DE19824460A1

DE19824460A1 - Anordnung und Verfahren zur mikroskopischen Erzeugung von Objektbildern

Info

Publication number: DE19824460A1
Application number: DE19824460A
Authority: DE
Inventors: Norbert Czarnetzki; Peter Muehlig
Original assignee: INST MOLEKULARE BIOTECHNOLOGIE; Carl Zeiss Jena GmbH
Current assignee: INST MOLEKULARE BIOTECHNOLOGIE; Jenoptik AG
Priority date: 1998-05-30
Filing date: 1998-05-30
Publication date: 1999-12-02
Also published as: JP2002517774A; US6545265B1; WO1999063381A1

Abstract

Beschrieben werden ein Verfahren zum paarweisen Mischen konfokaler Bilder sowie verschiedene Anordnungen zur schnellen Erzeugung parallel konfokaler Bilder und deren Verknüpfung in Echtzeit. Das Verfahren dient der Verbesserung von Kontrast und Auflösung konfokaler Bilder. Die vorgeschlagenen Anordnungen zeigen einige Möglichkeiten der sinnvollen Anwendung des Verfahrens zum Bildmischen in parallel konfokalen Ein- oder Zweistrahlverfahren zur Erzeugung hochaufgelöster Bilder in Echtzeit für verschiedenste Applikationen insbesondere auch zur Materialinspektion. Durch die Verknüpfung von mindestens zwei Konfokalbildern erreicht man eine Auflösung der Feinstruktur des Objektes im Mischbild. Verbessert werden Kontrast, laterale und die Tiefenauflösung im Mischbild des zu untersuchenden Objektes, welches auch ein Phasenobjekt sein kann. Das Verfahren gestattet weiterhin die Erzeugung höchstaufgelöster 3-dimensionaler digitaler Bilder von optischen Untersuchungsobjekten.

Description

1. Recherchierte Dokumente Patente

DE 40 23 650 A1  25.07.1990  Dodt
DE P 40 35 799.6  10.11.1990  Großkopf u. a.
WO 92/01965  08.07.1992  Wijnaendts
DE 44 29 416 A1  19.08.1994  Velzel u. a.
DE 195 11 937 C2  31.03.1995  Schöppe
DE 195 29 546 A1  11.08.1995  Kapitza
DE 196 27 568 A1  09.07.1996  Czarnetzki
DE 196 32 594 A1  13.08.1996  Schwider
197 14 221.4  12.02.1997  Ott u. a.
WO 97/31282  28.08.1997  Wilson u. a.
US 5264912
US 5365084

Literatur

"Image formation in the scanning microscope" C. J. R. Sheppard, A. Choudhury; Optica Acta,1977, Vol. 24, No. 10, S. 1051-1073

2. Kurzbeschreibung

Beschrieben werden ein Verfahren zum paarweisen Mischen konfokaler Bilder sowie verschiedene Anordnungen zur schnellen Erzeugung parallel konfokaler Bilder und deren Verknüpfung in Echtzeit. Das Verfahren dient der Verbesserung von Kontrast und Auflösung konfokaler Bilder. Die vorgeschlagenen Anordnungen zeigen einige Möglichkeiten der sinnvollen Anwendung des Verfahrens zum Bildmischen in parallel konfokalen Ein- oder Zweistrahlverfahren zur Erzeugung hochaufgelöster Bilder in Echtzeit für verschiedenste Applikationen insbesondere auch zur Materialinspektion. Durch die Verknüpfung von mindestens zwei Konfokalbildern erreicht man eine Auflösung der Feinstruktur des Objektes im Mischbildes. Verbessert werden Kontrast, laterale und die Tiefenauflösung im Mischbild des zu untersuchenden Objektes, welches auch ein Phasenobjekt sein kann. Das Verfahren gestattet weiterhin die Erzeugung höchstaufgelöster 3-dimensionaler digitaler Bilder von optischen Untersuchungsobjekten.

3. Stand der Technik

Neben den konfokalen Laser-Scanning-Mikroskopen, die oft nur einen sehr aufwendigen und langsamen Aufbau des Bildes gestatten, haben sich vor allem Anordnungen zum Scannen einer zu untersuchenden Objektebene mit Hilfe von Nipkowscheiben etabliert oder es sind verschiedenartig scannende Pinholearrays (DE P 40 35 799.6, DE 196 27 568 A1, 197 14 221.4) zur Erzeugung konfokaler Bilder vorgeschlagen worden. Neben den typischen Auflichtanordnungen sind auch technisch bisher nicht realisierte Durchlichtanordnungen vorgeschlagen worden (DE 40 23 650 A1). Vorteil aller dieser Scannerformen mit gleichzeitig (parallel) arbeitenden Konfokalbündeln ist ein schneller konfokaler Bildaufbau in Echtzeit für eine kontrastreiche Beobachtung mit dem bloßen Auge als auch mit einer Kamera (WO 92/01965). Im zuletzt zitierten Patent wird die Kamera als flächiger Empfänger mit konfokalen Merkmalen durch Empfindlichkeitssteuerung von Flächenelementen benutzt, wodurch allerdings das komplette Bild durch das notwendige Zusammenfügen von Teilbildern sehr langsam aufgebaut wird. Nachteile der parallel konfokalen Einscheibenscanner allgemein sind die schlechten Beleuchtungwirkungsgrade (wenige %) sowie eingeschränkte Konfokalität durch Übersprecheffekte der parallelen Kanäle. Verbesserungen bei der Beleuchtungseffizienz wurden bei Fluoreszenzapplikationen durch Einsatz von Kombinationen von mikrooptischen Komponenten mit deckungsgleichen Pinholearrays erreicht (EP 0539691 A2, DE 196 27 568 A1).

Probleme bei parallel konfokalen Anordnungen sind ein durch Reflexion oder Streuung an der Lochscheibe stark aufgehellter Bild-Hintergrund, der den eigentlichen Bildinhalt leicht überdecken kann. Zur Verringerung des störenden Streulichteinflusses einer einzelnen Nipkowscheibe schlug z. B. Xiao und Kino et al 1987 eine geneigte Scheibe mit gerichtet reflektierender Scheibenoberfläche vor, deren Beleuchtungs-Rückreflex kontrolliert ausgeblendet wurde. Ergänzt werden die Maßnahmen zur Störlichtbeseitigung in DE 195 11 937 C2 durch optische Keile und rhombisch angeschnittene Teilerelemente oberhalb einer Nipkowscheibe und dadurch konsequenterer Beseitigung destruktiver Lichtanteile im Bildbündel. Manche durch die Zusatzelemente entstehende Störungen der konfokalen Wirkung im Hauptstrahlengang können in vielen Applikationen akzeptiert werden, bei der Anwendung konfokaler Mikroskope in sehr hochwertigen Applikationen z. B. in der Mikrobiologie oder der Inspektionstechnik oft jedoch nicht. Eine enorme Verbesserung der Unterdrückung des Falschlichtes gelingt durch körperliche Trennung der konfokalen Elemente in Beleuchtung von denen in der konfokalen Beobachtung. Durch die daraus resultierende Anwendung zweier Konfokalarrays wird leider auch eine Verschärfung der Empfindlichkeit bei der Herstellung der notwendigen exakten Konjugation bewirkt (197 14 221.4).

In WO 97/31282 wird eine Form von Shading Korrektur an konfokalen Bildern vorgenommen, indem ein Hellfeldbild mit einem Konfokalbild verknüpft wird durch gemeinsame Einbelichtung auf eine Kamera sowie folgender Differenzbildung mit einem reinen Hellfeldbild des gleichen Objektausschnittes. Dadurch resultiert ein helleres Bild auf der Kamera, was u. a. die generellen Beleuchtungsdefizite des Konfokalbildes zu nichtkonfokalen Mikroskopbildern ausgleichen soll.

US 5365084 beschreibt eine Anordnung zur Untersuchung eines laufenden Gewebebandes mit einem TDI Sensor zur Lichtdetektion.

Der Einsatz eines CCD-Arrays oder eines TDI Sensors zur Waferinspektion ist in US 5264912 vorgesehen.

4. Zusammenfassung der erfinderischen Lösungen

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Kontrast und Auflösung konfokal aufgenommener Bilder zu erhöhen.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Gegenstand der Erfindung ist die weitergehende Verbesserung des Kontrastes und der Auflösung konfokaler Bilder mit der Möglichkeit der schnellen dreidimensionalen Abbildung von transparenten Objekten oder höhenstrukturierten Flächen vermittels der Anwendung eines Bildmischverfahrens durchgeführt über die Verknüpfung verschiedener Konfokalbilder eines Objektausschnittes sowie deren elektronischer (Echtzeit-) Darstellung. Beschrieben werden das Verfahren zum Mischen konfokaler Bilder sowie verschiedene Anordnungen zur schnellen Erzeugung parallel konfokaler Bilder und deren geeignete Verknüpfung in quasi Echtzeit. Das Mischverfahren ist aber auch anwendbar auf jegliche Form von konfokalen Bildern, die den exakt gleichen Objektausschnitt abbilden können z. B. also auch geeignet erzeugten Bildern von Laser-Scanning-Mikroskopen. Im Rahmen dieser Schrift werden aber vorrangig parallel konfokale Ausführungsformen erläutert. Mit verschiedenen Scanprinzipien werden parallel konfokale Beleuchtungsraster und Abbildungsraster zur schnellen Generierung konfokaler, elektronischer Bilder mit der kompletten Bildinformation erzeugt und für die nachfolgende Bildverknüpfung gespeichert. Durch die parallel wirkende Erzeugung von konfokalen Bildpunkten in den Teilstrahlengängen wird das Gesamtbild sehr schnell aufgebaut. Die Geschwindigkeit des Bildaufbaus liefert günstige Voraussetzungen für die Abkopplung von thermischen oder mechanischen Störungen (Schwingungen) beim Bildaufbau. Sie liefert weiterhin die Möglichkeit der Erzeugung eines quasi Echtzeitbildes, die auch Prozeßuntersuchungen im oder am Untersuchungsobjekt gestatten. Auf Grund der Effizienz der Bildentstehung sowie der günstigen Tiefendiskriminierung des speziellen Konfokalprinzips sind auch 3D-Bilder generierbar, die insbesondere bei durchsichtigen Objekten (Phasenobjekte) neuartige Objektinformationen liefern können.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1a Anordnung für ein parallel konfokales Bildmischverfahren mit modifizierter Nipkowscheibe

Fig. 1b modifizierte Nipkowscheibe für parallel konfokales Bildmischverfahren

Fig. 2 Schema der Bildpunktzuordnungen beim Bildmischverfahren

Fig. 3 Anordnung für ein parallel konfokales Bildmischverfahren mit modifiziertem Bandscanner

Fig. 4 Detail modifizierter Bandscanner für Bild-Mischverfahren

Fig. 5 Varianten der rhombischen Anordnung auf Bandscannern für konfokales Bild- Mischverfahren

Fig. 6 weitere Varianten für verallgemeinerte Lochelemente

Fig. 7 Anordnung für ein parallel konfokales Bildmischverfahren mit Nipkowscheibe und zwei Beleuchtungswellenlängen

Fig. 8 Beispiele für weitere verallgemeinerte Pinholetypen

Fig. 9 Anordnung für ein parallel konfokales Bildmischverfahren ausgeführt als Aufbau mit zwei Bündeln und Linearscanprinzip

Fig. 10 Anordnung für ein parallel konfokales Bildmischverfahren als Aufbau mit Monobündel und Linearscarprinzip

Fig. 11 Anordnung für ein parallel konfokales Bildmischverfahren mit zwei Lasern zur Beleuchtung als Einstrahlaufbau mit zwei TDI-Kameras im Linearscanprinzip.

In Fig. 1a sind im Beleuchtungsstrahlengang eine Weißlichtquelle WQ, Leuchtfeldblende LBL, Kollektorlinse KL, Aperturblende ABL, Spiegel S1, Kondensorlinse KOL, auswechselbare dichroitische Strahlteiler ST1, ST2, ST3, eine Trägerscheibe TS mit unterschiedlichen Ringsektoren mit Pinholearrays PH1, PH2 nachgeordnet. Ein Impulssensor IS erfaßt den Durchgang von auf der Trägerscheibe TS angeordneten Impulsmarken IM1, IM2, welche den Ringsektoren zugeordnet sind.

Über Tubuslinse TUL sowie Abbildungsobjektiv AO1 erfolgt die Beleuchtung des Objektes O in der Objektebene. Das vom Objekt O kommende Licht gelangt über einen wählbaren Strahlteiler ST und eine vergrößernde Detektoroptik DL auf eine Kamera KA, die eine CCD-Matrix-Kamera sein kann. Der Analog-Digitalwandler AD, Frame Grabber FG, Speicher SP1, SP2, Prozessor PR, die Bestandteil eines Computers PC sein können, in dem das Mischbild MB entsteht, sind notwendige, verfahrenstypische nachgeordnete Komponenten der Elektronik und Software.

Die erste Hauptversion eines Scanners für das Bildmischverfahren ist eine modifizierte Lochscheibe nach Nipkow. In einer ersten Variante sind auf der Nipkowscheibe verschiedene Ringsektoren mit unterschiedlichen Pinholes oder Lochelementen wahlweise als Quadrate, Rhomben oder Ringelemente wie Lochringe, quadratische Ringe o. ä. mit geeigneten Spiralmustern strukturiert, die unterschiedliche Elementgrößen und Abständen in den Ringsektoren der Drehscheibe aufweisen. Die Lochelemente respektive die gesamte Struktur der Ringsektoren sowie die Synchron- und Taktspuren sind z. B. durch einen mikolithographischen Strukturierungsprozeß hergestellt. Durch die Drehbewegung der Nipkowscheibe kehren die unterschiedlichen Ringsektoren der Scheibe periodisch in der Leuchtfeld/Zwischenbildebene wieder. Sie sind durch Synchronmarken außerhalb der Lochzone an deren Beginn und Ende markiert und werden durch einen elektronischen Hilfssensor beim Drehen der Lochscheibe gelesen und wiederum als Synchronsignal genutzt.

Die einzelnen Marken unterscheiden sich hierbei, beispielsweise als Einzel- und Doppelmarken, um die eindeutige Auslesung der Scheibenposition zu gewährleisten.

Anhand der Fig. 1a sei die gesamte Anordnung zur Realisierung des Bildmischverfahrens mit diesem modifizierten Nipkowscanner nachfolgend erläutert. Die optische Grundanordnung ist ein Mikroskop mit der modifizierten Nipkowscheibe als Konfokalelement. Zur Beleuchtung wird hier eine inkohärente, konventionelle Lichtquelle benutzt. Ein oder applikationsbedingt mehrere wechselbare Teilerelemente, die den Beleuchtungsstrahlengang vom Abbildungsstrahlengang trennen sollen, sind entweder als Neutralteiler, dichroitischer Teiler oder als Polarisationsteiler ausgebildet. Die Nipkowscheibe rotiert senkrecht zur optischen Achse in Höhe der Zwischenbildebene im Mikroskop. Vermittels der nachvergrößernden Detektoroptik DL wird ein sekundäres Bild des Beobachtungsobjektes auf dem Empfänger KA erzeugt. Die Drehzahl der modifizierten Nipkowscheibe sollte regelbar sein, um sich bei der Belichtung des Empfängers den Intensitätsverhältnissen verschiedener Beobachtungsobjekte anpassen zu können. Durch die modifizierte Nipkowscheibe entsteht im Ringsektor PH1 ein Konfokalbildtyp 1 bzw. nach Weiterdrehen der Scheibe im Ringsektor PH2 ein Konfokalbildtyp 2. Beide Bildtypen werden wiederum zeitlich nacheinander durch den Flächenempfänger KA registriert sowie einen nachgeschalteten A/D-Wandler unterscheidbar digitalisiert.

Die Fig. 1b zeigt den prinzipiellen Aufbau der modifizierten Nipkowscheibe und die Lochstruktur schematisch sowie deren sektorielle Konfiguration. Die Trägerscheibe TS in Fig. 1b ist mit Impulsmarken IM auf einer Taktspur TKS sowie unterschiedlichen Pinholezonen PH1, PH2, Schwarzzonen SZ1, SZ2 und einem Zentrierkreis ZK versehen. Die modifizierte Nipkowscheibe besteht somit aus zwei Ringsektoren mit verschiedenen, verallgemeinerten Lochelementen - getrennt durch Dunkelbereiche - mit spiralförmiger Grundanordnung der Pinholes zueinander, um durch die Rotationsbewegung der Nipkowscheibe den konfokalen Scan der gesamten Objektfläche (im Leuchtfeld/Zwischenbildebene) zu erzielen. Die Lochelemente eines Ringsektors haben jeweils den gleichen Charakter (Geometrie, Lochfläche) und mittleren Abstand zueinander, wobei vorzugsweise der Bedeckungsgrad mit Lochfläche in beiden Ringsektoren gleich sein sollte. Entsprechend der konkreten Spiralstruktur wird nach einem bestimmten Drehwinkel der Nipkowscheibe ein Bild komplett gescannt sein, wobei pro Ringsektor eine vielfache Anzahl von Scanvorgängen eines Objektbereiches stattfinden sollte, um Defekten beim Scan (Scheibentaumeln, exzentrischer Lauf der Scheibe) vorzubeugen u. a. durch Mittelung der entstehenden optischen Bildfolgen. Die Anordnung der Spiralmuster kann sowohl rechtsdrehend als auch linksdrehend sein, wobei die Drehrichtung der Scheibe immer beliebig sein kann. Die schwarzen Sektoren SZ1, SZ2 dienen hierbei der Trennung der Ringsektoren und der Bildlöschung (Nullung der Kamera) des vorhergehenden Bildes.

Das Verfahren zur Verbesserung konfokaler Bilder besteht in einer Verknüpfung mindestens zweier oder mehrerer konfokaler Bilder eines identischen Beobachtungsobjektes bzw. eines identischen Objektausschnittes. Für die praktische Umsetzung sollten die zu mischenden Konfokalbilder optisch sehr schnell hintereinander zeitlich erzeugt und danach elektronisch bildpunktgenau verknüpft werden. Bildpunktgenau heißt hier beispielsweise für jeden Einzelpixel einer CCD- Kamera oder TDI-Kamera. Die Operationen zur Verknüpfung zielen auf eine Verbesserung der Qualität und Auflösung des Mischbildes. Verbessert werden Kontrast, laterale und die Tiefenauflösung im Mischbild als Abbild und Informationsträger des zu untersuchenden realen Objektes. Das wird erreicht durch Bildpunkt-orientierte Verknüpfungsoperationen wie Verschiebeoperationen, multiplikative oder differentielle Operatoren an und mit den Bildpixeln oder Pixelinformationen, die vom Empfänger stammen. Die wichtigste und wesentliche Verknüpfungsoperation Δ(P_ij) der Bild-Pixelmatritzen ist die Differenzbildung mit dem Konfokalbildpaar, die mathematisch in der anschließenden Formel definiert ist:

Δ(P_i''j'') ∼ P_i''j''= P_ij - P_i'j' (1)

P_i''j'' Resultierende Elemente der Bildmatrix nach der Verknüpfung
P_ij Pixelelemente der konfokalen Bildmatrix 1
P_i'j' Pixelelemente der konfokalen Bildmatrix 2

Das prinzipielle Vorgehen wird beispielhaft an 9 × 9 Pixelelementen der Bildmatrizen in der Fig. 2 einmal anschaulich dargestellt. Die Fig. 2 zeigt die beiden aufgenommenen, in SP1, SP2 gespeicherten Bildpixelmatrizen BM1, BM2 und die durch obige Signalverarbeitung entstehende und abgelegte Mischbildmatrix MBM. Bei exakter räumlicher Übereinstimmung der Objektbereiche in den zwei konfokalen Ausgangsbildern mit unterschiedlicher konfokaler Auflösung können die notwendigerweise digitalisierten Bildpixel sofort mathematisch durch Differenzbildung der zugeordneten Zeilen- (gleiche Großbuchstaben) und Spaltenelemente (gleiche Kleinbuchstaben) der Bildmatritzen gebildet werden. Die exakte räumliche Übereinstimmung beinhaltet, daß sich die Abbildungsbedingungen sowie die Objektlage während der aufeinanderfolgenden Aufnahmen nicht ändern, was vor allem durch bekannte Maßnahmen wie Schwingungsdämpfung erzielt werden kann.

Das Verfahren kann sowohl für konfokale Auflichtbilder als auch konfokale Fluoreszenzbilder angewendet werden, allerdings jedoch mit sehr unterschiedlichen Resultaten bei der möglichen endgültigen Auflösung im Mischbild, da die Wechselwirkung der konfokalen optischen Tastsonde mit dem abzubildenden Objekt bei der Fluoreszenzapplikation keine Streukomponenten enthält, sondern vom selbstleuchtenden Charakter des Objektes bestimmt ist!

Die gerätetechnische Umsetzung erfolgt bevorzugt optisch mit Scannertypen, die sehr schnell zwei verschiedene, konfokale Bilder erzeugen können. Die zeitliche Synchronisierung zum Empfänger erfolgt in zwei Ausführungsversionen über Synchronspuren am Nipkowscanner wie in Fig. 1a oder Bandscanner wie in Fig. 3 dargestellt bzw. an einem Filterrad wie in Fig. 7, die über Sensoren eine elektrische Verbindung zum Empfänger haben. In einer dritten Scannerversion entstehen zwei Konfokalbilder zeitgleich durch Einsatz von zwei Kameras wie in Fig. 9 und 10, wobei die Objektausschnitte, welche jeweils aktuell gescannt werden, sich räumlich unterscheiden durch den fortschreitenden Scan, aber zu einem späteren Zeitpunkt die gleichen Objektabschnitte abgebildet haben. In einer besonders vorteilhaften Ausführung werden zeitliche und räumliche Trennung der beiden Konfokalbilder beseitigt, was in Fig. 11 schematisch dargestellt ist. Die zwei oder paarweise mehrfachen Konfokalbilder des zu untersuchenden Objektes werden zur weiteren Verarbeitung digitalisiert und in einem Bild-Grabbingprozeß in Speichern getrennt erfaßt. Die Synchronsignale liefern für die Speicherung der verschiedenen Bilder das Unterscheidungskriterium. Wenn mindestens zwei Bilder gespeichert sind kann durch den Bildverarbeitungsprozessor (DSP) die Verknüpfung durchgeführt werden. Dann steht das endgültige Mischbild für die Visualisierung zur Verfügung (Monitor, Bildprinter, Bildauswertung o. a.).

In der Fig. 3 ist die Anordnung zur Realisierung des Bildmischverfahrens mit einem Bandscanner dargestellt. Die Fig. 3 zeigt außer den zu Fig. 1 analogen Bezugszeichen ein Trägerband TB mit einer motorgetriebene Antriebsscheibe AS sowie einer weiteren Laufscheibe LS, wobei AS, LS nicht dargestellt ortsfest drehbar angelenkt sind. Auch hier sind auf dem Band TB Impulsmarken IM3 zur Erfassung der Bandposition vorgesehen. Die optische Grundanordnung ist in der Fig. 3 ein Mikroskop mit einem modifizierten Bandscanner als Konfokalelement. Zur Beleuchtung wird wiederum eine konventionelle Lichtquelle (kontinuierlich oder Linienquelle) eingesetzt, um störenden Interferenz- oder Speckle-Effekten zu begegnen. Um eine vorteilhaft gleichmäßige Beleuchtung über dem Feld zu erzielen wird die bekannte Köhlersche Beleuchtung angewendet. Ein oder applikationsbedingt mehrere wechselbare Teilerelemente, die den Beleuchtungsstrahlengang vom Abbildungsstrahlengang trennen sollen, können als Neutralteiler, dichroitischer Teiler oder Polarisationsteiler ausgebildet sein. Das Konfokalband - wie bereits erwähnt mit unterschiedlichen verallgemeinerten Lochstrukturen in verschiedenen Bandzonen versehen - läuft senkrecht zur optischen Achse in Höhe der Zwischenbildebene im Mikroskop um, wobei einige optische Elemente des mikroskopischen Strahlenganges unter Umständen vom Band umkreist werden müssen. Dies sind hier die Teiler ST1-3, die Linse KOL sowie Spiegel S1. Der Ablauf des Bandes kann über Antriebs- bzw. Umlenkrollen erfolgen und sollte in der Umlaufgeschwindigkeit regelbar sein, um sich bei der Belichtung des Empfängers den Intensitätsverhältnissen verschiedener Beobachtungsobjekte anpassen zu können. Durch das Konfokalband entsteht in der Lochzone PH1 ein Konfokalbildtyp 1 bzw. nach Fortlaufen des Bandes in der Lochzone PH2 ein Konfokalbildtyp 2.

Über die dargestellte kreisförmige Pinholegeometrie hinaus sind wiederum Lochelemente als konfokale Blenden auf dem Band strukturierbar. Dies ist in Fig. 5 dargestellt.

Beide Bildtypen werden zeitlich nacheinander durch einen Flächenempfänger registriert sowie einen nachgeschalteten A/D-Wandler unterscheidbar digitalisiert. Die Unterscheidung der Bildtypen erfolgt durch die Synchronimpulse IM3, die auf dem Scannerband zur Markierung der Lochzonen aufgebracht sind und von einem Hilfssensor, wie in Fig. 1 dargestellt, registriert werden. Sie dienen der Steuerung sowohl der Kamera (Empfindlichkeitsschaltung, elektronische Torung) als auch der korrekten Wahl der Bildspeicher für die jeweiligen konfokalen Bildtypen als auch der Software Triggerung des Zeitpunktes der sinnvollen Verknüpfung der Speicherinhalte durch den Bildprozessor zum Mischbild.

Fig. 4 zeigt einen Ausschnitt des Trägerbandes TB mit Impulsmarken IM3 auf der Taktspur TS und Abschnitten des Trägerbandes TB mit Pinholeanordnungen PH1, PH2. Diese Form eines Scanners für das Bildmischverfahren basiert auf einem umlaufenden Lochband. Auf bzw. in einem flexiblen Material z. B. einem dünnen Stahlband, einem plastischen Material oder auch einem schwärzungsfähigen Filmband sind Bereiche mit Pinholes oder allgemeinere Lochelemente wie Quadrate, Rhomben oder Ringelemente wie Lochringe, quadratische Ringe o. ä. strukturiert, die unterschiedliche Elementgrößen und Abstände in verschiedenen Zonen des Bandes aufweisen. Sie können z. B. durch einen mikolithographischen Belichtungsprozeß formiert und geätzt sein oder durch einen fotochemischen Belichtungsprozeß als periodisches Muster erzeugt worden sein. Die unterschiedlichen Lochelementzonen des Bandes kehren periodisch wieder und sind durch Marker außerhalb der Lochelementzone an dessen Beginn markiert und werden durch einen elektronischen Sensor beim Laufen des Bandes gelesen und als Synchronsignal genutzt.

Das Band wird als periodisches Muster erzeugt und schließlich in einer geeigneten Länge zu einem geschlossenen Band zusammengefügt (Kleben).

Das Konfokalband besteht in Fig. 4 aus zwei verschiedenen Lochzonen mit prinzipiell rhombischer Grundanordnung der Pinholes zueinander, um durch den Bandlauf den Scan für die gesamte Objektfläche zu erzielen. Die Pinholes einer Lochzone haben die gleiche Geometrie und Abstand zueinander, wobei der Bedeckungsgrad mit Lochfläche in beiden Lochzonen gleich sein sollte. Entsprechend der Abstände des rhombischen Grundrasters wird nach einer bestimmten Laufstrecke des Bandes ein Bild komplett gescannt sein, wobei pro Lochzone eine volle Anzahl periodischer Strukturen vorhanden sein sollte. Dadurch resultiert eine unterschiedliche Länge der Lochbereiche bzw. Bildaufbauzeit, trotzdem aber gleiche mittlere Belichtungsintensität für den Bildaufbau der beiden konfokalen Bildtypen. Dadurch wird aber die Aussteuerung des Empfängers für die Einbelichtung der zwei konfokalen Bildtypen positiv beeinflußt.

Die Anordnung für die Lochgeometrie kann sowohl rechtsseitig als auch linksseitig gewählt werden, wie die Fig. 5 zeigt. Die Fig. 5 zeigt in 5a, 5b eine linksseitig zur Abtastrichtung (Pfeil) verlaufende rhombische Grundanordnung PH11, PH12 sowie in 5c, 5d eine rechtsseitig zur Abtastrichtung verlaufende rhombische Grundanordnung PH21, PH22.

In der Fig. 6 sind Beispiele für Lochelemente in Form von rhombischen und Kreisringlöchern als Konfokalelemente für einen Bandscanner gezeigt. Die Fig. 6 zeigt zwei Paare von Konfokalstrukturen in 6a, 6b linksseitige rhombische Grundanordnungen PH13, PH14 mit rhombusförmiger Pinholeform und in 6c, 6d rechtsseitige rhombische Grundanordnungen PH23, PH24 mit kreisringförmiger Pinholeform.

Eine weitere vorteilhafte Scannervariante mit einfacher Nipkowscheibe zeigt Fig. 7. Sie zeigt neben schon im Text schon erwähnten Elementen ein motorgetriebenes Filterrad FD mit Farbfiltern FF1, FF2 für Wellenlängen λ1, λ2 sowie die Trägerscheibe TS mit einem einheitlichen Lochmuster PH3. Als Beleuchtung wird analog Fig. 1 eine konventionelle weiße Lichtquelle benutzt. Das Teilerelement ST ist hier vorzugsweise als Neutralteiler ausgebildet.

Die Nipkowscheibe dreht sich ebenso in Höhe der Zwischenbildebene im Mikroskop, ist aber nur mit einer Lochart strukturiert. Die unterschiedlichen Konfokalbilder entstehen in dieser Anordnung durch Verarbeitung gemäß dem bereits geschilderten Verfahren als Bilder mit verschiedenen Farbinformationen vom identischen Beobachtungsobjekt. Die Drehzahl der erfindungsgemäß eingesetzten Farbfilterscheibe sollte regelbar sein, um sich bei der Belichtung des Empfängers den Intensitätsverhältnissen verschiedener Beobachtungsobjekte anpassen zu können. Durch die Nipkowscheibe entsteht, je nach der aktuellen Beleuchtungswellenlänge, ein Konfokalbildtyp 1 bzw. nach Schalten oder Weiterdrehen der Farbfilterscheibe ein Konfokalbildtyp 2. Durch Austausch der Filterscheibe FD können andere Wellenlängen Verwendung finden. Die Unterscheidung der Bildtypen erfolgt durch die Synchronimpulse IM4, die auf den Farbfiltersektoren aufgebracht sind und von einem Hilfssensor registriert werden. Sie dienen wiederum der Steuerung sowohl der Kamera (Empfindlichkeitsschaltung, elektronische Torung) als auch der korrekten Wahl der Bildspeicher für die jeweiligen konfokalen Bildtypen als auch der Softwaretriggerung des Zeitpunktes der sinnvollen Verknüpfung der Speicherinhalte durch den Bildprozessor zum Mischbild. In der Fig. 8 sind zwei Beispiele für Paare von Lochelementen auf einer modifizierten Nipkowscheibe in Form von hexagonalen Löchern und quadratischen Ringlöchern als Konfokalelemente angeordnet in Nipkow'schen Spiralstrukturen in Ausschnitten gezeigt. Dort ist in Fig. 8a, 8b eine Spiralstruktur mit hexagonalem Pinholetyp PH1, PH2 sowie in Fig. 8c, 8d eine Spiralstruktur mit quadratischem Pinholetyp PH1, PH2 gezeigt.

Fig. 9 zeigt eine weitere vorteilhafte erfindungsgemäße Anordnung mit Lichtquellen LQ1, LQ2, Leuchtfeldblenden LBL1, LBL2, Kollektorlinsen KL1, KL2, Aperturblenden ABL1, ABL2, Spiegeln S11, S12, Kondensorlinsen KOL1, KOL2, Strahlteilern ST4, ST5 sowie Trägerscheiben TS1, TS2, die Bestandteil einer gemeinsamen Trägerscheibe sein können. In Richtung des Objektes O sind Tubuslinsen TUL1, TUL2 sowie Abbildungsobjektive AO2, AO3 angeordnet. Das Objekt O wird durch einen Objekttranslator OT definiert und ansteuerbar verschoben. In Richtung der Detektion sind optisch nachvergrößernde Detektionsoptiken DL1, DL2, Kameras KA1, KA2, Analog- Digitalwandler AD1, AD2, FrameGrabber FG1, FG2, Speicher SP1, SP2 ein Prozessor PR zur Erzeugung des Mischbildes MB vorgesehen.

Diese dritte Grundversion eines Scanners für das Bildmischverfahren ist ein Linearscanner mit rhombischer Anordnung der Konfokalelemente zueinander, der in einer Monobündel- oder Zweibündelanordnung eingesetzt werden kann. Auf der stationären Scheibe mit den Konfokalelementen (Lochelemente) befinden sich zwei gegeneinander geeignet räumlich versetzte Zonen mit Lochelementen (rechteckig) mit rhombischen Grundmustern der Lochelementen zueinander, die unterschiedliche Größen der Lochelemente und mittlere Abstände in der jeweiligen Lochzone aufweisen. Die Lochelemente in den verschiedenen Zonen sowie die korrekte Lage der Bereiche zueinander sind z. B. durch einen mikrolithographischen Herstellungsprozeß sehr genau zueinander designed und strukturiert. Beim Linearscanprinzip wird durch die gleichmäßige Verschiebung des Beobachtungsobjektes - Scanwirkung beim Bandscanner durch Bandumlauf relativ ähnlich - innerhalb eines, von der rhombischen Grundstruktur abhängigen, Verschiebeweges ein Ausschnitt des Beobachtungsobjektes parallel konfokal gescannt und dessen (Zeilen-)Bild komplett erzeugt. Das konfokale Bild kann elektronisch jedoch vorteilhaft nur durch eine Spezialkamera (TDI-Kamera) effizient ausgewertet werden, die das "konfokale Punkt-Musterbild" durch deren Wirkprinzip der synchronen Querverschiebung der photoelektronisch erzeugten Ladungen zwischen den parallelisierten Zeilen (Stages) zu einem geschlossenen Zeilenbild vereinigt. Das Zeilenbild wird schließlich sehr schnell und kontinuierlich ausgelesen, wodurch ein streifenförmiges Bildformat des Beobachtungsobjektes beim Bewegen desselben entsteht.

Die Applikation des zuletzt vorgeschlagenen Linearscanners kann in einer optischen Grundanordnung ähnlich einem Mikroskop (automatische Inspektionsmaschine) erfolgen. Als Lichtquellen können hier entweder zwei konventionelle Lampen (bevorzugt Kurzbogenlampen) oder zwei verschiedene Laser dienen, welche in Untervarianten der Anordnung sowohl mit unterschiedlichen als auch gleichen Wellenlängen betrieben werden können. Zwei (auch paarweise wechselbare) Teilerelemente, die jeweils den Beleuchtungsstrahlengang vom Abbildungsstrahlengang trennen sollen, sind entweder als Neutralteiler, dichroitischer Teiler oder als Polarisationsteiler ausgebildet.

Das Beobachtungsobjekt (vorrangig Wafer im Strukturierungsprozeß) wird senkrecht zur optischen Achse der optischen Anordnung gleichmäßig bewegt, wodurch in Höhe der Zwischenbildebene des Gerätes vermittels des rhombischen Grundmusters der Lochelemente zueinander der parallel konfokale Bildscan durchgeführt wird. Die Geschwindigkeit der Verschiebung des Beobachtungsobjektes sollte regelbar sein, um sich sowohl der Empfindlichkeit (Belichtung, Leuchtdichte Quelle) als auch der Auslesegeschwindigkeit der Empfänger (TDI-Zeilenkameras) anpassen zu können. Durch den Linearscanner entsteht in der Lochzone 1 ein Konfokalbildtyp 1 (mit langgezogenem Bildformat) bzw. räumlich versetzt in der Lochzone 2 ein Konfokalbildtyp 2 (mit ebenfalls langgezogenem Bildformat). Jedes Bild wird - hier optisch parallel, jedoch räumlich leicht versetzt - zeitgleich durch den zugeordneten Empfänger registriert sowie durch einen jeweils nachgeschalteten A/D-Wandler digitalisiert. Die Empfänger sollten vorteilhaft TDI-Zeilenkameras (Time Delayed Integration) sein, welche extrem hohe Ausleseraten aufweisen, somit eine effiziente, kontinuierliche Objektbewegung gestatten und damit die derzeit höchste Prüfproduktivität erreichen. Die Unterscheidung der Bildtypen (Speicherung) ist in dieser dritten Grundversion des Scanners augenscheinlich einfach. Durch die exakt bekannte räumliche Trennung der beiden Bildbündel und die Objektgeschwindigkeit ist die Zuordnung von identischen Objektstrukturen (pixelgenau) in den Bildern bzw. deren elektronischen Repräsentanten in den Speichern für die Bildmischung möglich. Die sinnvolle Verknüpfung der Speicherinhalte durch den Bildprozessor zum Mischbild kann somit erfolgen, wenn digitale Bildanteile des jeweils gleichen Objektausschnittes vorliegen.

Die Ermittlung des exakt gleichen Bildausschnitts erfolgt mittels der bekannten Verschiebegeschwindigkeit und den konstanten Abstand der Lochzonen.

Eine weitere vorteilhafte, einfacher justierbare und stabilere Variante des Linearscanners ist in der Fig. 10 dargestellt, in der nur mit einem optischen Abbildungssystem aber zwei konfokalen Bündeln gearbeitet wird. Hier werden die Bündel, beispielsweise durch schmale Strahlteiler, eng zusammengerückt. Fig. 10 zeigt außer den bereits benannten Elementen eine für beide Strahlengänge gemeinsame Tubuslinse TUL3, ein gemeinsames Abbildungsobjektiv AO4 und eine optisch nachvergrößernde Detektionsoptik DL3.

In dieser Anordnung wird nur mit einer Abbildungsoptik gearbeitet, was nur mit geeignet korrigierten großen optischen Arbeitsfeldern des Übertragungssystems möglich ist.

Der entscheidende Vorteil ist hier der kompaktere Aufbau sowie der geringe Abstand der optischen konfokalen Arbeitsfelder, was die Anordnung schneller und unempfindlicher gegenüber Störungen macht (Schwingungen o. ä.) sowie in der Justierung erheblich einfacher. Die Beleuchtung wird wie in der ersten Anordnung mit entweder zwei konventionellen Lampen (bevorzugt Kurzbogenlampen) oder zwei verschiedenen Lasern vorgenommen.

Die Besonderheit des konfokalen Beleuchtungs- und Abbildungsprinzips beim erfindungsgemäßen Verfahren und Anordnungen gestattet im Gegensatz zu nichtkonfokaler, klassischer Auflichtbeleuchtung den Einsatz von Lasern als Lichtquelle! Bei klassischer Auflichtbeleuchtung (keine Fluoreszenz-Applikation!) in der Mikroskopie verbietet sich im Allgemeinen (außer mikro-interferometrischen Anordnungen z. B. DE 196 32 594 A1) der Einsatz von Lasern, da die kohärenten Nebeneffekte des Lasers (Speckle, Interferenzen durch Störreflexionen) bei der Abbildung das Bild sehr stark überlagern und entscheidend stören. Bei der konfokalen Bildgenerierung ist die Situation bei der Bildentstehung am Objektort verändert: die konfokale beugungsbegrenzte 'Mikrosonde' steht in keiner Wechselwirkung mit anderen Punkten des Beobachtungsobjektes während des Bildaufbaus, sondern nur mit dem aktuell abgetasteten Objektpunkt. Dies bedeutet, daß die nacheinander entstehenden Bildpunkte des Objektbereiches völlig inkohärent zueinander sind! Daraus entsteht ein inkohärenter Charakter des optischen Rasterbildes bzw. digitalen Gesamtbildes. Die statistisch entstehenden raum-zeitlichen Kohärenzzellen, welche sich als Speckle im Laserbündel zeigen und das phänomenologische, charakteristische Granulat im Laser-Strahlquerschnitt ausprägen, werden durch die ebenfalls raum-zeitlich wirkende Mittelung vermittels des Scannens über den Strahlquerschnitt des beleuchtenden Lasers beseitigt bzw. gemindert und damit die intensitätsfälschende Körnung in den Bildpunkten vermieden. Ein weiterer Vorteil des konfokalen Bildaufbaus ist die starke Verminderung des Einflusses sekundärer Reflexe von den Linsenflächen des abbildenden optischen Systems durch die konfokalen Blenden in der Bildebene, die nur ein Bruchteil des interferenzfähigen Falschlichtes in den sekundären Bildraum eindringen lassen (Reflexbilder entstehen i. a. fern der Bildebene bei richtigem Systemdesign) und deren kontrastschädigende Wirkung im Bild mindern.

Ein Vorzug des Linearscanprinzips im vorgeschlagenen Applikationsfall ist die Anwendbarkeit verschiedener Mischprinzipien: es ist nicht nur die Konfokalität durch Änderung der Pinholegröße einstellbar, sondern z. B. durch Wahl verschiedener Beleuchtungswellenlängen in den beiden Kanälen oder durch Wahl verschiedener Aperturen in den Abbildungskanälen. Dies ergibt vorteilhafte Kombinationen und weitere qualitative Vorteile bei der Umsetzung des Bildmischverfahrens.

In der Fig. 11 ist eine Anordnung mit zwei Lasern zur Beleuchtung und zwei TDI - Kameras im Linearscanprinzip dargestellt. Laser L1 mit Wellenlänge λ1 sowie Laser L2 mit Wellenlänge λ2 werden über Strahlteiler ST6 sowie Kondensorlinse KOL3 und ein Mikrolinsenarray MLA in Richtung eines Pinholearrays PH3 punktweise fokussiert. Die Beleuchtung des Objektes erfolgt über Tubuslinse TUL4, eine λ/4 Platte PL sowie das Abbildungsobjektiv AO5. Zwischen Pinholeanordnung PH3 und Mikrolinsenarray MLA liegt ein Polarisations-Strahlteiler PST zur Ausblendung in Richtung einer optisch nachvergrößernden Detektionsoptik DL4 und eines dichroitischen Strahlteilers ST7 zur wellenlängenselektiven Aufteilung des Detektionslichtes in Richtung von Kameras KA1, KA2 mit bereits vorher beschriebenen nachfolgenden Elementen.

Diese vorteilhafte Version eines automatischen Inspektionsgerätes nach dem Bildmischverfahren mit zwei verschiedenfarbigen Lasern zur Beleuchtung beinhaltet, daß der Vorteil des Lasers - der unübertroffenen spektralen Leuchtdichte - für einen optimalen Belichtungsprozeß der TDI-Kameras ausgenutzt wird, ohne dem entscheidenden Nachteil der Laserleuchtquellen - der kontrastschädigenden Wirkung durch die große Interferenzfähigkeit des Lasers bei optischen Abbildungen -direkt unterworfen zu sein.

Die Beleuchtungseffizienz in parallel konfokalen Anordnungen kann bei Laserbeleuchtung durch ein Mikrolinsenarray (konjugiert zu rhombischen Locharray) enorm verbessert werden. In der vorgeschlagenen Version muß das spezielle Array MLA für das Bildmischverfahren mit unterschiedlichen Arbeitswellenlängen und einer Lochart für die 2 Laserlinien farbkorrigiert sein und wird vorteilhaft durch den Kondensor parallel ausgeleuchtet.

In einer einzuhaltenden Nebenbedingung müssen weiterhin Brennweite und Durchmesser der Mikrolinsen den geforderten bildseitigen Aperturen des optischen Hauptsystems entsprechen und exakt zum Locharray zentriert sein, wodurch eine sogenannte 'kritische Beleuchtung' der Lochelemente erzeugt wird. Das Durchkoppeln (Zusammenmischen) der zwei Laser in den Beleuchtungsstrahlengang erfolgt durch einen dichroitischen Spiegel ST6. Das Trennen (Entmischen) der farblich unterschiedlichen Laserbilder im Abbildungsstrahlengang erfolgt ebenfalls durch einen dichroitischen Spiegel ST7. Das Trennen von Beleuchtungs- und Abbildungsstrahlengang erfolgt vorteilhaft durch einen polarisationsoptischen Teilerspiegel PST in Kombination mit einer breitbandigen λ/4-Platte für die Laserlinien.

Über die dargestellten Mehrkanalanordnungen hinaus sind noch weitere Mischvarianten möglich: es sind dies z. B. polarisationsoptisch unterschiedliche Eigenschaften der beiden Übertragungskanäle, die zum Mischen herangezogen werden können. Je nach Objekteigenarten des Beobachtungsobjektes können diese verschiedenen Abarten angewendet werden, um neue Objekteigenschaften aufdecken bzw. sichtbar machen zu können.

Die Erfindung ist weiterhin vorteilhaft anwendbar auf Laser-Scanning-Mikroskope wie Zeiss LSM4 oder 5 und wurde für diese erprobt, indem mehrere konfokale Reflexionsbilder des gleichen Objektabschnittes aufgenommen und wie beschrieben verarbeitet wurden.

Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen Fig. 1a

Weißlichtquelle WQ
Leuchtfeldblende LBL
Kollektorlinse KL
Aperturblende ABL
Spiegel S1
Kondensorlinse KOL
auswechselbare dichroitische Strahlteiler ST1, ST2, ST3
Trägerscheibe TS
Pinholearrays PH1, PH2
Impulssensor IS
Impulsmarken IM1, IM2
Tubuslinse TUL
Abbildungsobjektiv AO1
Objekt O in Objektebene
Detektoroptik DL
Kamera KA
Analog/Digitalwandler AD
Frame Grabber FG
Speicher SP1, SP2
Prozessor PR
Computer PC
Mischbild MB

Fig. 1b

Trägerscheibe TS mit Impulsmarken IM auf einer Taktspur TKS
Pinholezonen PH1, PH2
Schwarzzonen SZ1, SZ2
Zentrierkreis ZK

Fig. 2

Bildpixelmatrix BM1, BM2
Mischbildmatrix MBM

Fig. 3

zu

Fig.

1 analoge Bezugszeichen
Trägerband TB
Motorgetriebene Antriebsscheibe AS
Laufscheibe LS
AS, LS nicht dargestellt ortsfest angelenkt
Impulsmarken IM3

Fig. 4

Ausschnitt des Trägerbandes TB
Impulsmarken IM3 auf Taktspur TS
Abschnitte des Trägerbandes TB mit Pinholeanordnungen PH1, PH2

Fig. 5

5a, 5b linksseitig zur Abtastrichtung verlaufende rhombische Grundanordnung PH11, PH12
5c, 5d rechtsseitig zur Abtastrichtung verlaufende rhombische Grundanordnung PH 21, PH22

Fig. 6

6a, 6b: linksseitige rhombische Grundanordnungen PH13, PH14 mit rhombusförmiger Pinholeform
6c, 6d: rechtsseitige rhombische Grundanordnungen PH23, PH24 mit kreisringförmiger Pinholeform

Fig. 7

neben schon erwähnten Elementen
motorgetriebenes Filterrad FD mit Farbfiltern FF1, FF2 für Wellenlängen λ1, λ2
Trägerscheibe TS mit einem Lochmuster PH3

Fig. 8

Fig.

8a, 8c Spiralstruktur mit hexagonalem Pinholetyp PH1, PH2

Fig.

8b, 8d Spiralstruktur mit quadratischem Pinholetyp PH1, PH2

Fig. 9

Lichtquellen LQ1, LQ2
Leuchtfeldblenden LBL1, LBL2
Kollektorlinsen KL1, KL2
Aperturblenden ABL1, ABL2
Spiegel S11, S12
Kondensorlinsen KOL1, KOL2
Strahlteiler ST4, ST5
Trägerscheiben TS1, TS2
Tubuslinsen TUL1, TUL2
Abbildungsobjektive AO2, AO3
Objekttranslator OT
Detektionsoptik DL1, DL2
Kameras KA1, KA2
Analog/Digitalwandler AD1, AD2
FrameGrabber FG1, FG2
Speicher SP1, SP2
Prozessor PR
Mischbild MB

Fig. 10

Außer den bereits benannten Elementen
für beide Strahlengänge gemeinsame Tubuslinse TUL3,
Abbildungsobjektiv AO4
Detektionsoptik DL3

Fig. 11

Laser L1 mit Wellenlänge λ1
Laser L2 mit Wellenlänge λ2
Strahlteiler ST6
Kondensorlinse KOL3
Mikrolinsenarray MLA
Polarisationsstrahlteiler PST
Pinholearray PH3
Tubuslinse TUL4
λ/4 Platte PL
Abbildungsobjektiv AO5
Detektionsoptik DL4
Dichroitischer Strahlteiler ST7
Kameras KA1, KA2 mit bereits beschriebenen nachfolgenden Elementen

Claims

1. Anordnung zur mikroskopischen Erzeugung von Objektbildern, wobei nacheinander mindestens zwei konfokale Bilder desselben Objektes mit unterscheidbarer optischer Objektinformation bildpixelweise aufgenommen und abgespeichert werden und die aufgenommenen und digitalisierten Bilder pixelgenau, vorzugsweise durch Differenzbildung, miteinander verknüpft werden und das derart entstehende Mischbild abgespeichert wird.

2. Anordnung nach Anspruch 1, wobei das Mischbild auf einem Bildschirm angezeigt und/oder mit Mitteln der Bildverarbeitung verarbeitet wird.

3. Anordnung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, mit Mitteln zur Erzeugung parallel konfokaler Auflicht-Beleuchtungsbündel in oder auf das Objekt.

4. Anordnung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, wobei eine parallel konfokale Erzeugung von Rasterbildern des Objektes über verschiedene Pinholeanordnungen erfolgt.

5. Anordnung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, wobei zeitlich nacheinander unterschiedliche Pinholeanordnungen zur Bilderzeugung verwendet werden.

6. Anordnung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, wobei zum konfokalen Scannen des Objektes die Pinholeanordnungen verschoben werden.

7. Anordnung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, wobei zum konfokalen Scannen des Objektes das Objekt seinerseits verschoben wird.

8. Anordnung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, wobei bei bewegtem Objekt unterschiedliche und feststehende Pinholeanordnungen zur Bildaufnahme desselben Objektbereiches dienen.

9. Anordnung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, mit auf einem umlaufenden Band angeordneten Pinholeanordnungen.

10. Anordnung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, mit auf einer rotierenden Scheibe angeordneten unterschiedlichen Pinholeanordnungen.

11. Anordnung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, mit einer Weißlichtquelle zur Objektbeleuchtung.

12. Anordnung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, bestehend aus Lichtquelle, Beleuchtungsoptik, Pinholeanordnung, Abbildungsoptik, Objekt, wobei das vom beleuchteten Objekt kommende Licht über die Pinholeanordnung und einen Strahlteiler in Richtung einer optisch nachvergrößernden Detektionsoptik gelenkt wird, der Mittel zur Bildverarbeitung nachgeordnet sind.

13. Anordnung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, wobei Mittel zur Zuordnung der aufgenommenen Bilder zu den Aufnahmebedingungen vorgesehen sind.

14. Anordnung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, wobei Synchronmarken und Sensoren zu deren Erfassung vorgesehen sind.

15. Anordnung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Objekt nacheinander mit unterschiedlichen Wellenlängen beleuchtet wird.

16. Anordnung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Beleuchtung über die gleiche oder unterschiedliche Pinholeanordnungen erfolgt.

17. Anordnung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, wobei zur Bildaufnahme mindestens eine CCD-Kamera dient.

18. Anordnung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, wobei zur Bildaufnahme mindestens eine TDI-Kamera dient.

19. Anordnung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, wobei zur Beleuchtung Laser unterschiedlicher Wellenlänge vorgesehen sind.

20. Anordnung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Bildaufnahme mittels eines Laser-Scanning-Mikroskops erfolgt.

21. Anordnung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, wobei eine Detektion und Bildaufnahme nacheinander mit unterschiedlicher Detektionswellenlänge erfolgt.

22. Anordnung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, wobei eine Aufnahme mit unterschiedlichen Aperturen des Beleuchtungssystems erfolgt.

23. Anordnung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Lichtquellen konventionelle, nichtkohärente Lichtquellen unterschiedlicher Wellenlänge und vorbestimmter Bandbreite sind.

24. Anordnung nach Anspruch 23, wobei die konventionellen Lichtquellen lichtstarke Bogenlampen sind.

25. Anordnung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Wellenlängen zur Beleuchtung durch geeignete Filter aus der Lichtquelle extrahiert werden.

26. Anordnung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Auswahl der Wellenlängen durch schnell wechselbare Farbfilter in Form von Schaltfiltern oder drehenden sektorierten Filterrädern erfolgt.

27. Anordnung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Lichtquellen Laserlichtquellen mit unterschiedlichen Wellenlängen sind.

28. Anordnung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die räumlich parallele oder zeitlich versetzte Abbildung der Lichtquelle in die Objektebene eines optischen Beobachtungsgerätes durch rhombisch ausgebildete Arrays bzw. verschiedenartige, geeignet gestaltete Nipkow'sche Spiralmuster von Lochelementen realisiert wird.

29. Anordnung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die Strukturen der Lochelemente die Form entweder eines rechts- oder eines linksorientierten rhombischen Grundarrays aufweisen und entweder stationär bei bewegtem Objekt benutzt werden oder auf einem flexiblen, umlaufenden Band ausgebildet sind.

30. Anordnung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die Lochelemente entweder kreisförmige, quadratische oder rhombische Grundform haben oder alternativ die Ringform der jeweiligen geometrischen Basisfigur aufweisen.

31. Anordnung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die rechts- oder linksorientierten rhombischen Grundarrays auf einem flexiblen Band vermittels dessen Umlauf zum konfokalen Scannen der Objektebene dienen.

32. Anordnung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, bei der durch das Verschieben des Beobachtungsobjektes in Kombination mit den rechts- oder linksorientierten stationären rhombischen Grundarrays das paarweise parallel konfokale Scannen der Objektebene erzielt wird.

33. Anordnung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, bei der entweder die Locharrays der Beleuchtung funktionell ebenfalls zur konfokalen Bilderzeugung benutzt werden oder andernfalls die Flächenempfänger zusätzlich eine Empfindlichkeitsstruktur besitzen, die konfokale Eigenschaften im Bildraum erzeugt.

34. Anordnung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die konfokalen Eigenschaften der Flächenempfänger entweder durch Abschattblenden auf dem Empfänger, durch entsprechend sensibilisiert hergestellte Flächenelemente des Empfängers, durch eine elektronische Sensibilisierungsschaltung oder durch Software-Auswahlsteuerung am Empfänger bzw. dem Empfangssignal erreicht werden.

35. Anordnung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, bei der zur Trennung von Beleuchtungs- und Abbildungsbündeln neutrale, polarisationsabhängige oder dichroitisch teilende Elemente, vorrangig in Form eines optischen Würfels oder rhomboidischen Grundkörpers, eingesetzt werden.

36. Anordnung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, wobei zur Erzielung einer guten Trennung von Beleuchtung und Abbildung polarisationsoptische Teiler kombiniert mit λ/4-Platten in den Hauptstrahlengängen benutzt werden.

37. Anordnung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die Abbildungselemente einen hohen Grad an optischer Korrektion zur Beseitigung von Abbildungsfehlern besitzen, in einigen Komponenten mit zoom optischen Eigenschaften ausgestattet sind und eine optische Nachvergrößerung im Detektionsstrahlengang vorgesehen ist.

38. Anordnung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die Abbildungselemente optisch spannungsfrei hergestellt sind und durch wahlweise polarisationsoptisch parallele und senkrechte Beleuchtung zwei Konfokalbilder des Beobachtungsobjektes in zwei Polarisationszuständen erzeugt und gemischt werden.

39. Anordnung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die Abbildungselemente eine einstellbare oder bei Zweibündelanordnungen unterschiedliche Übertragungsapertur bei gleicher Vergrößerung besitzen, um zwei Konfokalbilder des gleichen Beobachtungsobjektes für zwei unterschiedliche Übertragungsaperturen zu erzeugen und danach zu mischen.

40. Verfahren zur mikroskopischen Erzeugung von Objektbildern, wobei nacheinander mindestens zwei konfokale Bilder desselben Objektes mit unterscheidbarer optischer Objektinformation bildpixelweise aufgenommen und abgespeichert werden und die aufgenommenen und digitalisierten Bilder pixelgenau, vorzugsweise durch Differenzbildung, miteinander verknüpft werden und das derart entstehende Mischbild abgespeichert wird.

41. Verfahren nach Anspruch 40, bei der die elektronischen Repräsentanten der verschiedenen optischen Konfokalbilder durch Digitalisierung des Empfängersignales erzeugt werden.

42. Verfahren nach Anspruch 40 oder 41, bei der die verschiedenen digitalisierten Konfokalbilder unterscheidbar in Speichern abgelegt werden, was durch Synchronsignale und einen Hilfssensor gesteuert wird oder durch die natürliche Zuordnung der digitalisierten Konfokalbilder zu zwei Empfängern erfolgt.

43. Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die verschiedenen digitalisierten, unterscheidbar gespeicherten Konfokalbilder durch schnelle Bildprozessoren zu einem Mischbild verknüpft werden.

44. Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Bildaufnahme vermittels Markersignalen über einen Hilfssensor synchronisiert wird.

45. Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Differenzoperationen Δ(P_i''j'') mit den Elementen P_ij und P_i'j' der gemessenen konfokalen Bildmatrizen zu resultierenden Elementen P_i''j'' der Bildmatrix im Mischbild.