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WO2018138138A1 - Method and device for sensing the surface structure and the nature of a sample - Google Patents

Method and device for sensing the surface structure and the nature of a sample Download PDF

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WO2018138138A1
WO2018138138A1 PCT/EP2018/051712 EP2018051712W WO2018138138A1 WO 2018138138 A1 WO2018138138 A1 WO 2018138138A1 EP 2018051712 W EP2018051712 W EP 2018051712W WO 2018138138 A1 WO2018138138 A1 WO 2018138138A1
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WO
WIPO (PCT)
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sample
light
laser
reflected
beams
Prior art date
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PCT/EP2018/051712
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German (de)
French (fr)
Inventor
Juergen Marx
Heinrich Alexander Eberl
Matthias Raedle
Tobias TEUMER
Patrick Doernhofer
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Original Assignee
Individual
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Publication date
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    • G01N21/47Scattering, i.e. diffuse reflection
    • G01N21/4738Diffuse reflection, e.g. also for testing fluids, fibrous materials

Definitions

  • the invention relates to a method for detecting the surface structure and nature of a sample according to the preamble of claim 1 and to a device for detecting the surface structure and nature of a sample according to the preamble of claim 18.
  • a device for detecting an impression on a track carrier which has a track carrier support, a receiving head with a
  • Infrared receiving camera and a holder for the recording head with which the recording head is held relative to the track carrier holder.
  • the infrared camera picks up the infrared rays emitted and / or reflected by an imprint on the track carrier.
  • the receiving head is arranged in a holder which contains a telescoping column for adjusting the distance of the receiving head from the track carrier, which can be moved horizontally along a bar held by two bars linear.
  • the recording head additionally has a digital camera for creating images of an evidence stored on the track carrier and an infrared emitter, which can be moved in a circle around the infrared camera.
  • a method for detecting a fingerprint is known from DE 100 22 143 A1, in which a picture of the fingerprint arranged on a track carrier is recorded in the invisible, infrared wavelength range by means of a camera so that the image is not only reflected by the reflection, as in the visible wavelength range or absorption of the incident light, but also by the emitted heat radiation.
  • the track carrier is placed on a temperature-controlled pad and illuminated by a light source, which is arranged laterally and in height offset from the temperature-controlled pad.
  • the image is taken by means of a camera, which is arranged above the track carrier located on the temperature-controlled substrate.
  • the arrangement of spectral filters on the light source and the camera the track carrier is illuminated with light of the desired wavelength range.
  • the method and the device should be particularly suitable for surfaces in which the backscatter of the surface is not constant. In such cases, the signal from the sample is difficult to differentiate from the signal from the surrounding sample.
  • the light emitted onto the sample has at least two different properties, such as two different wavelengths and / or two different phase positions.
  • the wavelength of the first light, in particular of the first light beam in the absorption region of the material to be detected is the sample, eg fat.
  • this wavelength of the first light, in particular of the first light beam may be adapted according to the nature of the sample (ie a chemical substance). Different chemical substances such as water or fat or special hydrocarbons have such absorption areas in the middle infrared.
  • the second light in particular the second light beam, comprises e.g. based on the same substance to be detected the sample to a wavelength whose specific absorption - the expression is used as the expert from the spectroscopic measurement technology known - is less than in the first light / light beam.
  • the measuring task can also be solved if the second light beam also absorbs light to a lesser extent.
  • the pad so e.g. the evidence on the e.g. The fingerprint must be recognized as a sample, has its own absorption bands, so that they can also interfere with the evaluation and thereby the choice of the two wavelengths to be detected is influenced thereby. Rather, it is part of the process that the most favorable choice of the two wavelengths depends on the overall requirements of the measurement task.
  • the phase angle of the first light beam is in the contrast range of the sample.
  • the phase position of the second light, in particular the light beam, or further light beams are outside the contrast range.
  • the reflected light from the surface of the sample - having different characteristics such as wavelength and / or phase angle - is detected and from deviations of the reflected light from the emitted light one or two digital images of the topography of the surface of the sample and the intensity of the reflected light rays generated.
  • the two or more pieces of information immediately associated with each point of the sheet objects will be merged by an algorithm.
  • the detection of the reflected light can for example be done with an appropriate for the wavelength range IR camera with surface sensor and a suitable IR lens.
  • the method and the device for detecting the surface structure and nature of the sample by means of a scanning device can e.g. for detection of traces caused by contact of the skin of the human body on the surface of an object or recorded by means of a track carrier, used in medical technology for incident light observation in skin cancer examinations as well as in the industrial sector for the detection of surface coatings and for the thickness measurement of internal layers of an object.
  • samples can also be used in the search for MRSA (methicillin-resistant Staphylococcus aureus).
  • the scan is the same as for fingerprint grease and other chemical substances.
  • the first wavelength will align one absorption peak of the bacterium, the second will align with an area next to it. If it were not possible to detect a peak of the sample, one could contrast or use a different reaction procedure.
  • the evaluation of multiple peaks, with multiple lasers, or a tuning is conceivable here.
  • the method ensures that, for example, with a single scan, the topography of a sample and an intensity image of the sample characterizing the chemical substances on and in the surface of the sample with high resolution and distortion-free and shadow-free recorded with at least theoretically unlimited size of the surface of the sample, ensures a safe function even with incident extraneous light and, if necessary, allows shots of a color image (RGB image).
  • RGB image color image
  • the surface of the sample is first of all irradiated by a scanning device with at least two emitted light beams in a planar manner, in particular pointwise or line by line.
  • Flat in this context means that the at least two light beams are each not only guided along a straight line, but the lines cover a flat area on the sample. This can e.g. also be circular when the light rays are e.g. be guided spirally.
  • the area can also be complex shaped, i. with a complex shaped boundary.
  • the light beams may be laser beams or non-coherent light.
  • the areal, in particular the line-by-line scanning of the surface of the sample is used with high resolution and with e.g.
  • the individual pixels of the areal, in particular line-by-line scanning can thus be combined to form a meaningful digital image of the topography of the surface of the sample and the intensity of the reflected light beam for assessing the nature of the sample or of the chemical substances contained in the sample or surface of the sample.
  • the second wavelength of the at least second light beam is in the non-absorbent or low-absorbing region of the sample. This can efficiently generate a reference image.
  • at least one light beam may have a tunable, in particular thermally tunable, light source.
  • the light used can be coherent or non-coherent, so that in one embodiment the at least two light beams are generated by at least two laser sources or a broadband light source with subsequent beam splitting.
  • the procedure of irradiation with the different wavelengths can - depending on the embodiment - done in different temporal ways:
  • a first wavelength is irradiated to each individual point of the surface, then a second wavelength, the calculation of the results can be instantaneous or even after the intermediate results have been stored.
  • the entire object is irradiated pointwise with the first wavelength, then with the second wavelength. After that the pictures will be charged
  • Each individual pixel is irradiated simultaneously with the first wavelength and the second wavelength and transmitted via a suitable e.g. wavelength-selective o- after polarization selective or otherwise separating the two light beams detection method selected
  • Both wavelengths are directed simultaneously, but to other locations of the sample, and collimated with e.g. detected two detectors and taken into account the location offset by appropriate offsetting.
  • the light is passed through a filter device before impinging on the sample, wherein in the filter device at least two different filters are each transparent only for a specific property of the light, wherein the light is guided through only one of the filters, so that by changing the filter staggered images of the sample and the environment of the sample are made with light with different properties.
  • the scanning device emits at least one light beam in the infrared spectrum.
  • the light beam emitted by the scanner is emitted either at a wavelength corresponding to the wavelength range of a previously determined significant absorption peak of the chemical substance to be detected on the surface of the sample, or the scanner is configured such that the light beam emitted from the scanner is in one Range of the infrared spectrum is emitted or tuned light.
  • the knowledge of the absorption peak of the sample to be examined is assumed, while in the second-mentioned case a "prescan" for determining the absorption peak of the sample or chemical substance takes place.
  • a scanning device designed in particular as an IR laser scanner in conjunction with a collimation optics limiting the laser beam diameter ensures high resolution in the detection of chemical substances on the surface of the sample, while the detection of the reflected light beam coaxial with the emitted light beam a distortion and shadow-free Sampling ensures optimal representation and evaluation of the surface of the sample.
  • the transit time of the laser beams emitted by the scanning device and reflected by the surface of the sample is determined by the spacing of the scanning device and evaluated to form a distance image corresponding to the topography of the surface of the sample.
  • the phase shift between the laser beams emitted by the scanning device and the laser beam reflected from the surface of the sample is detected and evaluated to determine the topography of the surface of the sample.
  • This method can also be used to evaluate the thickness of internal layers of a sample which differ from external layers.
  • At least one of the light beams in particular one of the laser beams, is sinusoidally modulated and used to determine the phase shift between that emitted by the scanner and that from the surface of the scanner
  • Sample reflected at least one light beam used and the detected by the scanning reflected at least one light beam is correlated with a synchronous to at least one light beam reference signal.
  • the surface of the sample is scanned serially point by point with the at least one modulated light or laser beam and pixels of a digital image are emulated from the distance and intensity measurements arranged in a matrix.
  • the light or laser beams generated and reflected by separate light sources can be detected in the visible range by means of an RGB sensor for determining the color values of the scanned surface of the sample, processed in an RGB image processing unit and displayed on a display become.
  • the object is also achieved by a device having the features of claim 18.
  • a device for detecting the surface structure and nature of a sample contains:
  • a scanning device (2) with a light source for light (Li, L2) radiates with at least two different properties, in particular two different wavelengths ( ⁇ , ⁇ 2) and / or different phase positions, wherein in particular the wavelength ( ⁇ ) of the first light (Li) in the absorption region and / or the phase position in the contrast region of the sample (P), and in particular wavelengths
  • ⁇ , ⁇ 2 are used, which correspond to the wavelength range of the absorption spectrum of the nature of the surface of the sample (P), in particular a chemical substance to be detected,
  • an evaluation device (3) with which from the surface of the sample (P) reflected light (R1, R2) can be detected and from deviations of the reflected
  • Light (R1, R2) of the emitted light (Li, L2) are two digital images of the topography of the surface of the sample (P) and the intensity of the reflected light (R1, R2) can be generated.
  • the scanning device has a means for surface, in particular pointwise or line by line, irradiation of the surface of the sample.
  • the sample holder and / or the scanning device is or are connected to a Z-axis drive unit, which is bidirectionally connected to the central computer unit via a Z-axis driver unit ,
  • a Z-axis drive unit which is bidirectionally connected to the central computer unit via a Z-axis driver unit
  • an RGB image acquisition unit aligned with the surface of the sample can be provided, which is connected bidirectionally via a third computer unit to the central computer unit.
  • the light receiver of the scanner preferably incorporating an infrared photodiode receiver is connected to receiving optics on the receiving side receiving the reflected light beams.
  • the scanning device includes an infrared laser emitter which directs an IR laser beam via a modulator driven by a laser control electronics onto a collimator, which mirrors the IR laser beam with a limited laser beam diameter to a polygonal deflection mirror preferably driven by an electric motor existing deflector emits the IR laser beam line by line on the
  • a beam splitter arranged in the beam path between the collimator and the deflection device on the one hand allows the IR laser beams emitted by the collimator to pass to the deflection device and on the other hand deflects the IR laser beams which are serially collected by the deflection device and reflected by the surface of the sample to the photodiode.
  • the IR laser beams fanned out line by line by the deflection device and the reflected IR laser beams received by the deflection device are directed to the sample via a correction lens and a deflection mirror, with at least part of the IR laser beams fanned out line by line being deflected onto a synchronization photodiode ,
  • FIG. 1 shows a block diagram of a sampling and evaluation device with integrated RGB sensor.
  • Fig. 2 is a block diagram of the sampling and evaluation to explain the
  • 3 shows the time profile of an emitted light or laser beam and of a reference light or laser beam for explaining a phase difference measurement
  • Fig. 4 is a schematic representation of the parallel beam path of the output from the scanning modulated light or laser beam and reflected modulated light or laser beam.
  • FIG. 7 shows a schematic representation of a sample with a fat layer located on the surface of the sample
  • 8 is a schematic representation of the absorption band versus the wavelength of a measurement of the surface of the sample at two selected measuring points with a spectroscope; 9 shows a schematic, two-dimensional representation of an intensity image; 10 is a schematic, three-dimensional representation of an intensity image and
  • Fig. 1 1 is a schematic, three-dimensional representation of an object as a gray scale and the chemical substance located on the surface in color representation;
  • FIG. 12 shows a first embodiment for guiding two light beams onto a sample and the detection of the reflected light
  • Fig. 13 shows a variation of the first embodiment with an optically imaging element
  • FIG. 14 shows a second embodiment for guiding two light beams onto a sample and the detection of the reflected light
  • Fig. 15 shows a variation of the second embodiment with an optically imaging element
  • 16 shows a third embodiment for guiding two light beams onto a sample and the detection of the reflected light
  • Fig. 18 shows a fourth embodiment for guiding two light beams onto a sample and detecting the reflected light
  • 19 shows a fifth embodiment for guiding two light beams onto a sample and the detection of the reflected light
  • FIG. 20 shows a picture of a typical sample background
  • FIG. 21 shows a photograph of a fingerprint on the sample background according to FIG. 20 in the absorption peak
  • FIG. FIG. 22 shows a photograph of the fingerprint according to FIG. 21 using an embodiment of a method presented here.
  • Fig. 1 shows a block diagram of a device for detecting the surface structure and nature of a sample or a measurement object P.
  • the sample or the measurement object P is placed on a sample holder 1, which is provided with a Z-axis drive unit 5 for adjusting the distance between two Scanning 2i, 22 and the sample holder 1 is connected.
  • the dash-dotted framed scanning 2i, 22 each consist of a transmitter with an IR laser light source 22i, 222, a laser drive electronics 211, 212 and a transmission optics 23i, 232 and from a receiver with an IR photodiode receiver 25, a log in signal amplifier 24 and a receiving optical system 26.
  • the IR laser light sources 22i, 222 are driven by the clocked by a pulse generator 81, 82 laser drive electronics 211, 2I 2.
  • the wavelengths ⁇ , ⁇ 2 of the IR laser light sources 22i, 222 differ by a certain amount.
  • the laser beams Li, L2 emitted by the IR laser light sources 22i, 222 are collimated by means of the transmitting optics 23i, 232, for example in the form of collimators, to laser beam diameters of less than or equal to 0.1 mm and to those on the sample holder
  • the surface of the sample is traversed linearly by means of the laser beam Li, L2 in a step width corresponding to the laser beam diameter, and the laser beams R1, R2 reflected by the surface of the specimen are picked up by the receiving optics 26 and emitted to the IR photodiode receiver 25 on the output side connected to the log-in signal amplifier 24, the amplified measurement signals to a dot-dash framed evaluation 3 with a first computer unit 31 for calculating a topography of the surface of the sample corresponding distance image and a second computer unit 32 for calculating a chemical substance of the surface of the Sample corresponding intensity image outputs, which are also clocked by the pulse generator 8.
  • the first and second computer unit 31, 32 are bidirectionally connected to a central processing unit (CPU) 30 to which a storage unit 61 and an external storage unit 62 are bidirectionally connected.
  • the two laser beams L2 are thereby directed by a control unit 70 so that they are guided in a predeterminable manner on the receiving optics 26 and the IR photodiode receiver 25.
  • the IR photodiode receiver 25 may have a plurality of photodiodes, for example.
  • the deflection of the beams can also take place in different ways. In the context of these embodiments is also discussed how the use of two laser beams Li, L2 affects.
  • the laser beams Li emitted by the transmitter 211, 22i, 23i of the first scanning device 2i lie in the wavelength range of the absorption spectrum of the sample P to be examined.
  • the transmitter 211, 222, 233 broadband emits a laser beam Li in the infrared spectrum to the surface of the sample, wherein the wavelength is changed into regions in 0.2 nm increments.
  • the laser beams Li, L2 emitted by the IR laser light sources 22i, 222 are collimated onto the surface of the sample in the transmission optics 23i, 232, to a diameter of less than or equal to 0.1 mm, and deflected by means of deflection means, for example by means of deflection means Polygon mirror or galvanometer line by line in a step corresponding to the beam diameter, so that by means of the deflector scanning of the surface of the sample in one (X-axis) and by the feed of the sample or the scanning device in the other (Y- Axis) for sampling the
  • a X-Y-axis deflecting unit 4 traveling either the scanning devices 2i, 22 or the sample receptacle 1 in the XY plane perpendicular to the Z axis causes the entire area of the surface of the sample to be scanned by means of the scanning devices 2i, 22 is scanned.
  • the XY axis deflection unit 4 is driven by an XY axis drive unit 40 and outputs to these position signals.
  • the XY axis driver unit 40 is bidirectionally connected to the central processing unit 30.
  • the Z-axis drive unit 5 is driven by a Z-axis drive unit 50 and outputs to these altitude position signals, and the Z-axis drive unit 50 is also bidirectionally connected to the central processing unit 30.
  • an external RGB image acquisition unit 7 can additionally be provided, which is directed onto the surface of the sample and connected to a third computer unit 33, which is also bidirectional to the central computer unit 30 is connected.
  • the transit time of the laser light signals or laser light pulses can be measured, which depends on the distance of the individual points of the contour of the surface of the sample. so that an exact image of the topography of the surface of the sample is detected by calculating a distance image.
  • the topography can also be obtained by triangulation or another method.
  • each individual measuring point can be represented, for example, in the form of an intensity scaled from 0 to 100, an easily recognizable reproduction of the intensity image and corresponding imaging on an image display unit or by an assignment of different color scales to the intensity values
  • Display 9 will be enabled.
  • the measurement of the distance between the individual points of the surface of the sample and the scanning device 2 required for determining the topography of the surface of the sample will be explained in more detail below with reference to FIGS. 2 and 3.
  • this basic description is made only by means of a laser beam.
  • FIG. 2 shows a schematic block diagram for explaining the operating principle of an optical pulse time-of-flight measurement (TOF time-of-flight).
  • a laser light source 22i is provided whose emitted laser beams Li are collimated by a transmitting optics 23i onto the surface of the sample of the sample P located on the sample holder 1.
  • the reflected laser beams Ri are received by the receiving optics 26 and delivered to a photodiode receiver 25.
  • Both the laser light source 22i and the photodiode receiver 25 output output signals to a time measuring device 27, which is the output side connected to a microprocessor 300.
  • a digital output 28 and optionally an analog output 29 of the measuring device is connected to the microprocessor 300.
  • the laser light source 22i triggers the time measuring device 27i simultaneously with the delivery of a laser light pulse Li.
  • the laser light pulse Li impinges on the surface of the sample, is reflected therefrom and received as reflected laser light pulse Ri from the receiving optics 26 and detected by the photodiode receiver 25, which stops the time measuring means 27, so that the distance-dependent signal propagation time was measured immediately the distance of the respective Measuring point of the surface of the sample from the scanning device 2 corresponds. Since only very small differences in the distance-dependent signal propagation time of the laser beam Li are measured with very flat contours of the surface of the sample, the accuracy of the detection, evaluation and reproduction of the topography of the surface of the sample depends on the accuracy of the time measurement. For this reason, a method for distance measurement by means of phase shifting is used as an alternative, the functional principle of which is shown in FIG. 3 and which essentially consists of the same device as in FIG.
  • the phase shift is measured, the optically modulated measurement signal due to its path-dependent signal propagation time relative to a reference signal experiences.
  • the laser light pulse Li is replaced by a sinusoidally modulated signal whose phase is determined by the signal received by the photodiode receiver 25 being correlated with a synchronous reference signal.
  • the thus determined phase shift or phase difference ⁇ is proportional to the propagation time of the laser light pulse Li from the laser light source 221 to the photodiode receiver 25.
  • the surface of the sample is scanned with the aid of the scanning device 2i with the aid of the modulated laser light beam and the surface of the sample is measured serially point by point.
  • the measurement results arranged in a matrix are picture elements of a digital image which reproduces a distance image and therewith the topography of the surface of the sample and an intensity image of the surface of the sample which corresponds to the nature of the surface of the sample. If an additional RGB sensor is used, an additional RGB image can be created from the determined color values of the measured points.
  • the measurement data namely the distance values, intensity values and RGB color values are transmitted to the evaluation device 3, for example a PC or laptop, in which they are supplied with the aid of software a distance, intensity and possibly true color image composed and visualized on the image display unit or the display 9.
  • the evaluation device 3 also effects the recording control of the scanning devices 2i, 22, for example the selection of the area of the surface of the sample to be scanned, specification of the step size during the scanning process, height adjustment of the sample holder 1, etc.
  • FIG. 4 also shows in more schematic form Representing the principal function of a scanning device 2i, 22 (for reasons of simplicity, only one scanning device 2 is shown in FIG.
  • the IR detectors 91, 92 and lenses 93, 94 are positioned obliquely to the sample receptacle 1, wherein the one IR detector 91 in the Y direction and the other IR detector 92 is aligned in the X direction.
  • the embodiment makes it possible to deduce the thickness of a chemical substance at each measuring point via the intensity measurement, which, in addition to the application areas mentioned at the outset, can also be used for the measurement of material coatings, adhesive layers on foils and in multilayer structures of internal layers. Examples of this are shown in FIGS. 5 to 10.
  • 5 shows a schematic representation of the reduction of the intensity of monochromatic light through an oil film 101 on a metal strip 100 of a sample 1.
  • monochromatic light for example a laser beam, is directed with the initial intensity lo.
  • the intensity of the monochromatic light is determined by the coating thickness-dependent absorption of the oil film 101, the reflection IR at the boundary layer of the surface of the oil film 101, and the boundary layer between the oil film 101 and the film
  • FIG. 6 shows in a schematic representation of the absorption over the wavenumber the return of the layer thickness by the absorption spectroscopy of the arrangement according to FIG. 5.
  • FIG. 6 shows the peak Ai representing the layer thickness-dependent absorption of the oil film 101 and A2 the reduction of the intensity of the monochromatic light by the reflection at the surface of the oil film 101, the scattered light of the coating and the reflection of the boundary layer between the oil film 101 and the metal strip
  • FIGS. 7 and 8 show an example of a measurement with a spectroscope.
  • the sample used is a plate shown schematically in FIG. 7 with a fat layer located thereon and two measuring points Mi and M2.
  • FIG. 8 shows two spectra which were measured on the disk sample with a layer of fat at the two measuring points Mi and M2.
  • the absorption peaks with the associated functional groups are shown.
  • a broad absorption peak occurs between 3,700 cm -1 and 3,350 cm -1 (H2O and OH). These additional peaks can all be attributed to the presence of the fat layer, the absorption peak of the OH group can originate from the fat or from the humidity that has deposited on the plate surface.
  • the absorption over the wave number shown in FIG. 8 at the two measuring points Mi and M2 according to FIG. 7 shows the peaks typical for certain materials in a wave number range between 800 and 3,750 cm -1 .
  • the characteristic bands for finger trace fat can be seen. In the case of a finger-track scan, preferably only this band is evaluated, but not the entire absorption band over a range of 1-10 ⁇ wavelength.
  • 9 shows a two-dimensional representation of an intensity image, showing the respective X / Y position of each pixel and the intensity of each pixel represented by means of a gray scale representation, resulting in a structural representation of the surface of the sample.
  • FIG. 10 shows an imaging, three-dimensional representation of the intensity image of each individual measurement point on the surface of the sample and a scale of the spectral intensity, which is shown schematically in color and which corresponds to the respective color of the measurement points, so that in addition to a qualitative assessment of the surface the sample is also a quantitative assessment possible.
  • the topography depicted in FIG. 10 in a gray scale can be displayed two-dimensionally, but also three-dimensionally, with the substance S thereon, as shown in FIG. 11, as in the illustration.
  • 1 1 shows a schematic, two-dimensional representation of a sample P with the height profile Z1 of the sample P as a gray scale and the chemical substance S located on the surface of the sample P with the height profile Z2, for example in a red-level representation.
  • it can be displayed in a two-dimensional image in a color palette from light red to dark red.
  • an RGB image is created when an RGB sensor is arranged to determine the color values of the measured points with a distance resolution of approximately 1 mm, in particular less than or equal to 0.1 mm, with each sampled pixel providing image and distance information. Furthermore, the method according to the invention and the device according to the invention ensure the suppression of background light, so that a reliable function of the scanning method is ensured even with extraneous light.
  • FIGS. 12 to 19 Different embodiments are shown in FIGS. 12 to 19, with which two light beams I 2 are directed onto the sample P and the reflected light R i, R 2 is supplied to an evaluation.
  • two parallel light beams Li, L2 (e.g., laser beams) having different wavelengths are directed to the sample P via a partially transmissive mirror device 70 and a reflector 71.
  • the reflector 71 is here and also designed as a vibrating mirror or rotating mirror.
  • the reflected rays R1, R2 with the respective wavelengths then strike the reflector 71 and the partially transmissive mirror device 70 again. From there they are directed onto a receiving optical system 26, which here has two diodes as detectors. For the details of the reception and the evaluation of the reflected light R1, R2 refer to the above description.
  • a receiving optical system 26 which here has two diodes as detectors.
  • an optically imaging element 72 is additionally arranged between the partially transparent mirror device 70 and the reflector 71. This has the task, for example, of a parallel beam path, as it may be favorable for the partially transmissive mirror to convert into a focused beam path, which has advantages for the point imaging and resolution.
  • two light beams Li, L2 are simultaneously passed over a first dispersive element 73 (e.g., transmission grating).
  • the merged laser beam L is then passed over a partially transparent mirror device 70 and a reflector 71 on the sample P.
  • the light R reflected by the sample is guided by the partially transmissive mirror device 70 onto a second dispersive element 74.
  • the thus separated beams are passed to the receiving optics 26, which has two diodes as detectors here.
  • FIG. 15 shows a variation of the embodiment according to FIG. 14, wherein, as in the embodiment of FIG. 13, an optically imaging element 72 is arranged in the beam path between the partially transmissive mirror device 70 and the reflector 71.
  • the imaging element 72 transfers the part of the optics with a rather parallel beam path into the confocal part of the optic.
  • the light beams Li, L2 are irradiated in time in the form of light pulses onto the sample P.
  • the time offset is through
  • FIG. 17 shows a variant of the embodiment according to FIG. 16.
  • an optically imaging element 72 is additionally arranged in the beam path in front of the dispersive element 73.
  • two parallel light beams Li, L2 are guided via an optically imaging element 72 onto a reflector 71.
  • the diffusely reflected light radiation R is then received by a receiving optics 26 with a diode as a detector.
  • the intensity of the recorded light will usually be weak, so that this variant seems suitable only for light surfaces and with increased amplification effort.
  • FIGS. 12 to 18 used laser light to obtain information about the sample P.
  • Fig. 19 an embodiment will be described in which non-coherent light, e.g. from a broadband MIR light source 75, is irradiated onto a partially transmissive mirror device 70. Via an optical imaging element 72 and a reflector 71, the light is guided onto the sample P.
  • the partially transmissive mirror device 70 directs the reflected light R onto a dispersive element 73, which divides the light and supplies it to the receiving optics 26, here with two diodes as detectors.
  • the first light beam Li is the targeted absorption
  • the second light beam L2 serves as a reference. Two images of the surface are obtained, one in the absorption maximum of e.g. examined organic
  • Ext logy where the intensity lo is the intensity of the reflectance light of the reference wavelength in the non-absorbing region and I the wavelength absorbed by the organic substance (e.g., fat).
  • variable extinction would then be independent of the reflectance or brightness of the surface and scale linearly with the layer thickness of the overlying fat (Lamert-Beers law).
  • the mathematical process of forming a logarithm linearizes the characteristic curve as a function of the layer thickness, so that in one embodiment the layer thickness of the greasy film can be stated directly.
  • the second wavelength A2 of the second light beam L2 can be obtained as a laser wavelength tuned thermally or otherwise, or by using a second laser or by splitting a broadband light source or by other means.
  • a third light beam with a third laser wavelength and also with an even higher number of laser wavelengths the contrast can be improved.
  • the recording can be carried out sequentially for each measuring point on the sample P or simultaneously during selection via wavelength-splitting dividing apparatuses when using a broadband light source 75.
  • the second image can be obtained independent of the first image.
  • the same background can be scanned at the second, third, or another wavelength.
  • measurements can also be carried out after a first measurement.
  • the two light sources can be positioned next to each other, advantageously illuminate the sample P in close proximity and through the same optics. The two light spots are then imaged side by side on the sample P.
  • the two images obtained are thus spatially offset and are moved after completion of the scan or even during the scan by a previously calibrated and stored in the device manner for the purpose of background suppression.
  • Particularly advantageous in this embodiment is the low expenditure on equipment, since all optical parts can be used together.
  • the height information can be recorded completely separated by laser triangulation or stripe light projection or by time-of-flight cameras, which significantly improves the measurement setup.
  • the method can also be performed on sloping surfaces, which represents a significant advantage in the scope of the inventive measuring system. Brightness fluctuations within the surface are suppressed by the quotient formation. Elaborate phase contrast or transit time difference measurements of the IR light are not necessary in the method shown here.
  • wavelengths with high intensity and low intensity can be used.
  • the skilled artisan will choose the optimum compromise here because often weak or not fully powered laser light sources have a much longer life before they need to be replaced, on the other hand with a weaker signal more relative noise occurs.
  • the method is not limited to the wavelengths in the absorption peak of
  • Fats It can also be used outside absorption.
  • different wavelengths can be used in an edge of absorption peaks. Again, the suppression of the background works by quotient formation. If, for example, an absorption peak of 3500-3600 cm -1 extends at a maximum at 3550 nm, then the choice of the wavelengths can also fall, for example, to 3550 nm and 3530 nm.
  • a fingerprint is used as sample P, with fingerprints predominantly consisting of fat.
  • the pure background is shown without fingerprint absorption.
  • the fluctuation range in the reflection is significant.
  • FIG. 21 shows the same background with a fat fingerprint in the absorption peak.
  • Fig. 22 the application of the method described here and the achievable improvements are exemplified. In this measurement, the measuring arrangement Fig. 18 was used.
  • phase of the light rays or in the result of the phase contrast, which comes from the duration of the light when penetrating the sought material.
  • the transit time is dependent on the speed of light in the medium and thus on the refractive index, which may vary depending on the material to be examined.
  • RGB image acquisition unit RGB sensor
  • CPU central processing unit

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Abstract

The invention relates to a method for sensing the surface structure and nature of a sample (P) by means of a sensor (21, 22), in particular for sensing chemical substances on and in the surface of the sample (P), wherein the sample (P) and the sensor (21, 22) are moved relative to one another, and wherein a) the sensor emits light (L 1, L 2) with at least two different characteristics, in particular two different wavelengths (λ 1, λ 2) and/or different phase positions, wherein in particular the wavelength (λ 1) of the first light (L 1) lies in the absorption region and/or the phase position lies in the contrast region of the sample (P), and in particular wavelengths (λ 1, λ 2) are used which correspond to the wavelength range of the absorption spectrum of the nature of the surface of the sample (P), in particular of a chemical substance (S) to be sensed, b) the light (R 1, R 2) reflected by the surface of the sample (P) is sensed and from deviations of the reflected light (R 1, R 2) from the emitted light (L 1, L 2) two digital images of the topography of the surface of the sample (P) and the intensity of the reflected light (R 1, R 2) are produced. The invention further relates to a device for carrying out said method.

Description

und Vorrichtung zur Erfassung der Oberflächenstruktur  and device for detecting the surface structure

und Beschaffenheit einer Probe  and condition of a sample

Beschreibung description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erfassung der Oberflächenstruktur und Beschaf- fenheit einer Probe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Erfassung der Oberflächenstruktur und Beschaffenheit einer Probe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 18. The invention relates to a method for detecting the surface structure and nature of a sample according to the preamble of claim 1 and to a device for detecting the surface structure and nature of a sample according to the preamble of claim 18.

Aus der DE 10 201 1 1 1 1 168 A1 ist eine Vorrichtung zur Erfassung eines Abdrucks auf einem Spurenträger bekannt, die eine Spurenträgerauflage, einen Aufnahmekopf mit einerFrom DE 10 201 1 1 1 1 168 A1 a device for detecting an impression on a track carrier is known, which has a track carrier support, a receiving head with a

Infrarotstrahlen aufnehmenden Kamera und eine Halterung für den Aufnahmekopf enthält, mit der der Aufnahmekopf relativ zum Spurenträgerhalter gehalten wird. Die Infrarotkamera nimmt die von einem Abdruck auf dem Spurenträger emittierten und/oder reflektierten Infrarotstrahlen auf. Der Aufnahmekopf ist in einer Halterung angeordnet, die eine telesko- pierbare Säule zur Einstellung des Abstandes des Aufnahmekopfs vom Spurenträger enthält, die horizontal entlang eines von zwei Balken gehaltenen Balkens linear verfahren werden kann. Der Aufnahmekopf weist zusätzlich eine Digitalkamera zum Erstellen von Bildern eines auf dem Spurenträger abgelegten Asservats sowie einen Infrarot-Emitter auf, der in einem Kreis um die Infrarotkamera bewegt werden kann. Aus der DE 100 22 143 A1 ist ein Verfahren zur Erfassung eines Fingerabdruckes bekannt, bei dem mittels einer Kamera ein Bild des auf einem Spurenträger angeordneten Fingerabdruckes im unsichtbaren, infraroten Wellenlängenbereich aufgenommen wird, so dass das Bild nicht nur wie im sichtbaren Wellenlängenbereich durch die Reflektion oder Ab- sorption des auftreffenden Lichtes, sondern auch durch die emittierte Wärmestrahlung entsteht. Zu diesem Zweck wird der Spurenträger auf eine temperaturgeregelte Unterlage aufgelegt und durch eine Lichtquelle, die seitlich und in der Höhe versetzt zur temperaturgeregelten Unterlage angeordnet ist, angestrahlt. Das Bild wird mittels einer Kamera aufgenommen, die oberhalb des auf der temperaturgeregelten Unterlage befindlichen Spuren- trägers angeordnet ist. Durch die Anordnung von Spektralfiltern an der Lichtquelle und der Kamera wird der Spurenträger mit Licht des gewünschten Wellenlängenbereichs beleuchtet. Infrared receiving camera and a holder for the recording head, with which the recording head is held relative to the track carrier holder. The infrared camera picks up the infrared rays emitted and / or reflected by an imprint on the track carrier. The receiving head is arranged in a holder which contains a telescoping column for adjusting the distance of the receiving head from the track carrier, which can be moved horizontally along a bar held by two bars linear. The recording head additionally has a digital camera for creating images of an evidence stored on the track carrier and an infrared emitter, which can be moved in a circle around the infrared camera. A method for detecting a fingerprint is known from DE 100 22 143 A1, in which a picture of the fingerprint arranged on a track carrier is recorded in the invisible, infrared wavelength range by means of a camera so that the image is not only reflected by the reflection, as in the visible wavelength range or absorption of the incident light, but also by the emitted heat radiation. For this purpose, the track carrier is placed on a temperature-controlled pad and illuminated by a light source, which is arranged laterally and in height offset from the temperature-controlled pad. The image is taken by means of a camera, which is arranged above the track carrier located on the temperature-controlled substrate. The arrangement of spectral filters on the light source and the camera, the track carrier is illuminated with light of the desired wavelength range.

Aus der DE 10 2014 203 918.5 ist allgemein eine Untersuchung der Beschaffenheit einer Probe mittels eines Lichtstrahls bekannt. From DE 10 2014 203 918.5 an investigation of the nature of a sample by means of a light beam is generally known.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabenstellung zugrunde, ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zur Erfassung der Oberflächenstruktur und Beschaffenheit einer Probe bereitzustellen, die in einem Abtastvorgang oder mehreren Abtastvor- gängen mit hoher Auflösung verzerrungs- und schattenfreie Aufnahmen der Topographie und des Intensitätsbildes einer Probe sowie bedarfsweise eines Farbbildes (RGB-Bild) bei zumindest theoretisch unbegrenzter Größe der Oberfläche der Probe ermöglichen. Dabei sollen das Verfahren und die Vorrichtung insbesondere für Oberflächen geeignet sein, bei denen das Rückstreuvermögen der Oberfläche nicht konstant ist. In solchen Fällen kann das Signal der Probe nur schwer vom Signal aus der der Umgebung Probe unterschieden werden. It is the object of the present invention to provide an improved method and an improved device for detecting the surface structure and nature of a sample which, in one or more high-resolution sampling operations, produces distortion and shadow-free images of the topography and the intensity image of a sample as well as If necessary, allow a color image (RGB image) with at least theoretically unlimited size of the surface of the sample. In this case, the method and the device should be particularly suitable for surfaces in which the backscatter of the surface is not constant. In such cases, the signal from the sample is difficult to differentiate from the signal from the surrounding sample.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Erfassung der Oberflächenstruktur und Beschaffenheit einer Probe gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. This object is achieved by a method for detecting the surface structure and nature of a sample according to the features of claim 1.

Das auf die Probe abgestrahlte Licht, insbesondere in Form von Lichtstrahlen weist dabei mindestens zwei unterschiedliche Eigenschaften auf, wie z.B. zwei unterschiedliche Wellenlängen und / oder zwei unterschiedliche Phasenlagen. Dabei liegt z.B. die Wellenlänge des ersten Lichts, insbesondere des ersten Lichtstrahls im Absorptionsbereich des zu erkennenden Materials der Probe- z.B. Fett. So kann z.B. diese Wellenlänge des ersten Lichts, insbesondere des ersten Lichtstrahls gemäß der Beschaffenheit der Probe (d.h. einer chemischen Substanz) angepasst sein. Unterschiedliche che- mische Substanzen wie Wasser oder Fett oder spezielle Kohlenwasserstoffe weisen solche Absorptionsbereiche im Mittelinfraroten auf. The light emitted onto the sample, in particular in the form of light beams, has at least two different properties, such as two different wavelengths and / or two different phase positions. In this case, for example, the wavelength of the first light, in particular of the first light beam in the absorption region of the material to be detected, is the sample, eg fat. For example, this wavelength of the first light, in particular of the first light beam, may be adapted according to the nature of the sample (ie a chemical substance). Different chemical substances such as water or fat or special hydrocarbons have such absorption areas in the middle infrared.

Das zweite Licht, insbesondere der zweite Lichtstrahl weist z.B. bezogen auf dieselbe nachzuweisende Substanz der Probe eine Wellenlänge auf, deren spezifische Absorption - der Ausdruck sei gebraucht wie dem Fachmann aus der spektroskopischen Messtechnik bekannt - geringer ist als bei dem ersten Licht / Lichtstrahl. Der Ansatz, dass das erste Licht / der erste Lichtstrahl im Maximum eines Absorptions-Peaks und das zweite Licht / der zweite Lichtstrahl bei Absorption gleich Null liegen müssen, gilt jedoch nicht bei näherer Betrachtung. Die Messaufgabe kann auch gelöst werden, wenn der zweite Lichtstrahl ebenfalls, aber in geringerem Maße Licht absorbiert. The second light, in particular the second light beam, comprises e.g. based on the same substance to be detected the sample to a wavelength whose specific absorption - the expression is used as the expert from the spectroscopic measurement technology known - is less than in the first light / light beam. The approach that the first light / the first light beam at the maximum of an absorption peak and the second light / the second light beam at absorption must be equal to zero, however, does not apply on closer inspection. The measuring task can also be solved if the second light beam also absorbs light to a lesser extent.

Die Unterlage, also z.B. das Asservat auf dem z.B. der Fingerabdruck als Probe zu erkennen sein muss, hat eigene Absorptionsbanden, so dass diese auch die Auswertung stören können und dadurch die Wahl der beiden zu erfassenden Wellenlängen dadurch beein- flusst wird. Es ist vielmehr Teil des Verfahrens, dass die günstigste Wahl der beiden Wellenlängen von den Gesamterfordernissen der Messaufgabe abhängt. The pad, so e.g. the evidence on the e.g. The fingerprint must be recognized as a sample, has its own absorption bands, so that they can also interfere with the evaluation and thereby the choice of the two wavelengths to be detected is influenced thereby. Rather, it is part of the process that the most favorable choice of the two wavelengths depends on the overall requirements of the measurement task.

Natürlicherweise wird der Kontrast sich besonders gut entwickeln, wenn die Differenz der spezifischen Absorptionen besonders groß ist. Of course, the contrast will develop particularly well if the difference in specific absorptions is particularly large.

Analog liegt z.B. die Phasenlage des ersten Lichtstrahls im Kontrastbereich der Probe. Die Phasenlage des zweiten Lichts, insbesondere Lichtstrahls, oder weiterer Lichtstrahlen liegen außerhalb des Kontrastbereichs. Das von der Oberfläche der Probe reflektierte Licht - mit den unterschiedlichen Eigenschaften, wie z.B. Wellenlänge und / oder Phasenlage - wird erfasst und aus Abweichungen des reflektierten Lichts vom abgegebenen Licht werden ein oder zwei digitale Bilder der Topographie der Oberfläche der Probe und der Intensität der reflektierten Lichtstrahlen erzeugt. Im Falle der Erzeugung eines Bildes werden die beiden oder mehreren Informationen sofort zu jedem Punkt der flächigen Objekte zugeordneten Stelle resultierendem Ergebnis über einen Algorithmus zusammengeführt. Die Erfassung des reflektierten Lichts kann z.B. mit einer für den Wellenlängenbereich geeigneten IR-Kamera mit Flächensensor und geeignetem IR-Objektiv erfolgen. Analogously, for example, the phase angle of the first light beam is in the contrast range of the sample. The phase position of the second light, in particular the light beam, or further light beams are outside the contrast range. The reflected light from the surface of the sample - having different characteristics such as wavelength and / or phase angle - is detected and from deviations of the reflected light from the emitted light one or two digital images of the topography of the surface of the sample and the intensity of the reflected light rays generated. In the case of generating an image, the two or more pieces of information immediately associated with each point of the sheet objects will be merged by an algorithm. The detection of the reflected light can for example be done with an appropriate for the wavelength range IR camera with surface sensor and a suitable IR lens.

Durch die Verwendung von Licht, mit unterschiedlichen Eigenschaften, können Variationen des Rückstrahlvermögens eliminiert werden. Somit können z.B. zwei Bilder der Probe mit unterschiedlichen Wellenlängen in einem Schritt aufgenommen werden, wobei eines im Bereich des Absorptionsmaximums der Probe liegt. Das andere Bild - eine Art Referenzbild - liegt in einem anderen Wellenlängenbereich, bevorzugt in einem Bereich, in dem die Probe wenig oder nicht absorbiert. Das Verfahren und die Vorrichtung zur Erfassung der Oberflächenstruktur und Beschaffenheit der Probe mittels einer Abtasteinrichtung kann z.B. zur Erfassung von durch Berührung der Haut des menschlichen Körpers auf der Oberfläche eines Gegenstands hervorgerufenen oder mittels eines Spurenträgers aufgenommenen Spuren, in der Medizintechnik zur Auflichtbetrachtung bei Hautkrebsuntersuchen sowie im industriellen Bereich zur Erfassung von Oberflächenbeschichtungen sowie zur Dickenmessung innenliegender Schichten eines Gegenstandes eingesetzt werden. By using light with different properties, variations in the retroreflective power can be eliminated. Thus, e.g. two images of the sample are taken at different wavelengths in one step, one of which is in the range of the absorption maximum of the sample. The other image - a type of reference image - lies in a different wavelength range, preferably in an area in which the sample absorbs little or not. The method and the device for detecting the surface structure and nature of the sample by means of a scanning device can e.g. for detection of traces caused by contact of the skin of the human body on the surface of an object or recorded by means of a track carrier, used in medical technology for incident light observation in skin cancer examinations as well as in the industrial sector for the detection of surface coatings and for the thickness measurement of internal layers of an object.

Proben können aber auch bei der Suche nach MRSA (Methicillin-resistenter Staphylococ- cus aureus) zum Einsatz kommen. Der Scan erfolgt dabei im Prinzip gleich wie beim Fin- gerspurenfett und anderen chemischen Substanzen. Die erste Wellenlänge wird einen Ab- sorptionspeak der Bakterie ausrichten, die zweite auf einen Bereich daneben. Falls es nicht gelingen sollte, einen Peak der Probe zu ermitteln, könnte man kontrastieren oder ein anderes Reaktionsverfahren einsetzen. Auch die Auswertung mehrerer Peaks, mit mehreren Lasern, oder eine Durchstimmung ist hier denkbar. However, samples can also be used in the search for MRSA (methicillin-resistant Staphylococcus aureus). In principle, the scan is the same as for fingerprint grease and other chemical substances. The first wavelength will align one absorption peak of the bacterium, the second will align with an area next to it. If it were not possible to detect a peak of the sample, one could contrast or use a different reaction procedure. The evaluation of multiple peaks, with multiple lasers, or a tuning is conceivable here.

Das Verfahren gewährleistet, dass z.B. mit einem einzigen Abtastvorgang die Topographie einer Probe und ein die chemischen Substanzen auf und in der Oberfläche charakterisierendes Intensitätsbild der Probe mit hoher Auflösung sowie verzerrungs- und schattenfrei mit zumindest theoretisch unbegrenzter Größe der Oberfläche der Probe erfasst, eine sichere Funktion auch bei einfallendem Fremdlicht gewährleistet und bedarfsweise Aufnahmen eines Farbbildes (RGB-Bild) ermöglicht. The method ensures that, for example, with a single scan, the topography of a sample and an intensity image of the sample characterizing the chemical substances on and in the surface of the sample with high resolution and distortion-free and shadow-free recorded with at least theoretically unlimited size of the surface of the sample, ensures a safe function even with incident extraneous light and, if necessary, allows shots of a color image (RGB image).

Dabei wird in einer Ausführungsform zunächst die Oberfläche der Probe von einer Abtasteinrichtung mit mindestens zwei abgegebenen Lichtstrahlen flächig, insbesondere punktweise oder zeilenweise, bestrahlt. Flächig bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die mindestens zwei Lichtstrahlen jeweils nicht nur entlang einer geraden Line geführt wer- den, sondern die Linien einen flächigen Bereich auf der Probe abdecken. Dieser kann z.B. auch kreisförmig sein, wenn die Lichtstrahlen z.B. spiralförmig geführt werden. Der Bereich kann auch komplex geformt sein, d.h. mit einer komplex geformten Berandung. Die Lichtstrahlen können dabei Laserstrahlen oder auch nicht-kohärentes Licht sein. Durch die flächenhafte, insbesondere die zeilenweise Abtastung der Oberfläche der Probe wird mit hoher Auflösung und mit z.B. zwei oder mehr unterschiedlichen Wellenlängen eine verzerrungs- und schattenfreie Aufnahme sowohl der Topographie der Oberfläche der Probe als auch der Intensität der reflektierten Lichtstrahlen und damit der Beschaffenheit der Probe bzw. der in der Probe oder Oberfläche der Probe enthaltenen chemischen Sub- stanzen gewährleistet. Die einzelnen Bildpunkte der flächenhaften, insbesondere zeilenweisen Abtastung können somit zu einem aussagefähigen digitalen Bild der Topographie der Oberfläche der Probe und Intensität des reflektierten Lichtstrahles zur Beurteilung der Beschaffenheit der Probe bzw. der in der Probe oder Oberfläche der Probe enthaltenen chemischen Substanzen zusammengesetzt werden. In one embodiment, the surface of the sample is first of all irradiated by a scanning device with at least two emitted light beams in a planar manner, in particular pointwise or line by line. Flat in this context means that the at least two light beams are each not only guided along a straight line, but the lines cover a flat area on the sample. This can e.g. also be circular when the light rays are e.g. be guided spirally. The area can also be complex shaped, i. with a complex shaped boundary. The light beams may be laser beams or non-coherent light. The areal, in particular the line-by-line scanning of the surface of the sample is used with high resolution and with e.g. two or more different wavelengths a distortion and shadow-free recording of both the topography of the surface of the sample and the intensity of the reflected light rays and thus the nature of the sample or the chemical substances contained in the sample or surface of the sample ensures. The individual pixels of the areal, in particular line-by-line scanning can thus be combined to form a meaningful digital image of the topography of the surface of the sample and the intensity of the reflected light beam for assessing the nature of the sample or of the chemical substances contained in the sample or surface of the sample.

In einer Ausführungsform liegt die zweite Wellenlänge des mindestens zweiten Lichtstrahls im nicht- oder wenig absorbierenden Bereich der Probe. Damit kann auf effiziente Weise ein Referenzbild erzeugt werden. Des Weiteren kann in einer Ausführungsform mindestens ein Lichtstrahl eine durchstimm- bare, insbesondere thermisch durchstimmbare Lichtquelle aufweisen. In one embodiment, the second wavelength of the at least second light beam is in the non-absorbent or low-absorbing region of the sample. This can efficiently generate a reference image. Furthermore, in one embodiment, at least one light beam may have a tunable, in particular thermally tunable, light source.

Das verwendete Licht kann kohärent oder nicht-kohärent sein, so dass in einer Ausführungsform die mindestens zwei Lichtstrahlen durch mindestens zwei Laserquellen oder eine breitbandige Lichtquelle mit anschließender Strahlteilung erzeugt werden. Die Vorgehensweise der Bestrahlung mit den unterschiedlichen Wellenlängen kann - je nach Ausführungsform - in unterschiedlicher zeitlicher Weise geschehen: The light used can be coherent or non-coherent, so that in one embodiment the at least two light beams are generated by at least two laser sources or a broadband light source with subsequent beam splitting. The procedure of irradiation with the different wavelengths can - depending on the embodiment - done in different temporal ways:

a) Zunächst wird auf jeden einzelnen Punkt der Oberfläche eine erste Wellenlänge eingestrahlt, dann eine zweite Wellenlänge, die Verrechnung der Ergebnisse kann instantan erfolgen oder auch erst nach Abspeicherung der Zwischenergebnisse. b) Das gesamte Objekt wird punktweise mit der ersten Wellenlänge bestrahlt, danach mit der zweiten Wellenlänge. Danach werden die Bilder verrechnet  a) First, a first wavelength is irradiated to each individual point of the surface, then a second wavelength, the calculation of the results can be instantaneous or even after the intermediate results have been stored. b) The entire object is irradiated pointwise with the first wavelength, then with the second wavelength. After that the pictures will be charged

c) Jeder einzelne Bildpunkt wird gleichzeitig mit der ersten Wellenlänge und der zweiten Wellenlänge bestrahlt und über ein geeignetes z.B. wellenlängenselektives o- der nach Polarisation selektives oder anderweitig die beiden Lichtstrahlen trennendes Nachweis-Verfahren selektiert  c) Each individual pixel is irradiated simultaneously with the first wavelength and the second wavelength and transmitted via a suitable e.g. wavelength-selective o- after polarization selective or otherwise separating the two light beams detection method selected

d) Beide Wellenlängen werden gleichzeitig, aber auf andere Orte der Probe gerichtet und mit z.B. zwei Detektoren nachgewiesen und der Ortsversatz durch geeignete Verrechnung berücksichtigt.  d) Both wavelengths are directed simultaneously, but to other locations of the sample, and collimated with e.g. detected two detectors and taken into account the location offset by appropriate offsetting.

e) Mischung aus den vorherbeschriebenen Methoden ggf. auch mit mehr als zwei Wellenlängen  e) Mixture of the previously described methods possibly also with more than two wavelengths

In einer Ausführungsform wird das Licht vor dem Auftreffen auf die Probe durch eine Filtervorrichtung geleitet, wobei in der Filtervorrichtung mindestens zwei unterschiedliche Filter jeweils nur für eine bestimmte Eigenschaft des Lichts transparent sind, wobei das Licht jeweils nur durch einen der Filter geführt wird, so dass durch Wechsel der Filter zeitlich versetzte Aufnahmen der Probe und der Umgebung der Probe mit Licht mit unterschiedlichen Eigenschaften gemacht werden. In one embodiment, the light is passed through a filter device before impinging on the sample, wherein in the filter device at least two different filters are each transparent only for a specific property of the light, wherein the light is guided through only one of the filters, so that by changing the filter staggered images of the sample and the environment of the sample are made with light with different properties.

In einer weiteren Ausführungsform emittiert die Abtasteinrichtung mindestens einen Lichtstrahl im Infrarotspektrum. Der von der Abtasteinrichtung abgegebene Lichtstrahl wird entweder mit einer Wellenlänge abgegeben, die dem Wellenlängenbereich des eines zuvor ermittelten signifikanten Absorptionspeaks der zu erfassenden chemischen Substanz auf der Oberfläche der Probe entspricht, oder die Abtasteinrichtung wird derart konfiguriert, dass der von der Abtasteinrichtung abgegebene Lichtstrahl in einem Bereich des Infrarotspektrums Licht emittiert oder durchgestimmt wird. Im erstgenannten Fall wird von der Kenntnis des Absorptionspeaks der zu untersuchenden Probe ausgegangen, während im zweitgenannten Fall ein„Prescan" zur Ermittlung des Absorptionspeaks der Probe bzw. chemischen Substanz erfolgt. Vorzugsweise wird die Oberfläche der Probe mit Laserstrahlen mit vorgegebenem Laserstrahldurchmesser von jeweils vorzugsweise kleiner oder gleich 0, 1 mm in einer dem Laserstrahldurchmesser entsprechenden Schrittweite zeilenweise bestrahlt, die reflektierten Laserstrahlen koaxial den abgegebenen Laserstrahlen erfasst und die Laufzeit der von der Oberfläche der Probe reflektierten Laserstrahlen zur Erstellung eines der Topographie der Oberfläche der Probe entsprechenden Distanzbildes sowie die Abweichung der von der Oberfläche der Probe reflektierten Laserstrahlen vom von der Abtasteinrichtung abgegebenen Laserstrahl zur Erstellung eines der chemischen Substanz auf und in der Oberfläche der Probe entsprechenden Intensitätsbildes ausgewertet. In a further embodiment, the scanning device emits at least one light beam in the infrared spectrum. The light beam emitted by the scanner is emitted either at a wavelength corresponding to the wavelength range of a previously determined significant absorption peak of the chemical substance to be detected on the surface of the sample, or the scanner is configured such that the light beam emitted from the scanner is in one Range of the infrared spectrum is emitted or tuned light. In the former case, the knowledge of the absorption peak of the sample to be examined is assumed, while in the second-mentioned case a "prescan" for determining the absorption peak of the sample or chemical substance takes place. Preferably, the surface of the sample with laser beam with a predetermined laser beam diameter of preferably less than or equal to 0, 1 mm in a laser beam diameter corresponding step size irradiated line by line, the reflected laser beams coaxially detected the emitted laser beams and the transit time of the laser beam reflected from the surface of the sample Creation of a topography of the surface of the sample corresponding distance image and the deviation of the reflected from the surface of the sample laser beams from the output from the scanning laser beam to create a chemical substance on and in the surface of the sample corresponding intensity image evaluated.

Durch den Einsatz einer insbesondere als IR-Laserscanner ausgebildeten Abtasteinrichtung in Verbindung mit einer den Laserstrahldurchmesser begrenzenden Kollimationsoptik wird eine hohe Auflösung bei der Erfassung chemischer Substanzen auf der Oberfläche der Probe gewährleistet, während die Erfassung des reflektierten Lichtstrahls koaxial zum abgegebenen Lichtstrahl eine verzerrungs- und schattenfreie Abtastung zur optimalen Darstellung und Auswertung der Oberfläche der Probe gewährleistet. The use of a scanning device designed in particular as an IR laser scanner in conjunction with a collimation optics limiting the laser beam diameter ensures high resolution in the detection of chemical substances on the surface of the sample, while the detection of the reflected light beam coaxial with the emitted light beam a distortion and shadow-free Sampling ensures optimal representation and evaluation of the surface of the sample.

Zur Ermittlung der Topographie der Oberfläche der Probe wird entweder die vom Abstand der Abtasteinrichtung von der Oberfläche der Probe abhängige Laufzeit der von der Abtasteinrichtung abgegebenen und von der Oberfläche der Probe reflektierten Laserstrahlen erfasst und zu einem der Topographie der Oberfläche der Probe entsprechenden Distanzbildes ausgewertet. Oder es wird die Phasenverschiebung zwischen der von der Abtasteinrichtung abgegebenen Laserstrahlen und dem von der Oberfläche der Probe reflektierten Laserstrahl erfasst und zur Ermittlung der Topographie der Oberfläche der Probe ausgewertet. In order to determine the topography of the surface of the sample, the transit time of the laser beams emitted by the scanning device and reflected by the surface of the sample is determined by the spacing of the scanning device and evaluated to form a distance image corresponding to the topography of the surface of the sample. Or the phase shift between the laser beams emitted by the scanning device and the laser beam reflected from the surface of the sample is detected and evaluated to determine the topography of the surface of the sample.

Mit diesem Verfahren kann auch die Dicke innenliegender Schichten einer Probe, die sich von außen liegenden Schichten unterscheiden, ausgewertet werden. This method can also be used to evaluate the thickness of internal layers of a sample which differ from external layers.

In einer Ausführungsform wird mindestens einer der Lichtstrahlen, insbesondere einer der Laserstrahlen sinusförmig moduliert und zur Bestimmung der Phasenverschiebung zwischen dem von der Abtasteinrichtung abgegebenen und dem von der Oberfläche der Probe reflektierten mindestens einen Lichtstrahl verwendet und der von der Abtasteinrichtung erfasste reflektierte mindestens eine Lichtstrahl wird mit einem zum mindestens einen Lichtstrahl synchronen Referenzsignal korreliert. In bevorzugter Ausführungsform wird die Oberfläche der Probe mit dem mindestens einen modulierten Licht- oder Laserstrahl seriell Punkt für Punkt abgetastet und aus den in einer Matrix angeordneten Distanz- und Intensitätsmessungen werden Bildelemente eines digitalen Bildes emuliert. Zur Erstellung eines RGB-Bildes können die durch gesonderte Lichtquellen erzeugten und reflektierten Licht- oder Laserstrahlen im sichtbaren Bereich mittels eines RGB-Sensors zur Ermittlung der Farbwerte der abgetasteten Oberfläche der Probe erfasst, in einer RGB- Bild-Rechnereinheit verarbeitet und auf einem Display dargestellt werden. Die Aufgabe wird auch durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 18 gelöst. In one embodiment, at least one of the light beams, in particular one of the laser beams, is sinusoidally modulated and used to determine the phase shift between that emitted by the scanner and that from the surface of the scanner Sample reflected at least one light beam used and the detected by the scanning reflected at least one light beam is correlated with a synchronous to at least one light beam reference signal. In a preferred embodiment, the surface of the sample is scanned serially point by point with the at least one modulated light or laser beam and pixels of a digital image are emulated from the distance and intensity measurements arranged in a matrix. To generate an RGB image, the light or laser beams generated and reflected by separate light sources can be detected in the visible range by means of an RGB sensor for determining the color values of the scanned surface of the sample, processed in an RGB image processing unit and displayed on a display become. The object is also achieved by a device having the features of claim 18.

Eine Vorrichtung zur Erfassung der Oberflächenstruktur und Beschaffenheit einer Probe enthält: A device for detecting the surface structure and nature of a sample contains:

- eine Probenaufnahme,  a sample intake,

eine Abtasteinrichtung (2) mit einer Lichtquelle für Licht (Li, L2) mit mindestens zwei unterschiedliche Eigenschaften, insbesondere zwei unterschiedliche Wellenlängen (λι, λ2) und / oder unterschiedliche Phasenlagen abstrahlt, wobei insbesondere die Wellenlänge (λι) des ersten Lichts (Li) im Absorptionsbereich und / oder die Pha- senlage im Kontrastbereich der Probe (P) liegen, und insbesondere Wellenlängen a scanning device (2) with a light source for light (Li, L2) radiates with at least two different properties, in particular two different wavelengths (λι, λ2) and / or different phase positions, wherein in particular the wavelength (λι) of the first light (Li) in the absorption region and / or the phase position in the contrast region of the sample (P), and in particular wavelengths

(λι, λ2) verwendet werden, die dem Wellenlängenbereich des Absorptionsspektrums der Beschaffenheit der Oberfläche der Probe (P), insbesondere einer zu erfassenden chemischen Substanz, entsprechen, (λι, λ2) are used, which correspond to the wavelength range of the absorption spectrum of the nature of the surface of the sample (P), in particular a chemical substance to be detected,

eine Auswertungsvorrichtung (3), mit der das von der Oberfläche der Probe (P) reflektierte Licht (R1, R2) erfassbar sind und aus Abweichungen des reflektierten an evaluation device (3), with which from the surface of the sample (P) reflected light (R1, R2) can be detected and from deviations of the reflected

Lichts (R1, R2) von dem abgegebenen Licht (Li, L2) zwei digitale Bilder der Topographie der Oberfläche der Probe (P) und der Intensität des reflektierten Lichts (R1, R2) erzeugbar sind. In einer Ausführungsform weist die Abtasteinrichtung ein Mittel zurflächigen, insbesondere punktweisen oder zeilenweisen, Bestrahlung der Oberfläche der Probe auf. Light (R1, R2) of the emitted light (Li, L2) are two digital images of the topography of the surface of the sample (P) and the intensity of the reflected light (R1, R2) can be generated. In one embodiment, the scanning device has a means for surface, in particular pointwise or line by line, irradiation of the surface of the sample.

Zur Veränderung des Abstandes zwischen der Probenaufnahme und der Abtasteinrichtung ist bzw. sind in einer Ausführungsform die Probenaufnahme und/oder die Abtasteinrichtung mit einer Z-Achsen-Antriebseinheit verbunden, die bidirektional über eine Z-Achsen-Trei- bereinheit mit der zentralen Rechnereinheit verbunden ist. Zur Erzeugung eines RGB-Bildes in Ergänzung zum Distanz- und Intensitätsbild kann in einer weiteren Ausführungsform eine auf die Oberfläche der Probe ausgerichtete RGB- Bildaufnahmeeinheit vorgesehen werden, die bidirektional über eine dritte Rechnereinheit mit der zentralen Rechnereinheit verbunden ist. Während die Lichtquelle der Abtasteinrichtung die abgegebenen Lichtstrahlen über eine Sendeoptik und die X-Y-Achsen-Ablenkeinheit auf die Oberfläche der Probe richtet, ist der vorzugsweise eine Infrarot-Fotodioden-Empfänger enthaltende Lichtempfänger der Abtasteinrichtung auf der die reflektierten Lichtstrahlen aufnehmenden Empfangsseite mit einer Empfangsoptik verbunden. To change the distance between the sample holder and the scanning device, in one embodiment, the sample holder and / or the scanning device is or are connected to a Z-axis drive unit, which is bidirectionally connected to the central computer unit via a Z-axis driver unit , To generate an RGB image in addition to the distance and intensity image, in another embodiment, an RGB image acquisition unit aligned with the surface of the sample can be provided, which is connected bidirectionally via a third computer unit to the central computer unit. While the light source of the scanner directs the emitted light beams onto the surface of the sample via transmission optics and the X-Y axis deflection unit, the light receiver of the scanner preferably incorporating an infrared photodiode receiver is connected to receiving optics on the receiving side receiving the reflected light beams.

In bevorzugter Ausführung enthält die Abtasteinrichtung einen Infrarot-Laserstrahler, der einen IR-Laserstrahl über einen von einer Laser-Ansteuerelektronik angesteuerten Modulator auf einen Kollimator richtet, der den IR-Laserstrahl mit begrenztem Laserstrahldurchmesser an eine vorzugsweise aus einem elektromotorisch angetriebenen Polygon-Ablenk- spiegel bestehende Ablenkeinrichtung abgibt, die den IR-Laserstrahl zeilenweise auf dieIn a preferred embodiment, the scanning device includes an infrared laser emitter which directs an IR laser beam via a modulator driven by a laser control electronics onto a collimator, which mirrors the IR laser beam with a limited laser beam diameter to a polygonal deflection mirror preferably driven by an electric motor existing deflector emits the IR laser beam line by line on the

Probe ablenkt und die von der Oberfläche der Probe reflektierten IR-Laserstrahlen zu einer Fotodiode ablenkt. Deflects the sample and deflects the reflected from the surface of the sample IR laser beams to a photodiode.

Ein im Strahlengang zwischen dem Kollimator und der Ablenkeinrichtung angeordneter Strahlenteiler lässt einerseits die vom Kollimator abgegebenen IR-Laserstrahlen zur Ablenkeinrichtung durch und lenkt andererseits die von der Ablenkeinrichtung seriell zusam- mengefassten, von der Oberfläche der Probe reflektierten IR-Laserstrahlen zur Fotodiode ab. Die von der Ablenkeinrichtung zeilenweise aufgefächerten IR-Laserstrahlen sowie die von der Ablenkeinrichtung empfangenen reflektierten IR-Laserstrahlen werden über eine Korrekturlinse und einen Umlenkspiegel zur Probe geleitet, wobei zumindest ein Teil der von der Ablenkeinrichtung zeilenweise aufgefächerten IR-Laserstrahlen auf eine Synchronisations-Fotodiode abgelenkt wird. A beam splitter arranged in the beam path between the collimator and the deflection device on the one hand allows the IR laser beams emitted by the collimator to pass to the deflection device and on the other hand deflects the IR laser beams which are serially collected by the deflection device and reflected by the surface of the sample to the photodiode. The IR laser beams fanned out line by line by the deflection device and the reflected IR laser beams received by the deflection device are directed to the sample via a correction lens and a deflection mirror, with at least part of the IR laser beams fanned out line by line being deflected onto a synchronization photodiode ,

Ausführungsbeispiele werden in den folgenden Zeichnungen dargestellt. Dabei zeigt Embodiments are illustrated in the following drawings. It shows

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Abtast- und Auswerteeinrichtung mit integriertem RGB- Sensor; 1 shows a block diagram of a sampling and evaluation device with integrated RGB sensor.

Fig. 2 ein Blockschaltbild der Abtast- und Auswerteeinrichtung zur Erläuterung des Fig. 2 is a block diagram of the sampling and evaluation to explain the

Funktionsprinzips der optischen Impulslaufzeitmessung;  Functional principle of the optical pulse transit time measurement;

Fig. 3 den zeitlichen Verlauf eines emittierten Licht- oder Laserstrahls und eines Referenz-Licht- oder Laserstrahls zur Erläuterung einer Phasendifferenzmessung; 3 shows the time profile of an emitted light or laser beam and of a reference light or laser beam for explaining a phase difference measurement;

Fig. 4 eine schematische Darstellung des parallelen Strahlengangs des von der Abtasteinrichtung abgegebenen modulierten Licht- oder Laserstrahls und reflektierten modulierten Licht- oder Laserstrahls. Fig. 4 is a schematic representation of the parallel beam path of the output from the scanning modulated light or laser beam and reflected modulated light or laser beam.

Fig. 5 eine Reduzierung der Intensität monochromatischen Lichts durch eine Ölauf- lage; 5 shows a reduction in the intensity of monochromatic light through an oil layer;

Fig. 6 eine schematische Darstellung der Rückführung der Schichtdicke durch eine Absorptionsspektroskopie; 6 shows a schematic representation of the return of the layer thickness by absorption spectroscopy;

Fig. 7 eine schematische Darstellung einer Probe mit auf der Oberfläche der Probe befindlicher Fettschicht; FIG. 7 shows a schematic representation of a sample with a fat layer located on the surface of the sample; FIG.

Fig. 8 eine schematische Darstellung der Absorptionsbande über der Wellenlänge einer Messung der Oberfläche der Probe an zwei ausgewählten Messpunkten mit einem Spektroskop; Fig. 9 eine schematische, zweidimensionale Darstellung eines Intensitätsbildes; Fig. 10 eine schematische, dreidimensionale Darstellung eines Intensitätsbildes und 8 is a schematic representation of the absorption band versus the wavelength of a measurement of the surface of the sample at two selected measuring points with a spectroscope; 9 shows a schematic, two-dimensional representation of an intensity image; 10 is a schematic, three-dimensional representation of an intensity image and

Fig. 1 1 eine schematische, dreidimensionale Darstellung eines Objektes als Graustufe und die sich auf der Oberfläche befindliche chemische Substanz in Farbdarstellung; Fig. 1 1 is a schematic, three-dimensional representation of an object as a gray scale and the chemical substance located on the surface in color representation;

Fig. 12 eine erste Ausführungsform zur Führung von zwei Lichtstrahlen auf eine Probe und die Erfassung des reflektierten Lichts; 12 shows a first embodiment for guiding two light beams onto a sample and the detection of the reflected light;

Fig. 13 eine Variation der ersten Ausführungsform mit einem optisch abbildenden Element; Fig. 13 shows a variation of the first embodiment with an optically imaging element;

Fig. 14 eine zweite Ausführungsform zur Führung von zwei Lichtstrahlen auf eine Probe und der Erfassung des reflektierten Lichts;  14 shows a second embodiment for guiding two light beams onto a sample and the detection of the reflected light;

Fig. 15 eine Variation der zweiten Ausführungsform mit einem optisch abbildenden Element; Fig. 15 shows a variation of the second embodiment with an optically imaging element;

Fig. 16 eine dritte Ausführungsform zur Führung von zwei Lichtstrahlen auf eine Probe und der Erfassung des reflektierten Lichts; 16 shows a third embodiment for guiding two light beams onto a sample and the detection of the reflected light;

Fig. 17 eine Variation der dritten Ausführungsform mit einem optisch abbildenden Element; 17 shows a variation of the third embodiment with an optically imaging element;

Fig. 18 eine vierte Ausführungsform zur Führung von zwei Lichtstrahlen auf eine Probe und der Erfassung des reflektierten Lichts; Fig. 18 shows a fourth embodiment for guiding two light beams onto a sample and detecting the reflected light;

Fig. 19 eine fünfte Ausführungsform zur Führung von zwei Lichtstrahlen auf eine Probe und der Erfassung des reflektierten Lichts; 19 shows a fifth embodiment for guiding two light beams onto a sample and the detection of the reflected light;

Fig. 20 eine Aufnahme eines typischen Probenuntergrundes; FIG. 20 shows a picture of a typical sample background; FIG.

Fig. 21 eine Aufnahme eines Fingerabdrucks auf dem Probenuntergrund gemäß Fig. 20 im Absorptionspeak; Fig. 22 eine Aufnahme des Fingerabdrucks gemäß Fig. 21 unter Anwendung einer Ausführungsform eines hier dargestellten Verfahrens. FIG. 21 shows a photograph of a fingerprint on the sample background according to FIG. 20 in the absorption peak; FIG. FIG. 22 shows a photograph of the fingerprint according to FIG. 21 using an embodiment of a method presented here.

Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Erfassung der Oberflächenstruktur und Beschaffenheit einer Probe oder eines Messobjekts P. Die Probe bzw. das Messobjekt P wird auf einer Probenaufnahme 1 angeordnet, die mit einer Z-Achsen-Antriebseinheit 5 zur Einstellung des Abstandes zwischen zwei Abtasteinrichtungen 2i, 22 und der Probenaufnahme 1 verbunden ist. Die strichpunktiert umrahmten Abtasteinrichtungen 2i, 22 bestehen jeweils aus einem Sender mit einer IR-Laser-Lichtquelle 22i, 222, einer Laser-Ansteuerelektronik 211, 212 und einer Sendeoptik 23i, 232 sowie aus einem Empfänger mit einem IR-Fotodiodenempfänger 25, einem Log-in-Signalverstärker 24 und einer Empfangsoptik 26. Die IR-Laser-Lichtquellen 22i, 222 werden von der von einem Impulsgenerator 81, 82 getakteten Laser-Ansteuerelektronik 211, 2I 2 angesteuert. Die Wellenlängen λι, λ2 der IR- Laser-Lichtquellen 22i, 222 unterscheiden sich um einen bestimmten Betrag. Außerdem ist in einer Ausführungsform eine der Wellenlängen λι, λ2 so ausgewählt, dass die Probe P diese Wellenlänge möglichst gut absorbiert und die andere eben nicht. Grundsätzlich ist es aber nur erforderlich, dass die Wellenlängen λι, λ2 unterschiedliches Kontrastverhalten zwischen Probe P und Probenumgebung zeigen. Fig. 1 shows a block diagram of a device for detecting the surface structure and nature of a sample or a measurement object P. The sample or the measurement object P is placed on a sample holder 1, which is provided with a Z-axis drive unit 5 for adjusting the distance between two Scanning 2i, 22 and the sample holder 1 is connected. The dash-dotted framed scanning 2i, 22 each consist of a transmitter with an IR laser light source 22i, 222, a laser drive electronics 211, 212 and a transmission optics 23i, 232 and from a receiver with an IR photodiode receiver 25, a log in signal amplifier 24 and a receiving optical system 26. The IR laser light sources 22i, 222 are driven by the clocked by a pulse generator 81, 82 laser drive electronics 211, 2I 2. The wavelengths λι, λ2 of the IR laser light sources 22i, 222 differ by a certain amount. In addition, in one embodiment, one of the wavelengths λι, λ2 selected so that the sample P absorbs this wavelength as well as possible and the other just not. Basically, it is only necessary that the wavelengths λι, λ2 show different contrast behavior between sample P and sample environment.

Die von den IR-Laser-Lichtquellen 22i, 222 abgegebenen Laserstrahlen Li, L2 werden mittels der Sendeoptiken 23i, 232, beispielsweise in Form von Kollimatoren, auf Laserstrahl- durchmesser von kleiner oder gleich 0, 1 mm kollimiert und auf die auf der ProbenaufnahmeThe laser beams Li, L2 emitted by the IR laser light sources 22i, 222 are collimated by means of the transmitting optics 23i, 232, for example in the form of collimators, to laser beam diameters of less than or equal to 0.1 mm and to those on the sample holder

1 befindliche Probe P gerichtet. Die Oberfläche der Probe wird in einer Schrittweite entsprechend der Laserstrahldurchmesser linienweise mittels der Laserstrahls Li, L2 abgefahren und die von der Oberfläche der Probe reflektierten Laserstrahlen R1, R2 von der Empfangsoptik 26 aufgenommen und an den IR-Fotodiodenempfänger 25 abgegeben, der aus- gangsseitig mit dem Log-in-Signalverstärker 24 verbunden ist, der die verstärkten Messsignale an eine strichpunktiert umrahmte Auswerteeinrichtung 3 mit einer ersten Rechnereinheit 31 zur Berechnung eines der Topographie der Oberfläche der Probe entsprechenden Distanzbildes und einer zweiten Rechnereinheit 32 zur Berechnung eines der chemischen Substanz der Oberfläche der Probe entsprechenden Intensitätsbildes abgibt, die ebenfalls vom Impulsgenerator 8 getaktet werden. Die erste und zweite Rechnereinheit 31 , 32 sind bidirektional mit einer zentralen Rechnereinheit (CPU) 30 verbunden, an die bidirektional eine Speichereinheit 61 und eine externe Speichereinheit 62 angeschlossen sind. Die beiden Laserstrahlen , L2 werden dabei durch eine Steuerungseinheit 70 so gelenkt, dass sie in vorbestimmbarer Weise auf die Empfangsoptik 26 und den IR-Fotodioden-Emp- fänger 25 geführt werden. Wie anhand unterschiedlicher Ausführungsformen (siehe Fig. 12 bis 19) noch erläutert wird, kann der IR-Fotodioden-Empfänger 25 z.B. mehrere Fotodioden aufweisen. Auch kann die Umlenkung der Strahlen in unterschiedlicher Weise er- folgen. Im Zusammenhang mit diesen Ausführungsformen wird auch darauf eingegangen, in welcher Weise sich die Verwendung von zwei Laserstrahlen Li, L2 auswirkt. 1 located sample P directed. The surface of the sample is traversed linearly by means of the laser beam Li, L2 in a step width corresponding to the laser beam diameter, and the laser beams R1, R2 reflected by the surface of the specimen are picked up by the receiving optics 26 and emitted to the IR photodiode receiver 25 on the output side connected to the log-in signal amplifier 24, the amplified measurement signals to a dot-dash framed evaluation 3 with a first computer unit 31 for calculating a topography of the surface of the sample corresponding distance image and a second computer unit 32 for calculating a chemical substance of the surface of the Sample corresponding intensity image outputs, which are also clocked by the pulse generator 8. The first and second computer unit 31, 32 are bidirectionally connected to a central processing unit (CPU) 30 to which a storage unit 61 and an external storage unit 62 are bidirectionally connected. The two laser beams L2 are thereby directed by a control unit 70 so that they are guided in a predeterminable manner on the receiving optics 26 and the IR photodiode receiver 25. As will be explained with reference to different embodiments (see FIGS. 12 to 19), the IR photodiode receiver 25 may have a plurality of photodiodes, for example. The deflection of the beams can also take place in different ways. In the context of these embodiments is also discussed how the use of two laser beams Li, L2 affects.

Die vom Sender 211 , 22i, 23i der ersten Abtasteinrichtung 2i abgegebenen Laserstrahlen Li, liegen im Wellenlängenbereich des Absorptionsspektrums der zu untersuchenden Probe P. Alternativ gibt der Sender 211 , 222, 233 breitbandig einen Laserstrahl Li im infraroten Spektrum an die Oberfläche der Probe ab, wobei die Wellenlänge in Bereiche in 0,2 nm-Schritten verändert bzw. durchgestimmt wird. The laser beams Li emitted by the transmitter 211, 22i, 23i of the first scanning device 2i lie in the wavelength range of the absorption spectrum of the sample P to be examined. Alternatively, the transmitter 211, 222, 233 broadband emits a laser beam Li in the infrared spectrum to the surface of the sample, wherein the wavelength is changed into regions in 0.2 nm increments.

Die von den IR-Laser-Lichtquellen 22i, 222 abgegebenen Laserstrahlen Li, L2 werden in den Sendeoptiken 23i, 232, auf einen Durchmesser von kleiner oder gleich 0, 1 mm kolli- miert auf die Oberfläche der Probe gerichtet und mittels Ablenkeinrichtungen, beispielsweise mittels Polygonspiegel oder Galvanometer, zeilenweise in einer Schrittweite entsprechend dem Strahldurchmesser linienweise abgefahren, so dass mittels der Ablenkeinrichtung eine Abtastung der Oberfläche der Probe in der einen (X-Achse) und durch den Vor- schub der Probe oder der Abtasteinrichtung in der anderen (Y-Achse) zur Abtastung derThe laser beams Li, L2 emitted by the IR laser light sources 22i, 222 are collimated onto the surface of the sample in the transmission optics 23i, 232, to a diameter of less than or equal to 0.1 mm, and deflected by means of deflection means, for example by means of deflection means Polygon mirror or galvanometer line by line in a step corresponding to the beam diameter, so that by means of the deflector scanning of the surface of the sample in one (X-axis) and by the feed of the sample or the scanning device in the other (Y- Axis) for sampling the

XY-Fläche erfolgt. XY surface is done.

Eine entweder die Abtasteinrichtungen 2i, 22 oder die Probenaufnahme 1 in der X- Y-Ebene senkrecht zur Z-Achse verfahrende X- Y-Achsen-Ablenkeinheit 4 bewirkt, dass der ge- samte Bereich der Oberfläche der Probe mittels der Abtasteinrichtungen 2i, 22 gescannt wird. Durch die zeilenweise Abtastung der Oberfläche der Probe in Verbindung mit der X- Y-Achsenverstellung können Probenflächen bis zu einer Breite von 10 m und beliebiger Länge gescannt werden. Die X- Y-Achsen-Ablenkeinheit 4 wird von einer X-Y-Achsentreibereinheit 40 angesteuert und gibt an diese Positionssignale ab. Die X- Y-Achsen-Treibereinheit 40 ist bidirektional mit der zentralen Rechnereinheit 30 verbunden. Die Z-Achsen-Antriebseinheit 5 wird von einer Z-Achsen-Treibereinheit 50 angesteuert und gibt an diese Höhen-Positionssignale ab, wobei die Z-Achsen-Treibereinheit 50 ebenfalls bidirektional mit der zentralen Rechnereinheit 30 verbunden ist. A X-Y-axis deflecting unit 4 traveling either the scanning devices 2i, 22 or the sample receptacle 1 in the XY plane perpendicular to the Z axis causes the entire area of the surface of the sample to be scanned by means of the scanning devices 2i, 22 is scanned. By scanning the surface of the sample line-by-line in conjunction with the XY-axis adjustment, sample surfaces up to a width of 10 m and any length can be scanned. The XY axis deflection unit 4 is driven by an XY axis drive unit 40 and outputs to these position signals. The XY axis driver unit 40 is bidirectionally connected to the central processing unit 30. The Z-axis drive unit 5 is driven by a Z-axis drive unit 50 and outputs to these altitude position signals, and the Z-axis drive unit 50 is also bidirectionally connected to the central processing unit 30.

Zur Ermittlung von Farbwerten der von den Abtasteinrichtungen 2i, 22 gescannten Oberfläche der Probe kann zusätzlich eine externe RGB-Bildaufnahmeeinheit 7 vorgesehen werden, die auf die Oberfläche der Probe gerichtet ist und mit einer dritten Rechnereinheit 33 verbunden ist, die ebenfalls bidirektional an die zentrale Rechnereinheit 30 angeschlossen ist. For determining color values of the surface of the sample scanned by the scanning devices 2i, 22, an external RGB image acquisition unit 7 can additionally be provided, which is directed onto the surface of the sample and connected to a third computer unit 33, which is also bidirectional to the central computer unit 30 is connected.

Zur Erfassung der Topographie bzw. Kontur der Oberfläche der Probe sowie Beschaffen- heit der chemischen Substanz der Probe P kann in einer Ausführungsform die Laufzeit der Laserlichtsignale bzw. Laserlichtimpulse gemessen werden, die vom Abstand der einzelnen Punkte der Kontur der Oberfläche der Probe abhängig ist, so dass ein exaktes Abbild der Topographie der Oberfläche der Probe durch die Berechnung eines Distanzbildes er- fasst wird. Die Topographie kann auch durch Triangulation oder ein anderes Verfahren beschafft werden. To record the topography or contour of the surface of the sample and the nature of the chemical substance of the sample P, in one embodiment the transit time of the laser light signals or laser light pulses can be measured, which depends on the distance of the individual points of the contour of the surface of the sample. so that an exact image of the topography of the surface of the sample is detected by calculating a distance image. The topography can also be obtained by triangulation or another method.

Da die zu untersuchende chemische Substanz spezifische Absorptionseigenschaften aufweist, liefert die Stärke bzw. Intensität des reflektierten Laserstrahls R eine Aussage über die Beschaffenheit bzw. Zusammensetzung der Probe bzw. Oberfläche der Probe. Aus den einzelnen Intensitätsmesspunkten kann somit beim Scannen der Oberfläche der Probe ein Intensitätsbild der Oberfläche der Probe erfasst und ausgewertet werden. Zu diesem Zweck kann jeder einzelne Messpunkt beispielsweise in Form einer von 0 bis 100 skalierten Intensität dargestellt werden, wobei durch eine Zuordnung unterschiedlicher Farbskalen zu den Intensitätswerten eine leicht erkennbare Wiedergabe des Intensitätsbildes und entsprechende bildgebende Darstellung auf einer Bilddarstellungseinheit bzw. einemSince the chemical substance to be examined has specific absorption properties, the strength or intensity of the reflected laser beam R provides information about the nature or composition of the sample or surface of the sample. Thus, when scanning the surface of the sample, an intensity image of the surface of the sample can be recorded and evaluated from the individual intensity measuring points. For this purpose, each individual measuring point can be represented, for example, in the form of an intensity scaled from 0 to 100, an easily recognizable reproduction of the intensity image and corresponding imaging on an image display unit or by an assignment of different color scales to the intensity values

Display 9 ermöglicht werden. Die zur Ermittlung der Topographie der Oberfläche der Probe erforderliche Messung der Distanz zwischen den einzelnen Punkten der Oberfläche der Probe und der Abtasteinrichtung 2 soll nachfolgend anhand der Fig. 2 und 3 näher erläutert werden. Aus Gründen der Einfachheit erfolgt diese prinzipielle Beschreibung nur anhand eines Laserstrahls. Display 9 will be enabled. The measurement of the distance between the individual points of the surface of the sample and the scanning device 2 required for determining the topography of the surface of the sample will be explained in more detail below with reference to FIGS. 2 and 3. For the sake of simplicity, this basic description is made only by means of a laser beam.

Fig. 2 zeigt ein schematisches Blockschaltbild zur Erläuterung des Funktionsprinzips einer optischen Impulslaufzeitmessung (TOF-Time-of-Flight). Analog zum Blockschaltbild gemäß Fig. 1 ist eine Laser-Lichtquelle 22i vorgesehen, deren abgegebene Laserstrahlen Li von einer Sendeoptik 23i kollimiert auf die Oberfläche der Probe der auf der Probenauf- nähme 1 befindlichen Probe P gerichtet werden. Die reflektierten Laserstrahlen Ri werden von der Empfangsoptik 26 aufgenommen und an einen Fotodiodenempfänger 25 abgegeben. Sowohl die Laser-Lichtquelle 22i als auch der Fotodiodenempfänger 25 geben Ausgangssignale an eine Zeitmesseinrichtung 27 ab, die ausgangsseitig mit einem Mikroprozessor 300 verbunden ist. An den Mikroprozessor 300 ist ein digitaler Ausgang 28 und optional ein analoger Ausgang 29 der Messeinrichtung angeschlossen. 2 shows a schematic block diagram for explaining the operating principle of an optical pulse time-of-flight measurement (TOF time-of-flight). Analogous to the block diagram according to FIG. 1, a laser light source 22i is provided whose emitted laser beams Li are collimated by a transmitting optics 23i onto the surface of the sample of the sample P located on the sample holder 1. The reflected laser beams Ri are received by the receiving optics 26 and delivered to a photodiode receiver 25. Both the laser light source 22i and the photodiode receiver 25 output output signals to a time measuring device 27, which is the output side connected to a microprocessor 300. To the microprocessor 300, a digital output 28 and optionally an analog output 29 of the measuring device is connected.

Die Laser-Lichtquelle 22i löst gleichzeitig mit der Abgabe eines Laserlichtimpulses Li die Zeitmesseinrichtung 27i aus. Der Laserlichtimpuls Li trifft auf die Oberfläche der Probe, wird von dieser reflektiert und als reflektierter Laserlichtimpuls Ri von der Empfangsoptik 26 empfangen und vom Fotodiodenempfänger 25 detektiert, der die Zeitmesseinrichtung 27 stoppt, so dass die distanzabhängige Signallaufzeit gemessen wurde, die unmittelbar der Entfernung des jeweiligen Messpunktes der Oberfläche der Probe von der Abtasteinrichtung 2 entspricht. Da bei sehr flachen Konturen der Oberfläche der Probe nur geringe Unterschiede in der distanzabhängigen Signallaufzeit des Laserstrahls Li gemessen werden, hängt die Genauigkeit der Erfassung, Auswertung und Wiedergabe der Topographie der Oberfläche der Probe von der Genauigkeit der Zeitmessung ab. Aus diesem Grunde wird alternativ ein Verfahren zur Distanzmessung mittels Phasenverschiebung eingesetzt, dessen Funktions- prinzip in Fig. 3 dargestellt ist und das im Wesentlichen von derselben Vorrichtung wie inThe laser light source 22i triggers the time measuring device 27i simultaneously with the delivery of a laser light pulse Li. The laser light pulse Li impinges on the surface of the sample, is reflected therefrom and received as reflected laser light pulse Ri from the receiving optics 26 and detected by the photodiode receiver 25, which stops the time measuring means 27, so that the distance-dependent signal propagation time was measured immediately the distance of the respective Measuring point of the surface of the sample from the scanning device 2 corresponds. Since only very small differences in the distance-dependent signal propagation time of the laser beam Li are measured with very flat contours of the surface of the sample, the accuracy of the detection, evaluation and reproduction of the topography of the surface of the sample depends on the accuracy of the time measurement. For this reason, a method for distance measurement by means of phase shifting is used as an alternative, the functional principle of which is shown in FIG. 3 and which essentially consists of the same device as in FIG

Fig. 2 Gebrauch macht, indem anstelle der Zeitmesseinrichtung 27 eine Phasenmessein- richtung eingesetzt wird. 2 makes use of a phase measuring device instead of the time measuring device 27.

Bei diesem Verfahren wird die Phasenverschiebung gemessen, die das optisch modulierte Messsignal aufgrund seiner wegabhängigen Signallaufzeit relativ zu einem Referenzsignal erfährt. Dabei wird der Laserlichtimpuls Li bei der optischen Impulslaufzeitmessung durch ein sinusförmig moduliertes Signal ersetzt, dessen Phase dadurch bestimmt wird, dass das vom Fotodiodenempfänger 25 empfangene Signal mit einem synchronen Referenzsignal korreliert wird. Die so ermittelte Phasenverschiebung bzw. Phasendifferenz Δφι ist propor- tional zur Laufzeit des Laserlichtimpulses Li von der Laserlichtquelle 221 bis zu dem Fotodiodenempfänger 25. In this method, the phase shift is measured, the optically modulated measurement signal due to its path-dependent signal propagation time relative to a reference signal experiences. In the case of the optical pulse travel time measurement, the laser light pulse Li is replaced by a sinusoidally modulated signal whose phase is determined by the signal received by the photodiode receiver 25 being correlated with a synchronous reference signal. The thus determined phase shift or phase difference Δφι is proportional to the propagation time of the laser light pulse Li from the laser light source 221 to the photodiode receiver 25.

Um von der vorstehend beschriebenen eindimensionalen Laufzeitmessung auf eine dreidimensionale Entfernungsmessung zu kommen, wird mit Hilfe der Abtasteinrichtung 2i die Oberfläche der Probe mit Hilfe des modulierten Laserlichtstrahls abgetastet und die Oberfläche der Probe seriell Punkt für Punkt vermessen. Die in einer Matrix angeordneten Messergebnisse sind Bildelemente eines digitalen Bildes, das ein Entfernungsbild und damit die Topographie der Oberfläche der Probe und ein Intensitätsbild der Oberfläche der Probe, das der Beschaffenheit der Oberfläche der Probe entspricht, wiedergibt. Falls zu- sätzlich ein RGB-Sensor eingesetzt wird, kann ergänzend ein RGB-Bild aus den ermittelten Farbwerten der gemessenen Punkte erstellt werden. In order to arrive at a three-dimensional distance measurement from the above-described one-dimensional transit time measurement, the surface of the sample is scanned with the aid of the scanning device 2i with the aid of the modulated laser light beam and the surface of the sample is measured serially point by point. The measurement results arranged in a matrix are picture elements of a digital image which reproduces a distance image and therewith the topography of the surface of the sample and an intensity image of the surface of the sample which corresponds to the nature of the surface of the sample. If an additional RGB sensor is used, an additional RGB image can be created from the determined color values of the measured points.

Über die Schnittstelle zwischen den Abtasteinrichtungen 2i, 22 und der Auswerteeinrichtung 3 gemäß Fig. 1 werden die Messdaten, nämlich die Distanzwerte, Intensitätswerte und RGB-Farbwerte an die Auswerteeinrichtung 3, beispielsweise einem PC oder Laptop übertragen, in dem sie mit Hilfe einer Software zu einem Entfernungs-, Intensitäts- und gegebenenfalls Echtfarbenbild zusammengesetzt und auf der Bilddarstellungseinheit bzw. dem Display 9 visualisiert werden. Neben der bildlichen Darstellung der Messdaten bewirkt die Auswerteeinrichtung 3 auch die Aufnahmesteuerung der Abtasteinrichtungen 2i, 22, beispielsweise die Auswahl des zu scannenden Bereichs der Oberfläche der Probe, Vorgabe der Schrittweite beim Scanvorgang, Höheneinstellung der Probenaufnahme 1 usw. Fig. 4 zeigt in ebenfalls schematischer Darstellung die prinzipielle Funktion einer Abtasteinrichtung 2i, 22 (aus Gründen der Einfachheit wird in Fig. 4 nur eine Abtasteinrichtung 2 dargestellt) zur Abgabe der modulierten IR-Laserstrahlen Li, L2 und zum Empfang der reflektierten modulierten IR-Laserstrahlen R1, R2, deren Laufzeit bzw. Phasenverschiebung gegenüber dem modulierten IR-Laserstrahl Li, L2 zur Bestimmung eines Distanzbildes und damit zur Bestimmung der Topographie der Oberfläche der Probe P und deren Absorptionseigenschaften und damit chemischen Zusammensetzung zu einem Intensitätsbild zusammengefügt werden. Die IR-Detektoren 91 , 92 und Objektive 93, 94 sind schräg zur Probenaufnahme 1 positioniert, wobei der eine IR-Detektor 91 in Y-Richtung und der andere IR-Detektor 92 in X- Richtung ausgerichtet ist. 1, the measurement data, namely the distance values, intensity values and RGB color values are transmitted to the evaluation device 3, for example a PC or laptop, in which they are supplied with the aid of software a distance, intensity and possibly true color image composed and visualized on the image display unit or the display 9. In addition to the pictorial representation of the measured data, the evaluation device 3 also effects the recording control of the scanning devices 2i, 22, for example the selection of the area of the surface of the sample to be scanned, specification of the step size during the scanning process, height adjustment of the sample holder 1, etc. FIG. 4 also shows in more schematic form Representing the principal function of a scanning device 2i, 22 (for reasons of simplicity, only one scanning device 2 is shown in FIG. 4) for emitting the modulated IR laser beams Li, L2 and for receiving the reflected modulated IR laser beams R1, R2 whose transit time or phase shift relative to the modulated IR laser beam Li, L2 for determining a distance image and in order to determine the topography of the surface of the sample P and its absorption properties and thus chemical composition are combined to form an intensity image. The IR detectors 91, 92 and lenses 93, 94 are positioned obliquely to the sample receptacle 1, wherein the one IR detector 91 in the Y direction and the other IR detector 92 is aligned in the X direction.

Die Ausführungsform ermöglicht es, über die Intensitätsmessung an jedem Messpunkt auf die Schichtdicke einer chemischen Substanz zu schließen, was in Ergänzung zu den eingangs genannten Anwendungsbereichen auch für die Messung von Materialbeschichtun- gen, Klebeschichten auf Folien sowie bei Mehrschichtaufbauten auch innenliegender Schichten eingesetzt werden kann. Beispiele hierfür sind in den Fig. 5 bis 10 dargestellt. Fig. 5 zeigt in schematischer Darstellung die Reduzierung der Intensität monochromatischen Lichts durch einen Ölfilm 101 auf einem Blechstreifen 100 einer Probe 1 . Auf die Probe 1 wird monochromatisches Licht, beispielsweise ein Laserstrahl, mit der Anfangsintensität lo gerichtet. Die Intensität des monochromatischen Lichts wird durch die schichtdi- ckenabhängige Absorption des Ölfilms 101 , die Reflektion IR an der Grenzschicht der Oberfläche des Ölfilms 101 sowie der Grenzschicht zwischen dem Ölfilm 101 und derThe embodiment makes it possible to deduce the thickness of a chemical substance at each measuring point via the intensity measurement, which, in addition to the application areas mentioned at the outset, can also be used for the measurement of material coatings, adhesive layers on foils and in multilayer structures of internal layers. Examples of this are shown in FIGS. 5 to 10. 5 shows a schematic representation of the reduction of the intensity of monochromatic light through an oil film 101 on a metal strip 100 of a sample 1. On the sample 1 monochromatic light, for example a laser beam, is directed with the initial intensity lo. The intensity of the monochromatic light is determined by the coating thickness-dependent absorption of the oil film 101, the reflection IR at the boundary layer of the surface of the oil film 101, and the boundary layer between the oil film 101 and the film

Oberfläche des Blechstreifens 100 und durch das Streulicht ls der Beschichtung reduziert. Surface of the metal strip 100 and reduced by the stray light ls the coating.

Fig. 6 zeigt in einer schematischen Darstellung der Absorption über der Wellenzahl die Rückführung der Schichtdicke durch die Absorptionsspektroskopie der Anordnung gemäß Fig. 5. FIG. 6 shows in a schematic representation of the absorption over the wavenumber the return of the layer thickness by the absorption spectroscopy of the arrangement according to FIG. 5.

Fig. 6 zeigt den die schichtdickenabhängige Absorption des Ölfilms 101 repräsentierenden Peak Ai sowie mit A2 die Reduzierung der Intensität des monochromatischen Lichts durch die Reflektion an der Oberfläche des Ölfilms 101 , durch das Streulicht der Beschich- tung und die Reflektion der Grenzschicht zwischen dem Ölfilm 101 und dem BlechstreifenFIG. 6 shows the peak Ai representing the layer thickness-dependent absorption of the oil film 101 and A2 the reduction of the intensity of the monochromatic light by the reflection at the surface of the oil film 101, the scattered light of the coating and the reflection of the boundary layer between the oil film 101 and the metal strip

100. 100th

In den Fig. 7 und 8 ist ein Beispiel für eine Messung mit einem Spektroskop dargestellt. Als Probe dient ein in Fig. 7 schematisch dargestellter Teller mit einer darauf befindlichen Fett- schicht und zwei Messpunkten Mi und M2. Fig. 8 zeigt zwei Spektren, die auf der Tellerprobe mit einer Fettschicht an den beiden Messpunkten Mi und M2 gemessen wurden. In dem Diagramm gemäß Fig. 8 sind die Ab- sorptionspeaks mit den dazugehörigen funktionellen Gruppen eingezeichnet. Neben dem breiten, starken Absorptionspeak bei ca. 1 .000 cm-1 treten weitere Absorptionspeaks bei rund 1 .500 cm"1 (Methylen CH2 und Methylen CH2 und Methyl CH3), bei rund 1 .750 cm"1 (Ketone C=0), 2.700 cm-1 und 3.000 cm-1 auf. Ein breiter Absorptionspeak tritt zwischen 3.700 cm-1 und 3.350 cm-1 (H2O und OH) auf. Diese zusätzlichen Peaks lassen sich alle auf das Vorhandensein der Fettschicht zurückführen, der Absorptionspeak der OH-Gruppe kann aus dem Fett stammen oder aus der Luftfeuchte, die sich auf der Telleroberfläche abgelagert hat. FIGS. 7 and 8 show an example of a measurement with a spectroscope. The sample used is a plate shown schematically in FIG. 7 with a fat layer located thereon and two measuring points Mi and M2. FIG. 8 shows two spectra which were measured on the disk sample with a layer of fat at the two measuring points Mi and M2. In the diagram according to FIG. 8, the absorption peaks with the associated functional groups are shown. In addition to the broad, strong absorption peak at about 1, 000 cm -1 , further absorption peaks occur at about 1, 500 cm -1 (methylene CH 2 and methylene CH 2 and methyl CH 3 ), at about 1, 750 cm -1 (ketones C = 0), 2,700 cm -1 and 3,000 cm -1. A broad absorption peak occurs between 3,700 cm -1 and 3,350 cm -1 (H2O and OH). These additional peaks can all be attributed to the presence of the fat layer, the absorption peak of the OH group can originate from the fat or from the humidity that has deposited on the plate surface.

Die in Fig. 8 dargestellte Absorption über der Wellenzahl an den beiden Messpunkten Mi und M2 gemäß Fig. 7 zeigt die für bestimmte Materialien typischen Peaks in einem Wellen- zahlbereich zwischen 800 und 3.750 cm-1. Bei 2.850 cm-1 und bei 2.900 cm-1 erkennt man die charakteristischen Banden für Fingerspurenfett. Im Falle eines Fingerspurenscans wird vorzugsweise nur diese Bande ausgewertet, nicht jedoch die gesamte Absorptionsbande über einen Bereich von 1-10 μηη Wellenlänge. Fig. 9 zeigt eine zweidimensionale Darstellung eines Intensitätsbildes, mit der Darstellung der jeweiligen X/Y Position jedes Pixels und der mittels einer Graustufendarstellung dargestellten Intensität jedes Pixels, so dass sich hieraus eine strukturelle Darstellung der Oberfläche der Probe ergibt. Fig. 10 zeigt eine bildgebende, dreidimensionale Darstellung des Intensitätsbildes jedes einzelnen Messpunktes auf der Oberfläche der Probe sowie eine daneben schematisch dargestellte Skala der spektralen Intensität, die vorzugsweise farbig angelegt ist und der jeweiligen Farbe der Messpunkte entspricht, so dass neben einer qualitativen Beurteilung der Oberfläche der Probe auch eine quantitative Beurteilung möglich ist. Die in Fig.10 in einer Graustufe dargestellte Topographie kann wie in der Abbildung zweidimensional, aber auch dreidimensional mit der darauf befindlichen Substanz S wie in Fig. 1 1 dargestellt werden. Fig. 1 1 zeigt eine schematische, zweidimensionale Darstellung einer Probe P mit dem Höhenprofil Z1 der Probe P als Graustufe und die sich auf der Oberfläche der Probe P befindliche chemische Substanz S mit dem Höhenprofil Z2, beispielsweise in einer Rotstufendarstellung. In Abhängigkeit von der Höhe Z2 der Substanz S kann diese in einem zwei- dimensionalen Bild in einer Farbpalette von hellrot bis dunkelrot dargestellt werden. The absorption over the wave number shown in FIG. 8 at the two measuring points Mi and M2 according to FIG. 7 shows the peaks typical for certain materials in a wave number range between 800 and 3,750 cm -1 . At 2,850 cm -1 and at 2,900 cm -1 , the characteristic bands for finger trace fat can be seen. In the case of a finger-track scan, preferably only this band is evaluated, but not the entire absorption band over a range of 1-10 μηη wavelength. 9 shows a two-dimensional representation of an intensity image, showing the respective X / Y position of each pixel and the intensity of each pixel represented by means of a gray scale representation, resulting in a structural representation of the surface of the sample. FIG. 10 shows an imaging, three-dimensional representation of the intensity image of each individual measurement point on the surface of the sample and a scale of the spectral intensity, which is shown schematically in color and which corresponds to the respective color of the measurement points, so that in addition to a qualitative assessment of the surface the sample is also a quantitative assessment possible. The topography depicted in FIG. 10 in a gray scale can be displayed two-dimensionally, but also three-dimensionally, with the substance S thereon, as shown in FIG. 11, as in the illustration. 1 1 shows a schematic, two-dimensional representation of a sample P with the height profile Z1 of the sample P as a gray scale and the chemical substance S located on the surface of the sample P with the height profile Z2, for example in a red-level representation. Depending on the height Z2 of the substance S, it can be displayed in a two-dimensional image in a color palette from light red to dark red.

Mit dem erfindungsgemäßen Abtast- oder Scanverfahren und der daraus abgeleiteten Abtastvorrichtung wird eine Technologie realisiert, die eine schattenfreie und verzahnungsfreie Aufnahme der Oberfläche der Probe mit einem einzelnen Abtastvorgang ermöglicht, indem ein Entfernungsbild,  With the scanning or scanning method according to the invention and the scanning device derived therefrom, a technology is realized which enables a shadow-free and tooth-free recording of the surface of the sample with a single scanning process by a distance image,

ein Intensitätsbild  an intensity image

bedarfsweise ein RGB-Bild bei Anordnung eines RGB-Sensors zur Ermittlung der Farbwerte der gemessenen Punkte mit einer Abstandsauflösung von ca. 1 mm, insbesondere kleiner oder gleich 0, 1 mm, erstellt wird, wobei jedes abgetastete Pixel eine Bild- und Entfernungsinformation liefert. Des Weiteren gewährleistet das erfindungsgemäße Verfahren sowie die erfindungsgemäße Vorrichtung die Unterdrückung von Hintergrundlicht, so dass eine sichere Funktion des Abtastverfahrens auch bei Fremdlicht gewährleistet ist.  If required, an RGB image is created when an RGB sensor is arranged to determine the color values of the measured points with a distance resolution of approximately 1 mm, in particular less than or equal to 0.1 mm, with each sampled pixel providing image and distance information. Furthermore, the method according to the invention and the device according to the invention ensure the suppression of background light, so that a reliable function of the scanning method is ensured even with extraneous light.

In den Fig. 12 bis 19 werden unterschiedliche Ausführungsformen dargestellt, mit denen zwei Lichtstrahlen , l_2 auf die Probe P gelenkt werden und das reflektierte Licht Ri, R2 einer Auswertung zugeführt wird. Different embodiments are shown in FIGS. 12 to 19, with which two light beams I 2 are directed onto the sample P and the reflected light R i, R 2 is supplied to an evaluation.

In der ersten Ausführung werden zwei parallele Lichtstrahlen Li, L2 (z.B. Laserstrahlen) mit unterschiedlichen Wellenlängen über eine teildurchlässige Spiegelvorrichtung 70 und einen Reflektor 71 auf die Probe P gelenkt. Der Reflektor 71 ist hier und auch im Folgenden als Schwingspiegel oder Drehspiegel ausgebildet. In the first embodiment, two parallel light beams Li, L2 (e.g., laser beams) having different wavelengths are directed to the sample P via a partially transmissive mirror device 70 and a reflector 71. The reflector 71 is here and also designed as a vibrating mirror or rotating mirror.

Die reflektierten Strahlen R1, R2 mit den jeweiligen Wellenlängen treffen dann wieder auf den Reflektor 71 und die teildurchlässige Spiegelvorrichtung 70. Von dort werden sie auf eine Empfangsoptik 26, die hier zwei Dioden als Detektoren aufweist, geleitet. Für die Einzelheiten des Empfangs und die Auswertung des reflektierten Lichts R1, R2 auf die obige Beschreibung verwiesen. In Fig. 13 wird eine Variation der Ausführungsform gemäß Fig. 12 dargestellt. Hier ist zusätzlich zwischen der teildurchlässigen Spiegelvorrichtung 70 und dem Reflektor 71 ein optisch abbildendes Element 72 angeordnet. Dieses hat die Aufgabe z.B. aus einem pa- rallelen Strahlengang, wie er für die teildurchlässigen Spiegel günstig sein kann, in einen fokussierten Strahlengang zu überführen, der für die Punktabbildung und Auflösung Vorteile hat. The reflected rays R1, R2 with the respective wavelengths then strike the reflector 71 and the partially transmissive mirror device 70 again. From there they are directed onto a receiving optical system 26, which here has two diodes as detectors. For the details of the reception and the evaluation of the reflected light R1, R2 refer to the above description. In Fig. 13, a variation of the embodiment of FIG. 12 is shown. Here, an optically imaging element 72 is additionally arranged between the partially transparent mirror device 70 and the reflector 71. This has the task, for example, of a parallel beam path, as it may be favorable for the partially transmissive mirror to convert into a focused beam path, which has advantages for the point imaging and resolution.

In den Ausführungsformen gemäß der Fig.14 und 15 werden zwei Lichtstrahlen Li, L2 zeit- gleich über ein erstes dispersives Element 73 (z.B. Transmissionsgitter) geführt. Der zusammengeführte Laserstrahl L wird dann über eine teildurchlässige Spiegelvorrichtung 70 und einen Reflektor 71 auf die Probe P geführt. In the embodiments of Figures 14 and 15, two light beams Li, L2 are simultaneously passed over a first dispersive element 73 (e.g., transmission grating). The merged laser beam L is then passed over a partially transparent mirror device 70 and a reflector 71 on the sample P.

Das von der Probe reflektierte Licht R wird von der teildurchlässigen Spiegelvorrichtung 70 auf ein zweites dispersives Element 74 geführt. Die dadurch getrennten Strahlen werden zur Empfangsoptik 26 geleitet, die hier zwei Dioden als Detektoren aufweist. The light R reflected by the sample is guided by the partially transmissive mirror device 70 onto a second dispersive element 74. The thus separated beams are passed to the receiving optics 26, which has two diodes as detectors here.

In Fig. 15 wird eine Variation der Ausführungsform gemäß Fig. 14 dargestellt, wobei, wie bei der Ausführungsform der Fig. 13, ein optisch abbildendes Element 72 in dem Strahlen- gang zwischen der teildurchlässigen Spiegelvorrichtung 70 und den Reflektor 71 angeordnet ist. Auch hier überführt das abbildende Element 72 den Teil der Optik mit eher parallelem Strahlengang in den konfokalen Anteil der Optik. FIG. 15 shows a variation of the embodiment according to FIG. 14, wherein, as in the embodiment of FIG. 13, an optically imaging element 72 is arranged in the beam path between the partially transmissive mirror device 70 and the reflector 71. Here, too, the imaging element 72 transfers the part of the optics with a rather parallel beam path into the confocal part of the optic.

Bei den Ausführungsformen gemäß Fig. 16 und 17 werden die Lichtstrahlen Li, L2 in Form von Lichtimpulsen zeitversetzt auf die Probe P gestrahlt. Der zeitliche Versatz wird durchIn the embodiments according to FIGS. 16 and 17, the light beams Li, L2 are irradiated in time in the form of light pulses onto the sample P. The time offset is through

Chopper oder Shutter 75,76 im Strahlengang vor einem dispersiven Element 73 erzeugt. Der zeitliche Versatz kann auch über eine entsprechende Ansteuerung der Laser oder eine Art von steuerbarem Unterbrecher erreicht werden. Der zusammengeführte Strahl L wird dann über die teildurchlässige Spiegelvorrichtung 70 und den Reflektor 71 auf die Probe P geführt. Das reflektierte Licht R wird dann wieder über den Reflektor 71 und die teildurchlässige Spiegelvorrichtung 70 auf eine Empfangsoptik 26 geführt, die hier mit einer Diode als Detektor auskommt. In der Fig. 17 ist eine Variante der Ausführungsform gemäß Fig. 16 dargestellt. Dabei ist zusätzlich ein optisch abbildendes Element 72 im Strahlengang vor dem dispersiven Element 73 angeordnet. Hiermit kann das Licht parallelisiert und die wellenlängenaufspaltende Wirkung des dispersiven Elementes 73 verbessert werden. Chopper or shutter 75,76 generated in the beam path in front of a dispersive element 73. The time offset can also be achieved via a corresponding control of the laser or a kind of controllable breaker. The merged beam L is then guided via the partially transmitting mirror device 70 and the reflector 71 onto the sample P. The reflected light R is then guided again via the reflector 71 and the partially transmissive mirror device 70 to a receiving optical system 26, which here makes do with a diode as a detector. FIG. 17 shows a variant of the embodiment according to FIG. 16. In this case, an optically imaging element 72 is additionally arranged in the beam path in front of the dispersive element 73. Hereby, the light can be parallelized and the wavelength splitting effect of the dispersive element 73 can be improved.

In Fig. 18 werden zwei parallele Lichtstrahlen Li, L2 über ein optisch abbildendes Element 72 auf einen Reflektor 71 geführt. Die diffus reflektierte Lichtstrahlung R wird dann von einer Empfangsoptik 26 mit einer Diode als Detektor aufgenommen. Die Intensität des aufgenommenen Lichtes wird in der Regel schwach sein, so dass diese Variante nur für helle Untergründe und bei erhöhtem Verstärkungsaufwand geeignet erscheint. In FIG. 18, two parallel light beams Li, L2 are guided via an optically imaging element 72 onto a reflector 71. The diffusely reflected light radiation R is then received by a receiving optics 26 with a diode as a detector. The intensity of the recorded light will usually be weak, so that this variant seems suitable only for light surfaces and with increased amplification effort.

Die Ausführungsformen der Fig. 12 bis 18 verwendeten Laserlicht, um Informationen über die Probe P zu erhalten. In Fig. 19 wird nun eine Ausführungsform beschrieben, bei der nicht-kohärentes Licht, z.B. von einer Breitband MIR-Lichtquelle 75, auf eine teildurchlässige Spiegelvorrichtung 70 eingestrahlt wird. Über ein optisches abbildendes Element 72 und einen Reflektor 71 wird das Licht auf die Probe P geführt. Die teildurchlässige Spiegelvorrichtung 70 leitet das reflektierte Licht R auf ein dispersives Element 73, das das Licht aufteilt und der Empfangsoptik 26, hier mit zwei Dioden als Detektoren, zuführt. The embodiments of FIGS. 12 to 18 used laser light to obtain information about the sample P. In Fig. 19, an embodiment will be described in which non-coherent light, e.g. from a broadband MIR light source 75, is irradiated onto a partially transmissive mirror device 70. Via an optical imaging element 72 and a reflector 71, the light is guided onto the sample P. The partially transmissive mirror device 70 directs the reflected light R onto a dispersive element 73, which divides the light and supplies it to the receiving optics 26, here with two diodes as detectors.

Gemäß der hier vorgestellten Ausführungsformen mit mindestens zwei Lichtstrahlen Li, L2 können Schwankungen im Reflexionsverhalten der Umgebung der Probe P dadurch eliminiert werden, indem ein zweites Abbild der Scanfläche aufgenommen wird und die Laserwellenlänge so verstellt wird, dass das zweite Bild im nicht- oder im wenig-absorbierenden Bereich der Oberfläche aufgenommen wird. Somit dient der erste Lichtstrahl Li der gezielten Absorption, der zweite Lichtstrahl L2 dient als Referenz. Es werden zwei Abbilder der Oberfläche erhalten, eines im Absorptionsmaximum der z.B. untersuchten organischenAccording to the embodiments presented here with at least two light beams Li, L2, fluctuations in the reflection behavior of the surroundings of the sample P can be eliminated by taking a second image of the scan area and adjusting the laser wavelength such that the second image is not or not at all Absorbing area of the surface is absorbed. Thus, the first light beam Li is the targeted absorption, the second light beam L2 serves as a reference. Two images of the surface are obtained, one in the absorption maximum of e.g. examined organic

Substanz und eines außerhalb dieses Wellenlängenbereiches. Bei der Verwendung von Infrarotstrahlung wird zum eigentlichen Mittelinfrarot-Bild ein Referenzbild aufgenommen. Substance and one outside this wavelength range. When using infrared radiation, a reference image is taken to the actual mid-infrared image.

Es lässt sich damit eine wirkliche Extinktion errechnen, wie bei der klassischen Mittel infra- rot-Spektroskopie, nämlich für jeden Bildpunkt

Figure imgf000024_0001
It is thus possible to calculate a real extinction, as in classical means of infrared spectroscopy, namely for every pixel
Figure imgf000024_0001

Ext = logy wobei die Intensität lo der Intensität des Remissionslichtes der Referenzwellenlänge im nichtabsorbierenden Bereich und I der von der organischen Substanz (z.B. Fett) absorbierten Wellenlänge entspricht.  Ext = logy where the intensity lo is the intensity of the reflectance light of the reference wavelength in the non-absorbing region and I the wavelength absorbed by the organic substance (e.g., fat).

Die Größe Extinktion (Ext) würde dann unabhängig von der Remission oder Helligkeit der Oberfläche sein und linear mit der Schichtdicke des aufliegenden Fettes skalieren (Lam- bert-Beersches Gesetz). Der mathematische Vorgang der Bildung eines Logarithmus line- arisiert die Kennlinie als Funktion der Schichtdicke, so dass in einer Ausführungsform direkt die Schichtdicke des Fettfilmes angegeben werden kann. The variable extinction (Ext) would then be independent of the reflectance or brightness of the surface and scale linearly with the layer thickness of the overlying fat (Lamert-Beers law). The mathematical process of forming a logarithm linearizes the characteristic curve as a function of the layer thickness, so that in one embodiment the layer thickness of the greasy film can be stated directly.

Die zweite Wellenlänge A2 des zweiten Lichtstrahls L2 kann je nach Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anlage als thermisch oder anders durchgestimmte Laserwellenlänge oder durch Einsatz eines zweiten Lasers oder durch Strahlteilung erfolgter Aufteilung einer breitbandigen Lichtquelle oder auf anderem Weg erhalten werden. Depending on the embodiment of the system according to the invention, the second wavelength A2 of the second light beam L2 can be obtained as a laser wavelength tuned thermally or otherwise, or by using a second laser or by splitting a broadband light source or by other means.

Auch einen dritten Lichtstrahl mit einer dritten Laserwellenlänge und auch mit einer noch höheren Anzahl von Laserwellenlängen kann der Kontrast verbessert werden. Also, a third light beam with a third laser wavelength and also with an even higher number of laser wavelengths, the contrast can be improved.

Die Aufnahme kann sequentiell für jeden Messpunkt auf der Probe P erfolgen oder gleichzeitig bei Selektion über wellenlängenaufspaltende Teilapparate bei Einsatz einer breitbandigen Lichtquelle 75. The recording can be carried out sequentially for each measuring point on the sample P or simultaneously during selection via wavelength-splitting dividing apparatuses when using a broadband light source 75.

Das zweite Bild kann zeitlich unabhängig vom ersten Bild erhalten werden. Derselbe Untergrund kann mit der zweiten, dritten oder einer weiteren Wellenlänge abgetastet werden. So können auch Messungen nach einer ersten Messung durchgeführt werden. In einer weiteren Ausführungsform können die beiden Lichtquellen nebeneinander positioniert werden, in vorteilhafter Weise in enger Nachbarschaft und durch dieselbe Optik die Probe P beleuchten. Die beiden Lichtflecke werden dann nebeneinander auf der Probe P abgebildet. Die beiden erhaltenden Bilder sind damit örtlich versetzt und werden nach Beendigung des Scans oder auch während des Scans rechnerisch über eine zuvor kalibrierte und im Gerät hinterlegte Weise verschoben zum Zwecke der Untergrundunterdrückung. Besonders vorteilhaft in dieser Ausführungsform ist der geringe apparative Aufwand, da alle Optikteile gemeinsam genutzt werden können. The second image can be obtained independent of the first image. The same background can be scanned at the second, third, or another wavelength. Thus, measurements can also be carried out after a first measurement. In a further embodiment, the two light sources can be positioned next to each other, advantageously illuminate the sample P in close proximity and through the same optics. The two light spots are then imaged side by side on the sample P. The two images obtained are thus spatially offset and are moved after completion of the scan or even during the scan by a previously calibrated and stored in the device manner for the purpose of background suppression. Particularly advantageous in this embodiment is the low expenditure on equipment, since all optical parts can be used together.

Auch die Höheninformation kann vollkommen getrennt durch Lasertriangulation oder Streifenlichtprojektion oder durch Time-of-Flight - Kameras aufgezeichnet werden, was den Messaufbau wesentlich verbessert. Also, the height information can be recorded completely separated by laser triangulation or stripe light projection or by time-of-flight cameras, which significantly improves the measurement setup.

Das Verfahren lässt sich auch an schrägen Flächen durchführen, was einen erheblichen Vorteil in der Anwendungsbreite des erfinderischen Messsystems darstellt. Helligkeitsschwankungen innerhalb der Oberfläche sind durch die Quotientenbildung unterdrückt. Aufwändige Phasenkontrast- oder Laufzeitunterschieds-Messungen des IR-Lichtes sind bei dem hier dargestellten Verfahren nicht notwendig. The method can also be performed on sloping surfaces, which represents a significant advantage in the scope of the inventive measuring system. Brightness fluctuations within the surface are suppressed by the quotient formation. Elaborate phase contrast or transit time difference measurements of the IR light are not necessary in the method shown here.

Je nach Probenerfordernissen und Verfügbarkeiten von Laserquellen oder anderen Lichtquellen können Wellenlängen mit starker Intensität und schwacher Intensität genutzt wer- den. Der Fachmann wird hier den optimalen Kompromiss wählen, da häufig schwache oder nicht mit voller Leistung betriebene Laserlichtquellen eine sehr viel höhere Lebensdauer aufweisen, bevor sie ausgetauscht werden müssen, andererseits mit schwächerem Signal mehr relatives Rauschen auftritt. Das Verfahren ist nicht eingeschränkt darauf, die Wellenlängen im Absorptionspeak derDepending on the sample requirements and availabilities of laser sources or other light sources, wavelengths with high intensity and low intensity can be used. The skilled artisan will choose the optimum compromise here because often weak or not fully powered laser light sources have a much longer life before they need to be replaced, on the other hand with a weaker signal more relative noise occurs. The method is not limited to the wavelengths in the absorption peak of

Fette. Es kann auch außerhalb der Absorption verwendet werden. So können auch unterschiedliche Wellenlängen in einer Flanke von Absorptionspeaks verwendet werden. Auch hier funktioniert die Unterdrückung des Untergrundes durch die Quotientenbildung. Erstreckt sich z.B. ein Absorptionspeak von 3500-3600 cm-1 bei einem Maximum bei 3550 nm, so kann die Wahl der Wellenlängen auch z.B. auf 3550 nm und 3530 nm fallen. Fats. It can also be used outside absorption. Thus, different wavelengths can be used in an edge of absorption peaks. Again, the suppression of the background works by quotient formation. If, for example, an absorption peak of 3500-3600 cm -1 extends at a maximum at 3550 nm, then the choice of the wavelengths can also fall, for example, to 3550 nm and 3530 nm.

Im Folgenden wird beispielhaft als Probe P ein Fingerabdruck verwendet, wobei Fingerabdrücke vorwiegend aus Fett bestehen. In Fig. 20 ist der reine Untergrund ohne Fingerabdruckabsorption gezeigt. Die Schwankungsbreite in der Reflexion ist erheblich. In the following example, a fingerprint is used as sample P, with fingerprints predominantly consisting of fat. In Fig. 20, the pure background is shown without fingerprint absorption. The fluctuation range in the reflection is significant.

In Fig. 21 ist derselbe Untergrund mit Fettfingerabdruck im Absorptionspeak gezeigt. In Fig. 22 ist die Anwendung des hier geschilderten Verfahrens und die erreichbaren Verbesserungen sind beispielhaft dargestellt. Bei dieser Messung wurde die Messanordnung Fig. 18 verwendet. FIG. 21 shows the same background with a fat fingerprint in the absorption peak. In Fig. 22, the application of the method described here and the achievable improvements are exemplified. In this measurement, the measuring arrangement Fig. 18 was used.

Neben der Erweiterung des Einsatzspektrums auf schräge Untergründe und die erhebliche Kontrastverbesserung, ist eine Erweiterung der Einsatzmöglichen auf problematische Untergründe gegeben. Auch raue Oberflächen können somit vermessen werden, was gegenüber dem Stand der Technik eine deutliche Verbesserung ist. In addition to the expansion of the range of applications on sloping surfaces and the considerable contrast improvement, there is an extension of the possible applications to problematic surfaces. Even rough surfaces can thus be measured, which is a significant improvement over the prior art.

Bisher wurde anhand der Absorption unterschiedlicher Wellenlängen λι, λ2 die Grundidee beschrieben. So far, the basic idea has been described with reference to the absorption of different wavelengths λι, λ2.

Weitere Ausführungsformen können jedoch auch andere bekannte Unterschiede zweier Lichtstrahlen Li, L2 sein, die letztendlich zu einem Kontrast und Sichtbarmachung der Objekte führen. Zu nennen ist hier die Phasenlage der Lichtstrahlen, bzw. im Resultat der Phasenkontrast, der von der Laufzeit des Lichtes beim Durchdringen des gesuchten Materials kommt. Die Laufzeit ist nämlich abhängig von der Lichtgeschwindigkeit im Medium und damit vom Brechungsindex, der je nach zu untersuchendem Material verschieden sein kann. However, other embodiments may be other known differences of two light beams Li, L2, which ultimately lead to a contrast and visualization of the objects. To name here is the phase of the light rays, or in the result of the phase contrast, which comes from the duration of the light when penetrating the sought material. The transit time is dependent on the speed of light in the medium and thus on the refractive index, which may vary depending on the material to be examined.

Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS

1 Probenaufnahme 1 sample intake

2i, 22 Abtasteinrichtung 2i, 2 2 scanning device

3 Auswerteeinrichtung  3 evaluation device

4 X- Y-Achsen-Ablenkeinheit  4 XY axis deflection unit

5 Z-Achsen-Antriebseinheit  5 Z-axis drive unit

7 RGB-Bildaufnahmeeinheit (RGB-Sensor) 7 RGB image acquisition unit (RGB sensor)

8 Impulsgenerator 8 pulse generator

9 Bilddarstellungseinheit (Display)  9 image display unit (display)

21 i, 212 Laser-Ansteuerelektronik 21 i, 21 2 Laser control electronics

22i, 222 I R-Laser-Lichtquelle 22i, 22 2 I R laser light source

23i, 232 Sendeoptik 23i, 23 2 Transmitting optics

24 Log-in-Signalverstärker  24 log-in signal amplifiers

25 Fotodiodenempfänger  25 photodiode receivers

26 Empfangsoptik  26 receiving optics

27 Zeit- oder Phasenmesseinrichtung 27 time or phase measuring device

28 digitaler Ausgang 28 digital output

29 analoger Ausgang  29 analog output

30 zentrale Rechnereinheit (CPU)  30 central processing unit (CPU)

40 X-Y-Achsentreibereinheit  40 X-Y axis driver unit

50 Z-Achsen-Treibereinheit  50 Z-axis driver unit

61 Speichereinheit  61 storage unit

62 Externe Speichereinheit  62 External storage unit

70 Teildurchlässige Spiegelvorrichtung 70 Semitransparent mirror device

71 Reflektor (Drehspiegel, Schwingspiegel)71 reflector (rotating mirror, oscillating mirror)

72 Optisch abbildendes Element 72 Optically imaging element

73 Erstes dispersives Element  73 First dispersive element

74 Zweites dispersives Element  74 Second dispersive element

75 Lichtquelle für nicht-kohärentes Licht 75 Light source for non-coherent light

91 , 92 IR-Detektoren 91, 92 IR detectors

93, 94 Objektive  93, 94 lenses

100 Blechstreifen  100 sheet metal strips

101 Ölfilm  101 oil film

300 Mikroprozessor Ai, A2 Peaks 300 microprocessor Ai, A 2 peaks

I Durchgelassenes Licht  I passed light

IA schichtdickenabhangige Absorption lo Anfangsintensität  IA layer thickness-dependent absorption lo initial intensity

IR Reflexion  IR reflection

ls Streulicht ls stray light

Li, L2 Abgegebener Laserstrahl Li, L 2 emitted laser beam

Mi, M2 Messpunkte und -kurven Mi, M 2 measurement points and curves

Ri, R2 reflektierter Laserstrahl Ri, R 2 reflected laser beam

S Substanz  S substance

P Probe oder Messobjekt  P sample or target

Δφ Phasenverschiebung bzw. Phasendifferenz  Δφ phase shift or phase difference

Claims

Patentansprüche claims 1 . Verfahren zur Erfassung der Oberflächenstruktur und Beschaffenheit einer Probe mit- tels einer Abtasteinrichtung, insbesondere zur Erfassung chemischer Substanzen auf und in der Oberfläche der Probe, wobei die Probe und die Abtasteinrichtung relativ zueinander bewegt werden, dadurch gekennzeichnet, dass a) die Abtasteinrichtung Licht ( , L2), insbesondere Lichtstrahlen mit mindestens zwei unterschiedliche Eigenschaften, insbesondere zwei unterschiedliche Wellenlängen (λι, λ2) und / oder zwei unterschiedliche Phasenlagen abstrahlt, wobei insbesondere die Wellenlänge (λι) des ersten Lichts (Li), insbesondere der erste Lichtstrahl im Absorp- tionsbereich der Probe (P) und / oder die Phasenlage des ersten Lichts (Li), insbesondere der erste Lichtstrahl im Kontrastbereich der Probe (P) liegen, und insbesondere Wellenlängen (λι, λ2) verwendet werden, die dem Wellenlängenbereich des Absorptionsspektrums der Beschaffenheit der Oberfläche der Probe (P), insbesondere einer zu erfassenden chemischen Substanz, entsprechen, b) das von der Oberfläche der Probe reflektierte Licht (R1, R2) erfasst und aus Abweichungen des reflektierten Lichts (R1, R2) von dem abgegebenen Licht (Li, L2) zwei digitale Bilder der Topographie der Oberfläche der Probe (P) und der Intensität des reflektierten Lichts (R1, R2) erzeugt werden. 1 . Method for detecting the surface structure and nature of a sample by means of a scanning device, in particular for detecting chemical substances on and in the surface of the sample, wherein the sample and the scanning device are moved relative to one another, characterized in that a) the scanning device uses light ( L2), in particular light beams having at least two different properties, in particular two different wavelengths (λι, λ2) and / or two different phase angles, in particular the wavelength (λι) of the first light (Li), in particular the first light beam in the absorption range the sample (P) and / or the phase position of the first light (Li), in particular the first light beam in the contrast region of the sample (P), and in particular wavelengths (λι, λ2) are used, the wavelength range of the absorption spectrum of the nature of the surface the sample (P), in particular one to erfa b) the light reflected from the surface of the sample (R1, R2) and from deviations of the reflected light (R1, R2) from the emitted light (Li, L2) two digital images of the topography of the surface of the Sample (P) and the intensity of the reflected light (R1, R2) are generated. 2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der Probe (P) von der Abtasteinrichtung (21 , 22) mit mindestens zwei abgegebenen Lichtstrahlen (L1 , L2), insbesondere Laserlicht flächig, insbesondere punktweise oder zeilenweise, bestrahlt wird. 2. The method according to claim 1, characterized in that the surface of the sample (P) of the scanning device (21, 22) with at least two emitted light beams (L1, L2), in particular laser light surface, in particular pointwise or line by line, is irradiated. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Wellenlänge (λ2) des mindestens zweiten Lichts, insbesondere des zweiten Lichtstrahls (L2) im nicht- oder wenig absorbierenden Bereich der Probe (O) liegt. 3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the second wavelength (λ2) of the at least second light, in particular the second light beam (L2) in the non-absorbent or little absorbing region of the sample (O). 4. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Lichtstrahl (Li, L2) eine durchgestimmte, insbesondere thermisch durchgestimmte Wellenlänge (λι, λ2) aufweist. 4. The method according to at least one of the preceding claims, characterized in that at least one light beam (Li, L2) has a tuned, in particular thermally tuned wavelength (λι, λ2). 5. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Lichtstrahlen (Li, L2) durch mindestens zwei Laserquellen oder eine breitbandige Lichtquelle (75) mit anschließender Strahlteilung erzeugt werden. 5. The method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the at least two light beams (Li, L2) by at least two laser sources or a broadband light source (75) are generated with subsequent beam splitting. 6. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestrahlung der Oberfläche der Probe (P) von der Abtasteinrichtung (2i, 22) mit den mindestens zwei abgegebenen Lichtstrahlen (Li, L2) sequentiell für jeden Messpunkt (M), insbesondere mit einem Zeitversatz oder gleichzeitig erfolgt. 6. The method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the irradiation of the surface of the sample (P) of the scanning device (2i, 22) with the at least two emitted light beams (Li, L2) sequentially for each measuring point (M), in particular with a time offset or simultaneously. 7. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Licht (Li, L2) vor dem Auftreffen auf die Probe (P) durch eine Filtervorrichtung geleitet wird, wobei in der Filtervorrichtung mindestens zwei unterschiedliche Filter jeweils nur für eine bestimmte Eigenschaft des Lichts (Li, L2) transparent sind, wobei das Licht (Li, L2) jeweils nur durch einen der Filter geführt wird, so dass durch Wechsel der Filter zeitlich versetzte Aufnahmen der Probe (P) und der Umgebung der Probe (P) mit Licht (Li, L2) mit unterschiedlichen Eigenschaften gemacht werden. 7. The method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the light (Li, L2) is passed through a filter device before impinging on the sample (P), wherein in the filter device at least two different filters each only for a specific property the light (Li, L2) are transparent, wherein the light (Li, L2) is guided in each case only by one of the filters, so that by changing the filter staggered recordings of the sample (P) and the environment of the sample (P) with Light (Li, L2) can be made with different properties. 8. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtasteinrichtung (2) mindestens einen Lichtstrahl (Li, L2) im Infrarotspektrum emittiert. 8. The method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the scanning device (2) emits at least one light beam (Li, L2) in the infrared spectrum. 9. Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der Probe (P) mit mindestens zwei Laserstrahlen (Li, L2) mit jeweils vorgegebenem Laserstrahldurchmesser in einer dem Laserstrahldurchmesser entsprechenden Schrittweite zeilenweise bestrahlt, die reflektierten Laserstrahlen (R1, R2) koaxial zu den abgegebenen Laserstrahlen (Li, L2) erfasst und ausgewertet werden. 9. The method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the surface of the sample (P) with at least two laser beams (Li, L2) each with predetermined laser beam diameter in a laser beam diameter corresponding step size irradiated line by line, the reflected laser beams (R1, R2 ) are detected and evaluated coaxially with the emitted laser beams (Li, L2). 10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die abgegebenen Laserstrahlen (Li, L2) auf einen Laserstrahldurchmesser kleiner oder gleich 1 mm, insbesondere kleiner oder gleich 0, 1 mm, kollimiert werden. 10. The method according to claim 9, characterized in that the emitted laser beams (Li, L2) to a laser beam diameter less than or equal to 1 mm, in particular less than or equal to 0, 1 mm, are collimated. 1 1 . Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicken innenliegender Schichten der Probe (P), die sich von außen liegenden Schichten unterscheiden, ausgewertet werden. 1 1. Method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the thicknesses of internal layers of the sample (P), which differ from outer layers, are evaluated. 12. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die vom Abstand der Abtasteinrichtung (2i , 22) von der Oberfläche der Probe (P) abhängige Laufzeit des von der Abtasteinrichtung (2) abgegebenen und von der Oberfläche der Probe (P) reflektierten Laserstrahls (R1, R2) erfasst und zur Erstellung eines der Topographie der Oberfläche der Probe (P) entsprechenden Distanzbildes ausgewertet wird. 12. The method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the distance of the scanning device (2i, 22) from the surface of the sample (P) dependent transit time of the scanning device (2) and emitted from the surface of the sample (P ) reflected laser beam (R1, R2) and evaluated to create a topography of the surface of the sample (P) corresponding distance image. 13. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenverschiebung (Δφ) zwischen mindestens einem von der Abtasteinrichtung (2) abgegebenen Lichtstrahl (Li, L2), insbesondere mindestens einem Laserstrahl (Li, L2) und dem mindestens einen von der Oberfläche der Probe (P) reflektierten Lichtstrahl (R1, R2) erfasst und zur Ermittlung der Topographie der Oberfläche der Probe (P) ausgewertet wird. 13. The method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the phase shift (Δφ) between at least one of the scanning device (2) emitted light beam (Li, L2), in particular at least one laser beam (Li, L2) and the at least one of the surface of the sample (P) reflected light beam (R1, R2) is detected and evaluated to determine the topography of the surface of the sample (P). 14. Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die absorptionsbedingte Abweichung des von der Oberfläche der Probe (P) reflektierten Laserstrahls (R1, R2) vom von der Abtasteinrichtung (2) abgegebenen Lichtstrahl, insbesondere Laserstrahl (Li, L2) zur Erstellung eines der chemischen Substanz auf und in der Oberfläche der Probe entsprechenden Intensitätsbildes ausgewertet wird. 14. The method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the absorption-related deviation of the surface of the sample (P) reflected laser beam (R1, R2) emitted by the scanning device (2) light beam, in particular laser beam (Li, L2) to evaluate an intensity image corresponding to the chemical substance on and in the surface of the sample. 15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Lichtstrahlen (Li, L2), insbesondere einer der Laserstrahlen (Li, L2) sinusförmig moduliert wird und zur Bestimmung der Phasenverschiebung (Δφ) zwischen dem von der Abtasteinrichtung (2) abgegebenen und dem von der Oberfläche der Probe (P) reflektierten mindestens einen Lichtstrahl (R1, R2) verwendet wird und der von der Abtasteinrichtung (2) erfasste reflektierte mindestens eine Lichtstrahl (Ri, R2) mit einem zum mindestens einen Lichtstrahl (Li, L2) synchronen Referenzsignal korreliert wird. 15. The method according to claim 13 or 14, characterized in that at least one of the light beams (Li, L2), in particular one of the laser beams (Li, L2) is sinusoidally modulated and for determining the phase shift (Δφ) between that of the scanning device (2 ) and the at least one light beam (R1, R2) reflected from the surface of the sample (P) is used and that of the Scanning (2) detected reflected at least one light beam (Ri, R2) is correlated with a at least one light beam (Li, L2) synchronous reference signal. 16. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der Probe (P) mit dem modulierten Lichtstrahl (Li, L2) seriell Punkt für Punkt abgetastet und aus den in einer Matrix angeordneten Entfer- nungs- und Intensitätsmessungen Bildelemente eines digitalen Bildes emuliert werden. 16. The method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the surface of the sample (P) with the modulated light beam (Li, L2) scanned serially point by point and from the arranged in a matrix distance and intensity measurements pixels of a digital image. 17. Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine reflektierte Lichtstrahl (R1, R2) mittels einer RGB- Bildaufnahmeeinheit (7) zur Ermittlung der Farbwerte der abgetasteten Oberfläche der Probe (P) erfasst wird. 17. The method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the at least one reflected light beam (R1, R2) by means of an RGB image recording unit (7) for determining the color values of the scanned surface of the sample (P) is detected. 18. Vorrichtung zur Erfassung der Oberflächenstruktur und Beschaffenheit einer Probe, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch 18. Device for detecting the surface structure and nature of a sample, in particular for carrying out the method according to at least one of the preceding claims, characterized by - eine Probenaufnahme (1 ), a sample holder (1), - eine Abtasteinrichtung (2) mit einer Lichtquelle für Licht (Li, L2), insbesondere Lichtstrahlen mit mindestens zwei unterschiedliche Eigenschaften, insbesondere zwei unterschiedliche Wellenlängen (λι, λ2) und / oder unterschiedliche Phasenlagen abstrahlt, wobei insbesondere die Wellenlänge (λι) des ersten Lichts (Li), insbesondere des ersten Lichtstrahls im Absorptionsbereich und / oder die Phasenlage des ersten Lichts (Li), insbesondere des ersten Lichtstrahls im Kontrastbereich der Probe (P) liegen, und insbesondere Wellenlängen (λι, λ2) verwendet werden, die dem Wellenlängenbereich des Absorptionsspektrums der Beschaffenheit der Oberfläche der Probe (P), insbe- sondere einer zu erfassenden chemischen Substanz, entsprechen,  - A scanning device (2) with a light source for light (Li, L2), in particular light beams with at least two different properties, in particular two different wavelengths (λι, λ2) and / or different phase angles radiates, in particular the wavelength (λι) of the first Light (Li), in particular of the first light beam in the absorption region and / or the phase position of the first light (Li), in particular the first light beam in the contrast region of the sample (P) are, and in particular wavelengths (λι, λ2) are used, the wavelength range of the absorption spectrum of the nature of the surface of the sample (P), in particular of a chemical substance to be detected, - eine Auswertungsvorrichtung (3), mit der das von der Oberfläche der Probe (P) reflektierte Licht (R1, R2) erfassbar sind und aus Abweichungen des reflektierten Lichts (R1, R2) von dem abgegebenen Licht (Li, L2) zwei digitale Bilder der Topographie der Oberfläche der Probe (P) und der Intensität des reflektierten Lichts (R1, R2) erzeugbar sind. - An evaluation device (3), with which from the surface of the sample (P) reflected light (R1, R2) are detectable and from deviations of the reflected light (R1, R2) from the emitted light (Li, L2) two digital images the topography of the surface of the sample (P) and the intensity of the reflected light (R1, R2) are generated. 19. Vorrichtung nach Anspruch 18, gekennzeichnet durch ein Mittel der Abstasteinrichtung (2i, 22) zur flächigen, insbesondere punktweisen oder zeilenweisen, Bestrahlung der Oberfläche der Probe (P). 19. The apparatus according to claim 18, characterized by a means of the Abstasteinrichtung (2i, 22) for areal, in particular pointwise or line by line, irradiation of the surface of the sample (P). 20. Vorrichtung nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Probenaufnahme und / oder die Abtasteinrichtung (2) mit einer Z-Achsen-Antriebseinheit (5) zur Veränderung des Abstandes zwischen der Probenaufnahme (1 ) und der Abtasteinrichtung (2) verbunden ist bzw. sind, die bidirektional über eine Z-Achsen-Treiberein- heit (5) mit der zentralen Rechnereinheit (30) verbunden ist. 20. The apparatus of claim 18 or 19, characterized in that the sample holder and / or the scanning device (2) connected to a Z-axis drive unit (5) for changing the distance between the sample holder (1) and the scanning device (2) is or are, which is bidirectionally connected via a Z-axis driver unit (5) to the central computer unit (30). 21. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 18 bis 20, gekennzeichnet durch eine auf die Oberfläche der Probe (P) ausgerichtete RGB-Bildaufnahmeeinheit (7), die bidirektional über eine dritte Rechnereinheit (33) zur Erzeugung eines RGB-Bildes mit der zentralen Rechnereinheit (30) verbunden ist. 21. The device according to at least one of claims 18 to 20, characterized by an on the surface of the sample (P) aligned RGB image recording unit (7) bidirectionally via a third computer unit (33) for generating an RGB image with the central computer unit (30) is connected. 22. Vorrichtung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche 18 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (21 , 22, 23) eine IR-Laser-Lichtquelle (22), eine Sendeoptik (23) für die Abstrahlung von Lichtstrahlen (Li, L2) der IR-Laser- Lichtquelle (22) auf die Oberfläche der Probe (P) und eine Lichtquellen-Ansteuerelekt- ronik (21 ) zur Ansteuerung der IR-Laser-Lichtquelle (22) aufweist. 22. Device according to at least one of the preceding claims 18 to 21, characterized in that the light source (21, 22, 23) an IR laser light source (22), a transmission optics (23) for the emission of light beams (Li, L2 ) of the IR laser light source (22) on the surface of the sample (P) and a light source Ansteuerelekt- ronik (21) for driving the IR laser light source (22). 23. Vorrichtung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche 18 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass Lichtempfänger (24, 25, 26) einen IR-Fotodioden- empfänger (25), eine auf der die reflektierten Lichtstrahlen (R1, R2) aufnehmenden Empfangsseite angeordnete Empfangsoptik (26) und einen die vom IR-Fotodioden- empfänger (25) abgegebenen Signale verstärkenden Log-in-Signalverstärker (24) aufweist. 23. The device according to at least one of the preceding claims 18 to 22, characterized in that the light receiver (24, 25, 26) an IR Fotodioden- receiver (25), one on which the reflected light beams (R1, R2) receiving side receiving optics arranged (26) and a the output from the IR photodiode receiver (25) signals amplifying log-in signal amplifier (24). 24. Vorrichtung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche 18 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass ein Impulsgenerator (8) die Lichtquellen-Ansteuerelektronik (21 ), den Log-in-Signalverstärker (24) und die drei Rechnereinheiten (31 , 32, 33) ansteuert. 24. The device according to at least one of the preceding claims 18 to 23, characterized in that a pulse generator (8), the light source drive electronics (21), the log-in signal amplifier (24) and the three computer units (31, 32, 33) controls. 25. Vorrichtung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche 18 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die IR-Laser-Lichtquelle (22) mindestens einen IR- Laserstrahl (Li, L2) über einen von einer Laser-Ansteuerelektronik (21 ) angesteuerten Modulator (1 1 ) auf einen Kollimator (13) richtet, der den mindestens einen IR-Laser- strahl (Li, L2) mit begrenztem Laserstrahldurchmesser an eine Ablenkeinrichtung (15) abgibt, die den mindestens einen IR-Laserstrahl (Li, L2) zeilenweise auf die Probe (P) ablenkt und die von der Oberfläche der Probe reflektierten IR-Laserstrahlen (R1, R2) zu einer Bildaufnahme-Fotodiode (12) ablenkt. 25. Device according to at least one of the preceding claims 18 to 24, characterized in that the IR laser light source (22) at least one IR Laser beam (Li, L2) via a driven by a laser drive electronics (21) modulator (1 1) directed to a collimator (13), the at least one IR laser beam (Li, L2) with a limited laser beam diameter to a deflection (15), which deflects the at least one IR laser beam (Li, L2) line by line on the sample (P) and deflects the reflected from the surface of the sample IR laser beams (R1, R2) to an image pickup photodiode (12) , 26. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass im Strahlengang zwischen dem Kollimator (13) und der Ablenkeinrichtung (15) eine halbdurchlässige Spiegelvorrichtung (14) angeordnet ist, die einerseits die vom Kollimator (13) abgegebenen IR-Laserstrahlen (Li, L2) zur Ablenkeinrichtung (15) durchläset und andererseits die von der Ablenkeinrichtung (15) seriell zusammengefassten, von der Oberfläche der Probe (2) reflektierten IR-Laserstrahlen (R) zu einer Bildaufnahme- Fotodiode (12) ablenkt. 26. The device according to claim 25, characterized in that in the beam path between the collimator (13) and the deflection device (15) a semitransparent mirror device (14) is arranged, on the one hand from the collimator (13) emitted IR laser beams (Li, L2 ) to the deflection device (15) and, on the other hand, deflects the IR laser beams (R), which are combined in series by the deflection device (15) and reflected by the surface of the sample (2), to form an image-recording photodiode (12). 27. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 18 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass die von der Ablenkeinrichtung (15) zeilenweise aufgefächerten IR-Laserstrahlen (L) sowie die von der Ablenkeinrichtung (15) empfangenen reflektierten IR- Laserstrahlen (R) über eine Korrekturlinse (17) und einen Umlenkspiegel (18) zur Probe (P) geleitet werden. 27. The device according to at least one of claims 18 to 26, characterized in that the deflection of the device (15) fanned line by line IR laser beams (L) and the deflecting device (15) received reflected IR laser beams (R) via a correction lens (17) and a deflecting mirror (18) to the sample (P) are passed. 28. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 18 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der von der Ablenkeinrichtung (15) zeilenweise aufgefächerten IR-Laserstrahlen (Li, L2) auf mindestens eine Synchronisations-Fotodiode ab- gelenkt wird. 28. The device according to at least one of claims 18 to 27, characterized in that at least part of the deflecting device (15) line-by-line fanned out IR laser beams (Li, L2) is deflected to at least one synchronization photodiode. 29. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 18 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Ablenkeinrichtung aus einem elektromotorisch angetriebenen Polygon-Ablenkspiegel (15) oder einem Galvanometer besteht. 29. Device according to one of the preceding claims 18 to 28, characterized in that the deflection device consists of an electric motor driven polygonal deflection mirror (15) or a galvanometer.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102019206316A1 (en) * 2019-05-03 2020-11-05 Robert Bosch Gmbh Optical system, in particular LiDAR system, and vehicle

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102020123857A1 (en) * 2020-09-14 2022-03-17 Sensor-Instruments Entwicklungs- Und Vertriebs-Gmbh Method and device for detecting a material film on a surface of a workpiece

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10022143A1 (en) 2000-05-08 2001-11-29 Rainer Herrmann Detecting impression on trace carrier involves detecting excreted bodily matter on carrier using camera operating in spectral region invisible to human eye, that is in infrared region
EP1610091A1 (en) * 2004-06-23 2005-12-28 Leica Geosystems AG Scanner system and method for surface acquisition
DE102011111168A1 (en) 2011-08-25 2013-02-28 EVISCAN GmbH Device for detecting impression, such as fingerprint on tracking carrier for use in forensic investigation for detecting dactyloscopic impressions, has receiving head with camera, and infra-red emitter provided above drivable emitter holder
US20150181137A1 (en) * 2013-12-25 2015-06-25 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Image output apparatus, image output method, and image output system
DE102014203918A1 (en) * 2014-03-04 2015-09-10 Jürgen Marx Method and device for detecting the surface structure and nature of a sample

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2813460A (en) 1954-01-18 1957-11-19 Wallin Walter Sinusoidal light chopper
JPH05220131A (en) 1992-02-13 1993-08-31 Kawatetsu Techno Res Corp Fingerprint detecting method
US8437517B2 (en) 2010-11-03 2013-05-07 Lockheed Martin Corporation Latent fingerprint detectors and fingerprint scanners therefrom
US9091594B2 (en) 2011-11-25 2015-07-28 The United States Of America, As Represented By The Secretary Of The Navy Chemical mapping using thermal microscopy at the micro and nano scales

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10022143A1 (en) 2000-05-08 2001-11-29 Rainer Herrmann Detecting impression on trace carrier involves detecting excreted bodily matter on carrier using camera operating in spectral region invisible to human eye, that is in infrared region
EP1610091A1 (en) * 2004-06-23 2005-12-28 Leica Geosystems AG Scanner system and method for surface acquisition
DE102011111168A1 (en) 2011-08-25 2013-02-28 EVISCAN GmbH Device for detecting impression, such as fingerprint on tracking carrier for use in forensic investigation for detecting dactyloscopic impressions, has receiving head with camera, and infra-red emitter provided above drivable emitter holder
US20150181137A1 (en) * 2013-12-25 2015-06-25 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Image output apparatus, image output method, and image output system
DE102014203918A1 (en) * 2014-03-04 2015-09-10 Jürgen Marx Method and device for detecting the surface structure and nature of a sample

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102019206316A1 (en) * 2019-05-03 2020-11-05 Robert Bosch Gmbh Optical system, in particular LiDAR system, and vehicle
US11520018B2 (en) 2019-05-03 2022-12-06 Robert Bosch Gmbh Optical system, in particular a LiDAR system, and vehicle

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