Konfokalmikroskop

Was ist ein Konfokalmikroskop?

Ein Konfokalmikroskop (Laser-Scanning-Konfokalmikroskop) ist ein Mikroskop, das die Oberflächentopografie eines Objekts mit einem Laserstrahl misst.

Einige Mikroskope haben ähnliche Funktionen und sind mit Kontakttastern wie Auslegern ausgestattet, die jedoch die Oberfläche berühren und die Probe beschädigen oder zerkratzen können. Konfokalmikroskope hingegen nutzen die Lichtreflexion und ermöglichen so eine berührungslose Prüfung.

Die Optik ist genau dieselbe wie bei herkömmlichen konfokalen Lasermikroskopen, aber es gibt viele Produkte, die Hochgeschwindigkeits-MEMS-Scanner oder Resonanzscanner einsetzen, um dreidimensionale Informationen zu erhalten und so die Scanzeit zu verkürzen.

Anwendungen von Konfokalmikroskopen

Konfokalmikroskope werden für die Inspektion verschiedener Produkte und die Suche nach Problemen eingesetzt. Insbesondere Halbleiterbauteile und Leiterplatten werden häufig mit Laser-Mikroskopen zur Formanalyse untersucht, die eine berührungslose, zerstörungsfreie Prüfung ermöglichen, da die Bauteile selbst sehr klein sind und eine komplizierte Oberflächenstruktur aufweisen.

Die Verwendung eines problemlosen Produkts als Referenz und dessen Überlagerung mit dem Bild des geprüften Teils ermöglicht eine schnelle Erkennung von Problembereichen. Es wird auch für die Inspektion von Lebensmitteln verwendet, da es berührungslos ist und daher auch bei weichen Proben eingesetzt werden kann und keine besondere Vorbehandlung erfordert.

Funktionsweise des Konfokalmikroskops

Konfokalmikroskope gewinnen Informationen über die Oberflächenform durch Bestrahlung mit einem Laser und Erfassung des reflektierten Lichts.

1. 2D-Form

Da die Lichtintensität mit dem Quadrat der Entfernung abnimmt, kann die Entfernung zur Oberfläche durch Überwachung der Intensität des reflektierten Lichts bestimmt werden. Wird Licht von einem nicht fokussierten Punkt eingefügt, wird die Zunahme oder Abnahme des reflektierten Lichts gemittelt und die Empfindlichkeit verringert.

Um dies zu verhindern, verwendet das Konfokalmikroskop eine konfokale Optik mit Nadellöchern in der konjugierten Brennebene, um überschüssiges Licht aus der nicht-fokalen Ebene abzuschneiden. Die auf diese Weise genau ermittelte Abstandsinformation zur Oberfläche kann als zweidimensionale Information durch Abtasten des Lasers in XY-Richtung gewonnen werden.

2. 3D-Form

Wird die Objektivlinse weiter in Z-Richtung abgetastet, kann eine dreidimensionale 3D-Formanalyse durchgeführt werden. Wie in der allgemeinen optischen Mikroskopie hängt die räumliche Auflösung in planarer Richtung von der Wellenlänge des Lasers gemäß dem Abbe’schen Gesetz ab.

Wenn es keine Probleme mit der Probe gibt, kann daher ein Nahultraviolettlaser mit einer kürzeren Wellenlänge, z. B. 405 nm, für hochauflösende Messungen verwendet werden.

Weitere Informationen zu Konfokalmikroskopen

1. Messverfahren mit Lasermikroskopen

Es gibt drei Hauptarten von Mikroskopen: Lichtmikroskopie, Elektronenmikroskopie und Rastersondenmikroskopie. Die Lasermikroskopie gehört zu den optischen Mikroskopen.

Der Vorgang von der Laserbestrahlung bis zur Bilddarstellung umfasst bei der Lasermikroskopie die folgenden sechs Schritte:

1. Ein Laser wird als Lichtquelle verwendet.
2. Der Laser tritt durch das Objektiv und tastet das Messobjekt ab.
3. Das vom Messobjekt reflektierte Licht tritt erneut in die Objektivlinse ein.
4. Ein Halbspiegel verändert den Weg des reflektierten Lichts zum Detektor.
5. Eine Lochblende in der Abbildungsposition eliminiert das Streulicht.
6. Das auf den Detektor auftreffende Laserlicht wird durch Bildverarbeitung mit Hilfe eines Verstärkers etc. als dreidimensionales Bild dargestellt.

2. Oberflächenrauigkeit in der Lasermikroskopie

Die Oberflächenrauigkeit in der Lasermikroskopie ist ein Indikator für die Unebenheiten der bearbeiteten Oberfläche eines Teils. Die Oberflächenrauigkeit ist ein zyklisches Merkmal, das aus einer Reihe von Spitzen und Tälern mit unterschiedlichen Höhen, Tiefen und Abständen besteht.

Die Oberflächenrauigkeit verändert die Haptik und Textur einer Oberfläche, wobei sich größere Oberflächen rauer anfühlen und weniger Licht reflektieren. Andererseits sind Oberflächen mit einer geringeren Oberflächenrauheit glatter und reflektieren das Licht intensiver wie ein Spiegel.

In der heutigen Zeit werden die Beschaffenheit und die Haptik eines Produkts als wichtig erachtet,und die Rauheit ist ein wichtiger Indikator für die Qualitätskontrolle des Aussehens. Zu den Indikatoren für die Oberflächenrauheit gehören das arithmetische Mittel der Rauheit (Ra) unter Verwendung des Mittelwerts und die maximale Höhe (Rz) unter Verwendung der Summe von Spitzen und Tälern.