on a substantially punctiform area 20 on the test 16 focused. The light of the laser 10 interacts with the matter of the sample 16 , On the one hand, Rayleigh light of the same wavelength backscattered from the sample is formed as the incident light. This light is transmitted via a beam splitter 12 deflected on an edge filter or notch filter 13 and does not get into the detection optics.

Das Licht mit unterschiedlicher(n) Frequenz(en), als das von der Probe emittierte Rayleigh-Licht, nämlich das Raman-Licht, durchtritt den Strahlenteiler 12. Hinter dem Strahlenteiler 12 ist das Raman-Licht mit Bezugsziffer 22 gekennzeichnet.The light of different frequency (s) than the Rayleigh light emitted from the sample, namely the Raman light, passes through the beam splitter 12 , Behind the beam splitter 12 is the Raman light with reference numeral 22 characterized.

Über ein nicht dargestelltes Pin-Hole wird das Raman-Licht 22 in eine Lichtleitfaser 30 eingekoppelt und gelangt zu einem Spektrometer 40. Im Spektrometer 40 wird der Strahl mit Raman-Licht durch eine geeignete Optik wieder aufgeweiet, ergebend den Strahl 42, der auf einen Gitterspektralfilter 44 trifft. Der Gitterspektralfilter 44 beugt das Licht entsprechend seiner Wellenlänge in unterschiedliche Richtungen, so dass auf dem CCD-Chip 50 ortsabhängig ein spektrales Signal aufgenommen werden kann. Der CCD-Chip 50 weist beispielsweise 1024 Kanäle auf, so dass insgesamt 1024 Kanäle des CCD-Chips Licht unterschiedlicher Wellenlänge aufnehmen können.An unillustrated pin hole becomes the Raman light 22 in an optical fiber 30 coupled and passes to a spectrometer 40 , In the spectrometer 40 the beam is reanimated with Raman light by suitable optics, resulting in the beam 42 pointing to a grating spectral filter 44 meets. The grating spectral filter 44 bends the light according to its wavelength in different directions, so that on the CCD chip 50 Depending on the location, a spectral signal can be recorded. The CCD chip 50 has, for example, 1024 channels, so that a total of 1024 channels of the CCD chip can record light of different wavelengths.

Das Bild der Probe entsteht durch Abrastern in der x-/y-Ebene in Pfeilrichtung 130.The image of the sample is created by scanning in the x- / y-plane in the direction of the arrow 130 ,

Zur Justage bzw. zur Beobachtung kann auch Licht einer Weißlichtquelle 120 auf die Probe 16 eingekoppelt werden.For adjustment or for observation can also light of a white light source 120 to the test 16 be coupled.

Das konfokale Raman-Mikroskop 1 umfasst des Weiteren einen konfokalen chromatischen Sensor 80. Der konfokale chromatische Sensor 80 ist zusätzlich zum konfokalen Raman-Mikroskop 1 ausgeführt. Der konfokale chromatische Sensor umfasst einen eigenen, vom Raman-Mikroskop 1 unabhängigen Strahlengang. So weist der konfokale chromatische Sensor 80 eine eigene Weißlichtquelle 8120, ein refraktives optisches Element 8122, eine optische Anordnung zur Aufnahme des von der Probe reflektierten Lichtes sowie eine lichtempfindliche Sensoreinheit auf, der die zugehörige Spektralfarbe erkennt und ausgewertet werden kann, beispielsweise ein Spektrometer, auf.The confocal Raman microscope 1 further includes a confocal chromatic sensor 80 , The confocal chromatic sensor 80 is in addition to the confocal Raman microscope 1 executed. The confocal chromatic sensor includes its own, from the Raman microscope 1 independent beam path. So points the confocal chromatic sensor 80 its own white light source 8120 , a refractive optical element 8122 , an optical arrangement for receiving the light reflected from the sample and a photosensitive sensor unit, which detects the associated spectral color and can be evaluated, for example, a spectrometer on.

Das Licht der Weißlichtquelle 8120 tritt durch das Linsensystem mit einem hohen chromatischen Fehler des refraktiven optischen Elements hindurch. Dabei wird das eingestrahlte Weißlicht je nach Wellenlänge in unterschiedliche Fokalebenen abgebildet. Das in unterschiedliche Fokalebenen abgebildete Licht wird von der Probe 16 reflektiert, z. B. von der Optik aufgenommen und dem Spektrometer 8140 als Sensorbauteil zugeführt. Mit Hilfe des Spektrometers 8140 kann das Signal ausgewertet werden und aus diesem Signal direkt der Abstand des refraktiven optischen Elementes 8122 des konfokalen chromatischen Sensors 80 zur Oberfläche der Probe 16 bestimmt und damit die Oberflächentopographie ermittelt werden.The light of the white light source 8120 passes through the lens system with a high chromatic aberration of the refractive optical element. Depending on the wavelength, the incident white light is imaged into different focal planes. The light imaged in different focal planes is taken from the sample 16 reflected, z. B. recorded by the optics and the spectrometer 8140 supplied as a sensor component. With the help of the spectrometer 8140 the signal can be evaluated and from this signal directly the distance of the refractive optical element 8122 of the confocal chromatic sensor 80 to the surface of the sample 16 determined and thus the surface topography can be determined.

Hierbei macht man sich zunutze, dass die Wellenlänge, in deren fokaler Ebene sich die Probenoberfläche befindet, beispielsweise in einem Spektrometer 8140 ein Intensitätsmaximum zeigt. Die Bestimmung der Intensitätswerte ermöglicht es, dass jeder Wellenlänge im Spektrometer 8140 ein Probenabstand, d. h. ein Abstand Probe 16 – refraktives optisches Element 8122 zuordenbar ist. Mit Hilfe des konfokalen chromatischen Sensors 80 ist es also möglich, rein optisch schnell und direkt, d. h. ohne ein zeitaufwändiges Scannen senkrecht zur Probenebene, d. h. in z-Richtung, die Topographie der Probe zu bestimmen.In this case, use is made of the fact that the wavelength in whose focal plane the sample surface is located, for example in a spectrometer 8140 shows an intensity maximum. The determination of the intensity values allows each wavelength in the spectrometer 8140 a sample distance, ie a distance sample 16 - Refractive optical element 8122 is assignable. With the help of the confocal chromatic sensor 80 Thus, it is possible, optically fast and direct, ie without a time-consuming scanning perpendicular to the sample plane, ie in the z-direction, to determine the topography of the sample.

Der konfokale chromatische Sensor 80 ermöglicht damit eine optische Bestimmung der Probenoberflächentopographie.The confocal chromatic sensor 80 thus allows an optical determination of the sample surface topography.

Obwohl in vorliegendem Ausführungsbeispiel der konfokale chromatische Sensor einen eigenen Strahlengang aufweist, ist dies nicht zwingend. In einer alternativen Ausführungsform kann der Strahlengang des konfokalen chromatischen Sensors auch in den des konfokalen Mikroskops, beispielsweise des konfokalen Raman-Mikroskops, integriert sein.Although in the present embodiment, the confocal chromatic sensor has its own beam path, this is not mandatory. In an alternative embodiment, the beam path of the confocal chromatic sensor can also be integrated into that of the confocal microscope, for example the confocal Raman microscope.

Das aufgenommene Licht der Topographie- bzw. Raman-Messung mit Hilfe des CCD-Chips 50 wird an eine Auswerteeinheit 100 übertragen. Die Auswerteeinheit 100 ist Teil einer Steuerung des Probentisches 18. Von der Auswerteeinheit 100 werden auch die genauen Positionen in x- und y-Richtung und in z-Richtung des Probentisches 18 aufgenommen. Im Allgemeinen erfolgt das Abrastern der Probe 16 durch Verschieben des als Verschiebetisch 110 ausgelegten Probentisches. Der Verschiebetisch kann als Piezotisch ausgebildet sein. Die Verschiebung des Verschiebetisches 110 mit den darauf angeordneten Proben in x-, y- und z-Richtung kann mit Piezoelementen erfolgen.The recorded light of the topography or Raman measurement with the help of the CCD chip 50 is sent to an evaluation unit 100 transfer. The evaluation 100 is part of a control of the sample table 18 , From the evaluation unit 100 also the exact positions in the x and y direction and in the z direction of the sample table 18 added. In general, the sample is scanned 16 by moving the as a translation table 110 designed sample table. The translation table can be designed as a piezo table. The displacement of the moving table 110 with the samples arranged thereon in the x-, y- and z-direction can be done with piezoelectric elements.

Die Oberflächentopographie bzw. das Bild der Probe wird durch Abrastern in der x-, y-Ebene bestimmt. Hierzu kann die Lichtquelle oder die Einkoppelfaser bewegt werden und/oder die Probe. Wird zunächst die Oberflächentopographie bestimmt, so werden die Werte für die Oberflächentopographie aufgenommen und zugeordnet zu den jeweiligen, im Wesentlichen punktförmigen Bereichen abgelegt. Nachdem die ganze Probe abgerastert und die Werte der Oberflächentopographie bestimmt wurden, wird die Probe zumindest an einen Teil der im Wesentlichen punktförmigen Bereiche, für die die Werte der Oberflächentopographie bestimmt wurden, verbracht, um an diesen Punkten Raman- und/oder Fluoreszenzmessungen unter Berücksichtigung der Oberflächentopographie durchzuführen. Bei diesem Verfahren handelt es sich somit um ein sogenanntes Zwei-Pass-Verfahren, d. h. die Topographie- und Raman-Messung erfolgt zeitlich nacheinander. Bei diesem Verfahren könnte man zusätzlich kleine Modulationen um die Topographie vornehmen, wodurch einer Probenrauhigkeit Rechnung getragen wird.The surface topography or the image of the sample is determined by scanning in the x, y plane. For this purpose, the light source or the Einkoppelfaser be moved and / or the sample. If the surface topography is first determined, the values for the surface topography are recorded and stored assigned to the respective, essentially punctiform areas. After the entire sample has been scanned and the surface topography values determined, the sample is spanned at least to a portion of the substantially dot-shaped areas for which the surface topography values have been determined, at which point Raman and / or fluorescence measurements are taken Perform surface topography. This method is thus a so-called two-pass method, ie. H. the topography and Raman measurements are performed consecutively. With this method, one could additionally make small modulations around the topography, which takes into account a sample roughness.

In 2 ist die Topographie einer 10-Cent-Münze, gemessen mit einem konfokalen chromatischen Sensor (Bezugsziffer 80 in 1), dargestellt. Wiederum ist die x-, y-Ebene angegeben, in der der Scan durchgeführt wird.In 2 is the topography of a 10-cent coin measured with a confocal chromatic sensor (ref 80 in 1 ). Again, the x, y plane in which the scan is performed is indicated.

Die Topographie erstreckt sich in der z-Richtung. Durch den chromatischen Sensor 80 gemäß 1, bei dem Weißlicht durch das refraktive optische Element auf die Probe in der x-, y-Ebene gelenkt wird, wird aufgrund des großen chromatischen Fehlers des refraktiven Linsensystems des chromatischen Sensors 80 Licht unterschiedlicher Wellenlänge in unterschiedliche Fokalebenen, abgebildet. Wird nunmehr das von der Probe 16 reflektierte Licht spektral analysiert, beispielsweise in einem Spektrometer, so kann man aus der Intensitätsverteilung Schlüsse auf den Abstand Sensor – Probenoberfläche ziehen. Dabei gilt, dass die Wellenlänge, in deren fokaler Ebene sich die Probenoberfläche befindet, im Spektrum ein Intensitätsmaximum zeigt. Wird nunmehr die Probe in der x-, y-Richtung abgerastert, so kann man zu jedem weitgehend punktförmigen Bereich der Probe bestimmen, bei welcher Wellenlänge das Intensitätsmaxium auftritt. Aus der Wellenlänge wiederum kann man aufgrund des chromatischen Fehlers dann auf den Abstand des chromatischen Sensors zur Oberfläche und damit auf eine Oberflächentopographie zurückschließen.The topography extends in the z-direction. Through the chromatic sensor 80 according to 1 in which white light is directed to the sample in the x, y plane by the refractive optical element becomes due to the large chromatic aberration of the refractive lens system of the chromatic sensor 80 Light of different wavelengths in different focal planes, shown. Now that's from the sample 16 Spectrally analyzed reflected light, for example in a spectrometer, so you can draw conclusions from the intensity distribution on the distance sensor - sample surface. In this case, the wavelength in whose focal plane the sample surface is located shows an intensity maximum in the spectrum. If the sample is now scanned in the x, y direction, it is possible to determine for each largely point-like region of the sample at which wavelength the intensity maximum occurs. Because of the chromatic error, the wavelength can then be used to deduce the distance of the chromatic sensor to the surface and thus to a surface topography.

Das Topographiebild erhält man wiederum durch Abrastern in x-/y-Richtung. Wird an einem Punkt z. B. festgestellt, dass die Wellenlänge, bei der das Intensitätsmaximum auftritt, bei 500 nm liegt, an einem anderen Ort der Probe jedoch beispielsweise bei 550 nm, so ist der eine Bereich gegenüber dem anderen Bereich beispielsweise erhöht.The topography image is again obtained by scanning in the x / y direction. Is at a point z. For example, it is found that the wavelength at which the intensity maximum occurs is 500 nm, but at another location of the sample is 550 nm, for example, one area is increased from the other area.

Bei dem in 2 gezeigten Bild handelt es sich um eine solche rein topographische Aufnahme der Probenoberfläche, d. h. 2 ist lediglich eine Darstellung der Oberflächentopographie mit Hilfe eines chromatischen Sensors ohne jedwede Information über Substanzen der Oberfläche, die beispielsweise mittels Raman- oder Fluoreszenzmessungen ermittelt werden können.At the in 2 The image shown is such a purely topographic image of the sample surface, ie 2 is merely a representation of the surface topography by means of a chromatic sensor without any information about substances of the surface, which can be determined for example by means of Raman or fluorescence measurements.

3 zeigt hingegen eine Aufnahme einer Oberfläche, bei der zusätzlich zur Oberflächentopographie, die mittels des chromatischen Sensors bestimmt wurde, auch Raman-Daten im Rahmen der konfokalen Raman-Mikroskopie erhoben wurden. Wiederum ist die x-/y-Richtung sowie die z-Richtung angegeben. 3 on the other hand, shows a picture of a surface in which, in addition to the surface topography determined by the chromatic sensor, Raman data was also collected in confocal Raman microscopy. Again, the x / y direction and the z direction are indicated.

In x-/y-Richtung beträgt die Abmessung je 12 mm, in z-Richtung 384 Mikrometer.In the x- / y-direction the dimension is 12 mm, in the z-direction 384 micrometers.

Bei der untersuchten Oberfläche handelt es sich um eine Oberfläche einer Tablette. Die Wirkstoffverteilung in der Tablette selbst wurde mit Hilfe von Raman-Spektren ermittelt.The surface being examined is a surface of a tablet. The drug distribution in the tablet itself was determined using Raman spectra.

Mit Hilfe des Topographiebildes wurde simultan zu den durchgeführten Raman-Messungen die Probenoberfläche ständig in der Fokalebene des Raman-Objektivs gehalten. Hierdurch konnte 3 erhalten werden.With the help of the topography image, the sample surface was constantly held in the focal plane of the Raman objective simultaneously with the Raman measurements made. This could 3 to be obtained.

Bei der Aufnahme gemäß 3 wurde in dem Topographiebild die mit den ersten Raman-Spektren gewonnene Information über die Wirkstoffverteilung hinzugefügt.When recording according to 3 In the topography image, the information on the active ingredient distribution obtained with the first Raman spectra was added.

3 ist erstmalig eine Darstellung, bei der eine Wirkstoffverteilung in einer nicht ebenen Probe ermittelt werden konnte, gezeigt. 3 For the first time, a representation in which a drug distribution in a non-planar sample could be determined was shown.

Anstelle der Bestimmung der Oberflächentopographie mittels chromatischer Sensoren wäre es auch möglich, die Probe entlang der z-Richtung periodisch zu bewegen. Hierdurch wird die Probe in z-Richtung durch den Fokus bewegt. Ist die Oberflächentopographie lediglich beispielsweise durch die Rauhigkeit der Probe verursacht, so kann man durch das Bewegen der Probe zumindest einen Mittelwert der Raman-Spektren in einer gemittelten x-/y-Ebene erhalten und so stets ein scharfes Bild der Probenoberfläche mit relativ gleichmäßiger Intensität.Instead of determining the surface topography by means of chromatic sensors, it would also be possible to periodically move the sample along the z-direction. As a result, the sample is moved through the focus in the z-direction. If the surface topography is caused only by the roughness of the sample, for example, you can by moving the sample obtains at least an average of the Raman spectra in an averaged x / y plane and so always a sharp image of the sample surface of relatively uniform intensity.

In 4 ist der optische Strahlengang eines Systems gezeigt, in der die Probe in z-Richtung periodisch bewegt wird.In 4 the optical beam path of a system is shown in which the sample is moved periodically in the z-direction.

Das Anregungslicht wird von einer Laserlichtquelle 1000 bereitgestellt und über das Objektiv 1010 auf die Probenoberfläche 1016 gelenkt. Das durch diese Anregung erzeugte Licht, d. h. das reflektierte, emittierte bzw. gestreute Licht wird über den Strahlteiler 1030 auf den Detektor 1050, beispielsweise eine CCD-Kamera, gelenkt. Bei der Erzeugung von Raman-Licht handelt es sich um einen Streuprozeß.The excitation light is from a laser light source 1000 provided and over the lens 1010 on the sample surface 1016 directed. The light generated by this excitation, ie the reflected, emitted or scattered light is transmitted through the beam splitter 1030 on the detector 1050 , For example, a CCD camera, steered. The generation of Raman light is a scattering process.

Während die Probe in x-/y-Richtung an unterschiedliche Orte verbracht wird und das Bild der Probe durch Abrastern in x-/y-Richtung entsteht, wird die Probe zusätzlich noch in z-Richtung periodisch bewegt. Bei einer periodischen Bewegung der Probe in z-Richtung wird die Probe stets durch die konfokale Fokusebene bewegt. Hierdurch können Probenrauhigkeiten ausgemittelt werden.While the sample is moved to different locations in the x / y direction and the image of the sample is formed by scanning in the x / y direction, the sample is additionally moved periodically in the z direction. With a periodic movement of the sample in the z-direction, the sample is always moved through the confocal focal plane. As a result, sample roughness can be averaged out.

Wie aus den 5a bis 5b hervorgeht, gelingt es, durch eine Bewegung in der z-Richtung dann auch bei einer rauen Oberfläche, ein Signal für die konfokale Raman-Messung zu erhalten. Dies soll nachfolgend erläutert werden.Like from the 5a to 5b As a result, it is possible to obtain a signal for the confocal Raman measurement by moving in the z direction, even on a rough surface. This will be explained below.

Hierbei zeigt 5a eine konfokale Raman-Messung ohne eine Modulation in z-Richtung.This shows 5a a confocal Raman measurement without a modulation in the z-direction.

Da sich viele Bereiche in 5a aufgrund der Raukeit der Probe nicht im Fokus befinden, sind viele Bereiche des Bildes dunkel, d. h. ohne Signal.As many areas in 5a Due to the roughness of the sample are not in focus, many areas of the image are dark, ie no signal.

Bei eingeschalteter Modulation, d. h. Bewegung in z-Richtung, verschwinden die dunklen Bereiche und man erhält, wie in 5b gezeigt, ein stets scharfes Bild mit gleichmäßiger Intensität.When the modulation is switched on, ie movement in the z-direction, the dark areas disappear and you get, as in 5b shown, a consistently sharp image with uniform intensity.

Ist die Modulationsamplitude groß genug, d. h. größer als die höchste Probentopographie, so kann durch die Ermittlung der Lage des Raman- und/oder Raleigh-Intensitätsmaximums bei jeder Modulationsperiode die Topographie bestimmt werden. In einem solchen Fall ist kein konfokaler chromatischer Sensor nötig. Die Methode ist eine Alternativmethode, um die Topographie zu ermitteln bzw. auszugleichen. Der Vorteil ist, dass es sich um ein Ein-Pass-Verfahren handelt, d. h. die Raman- und die Topographiemessung simultan erfolgt. Bei großen Amplituden befindet sich allerdings der Focus nur während eines kleinen Teils der Modulationsamplitude im Bereich der Probenoberfläche, was dazu führen kann, dass die Raman-Messzeit nicht effizient genutzt wird.If the modulation amplitude is large enough, d. H. greater than the highest sample topography, the topography can be determined by determining the location of the Raman and / or Raleigh intensity maximum at each modulation period. In such a case, no confocal chromatic sensor is needed. The method is an alternative method to determine or balance the topography. The advantage is that it is a one-pass procedure, i. H. Raman and topography measurements are done simultaneously. At high amplitudes, however, the focus is only in the region of the sample surface for a small part of the modulation amplitude, which may result in the Raman measurement time not being used efficiently.

Um die Messzeit optimal zu nutzen, kann mit kleineren Modulationsamplituden gearbeitet werden. In einem solchen Fall sorgt eine Regelung dafür, dass die Modulation immer um den zuletzt gefundenen Topographiewert stattfindet, d. h. die Modulation in z-Richtung dazu genützt wird, eine konfokale automatische Fokusnachführung durchzuführen. Ein Signalverlauf für eine derartige Nachführung ist in 6 gezeigt.In order to use the measuring time optimally, one can work with smaller modulation amplitudes. In such a case, a regulation ensures that the modulation always takes place around the last found topography value, ie the modulation in the z-direction is used to perform a confocal automatic focus tracking. A waveform for such tracking is in 6 shown.

Wie aus 6 hervorgeht, wird die Probe in z-Richtung moduliert und der Signalverlauf der Reflektion aufgenommen. Aus dem Signalverlauf der Reflektion wird die Position der maximalen Intensität bestimmt, wobei die Position der maximalen Intensität mit der optimalen Fokussierung auf die Oberfläche übereinstimmt. Gibt man nun die Position der maximalen Intensität auf einen Regler, so kann damit das Zentrum der Modulation nachgeführt werden, d. h. an die Oberflächentopographie der Probe angepasst werden. Eine Messung mit einer derartigen konfokalen automatischen Fokusnachführung ist in den 7a und 7b gezeigt. Hierbei zeigt 7a das reflektierte Licht und 7b die aus der Fokusnachführung bestimmte Oberflächentopographie der Probe.How out 6 shows, the sample is modulated in the z direction and recorded the waveform of the reflection. From the waveform of the reflection, the position of the maximum intensity is determined, the position of the maximum intensity coinciding with the optimum focusing on the surface. If the position of the maximum intensity is now applied to a controller, this can be used to track the center of the modulation, ie be adapted to the surface topography of the sample. A measurement with such a confocal automatic focus tracking is in the 7a and 7b shown. This shows 7a the reflected light and 7b the surface topography of the sample determined from focus tracking.

In der Erfindung wird erstmals ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verfügung gestellt, die es ermöglichen, Informationen über die Oberflächentopographie auf einfache Art und Weise und schnell zu erhalten. Insbesondere wird dies mit Hilfe eines chromatischen Sensors erreicht, der wiederum mit optischen Messmethoden, beispielsweise mit konfokale Raman-Mikroskopie, kombiniert werden kann. Alternativ kann die Oberflächentopographie mit Hilfe einer Modulation der Probe in z-Richtung ermittelt werden.In the invention, for the first time, a method and a device are provided which make it possible to obtain information about the surface topography in a simple manner and quickly. In particular, this is achieved with the aid of a chromatic sensor, which in turn can be combined with optical measurement methods, for example with confocal Raman microscopy. Alternatively, the surface topography can be determined by modulating the sample in the z-direction.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 19902234 A1 [0005, 0052]
WO 02/48644 Al [0035]
WO 02/48644 [0036]

Claims

Method for imaging a surface, in particular a surface, a sample ( 16 ) with a topography of the surface by means of confocal microscopy, in particular confocal Raman and / or fluorescence microscopy in essentially a confocal plane, characterized in that values for the topography of the surface are determined and with the aid of the values for the topography of the surface the surface to be imaged, in particular surface, is spent in the confocal plane during scanning.

A method according to claim 1, characterized in that determined in a first step for a plurality of substantially point-like regions of the sample, the values for the topography of the surface and from the surface topography of the sample is determined and in a second step, the sample of the plurality of essentially point-shaped areas and taking into account the values for the surface topography determined in step 1 in the confocal plane.

Method according to claim 1, characterized in that - When scanning, the sample is first placed on a substantially point-shaped area, determined a value for the topography of the surface and moved with the value for the topography of the sample in the confocal plane and the substantially point-shaped area is mapped; - After mapping the substantially punctiform area in a further step, the sample is moved to a further, substantially point-shaped area and there again determines another value for the topography of the surface and with the further value for the topography of the sample in the confocal plane method and the substantially further point-shaped region is mapped, wherein the steps are repeated until at least a portion of the plane or surface, in particular surface, is scanned.

A method according to claim 3, characterized in that the value for the topography of the surface is determined by means of a confocal chromatic sensor having at least one refractive optical element and a spectrometer, wherein white light of a light source through the refractive optical element on the substantially punctiform region directed to the surface of the sample and the light reflected from the substantially point-shaped region is spectrally analyzed by means of a spectrometer, giving the value for the topography of the surface.

A method according to claim 1, characterized in that the value for the topography of the surface is determined by moving, in particular periodically moving the sample substantially perpendicular to the surface and by analyzing the optical signal.

Contraption ( 1 ) for imaging the surface of a sample ( 16 ) by screening a plurality of substantially point-shaped areas ( 20 ) surface comprising a device ( 21 ) for the confocal imaging of the substantially punctiform area of the surface in a focal plane on a detector ( 50 ), characterized in that the device comprises a surface topography sensor, in particular a confocal chromatic sensor ( 80 ) or a profilometer or an AFM or a white light interferometer or a triangulation sensor or a laser scanning system.

Device according to Claim 6, characterized in that the confocal chromatic sensor ( 80 ) an optical system, in particular an optical system with refractive and / or diffractive components with a large chromatic aberration and a spectrometer ( 40 ).

Device according to one of claims 6 to 7, characterized in that the device is one of the following devices: a confocal Raman microscope; a confocal fluorescence microscope; a confocal Raman / fluorescence microscope; a confocal light microscope.

Apparatus according to claim 8, wherein the device is a confocal Raman microscope and / or fluorescence microscope and the confocal Raman and / or fluorescence microscope is a light source ( 10 ) for exciting a light emission in the sample, and a detector ( 50 ) for detecting the photons emitted by the sample in the light emission, in particular the emitted Raman and / or fluorescence photons.

Device according to one of claims 6 to 9, characterized in that the substantially point-shaped region of the confocal chromatic sensor in the range of 3 .mu.m to 200 .mu.m, preferably from 7 .mu.m to 100 .mu.m, in particular 10 .mu.m to 40 .mu.m, and / or the Measuring range of the confocal chromatic sensor between 100 .mu.m and 40 mm, preferably between 300 .mu.m and 10 mm and / or the resolution in the z direction in the range 1 nm to 1 .mu.m is preferably between 1 nm and 100 nm.