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Confocal scanning microscope with computer control - has illumination raster corresponding to raster of CCD sensor receiving image of scanned object

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DE4035799A1
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DE
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raster
illumination
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scanning
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DE19904035799
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Klaus Dr Knupfer
Eberhard Derndinger
Rudolf Dr Grosskopf
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GROSSKOPF, RUDOLF, DR.-ING., 89551 KOENIGSBRONN, D
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Carl Zeiss SMT GmbH
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Abstract

The confocal scanning microscope has a light source (11) and confocal optical elements (13o, 13u, 13t) providing an image of the illumination plane (11b) at a focal plane (13f) containing the object (14). An illumination raster (12) is contained in the illumination plane (11b), corresponding to the raster of the photosensitive area of the CCD sensor (17) located at a stop plane (17b) receiving an image of the focal plane (13f). Pref. the illumination raster (12) is provided by holes (12l) in an opaque layer (12s) illuminated by the light source (11). The CCD sensor (17) is coupled to a computer controlling the relative movement of the scanning microscope. USE - For evaluating surface profile of scanned object.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur dreidimensionalen Untersuchung eines Objektes mit einer Lichtquelle, einem Empfänger und optischen Elementen für einen konfokalen Strahlengang, bei dem eine Beleuchtungsebene in eine Fokusebene abgebildet ist, die auf oder im Objekt liegt, und bei dem die Fokusebene in eine Blendenebene abgebildet ist. The present invention relates to an apparatus for three-dimensional examination of an object with a light source, a receiver, and optical elements for a confocal beam path, wherein an illumination level is illustrated in a focal plane located on or in the object, and wherein the focal plane into a stop plane is shown.

Eine derartige Vorrichtung in Form eines konfokalen Scanning- Mikroskopes ist in einer Veröffentlichung von DK Hamilton ea (Appl. Phys. B 27, 211 (1982)) beschrieben. Such a device in the form of a confocal scanning microscope is described in a publication of DK Hamilton ea (Appl. Phys. B 27, 211 (1982)) described below. Scanning- Mikroskope mit konfokalem Strahlengang, bei dem eine sog. Punktlichtquelle in eine Ebene des Objektes und diese Ebene des Objektes auf einen sog. Punktempfänger bzw. eine Lochblende, hinter der ein Empfänger sitzt, abgebildet wird, haben die Eigenschaft sehr höhenselektiv zu sein, dh Ebenen, die nur einen geringen Abstand voneinander haben, optisch zu trennen. Scanning microscopes with a confocal beam path, in which a so-called. Point light source is imaged into a plane of the object, and this plane of the object on a so-called. Point receiver or a pinhole aperture, behind which a receiver is located, have the property to be very altitude selectively, ie planes which have only a small distance from each other optically separated. In der oben zitierten Veröffentlichung wird diese Eigenschaft dazu benutzt, ein Oberflächenprofil eines Halbleiterbauelementes aufzunehmen. In the above-cited publication, this property is used to receive a surface profile of a semiconductor device. Dafür wird für jede xy-Lage des Lichtpunktes das Objekt in z-Richtung (Richtung der optischen Achse) bewegt und der Intensitätsverlauf gemessen. For this, the object is moved in the z direction (direction of the optical axis) and the intensity curve measured for each x-y location of the light spot. Da dieser ein ausgeprägtes Maximum hat, wenn das Bild des Lichtpunktes genau auf der Oberfläche liegt, kann für jeden Punkt in der xy-Ebene die Höhe der Oberfläche in z-Richtung bestimmt werden und auf diese Weise zeitlich nacheinander das gesamte Oberflächenprofil des Objektes aufgenommen werden. Since this has a distinct maximum when the image of the light spot is located right on the surface, the height of the surface in the z-direction can be determined and are consecutively recorded the whole surface profile of the object in this manner for each point in the xy plane ,

Ein Nachteil dieser bekannten Vorrichtung ist, daß die Aufnahme eines Oberflächenprofiles, relativ viel Zeit erfordert. A disadvantage of this known apparatus is that the inclusion of a surface profile, a relatively long time requires.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, mit der in relativ kurzer Zeit Oberflächenprofile aufgenommen werden können. The present invention has for its object to provide a device which can be included in a relatively short time with the surface profiles.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Beleuchtungsraster in der Beleuchtungsebene angeordnet ist, daß in der Blendenebene ein CCD-Empfänger angeordnet ist und daß das Beleuchtungsraster auf dem CCD-Empfänger mit einem Rastermaß abgebildet ist, welches dem Rastermaß der lichtempfindlichen Bereiche des CCD-Empfängers ungefähr gleich oder größer ist. This object is inventively achieved in that a lighting grid is arranged in the illumination level that a CCD receiver is arranged in the diaphragm plane, and that the illumination grid is imaged on the CCD receiver with a pitch that the pitch of the photosensitive regions of the CCD -Empfängers is approximately equal to or greater.

Die Verwendung eines CCD-Empfängers und eines zweidimensionalen Arrays von Löchern in einer beleuchteten Schicht ist für ein Scanning-Mikroskop aus der US-PS 48 06 004 bekannt. The use of a CCD receiver and a two dimensional array of holes in a layer illuminated is known for a scanning microscope from US-PS 48 06 004th Dort ist jedoch nur angegeben, daß das Objekt in verschiedenen Schichtebenen beobachtet werden kann. There is, however, provided only that the object can be observed in different layer planes. Vor allem wird dort die Blendenwirkung des CCD-Empfängers nicht ausgenutzt, dh die Tatsache, daß er aus rasterförmig angeordneten lichtempfindlichen Bereichen besteht, deren Abmessungen erheblich kleiner sind als ihre Abstände voneinander. In particular, the screening effect of the CCD receiver is there not used, ie the fact that it consists of a grid-shaped arrangement of light-sensitive areas, the dimensions of which are significantly smaller than their spacing from one another.

In dem oben angegebenen US-Patent ist der konfokale Strahlengang vielmehr nur bei einem Auflichtmikroskop verwirklicht, bei welchem die zum Objekt gehenden Strahlenbündel durch dasselbe Löcherarray gehen wie die vom Objekt reflektierten Strahlenbündel. In the above US patent, the confocal beam path is instead realized only in a reflected light microscope, in which the continuous to the object beam bundles go through the same holes array as reflected by the object beam. Daher ist es notwendig, durch ein als Okular bezeichnetes optisches Element das Löcher-Array in eine Ebene abzubilden, in der es beobachtet oder aufgenommen wird. Therefore, it is necessary to image by a method known as an eyepiece optical element, the hole array in a plane in which it is observed or recorded. Für den letzten Fall ist unter anderem eine Video-Kamera mit einem CCD-Empfänger angegeben, deren Bilder gespeichert und ausgewertet werden können. In the latter case, among others, a video camera is provided with a CCD receiver, whose images can be stored and analyzed.

Bei der vorliegenden Erfindung wird dagegen immer ein CCD-Empfänger benutzt und seine im allgemeinen nachteilige Eigenschaft ausgenutzt, daß nur ein kleiner Anteil der Empfängerfläche aus lichtempfindlichen Bereichen besteht. In the present invention, however, a CCD receiver is always used and taken advantage of its adverse generally property that only a small portion of the receiving surface is comprised of light-sensitive areas.

Gegenüber der eingangs zitierten Veröffentlichung von Hamilton hat die erfindungsgemäße Lösung nicht nur den Vorteil, daß die Aufnahme eines Oberflächenprofiles infolge des Beleuchtungsrasters wesentlich schneller geht, sondern daß auch unmittelbar eine höhenselektive Betrachtung möglich ist, da durch den konfokalen Strahlengang die Intensität der von den einzelnen Objektstellen reflektierten Strahlungen unmittelbar von den Höhen der betreffenden Stellen des Objektes abhängt, so daß jedes Rasterelement eine Information über die Höhe der Oberfläche an der zu ihm gehörenden Stelle des Objektes gibt und damit die Intensitätsverteilung über der Oberfläche unmittelbar einen Überblick über die Höhenverteilung der Objektoberfläche gibt. Opposite the above-cited publication by Hamilton the inventive solution not only has the advantage that the inclusion of a surface profile due to the illumination grid is much faster, but also that a height-selective viewing is possible immediately, since by the confocal beam path, the intensity of each of the object points reflected radiation is directly dependent on the heights of the respective positions of the object so that each pixel is an information about the height of the surface at the part of it and location of the object and thus the intensity distribution over the surface immediately gives an overview of the height distribution of the object surface. Insbesondere lassen sich dadurch, wenn das Objekt relativ zum Strahlengang in Richtung der optischen Achse bewegt wird, sehr einfach die Bereiche mit gleicher Höhe der Oberfläche feststellen. In particular, the areas with the same level of the surface can be characterized, when the object is moved relative to the beam path in the optical axis direction, very simple to determine.

Bei Objekten mit reflektierenden Bereichen in oder unter einer transparenten Schicht ergeben sich für die Abhängig keit der Intensität von der Höhe im Objekt Reflexionsprofile mit einem kleinen Maximum für die Oberfläche der transparen ten Schicht und einem großen Maximum für den reflektierenden Bereich. For objects with reflecting areas in or under a transparent layer are obtained for the intensity dependent on the height of the object reflection profiles ness with a small maximum for the surface of the transparen th layer and a large maximum for the reflective region. Daher ist es mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung möglich, nicht nur Oberflächenprofile zu untersuchen, sondern auch Strukturen innerhalb oder unter transparenten Schichten. Therefore, it is possible with the inventive device, to examine not only the surface, but also their structures within or under transparent layers.

In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird das Beleuchtungsraster auf dem CCD-Empfänger mit einem Rastermaß abgebildet, welches dem Rastermaß der lichtempfindlichen Bereiche des CCD-Empfängers gleich oder ein ganzzahliges Vielfaches davon ist. In an advantageous embodiment of the invention the illumination grid is imaged on the CCD receiver with a pitch which is the pitch of the photosensitive regions of the CCD receiver is equal to or an integer multiple thereof.

In einer vorteilhaften, einfachen Ausführungsform der Erfindung wird das Beleuchtungsraster durch Löcher in einer Schicht realisiert, die durch eine Lichtquelle beleuchtet wird. In an advantageous and simple embodiment of the invention the illumination grid is realized through holes in a layer illuminated by a light source. Um eine größere Intensität der beleuchteten Löcher - im Folgenden auch kurz als Lichtpunkte bezeichnet - zu erreichen, kann vor der Schicht mit den Löchern ein Linsen- Array angeordnet werden, welches dafür sorgt, daß die Strahlung der Lichtquelle die Schicht nicht gleichmäßig ausleuchtet sondern auf die Löcher konzentriert wird. To a greater intensity of the illuminated holes - in the following also briefly referred to as points of light - to achieve, can be placed with the holes of a lens array in front of the layer which ensures that the radiation of the light source illuminates the layer is not uniform but to the holes is concentrated.

Normalerweise werden der CCD-Empfänger und das Beleuchtungs raster zueinander so justiert, daß die in die Blendenebene abgebildeten Lichtpunkte auf die lichtempfindlichen Bereiche des CCD-Empfängers fallen. Normally, the CCD receiver and the illumination grid are mutually adjusted so that the light spots imaged into the diaphragm plane fall on the photosensitive areas of the CCD receiver. In diesem Fall entstehen beim Durchfokussieren Intensitätsmaxima für diejenigen Objekt stellen deren reflektierende Flächen genau in der Fokusebene liegen. In this case arise during By focusing intensity maxima for those object whose reflecting surfaces make exactly in the focal plane.

Es ist jedoch auch möglich, den CCD-Empfänger und das Beleuchtungsraster zueinander so zu justieren, daß die in die Blendenebene abgebildeten Lichtpunkte zwischen die licht empfindlichen Bereiche des CCD-Empfängers fallen. However, it is also possible to adjust the CCD receiver and the illumination grid to each other so that the light spots imaged into the aperture plane between the photosensitive regions of the CCD receiver fall. In diesem Fall entstehen beim Durchfokussieren Intensitätsminima für diejenigen Objektstellen deren reflektierende Flächen genau in der Fokusebene liegen. In this case, when By focusing intensity minima for those object points whose reflecting surfaces are formed lie exactly in the focal plane. Durch eine besondere Ausbildung des CCD-Empfängers, z. Through a special design of the CCD receiver, z. B. durch relativ großflächige licht empfindliche Bereiche, kann dieser Effekt noch verstärkt werden. For example, by relatively large-area light-sensitive areas, this effect can be enhanced.

Schließlich ist auch ein inverses Beleuchtungsraster möglich; Finally, an inverse illumination grid is possible; dh das auf das Objekt und in die Blendenebene abgebildete Raster besteht nicht aus hellen Lichtpunkten, sondern aus einer hellen Fläche mit einer rasterförmigen Anordnung von kleinen dunklen Zonen. ie the grid imaged on the object and in the aperture plane is not composed of bright points of light, but from a bright surface with a grid-like array of small dark regions. Ein derartiges Beleuchtungsraster, welches z. Such an illumination grid which z. B. aus einer von der Lichtquelle beleuchteten Schicht mit lichtundurchlässigen Zonen besteht, liefert bei einem CCD-Empfänger mit kleinen lichtempfindlichen Bereichen, auf welche die dunklen Zonen abgebildet werden, ebenfalls Intensitätsminima für diejenigen Objektstellen deren reflektierende Flächen genau in der Fokusebene liegen. B. consists of an illuminated by the light source layer opaque zones, provides exactly lie in the focal plane with a CCD receiver with small light-sensitive areas, to which the dark zones are mapped, also intensity minima for those object points whose reflecting surfaces.

In einer anderen vorteilhaften Ausführungsform wird das Beleuchtungsraster durch ein Linsen-Array erzeugt, welches eine annähernd punktförmige Lichtquelle vielfach in raster förmiger Anordnung in die Beleuchtungsebene abbildet. In another advantageous embodiment, the illumination grid is generated by a lens array which images a light source approximately point shaped in many raster shaped arrangement in the illumination plane.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird das Beleuchtungsraster dadurch erzeugt, daß eine von der Licht quelle beleuchtete Blende vielfach in rasterförmiger Anordnung in die Beleuchtungsebene abgebildet wird. In a further advantageous embodiment of the illumination grid is generated by the fact that a source of the light illuminated iris is often displayed in a grid-like arrangement in the illumination plane. Auch in diesem Fall kann ein inverses Beleuchtungsraster z. Also in this case, an inverse illumination grid for. B. dadurch realisiert werden, daß die Blende ein lichtundurchlässiges Zentrum hat. For example, be realized in that the diaphragm has an opaque center.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform wird das Beleuchtungsraster durch ein Lichtquellen-Array erzeugt. In a particularly advantageous embodiment, the illumination grid is generated by a light source array. Dieses kann z. This can eg. B. aus einzelnen Leuchtdioden zusammengesetzt sein oder in integrierter Technik hergestellt werden. For example, be composed of individual light emitting diodes or be produced in integrated technology. In beiden Fällen ist es ganz besonders vorteilhaft, die Arrays und ihre Spannungsversorgung so auszubilden, daß entweder jede einzelne Lichtquelle oder bestimmte Teilmengen der Lichtquellen unabhängig von den anderen ein- und ausgeschaltet werden können. In both cases it is particularly advantageous to form the array, and their power supply so that either each individual light source, or certain subsets of light sources independently of the other can be activated and deactivated.

Zur Aufnahme der oben erläuterten höhenselektiven Übersichtsbilder ist es zweckmäßig, eine Verstellvorrichtung vorzusehen, welche es erlaubt die Fokusebene mit den Bildern der Lichtpunkte auf verschiedene Schichtebenen des Objektes einzustellen. To accommodate the above-mentioned height-selective overview images, it is desirable to provide an adjusting device which allows the focal plane with the images of the light points set in different layer planes of the object.

Zur Aufnahme vollständiger Reflexionsprofile mit guter Auflösung ist es zweckmäßig, eine Verstellvorrichtung vorzusehen, welche es erlaubt, das Beleuchtungsraster und das Objekt relativ zueinander in Ebenen senkrecht zur optischen Achse zu bewegen, so daß das Objekt mit dem Beleuchtungs raster abgescannt wird. To accommodate full reflection profile with good resolution, it is desirable to provide an adjusting device which allows to move the illumination grid and the object relative to each other in planes perpendicular to the optical axis, so that the object is scanned with the illumination raster. Die Relativbewegung zwischen Licht punkten und Objekt kann dabei innerhalb des Abstandes benach barter Lichtpunkte bleiben oder auch ein Vielfaches davon betragen. The relative movement between the light points and object can remain within the distance Benach barter points of light, or be a multiple thereof.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der CCD-Empfänger mit einem Computer verbunden, der die Signale des CCD-Empfängers auswertet. In a further advantageous embodiment of the invention, the CCD receiver is connected to a computer which evaluates the signals of the CCD receiver. Es ist in diesem Fall vorteilhaft, die Verstellvorrichtungen für die relative Bewegung von Lichtpunkten und Objekt zueinander in Richtung der optischen Achse und/oder in den Ebenen der Lichtpunkte bzw. des Objektes durch den Computer zu steuern. It is advantageous in this case to control the adjusting of the relative movement of light points and object each other in the optical axis direction and / or in the planes of the light points or the object by the computer.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird von dem Computer außerdem eine Schaltvorrichtung gesteuert, die unterschiedliche Teilmengen der Lichtquellen des Lichtquellen-Arrays ein- und ausschaltet. In a particularly preferred embodiment of the invention, a switching device is also controlled by the computer to turn the different subsets of the light sources of the light source arrays on and off. Dabei kann z. This might involve can. B. die Anzahl der eingeschalteten Lichtquellen von den Ergebnissen der Auswertung des Computers gesteuert werden, so daß in kritischen Bereichen eines Objektes der Streulichtanteil durch eine Verminderung der Anzahl der wirksamen Lichtquellen gesenkt werden kann. As the number of turned-on light sources are controlled by the results of the evaluation of the computer, so that can be reduced in critical areas of an object of the scattered light component due to a reduction in the number of effective light sources.

Beim Abscannen eines Objektes kann es vorteilhaft sein, Beleuchtungsraster und CCD-Empfänger relativ zueinander in der Beleuchtungsebene bzw. in der Blendenebene durch eine Verstellvorrichtung, die zweckmäßigerweise vom Computer gesteuert wird, zu verschieben. During scanning of an object it may be advantageous to move the illumination grid and CCD-receivers relative to each other in the illumination plane and in the aperture plane by an adjusting device, which is conveniently controlled by the computer. Mit einem leistungsfähigen Computer können durch diese Verschiebung zusätzliche Informationen gewonnen werden, die eine genauere Auswertung ermöglichen. With a powerful computer, additional information may be obtained by this shift, allowing a more accurate evaluation. In diesem Fall muß das Rastermaß des Beleuch tungsrasters nur ungefähr gleich oder größer sein als das Rastermaß der lichtempfindlichen Bereiche des CCD-Empfängers. In this case, the pitch of the BL LEVEL need only be approximately equal to or greater than the pitch of the photosensitive regions of the CCD receiver processing grid.

Für eine möglichst geringe Tiefenschärfe der konfokalen Abbildung ist es vorteilhaft, an Stelle der üblichen kreisförmigen Telezentrie-Blende eine ringförmige Blende vorzusehen. To minimize the depth of field of the confocal imaging, it is advantageous to provide an annular orifice instead of the usual circular telecentric aperture. Die Anwendung einer derartigen Blende ist aus der EP-A2-02 44 640 bekannt. The application of such a diaphragm is known from EP-A2-02 44 640. Dort sind auch Blenden mit anderen Transmissionsmustern (pattern) beschrieben, die auch für das vorliegende optische Abbildungssystem geeignet sind, um die dreidimensionale Übertragungsfunktion an vorbekannte Objektmuster anzupassen. There are also panels with different transmission patterns (pattern) are described that are suitable for the present optical imaging system to adjust the three-dimensional transfer function of previously known object pattern.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von in den Fig. 1 bis 7 dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. The invention will be explained in more detail below with reference to in Figs. 1 to 7 illustrated embodiments. Dabei zeigen: They show:

Fig. 1 eine Ausführung, bei der das Beleuchtungsraster durch eine beleuchtete Schicht mit Löchern erzeugt wird, Fig. 1 in which the illumination grid is generated by an illuminated layer with holes an embodiment,

Fig. 2 eine Ausführung, bei der die Ausleuchtung der Löcher durch ein zusätzliches Linsen-Array ver bessert wird, Fig. 2 in which the illumination of the holes is improved ver by an additional lens array execution,

Fig. 3 eine Ausführung, bei der das Beleuchtungsraster durch ein Halbleiter-Array erzeugt wird, Fig. 3 in which the illumination grid is generated by a semiconductor array execution,

Fig. 4 eine Glasplatte mit einem Muster für ein inverses Beleuchtungsraster, Fig. 4 is a glass plate with a pattern of an inverted illumination grid,

Fig. 5 eine Anordnung zur Erzeugung eines Beleuchtungs rasters durch vielfache Abbildung einer Lichtquelle mit einem Linsen-Array, Fig. 5 shows an arrangement for generating a lighting grid by multiple imaging of a light source with a lens array,

Fig. 6 eine Anordnung zur Erzeugung eines Beleuchtungs rasters durch vielfache Abbildung einer beleuchte ten Blende mit einem Linsen-Array und 6 shows an arrangement for generating an illumination grid by multiple imaging an illuminated th aperture having a lens array and.

Fig. 7 ein Beispiel für die beleuchtete Blende in Fig. 6. Fig. 7 shows an example for the illuminated bezel in Fig. 6.

In Fig. 1 ist mit ( 11 ) eine Lichtquelle, z. In Fig. 1, with (11) a light source, z. B. eine Halogenlampe, bezeichnet, die mit Hilfe des Kondensors ( 11 k), evtl. über ein Filter ( 11 f) (zur Aussonderung eines ausreichend schmalen Spektralbereiches), Löcher ( 12 l) in einer Schicht ( 12 s) beleuchtet. As a halogen lamp, referred to, the illuminated by means of the condenser (11 k), possibly via a filter (11 f) (for separating a sufficiently narrow spectral range), holes (12 l) in a layer (12 s). Eine derartige Schicht kann in bekannter Weise z. Such a layer may in a known manner, for. B. aus Chrom auf einer Glasplatte ( 12 g) hergestellt werden. As chrome on a glass plate (12 g) are prepared. Die Löcher ( 12 l) sind in der Schicht ( 12 s) ebenso rasterförmig angeordnet wie die licht-empfind lichen Bereiche des CCD-Empfängers ( 17 ). The holes (12 l) are in the layer (12 s) as well as a grid-like arranged as the light-SENS union areas of the CCD receiver (17). Wird z. If, for. B. der Empfänger 1 CX 022 der Fa. Sony verwendet, dann enthält die Schicht 512×512 Löcher mit einem Abstand von 11 µm in bei den Richtungen des Rasters und mit einer Lochgröße von z. B. the receiver 1 CX 022 from the company. Sony used, the layer contains 512 x 512 holes with a pitch of 11 microns in at the directions of the raster and having a hole size of z. B. 2 µm×2 µm. B. 2 microns x 2 microns. Die Größe der Löcher ist also erheblich kleiner als ihr Abstand. The size of the holes is so much smaller than their distance. Der Abstand der Löcher bzw. Bereiche von Mitte zu Mitte wird als Rastermaß bezeichnet. The spacing of the holes or ranges from center to center is referred to as pitch.

Das durch die beleuchteten Löcher ( 12 l) in der Schicht ( 12 s) erzeugte Beleuchtungsraster liegt in der Beleuchtungsebene ( 11 b). The illuminated through the holes (12 l) in the layer (12 s) illumination grid is generated in the illumination plane (11 b). Diese wird durch die Linsen ( 13 o, 13 u) in die Fokusebene ( 13 f) abgebildet, so daß in letzterer das Objekt ( 14 ) mit rasterförmig angeordneten Lichtpunkten beleuchtet wird. This is mapped by the lenses (13 o, 13 u) in the focal plane (13 f) so that the object in the latter (14) is illuminated with light arranged in a raster points. Bei nichttransparenten Objekten kann nur die Oberfläche ( 14 o) beleuchtet werden, während bei transparenten Objekten auch Schichten ( 14 s) im Inneren mit den Lichtpunkten beleuchtet werden können. In non-transparent objects, only the surface (14 o) can be illuminated, while for transparent objects and layers (14 s) can be illuminated on the inside with the light spots. Die vom Objekt in der Fokusebene ( 13 f) reflektierten Lichtstrahlen werden von den Linsen ( 13 u, 13 o) über einen Strahlteiler ( 16 ) in der Blendenebene ( 17 b) fokussiert. From the object in the focal plane (13 f) the reflected light beams from the lenses (13 u, 13 u) focused by a beam splitter (16) in the diaphragm plane (17 b). Die für eine konfokale Anordnung notwendigen Blenden werden in der Blendenebene ( 17 b) realisiert durch die lichtempfindlichen Bereiche des CCD-Empfängers ( 17 ), die durch relativ große Zwischenräume voneinander getrennt sind. The necessary for a confocal arrangement of apertures are in the diaphragm plane (17 b) realized by the light-sensitive areas of the CCD receiver (17), which are separated by relatively large spaces.

Zwischen den Linsen ( 13 o, 13 u) ist üblicherweise eine sog. Telezentrie-Blende ( 13 t) angeordnet, welche dafür sorgt, daß der Mittenstrahl ( 13 m) parallel zur optischen Achse ( 10 ) auf das Objekt ( 14 ) trifft, so daß die Lage der Lichtpunkte auf dem Objekt sich nicht ändert, wenn das Objekt ( 14 ) in Richtung der optischen Achse ( 10 ) bewegt wird. Between the lenses (13 o, 13 u) is usually a so-called. Telecentric aperture (13 t) is arranged, which ensures that the central beam (13 m) meets parallel to the optical axis (10) onto the object (14), so that the position of the light spots on the object does not change when the object (14) is moved in the direction of the optical axis (10).

Das Objekt ( 14 ) kann durch eine Verstellvorrichtung ( 15 ) in allen 3 Raumrichtungen bewegt werden, so daß verschiedene Schichten ( 14 s) des Objektes ( 14 ) abgescannt werden können. The object (14) can be moved by an adjusting device (15) in all 3 directions in space, so that different layers (14 s) can be scanned of the object (14). Dabei kann die Bewegung in x- und y-Richtung kleiner gewählt werden als das Rastermaß der Lichtpunkte ( 12 ) bzw. des CCD-Empfängers ( 17 ). The movement may be selected to be smaller in the x and y directions than the pitch of the light spots (12) or the CCD receiver (17). Selbstverständlich kann die Bewegung des Objektes ( 14 ) in z-Richtung auch durch verschieben der Linsen ( 13 o, 13 u) in Richtung der optischen Achse ( 10 ) erreicht werden und ebenso können anstelle der Bewegung des Objektes in x- und y-Richtung auch die Schicht ( 12 s) mit den Löchern ( 12 l) und CCD-Empfänger ( 17 ) entsprechend bewegt werden. Of course, the movement of the object (14) in the z-direction can also by moving the lenses (13 o, 13 u) in the direction of the optical axis (10) is reached and also, instead of the movement of the object in the x and y-direction and the layer (s 12) with the holes (12 l) and CCD-receivers (17) are moved accordingly.

Die Signale des CCD-Empfängers ( 17 ) werden über die Verbindungsleitung ( 17 v) in einen Computer ( 18 ) übertragen, der in bekannter Weise die Auswertung übernimmt und auf einem Bildschirm ( 18 b) die Ergebnisse der Auswertung z. The signals of the CCD receiver (17) via the connecting line (17 v) transfer (18) in a computer, which takes over in a known manner and the evaluation on a screen (18 b) the results of the evaluation of z. B. in Form von graphischen Darstellungen wiedergibt. B. reproduces in the form of graphs. Der Computer ( 18 ) kann auch über die Verbindungsleitung ( 18 v) die Verschiebung der Fokusebene ( 13 f) im Objekt und das Scannen in x- und y- Richtung steuern. The computer (18) also via the connecting line (18 v) the displacement of the focal plane (13f) in the object and controlling the scanning in x and y directions. Diese Steuerung kann im Computer als festes Programm vorliegen oder abhängig von den Ergebnissen der Auswertung erfolgen. This control may be or the computer as a fixed program carried out depending on the results of the evaluation.

In Fig. 2 ist zwischen dem Kondensor ( 11 k) bzw. dem Filter ( 11 f) und der Schicht ( 12 s) mit den Löchern ( 12 l) ein Linsen- Array ( 22 a) angeordnet, welches ebenso viele kleine Linsen ( 22 l) enthält wie die Schicht ( 12 s) Löcher ( 12 l) hat. In FIG. 2 (12 s) (12 l) a lens array arranged with the holes (22 a) between the condenser (11 k) and the filter (11 f) and the layer, which (as many small lenses 22 l) contains as the layer (12 s) has holes (12 l) has. Die Linsen ( 22 l) haben die Aufgabe, Bilder der Leuchtwendel der Lichtquelle ( 11 ) in die Löcher abzubilden und damit den Lichtpunkten eine größere Intensität zu geben. The lenses (22 l) have the task of mapping images of the light filament of the light source (11) in the holes, thus giving the light a greater intensity points.

Das Linsen-Array ( 22 a) und die Schicht ( 12 s) mit den Löchern ( 12 l) können - wie dargestellt - in einem gemeinsamen Teil ( 22 g) vereinigt sein. The lens array (22 a) and the layer (12 s) with the holes (12 l) may - as shown - in a common part (22 g) may be combined. Die Herstellung geeigneter Linsen- Arrays ist z. The preparation of suitable lens array is z. B. aus einer Veröffentlichung von K. Koizumi (SPIE Vol. 1128, 74 (1989)) bekannt. B. from a publication by K. Koizumi (SPIE Vol. 1128, 74 (1989)) are known.

Eine besonders vorteilhafte Realisierung des Beleuchtungs rasters ist in Fig. 3 dargestellt. A particularly advantageous implementation of the illumination grid is shown in Fig. 3. Dort ist mit ( 31 ) ein Lichtquellen-Array bezeichnet, welches z. There, a light source array is denoted by (31), which, for. B. aus Lumines zenzdioden (LEDs) ( 31 l) bestehen kann. B. from Luminescent zenzdioden (LEDs) (31 l) may be made. Ein derartiges Array mit einer Größe von z. Such an array of size z. B. 10×10 Dioden läßt sich z. B. 10 × 10 diodes can be such. B. aus handelsüblichen Mini-Dioden LSU260-EO der Fa. Siemens mit einem Rastermaß von 2,5 mm zusammensetzen und hat daher eine Gesamtgröße von 2,5 cm×2,5 cm. B. composed of commercially available mini-diodes LSU260-EO Fa. Siemens with a pitch of 2.5 mm and therefore has a total size of 2.5 cm x 2.5 cm. Es wird im Maßstab von ca. 1 : 5 in die Beleuchtungsebene ( 11 b) durch das Objektiv ( 31 o) so abgebildet, daß es ungefähr die Größe der gesamten lichtempfindlichen Fläche des CCD-Empfängers von 5 mm×5 mm erhält. It is in the scale of about 1: 5 in the illumination plane (11 b) through the lens (31 o) displayed so that it is about the size of the entire light-sensitive surface of the CCD receiver of 5 mm × 5 mm is obtained. Vom CCD-Empfänger ( 17 ) werden in diesem Fall nur 100 lichtempfindliche Bereiche mit einem Rastermaß von ca. 0,5 mm×0,5 mm ausgenutzt. From the CCD receiver (17) in this case, only 100 photosensitive areas with a pitch of about 0.5 mm × 0.5 mm are utilized. Trotzdem ergibt sich durch die 100 Lichtpunkte ein erheblicher Zeitgewinn gegenüber dem Scannen mit nur einem Lichtpunkt. Nevertheless, a significant time savings compared with the scan with just one point of light is due to the 100 points of light.

Auch in diesem Fall kann es vorteilhaft sein, in der Beleuch tungsebene ( 11 b) eine Schicht ( 32 s) mit Löchern ( 32 l) anzuordnen, damit die Lichtpunkte genügend kleine Abmessungen erhalten. Also in this case, it may be advantageous to processing level in the BL LEVEL (11 b) a layer (32 s) with holes (32 l) to be arranged so that the light spots get enough small dimensions. Außer dem Objektiv ( 31 o) für die verkleinerte Abbildung ist eine Feldlinse ( 31 f) für die weitere Abbildung im konfokalen Strahlengang zweckmäßig. In addition to the lens (31 o) for the reduced image is a field lens (31 f) appropriate for the further imaging in the confocal beam path.

Wesentlich vorteilhafter ist es, für das Beleuchtungsraster integrierte LED-Arrays zu verwenden, wie sie z. Much more advantageous to use integrated LED arrays for the illumination grid as z. B. in einer Veröffentlichung von JP Donnelly (SPIE 1043, 92 (1989)) beschrieben sind. Example, in a publication of JP Donnelly (SPIE 1043, 92 (1989)) are described. Auch derartige LED-Arrays haben genauso wie das zusammengesetzte Array aus Mini-Dioden den Vorteil, daß definierte Teilmengen der LEDs ein- und ausgeschaltet werden können. Also, such LED arrays as well as the composite array of mini-diodes have the advantage that defined subsets of the LEDs on and can be turned off. In beiden Fällen kann das Ein- und Ausschalten vom Computer ( 18 ) über die Schaltvorrichtung ( 19 ) gesteuert werden. In both cases, the switching on and off by the computer (18) via the switching device (19) can be controlled.

Der in den Fig. 1 bis 3 dargestellte konfokale Strahlen gang zwischen Beleuchtungsebene ( 11 b), Fokusebene ( 13 f) und Blendenebene ( 17 b) ist nur eine spezielle Ausführungsform von mehreren bekannten konfokalen Strahlengängen, bei denen die Erfindung in für den Fachmann sofort erkennbarer Weise ange wendet werden kann. The illustrated in FIGS. 1 to 3 confocal beam path between illumination plane (11 b), the focal plane (13 f) and aperture plane (17 b) is only one particular embodiment of several known confocal optical paths in which the invention to those skilled immediately can be spent recognizable way in the. Außerdem ist auch bei dem dargestellten Strahlengang eine Abbildung der Beleuchtungsebene ( 11 b) in die Fokusebene ( 13 f) im Maßstab 1 : 1 keineswegs notwendig. In addition, an image of the illumination plane (11 b) in the focal plane (13 f) in the scale 1 is also in the illustrated beam path: 1 by no means necessary. Vielmehr ist dabei nicht nur - wie von Mikroskopen bekannt - eine Verkleinerung sondern auch eine Vergrößerung möglich, weswegen in der Überschrift auch nicht die Bezeichnung Mikro skop verwendet wurde. Rather, is not only - as is known of microscopes - a reduction but an increase possible, so was used in the title nor the name micro microscope.

In der Fig. 4 ist eine Glasplatte ( 41 ) für ein inverses Beleuchtungsraster dargestellt. In FIG. 4, a glass plate (41) for an inverted illumination grid is shown. Hier besteht die auf die Glasplatte aufgebrachte, lichtundurchlässige Schicht nur aus kleinen Zonen ( 42 ), welche durch relativ weite, lichtdurch lässige Bereiche voneinander getrennt sind. Here, the force applied to the glass plate, only opaque layer of small zones (42) which are separated by relatively wide light transmissive areas.

In der Fig. 5 wird das Beleuchtungsraster durch ein Linsen- Array ( 53 ) erzeugt, welches durch ausreichend gute Abbil dungseigenschaften von einer nahezu punktförmigen Lichtquelle ( 51 ) ausreichend kleine Lichtpunkte ( 54 ) in der Beleuchtungs ebene ( 11 b) herstellt. In FIG. 5 the illumination grid by a lens array (53) is generated which binding properties by sufficiently good Abbil from a nearly point-like light source (51) produces sufficiently small light spots (54) in the illumination plane (11 b). Die Kondensorlinse ( 52 ) bewirkt, daß das Linsen-Array ( 53 ) von einem Parallelbündel durchsetzt wird, so daß jede einzelne Linse ( 53 l) optimal benutzt wird. Causes the condenser lens (52), in that the lens array (53) is penetrated by a parallel beam, so that each lens (53 l) is optimally used.

Fig. 6 zeigt eine Anordnung bei der durch ein Linsen-Array ( 53 ) eine Blende ( 61 ) vielfach in die Beleuchtungsebene ( 11 b) abgebildet wird. Fig. 6 shows an arrangement in which, by a lens array (53) an orifice (61) widely used in the illumination plane (11 b) is mapped. Diese Blende wird über den Kondensor ( 62 ) und die Streuscheibe ( 63 ) von der Lichtquelle ( 11 ) beleuch tet. This diaphragm is tet via the condenser (62) and the lens (63) from the light source (11) BL LEVEL. Als Blende sind die verschiedensten Ausführungsformen möglich. As bezel various embodiments are possible. Als Beispiel zeigt die Fig. 7 eine Blende ( 61 ) mit quadratischer Begrenzung des lichtdurchlässigen Bereiches ( 71 ) und einem lichtundurchlässigen Zentrum ( 72 ) für ein inverses Beleuchtungsraster. As an example, Figure 7 shows. An aperture (61) with a square boundary of the light-transmissive region (71) and an opaque center (72) for an inverted illumination grid. Natürlich sind auch Blenden für ein Beleuchtungsraster aus Lichtpunkten etc. möglich. Of course, aperture, etc. possible for a lighting grid of light points.

Claims (16)

1. Vorrichtung zur dreidimensionalen optischen Untersuchung eines Objektes ( 14 ) mit einer Lichtquelle ( 11 ), einem Empfänger ( 17 ) und optischen Elementen ( 13 o, 13 u, 13 t) für einen konfokalen Strahlengang, bei dem eine Beleuch tungsebene ( 11 b) in eine Fokusebene ( 13 f) abgebildet ist, die auf oder im Objekt ( 14 ) liegt, und bei dem die Fokusebene ( 13 f) in eine Blendenebene ( 17 b) abgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Beleuchtungsraster ( 12 , 22 , 32 ) in der Beleuchtungsebene ( 11 b) angeordnet ist, daß in der Blendenebene ( 17 b) ein CCD-Empfänger ( 17 ) angeordnet ist und daß das Beleuchtungsraster ( 12 , 22 , 32 ) auf dem CCD-Empfänger ( 17 ) mit einem Rastermaß abgebildet ist, welches dem Rastermaß der lichtempfind lichen Bereiche des CCD-Empfängers ( 17 ) ungefähr gleich oder größer ist. 1. A device for three-dimensional optical inspection of an object (14) with a light source (11), a receiver (17) and optical elements (13 o, 13 u, 13 t) for a confocal beam path, wherein a Ligh ting plane (11 b ) (in a focal plane 13 f) is shown lying on or in the object (14), and wherein the focal plane (13 f) (in a stop plane 17 b) is displayed, characterized in that a lighting grid (12, 22 , 32) (in the illumination plane 11 b is arranged) that (in the aperture plane 17 b), a CCD receiver (17) is arranged and in that the illumination grid (12, 22, 32) (on the CCD receiver 17) is shown a grid which the pitch of the lichtempfind union areas of the CCD receiver (17) is approximately equal to or greater.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Beleuchtungsraster ( 12 , 22 , 32 ) auf dem CCD-Empfänger ( 17 ) mit einem Rastermaß abgebildet ist, welches dem Rastermaß der lichtempfindlichen Bereiche des CCD-Empfängers ( 17 ) gleich oder ein ganzzahliges Vielfaches davon ist. 2. Device according to claim 1, characterized in that the illumination grid (12, 22, 32) on the CCD receiver (17) is depicted with a pitch that the pitch of the photosensitive regions of the CCD receiver (17) is equal to or is integral multiples thereof.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß das Beleuchtungsraster ( 12 ) aus von der Lichtquelle ( 11 ) beleuchteten Löchern ( 12 l) in einer Schicht ( 12 s) besteht. 3. A device according to claim 1 or 2, characterized characterized marked in that the illumination grid (12) illuminated by the light source (11) holes (12 l) in a layer (s 12).
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß für die Beleuchtung der Löcher ( 12 l) ein Linsen-Array ( 22 a) vorgesehen ist. 4. Apparatus according to claim 3, characterized in that for the illumination of the holes (12 l) a lens array (22 a) is provided.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß das Beleuchtungsraster aus einer von der Lichtquelle ( 11 ) beleuchteten Schicht mit lichtundurch lässigen Zonen ( 42 ) besteht. 5. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the illumination grid of one of the light source (11) is illuminated with lichtundurch layer permeable zones (42).
6. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß das Beleuchtungsraster durch ein Linsen- Array ( 53 ), welches die Lichtquelle ( 51 ) vielfach in rasterförmiger Anordnung in die Beleuchtungsebene ( 11 b) abbildet, erzeugt ist. 6. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the illumination grid by a lens array (53) which images the light source (51) multiple times in a grid-like arrangement in the illumination plane (11 b), is generated.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß das Beleuchtungsraster durch ein Linsen- Array ( 53 ), welches eine von der Lichtquelle ( 11 ) beleuchtete Blende ( 61 ) vielfach in rasterförmiger Anordnung in die Beleuchtungsebene ( 11 b) abbildet, erzeugt ist. 7. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the illumination grid by a lens array (53), mapping a from the light source (11) illuminated aperture (61) multiple times in a grid-like arrangement in the illumination plane (11 b) is generated.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Blende ( 61 ) ein lichtundurchlässiges Zentrum ( 72 ) hat. 8. The device according to claim 7, characterized in that the diaphragm (61) has an opaque center (72).
9. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß das Beleuchtungsraster ( 32 ) aus einem Lichtquellen-Array ( 32 a) besteht. 9. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the illumination grid (32) consists of a light source array (32 a).
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquellen ( 32 l) des Lichtquellen-Arrays ( 32 a) einzeln oder in Teilmengen ein- und ausschaltbar sind. 10. Apparatus according to claim 9, characterized in that the light sources (32 l) of the light source array (32 a), individually or in subsets mono- switched on and off.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß durch eine Verstellvorrichtung ( 15 ) die Fokusebene ( 13 f) auf verschiedene Schichten ( 14 s) des Objektes ( 14 ) einstellbar ist und/oder das Beleuch tungsraster ( 12 , 22 , 32 ) und das Objekt ( 14 ) relativ zueinander in Ebenen senkrecht zur optischen Achse ( 10 ) bewegbar sind. 11. Device according to one of claims 1 to 10, characterized in that by an adjusting device (15) the focal plane (13 f) to various layers (14s) of the object (14) is adjustable and / or the Ligh ting grid (12, 22, 32) and the object (14) are movable relative to each other in planes perpendicular (to the optical axis 10).
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der CCD-Empfänger ( 17 ) mit einem Computer ( 18 ) verbunden ist, in dem die Signale des CCD-Empfängers ( 17 ) ausgewertet werden. 12. Device according to one of claims 1 to 11, characterized in that the CCD receiver (17) with a computer (18), are evaluated in which the signals of the CCD receiver (17).
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Computer ( 18 ) mit einer Verstellvorrichtung ( 15 ) verbunden ist, durch welche die Einstellung der Fokusebene ( 13 f) auf verschiedene Schichten ( 14 s) des Objektes ( 14 ) und/oder die Bewegung von Beleuch tungsraster ( 12 , 22 , 32 ) und Objekt ( 14 ) relativ zueinander durch den Computer ( 18 ) steuerbar ist. 13. The apparatus according to claim 12, characterized in that the computer (18) with an adjusting device (15) is connected, through which the adjustment of the focal plane (13 f) to various layers (14s) of the object (14) and / or the movement of Ligh ting raster (12, 22, 32) and object (14) relative to each other by the computer (18) is controllable.
14. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 13, dadurch gekenn zeichnet, daß der Computer ( 18 ) mit einer Schalt vorrichtung ( 19 ) verbunden ist, durch welche die Licht quellen ( 32 l) des Lichtquellen-Arrays ( 32 a) einzeln oder in Teilmengen abhängig von den Ergebnissen der Auswertung des Computers durch den Computer ( 18 ) ein- und ausschalt bar sind. 14. The apparatus of claim 10 or 13, characterized in that the computer (18) device with a switch (19) is connected, through which sources of light (32 l) of the light source array (32 a), individually or in subsets off depending on the results of the evaluation of the computer by the computer (18) and are scolded bar.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Computer ( 18 ) mit einer Verstell vorrichtung ( 15 v) verbunden ist, durch welche das Beleuchtungsraster ( 12 , 22 , 32 ) und der CCD-Empfänger ( 17 ) relativ zueinander in der Beleuchtungsebene ( 11 b) bzw. in der Blendenebene ( 17 b) verschiebbar sind. 15. Device according to any one of claims (15 v) is connected 12 to 14, characterized in that the computer (18) device having a variable force, by which the illumination grid (12, 22, 32) and the CCD receiver (17) relative to one another in the illumination plane (11b) or in the diaphragm plane (17 b) are movable.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß im konfokalen Strahlengang eine Telezentrie-Blende ( 13 t) vorgesehen ist, die ringförmig ausgebildet ist und/oder ein Transmissionsmuster hat. 16. Device according to one of claims 1 to 15, characterized in that in the confocal beam path a telecentric aperture (13 t) is provided, which is annular and / or has a transmission pattern.
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