DE102013205001B3

DE102013205001B3 - Anordnung und Verfahren zur multisensorischen Erfassung von Probenbereichen einer Probe

Info

Publication number: DE102013205001B3
Application number: DE201310205001
Authority: DE
Inventors: Jürgen Beyerer; Michael Heizmann; Peter Frühberger
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2013-03-21
Filing date: 2013-03-21
Publication date: 2014-05-28
Anticipated expiration: 2033-03-22

Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung wie folgt: Anordnung zur multisensorischen optischen Erfassung von Probenbereichen einer Probe, bevorzugt zur optischen Erfassung von Probenbereichen einer Probe mit mehreren Mikroskopen, mit einer ersten zur optischen Erfassung von Probenbereichen der Probe ausgebildeten Inspektionseinheit sowie einer zweiten zur optischen Erfassung von Probenbereichen der Probe ausgebildeten, räumlich beabstandet von der ersten Inspektionseinheit positionierten Inspektionseinheit, und einer Positioniereinrichtung, mit der die Probe nach der optischen Erfassung eines Probenbereiches durch die erste Inspektionseinheit so in den optischen Erfassungsbereich der zweiten Inspektionseinheit transportierbar ist, dass mittels der zweiten Inspektionseinheit (derselbe Probenbereich optisch erfassbar ist. Die vorliegende Erfindung bezieht sich ebenso auf ein entsprechendes optisches Erfassungsverfahren.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur multisensorischen Erfassung von Probenbereichen einer Probe, bevorzugt zur optischen Erfassung von Probenbereichen einer Probe mit mehreren Mikroskopen als multisensorische Einheiten, sowie auf ein entsprechendes Verfahren.
Zur mikroskopischen Inspektion von Proben kann eine Vielzahl von Mikroskopen verwendet werden. Unterschiedliche Mikroskope zeichnen sich dabei z. B. durch die zu erfassende Zielgröße (2-1/2D- bzw. 3D-Gestalt, Rauheit, Reflektanz oder Transparenz der Oberfläche in unterschiedlichen Spektralbereichen und in Hell-/Dunkelfeld, Fluoreszenz) und durch das angewendete Messprinzip, die Messmethode und das Messverfahren (z. B. in Gestalt von Lichtmikroskopen, Weißlichtinterferometern, konfokalen Mikroskopen, Fokus-Variations-Mikrokoordinatenmesssystemen; diese Systeme werden im Folgenden als Mikroskope bezeichnet) aus.
Oft ist die mittels eines einzigen Mikroskops gewonnene Aussage über die zu inspizierende Probe noch nicht ausreichend, um eine weitergehende Aufgabenstellung, z. B. der Qualitätssicherung oder der Oberflächenanalyse, umfassend zu lösen. So kann es beispielsweise erforderlich sein, sowohl die räumliche Gestalt einer Probe als auch ihre Reflektanz und ihre Fluoreszenz zu erfassen. Solche Informationen lassen sich zwar teilweise in einem einzigen Gerät gewinnen (z. B. in einem konfokalen Mikroskop, wo sowohl die 2-1/2D-Gestalt als auch die Reflektanz erfassbar ist), dies ist allerdings im Allgemeinen nicht möglich (z. B. wenn zusätzlich die Fluoreszenz erfasst werden soll oder das Objekt starke Steigungen aufweist, so dass allein gerätespezifische Messverfahren nicht mehr anwendbar sind).
Wenn mehrere mikroskopische Messprinzipien nicht in einem Gerät vereinigt sind, muss die Probe nacheinander unter/in die einzelnen Mikroskope platziert werden, die jeweils eine oder mehrere Aufnahmen derselben Probe anfertigen. Dies erfordert ein Probenhandling, so dass die Probe mit hoher mechanischer Genauigkeit durch die unterschiedlichen Mikroskope jeweils an derselben Position und mit derselben Orientierung inspiziert wird. Die manuelle (händische) Positionierung durch einen Menschen (z. B. einen Laboranten) ist hierbei langsam und sehr fehleranfällig.
Bei der Kombination der Messergebnisse von den einzelnen Mikroskopen müssen die einzelnen von den Mikroskopen erzeugten Datensätze zusammengeführt werden. Dies bedeutet, dass die Position, die Orientierung und der Maßstab der einzelnen Messdaten möglichst gut übereinstimmen müssen. Dazu ist folgendes vorbekannt:

• Erstens lassen sich mehrere Mikroskopie-Ansätze in einem Gerät vereinigen. Von der Fa. Leica gibt es beispielsweise ein Gerät, in dem ein konfokales Mikroskop und ein Weißlichtinterferometer integriert sind (DCM 3D). Diese Art der Kombination besitzt den Vorteil, dass die Erfassung der Messdaten automatisiert erfolgt und dann Komponenten der einzelnen Teilfunktionen nach Möglichkeit mehrfach verwendet werden (z. B. der Bildaufnehmer oder die Beleuchtung). Nachteilig ist, dass sich ein solches Gerät nur schwer erweitern lässt und die einzelnen Teilfunktionen nicht gleichzeitig genutzt werden können.
• Zweitens können die Datensätze der einzelnen Geräte mittels einer geometrischen Registrierung so aufeinander abgebildet werden, dass die jeweiligen Bildpunkte im Wesentlichen dieselben Bereiche auf der Probe abbilden. Bei dieser Vorgehensweise ist allerdings die Positionierung der Probe nicht gelöst. Sie erfolgt in der Regel manuell und nicht automatisiert, so dass dieser Ansatz langsam, teuer und ungenau ist. Zudem unterscheidet sich die visuelle Rekonstruktion der unterschiedlichen Mikroskope deutlich, so dass sich nur ein begrenzter Zusammenhang erahnen lässt. Die passgenaue Positionierung der Proben lässt sich zwar mittels mechanischer Anschläge erzwingen; allerdings geht bei dieser Vorgehensweise die Flexibilität der Probenpositionierung verloren. Eine solche Flexibilität ist aber zwingend erforderlich, wenn z. B. die Probe mittels mehrere Aufnahmen mit unterschiedlichen überlappenden Sichtfeldern erfasst werden soll, die anschließend zusammengefügt (gestitcht) werden sollen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es somit eine Anordnung sowie ein Verfahren zur multisensorischen (insbesondere: mikroskopischen) und bevorzugt optischen Erfassung von Probenbereichen einer Probe zur Verfügung zu stellen, die für eine Vielzahl (unterschiedlicher) zur bevorzugt optischen Erfassung einer Probe geeigneter sensorischer Einheiten (insbesondere: Mikroskope) eine automatisierte Erfassung ein und desselben Probenbereichs dieser Probe erlauben. Die Vorrichtung und das Verfahren sollen die Registrierung der Datensätze weitgehend unabhängig von jeweils verwendeten optischen Sensoren (z. B. Mikroskopen) erlauben und somit eine Automatisierung einer bevorzugt optischen Inspektion auch bei Verwendung mehrerer ganz unterschiedlicher Sensoren bzw. Mikroskope erlauben. Dabei soll von den unterschiedlichen zur Erfassung der Probe ausgebildeten Inspektionseinheiten (als solche werden die verwendeten sensorischen Einheiten nachfolgend bezeichnet) ein und derselbe Probenbereich mit so hoher Genauigkeit erfasst (bevorzugt: optisch abgebildet) werden, dass eine Nachregistrierung des durch die unterschiedlichen Inspektionseinheiten erfassten Probenbereichs vermieden wird bzw. nur in sehr eingeschränktem Maße notwendig ist.
Diese Aufgabe wird durch eine Anordnung gemäß Anspruch 1 sowie durch ein Verfahren gemäß Anspruch 11 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen lassen sich jeweils den abhängigen Ansprüchen entnehmen.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung zunächst allgemein, dann anhand eines ausführlichen Ausführungsbeispiels im Detail beschrieben. Die einzelnen, im Ausführungsbeispiel in Verbindung miteinander gezeigten Merkmale, Bauelemente und Abläufe müssen dabei im Rahmen der vorliegenden Erfindung nicht genau in der im Ausführungsbeispiel gezeigten Form realisiert werden. Insbesondere können einzelne der gezeigten Merkmale, Bauelemente oder Abläufe (Verfahrensschritte) auch weggelassen werden oder auf andere Art und Weise mit anderen Elementen der Erfindung kombiniert werden. Bereits einzelne der gezeigten Erfindungselemente können für sich eine Bereicherung des Standes der Technik darstellen.
Eine erfindungsgemäße Anordnung ist wie in Anspruch 1 beschrieben ausgebildet.
Erfindungsgemäß ist die multisensorische Erfassung bevorzugt eine multisensorische optische Erfassung der Probenbereiche einer Probe. Dabei ist es jedoch nicht notwendig, dass die einzelnen Inspektionseinheiten der erfindungsgemäßen Anordnung (vgl. nachfolgend) zur optischen Erfassung ausgebildete Inspektionseinheiten sind: Genau so gut können erfindungsgemäß als Inspektionseinheiten auch Einheiten eingesetzt werden, die die Probenbereiche nicht-optisch erfassen. Eine solche Inspektionseinheit kann beispielsweise ein Elektronenmikroskop sein. Eine andere Möglichkeit für eine solche erfindungsgemäß einsetzbare Inspektionseinheit ist eine Anordnung zur mechanischen Abtastung der Probe mit einem Tastschnittgerät. In der erfindungsgemäßen Anordnung können dabei nicht-optische und optische Inspektionseinheiten zusammen eingesetzt werden.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung jedoch beispielhaft anhand einer multisensorischen optischen Erfassung, d. h. unter Verwendung von zur optischen Erfassung von Probenbereichen ausgebildeten Inspektionseinheiten beschrieben.
Der Probenbereich kann ein Teil (also ein Ausschnitt bzw. eine echte Untermenge) einer zu erfassenden Probe, jedoch auch die gesamte Probe sein. Unter Erfassung (nachfolgend alternativ auch als Inspektion bezeichnet) wird erfindungsgemäß die Aufnahme eines Datensatzes (bevorzugt die optische Aufnahme eines Bildes) des Probenbereichs verstanden (bei Aufnahme eines optischen Bildes ggf. samt des Erzeugens, Abspeicherns und Bearbeitens entsprechender Daten). Erfindungsgemäß erfolgt ein optisches Erfassen insbesondere in Form einer mikroskopischen Aufnahme eines Bildes vermittels eines Mikroskops als Inspektionseinheit. Erfindungsgemäß werden somit insbesondere Mikroskope umfassende Inspektionseinheiten eingesetzt, wobei ein Kernpunkt der Erfindung ist, dass die verschiedenen Inspektionseinheiten und die Positioniereinrichtung so ausgebildet und angeordnet sind, dass nach dem Transport der Probe in den jeweiligen (hier optischen) Erfassungsbereich einer der Inspektionseinheiten jeweils durch diese Inspektionseinheit ein und derselbe Probenbereich (also ein Probenbereich, der durch eine vorangehend zur Erfassung eingesetzte Inspektionseinheit bereits aufgenommen wurde) erfasst werden kann.
Insbesondere kann die Probe dabei im Erfassungsbereich der zweiten Inspektionseinheit gemäß Anspruch 1 definiert so positioniert werden (beispielsweise durch den Manipulator, also den Roboterarm eines Roboters als Positioniereinheit in einer definierten Position gehalten werden oder auch auf einem zur Inspektionseinheit gehörenden Positionierungssystem wie beispielsweise einem Kreuztisch der Inspektionseinheit in definierter Position abgelegt werden), dass mit der zweiten Inspektionseinheit genau derselbe Probenbereich erfasst wird, der bereits durch die erste Inspektionseinheit erfasst wurde. Entsprechendes gilt dann, sofern vorhanden, auch für jede weitere Inspektionseinheit.
Dabei muss der Probenbereich nicht mit einer einzigen Aufnahme einer Inspektionseinheit in seiner kompletten Ausdehnung erfasst werden, sondern es können mehrere aneinander liegende bzw. aneinander zu legende Teile des Probenbereichs (Ausschnitte des Probenbereichs) durch Verfahren der Probe im z. B. optischen Erfassungsbereich einer Inspektionseinheit nacheinander erfasst werden (insbesondere bei starker Vergrößerung durch ein als Inspektionseinheit eingesetztes Mikroskop). Dabei können (je nach Vergrößerung der Mikroskope) die Zahl und die Position der den Probenbereich ergebenden Ausschnitte bei den unterschiedlichen Inspektionseinheiten auch unterschiedlich sein: Beispielsweise kann mit einem hochauflösenden Mikroskop ein zweidimensionales Array von beispielsweise 20 × 20 aneinander grenzenden Ausschnitten erfasst werden, um den gesamten Probenbereich abzudecken bzw. vollständig zu erfassen, während mit einem anderen Mikroskop mit geringerer Vergrößerung der Probenbereich mit einer einzigen Aufnahme, d. h. ohne eine solche Unterteilung in Ausschnitte erfasst werden kann. Mit ein und derselben Inspektionseinheit erfassbare Ausschnitte des Probenbereiches können so zusammengesetzt werden, dass die zusammengesetzten Aufnahmen jeweils genau den gewünschten Probenbereich abdecken (dem Fachmann unter dem Begriff des „stitching” bekannt).
Unter dem Begriff der Position wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung (sofern nichts anderes gesagt ist) die Summe aller die Stellung und Orientierung im Raum eindeutig definierender Lageparameter verstanden (im Sinne des dem Fachmann bekannten Begriffs der „Pose” als der Kombination von Position und Orientierung im dreidimensionalen Raum, wobei dieser Begriff nachfolgend alternativ verwendet wird).
Erste vorteilhafterweise zu realisierende Merkmale beschreibt Anspruch 2. Die mehreren Inspektionseinheiten können dabei alle räumlich voneinander beabstandet, also getrennt voneinander positioniert werden, wobei die Positioniereinrichtung ebenfalls zu jeder der Inspektionseinheiten räumlich beabstandet positioniert wird.
Zweite vorteilhafterweise zu realisierende Merkmale beschreibt Anspruch 3. Diese Merkmale können alternativ zu den in Anspruch 2 beschriebenen Merkmalen, jedoch auch mit diesen zusammen realisiert werden. Entsprechendes gilt auch für alle nachfolgend beschriebenen Merkmale von abhängigen Ansprüchen.
Gemäß Anspruch 3 muss eine der dort beschriebenen Inspektionseinheiten nicht unbedingt ein vergrößertes Bild des erfassten Probenbereiches erzeugen bzw. optisch erfassen: Auch nicht-vergrößerte, unterschiedliche optische Abbildungen des Probenbereiches erzeugende Inspektionseinheiten können eingesetzt werden (beispielsweise mit in unterschiedlichen Wellenlängenbereichen sensitiven optischen Sensoren ausgestattete, nicht-vergrößernde oder sogar Verkleinernde Kamerasysteme wie z. B. ein Infrarot-Kamerasystem und ein im sichtbaren Bereich optisch empfindliches Kamerasystem können als unterschiedliche Inspektionseinheiten eingesetzt werden). Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung aber am Beispiel von Mikroskopen als Inspektionseinheiten beschrieben, was jedoch nicht einschränkend ist.
Gemäß Anspruch 4 ist die bevorzugte Variante einer Positioniereinrichtung ein Industrieroboter, der einen Manipulator (Roboterarm), eine Steuerung (diese kann in die nachfolgend noch beschriebene zentrale Steuereinheit integriert werden) und einen Effektor (insbesondere: einen Greifer) zur definierten Aufnahme der Probe (bzw. eines diese tragenden Probenhalters, siehe nachfolgend) aufweist. Nach Aufnahme der Probe bzw. des Probenhalters ist letztere(r) somit mittels des Effektors an jeder beliebigen Position (also in jeder beliebigen Pose) positionierbar.
Wird ein Kran als Positioniereinrichtung eingesetzt, so weist dieser bevorzugt eine in zwei zueinander orthogonalen Richtungen (Horizontalrichtungen) bewegbare Laufkatze auf, die die Probe bzw. den Probenhalter definiert aufnehmen kann. In Vertikalrichtung senkrecht zu diesen beiden zueinander orthogonalen Richtungen ist die Laufkatze (oder eine Aufnahme derselben) bewegbar, um die Probe bzw. den Probenhalter in definierter Pose auf den einzelnen Inspektionseinheiten ablegen und von dort wieder aufnehmen zu können (insbesondere: auf zur Aufnahme der Probe ausfahrbaren und für die optische Erfassung unter die Optik einer Inspektionseinheit wieder einfahrbaren Kreuztischen der Inspektionseinheiten in definierter Pose abzulegen bzw. aufzunehmen).
Als Positioniereinrichtung kann auch ein x-y-Verfahrtisch verwendet werden, der die Proben mittels elektromagnetischer Linearantriebe bewegt. Ebenso können Fließbänder, fahrbare Probenträger anderer Konstruktion und Linearförderer als Positioniereinrichtungen vorgesehen werden.
Die Positioniereinrichtung kann hierbei zum Realisieren der definierten Positionierung an bzw. auf den einzelnen Inspektionseinheiten frei programmierbar sein.
Weitere vorteilhafterweise realisierbare Erfindungsmerkmale beschreibt Anspruch 5. Die Anordnung der Postioniereinrichtung und der einzelnen Inspektionseinheiten kann dabei so ausgeführt sein, dass alle Inspektionseinheiten in Reichweite der Positiniereinrichtung (insbesondere: in Reichweite des Effektors eines Industrieroboters als Positioniereinrichtung) sind. Damit kann die Probe bzw. der Probenhalter derselben für die optische Erfassung durch eine der Inspektionseinheiten vermittels einer geeigneten Bewegung der Positioniereinrichtung in genau definierter Pose auf oder an einem relativ zur Erfassungseinrichtung (insbesondere: -optik) der Inspektionseinheit bewegbaren, zur Inspektionseinheit gehörenden Positioniersystem (beispielsweise Kreuztisch der Inspektionseinheit, der unter der Optik der Inspektionseinheit ausfahrbar ist, um im herausgefahren Zustand den Probenhalter mit Probe in genau definierter Position aufzunehmen) positioniert werden.
Wird ein solcher Probenhalter verwendet, so kann die genaue Lage (Position) der Probe bzw. des zu erfassenden Probenbereiches relativ zum Probenhalter auf unterschiedliche Art und Weise bestimmt werden: Beispielsweise kann die Probe auf dem Probenhalter fixiert werden und letzterer kann so im optischen Erfassungsbereich eines als Makroskop (also mit kleiner Vergrößerung und großem Arbeitsabstand) arbeitenden Lichtmikroskops positioniert werden. Nach der Fokussierung auf die Probe (ggf. manuell, insbesondere jedoch durch ein automatisches Verfahren zur Fokusfindung durch ein lokales Kontrastmaß, wie es beispielsweise in EP 1 241 506 A2 , US 6,875,972 B2 oder US 4,695,137 beschrieben und dem Fachmann somit bekannt ist) kann manuell oder auch durch automatisierte Mustererkennungsverfahren, wie sie beispielsweise in R. O. Duda, P. E. Hart et al. „Pattern Classification”, Wiley, NY, 2nd ed., 2001, beschrieben sind, ein definiertes Merkmal oder Muster als optisch zu erfassender Probenbereich festgelegt werden und schließlich kann mit Hilfe der momentan eingestellten Koordinaten eines dem Makroskop zugeordneten Positioniersystems (Kreuztisch) die Position des zu erfassenden Probenbereiches relativ zum Probenhalter festgelegt werden. Dazu muss der Probenhalter vorab in genau definierter (bekannter) Position auf dem Positioniersystem des Makroskops abgelegt worden sein.
Zum Erkennen und Festlegen der Position des zu erfassenden Probenbereichs auf dem Probenhalter können auch andere merkmalsextraktionsbasierte Verfahren, mustererkennungsbasierte Verfahren oder kreuzkorrelationsbasierte Verfahren eingesetzt werden. Solche Verfahren sind dem Fachmann grundsätzlich bekannt, siehe beispielsweise R. O. Duda, P. E. Hart et al. „Pattern Classification”, Wiley, NY, 2nd ed., 2001.
Weitere vorteilhafterweise realisierbare Merkmale beschreibt Anspruch 6. Das Weltkoordinatensystem (nachfolgend abgekürzt auch als WKS bezeichnet) ist dabei ein unveränderlich im Raum liegendes Koordinatensystem, in dem die zum selbstjustierenden Aufnehmen ausgebildeten Aufnahmen und das die relative Lage der Positioniereinrichtung zu den einzelnen Inspektionseinheiten definierende Basiselement der Positioniereinrichtung (z. B. erstes, effektorabgewandtes Element der kinematischen Kette eines Roboters als Positioniereinrichtung, also z. B. der Roboterfuß bzw. die diesen am Boden fixierende Tragplatte, oder das die Laufkatze tragende Grundgestell eines Krans als Positioniereinrichtung) ortsfest positioniert, also fixiert sind.
Die die Inspektionseinheiten tragenden Beine können dabei kegelstumpfförmige untere Enden aufweisen, die jeweils von komplementär ausgebildeten, in die Aufnahmen eingebrachten Ausschneidungen oder Bohrungen aufgenommen werden. Durch ein solches selbstjustierendes Aufnehmen ist es möglich, dass die einzelnen Inspektionseinheiten aus der Anordnung entfernt werden können (z. B. zu Wartungszwecken) und nach ihrem Wiedereinfügen in die Anordnung wieder exakt in ihrer ursprünglichen Lage (insbesondere: in derselben Horizontalposition) im WKS positioniert werden können. Damit ist nur eine einzige ursprüngliche Kalibrierung (nachfolgend als Initialkalibrierung bezeichnet) zum einmaligen Festlegen aller notwendigen räumlichen Beziehungen zwischen den einzelnen Inspektionseinheiten und der Positioniereinrichtung notwendig: Unter Zuhilfenahme der Initialkalibrierung sind alle notwendigen Daten für Koordinatentransformationen bekannt. So sind die Posen der einzelnen Inspektionseinheiten im WKS bekannt und wegen vorbeschriebener Selbstjustierfunktion mit hoher Wiederholgenauigkeit immer wieder exakt ansteuerbar. Die Posen der den einzelnen Inspektionseinheiten zugeordneten Positioniersysteme relativ zu den in den Aufnahmen selbstjustierten tragenden Elementen der Inspektionseinheiten sind konstruktiv bekannt (siehe Beschreibung der Kreuztische der Mikroskope in nachfolgendem Ausführungsbeispiel). Die momentan gültige, stellungsabhängige Transformation zwischen dem WKS und dem Effektorkoordinatensystem (Koordinatensystem am kinematischen Endglied der Positioniereinrichtung, also z. B. dem „Werkzeugkoordinatensystem” eines Industrieroboters) ist entsprechend der Konstruktion der Positioniereinrichtung bekannt. Die relative Lage des Probenhalters zum Effektor ist durch die Geometrien des Probenhalters und des Effektors sowie die Art und Weise der Aufnahme des Probenhalters durch den Effektor (siehe auch nachfolgendes Ausführungsbeispiel). Ebenso ist die Position des abzubildenden Probenbereiches auf dem Probenhalter bekannt (siehe vorangehende Beschreibung). Somit sind alle notwendigen Transformationen bekannt, so dass ein Probenhalter samt einer darauf fixierten Probe (mit dem abzubildenden Probenbereich) jeweils so im z. B. optischen Erfassungsbereich jeder einzelnen der Inspektionseinheiten in einer genau definierten Pose abgelegt werden kann, um anschließend mit der jeweiligen Inspektionseinheit genau den gewünschten Probenbereich z. B. optisch zu erfassen.
Sofern die einzelnen Inspektionseinheiten Mikroskope umfassen ist nach dem Ablegen der Probe zusätzlich noch die Fokussierung des jeweiligen Mikroskops auf die Probe notwendig. Diese kann nach definierter Positionierung der Probe bzw. des Probenhalters im optischen Erfassungsbereich des Mikroskops manuell vorgenommen werden oder auch automatisiert in einem vordefinierten Zeitabstand nach Ablage der Probe bzw. des Probenhalters mit den beispielsweise in EP 1 241 506 A2 , US 6,875,972 B2 oder US 4,695,137 beschriebenen Verfahren.
Weitere vorteilhafterweise realisierbare Merkmale beschreibt Anspruch 7. Ein solcher schwingungsisolierter Tisch und ein eine Inspektionseinheit tragendes Untergestell gemäß Anspruch 6 können dabei auch eine Einheit ausbilden.
Weitere vorteilhafterweise zu realisierende Merkmale beschreibt Anspruch B. Die Bildregistriereinheit kann insbesondere als Programm in einem die zugehörige Inspektionseinheit steuernden Rechnersystem oder Mikrocontroller oder auch in der zentralen Steuereinheit (gemäß Anspruch 9) in Form eines dort abgelegten Programms ausgebildet sein. Entsprechende Registrierverfahren, die hier dem Ausgleich gegebenenfalls noch verbleibender geringfügiger Ungenauigkeiten bei der Erfassung ein und desselben Probenbereiches durch die unterschiedliche Inspektionseinheiten, also der Nachregistrierung dienen, sind dem Fachmann grundsätzlich bekannt, siehe hier beispielsweise J. Modersitzki „Numerial Methods for Image Registration” in: Numerical mathematics and scientific computation Oxford Science publications, (Oxford University Press, 2009).
Weitere vorteilhafterweise zu realisierende Merkmale beschreibt Anspruch 9, wobei es besonders bevorzugt ist, sämtliche der beschriebenen Merkmale zu realisieren. Die zentrale Steuereinheit kann somit insbesondere auch der Zusammenführung der in/mit den einzelnen Inspektionseinheiten aufgenommenen Bilddaten sowie zur Auswertung derselben (inklusive der bereits beschriebenen, eventuell noch notwendigen geringfügigen Nachregistrierung) dienen. Die zentrale Steuereinheit kann nicht nur die Positioniereinrichtung nach einem einprogrammierten, fest vorgegebenen Ablaufschema steuern, sondern (freie Programmierung der Positioniereinrichtung während der Laufzeit der Erfassungen des Probenbereiches in den unterschiedlichen Inspektionseinheiten) auch den weiteren Inspektionsgang zur Laufzeit anpassen. Dabei kann insbesondere zur Laufzeit bestimmt werden, in welcher Reihenfolge einzelne noch verbleibende Inspektionseinheiten angesteuert werden und/oder ob gegebenenfalls sogar einzelne optische Erfassungen in noch nicht verwendeten Inspektionseinheiten weggelassen werden. Eine entsprechende Entscheidung über den Fortgang der weiteren Inspektion kann insbesondere auch auf Basis einer Auswertung von bereits mit einer oder mehrerer der Inspektionseinheiten aufgenommenen Bilddaten realisiert werden. Siehe hierzu auch die Verfahrensansprüche.
Schließlich beschreibt noch Anspruch 10 vorteilhafterweise zu realisierende Merkmale einer erfindungsgemäßen Anordnung. Das Magazinsystem kann insbesondere zum Herstellen einer definierten Pose einer noch zu erfassenden Probe bzw. des Probenhalters derselben relativ zur Positioniereinrichtung (insbesondere relativ zum Endeffektor eines Industrieroboters) dienen. Dabei kann das Magazinsystem im WKS in einer bekannten (ortsfesten) Pose angeordnet sein und die einzelnen Proben bzw. Probenhalter können in bekannten Posen innerhalb des Magazins gelagert werden. Somit sind die relativen Lagen der einzelnen Inspektionseinheiten, der Positioniereinrichtung und des Magazinsystems bzw. der Proben/Probenhalter darin relativ zueinander- alle bekannt.
Ein mit den erfindungsgemäßen Anordnungen durchführbares multisensorisches optisches Erfassungsverfahren beschreibt Anspruch 11. Die Inspektionseinheiten, die Positioniereinrichtung und die gegebenenfalls vorhandene zentrale Steuereinheit können hard- und/oder softwarebasiert (durch geeignete Mikroprozessoren, Mikrocontroller, Speicher sowie durch geeignete Programmierung und Programme) so ausgebildet werden, dass sie dieses Verfahren bzw. die nachfolgend erwähnten vorteilhaften Verfahren durchführen können.
Anspruch 12 beschreibt ein vorteilhafterweise realisiertes Verfahren. Somit kann erfindungsgemäß eine zu untersuchende Probe zunächst in einer definierten Position der Positioniereinrichtung (z. B. Industrieroboter) übergeben werden. Dazu wird die Probe direkt oder auf einem Probenhalter in einer relativ zur Positioniereinrichtung definierten Lage platziert. Die relativ zur Positioniereinrichtung definierte Lage kann beispielsweise durch das bereits beschriebene Magazinsystem sichergestellt werden. Alternativ dazu kann die Probe bzw. der Probenhalter jedoch auch direkt unter/in einem einzelnen Mikroskop als Inspektionseinheit platziert werden. Durch die Positionierung der Probe bzw. des Probenhalters auf/in dem Mikroskop lässt sich der zu inspizierende Probenbereich auf der Probe unmittelbar (beispielsweise über ein Okular oder eine Bildschirmdarstellung) definieren. Alternativ kann auch z. B. in einem rechnergestützten Bediensystem der Probenbereich der Probe auf der Probe bzw. auf dem Probenhalter definiert werden. Diese Vorgehensweise ist vor allem dann vorteilhaft, wenn die Probe mittels mehrerer Aufnahmen mit unterschiedlichen überlappenden Sichtfelder erfasst werden soll, wobei die so erfassten Ausschnitte des Probenbereiches anschließend zusammengefügt werden sollen (Stitching).
Auch Anspruch 13 beschreibt vorteilhafterweise realisierbare Verfahrensmerkmale.
Erfindungsgemäß kann somit die Anordnung neben den zur Datenerfassung verwendeten Mikroskopen eine Positioniereinrichtung aufweisen, die zwei wesentliche Aufgaben erfüllt: Erstens transportiert sie die Probe von einem Mikroskop zum nächsten. Zweitens positioniert sie die Probe unter dem jeweiligen Mikroskop so, dass die untersuchte Position (erfasster Probenbereich) auf der Probe und deren Orientierung soweit wie möglich identisch sind (optische Erfassung ein und desselben Probenbereichs). Falls erforderlich, können die mittels mehrerer Mikroskope erfassten Bilddatensätze noch datenbasiert (zum Beispiel anhand von Merkmalen auf der Probe selbst oder anhand von Kalibriermarken auf einem die Probe tragenden Probenhalter) nachregistriert werden. Hierzu können dem Fachmann an sich bekannte Korrelations- oder Matching-Verfahren eingesetzt werden. Aufgrund der hohen mechanischen Positioniergenauigkeit erfindungsgemäß verwendbarer Positioniereinrichtungen muss eine Nachregistrierung jedoch erheblich weniger translatorische und rotatorische Abweichungen der Positionierungen des erfassten Probenbereiches für unterschiedliche Mikroskope ausgleichen als im Falle einer händischen Positionierung. Um eine unerwünschte Übertragung von mechanischen Schwingungen von der Positioniereinrichtung zu den Inspektionseinheiten bzw. zwischen den mechanischen Komponenten der Inspektionseinheiten zu verhindern, können letztere untereinander und zur Positioniereinheit mechanisch entkoppelt und schwingungsdämpfend gelagert sein.
Wurde die Probe bzw. der Probenhalter nicht unmittelbar unter/in einem Mikroskop als erste Inspektionseinheit platziert, so wird die Probe bzw. der Probenhalter durch die Positioniereinrichtung in die erste zur Aufnahme verwendete Inspektionseinheit transportiert. im optischen Erfassungsbereich dieser Inspektionseinheit legt die Positioniereinrichtung die Probe ab (beispielsweise auf ein mikroskopbezogenes Positioniersystem wie einen Kreuztisch eines Mikroskops). Die Positioniereinrichtung steht dann, sofern gewünscht, wieder für weitere Aufgaben zur Verfügung, wie beispielsweise die Handhabung der nächsten Probe.
Nach dem Ablegen im z. B. optischen Erfassungsbereich des ersten Mikroskops erfolgt die optische Erfassung durch letzteres. Bei dieser Aufnahme besteht kein Kontakt der Probe bzw. des Probenhalters mit der Positioniereinrichtung. Falls mehrere Aufnahmen mit unterschiedlichen überlappenden Sichtfeldern (Aufnahme von Ausschnitten des zu erfassenden Probenbereichs) gemacht werden sollen, erfolgt die Positionierung der Probe bzw. des Probenhalters in dieser Phase vermittels des mikroskopbezogenen, also dem Mikroskop zugeordneten Positionierungssystems (sie kann alternativ auch durch die Positioniereinrichtung selbst durchgeführt werden, dann kann jedoch während der Aufnahme des gesamten Probenbereichs keine weitere Probe durch die Positioniereinrichtung gehandhabt werden).
Nach Abschluss der optischen Erfassung mit der ersten Inspektionseinheit wird die Probe bzw. der Probenhalter mittels der Positioniereinrichtung zur zweiten Inspektionseinheit weiter transportiert (entsprechendes gilt für weitere Inspektionseinheiten). Dabei erfolgt die Positionierung der Probe bzw. des Probenhalters so, dass immer derselbe Probenbereich erfasst wird. In diesem Probenbereich wird dann die Datenerfassung mit der zweiten Inspektionseinheit durchgeführt. Dieser Vorgang wiederholt sich für alle verwendeten Inspektionseinheiten, bis ein und derselbe Probenbereich durch alle Inspektionseinheiten erfasst wurde. Abschließend kann die Positioniereinrichtung die Probe bzw. den Probenhalter auf einer Ablage (beispielsweise in vorbeschriebenem Magazinsystem) ablegen. Alternativ kann die Probe bzw. der Probenhalter auch auf der letzten verwendeten Inspektionseinheit verbleiben, wo die Probe bzw. der Halter manuell entfernt werden kann. Bei der Datenauswertung lassen sich die einzelnen Aufnahmen der einzelnen Inspektionseinheiten demselben Ausschnitt der Probe zuordnen, da die Positioniereinrichtung die Probe bzw. deren abzubildenden Probenbereich unter/in den einzelnen Inspektionseinheiten jeweils passend positioniert hat.
Die vorliegende Erfindung weist gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen und Verfahren insbesondere die folgenden Vorteile auf:

• Die Erfassung einer Probe mittels mehrere Mikroskope kann automatisiert erfolgen, wobei von jedem Mikroskop derselbe Probenbereich (Ausschnitt auf der Probe) erfasst wird.
• Bei unterschiedlichen Vergrößerungen der einzelnen Mikroskope können jeweils unterschiedlich große Ausschnitte aus dem Probenbereich bzw. später zum abgebildeten Probenbereich zusammenzusetzende Ausschnitte inspiziert werden, sodass der interessierende Bereich auf der Probe immer in den Beobachtungsdaten enthalten ist.
• Somit ergibt sich bereits in der Datenerfassung ein erheblicher Geschwindigkeits- und Kostenvorteil gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Vorgehensweisen. Da immer derselbe Probenbereich erfasst wird, wird außerdem die Datenauswertung erheblich vereinfacht, da nur noch – und dies auch nur bei allerhöchsten Genauigkeitsanforderungen – eine Nachregistrierung erforderlich ist, die Ungenauigkeiten in der Positionierung, die sich durch die begrenzte Genauigkeit der Positioniereinrichtung ergeben, ausgleichen kann.
• Die erfindungsgemäße Vorgehensweise ist für beliebige Mikroskoptypen geeignet, bei denen eine Probe bzw. ein Probenträger auf- bzw. eingelegt werden kann (und somit insbesondere nicht auf Mikroskope bestimmter Hersteller oder Bauarten beschränkt). Die zu verwendenden Mikroskope müssen dabei auch nicht modifiziert werden.
• Unterschiedliche Positioniereinrichtungen können eingesetzt werden, die Positioniereinrichtung muss letztendlich lediglich eine Probe bzw. einen Probenhalter in vordefinierter, wiederholt anfahrbarer Position auf/in den einzelnen Inspektionseinheiten ablegen und von dort wieder entfernen können. Grundsätzlich wäre auch eine fließbandbasierte Positioniereinrichtung einsetzbar, die jedoch den Nachteil hat, dass mehrere Proben (wie es mit industrierobotern, Kränen oder Magnetschwebeeinheiten oder auch Kombinationen aus Linearachsen als Positioniereinrichtungen möglich ist) nicht zeitgleich bearbeitet werden können. Die Programmierung der Positioniereinrichtung sowie der einzelnen Inspektionseinheiten kann dabei, insbesondere durch Verwendung einer gemeinsamen, übergeordneten, zentralen Steuereinheit, zur Laufzeit der Inspektion einer Probe geändert werden. Die zentrale Steuereinheit kann alle verwendeten Modalitäten (Positioniereinrichtung sowie Inspektionseinheiten und ggf. auch das Magazinsystem) steuern und sämtliche von den einzelnen Modalitäten erfassten Daten (insbesondere die Daten der Inspektionseinheiten) zusammenführen und zentral auswerten.
• Mittels der verschiedenen Mikroskope können von immer demselben Probenbereich Aufnahmen unterschiedlicher Vergrößerungen gemacht werden, indem, je nach Vergrößerung, unterschiedliche überlappende (oder auch nicht überlappende) Ausschnitte des Probenbereiches aufgenommen werden, die danach für jedes der verwendeten Mikroskope wieder zusammengefügt (gestitcht) werden.
• Unterschiedliche Mikroskopmodalitäten (also unterschiedliche Messprinzipien) können angewandt werden, um Datensätze ein und desselben Probenbereiches zu erzeugen, die nachfolgend für die Charakterisierung der Probe verwendet werden können.
• Die Erfindung kann dabei insbesondere im Bereich der Defekterkennung auf Proben eingesetzt werden, bei denen die einzelnen Mikroskope ganz unterschiedliche Ansichten (auch in unterschiedlichen Auf lösungen) ein und desselben Probenbereiches erzeugen, um eine automatisierte Defekterkennung zu erleichtern.
• Die Wahl der Reihenfolge, in der die einzelnen Inspektionseinheiten angefahren werden, ist variabel: So kann ein Mustererkennungsalgorithmus auf die mit der ersten Inspektionseinheit erfassten Bilddaten angewendet werden und abhängig vom Ergebnis der Mustererkennung (z. B. ob ein definiertes Muster wie beispielsweise ein Bohrloch bestimmter Größe aufgefunden wurde) kann entschieden werden, wie und ob nachfolgende Inspektionseinheiten angesteuert werden. Findet man beispielsweise lediglich Bohrlöcher einer bestimmten Mindestgröße in den Bilddaten der ersten Inspektionseinheit, die ein Mikroskop relativ geringer Vergrößerung ist, macht es keinen Sinn, mit einem nachfolgenden Mikroskop sehr hoher Auflösung nach viel kleineren Bohrlöchern zu suchen. Das entsprechende Mikroskop wird daher ausgelassen und die Inspektion wird mit einer nachfolgenden Inspektionseinheit fortgeführt. Ebenso kann, während eine zweite Inspektionseinheit gerade eine erste Probe optisch erfasst, eine weitere, zweite Probe bereits durch die Positioniereinrichtung aufgenommen, in den z. B. optischen Erfassungsbereich der ersten Inspektionseinheit transportiert und dort in der gewünschten Pose abgelegt werden. Parallele Erfassungen mehrerer Proben und parallele Auswertungen der Aufnahmen derselben sind somit möglich.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Dabei zeigen:
1: Eine Skizze dieser Anordnung in Seitenansicht.
2: Eine Skizze der Anordnung in Aufsicht.
3: Eine Skizze, wie erfindungsgemäß mehr als die zwei einzelnen Mikroskope der 1 und 2 als Inspektionseinheiten eingesetzt werden können in Aufsicht.
4: Einen erfindungsgemäßen Probenhalter.
5: Eine erfindungsgemäße Aufnahme zur selbstjustierenden Lagerung von Inspektionseinheiten (reproduzierbare Verstiftung zur Positionierung).
6: Eine erfindungsgemäße Fixierung des ersten Gliedes der kinematischen Kette eines Industrieroboters als Positioniereinrichtung im WKS.
7: Ein erfindungsgemäßes Magazinsystem.
1 zeigt eine zwei Inspektionseinheiten 1a, 1b sowie eine Positioniereinrichtung 2 umfassende erfindungsgemäße Anordnung in Seitenansicht (WKS bezeichnet ein kartesisches Weltkoordinatensystem mit der xy-Ebene als Horizontalebene und z als Vertikalrichtung). 2 zeigt diese Anordnung in Aufsicht auf die Horizontalebene von oben. Die erste Inspektionseinheit 1a umfasst ein erstes Mikroskop 19b in Form eines als Makroskop einsetzbaren Lichtmikroskops. Die zweite Inspektionseinheit 1b umfasst hier ein Kombinationsgerät 19d in Form eines integrierten Konfokalmikroskops und Interferometers. Diese beiden zur Bildaufnahme ausgebildeten Einheiten 19b und 19d der Inspektionseheiten 1a und 1b (bzw. auch die Inspektionseinheiten 1a, 1b mit all ihren Bestandteilen – der Fachmann weiß jeweils was gemeint ist) werden nachfolgend auch als erstes Mikroskop 19b und zweites Mikroskop 19d bezeichnet.
Die erste Inspektionseinheit 1a weist neben ihrem Mikroskop 19b (entsprechendes gilt dann auch für die zweite Inspektionseinheit 1b neben ihrem Mikroskop 19d, so dass nachfolgend die Beschreibung des Aufbaus der gesamten Inspektionseinheit 1 nur einmal erfolgt) insgesamt vier mit dem ortsfest im WKS angeordneten Laborboden 13 verschraubte Aufnahmen 6 auf. Jede der Aufnahmen 6 ist zum formschlüssigen Aufnehmen eines Beins 4 eines tragenden Untergestells 5 ausgebildet. Jedes der vier Beine 4 weist dazu an seinem unteren Ende einen kegelstumpfförmigen Aufsatz auf, mit dem dieses untere Ende in eine komplementär ausgebildete Öffnung auf der Oberseite der dieses Bein aufnehmenden Aufnahme 6 eingeführt werden kann. Die Aufnahmen 6 sind dabei so positioniert und am Boden 13 verschraubt, dass die in ihre Oberseite eingebrachten kegelstumpfförmigen Öffnungen 6c (vgl. auch 5) mit den Positionen der einzelnen Beine 4 des Untergestells 5 korrespondieren. Wird somit nach erfolgter Initialkalibrierung der Anordnung eine Inspektionseinheit 1 aus der Anordnung entfernt (z. B. zu Wartungszwecken an einen anderen Ort verschoben), so ist sichergestellt, dass nach erneutem Einbringen dieser Inspektionseinheit 1 in die Anordnung durch die Selbstjustierung beim Einführen der Beine 4 in die Öffnungen 6c der Aufnahmen 6 die Inspektionseinheit exakt wieder an ihrer ursprünglichen Position angeordnet wird. Die bei der Initialkalibrierung der Anordnung erfassten Lagedaten der Einheit 1 sind also nach wie vor gültig.
Das hier als Tisch 5 mit den Beinen 4 ausgebildete Untergestell trägt auf seiner Oberseite zur Schwingungsdämpfung und mechanischen Entkopplung der ersten Inspektionseinheit 1a von der Positioniereinrichtung 2 sowie von der zweiten Inspektionseinheit 1b einen schwingungsdämpfenden Tisch 7, der fest mit dem Untergestell 5 verschraubt 15 ist. Auf der Oberseite des schwingungsdämpfenden Tisches 7 ist eine einen in der Horizontalebene (also in x_WKS- und y_WKS-Richtung) beweglichen Kreuztisch 18b integrierende Positioniereinheit 14 ausgebildet (die Positioniereinheit 14 sowie der relativ zum Basiskörper dieser Einheit 14 in der Horizontalebene bewegbare Kreuztisch 18b bilden ein der Inspektionseinheit 1a zugeordnetes Positioniersystem). Der Basiskörper der Positioniereinheit 14 ist dabei fest mit der Oberseite des schwingungsdämpfenden Tisches 7 verschraubt 16. Der Basiskörper der Positioniereinheit 14, der schwingungsdämpfende Tisch 7 sowie der Tisch 5 des Untergestells (samt seinen Beinen 4 mit deren kegelstumpfförmigen unteren Enden) sind somit relativ zueinander fixiert.
Die Horizontalposition des in der Horizontalebene verschiebbaren Kreuztisches 18b relativ zum Grundkörper der Positioniereinheit (Positioniersystem) 14 (in einer Ebene parallel zur x_WKS-y_WKS-Ebene) wird durch die beiden kartesischen Koordinaten x_Ma und y_Ma bezeichnet: (x_Ma, y_Ma, z_Ma) bezeichnet somit das fest mit dem Mikroskop 19b verbundene kartesische Mikroskop-Koordinatensystem der ersten Inspektionseinheit 1a, dessen relative Pose im WKS durch die Initialkalibrierung bekannt ist. (Entsprechendes gilt für das kartesische Mikroskop-Koordinatensystem (x_Mb, y_Mb, z_Mb) des Mikroskops 19d der zweiten Inspektionseinheit 1b.) Das Mikroskop 19b ist hierzu mit einem Stativ 19a verschraubt, dessen untere Enden wiederum fest mit dem Basiskörper der Positioniereinheit 14 verschraubt 17 sind. Durch das Stativ 19a ist das Mikroskop 19b so positioniert, dass die Optik 19c des Mikroskops 19b beabstandet von der oberen Seite der Positioniereinheit 14 bzw. des beweglichen Kreuztisches 18b derselben angeordnet ist und diese Oberfläche in Richtung der Vertikalen z gesehen optisch erfassen kann. Entsprechendes gilt für die Optik des zweiten Mikroskops 19d, die mit 19e bezeichnet ist.
Die relative Lage des Kreuztisches 18b (den 2 in relativ zum Basiskörper der Positioniereinheit 14 herausgefahrenem Zustand zeigt, vgl. die mit 18c angedeutete Bewegungsrichtung in y_Ma-Richtung), also die Lage des Kreuztisches 18b in der x_Ma-y_Ma-Ebene, ist durch die Mechanik des Kreuztischs 18b bzw. der Positioniereinheit 14 jeweils bekannt. 18a (gestrichelte Linie) skizziert den den Kreuztisch 18b aufnehmenden Hohlraum im Basiskörper der Positioniereinheit 14 (also die Nullstellung des Tischs 18b). Der Kreuztisch ist dabei sowohl in x_Ma- als auch in y_Ma-Richtung relativ zum Basiskörper der Positioniereinheit 14 verfahrbar.
Wie 1 und 2 weiter zeigen, ist die Positioniereinrichtung 2 der erfindungsgemäßen Anordnung ein Industrieroboter, dessen effektorabgewandtes, erstes Glied 2c (Roboterfuß) fest mit einer Stahlplatte 2a als Basiselement der Positioniereinrichtung 2 verschraubt 2b ist. Die Stahlplatte 2a bzw. das Basiselement ist hier (nicht gezeigt) fest mit dem Boden 13 verschraubt, sodass die Elemente 2a, 2b, 2c ortsfest im WKS positioniert sind. Das das Zentrum des Roboterfußes 2c kennzeichnende, ortsfest im WKS liegende Roboterkoordinatensystem (kartesisches Koordinatensystem (x_R, y_R, z_R)) weist somit relativ zu den Mikroskop-Koordinatensystemen gesehen jeweils eine durch die Initialkalibrierung bekannte Pose auf.
Die Lage des zu erfassenden Probenbereiches P auf der Oberfläche des Probenhalters 3 wird durch das fest mit dem Probenhalter 3 verbundene kartesische Probenhalterkoordinatensystem (x_P, y_P) beschrieben (eine dritte, vertikale Koordinate z_P ist hier eigentlich nicht notwendig, da die Probe bzw. der Probenbereich P flach auf der Flachseite des Probenhalters 3 fixiert wird). Dass sich die Probe P relativ zum Probenhalter 3 nicht bewegt wird hier beispielsweise dadurch sichergestellt, dass eine Fixierung der Probe mit Querstreben des Probenhalters 3 erfolgt. Diese verfahrbaren oder verschiebbaren und im äußeren Rahmen des Probenhalters 3 einklemmbaren oder mit dem äußeren Rahmen des Probenhalters 3 verschraubbaren Querstreben sind in 4 gezeigt und mit den Bezugszeichen 3d1 und 3d2 versehen. Anstelle der Verwendung von Querstreben 3d1, 3d2 ist auch eine magnetische Fixierung oder eine Vakuumfixierung denkbar.
Der Probenhalter 3 wird (vgl. auch 4) vermittels des am in Bezug auf den Roboterfuß 2c gesehen anderen Ende der kinematischen Kette des Roboters 2 gelegenen, als Greifer ausgebildeten Effektor 2f in definierter Position ergriffen und relativ zum Greifer 2f fixiert. Die weiteren Elemente der kinematischen Kette des Roboters 2 sind hier durch die Bezugszeichen 2d und 2e lediglich angedeutet. Da jedoch die kinematische Kette des Roboters bzw. der Positioniereinrichtung 2 vollständig bekannt ist, ist auch die momentane Transformation zwischen dem Roboterkoordinatensystem (x_R, y_R, z_R) einerseits und dem Probenhalterkoordinatensystem (x_P, y_P) nach Fixierung des Probenhalters 3 am Effektor 2f zu jedem Zeitpunkt bekannt.
Vermittels der durch die Initialkalibrierung zeitlich unveränderlichen Transformationen zwischen den Mikroskopkoordinatensystemen (x_M, y_M, z_M), dem Roboterkoordinatensystem (x_R, y_R, z_R) und dem Weltkoordinatensystem (x_WKS, y_WKS, z_WKS) und der durch die Mechanik der Inspektionseinheiten 1 bekannten Lage der Kreuztische 18b relativ zu den Mikroskopkoordinatensystemen lässt sich somit (bei bekannter Pose des Probenbereichs P relativ zum Halter 3, siehe vorangehende Beschreibung) zu jedem Zeitpunkt die Pose des Probenbereiches P relativ zur Kreuztischoberfläche und zu den Mikroskopkoordinatensystemen angeben: Der Probenhalter 3 und somit der Probenbereich P lässt sich somit in genau definierter Position und somit in einer für alle Inspektionseinheiten identischen Position in den optischen Erfassungsbereichen der einzelnen Inspektionseinheiten zur Bildaufnahme durch die jeweilige Mikroskopoptik 19c, 19e ablegen.
Wie 2 andeutet, ist die Anordnung mit einer als Steuer- und Auswerte-PC ausgebildeten zentralen Steuereinheit 10 versehen. Diese Steuereinheit 10 ist über eine bidirektionale Daten- und Steuerleitung 20 mit der ersten Inspektionseinheit 1a, über eine bidirektionale Daten- und Steuerleitung 22 mit der zweiten Inspektionseinheit 1b und über eine bidirektionale Daten- und Steuerleitung 21 mit dem Roboter 2 verbunden. Über die zentrale Steuereinheit 10 können somit die Bildaufnahmen durch die Mikroskope 19b, 19d und die Bewegungen des Roboters 2 gesteuert werden: Über die Optiken 19c, 19e der Mikroskope 19b, 19d erfasste Abbildungsdaten des Probenbereichs P können über die Datenleitungen 20, 22 zur zentralen Steuereinheit 10 übermittelt und dort vermittels einer im Speicher des PC 10 als Auswerteprogramm realisierten Bildregistriereinheit 8 einem Bildregistrierverfahren 9 unterworfen werden, sofern die Positioniergenauigkeit der Positioniereinrichtung 2 für die gerade durchgeführte Inspektionsaufgabe nicht exakt genug ist, sowie weiter auswertet werden.
In den nachfolgenden Figuren bezeichnen identische Bezugszeichen im Vergleich mit der in 1 und 2 gezeigten Anordnung identische bzw. sich entsprechende Merkmale des gezeigten Ausführungsbeispiels.
3 skizziert, wie mehr als zwei einzelne Inspektionseinheiten 1a bis 1d im WKS ortsfest positioniert werden können: Die einzelnen Inspektionseinheiten 1 werden in Reichweite der kinematischen Kette des Roboters 2 positioniert, wobei der Roboterfuß 2c im Zentrum der Anordnung der einzelnen Inspektionseinheiten (die hier radial um den Roboterfuß 2c positioniert sind) angeordnet wird.
4 zeigt ein Beispiel für einen erfindungsgemäß einsetzbaren Probenhalter 3 in drei senkrecht zueinander stehenden Ansichten im Probenhalterkoordinatensystem (x_P, y_P, z_P). Der Probenhalter 3 umfasst zunächst einen Griff 3a, der mittels des Effektors 2f des Roboters 2 aufgenommen und nach seiner Aufnahme relativ zum Effektor 2f ortsfest fixiert werden kann. Zur ortsfesten Fixierung des Griffs 3a relativ zum Effektor 2f sind auf einer Seite des Griffs 3a zwei kegelstumpfförmige Vertiefungen 3c1 und 3c2 beabstandet voneinander eingelassen, die mit komplementär am Effektor 2f ausgebildeten vorstehenden Kegelstümpfen bzw. Auskragungen (hier nicht gezeigt) in Eingriff treten können. Nach dem Schließen des Greifers 2f um den Griff 3a fixieren die im Eingriff mit den Vertiefungen 3c1, 3c2 stehenden Auskragungen am Effektor 2f den Probenhalter 3 somit relativ zum Effektor 2f.
Fest mit dem Griff 3a verbunden und (nach der Aufnahme) auf der effektorabgewandten Seite gelegen ist die hier als flache, quadratische Plattenkonstruktion ausgebildete Probenaufnahmefläche 3b des Probenhalters 3. Auf der in 4a dem Betrachter zugewandt liegenden Oberfläche dieser Probenaufnahmefläche 3b kann die Probe bzw. der zu erfassende Probenbereich P wie vorbeschrieben ortsfest fixiert werden.
5 zeigt ein Beispiel wie die tischabgewandten Enden der Beine 4 der Inspektionseinheiten 1 selbstjustierend und formschlüssig in die Aufnahmen 6 eingebracht werden können. Die Aufnahmen 6 sind dazu als rechteckförmige Platten 6a mit zwei Schraublöchern 6b1, 6b2 zum Verschrauben der Aufnahmen 6 mit dem Boden 13 versehen. Zwischen den beiden Schraublöchern 6b1 und 6b2 ist die kegelstumpfförmige Öffnung 6c zur Aufnahme des komplementären Kegelstumpfes 4b am unteren Ende 4a der Beine 4 der Inspektionseinheiten 1 ausgebildet. Werden die Enden 4b in -z_WKS-Richtung in die Komplementäröffnungen 6c in den Platten 6a eingeschoben, so ergibt sich aufgrund der Kegelstumpfform der Beinenden 4b und der Öffnungen 6c automatisch die vorbeschriebene Selbstzentrierung der Inspektionseinheiten 1 im WKS, sodass lediglich eine einzige Initialkalibrierung notwendig ist. Zur zusätzlichen Schwingungsdämpfung der Inspektionseinheiten 1 sind die kegelstumpfförmigen Beinenden 4b an ihrer Unterseite mit Gummimanschetten 4c versehen.
6 skizziert (hier für ein quadratisches Basiselement 2a zum Verschrauben 2b des Roboterfußes 2c, vgl. 1) wie das Basiselement 2a am Boden 13 fixiert werden kann (Schraublöcher 2g). Ebenfalls zu sehen sind die Schraublöcher (die hier wie die passenden Schrauben ebenfalls mit 2b gekennzeichnet sind) für die Verschraubungen zur Fixierung des ersten Glieds 2c der kinematischen Kette des Roboters 2 am Basiselement 2a.
7 skizziert schließlich in drei senkrecht aufeinander stehenden Ansichten (7a bis 7c) im WKS eine beispielhafte erfindungsgemäße Ausbildung eines Magazinsystems 11, das zur Aufnahme mehrerer Probenhalter 3 ausgebildet ist. Zwischen Oberseite 11a und Unterseite 11c des Magazins sind an den Seitenflächen 11b des Magazins 11 beidseits zum Innenraum des hier quaderförmig ausgebildeten Magazins 11 Vorsprünge 11d1, 11d2 ... mit konstanten Abständen in Vertikalrichtung z_WKS (hier nicht eingezeichnet, aber der Vertikalrichtung in 7a entsprechend) ausgebildet, auf denen die passgenau in die dadurch gebildeten Kompartimente einschiebbaren Probenhalter 3 bzw. die probenaufnehmenden Abschnitte 3b derselben in das Magazin 11 eingeschoben werden können. Die einzelnen Probenhalter 3 sind somit durch den Roboter 2 bzw. den Effektor 2f desselben jeweils in genau definierten Positionen an den Endgriffen 3a greifbar, am Effektor 2f fixierbar, aus dem Magazin 11 herausziehbar und in definierter Position auf den Kreuztischen 1Sb zur optischen Inspektion durch die Probeneinheiten 1 ablegbar.

Claims

Anordnung zur optischen Erfassung von nachfolgend als Probenbereiche einer Probe bezeichneten Ausschnitten auf einer Probe mit mehreren Mikroskopen, mit einer ersten zur optischen Erfassung von Probenbereichen der Probe ausgebildeten Inspektionseinheit (1a), die ein Mikroskop umfasst oder ist, sowie einer zur optischen Erfassung von Probenbereichen der Probe ausgebildeten, räumlich beabstandet von der ersten Inspektionseinheit (1a) positionierten, zweiten Inspektionseinheit (1b), die ein Mikroskop umfasst oder ist, und einer Positioniereinrichtung (2), mit der die Probe nach der optischen Erfassung eines Probenbereiches (P), also eines Ausschnittes auf der Probe, durch die erste Inspektionseinheit (1a) so in den optischen Erfassungsbereich der zweiten Inspektionseinheit (1b) transportierbar ist, dass mittels der zweiten Inspektionseinheit (1b) ein und derselbe Probenbereich (P) optisch erfassbar ist.
Anordnung nach dem vorhergehenden Anspruch gekennzeichnet durch mehr als zwei Inspektionseinheiten (1a–1d), wobei die Probe mittels der Positioniereinrichtung (2) so zwischen den Erfassungsbereichen unterschiedlicher Inspektionseinheiten transportierbar ist, dass durch alle Inspektionseinheiten (1a–1d) jeweils ein und derselbe Probenbereich (P) erfassbar ist.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass eine, mehrere oder alle Inspektionseinheit(en) (1a–1d) (ein) mit einem bildgebenden Sensor, beispielsweise mit einem CCD-Sensor oder mit einem CMOS-Sensor, zur Bilderfassung von Probenbereichen ausgestattete(s) Mikroskop(e) umfasst/umfassen oder ist/sind.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Positioniereinrichtung (2) ein(en) Industrieroboter, ein Fließband oder ein(en) Kran, insbesondere ein(en) Brücken- oder Portalkran, umfasst oder ist.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche gekennzeichnet durch einen die Probe tragenden, durch die Positioniereinrichtung (2) aufnehmbaren und in die und zwischen den Erfassungsbereiche(n) der Inspektionseinheiten (1a–1d) transportierbaren Probenhalter (3), wobei bevorzugt die Probe auf dem Probenhalter (3) und relativ zu diesem fixierbar ist und/oder bevorzugt der Probenhalter (3) lösbar an der Positioniereinrichtung (2) fixierbar ist, insbesondere lösbar so mit dem Effektor (2f) eines Industrieroboters verbindbar ist, dass im verbundenen Zustand keine Relativbewegung zwischen Probenhalter (3) und Effektor (2f) möglich ist.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass eine, mehrere oder alle Inspektionseinheit(en) (1a–1d) im Weltkoordinatensystem selbstjustierend gelagert ist/sind, bevorzugt mittels im Weltkoordinatensystem an unveränderlichen Positionen angeordneten, zum selbstjustierenden Aufnehmen von Beinen (4) der Inspektionseinheit(en) oder von einem oder von mehreren die Inspektionseinheit(en) tragenden Untergestell(en) (5) ausgebildeten Aufnahmen (6) gelagert ist/sind.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass eine, mehrere oder alle Inspektionseinheit(en) (1a–1d) im Weltkoordinatensystem schwingungsgedämpft gelagert ist/sind, bevorzugt mittels eines/mehrerer die Inspektionseinheit(en) tragenden/r schwingungsisolierten/r Tischs/e (7) gelagert ist/sind, und/oder dass eine, mehrere oder alle Inspektionseinheit(en) (1a–1d) von der Positioniereinrichtung (2) mechanisch entkoppelt ist/sind, und/oder dass mehrere der, bevorzugt alle der Inspektionseinheiten (1a–1d) jeweils untereinander mechanisch entkoppelt sind.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche gekennzeichnet durch eine Bildregistriereinheit (8), mit der auf mehrere ein und denselben Probenbereich (P) abbildende, durch die bevorzugt optische Erfassung dieses Probenbereiches (P) mittels unterschiedlicher Inspektionseinheiten (1a–1d) erzeugte Datensätze, bevorzugt Bilddatensätze, ein Registrierverfahren, bevorzugt ein Bildregistrierverfahren (9), anwendbar ist.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche gekennzeichnet durch eine insbesondere als Rechnersystem ausgebildete zentrale Steuereinheit (10), mit der eine der, mehrere der oder alle der Inspektionseinheiten (1a–1d) steuerbar ist/sind, mit der die Positioniereinrichtung (2) steuerbar ist, und/oder mit der von einer der, mehreren der oder allen der Inspektionseinheiten (1a–1d) durch die Erfassung des Probenbereiches (P) erzeugte Daten, insbesondere erzeugte Bilddatensätze, verarbeitbar sind, insbesondere einem/dem Registrierverfahren (9) unterwerfbar sind, wobei bevorzugt die Steuerung der Inspektionseinheit(en) (1a–1d) und/oder der Positioniereinrichtung (2) auf Basis von durch bevorzugt optische Erfassung des Probenbereiches (P) erzeugten und ausgewerteten Daten, insbesondere erzeugten und ausgewerteten Bilddatensätzen, erfolgt.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche gekennzeichnet durch ein Magazinsystems (11), aus dem eine oder mehrere noch zu erfassende Probe(n) oder ein oder mehrere (jeweils eine) diese(r) Probe(n) tragender/n Probenhalter (3) mittels des Positioniersystems (2) entnehmbar sind und/oder in dem eine oder mehrere bereits erfasste Probe(n) oder ein oder mehrere (jeweils eine) diese(r) Probe(n) tragender/n Probenhalter (3) mittels des Positioniersystems (2) ablegbar sind.
Verfahren zur optischen Erfassung von nachfolgend als Probenbereiche einer Probe bezeichneten Ausschnitten auf einer Probe mit mehreren Mikroskopen, wobei eine erste zur optischen Erfassung von Probenbereichen der Probe ausgebildete Inspektionseinheit (1a), die ein Mikroskop umfasst oder ist, sowie eine zur optischen Erfassung von Probenbereichen der Probe ausgebildete zweite Inspektionseinheit (1b), die ein Mikroskop umfasst oder ist, räumlich beabstandet voneinander positioniert werden, wobei die Probe nach der optischen Erfassung eines Probenbereiches (P), also eines Ausschnittes auf der Probe, durch die erste Inspektionseinheit (1a) so mit einer Positioniereinrichtung (2) in den optischen Erfassungsbereich der zweiten Inspektionseinheit (1b) transportiert und dort positioniert wird, dass mittels der zweiten Inspektionseinheit (1b) ein und derselbe Probenbereich (P) optisch erfassbar ist, und wobei mittels der zweiten Inspektionseinheit (1b) ein und derselbe Probenbereich (P) optisch erfasst wird.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch dadurch gekennzeichnet, dass die Probe von der Positioniereinrichtung (2) in einer relativ zur Positioniereinrichtung (2) gesehen vorbekannten Pose aufgenommen wird, bevor die Probe mit der Positioniereinrichtung (2) in den Erfassungsbereich der ersten Inspektionseinheit (1a) transportiert und dort positioniert wird, um dort den auf Basis der vorbekannten Pose festgelegten Probenbereich (P) der Probe durch die erste Inspektionseinheit (1a) zu erfassen, oder dass die Probe von der Positioniereinrichtung (2) in einer relativ zur Positioniereinrichtung (2) gesehen noch unbekannten Pose aufgenommen wird, bevor die Probe mit der Positioniereinrichtung (2) in den Erfassungsbereich der ersten Inspektionseinheit (1a) transportiert und dort positioniert wird, um dort den durch die Inspektionseinheiten zu erfassenden Probenbereich (P) der Probe festzulegen, bevorzugt auf Basis einer automatisierten Merkmalsextraktion festzulegen oder auf Basis einer Beobachtung der Probe durch eine Bedienperson vermittels der ersten Inspektionseinheit festzulegen, bevor schließlich der so festgelegte Probenbereich (P) der Probe durch die erste Inspektionseinheit (1a) erfasst wird.
Verfahren nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Positioniereinrichtung (2) bereits eine weitere Probe aufnimmt und/oder zu der ersten Inspektionseinheit (1a) transportiert, während die Probe noch von der zweiten Inspektionseinheit (1b) erfasst wird, und/oder dass durch die mehreren Inspektionseinheiten (1a–1d) mehrere unterschiedliche Proben gleichzeitig erfasst werden, bevorzugt optisch erfasst werden.