DE102014203918B4 - Methods and devices for detecting the surface structure and nature of a sample - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Erfassung der Oberflächenstruktur und Beschaffenheit einer Probe mittels einer Abtasteinrichtung, nämlich zur Erfassung chemischer Substanzen in Form von Fingerspurenfett auf und in der Probenoberfläche, wobei die Probe und die Abtasteinrichtung relativ zueinander bewegt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Probenoberfläche mit einem von der Abtasteinrichtung (2) abgegebenen Lichtstrahl (L) zeilenweise bestrahlt, der von der Probenoberfläche reflektierte Lichtstrahl (R) erfasst und aus Abweichungen des reflektierten Lichtstrahls (R) vom abgegebenen Lichtstrahl (L) ein digitales Bild der Topographie der Probenoberfläche und der Intensität des reflektierten Lichtstrahles (R) erzeugt wird, wobei der Lichtstrahl (L) mit einer Wellenlänge abgegeben wird, die dem Wellenlängenbereich des Absorptionsspektrums der Beschaffenheit der Probenoberfläche, nämlich einer zu erfassenden chemischen Substanz in Form von Fingerspurenfett entspricht, wobei die Abtasteinrichtung (2) einen Lichtstrahl abgibt, der im Infrarotspektrum breitbandig Licht in einem Wellenzahlbereich zwischen 800 und 3.750 cm–1 emittiert.A method for detecting the surface structure and nature of a sample by means of a scanning device, namely for detecting chemical substances in the form of finger grease on and in the sample surface, wherein the sample and the scanning device are moved relative to each other, characterized in that the sample surface with one of the scanning device (2) emitted light beam (L) irradiated line by line, the light reflected from the sample surface (R) and from deviations of the reflected light beam (R) from the emitted light beam (L) a digital image of the topography of the sample surface and the intensity of the reflected light beam ( R) is generated, wherein the light beam (L) is emitted at a wavelength corresponding to the wavelength range of the absorption spectrum of the nature of the sample surface, namely a chemical substance to be detected in the form of finger trace fat, wherein the scanning device (2) emits a light beam emitting broadband light in the infrared spectrum in a wavenumber range between 800 and 3750 cm-1.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erfassung der Oberflächenstruktur und Beschaffenheit einer Probe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Erfassung der Oberflächenstruktur und Beschaffenheit einer Probe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 11 bzw. 22.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 an apparatus for detecting the surface structure and nature of a sample according to the preamble of claim 11 or 22.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die eine der Vorrichtungen zur Erfassung der Oberflächenstruktur und Beschaffenheit einer Probe mittels einer Abtasteinrichtung ist zur Erfassung von durch Berührung der Haut des menschlichen Körpers auf der Oberfläche eines Gegenstands hervorgerufenen oder mittels eines Spurenträgers aufgenommenen Fingerspurenfett bestimmt. Die andere der Vorrichtungen kann hierzu sowie in der Medizintechnik zur Auflichtbetrachtung bei Hautkrebsuntersuchen sowie im industriellen Bereich zur Erfassung von Oberflächenbeschichtungen sowie zur Dickenmessung innenliegender Schichten eines Gegenstandes eingesetzt werden.The method according to the invention and the one of the devices for detecting the surface structure and nature of a sample by means of a scanning device is intended for detecting finger trace fat caused by contact of the skin of the human body on the surface of an object or recorded by means of a track carrier. The other of the devices can be used for this purpose and in medical technology for Auflichtbetrachtung in skin cancer examinations and in the industrial sector for the detection of surface coatings and for measuring the thickness of internal layers of an object.

Aus der DE 10 2011 111 168 A1 ist eine Vorrichtung zur Erfassung eines Abdrucks auf einem Spurenträger bekannt, die eine Spurenträgerauflage, einen Aufnahmekopf mit einer 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 teleskopierbare 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.From the DE 10 2011 111 168 A1 a device for detecting an impression on a track carrier is known, which includes a track support support, a recording head with an infrared ray 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 pickup head is mounted in a holder which includes a telescoping column for adjusting the distance of the pickup head from the track carrier, which can be moved horizontally along a bar held by two beams linearly. 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.

Nachteilig hierbei ist die Beschränkung der Abtastfläche des Spurenträgers auf die Abmessungen der Balkenanordnung zum Verfahren des Aufnahmekopfes und die Gefahr von Verzerrungen und Abschattungen bei der Abtastung eines Abdrucks auf dem Spurenträger sowie eine Verfälschung der Abtastbilder in Folge von auf den Abdruck auftreffenden Fremdlichts besteht.The disadvantage here is the limitation of the sensing surface of the track carrier on the dimensions of the beam assembly for moving the recording head and the risk of distortion and shadowing in the scanning of an impression on the track carrier and a distortion of the scan images as a result of impinging on the impression extraneous light.

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 Absorption 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 Spurenträgers angeordnet ist. Durch die Anordnung von Spektralfiltern an der Lichtquelle und der Kamera wird der Spurenträger mit Licht des gewünschten Wellenlängenbereichs beleuchtet.From the DE 100 22 143 A1 a method for detecting a fingerprint is known in which by means of a camera, an image of the arranged on a track carrier fingerprint in the invisible infrared wavelength range is taken, so that the image not only as in the visible wavelength range by the reflection or absorption of the incident light, but also caused 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 support. The arrangement of spectral filters on the light source and the camera, the track carrier is illuminated with light of the desired wavelength range.

Nachteilig bei dieser Anordnung zur Erfassung eines Abdruckes auf einem Spurenträger ist, dass durch die Anordnung der Lichtquelle Abschattungen auf der strukturierten Oberfläche des Abdruckes sowie nicht einsehbare Bereiche durch die Position und das kegelförmige Sichtfeld der Kamera auftreten, die es notwendig machen, den Abdruck unter verschiedenen Blickwinkeln aufzunehmen, um aus einzelnen Teilbildern ein komplettes dreidimensionales Bild berechnen zu können.A disadvantage of this arrangement for detecting an impression on a track carrier is that due to the arrangement of the light source shadowing on the structured surface of the impression as well as non-visible areas through the position and the conical field of view of the camera occur, which make it necessary to differentiate the impression To capture angles from individual subpictures to be able to calculate a complete three-dimensional image.

Aus der WO 2006/000552 A1 ist ein Scannersystem und ein Verfahren zur Erfassung von Oberflächen bekannt. Das Scannersystem weist eine Strahlungsquelle zur Emission von elektromagnetischer Strahlung, eine Scanvorrichtung zur abtastenden Führung der Strahlung über die Oberfläche und eine Empfängereinheit zum Empfang der von der Oberfläche reflektierten Strahlung auf.From the WO 2006/000552 A1 For example, a scanner system and a method for detecting surfaces is known. The scanner system comprises a radiation source for emitting electromagnetic radiation, a scanning device for scanning the radiation over the surface and a receiver unit for receiving the radiation reflected from the surface.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabenstellung zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erfassung der Oberflächenstruktur und Beschaffenheit einer Probe bereitzustellen, die in einem Abtastvorgang mit hoher Auflösung verzerrungs- und schattenfreie Aufnahmen der Topographie und des Intensitätsbildes einer Probe bei zumindest theoretisch unbegrenzter Größe der Probenoberfläche ermöglichen.It is an object of the present invention to provide a method and a device for detecting the surface structure and nature of a sample, which enable a high-resolution scanning and shadow-free recording of the topography and the intensity image of a sample with at least theoretically unlimited size of the sample surface ,

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 erfindungsgemäße Verfahren gewährleistet, dass mit einem einzigen Abtastvorgang die Topographie einer Probe und ein die chemischen Substanzen in Form von Fingerspurenfett auf und in der Oberfläche charakterisierendes Intensitätsbild der Probe mit hoher Auflösung sowie verzerrungs- und schattenfrei mit zumindest theoretisch unbegrenzter Größe der Probenoberfläche erfasst, eine sichere Funktion auch bei einfallendem Fremdlicht gewährleistet und bedarfsweise Aufnahmen eines Farbbildes (RGB-Bild) ermöglicht.The method according to the invention ensures that with a single scanning process the topography of a sample and an intensity image of the sample characterizing the chemical substances in the form of fingerprint grease on and in the surface are recorded with high resolution and distortion-free and shadow-free with at least theoretically unlimited size of the sample surface Ensures safe operation even with incident extraneous light and, if necessary, images of a color image (RGB image) allows.

Durch die zeilenweise Abtastung der Probenoberfläche wird mit hoher Auflösung eine verzerrungs- und schattenfreie Aufnahme sowohl der Topographie der Probenoberfläche als auch der Intensität des reflektierten Lichtstrahles und damit der Beschaffenheit der Probe bzw. der in der Probe oder Probenoberfläche enthaltenen chemischen Substanzen in Form von Fingerspurenfett gewährleistet. Die einzelnen Bildpunkte der zeilenweisen Abtastung können somit zu einem aussagefähigen digitalen Bild der Topographie der Probenoberfläche und Intensität des reflektierten Lichtstrahles zur Beurteilung der Beschaffenheit der Probe bzw. der in der Probe oder Probenoberfläche enthaltenen chemischen Substanzen in Form von Fingerspurenfett zusammengesetzt werden. The line-by-line scanning of the sample surface ensures high-resolution distortion-free and shadow-free recording of both the topography of the sample surface and the intensity of the reflected light beam and thus the nature of the sample or of the chemical substances contained in the sample or sample surface in the form of fingerprint grease , The individual pixels of the line-by-line scanning can thus be combined to form a meaningful digital image of the topography of the sample surface and intensity of the reflected light beam for assessing the nature of the sample or of the chemical substances contained in the sample or sample surface in the form of finger trace fat.

Die Abtasteinrichtung wird derart konfiguriert, dass der von der Abtasteinrichtung abgegebene Lichtstrahl in einem Bereich des Infrarotspektrums Licht in einem Wellenzahlbereich zwischen 800 und 3.750 cm–1 emittiert. Dabei wird von der Kenntnis des Absorptionspeaks der zu untersuchenden Probe ausgegangen.The scanner is configured such that the light beam emitted by the scanner emits light in a range of the infrared spectrum in a wavenumber range between 800 and 3750 cm -1 . It is assumed that the knowledge of the absorption peak of the sample to be examined.

Vorzugsweise wird die Probenoberfläche mit einem Laserstrahl mit vorgegebenem Laserstrahldurchmesser von vorzugsweise kleiner oder gleich 0,1 mm in einer dem Laserstrahldurchmesser entsprechenden Schrittweite zeilenweise bestrahlt, der reflektierte Laserstrahl koaxial zum abgegebenen Laserstrahl erfasst und die Laufzeit des von der Probenoberfläche reflektierten Laserstrahls zur Erstellung eines der Topographie der Probenoberfläche entsprechenden Distanzbildes sowie die Abweichung des von der Probenoberfläche reflektierten Laserstrahls vom von der Abtasteinrichtung abgegebenen Laserstrahl zur Erstellung eines der chemischen Substanz in Form von Fingerspurenfett auf und in der Probenoberfläche entsprechenden Intensitätsbildes ausgewertet.Preferably, the sample surface is irradiated line by line with a laser beam having a predetermined laser beam diameter of preferably less than or equal to 0.1 mm in a step corresponding to the laser beam diameter, the reflected laser beam detected coaxially with the emitted laser beam, and the transit time of the laser beam reflected from the sample surface to produce one of the topography the distance corresponding to the sample surface and the deviation of the reflected from the sample surface laser beam from the laser emitted by the scanning laser beam for generating a chemical substance in the form of finger grease on and in the sample surface 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 in Form von Fingerspurenfett auf der Probenoberfläche gewährleistet, während die Erfassung des reflektierten Lichtstrahls koaxial zum abgegebenen Lichtstrahl eine verzerrungs- und schattenfreie Abtastung zur optimalen Darstellung und Auswertung der Probenoberfläche gewährleistet.The use of a scanning device designed in particular as an IR laser scanner in combination with a laser beam diameter limiting collimation optics ensures a high resolution in the detection of chemical substances in the form of fingerstick grease on the sample surface, while the detection of the reflected light beam coaxial with the emitted light beam, a distortion and shadow-free scanning for optimal representation and evaluation of the sample surface guaranteed.

Zur Ermittlung der Topographie der Probenoberfläche wird entweder die vom Abstand der Abtasteinrichtung von der Probenoberfläche abhängige Laufzeit des von der Abtasteinrichtung abgegebenen und von der Probenoberfläche reflektierten Laserstrahls erfasst und zu einem der Topographie der Probenoberfläche entsprechenden Distanzbildes ausgewertet oder es wird die Phasenverschiebung zwischen dem von der Abtasteinrichtung abgegebenen Laserstrahl und dem von der Probenoberfläche reflektierten Laserstrahl erfasst und zur Ermittlung der Topographie der Probenoberfläche ausgewertet.In order to determine the topography of the sample surface, the transit time of the laser beam emitted by the scanning device and reflected by the sample surface is detected and evaluated into a distance image corresponding to the topography of the sample surface or the phase shift between that of the scanning device is evaluated emitted laser beam and reflected from the sample surface laser beam detected and evaluated to determine the topography of the sample surface.

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.

Vorzugsweise wird der von der Abtasteinrichtung abgegebene Licht- oder Laserstrahl sinusförmig moduliert und zur Bestimmung der Phasenverschiebung zwischen dem von der Abtasteinrichtung abgegebenen und dem von der Probenoberfläche reflektierten Licht- oder Laserstrahl der von der Abtasteinrichtung erfasste reflektierte Licht- oder Laserstrahl mit einem zum abgegebenen Licht- oder Laserstrahl synchronen Referenzsignal korreliert.Preferably, the light or laser beam emitted by the scanning device is sinusoidally modulated and used to determine the phase shift between the light or laser beam emitted by the scanning device and the light or laser beam reflected from the sample surface of the reflected light or laser beam detected by the scanning device. or laser beam synchronous reference signal correlates.

In bevorzugter Ausführungsform wird die Probenoberfläche mit dem modulierten Licht- oder Laserstrahl seriell Punkt für Punkt abgetastet und aus den in einer Matrix angeordneten Distanz- und Intensitätsmessungen erden Bildelemente eines digitalen Bildes emuliert.In a preferred embodiment, the sample surface is scanned serially point by point with the modulated light or laser beam, and pixels of a digital image are emulated from the distance and intensity measurements arranged in a matrix.

Zur Erstellung eines RGB-Bildes kann der reflektierte Licht- oder Laserstrahl mittels eines RGB-Sensors zur Ermittlung der Farbwerte der abgetasteten Probenoberfläche erfasst, in einer RGB-Bild-Rechnereinheit verarbeitet und auf einem Display dargestellt werden.To generate an RGB image, the reflected light or laser beam can be detected by means of an RGB sensor for determining the color values of the scanned sample surface, processed in an RGB image processing unit and displayed on a display.

Eine Vorrichtung zur Erfassung der Oberflächenstruktur und Beschaffenheit einer Probe, nämlich zur Erfassung chemischer Substanzen in Form von Fingerspurenfett auf und in der Probenoberfläche, enthält

  • – eine Probenaufnahme,
  • – eine Abtasteinrichtung mit
  • – einer Lichtquelle zur Abgabe eines Lichtstrahls mit einem Wellenzahlbereich zwischen 800 und 3.750 cm–1,
  • – einem Empfänger zum Empfang der von der Probenoberfläche transmittierten oder reflektierten Lichtstrahlen und
  • – einer X-Y-Achsen-Ablenkeinheit, die mit den von der Lichtquelle abgegebenen Lichtstrahlen die Probenoberfläche abtastet, und
  • – eine Auswerteinrichtung mit
  • – einer ersten Rechnereinheit zur Erzeugung eines topografischen Distanzbildes der die chemischen Substanz in Form von Fingerspurenfett aufweisenden Probenoberfläche,
  • – einer zweiten Rechnereinheit zur Erzeugung eines die Intensität der reflektierten Lichtstrahlen widergebenden Infrarotbildes der die chemische Substanz in Form von Fingerspurenfett aufweisenden Probenoberfläche und
  • – einer zentralen Rechnereinheit, die bidirektional mit einem Speicher, einem Display und der ersten und zweiten Rechnereinheit verbunden ist.
An apparatus for detecting the surface structure and nature of a sample, namely for detecting chemical substances in the form of finger trace fat on and in the sample surface
  • A sample intake,
  • - A scanner with
  • A light source for emitting a light beam having a wavenumber range between 800 and 3,750 cm -1 ,
  • A receiver for receiving the light beams transmitted or reflected from the sample surface; and
  • An XY axis deflection unit that scans the surface of the sample with the light beams emitted by the light source, and
  • - An evaluation device with
  • - A first computer unit for generating a topographical distance image of the chemical Substance in the form of finger-trace fat-containing sample surface,
  • - A second computer unit for generating an intensity of the reflected light rays reproducing infrared image of the chemical substance in the form of fingerstick grease having sample surface and
  • - A central computer unit, which is bidirectionally connected to a memory, a display and the first and second computer unit.

Zur Veränderung des Abstandes zwischen der Probenaufnahme und der Abtasteinrichtung ist bzw. sind die Probenaufnahme und/oder die Abtasteinrichtung mit einer Z-Achsen-Antriebseinheit verbunden, die bidirektional über eine Z-Achsen-Treibereinheit mit der zentralen Rechnereinheit verbunden ist.In order to change the distance between the sample holder and the scanning device, the sample holder and / or the scanning device is or are connected to a Z-axis drive unit, which is connected bidirectionally via a Z-axis driver unit to the central computer unit.

Zur Erzeugung eines RGB-Bildes in Ergänzung zum Distanz- und Intensitätsbild kann eine auf die Probenoberfläche ausgerichtete RGB-Bildaufnahmeeinheit vorgesehen werden, die bidirektional über eine dritte Rechnereinheit mit der zentralen Rechnereinheit verbunden ist.To generate an RGB image in addition to the distance and intensity image, an RGB image acquisition unit oriented on the sample surface can be provided, which is connected bidirectionally via a third computer unit to the central computer unit.

Während die Lichtquelle der Abtasteinrichtung die abgegebenen Lichtstrahlen über eine Sendeoptik und die X-Y-Achsen-Ablenkeinheit auf die Probenoberfläche richtet, ist der vorzugsweise eine Infrarot-Fotodioden-Empfänger enthaltende Lichtempfänger der Abtasteinrichtung auf der die reflektierten Lichtstrahlen aufnehmenden Empfangsseite mit einer Empfangsoptik verbunden.While the light source of the scanning device directs the emitted light beams onto the sample surface via a transmitting optics and the X-Y axis deflection unit, the light receiver of the scanning device, which preferably contains 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-Ablenkspiegel bestehende Ablenkeinrichtung abgibt, die den IR-Laserstrahl zeilenweise auf die Probe ablenkt und die von der Probenoberfläche reflektierten IR-Laserstrahlen zu einer Fotodiode ablenkt.In a preferred embodiment, the scanning device includes an infrared laser emitter, which directs an IR laser beam via a driven by a laser control electronics modulator on a collimator, the IR laser beam with limited laser beam diameter to a preferably consisting of an electric motor driven polygonal deflection mirror deflection which deflects the IR laser beam line by line on the sample and deflects the reflected from the sample surface 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 zusammengefassten, von der Probenoberfläche reflektierten IR-Laserstrahlen zur Fotodiode ab.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 combined in series by the deflection device and reflected by the sample surface, to the photodiode.

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.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 ,

Eine weitere erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erfassung der Oberflächenstruktur und Beschaffenheit einer Probe, enthält

  • – eine Probenaufnahme,
  • – eine Abtasteinrichtung mit
  • – einer Lichtquelle zur Ermittlung des signifikanten Absorptionspeaks mit einem Lichtstrahl, der in einem Bereich des infraroten Emissionsspektrums durchgestimmt wird,
  • – einem Empfänger zum Empfang der von der Probenoberfläche transmittierten oder reflektierten Lichtstrahlen und
  • – einer X-Y-Achsen-Ablenkeinheit, die mit den von der Lichtquelle abgegebenen Lichtstrahlen die Probenoberfläche abtastet, und
  • – eine Auswerteinrichtung mit
  • – einer ersten Rechnereinheit zur Erzeugung eines topografischen Distanzbildes der die chemischen Substanz aufweisenden Probenoberfläche,
  • – einer zweiten Rechnereinheit zur Erzeugung eines die Intensität der reflektierten Lichtstrahlen widergebenden Infrarotbildes der die chemische Substanz aufweisenden Probenoberfläche und
  • – einer zentralen Rechnereinheit, die bidirektional mit einem Speicher, einem Display und der ersten und zweiten Rechnereinheit verbunden ist.
Another device according to the invention for detecting the surface structure and nature of a sample containing
  • A sample intake,
  • - A scanner with
  • A light source for detecting the significant absorption peak with a light beam tuned in a region of the infrared emission spectrum,
  • A receiver for receiving the light beams transmitted or reflected from the sample surface; and
  • An XY axis deflection unit that scans the surface of the sample with the light beams emitted by the light source, and
  • - An evaluation device with
  • A first computer unit for generating a topographical distance image of the sample surface having the chemical substance,
  • - A second computer unit for generating an intensity of the reflected light rays reproducing infrared image of the chemical substance having sample surface and
  • - A central computer unit, which is bidirectionally connected to a memory, a display and the first and second computer unit.

Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels soll der der Erfindung zugrundeliegende Gedanke näher erläutert werden. Es zeigen:Reference to an embodiment shown in the drawing, the idea underlying the invention will be explained in more detail. Show it:

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

2 ein Blockschaltbild der Abtast- und Auswerteinrichtung zur Erläuterung des Funktionsprinzips der optischen Impulslaufzeitmessung; 2 a block diagram of the sampling and evaluation device for explaining the principle of operation of the optical pulse transit time measurement;

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

4 eine schematische Darstellung des konstruktiven Aufbaus einer Abtasteinrichtung mit einer Darstellung des optischen Strahlengangs und 4 a schematic representation of the structural design of a scanning device with a representation of the optical beam path and

5 eine schematische Darstellung des parallelen Strahlengangs des von der Abtasteinrichtung abgegebenen modulierten Licht- oder Laserstrahls und reflektierten modulierten Licht- oder Laserstrahls. 5 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.

6 eine Reduzierung der Intensität monochromatischen Lichts durch eine Ölauflage; 6 a reduction in the intensity of monochromatic light through an oil layer;

7 eine schematische Darstellung der Rückführung der Schichtdicke durch eine Absorptionsspektroskopie; 7 a schematic representation of the return of the layer thickness by absorption spectroscopy;

8 eine schematische Darstellung einer Probe mit auf der Probenoberfläche befindlicher Fettschicht; 8th a schematic representation of a sample with befindlicher on the sample surface fat layer;

9 eine schematische Darstellung der Absorptionsbande über der Wellenlänge einer Messung der Probenoberfläche an zwei ausgewählten Messpunkten mit einem Spektroskop; 9 a schematic representation of the absorption band over the wavelength of a measurement of the sample surface at two selected measuring points with a spectroscope;

10 eine schematische, zweidimensionale Darstellung eines Intensitätsbildes; 10 a schematic, two-dimensional representation of an intensity image;

11 eine schematische, dreidimensionale Darstellung eines Intensitätsbildes und 11 a schematic, three-dimensional representation of an intensity image and

12 eine schematische, dreidimensionale Darstellung eines Objektes als Graustufe und die sich auf der Oberfläche befindliche chemische Substanz in Farbdarstellung. 12 a schematic, three-dimensional representation of an object as a gray scale and located on the surface of chemical substance in color.

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 einer Abtasteinrichtung 2 und der Probenaufnahme 1 verbunden ist. Die strichpunktiert umrahmte Abtasteinrichtung 2 besteht aus einem Sender mit einer IR-Laser-Lichtquelle 22, einer Laser-Ansteuerelektronik 21 und einer Sendeoptik 23 sowie aus einem Empfänger mit einem IR-Fotodiodenempfänger 25, einem Log-in-Signalverstärker 24 und einer Empfangsoptik 26. 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 on a sample holder 1 arranged with a Z-axis drive unit 5 for adjusting the distance between a scanning device 2 and the sample intake 1 connected is. The dash-dotted framed scanning 2 consists of a transmitter with an IR laser light source 22 , a laser control electronics 21 and a transmission optics 23 and a receiver with an IR photodiode receiver 25 , a log-in signal amplifier 24 and a receiving optics 26 ,

Die IR-Laser-Lichtquelle 22 wird von der von einem Impulsgenerator 8 getakteten Laser-Ansteuerelektronik 21 angesteuert. Die von der IR-Laser-Lichtquelle 22 abgegebenen Laserstrahlen L werden mittels der Sendeoptik 23, beispielsweise in Form eines Kollimators, auf einen Laserstrahldurchmesser von kleiner oder gleich 0,1 mm kollimiert und auf die auf der Probenaufnahme 1 befindliche Probe P gerichtet. Die Probenoberfläche wird in einer Schrittweite entsprechend dem Laserstrahldurchmesser linienweise mittels des Laserstrahls L abgefahren und der von der Probenoberfläche reflektierte Laserstrahl R von der Empfangsoptik 26 aufgenommen und an den IR-Fotodiodenempfänger 25 abgegeben, der ausgangsseitig mit dem Log-in-Signalverstärker 24 verbunden ist, der die verstärkten Messsignale an eine strichpunktiert umrahmte Auswerteinrichtung 3 mit einer ersten Rechnereinheit 31 zur Berechnung eines der Topographie der Probenoberfläche entsprechenden Distanzbildes und einer zweiten Rechnereinheit 32 zur Berechnung eines der chemischen Substanz der Probenoberfläche 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.The IR laser light source 22 is from that of a pulse generator 8th clocked laser control electronics 21 driven. The of the IR laser light source 22 emitted laser beams L are by means of the transmitting optics 23 , for example in the form of a collimator, collimated to a laser beam diameter of less than or equal to 0.1 mm and to that on the sample receiver 1 directed sample P directed. The sample surface is traversed line by line in a step width corresponding to the laser beam diameter by means of the laser beam L and the laser beam R reflected from the sample surface by the receiving optical system 26 taken and sent to the IR photodiode receiver 25 the output side with the log-in signal amplifier 24 is connected, the amplified measurement signals to a dash-dotted framed evaluation 3 with a first computer unit 31 for calculating a distance image corresponding to the topography of the sample surface and a second computer unit 32 for calculating an intensity image corresponding to the chemical substance of the sample surface, which is also emitted by the pulse generator 8th be clocked. The first and second computer unit 31 . 32 are bidirectional with a central processing unit (CPU) 30 connected to the bidirectional storage unit 61 and an external storage unit 62 are connected.

Die vom Sender 21, 22, 23 der Abtasteinrichtung 2 abgegebenen Laserstrahlen L werden im Wellenlängenbereich im Absorptionsspektrum der zu untersuchenden Probe P abgegeben. Alternativ gibt der Sender 21, 22, 23 breitbandig Laserstrahlen im infraroten Spektrum an die Probenoberfläche ab, wobei die Wellenlänge in Bereiche in 0,2 nm-Schritten verändert bzw. durchgestimmt wird.The transmitter 21 . 22 . 23 the scanner 2 emitted laser beams L are emitted in the wavelength range in the absorption spectrum of the sample to be examined P. Alternatively, the transmitter gives 21 . 22 . 23 broadband laser beams in the infrared spectrum to the sample surface, wherein the wavelength is changed or tuned into areas in 0.2 nm increments.

Der von der IR-Laser-Lichtquelle 22 abgegebene Laserstrahl wird in der Sendeoptik 23, auf einen Durchmesser von kleiner oder gleich 0,1 mm kollimiert auf die Probenoberfläche gerichtet und mittels einer Ablenkeinrichtung, beispielsweise mittels eines Polygonspiegels oder Galvanometers, zeilenweise in einer Schrittweite entsprechend dem Strahldurchmesser linienweise abgefahren so dass mittels der Ablenkeinrichtung eine Abtastung der Probenoberfläche in der einen (X-Achse) und durch den Vorschub der Probe oder der Abtasteinrichtung in der anderen (Y-Achse) zur Abtastung der XY-Fläche erfolgt.The one from the IR laser light source 22 emitted laser beam is in the transmission optics 23 , directed to a diameter of less than or equal to 0.1 mm collimated on the sample surface and by means of a deflection device, for example by means of a polygon mirror or galvanometer, line by line in a step size corresponding to the beam diameter traversed so that by means of the deflector scanning the sample surface in one (X-axis) and by the advance of the sample or the scanning device in the other (Y-axis) for scanning the XY surface.

Eine entweder die Abtasteinrichtung 2 oder die Probenaufnahme 1 in der X-Y-Ebene senkrecht zur Z-Achse verfahrende X-Y-Achsen-Ablenkeinheit 4 bewirkt, dass der gesamte Bereich der Probenoberfläche mittels der Abtasteinrichtung 2 gescannt wird. Durch die zeilenweise Abtastung der Probenoberfläche in Verbindung mit der X-Y-Achsenverstellung können Probenflächen bis zu einer Breite von 10 m und beliebiger Länge gescannt werden.Either the scanner 2 or the sample intake 1 in the XY-plane perpendicular to the Z-axis traversing XY-axis deflection unit 4 causes the entire area of the sample surface by means of the scanner 2 is scanned. By scanning the sample surface 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.

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.The XY axis deflection unit 4 is from an XY axis driver unit 40 controlled and outputs to these position signals. The XY-axis driver unit 40 is bidirectional with the central computer unit 30 connected. The Z-axis drive unit 5 is from a Z-axis driver unit 50 and outputs to these altitude position signals, the Z-axis driver unit 50 also bidirectional with the central computer unit 30 connected is.

Zur Ermittlung von Farbwerten der von der Abtasteinrichtung 2 gescannten Probenoberfläche kann zusätzlich eine externe RGB-Bildaufnahmeeinheit 7 vorgesehen werden, die auf die Probenoberfläche 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 scanning device 2 scanned sample surface may additionally include an external RGB image acquisition unit 7 be provided, which is directed to the sample surface and with a third computer unit 33 which is also bidirectional to the central computer unit 30 connected.

Zur Erfassung der Topographie bzw. Kontur der Probenoberfläche sowie Beschaffenheit der chemischen Substanz der Probe P wird die Laufzeit der Laserlichtsignale bzw. Laserlichtimpulse gemessen, die vom Abstand der einzelnen Punkte der Kontur der Probenoberfläche abhängig ist, so dass ein exaktes Abbild der Topographie der Probenoberfläche durch die Berechnung eines Distanzbildes erfasst wird.To record the topography or contour of the sample surface and the nature of the chemical substance of the sample P, the transit time of the laser light signals or laser light pulses is measured, the distance from the individual points of the contour of the Sample surface is dependent, so that an exact image of the topography of the sample surface is detected by the calculation of a distance image.

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. Probenoberfläche. Aus den einzelnen Intensitätsmesspunkten kann somit beim Scannen der Probenoberfläche ein Intensitätsbild der Probenoberfläche 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. einem Display 9 ermöglicht.Since 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 sample surface. Thus, when scanning the sample surface, an intensity image of the sample surface can be detected and evaluated from the individual intensity measurement 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 a display by an assignment of different color scales to the intensity values 9 allows.

Die zur Ermittlung der Topographie der Probenoberfläche erforderliche Messung der Distanz zwischen den einzelnen Punkten der Probenoberfläche und der Abtasteinrichtung 2 soll nachfolgend anhand der 2 und 3 näher erläutert werden.The measurement of the distance between the individual points of the sample surface and the scanner required to determine the topography of the sample surface 2 will be explained below on the basis of 2 and 3 be explained in more detail.

2 zeigt ein schematisches Blockschaltbild zur Erläuterung des Funktionsprinzips einer optischen Impulslaufzeitmessung (TOF-Time-of-Flight). Analog zum Blockschaltbild gemäß 1 ist eine Laser-Lichtquelle 22 vorgesehen, deren abgegebene Laserstrahlen L von einer Sendeoptik 23 kollimiert auf die Probenoberfläche der auf der Probenaufnahme 1 befindlichen Probe P gerichtet werden. Die reflektierten Laserstrahlen R werden von der Empfangsoptik 26 aufgenommen und an einen Fotodiodenempfänger 25 abgegeben. Sowohl die Laser-Lichtquelle 22 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 principle of operation of an optical pulse time-of-flight measurement (TOF time-of-flight). Analogous to the block diagram according to 1 is a laser light source 22 provided, the emitted laser beams L from a transmission optics 23 collimates on the sample surface of the sample holder 1 directed sample P are directed. The reflected laser beams R are from the receiving optics 26 taken and sent to a photodiode receiver 25 issued. Both the laser light source 22 as well as the photodiode receiver 25 give output signals to a time measuring device 27 on the output side with a microprocessor 300 connected is. To the microprocessor 300 is a digital output 28 and optionally an analog output 29 connected to the measuring device.

Die Laser-Lichtquelle 22 löst gleichzeitig mit der Abgabe eines Laserlichtimpulses L die Zeitmesseinrichtung 27 aus. Der Laserlichtimpuls L trifft auf die Probenoberfläche, wird von dieser reflektiert und als reflektierter Laserlichtimpuls R 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 Probenoberfläche von der Abtasteinrichtung 2 entspricht.The laser light source 22 simultaneously releases the time measuring device with the delivery of a laser light pulse L. 27 out. The laser light pulse L impinges on the sample surface, is reflected by it and as reflected laser light pulse R from the receiving optics 26 received and received by the photodiode receiver 25 detected, the time measuring device 27 stops, so that the distance-dependent signal propagation time was measured, the immediate of the removal of the respective measuring point of the sample surface of the scanning device 2 equivalent.

Da bei sehr flachen Konturen der Probenoberfläche nur geringe Unterschiede in der distanzabhängigen Signallaufzeit des Laserstrahls gemessen werden, hängt die Genauigkeit der Erfassung, Auswertung und Wiedergabe der Topographie der Probenoberfläche von der Genauigkeit der Zeitmessung ab. Aus diesem Grunde wird alternativ ein Verfahren zur Distanzmessung mittels Phasenverschiebung eingesetzt, dessen Funktionsprinzip in 3 dargestellt ist und das im Wesentlichen von derselben Vorrichtung wie in 2 Gebrauch macht, indem anstelle der Zeitmesseinrichtung 27 eine Phasenmesseinrichtung eingesetzt wird.Since only small differences in the distance-dependent signal propagation time of the laser beam are measured with very flat contours of the sample surface, the accuracy of the detection, evaluation and reproduction of the topography of the sample surface depends on the accuracy of the time measurement. For this reason, alternatively, a method for distance measurement by means of phase shift is used, whose principle of operation in 3 is shown and that is essentially the same device as in 2 Makes use of, instead of the time measuring device 27 a phase measuring device is used.

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 bei der optischen Impulslaufzeitmessung durch ein sinusförmig moduliertes Signal ersetzt, dessen Phase dadurch bestimmt wird, dass das vom Fotodiodenempfänger 25 empfangene Signal mit einem synchronem Referenzsignal korreliert wird. Die so ermittelte Phasenverschiebung bzw. Phasendifferenz Δφ ist proportional zur Laufzeit des Laserlichtimpulses von der Laserlichtquelle 22 bis zu dem Fotodiodenempfänger 25.In this method, the phase shift is measured, which experiences the optically modulated measurement signal due to its path-dependent signal propagation time relative to a reference signal. In this case, the laser light pulse is replaced in the optical pulse transit time measurement by a sinusoidally modulated signal whose phase is determined by that of the photodiode receiver 25 received signal is correlated with a synchronous reference signal. The thus determined phase shift or phase difference Δφ is proportional to the transit time of the laser light pulse from the laser light source 22 to the photodiode receiver 25 ,

Um von der vorstehend beschriebenen eindimensionalen Laufzeitmessung auf eine dreidimensionale Entfernungsmessung zu kommen, wird mit Hilfe der Abtasteinrichtung 2 die Probenoberfläche mit Hilfe des modulierten Laserlichtstrahls abgetastet und die Probenoberfläche seriell Punkt für Punkt vermessen. Die in einer Matrix angeordneten Messergebnisse sind Bildelemente eines digitalen Bildes, das ein Entfernungsbild und damit die Topographie der Probenoberfläche und ein Intensitätsbild der Probenoberfläche, das der Beschaffenheit der Probenoberfläche entspricht, wiedergibt. Falls zusätzlich 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 scanning device is used 2 the sample surface is scanned using the modulated laser light beam and the sample surface serially measured 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 sample surface and an intensity image of the sample surface which corresponds to the nature of the sample surface. 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 der Abtasteinrichtung 2 und der Auswerteinrichtung 3 gemäß 1 werden die Messdaten, nämlich die Distanzwerte, Intensitätswerte und RGB-Farbwerte an die Auswerteinrichtung 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.About the interface between the scanner 2 and the evaluation device 3 according to 1 the measurement data, namely the distance values, intensity values and RGB color values are sent to the evaluation device 3 , For example, transferred to a PC or laptop, in which they assembled using a software to a distance, intensity and possibly true color image and on the image display unit or the display 9 be visualized.

Neben der bildlichen Darstellung der Messdaten bewirkt die Auswerteinrichtung 3 auch die Aufnahmesteuerung der Abtasteinrichtung 2, beispielsweise die Auswahl des zu scannenden Bereichs der Probenoberfläche, Vorgabe der Schrittweite beim Scanvorgang, Höheneinstellung der Probenaufnahme 1 usw.In addition to the pictorial representation of the measured data causes the evaluation device 3 also the recording control of the scanner 2 For example, the selection of the area of the sample surface to be scanned, the specification of the step size during the scanning process, the height adjustment of the sample recording 1 etc.

4 zeigt in schematischer Darstellung ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung und den optischen Strahlengang zur Abtastung einer auf einer Probenaufnahme 1 angeordneten dreidimensional strukturierten Probe P. 4 shows a schematic representation of an embodiment of the device according to the invention and the optical beam path for scanning a on a sample holder 1 arranged three-dimensionally structured sample P.

Die Abtasteinrichtung 2 enthält auf einer Platine 20 die Laserlichtquelle 22, die über eine Leitung 10 mit einer Spannungsversorgung verbunden ist, einen im Strahlengang des von der Laserlichtquelle 22 abgegebenen Laserstrahls angeordneten Modulator 11, der über eine Steuerleitung 101 mit der nicht näher dargestellten Laseransteuerelektronik verbunden ist, und einen im Strahlengang des Laserstrahls angeordneten Kollimator 13, der den Laserstrahl auf einen Durchmesser von 1 mm oder kleiner, insbesondere kleiner oder gleich 0,1 mm, kollimiert und durch einen halbdurchlässigen Spiegel 14 auf einen Polygonablenkspiegel 15 richtet. Der von einem Elektromotor 16 angetriebene Polygonablenkspiegel 15 lenkt den Laserstrahl auf eine Korrekturlinse 17, wobei der Laserstrahl aufgrund der Rotation des Polygonablenkspiegels 15 über die Länge der Korrekturlinse 17 ablenkt, was schematisch durch den eingetragenen Pfeil angedeutet ist.The scanning device 2 contains on a circuit board 20 the laser light source 22 over a line 10 is connected to a power supply, one in the beam path of the laser light source 22 emitted laser beam arranged modulator 11 , which has a control line 101 is connected to the Laseransteuerelektronik not shown, and arranged in the beam path of the laser beam collimator 13 which collimates the laser beam to a diameter of 1 mm or smaller, in particular less than or equal to 0.1 mm, and through a semitransparent mirror 14 on a polygon deflecting mirror 15 directed. The one of an electric motor 16 powered polygon deflection mirror 15 directs the laser beam to a corrective lens 17 wherein the laser beam due to the rotation of the polygon deflecting mirror 15 over the length of the correction lens 17 deflects, which is indicated schematically by the registered arrow.

Der im Strahlengang zwischen dem Kollimator 11 und dem Polygonablenkspiegel 15 angeordnete halbdurchlässige Spiegel 14 lässt einerseits die vom Kollimator 11 abgegebenen Laserstrahlen L zum Polygonablenkspiegel 15 durch und lenkt andererseits die vom Polygonablenkspiegel 15 seriell zusammengefassten, von der Probenoberfläche reflektierten Laserstrahlen R zu einer Bildaufnahme-Fotodiode 12 ab.The one in the beam path between the collimator 11 and the polygon deflecting mirror 15 arranged semitransparent mirrors 14 on the one hand leaves the collimator 11 emitted laser beams L to Polygonablenkspiegel 15 and, on the other hand, deflects from the polygon deflection mirror 15 serially combined, reflected from the sample surface laser beams R to an image pickup photodiode 12 from.

Eine Synchronisations-Fotodiode 19 dient zur Synchronisation des abgegebenen Laserstrahls L mit dem reflektierten Laserstrahl R und wird ebenfalls durch den vom Polygonablenkspiegel 15 abgelenkten Laserstrahl initiiert. Über einen Umlenkspiegel 18 wird der jeweils eine Zeile beschreibende Laserstrahl auf die auf der Probenaufnahme 1 befindliche Probe P zur Erfassung der Topographie der Probenoberfläche sowie deren Beschaffenheit gerichtet, die durch die Absorptionseigenschaften der Probenoberfläche bestimmt wird und einem aus einzelnen Intensitätsmesspunkten zusammengesetzten Intensitätsbild entspricht.A synchronization photodiode 19 is used to synchronize the output laser beam L with the reflected laser beam R and is also by the Polygonablenkspiegel 15 deflected laser beam initiated. About a deflection mirror 18 the laser beam describing each line is applied to the one on the sample holder 1 Sample P is aimed at detecting the topography of the sample surface and its texture, which is determined by the absorption properties of the sample surface and corresponds to an intensity image composed of individual intensity measurement points.

Der von der Probenoberfläche reflektierte Laserstrahl R wird über den Umlenkspiegel 18 und die Korrekturlinse 17 zum rotierenden Polygonablenkspiegel 15 gelenkt, von dem der reflektierte Laserstrahl R durch den halbdurchlässigen Spiegel 14 zur Bildaufnahme-Fotodiode 12 umgelenkt wird.The reflected from the sample surface laser beam R is on the deflection mirror 18 and the correction lens 17 to the rotating polygon deflecting mirror 15 from which the reflected laser beam R passes through the semitransparent mirror 14 to the image-taking photodiode 12 is diverted.

4 zeigt die Scanlinie SL, die von der Abtasteinrichtung abgescannt wird, so dass die Topographie und Beschaffenheit der Probe P in der einen Achsrichtung (X-Achse) erfasst wird, während zum Erfassen der gesamten Probenoberfläche die Probenaufnahme 1 oder die Abtasteinrichtung 2 senkrecht hierzu (Y-Achse) bewegt wird, so dass ein zweidimensionales Bild pixelweise erstellt wird, das durch Erfassung der Laufzeit oder Phasenverschiebung des IR-Laserlichts L in die dritte Dimension, d. h. die Topographie der Probe P erweitert wird. 4 FIG. 12 shows the scan line SL scanned by the scanner so that the topography and nature of the sample P in one axial direction (X-axis) is detected, while for sample collection the entire sample surface 1 or the scanner 2 is moved perpendicular thereto (Y-axis), so that a two-dimensional image is created pixel by pixel, which is extended by detecting the transit time or phase shift of the IR laser light L in the third dimension, ie the topography of the sample P.

Zusätzlich können IR-Detektoren 91, 92 mit davor positionierten Objektiven 93, 94 schräg zur Probenaufnahme 1 positioniert werden, wobei der eine IR-Detektor 91 entlang der Y-Achse ausgerichtet ist, während der andere IR-Detektor 92 senkrecht hierzu entlang der X-Achse ausgerichtet ist.In addition, IR detectors 91 . 92 with lenses positioned in front of it 93 . 94 at an angle to the sample holder 1 be positioned, with the one IR detector 91 aligned along the Y axis while the other IR detector 92 is aligned perpendicular thereto along the X-axis.

5 zeigt in ebenfalls schematischer Darstellung die prinzipielle Funktion der Abtasteinrichtung 2 zur Abgabe des modulierten IR-Laserstrahls L und zum Empfang des reflektierten modulierten IR-Laserstrahls R, dessen Laufzeit bzw. Phasenverschiebung gegenüber dem modulierten IR-Laserstrahl L 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. 5 shows in a schematic representation of the principal function of the scanning device 2 for delivering the modulated IR laser beam L and for receiving the reflected modulated IR laser beam R, whose transit time or phase shift relative to the modulated IR laser beam L for determining a distance image and thus for determining the topography of the surface of the sample P and their absorption properties and so that chemical composition are combined to form an intensity image.

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.The IR detectors 91 . 92 and lenses 93 . 94 are at an angle to the sample intake 1 positioned, one IR detector 91 in the Y direction and the other IR detector 92 aligned in the X direction.

Die erfindungsgemäße Lösung 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 Materialbeschichtungen, Klebeschichten auf Folien sowie bei Mehrschichtaufbauten auch innenliegender Schichten eingesetzt werden kann. Beispiele hierfür ist in den 6 bis 11 dargestellt.The solution according to the invention 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 films, as well as internal layers in multilayer constructions. Examples of this is in the 6 to 11 shown.

6 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 I0 gerichtet. Die Intensität des monochromatischen Lichts wird durch die schichtdickenabhängige Absorption IA des Ölfilms 101, die Reflektion IR an der Grenzschicht der Oberfläche des Ölfilms 101 sowie der Grenzschicht zwischen dem Ölfilm 101 und der Oberfläche des Blechstreifens 100 und durch das Streulicht IS der Beschichtung reduziert. 6 shows a schematic representation of the reduction of the intensity of monochromatic light through an oil film 101 on a metal strip 100 a sample 1 , To the test 1 monochromatic light, for example a laser beam, is directed at the initial intensity I 0 . The intensity of the monochromatic light is determined by the layer thickness-dependent absorption I A of the oil film 101 , the reflection I R at the boundary layer of the surface of the oil film 101 as well as the boundary layer between the oil film 101 and the surface of the sheet metal strip 100 and reduced by the stray light I S of the coating.

7 zeigt in einer schematischen Darstellung der Absorption über der Wellenzahl die Rückführung der Schichtdicke durch die Absorptionsspektroskopie der Anordnung gemäß 6. 7 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 6 ,

7 zeigt den die schichtdickenabhängige Absorption IA des Ölfilms 101 repräsentierenden Peak A1 sowie mit A2 die Reduzierung der Intensität des monochromatischen Lichts durch die Reflektion an der Oberfläche des Ölfilms 101, durch das Streulicht der Beschichtung und die Reflektion der Grenzschicht zwischen dem Ölfilm 101 und dem Blechstreifen 100. 7 shows the layer thickness-dependent absorption I A of the oil film 101 representing peak A 1 and with A 2 the reduction of the intensity of the monochromatic light by the reflection at the surface of the oil film 101 , by the scattered light of the coating and the reflection of the boundary layer between the oil film 101 and the metal strip 100 ,

In den 8 und 9 ist ein Beispiel für eine Messung mit einem Spektroskop dargestellt. Als Probe dient ein in 8 schematisch dargestellter Teller mit einer darauf befindlichen Fettschicht und zwei Messpunkten M1 und M2.In the 8th and 9 is an example of a measurement with a spectroscope shown. As sample serves a in 8th schematically illustrated plate with a fat layer located thereon and two measuring points M 1 and M 2 .

9 zeigt zwei Spektren, die auf der Tellerprobe mit einer Fettschicht an den beiden Messpunkten M1 und M2 auf der Tellerprobe gemessen wurden. In dem Diagramm gemäß 9 sind die Absorptionspeaks 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=O), 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. 9 shows two spectra, which were measured on the disk sample with a layer of fat at the two measuring points M 1 and M 2 on the disk sample. In the diagram according to 9 the absorption peaks with the associated functional groups are shown. In addition to the broad, strong absorption peak at around 1,000 cm -1 , further absorption peaks occur at around 1,500 cm -1 (methylene CH 2 and methylene CH 2 and methyl CH 3 ), at around 1,750 cm -1 (ketones C = O), 2,700 cm -1 and 3,000 cm -1 . A broad absorption peak occurs between 3,700 cm -1 and 3,350 cm -1 (H 2 O 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 9 dargestellte Absorption über der Wellenzahl an den beiden Messpunkten M1 und M2 gemäß 8 zeigt die für bestimmte Materialien typischen Peaks in einem Wellenzahlbereich zwischen 800 und 3.750 cm–1. Bei 2.850 cm–1und 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 μm Wellenlänge.In the 9 shown absorption over the wave number at the two measuring points M 1 and M 2 according to 8th shows the typical peaks for certain materials in a wavenumber range between 800 and 3750 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 μm wavelength.

10 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. 10 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 a gray scale representation, resulting in a structural representation of the surface of the sample.

11 zeigt eine bildgebende, dreidimensionale Darstellung des Intensitätsbildes jedes einzelnen Messpunktes auf der Probenoberfläche 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 Probenoberfläche auch eine quantitative Beurteilung möglich ist. Die in 11 in einer Graustufe dargestellte Topographie kann wie in der Abbildung zweidimensional, aber auch dreidimensional mit der darauf befindlichen Substanz S wie in 12 dargestellt werden. 11 shows an imaging, three-dimensional representation of the intensity image of each measurement point on the sample surface and an adjacently shown scale of spectral intensity, which is preferably colored and corresponds to the respective color of the measurement points, so that in addition to a qualitative assessment of the sample surface and a quantitative assessment possible is. In the 11 in a grayscale topography can, as in the figure two-dimensional, but also three-dimensional with the substance S thereon as in 12 being represented.

12 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 ist kann diese in einem zweidimensionalen Bild in einer Farbpalette von hellrot bis dunkelrot dargestellt werden. Mit dem erfindungsgemäßen Abtast- oder Scanverfahren und der daraus abgeleiteten Abtastvorrichtung wird eine Technologie realisiert, die eine schattenfreie und verzahnungsfreie Aufnahme der Probenoberfläche mit einem einzelnen Abtastvorgang ermöglicht, indem

  • – ein Entfernungsbild,
  • – ein Intensitätsbild
  • – 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. 12 shows a schematic, two-dimensional representation of a sample P with the height profile Z1 of the sample P as a gray scale and located on the surface of the sample P chemical substance S with the height profile Z2, for example in a red stage 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. 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 sample surface with a single scanning process by
  • A distance image,
  • - an intensity image
  • If required, an RGB image when an RGB sensor is arranged to determine the color values of the measured points
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.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Probenaufnahmespecimen collection
22
Abtasteinrichtungscanning
33
Auswerteinrichtungevaluation
44
X-Y-Achsen-AblenkeinheitX-Y-axis deflection unit
55
Z-Achsen-AntriebseinheitZ-axis drive unit
77
RGB-Bildaufnahmeeinheit (RGB-Sensor)RGB image acquisition unit (RGB sensor)
88th
Impulsgeneratorpulse generator
99
Bilddarstellungseinheit (Display)Image display unit (display)
1010
Leitungmanagement
1111
Modulatormodulator
1212
Bildaufnahme-FotodiodeImage capture photodiode
1313
Kollimatorcollimator
1414
halbdurchlässiger Spiegelsemi-transparent mirror
1515
PolygonablenkspiegelPolygonablenkspiegel
1616
Elektromotorelectric motor
1717
Korrekturlinsecorrecting lens
1818
Umlenkspiegeldeflecting
1919
Synchronisations-FotodiodeSynchronization photodiode
2020
Platinecircuit board
2121
Laser-AnsteuerelektronikLaser drive electronics
2222
IR-Laser-LichtquelleIR-laser light source
2323
Sendeoptiktransmission optics
2424
Log-in-SignalverstärkerLog-in signal amplifier
2525
FotodiodenempfängerPhotodiode receiver
2626
Empfangsoptikreceiving optics
2727
Zeit- oder PhasenmesseinrichtungTime or phase measuring device
2828
digitaler Ausgangdigital output
2929
analoger Ausganganalog output
3030
zentrale Rechnereinheit (CPU)central processing unit (CPU)
4040
X-Y-AchsentreibereinheitX-Y-axis driving unit
5050
Z-Achsen-TreibereinheitZ-axis drive unit
6161
Speichereinheitstorage unit
6262
Externe SpeichereinheitExternal storage unit
91, 9291, 92
IR-DetektorenIR detectors
93, 9493, 94
Objektivelenses
100100
Blechstreifenmetal strip
101101
Ölfilmoil film
300300
Mikroprozessormicroprocessor
A1, A2 A 1 , A 2
Peakspeaks
II
Durchgelassenes LichtTransmitted light
IA I A
schichtdickenabhängige Absorptioncoating thickness-dependent absorption
I0 I 0
AnfangsintensitätStarting intensity
IR I R
Reflexionreflection
IS I S
Streulichtscattered light
LL
Abgegebener LaserstrahlDelivered laser beam
M1, M2 M 1 , M 2
Messpunkte und -kurvenMeasuring points and curves
RR
reflektierter Laserstrahlreflected laser beam
SS
Substanzsubstance
PP
Probe oder MessobjektSample or measurement object
ΔφΔφ
Phasenverschiebung bzw. PhasendifferenzPhase shift or phase difference

Claims (22)

Verfahren zur Erfassung der Oberflächenstruktur und Beschaffenheit einer Probe mittels einer Abtasteinrichtung, nämlich zur Erfassung chemischer Substanzen in Form von Fingerspurenfett auf und in der Probenoberfläche, wobei die Probe und die Abtasteinrichtung relativ zueinander bewegt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Probenoberfläche mit einem von der Abtasteinrichtung (2) abgegebenen Lichtstrahl (L) zeilenweise bestrahlt, der von der Probenoberfläche reflektierte Lichtstrahl (R) erfasst und aus Abweichungen des reflektierten Lichtstrahls (R) vom abgegebenen Lichtstrahl (L) ein digitales Bild der Topographie der Probenoberfläche und der Intensität des reflektierten Lichtstrahles (R) erzeugt wird, wobei der Lichtstrahl (L) mit einer Wellenlänge abgegeben wird, die dem Wellenlängenbereich des Absorptionsspektrums der Beschaffenheit der Probenoberfläche, nämlich einer zu erfassenden chemischen Substanz in Form von Fingerspurenfett entspricht, wobei die Abtasteinrichtung (2) einen Lichtstrahl abgibt, der im Infrarotspektrum breitbandig Licht in einem Wellenzahlbereich zwischen 800 und 3.750 cm–1 emittiert.A method for detecting the surface structure and nature of a sample by means of a scanning device, namely for detecting chemical substances in the form of finger grease on and in the sample surface, wherein the sample and the scanning device are moved relative to each other, characterized in that the sample surface with one of the scanning device ( 2 ) emitted light beam (L) line by line irradiated, the light reflected from the sample surface (R) and from deviations of the reflected light beam (R) from the emitted light beam (L) a digital image of the topography of the sample surface and the intensity of the reflected light beam (R) wherein the light beam (L) is emitted with a wavelength which corresponds to the wavelength range of the absorption spectrum of the nature of the sample surface, namely a chemical substance in the form of finger trace fat to be detected, wherein the scanning device ( 2 ) emits a light beam emitting broadband light in the infrared spectrum in a wavenumber range between 800 and 3750 cm -1 . Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Probenoberfläche mit einem Laserstrahl (L) mit vorgegebenem Laserstrahldurchmesser in einer dem Laserstrahldurchmesser entsprechenden Schrittweite zeilenweise bestrahlt, der reflektierte Laserstrahl (R) koaxial zum abgegebenen Laserstrahl (L) erfasst und ausgewertet wird.A method according to claim 1, characterized in that the sample surface with a laser beam (L) with a predetermined laser beam diameter in a laser beam diameter corresponding step size irradiated line by line, the reflected laser beam (R) coaxial with the emitted laser beam (L) is detected and evaluated. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der abgegebene Laserstrahl (L) auf einen Laserstrahldurchmesser kleiner oder gleich 1 mm, insbesondere kleiner oder gleich 0,1 mm, kollimiert wird.A method according to claim 2, characterized in that the emitted laser beam (L) to a laser beam diameter less than or equal to 1 mm, in particular less than or equal to 0.1 mm, is collimated. Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke innenliegender Schichten der Probe, die sich von außen liegenden Schichten unterscheiden, ausgewertet werden.Method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the thickness of internal layers of the sample, which differ from outer layers, are evaluated. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die vom Abstand der Abtasteinrichtung (2) von der Probenoberfläche abhängige Laufzeit des von der Abtasteinrichtung (2) abgegebenen und von der Probenoberfläche reflektierten Laserstrahls (R) erfasst und zur Erstellung eines der Topographie der Probenoberfläche entsprechenden Distanzbildes ausgewertet wird.Method according to claim 2 or 3, characterized in that the distance from the scanning device ( 2 ) dependent on the sample surface duration of the scanning device ( 2 ) and reflected by the sample surface laser beam (R) is detected and evaluated to create a topography of the sample surface corresponding distance image. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenverschiebung (Δφ) zwischen dem von der Abtasteinrichtung (2) abgegebenen Laserstrahl (L) und dem von der Probenoberfläche reflektierten Laserstrahl (R) erfasst und zur Ermittlung der Topographie der Probenoberfläche ausgewertet wird.A method according to claim 2 or 3, characterized in that the phase shift (Δφ) between that of the scanning device ( 2 ) and the laser beam (R) reflected from the sample surface is detected and evaluated to determine the topography of the sample surface. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die absorptionsbedingte Abweichung des von der Probenoberfläche reflektierten Laserstrahls (R) vom dem von der Abtasteinrichtung (2) abgegebenen Laserstrahl (L) zur Erstellung eines der chemischen Substanz in Form von Fingerspurenfett auf und in der Probenoberfläche entsprechenden Intensitätsbildes ausgewertet wird.Method according to one of the preceding Claims 2 to 5, characterized in that the absorption-related deviation of the laser beam (R) reflected by the sample surface from that of the scanning device ( 2 ) laser beam (L) for generating a chemical substance in the form of finger grease on and in the sample surface corresponding intensity image is evaluated. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der von der Abtasteinrichtung (2) abgegebene Laserstrahl sinusförmig moduliert und zur Bestimmung der Phasenverschiebung (Δφ) zwischen dem von der Abtasteinrichtung (2) abgegebenen und dem von der Probenoberfläche reflektierten Laserstrahl (R) der von der Abtasteinrichtung (2) erfasste reflektierte Laserstrahl (R) mit einem zum abgegebenen Laserstrahl (L) synchronen Referenzsignal korreliert wird.Method according to claim 6, characterized in that that of the scanning device ( 2 ) emitted laser beam sinusoidally modulated and for determining the phase shift (Δφ) between that of the scanning device ( 2 ) and reflected from the sample surface laser beam (R) of the scanning device ( 2 ) is correlated with a laser beam (L) synchronous reference signal is detected correlated reflected laser beam (R). Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, das die Probenoberfläche mit dem modulierten Lichtstrahl (L) seriell Punkt für Punkt abgetastet und aus den in einer Matrix angeordneten Entfernungs- und Intensitätsmessungen Bildelemente eines digitalen Bildes emuliert werden.A method according to claim 9, characterized in that the sample surface with the modulated light beam (L) serially sampled point by point and emulated from the arranged in a matrix distance and intensity measurements pixels of a digital image. Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der reflektierte Lichtstrahl (R) mittels einer RGB-Bildaufnahmeeinheit (7) zur Ermittlung der Farbwerte der abgetasteten Probenoberfläche erfasst wird. Method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the reflected light beam (R) by means of an RGB image recording unit ( 7 ) is detected to determine the color values of the scanned sample surface. Vorrichtung zur Erfassung der Oberflächenstruktur und Beschaffenheit einer Probe, nämlich zur Erfassung chemischer Substanzen in Form von Fingerspurenfett auf und in der Probenoberfläche, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch – eine Probenaufnahme (1), – eine Abtasteinrichtung (2) mit – einer Lichtquelle zur Abgabe eines Lichtstrahls mit einem Wellenzahlbereich zwischen 800 und 3.750 cm–1, – einem Empfänger zum Empfang der von der Probenoberfläche transmittierten oder reflektierten Lichtstrahlen und – einer X-Y-Achsen-Ablenkeinheit, die mit den von der Lichtquelle abgegebenen Lichtstrahlen die Probenoberfläche abtastet, und – eine Auswerteinrichtung (3) mit – einer ersten Rechnereinheit (31) zur Erzeugung eines topografischen Distanzbildes der die chemischen Substanz in Form von Fingerspurenfett aufweisenden Probenoberfläche, – einer zweiten Rechnereinheit (32) zur Erzeugung eines die Intensität der reflektierten Lichtstrahlen (R) widergebenden Infrarotbildes der die chemische Substanz in Form von Fingerspurenfett aufweisenden Probenoberfläche und – einer zentralen Rechnereinheit (30), die bidirektional mit einem Datenspeicher (61, 62), einer Bilddarstellungseinheit oder Display (9) und der ersten und zweiten Rechnereinheit (31, 32) verbunden ist.Device for detecting the surface structure and nature of a sample, namely for detecting chemical substances in the form of finger trace fat on and in the sample surface, in particular for carrying out the method according to at least one of the preceding claims, characterized by a sample holder ( 1 ), - a scanning device ( 2 with: - a light source for emitting a light beam having a wavenumber range of between 800 and 3,750 cm -1 , - a receiver for receiving the light beams transmitted or reflected from the sample surface, and - an XY axis deflection unit coinciding with the light beams emitted from the light source scans the sample surface, and - an evaluation device ( 3 ) with - a first computer unit ( 31 ) for generating a topographical distance image of the sample surface having the chemical substance in the form of finger trace fat, - a second computer unit ( 32 ) for generating an infrared image reflecting the intensity of the reflected light beams (R) of the sample surface having the chemical substance in the form of finger trace fat, and - a central computer unit ( 30 ) bidirectional with a data memory ( 61 . 62 ), an image display unit or display ( 9 ) and the first and second computer units ( 31 . 32 ) connected is. Vorrichtung nach Anspruch 11, 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-Treibereinheit (5) mit der zentralen Rechnereinheit (30) verbunden ist.Apparatus according to claim 11, characterized in that the sample holder and / or the scanning device ( 2 ) with a Z-axis drive unit ( 5 ) for changing the distance between the sample holder ( 1 ) and the scanner ( 2 ) which are bidirectionally connected via a Z-axis driver unit ( 5 ) with the central computer unit ( 30 ) connected is. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, gekennzeichnet durch eine auf die Probenoberfläche ausgerichtete RGB-Bildaufnahmeeinheit (7), die bidirektional über eine dritte Rechnereinheit (33) zur Erzeugung eines RGB-Bildes mit der zentralen Rechnereinheit (30) verbunden ist.Apparatus according to claim 11 or 12, characterized by an RGB image recording unit (FIG. 7 ) bidirectionally via a third computer unit ( 33 ) for generating an RGB image with the central computer unit ( 30 ) connected is. Vorrichtung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (21, 22, 23) eine IR-Laser-Lichtquelle (22), eine die von der IR-Laser-Lichtquelle (22) abgegebenen Lichtstrahlen (L) auf die Probenoberfläche richtende Sendeoptik (23) und eine Lichtquellen-Ansteuerelektronik (21) zur Ansteuerung der IR-Laser-Lichtquelle (22) aufweist.Device according to at least one of the preceding claims 11 to 13, characterized in that the light source ( 21 . 22 . 23 ) an IR laser light source ( 22 ), one of the IR laser light source ( 22 ) emitted light beams (L) on the sample surface directing optical transmission ( 23 ) and a light source drive electronics ( 21 ) for driving the IR laser light source ( 22 ) having. Vorrichtung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtempfänger (24, 25, 26) einen IR-Fotodiodenempfänger (25), eine auf der die reflektierten Lichtstrahlen (R) aufnehmenden Empfangsseite angeordnete Empfangsoptik (26) und einen die vom IR-Fotodiodenempfänger (25) abgegebenen Signale verstärkenden Log-in-Signalverstärker (24) aufweist.Device according to at least one of the preceding claims 11 to 14, characterized in that the light receiver ( 24 . 25 . 26 ) an IR photodiode receiver ( 25 ), a receiving optics arranged on the receiving side receiving the reflected light beams (R) ( 26 ) and one of the IR photodiode receivers ( 25 ) signal amplifying log-in signal amplifiers ( 24 ) having. Vorrichtung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass ein Impulsgenerator (8) die Lichtquellen-Ansteuerelektronik (21), den Log-in-Signalverstärker (24) und die drei Rechnereinheiten (31, 32, 33) ansteuert.Device according to at least one of the preceding claims 11 to 16, characterized in that a pulse generator ( 8th ) the light source drive electronics ( 21 ), the log-in signal amplifier ( 24 ) and the three computer units ( 31 . 32 . 33 ). Vorrichtung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die IR-Laser-Lichtquelle (22) einen IR-Laserstrahl (L) über einen von einer Laser-Ansteuerelektronik (21) angesteuerten Modulator (11) auf einen Kollimator (13) richtet, der den IR-Laserstrahl (L) mit begrenztem Laserstrahldurchmesser an eine Ablenkeinrichtung (15) abgibt, die den IR-Laserstrahl zeilenweise auf die Probe (P) ablenkt und die von der Probenoberfläche reflektierten IR-Laserstrahlen (R) zu einer Bildaufnahme-Fotodiode (12) ablenkt.Device according to at least one of the preceding claims 11 to 16, characterized in that the IR laser light source ( 22 ) an IR laser beam (L) via one of a laser control electronics ( 21 ) controlled modulator ( 11 ) on a collimator ( 13 ), which directs the IR laser beam (L) of limited laser beam diameter to a deflection device ( 15 ) which deflects the IR laser beam line by line on the sample (P) and the IR laser beams (R) reflected from the sample surface to an image pickup photodiode ( 12 ) distracts. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass im Strahlengang zwischen dem Kollimator (13) und der Ablenkeinrichtung (15) ein halbdurchlässiger Spiegel (14) angeordnet ist, der einerseits die vom Kollimator (13) abgegebenen IR-Laserstrahlen (L) zur Ablenkeinrichtung (15) durchlässt und andererseits die von der Ablenkeinrichtung (15) seriell zusammengefassten, von der Probenoberfläche reflektierten IR-Laserstrahlen (R) zu einer Bildaufnahme-Fotodiode (12) ablenkt.Apparatus according to claim 17, characterized in that in the beam path between the collimator ( 13 ) and the deflection device ( 15 ) a semipermeable mirror ( 14 ) is arranged, on the one hand from the collimator ( 13 ) emitted IR laser beams (L) to the deflection device ( 15 ) and on the other hand that of the deflection device ( 15 ) serially combined, from the sample surface reflected IR laser beams (R) to an image pickup photodiode ( 12 ) distracts. Vorrichtung nach Anspruch 17 oder 18, 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.Device according to claim 17 or 18, characterized in that that of the deflection device ( 15 ) line-wise fanned out IR laser beams (L) as well as those of the deflection device ( 15 ) received reflected IR laser beams (R) via a correction lens ( 17 ) and a deflection mirror ( 18 ) to sample (P). Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der von der Ablenkeinrichtung (15) zeilenweise aufgefächerten IR-Laserstrahlen (L) auf eine Synchronisations-Fotodiode abgelenkt wird. Device according to one of the preceding claims 17 to 19, characterized in that at least a part of the of the deflecting device ( 15 ) line-wise fanned IR laser beams (L) is deflected to a synchronization photodiode. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Ablenkeinrichtung aus einem elektromotorisch angetriebenen Polygon-Ablenkspiegel (15) oder einem Galvanometer besteht.Device according to one of the preceding claims 17 to 20, characterized in that the deflection device consists of an electric motor driven polygonal deflection mirror ( 15 ) or a galvanometer. Vorrichtung zur Erfassung der Oberflächenstruktur und Beschaffenheit einer Probe, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch – eine Probenaufnahme (1), – eine Abtasteinrichtung (2) mit – einer Lichtquelle zur Ermittlung des signifikanten Absorptionspeaks mit einem Lichtstrahl, der in einem Bereich des infraroten Emissionsspektrums durchgestimmt wird, – einem Empfänger zum Empfang der von der Probenoberfläche transmittierten oder reflektierten Lichtstrahlen und – einer X-Y-Achsen-Ablenkeinheit, die mit den von der Lichtquelle abgegebenen Lichtstrahlen die Probenoberfläche abtastet, und – eine Auswerteinrichtung (3) mit – einer ersten Rechnereinheit (31) zur Erzeugung eines topografischen Distanzbildes der die chemischen Substanz aufweisenden Probenoberfläche, – einer zweiten Rechnereinheit (32) zur Erzeugung eines die Intensität der reflektierten Lichtstrahlen (R) widergebenden Infrarotbildes der die chemische Substanz aufweisenden Probenoberfläche und – einer zentralen Rechnereinheit (30), die bidirektional mit einem Datenspeicher (61, 62), einer Bilddarstellungseinheit oder Display (9) und der ersten und zweiten Rechnereinheit (31, 32) verbunden ist.Device for detecting the surface structure and nature of a sample, in particular for carrying out the method according to one of claims 1 to 10, characterized by - a sample holder ( 1 ), - a scanning device ( 2 with a light source for detecting the significant absorption peak with a light beam tuned in a region of the infrared emission spectrum, a receiver for receiving the light beams transmitted or reflected from the sample surface, and an XY axis deflection unit coincident with those of the light beam emitted from the light source scans the sample surface, and - an evaluation device ( 3 ) with - a first computer unit ( 31 ) for generating a topographical distance image of the sample surface containing the chemical substance, - a second computer unit ( 32 ) for generating an infrared image reflecting the intensity of the reflected light beams (R) of the sample surface having the chemical substance, and - a central computer unit ( 30 ) bidirectional with a data memory ( 61 . 62 ), an image display unit or display ( 9 ) and the first and second computer units ( 31 . 32 ) connected is.
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