DE20010830U1

DE20010830U1 - Konfokale Meßvorrichtung

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Publication number: DE20010830U1
Application number: DE20010830U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-07-09
Filing date: 2000-06-17
Publication date: 2000-12-21
Anticipated expiration: 2010-06-18

Description

GEITZ & GEITZ Patentanwälte

Kriegsstr. 234 · 76135 Karlsruhe

Anwaltsakte: 994003-1

Anmelder: Urich Breitmeier

Erzbergerstraße 115
76133 Karlsruhe

KONFOKALE MESSVORRICHTUNG

Die Erfindung betrifft eine konfokale Meßvorrichtung mit einer Lichtquelle und einem Mittel zur Bereitstellung von Lichtpunkten und mit einem Strahlformungsmittel zur Sammlung von Lichtstrahlen und zur Abbildung der Lichtpunkte auf einer Objektgrenzfläche eines Prüflings, wobei das Strahlformungsmittel die Sammlung der Lichtstrahlen in einem Brennpunkt und eine konstante Brennweite ermöglicht, und mit einem Lichtdetektor zur Detektion der an der Objektgrenzfläche reflektierten Lichtstrahlen, wobei das Mittel zur Bereitstellung von Lichtpunkten mit Mikrolinsen, Fresnelzonenelementen und/oder holographischen Elementen gebildet ist.

Herkömmliche optische Mikroskope erlauben nur die Wiedergabe eines flächigen Färb- oder Grauwertbildes. Eine Messung von Profiltiefen ist nicht möglich und die laterale Auflösung ist gering. Deshalb wurden sogenannte konfokale Mikroskope entwickelt, die eine Erfassung der räumlichen Kontur, also der Topographie einer Objektoberfläche bei einer um etwa 20 % besseren lateralen Auflösung ermöglichen. Hierzu wird eine Punkt-Licht-Quelle mit Hilfe einer Objektiv- bzw. Sammellinse auf die Objektoberfläche abgebildet und das re-

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flektierte Licht nach Passieren einer Lochblende auf einen lichtempfindlichen Detektor gelenkt. Verschiebt man nun die Objektivlinse, das Objekt oder das gesamte Mikroskop in Strahlrichtung, das heißt normal zur Objektoberfläche, so zeigt der lichtempfindliche Detektor genau dann eine maximale Lichtintensität an, wenn der Brennpunkt der Objektivlinse genau auf der Objektoberfläche liegt. Folglich kann man durch Messen der Position der Objektivlinse, des Objekts oder des Mikroskops die Höhe des entsprechenden Oberflächenpunktes der Objektoberfläche erfassen, da die Brennweite der Objektivlinse konstant ist.

Solche, eine Punkt zu Punkt-Messung ermöglichenden konfokalen Mikroskope, werden beispielsweise zur Zellanalyse auf dem Gebiet der Biologie eingesetzt. Das dabei zur Verfügung stehende Objektfeld ist in der Regel sehr klein. Eine räumliche Oberflächenanalyse von komplexen und hochwertigen Oberflächen von technischen Gegenständen in Ist-Zeit erfordert jedoch eine bildgebende Oberfläche in einer Größenordnung von wenigstens mehreren Quadratmillimetern.

Eine Möglichkeit für eine schnelle Datenaufnahme bietet die Verwendung einer sogenannten Nipkow-Scheibe. Diese Scheibe ist drehbar um eine parallel zur Strahlrichtung ausgebildete Drehachse gelagert und weist eine um die Drehachse spiralförmig angeordnete Anzahl von Durchtrittsbohrungen auf. Die Durchtrittsbohrungen dienen bei Beleuchtung mit einer Weißlichtquelle quasi selbst als punktförmige Lichtquellen, stellen also Mehrfach-Lichtpunkte bzw.- Lichtflecke zur Verfügung. Zur Vermessung der Oberflächentopographie eines Prüflings läßt man die Scheibe um Ihre Drehachse rotieren. Dadurch wandern die Bilder der Bohrungen bzw. die Licht-

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punkte auf dem Objekt und dieses wird punktweise sequentiell abgetastet. Die reflektierenden Strahlen passieren wiederum dieselbe Durchtrittsbohrung in der Scheibe und erzeugen dann nach konfokaler Detektion durch die Lochblende beispielsweise auf dem CCD-Chip einer Videokamera ein flächiges Bild. Mit jeder Rotation der Nipkow-Scheibe wird folglich in Ist-Zeit ein Flächenbild in einer senkrecht zur Stahlachse ausgebildeten Ebene (XY-Scan) des Objekts erfaßt. Durch Verschieben der Objektivlinse oder der Probe oder der gesamten Meßvorrichtung parallel zur Strahlachse, also normal zur Probenoberfläche, können folglich eine Mehrzahl von Flächenbildern zum Aufbau einer dreidimensionalen topographischen Abbildung des Prüflings generiert werden.

Mit Hilfe einer derartigen Meßvorrichtung mit einer Nipkowscheibe und einer Objektivlinse mit den Daten 20 x/0,45 numerische Apertur können beispielsweise 512 &khgr; 512 Meßpunkte pro Umdrehung zur Erfassung einer Objektoberfläche von etwa 0,6 &khgr; 0,6 mm bei einem Arbeitsabstand von etwa 2 mm in einer vertikalen Auflösung von 4 0 Nanometern oder besser und einer nur durch beugungsbedingte Fehler bestimmten lateralen Auflösung von etwa zwei Mikrometern erreicht werden. Ein typischer Durchmesser der Durchtrittsöffnungen beträgt 20 Mikrometer, wobei der Abstand zwischen den Durchtrittsöffnungen wenigstens das Zehnfache ihres Durchmessers betragen muß, um Antwortüberschneidungen zu vermeiden. Dies ist einer der Gründe dafür, daß bei der konventionellen konfokalen Mikroskopie unter Verwendung einer Nipkow-Scheibe nur etwa 1 Prozent des von der Lichtquelle ausgestrahlten Lichtflusses zur Signalerzeugung genutzt werden kann. Dieser große Lichtverlust führt zu einer Reihe von

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weiteren Nachteilen. Schwach reflektierende Proben können nur schwer oder gar nicht untersucht werden. Zur Einstellung eines geeigneten Signal-/Rausch-Verhältnisses müssen die Integrationszeiten bei der Datenaufnahine gegebenenfalls vergrößert werden, wodurch sich entsprechend die Meßzeit verlängert. Als Lichtquellen werden Gasentladungslampen eingesetzt, was mit einer erheblichen Wärmeentwicklung verbunden ist. Die Gasentladungslampen sind teuer, benötigen relativ viel Platz und besitzen eine nur kurze Lebensdauer.

Bei der herkömmlichen konfokalen Mikroskopie unter Verwendung einer Nipkow-Scheibe lassen sich in der Regel nur Objektfelder von etwa einem Quadratmillimeter abtasten. Diese Objektfeldgröße ist jedoch zu klein, um technische Oberflächen, sogenannte &ldquor;engineered surfaces" in Ist-Zeit vermessen zu können.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine konfokale Meßvorrichtung zu schaffen, die kompakt herstellbar ist und die eine Charakterisierung der Grenzflächentopographie auch von nur von schwach lichtreflektierenden Prüflingen bei hoher Auflösung und einem günstigen Objektfeld in kurzer Zeit bei einfacher Handhabung ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches eins gelöst, insbesondere dadurch, daß die Lichtquelle mit einer Leuchtdiode (LED) oder einer Superlumineszenzdiode (SLED) ausgebildet ist. Derartige Dioden genügen vorteilhaft den Anforderungen an die Beleuchtungsstärke, die bei der Verwendung von Mikrolinsen, Fresnelzonenelementen und/oder holographischen Elementen notwendig ist und weisen im Gegensatz zu Gasentladungslampen eine nur sehr geringe

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Wärmeentwicklung auf, so daß die Meßvorrichtung besonders kompakt sein kann. Leuchtdioden oder Superlumineszenzdioden sind außerdem deutlich preiswerter und besitzen eine extrem lange Lebensdauer. Ferner können bei Verwendung von Leuchtdioden oder Superlumineszenzdioden störende Interferenzerscheinungen vermieden werden, so daß eine besonders günstige Detektion der Grenzflächentopographie bei hoher Auflösung ermöglicht ist.

Die Mikrolinsen, die Fresnelzonenelemente und die holographischen Elemente können in extrem kleinem Abstand zueinander angeordnet werden, so daß eine dementsprechend deutlich erhöhte Lichtausbeute des von der Lichtquelle ausgestrahlten Lichtflusses zur Signalerzeugung genutzt werden kann.

Jede Mikrolinse, jedes Fresnelzonenelement bzw. jedes holographische Element kann dabei als eine Objektivlinse wirken, so daß anstelle eines einzigen konfokalen Mikroskops eine der jeweiligen Anzahl der Mikrolinsen, der Fresnelzonenelemente oder der holographischen Elemente entsprechende Anzahl von konfokalen Mikroskopen zur Verfügung steht.

Durch Verwendung der Mikrolinsen, der Fresnelzonenelemente oder der holographischen Elemente kann das verfügbare Objektfeld von etwa einem Quadratmillimeter auf eine Fläche von mehreren QuadratZentimetern vergrößert werden. Denn das Objektfeld ist nunmehr alleine durch die Größe der Anordnung der Mikrolinsen, der Fresnelzonenelemente oder der holographischen Elemente und nicht durch die Eigenschaften einer einzelnen Linse begrenzt. Die Mikrolinsen, die Fresnelzonenelemente und die holographischen Elemente ermöglichen sowohl eine hohe laterale als auch eine hohe axiale Auflösung. Durch die vorstehend beschriebenen Maßnahmen ist

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die Vermessung insbesondere von technischen Oberflächen in Ist-Zeit möglich.

Bedingt durch die deutlich erhöhte, für die Signalerzeugung zur Verfügung stehende Lichtausbeute, kann nun auch die Oberflächen- bzw. Grenzflächentopographie von nur schwach lichtreflektierenden Prüflingen ermittelt werden. Dadurch können auch anstelle von Gasentladungslampen alternative Lichtquellen, insbesondere solche mit einer reduzierten Wärmeentwicklung eingesetzt werden. Dies ermöglicht in Verbindung mit der vorteilhaften Anordenbarkeit der Mikrolinsen, der Fresnelzonenelemente oder der holographischen Elemente eine kompaktere Bauweise bei einfacherer Handhabung.

Von besonderem Vorteil ist es, wenn die Mikrolinsen mit Brechzahl ändernden bzw. lichtbeugenden Strukturen, vorzugsweise mit Fresnelzonenelementen und/oder holographi- ■ sehen Elementen ausgebildet sind. Die mit Frenelzonenelementen ausgebildeten diffraktiven Mikrolinsen weisen dreidimensionale Strukturen auf. Hierfür geeignete Mikrostrukturen lassen sich vorteilhaft mit Hilfe von Ätztechniken und/oder Röntgenstruktur- bzw. Lithographietechniken einfach und kostengünstig herstellen. Die mit holographischen Elementen ausgebildeten Mikrolinsen weisen Muster mit unterschiedlicher Intensitätsverteilung bzw. -amplitude, insbesondere Hell-Dunkel-Strukturen auf.

Zweckmäßigerweise sind die Mikrolinsen, die Fresnelzonenelemente und/oder die holographischen Elemente unter Ausbildung einer Anordnung fest miteinander verbunden, wobei vorzugsweise benachbarte Mikrolinsen, Fresnelzonenelemente und/oder holographische Elemente abstandsfrei verbun-

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den sind. Auf die Verwendung einer Durchgangslöcher aufweisenden Anordnung kann folglich verzichtet werden. Von besonderem Vorteil ist es, wenn die Mikrolinsen, die Fresnelzonenelemente und/oder die holographischen Elemente einen quadratischen Querschnitt aufweisen. Die vorstehenden Maßnahmen ermöglichen eine besonders kompakte Bauweise bei maximaler Lichtflußausbeute zur Signalerzeugung und eine hohe Auflösung.

Zweckmäßigerweise sind die Mikrolinsen, die Fresnelzonenelemente und/oder die holographischen Elemente in bzw. auf einem Träger angeordnet, der vorzugsweise aus Glas besteht. Dadurch lassen sich die Mikrolinsen, die Fresnelzonenelemente und/oder die holographischen Elemente beispielsweise unter Verwendung von Ätzverfahren zu einer stabilen und einfach handhabbaren Anordnung günstig herstellen. Von besonderem Vorteil ist es, wenn die Mikrolinsen, die Fresnelzonenelemente und/oder die holographischen Elemente in einem bzw. durch einen folienartigen Hilfsträger aufgenommen sind, der vorzugsweise aus Kunststoff besteht. Dies ermöglicht eine besonders günstige Herstellung und Handhabung.

Vorteilhafterweise sind die Mikrolinsen, die Fresnelzonenelemente und/oder die holographischen Elemente spiralförmig um eine Drehachse des vorzugsweise als drehbare Scheibe ausgebildeten Trägers angeordnet. Dadurch lassen sich die Vorteile einer konventionellen Nipkow-Scheibe erhalten, während die vorstehend beschriebenen Nachteile vermieden werden können. Folglich kann eine Lichtverteilung erzeugt werden, die derjenigen der beleuchteten Lochblenden der Nipkow-Scheibe entspricht.

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Vorteilhafterweise weisen die Mikrolinsen, die Fresnelzonenelemente und/oder die holographischen Elemente eine chromatische Anomalie, insbesondere eine chromatische Längsaberration auf. Dadurch ist es bei Beleuchtung der Objektoberfläche bzw. Grenzfläche mit Lichtstrahlen unterschiedlicher Wellenlängen möglich, die Brennpunkte der den Wellenlängen entsprechenden Farbe in unterschiedlichen Abständen auszubilden, zum Zwecke der Berechnung der Höhentopographie lediglich aus Farbanteilen unter Verzicht auf eine Durchfokussierung. Zu diesem Zwecke können mehrere Lichtquellen vorgesehen sein, wobei jede Lichtquelle zur Ausstrahlung von Lichtstrählen mit im wesentlichen einer jeweils unterschiedlichen Wellenlänge ausgebildet ist. Alternativ kann die Lichtquelle zur Ausstrahlung von weißem Licht, also als Weißlichtquelle ausgebildet sein. Zur Auswertung der .Höheninformation kann zweckmäßigerweise eine den Lichtdetektor enthaltende CCD-Kamera eingesetzt werden. Bei Verwendung mehrerer Lichtquellen zur Ausstrahlung von Lichtstrahlen mit jeweils unterschiedlicher Wellenlänge wird in kurzer Zeit hintereinander für jede Lichtquelle ein Kamerabild aufgenommen. Bei Verwendung von Weißlichtquellen, beispielsweise einer Weißlicht abstrahlenden LED oder SLED mit einem kontinuierlichen oder quasi kontinuierlichen Wellenspektrum, kann zur Auswertung zweckmäßigerweise eine Farb-CCD-Kamera verwendet werden. In diesem Fall erhält man bereits auf dem Monitorbild der Kamera eine Darstellung der Höhentopographie überlagert mit einer farbcodierten Höheninformation. Zur exakten Ermittlung der Höhentopographie genügt folglich bereits ein einziges Farbbild. Alternativ zur Verwendung einer Farb-CCD-Kamera kann die Auswertung auch mit einer einkanaligen CCD-Kamera erfolgen. In diesem

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Falle ist zweckmäßigerweise ein Mittel zur Filterung des weißen Lichts in Lichtstrahlen mit unterschiedlichen Wellenlängen vorgesehen, das vorzugsweise im Strahlengang vor dem Lichtdetektor angeordnet ist. Hierzu werden vorteilhafterweise Färb- bzw. Interferenzfilter, Gitter oder Monochromatoren verwendet.·

Durch die vorstehenden Maßnahmen läßt sich die Vermessung der Oberflächen- bzw. Grenzflächentopographie weiter beschleunigen, da die Anzahl der aufzunehmenden Bilder reduziert wird.

Zweckmäßigerweise ist die Meßvorrichtung auch als optisches Mikroskop verwendbar ausgebildet und weist hierzu einen optischen Strahlengang auf. Dadurch ist es möglich, den Prüfling genau zu positionieren und/oder die gewünschte Meßfläche auszuwählen und exakt einzustellen.

Zweckmäßigerweise kann ein Stellmittel zur Bewegung der Mikrolinsen, die Fresnelzonenelemente und/oder die holographischen Elemente aus dem optischen Strahlengang und wieder positionsgenauen Zurückbewegung vorgesehen sein. Alternativ können Strahlformungs- und/oder Strahlführungselemente zur Beeinflussung des optischen Strahlenganges vorgesehen und derart ausgebildet sein, daß der optische Stahlengang die Mikrolinsen, die Fresnelzonenelemente und/oder die holographischen Elemente umgeht. Durch diese Maßnahmen ist eine kostengünstige und kompakte Bauweise ermöglicht.

Zweckmäßigerweise ist das Strahlformungs- und/oder Strahlführungselement mit einem elektrisch ansteuerbaren LCD-Element ausgebildet. Derartige LCD-Elemente lassen im Ruhe-

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zustand das Licht nahezu ungehindert hindurchtreten. Demgegenüber kann nach dem Anlegen einer geeigneten Spannung
bzw. bei Stromdurchgang eine in sich geschlossene Grenzfläche ausgebildet werden, so daß das LCD-Element dann als
Spiegel wirkt.

Vorteilhafterweise sind ein Stellmittel zur Veränderung des Abstandes zwischen dem Strahlformungsmittel bzw. dem Brennpunkt und der Objektgrenzfläche sowie ein Abstandsmeßmittel zur indirekten oder direkten Messung des Abstandes zwischen dem Strahlformungsmittel und der Objektgrenzfläche vorgesehen. Dadurch läßt sich gezielt die Objektoberflache abtasten
bzw. der Abstand zur Objektoberfläche einstellen und
der jeweilige Abstand bzw. die jeweilige Abstandsverände-

rung kann gemessen werden.

Zweckmäßigerweise ist das Stellmittel mit einem Piezoaktuator ausgebildet. Derartige Aktuatoren sind in miniaturisierter
Größe kostengünstig verfügbar und erlauben eine
präzise Positionierung bei einfacher Handhabung.

Aufgrund des begrenzten Dynamikbereichs der bei den konfokalen
Messungen eingesetzten Lichtdetektoren war es bislang nicht vermeidbar, daß diese an Stellen, an denen sehr viel

Licht von der Objektgrenzfläche des Prüflings reflektiert

wird, übersteuert werden und folglich keine Messung möglich ist. Andererseits kann an anderen Stellen nur sehr wenig
Licht vom Objekt reflektiert werden, so daß bisher auch
dann kein Meßsignal erhalten wurde. Ein unmittelbares Nachregeln der Beleuchtungsintensität ist jedoch aufgrund des
konfokalen Meßprinzips nicht möglich.

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Diese Nachteile lassen sich gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterbildung dadurch vermeiden, daß mehrere, die räumliche Struktur der Objektgrenzfläche des Prüflings erfassende Meßzyklen hintereinander ausgeführt werden, wobei die Beleuchtungsintensität der Lichtquelle innerhalb eines Meßzyklusses im wesentlichen konstant ist, jedoch von Meßzyklus zu Meßzyklus unterschiedlich ist. Wenn die Mikrolinsen, die Fresnelzonenelemente und/oder die holographischen Elemente unter Ausbildung einer um eine Drehachse drehbaren Anordnung fest miteinander verbunden sind und die Anordnung sich während der konfokalen Messung um die Drehachse dreht, so kann der Meßzyklus vorteilhafterweise einer vollen Umdrehung bzw. einem Vielfachen einer vollen Umdrehung der Anordnung entsprechen.

Alternativ können auch mehrere, die räumliche Struktur der Objektgrenzfläche des Prüflings (44) erfassende Meßzyklen hintereinander ausgeführt werden, wobei die Belichtungszeit des Lichtdetektors, vorzugsweise einer CCD-Kamera, innerhalb eines Meßzyklusses im wesentlichen konstant ist, jedoch von Meßzyklus zu Meßzyklus unterschiedlich ist. Alle über mehrere Meßzyklen erfaßten Meßdatenpixel sind somit mehrfach vorhanden, wobei allerdings der zugehörige, vom Detektor erfaßte Intensitätswert entsprechend der Beleuchtungsstärke bzw. Belichtungszeit verschieden hoch ist. Es werden nun softwaremäßig nur diejenigen Kamerapixel zur Auswertung herangezogen, welche aufgrund eines vorteilhaften Produktes von Belichtungszeit und Beleuchtungsintensitat nützliche Ausgangsspannungen abgeben.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante kann der Lichtdetektor einzeln ansteuerbare Pixel umfassen und die Be-

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lichtungszeit der Pixel wird entsprechend der darauf treffenden Beleuchtungsintensität gesteuert. Auf diese Weise kann der zur Vermeidung der vorstehenden Nachteile erforderliche Aufwand bei kurzer Meßzeit minimiert werden. 5

Vorstehende Maßnahmen tragen sowohl einzeln als auch in Kombination untereinander zur kompakten Herstellbarkeit einer konfokalen Meßvorrichtung zur Messung von Grenzflächentopographien auch von nur schwach lichtreflektierenden Prüflingen bei hoher Auflösung und einem großen Objektfeld in kurzer Meßzeit bei einfacher Handhabung bei.

Weitere Merkmale, Gesichtspunkte und Vorteile der Erfindung sind dem nachfolgenden, anhand der Figuren abgehandelten Beschreibungsteil entnehmbar.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachfolgend anhand der Figuren beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht der konfokalen Meßvorrichtung;

Fig. 2 eine Draufsicht auf die als drehbare Scheibe ausgebildete Anordnung der Mikrolinsen, die hier als . Fresnelzonenelemente ausgebildet und spiralförmig

angeordnet sind;

Fig. 3 eine vergrößerte Teil-Draufsicht auf eine der

Sprialbahnen gemäß Fig. 2;
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Fig. 4 einen stark vergrößerten Querschnitt durch ein als diffraktive Mikrolinse ausgebildetes Fresnelzonenelement;

Fig. 5 einen Teil-Querschnitt durch das Fresnelzonenelement gemäß Fig. A₁ mit schematischer Darstellung der unterschiedlichen Brennweiten des mit Licht entsprechend unterschiedlicher Wellenlänge bzw. einem Wellenlängenspektrum bestrahlten Fresnelzonenelements.

In Fig. 1 ist die konfokale Meßvorrichtung 20 gezeigt. Diese weist die Lichtquelle 21, den Strahlteiler 26, die als Scheibe 32 ausgebildete Anordnung 31 der Mikrolinsen 30, die als Strahlformungsmittel dienenden Konvexlinsen 23, 37, 41, 47, die Lochblende 50 und die einen Lichtdetektor enthaltende CCD-Kamera 51 auf. Anstelle der Mikrolinsen 30 können auch ein oder mehrere Fresnelzonenelemente und/oder ein oder mehrere nicht in den Figuren gezeigte holographisehe Elemente vorgesehen sein.

Der genaue Aufbau und die Funktionsweise der konfokalen Meßvorrichtung 20 sind nachfolgend beschrieben: Die Lichtquelle 21 ist vorzugsweise als Leuchtdiode, Superlumineszenzdiode oder als Laserdiode ausgebildet. Diese emittiert die Lichtstrahlen 22, welche durch die Konvexlinse 23 in die parallelen Lichtstrahlen 24 überführt werden. Die Lichtstahlen 24 sind durch den Strahlteiler 26 geführt und passieren dabei die Teilebene 27. Diese ist in Richtung der von der Lichtquelle 21 ausgestrahlten Lichtstrahlen 22 lichtdurchlässig ausgebildet und wirkt in entgegengesetzter

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Strahlrichtung als Spiegel zur Umlenkung der Lichtstahlen in Richtung auf die Lochblende 50 bzw. die CCD-Kamera 51.

Die den Strahlteiler 26 durchsetzenden parallelen Lichtstrahlen 24 sind auf die Mikrolinsen 30 geführt. Jede Mikrolinse 30 der Anordnung 31 wirkt als Objektivlinse. Der Strahlengang der Lichtstrahlen 24 durch die Anordnung 31 ist in Fig. 1 beispielhaft durch den Strahlengang durch diejenige Mikrolinse 30 dargestellt, deren Mittelpunktsachse mit der zentralen Strahlachse 39 fluchtet. Dabei sind die Lichtstrahlen 36 ausgebildet, die durch die Konvexlinse 37 in die parallelen Lichtstrahlen 38 überführt werden. Die Lichtstrahlen 38 werden auf die als Objektivlinse ausgebildete Konvexlinse 41 überführt und vereinigen sich in dem Brennpunkt 45, dessen Abstand von der Konvexlinse 41 durch deren konstante Brennweite 4 6 bestimmt ist. Die Konvexlinse 41 wirkt dabei also als ein Strahlformungsmittel zur Sammlung der Lichtstrahlen 38 in dem Brennpunkt 45. Die Konvexlinsen 37 und 41 ermöglichen einen vergrößerten Abstand zwischen der Oberfläche 43 des Prüflings 44 und dem Strahlformungsmittel, um das gewünschte große Objektfeld in Ist-Zeit, das heißt in kurzer Meßzeit abtasten zu können. Zwischen den Mikrolinsen 30 und dem Prüfling 44 kann auch eine Lochblende mit einem oder mehreren Durchgangslöchern vorgesehen sein, um die Abbildungsschärfe zu erhöhen.

Die durch die Konvexlinse 41 gebündelten Lichtstrahlen 49 treffen auf die beispielsweise als Grenzfläche zur Atmosphäre ausgebildete Oberfläche 43 des Prüflings 44 auf und werden dort reflektiert. Die reflektierten Lichtstrahlen werden durch die Konvexlinsen 41 und 37 hindurch wiederum auf die Anordnung 31 der Mikrolinsen 30 geführt und von

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dort auf die in dieser Strahlrichtung als Spiegel wirkende Teilebene 27 des Strahlteilers 26. Die dort reflektierten parallelen Lichtstrahlen 52 sind durch die als Abbildungslinse wirkende Konvexlinse 47 hindurchgeführt und in dem Brennpunkt 48 gesammelt. In der den Brennpunkt 48 enthaltenden normal zur Abbildungsstrahlachse 53 ausgebildeten Brennebene ist die Lochblende 50 angeordnet. Diese wirkt als Raumfrequenzfilter und filtert alle Anteile des an der Oberfläche 43 des Prüflings 44 im nicht fokussierten Bereich gestreuten Lichts heraus. Die durch die Abbildungslinse bzw. Konvexlinse 47 gebündelten Lichtstrahlen treffen nach dem Passieren der Lochblende 50 auf den als Lichtdetektor ausgebildeten CCD-Chip der CCD-Kamera 51. Diese ist mit einer nicht in den Figuren gezeigten elektronischen Datenerfassungs-, -speicher- und -auswertungsanlage gekoppelt .

Die genaue Anordnung und Gestaltung der Mikrolinsen 30 ist am besten aus den Fig. 2 bis 4 ersichtlich. Wie in Fig. 2 gezeigt, sind die Mikrolinsen 30 spiralförmig um die Drehachse 33 der drehbaren Scheibe 32 angeordnet und bilden dabei die Anordnung 31 aus. Diese ist hier mit sechzehn Spiralbahnen 60 in der Form von archimedischen Spiralen ausgebildet, die in einer gemeinsamen Ebene 61 angeordnet sind.

Die Spiralbahnen 60 sind innerhalb zweier ringförmiger, konzentrisch zur Drehachse 33 ausgebildeter Zonen mit Radien von 15 mm und 35 mm angeordnet. Die Scheibe 32 ist als Kreisscheibe mit einem Außendurchmesser 62 von 75 mm ausgebildet. Die Scheibe 32 weist die konzentrisch zur Drehachse 33 angeordnete Bohrung 63 auf, die zur drehbaren Befestigung der Scheibe 32 mit Hilfe von in den Figuren nicht dargestellten Befestigungsmitteln dient.

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Wie aus der Fig. 2 ersichtlich, enthält jede Spiralbahn 60 eine Vielzahl von Mikrolinsen 30, 35, 40. Diese sind derart angeordnet, daß sie ohne Zwischenraum aneinander anschließen. Die Mikrolinsen 30, 35, 40 weisen in der Ebene 61 einen rauten- bzw. quadratförmigen Querschnitt auf, wobei die Kantenlängen 64, 66 etwa 200 Mikrometer betragen. Die Mikrolinsen 30, 35, 40 sind entsprechend der gekrümmten Ausbildung der Spiralbahn 60 in mehreren Spiralreihen 67, 68, 69 nebeneinander angeordnet, wobei die innerhalb jeder Spiralreihe 67 angeordneten Mikrolinsen 30, 35 fluchtende Außen- bzw. Randkonturen aufweisen. Demgegenüber sind die Mikrolinsen 30, 40 benachbarter Spiralreihen 69, 68 zumindest teilweise in Spiralrichtung 71 versetzt zueinander angeordnet. Diese Anordnung und Ausbildung der Mikrolinsen 30, 35, 40 ermöglicht eine besonders günstige Lichtführung und Fokussierung der die Mikrolinsen 30, 35, 40 durchsetzenden Lichtstrahlen.

Die in Fig. 4 im Querschnitt gezeigte diffraktive Mikrolinse 30 ist als Fresnelzonenelement 75 ausgebildet. Diese weist als brechzahländernde Strukturen 76 die konzentrisch zur optischen Achse 77 ausgebildete konvexe Zentrallinse 78 und die sich nach außen anschließenden Ringstrukturen 7 9 auf. Jede der Ringstrukturen 79 weist eine parallel zur optischen Achse 77 ausgebildete Ringfläche und eine jeweils in einem Winkel zur optischen Achse 77 ausgebildete, jeweils unterschiedlich gekrümmte Ringzone auf, so daß die Ringstrukturen 79 den aus der Fig. 4 ersichtlichen sägezahnartigen Querschnitt aufweisen. Die jeweiligen Ringflächen schneiden sich mit den Ringzonen unter Ausbildung von Ringkanten 84, 86, 87, 88, so daß das als Mikrolinse ausge-

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bildete Fresnelzonenelement 75 die jeweils konzentrisch zu der optischen Achse 77 ausgebildeten Ringstrukturen 79 aufweist (Fig. 3). Der Abstand zwischen den Ringkanten 84, 86, 87, 88 entspricht einer bestimmten Lichtwellenlänge bzw. einem Vielfachen dieser Lichtwellenlänge und jede der Ringzonen ist mit konvexen Teilflächen derart gekrümmt gestaltet, daß die Brennpunkte der Zentrallinse 78 und der Ringstrukturen 7 9 in einem, der bestimmten Wellenlänge zugeordneten Brennpunkt zusammenfallen (Fig. 5). Diese Gestaltung der Ringstrukturen 79 ist in Fig. 4 beispielhaft anhand der mit Bezugszeichen versehenen Ringstruktur 80 mit der Ringfläche 81 und der Ringzone 82 verdeutlicht. Die Ringflächen 81 und 82 schneiden sich unter Ausbildung der Ringkante 84. Die Ringkanten 84, 86, 87, 88 und der Scheitelpunkt 86 der Zentrallinse 78 liegen in der gemeinsamen Ebene 83.

Die Brechzahl ändernden Strukturen 7 6 des Fresnelzonenelement s 75 sind in der in Fig. 4 gezeigten Ausführungsvariante in einer als Hilfsträger 90 dienenden dünne Folie aus Kunststoff aufgenommen und sind beispielsweise in die Folie eingeprägt. Der Hilfsträger 90 ist mit dem als Scheibe 32 ausgebildeten Träger 91 aus Glas von optischer Qualität fest verbunden. Alternativ kann das Fresnelzonenelement bzw. die Mikrolinse in bzw. auf dem Träger 91 selbst angeordnet bzw. ausgebildet sein. Beispielsweise sind die die Brechzahl ändernden Strukturen 7 6 direkt in die aus Glas bestehende Scheibe 32 geätzt.

Eine typische Anordnung 31 enthält einige tausend Mikrolinsen 30, 35, 40 mit einer Brennweite von 250 Mikrometern und einer numerischen Apertur von 0,3. Dadurch ist es möglich, ein Feld von 74 &khgr; 74 Meßpunkten innerhalb eines Objektfel-

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des von 11 &khgr; 11 mm zu messen, wobei die Information jeder Mikrolinse ungefähr eine Fläche von 7x7 Bildpixel auf dem CCD-Chip der CCD-Kamera 51 überdeckt.

Zur konfokalen Detektion der Position jedes Oberflächenbzw. Grenzpunktes des Prüflings 44 ist zweckmäßigerweise die als Konvexlinse 41 ausgebildete Objektivlinse mit einem nicht in den Figuren gezeigten Stellmittel zur Veränderung des Abstandes zwischen der Konvexlinse 41 und der auch als Objektgrenzfläche bezeichneten Oberfläche 43 des Prüflings 44 verbunden. Für eine besonders präzise Positionierung der Konvexlinse 41 kann insbesondere ein Piezoaktuator eingesetzt werden. Ferner ist die Konvexlinse 41 mit einem ebenfalls nicht in den Figuren gezeigten Abstandsmeßmittel zur indirekten oder direkten Messung des Abstandes zwischen der Konvexlinse 41 und der Objektgrenzfläche koppelbar. Verschiebt man nun die Objektivlinse bzw. die Konvexlinse 41 parallel zur Strahlachse 39, also normal zur Oberfläche 43, so zeigt der als Lichtdetektor wirkende CCD-Chip der CCD-Kamera 51 genau dann die maximale Lichtintensität an, wenn der Brennpunkt 4 5 der Konvexlinse 41 genau auf der Oberfläche 43 des Prüflings 44 liegt. Durch Messen der Position der Konvexlinse 41 mit Hilfe des Abstandsmeßmittels kann · folglich auch die Höhe des entsprechenden Oberflächenpunktes 56 erfaßt werden, da die Brennweite 46 der Konvexlinse 41 konstant ist.

Die in der Anordnung 31 zusammengefaßten Mikrolinsen 30, 35, 40 bzw. Fresnelzonenelemente 75 dienen als Mittel zur Bereitstellung von Lichtpunkten bzw. -Lichtflecken. Bedingt durch die vorteilhafte spiralförmige Anordnung 31, könnendie durch die Mikrolinsen 30, 35, 40 bzw. die Fresnelzo-

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nenelemente 75 bereitgestellten Lichtpunkte bzw. Lichtflekke durch Drehung der Scheibe 32 um ihre Drehachse 33 über die Oberfläche 43 des Prüflings 44 geführt werden. Diese wird dabei punktweise sequentiell abgetastet. Die reflektierten Lichtstrahlen passieren wiederum die entsprechende Mikrolinse 30 bzw. das Fresnelzonenelement 75 auf bzw. in der Scheibe 32 und erzeugen dann nach konfokaler Detektion durch die Lochblende 50 auf dem CCD-Chip der CCD-Kamera 51 ein flächiges Bild. Mit jeder Rotation der Anordnung 31 wird folglich in Ist-Zeit ein flächiges Bild, das heißt ein &ldquor;XY-Scan" der Oberfläche 43 erfaßt. Durch Veränderung des Abstandes der Objektivlinse bzw. Konvexlinse 41 mit Hilfe des Stellmittels können folglich eine Mehrzahl von Flächenbildern zum Aufbau einer dreidimensionalen Grenzflächen- bzw. Oberflächentopographie generiert werden.

Es versteht sich, daß die konvokale Meßvorrichtung 20 auch ohne die Konvexlinsen 37 und 41 eingesetzt werden kann, da jede Mikrolinse 30 bzw. jedes Fresnelzonenelement 75 eine Objektivlinse bzw. Konvexlinse mit einer konstanten Brennweite bildet. Es versteht sich ferner, daß die zu der konfokalen Detektion zweckmäßige Abstandsveränderung zwischen der Konvexlinse 41 bzw. den Mikrolinsen 30 und der Oberfläche 43 des Prüflings 44 nicht nur durch Verschiebung der Konvexlinse 4L bzw. der Mikrolinsen 30 erzielbar ist, sondern auch durch eine entsprechende Positionsänderung der gesamten Meßvorrichtung 20 und/oder des Prüflings 44 selbst.

Bei für Lichtstrahlen transparenten Oberflächen von Prüflingen bietet sich die vorteilhafte Möglichkeit, auch die Topographie von innerhalb des Prüflings befindlicher Grenz-

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flächen zu messen. Hierzu ist es einerseits möglich, diejenige Grenzfläche zu messen, die bei der konvokalen Detektion am meisten Licht reflektiert. Alternativ ist es möglich, die während der Abstandsveränderung der vorstehend genannten Komponenten gemessenen lokalen Intensitätsmaxima zu erfassen und auszuwerten. Beispielsweise können alle relativen Intensitätsmaxima die während einer in gleicher Richtung fortgesetzten Abstandsänderung zuletzt auftreten, als zusammenhängende Grenzfläche dargestellt werden. In diesem Fall ist die Topographie der jeweils untersten Grenzfläche eines durchsichtigen bzw. transparenten Schichtsystems erfaßbar.

Eine weitere Erhöhung der Meßgeschwindigkeit zur Messung von Oberflächen bzw. Grenzflächentopographien ist beispielsweise unter Verwendung von Mikrolinsen möglich, welche eine chromatische Anomalie aufweisen. Hierzu kann vorteilhaft das in Fig. 4 gezeigte, eine große chromatische Längsaberration aufweisende Fresnelzonenelement 75 verwen^ det werden. Das Fresnelzonenelement 75 kann durch eine oder mehrere Lichtquellen durchstrahlt werden, wobei jede Lichtquelle zur Emission von Lichtstahlen mit im wesentlichen einer jeweils unterschiedlichen Wellenlänge 1, 2, 3, 4 ausgebildet ist. Alternativ kann eine Lichtquelle verwendet werden, welche weißes Licht ausstrahlt, beispielsweise eine Weißlicht- oder Quasi-Weißlicht-LED oder -SLED, wobei zur Auswertung ein geeignetes Mittel zur Wellenlängenselektion bzw. Filterung des weißen Lichts in Lichtstrahlen mit unterschiedlichen Wellenlängen, vorgesehen ist. Hierzu kann beispielsweise die Konvexlinse 23 als Achromat ausgebildet sein. Mit Hilfe einer derartigen Meßanordnung ist es möglich, jede den jeweiligen Wellenlängen entsprechende Farbe

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in voneinander beabstandeten parallelen Ebenen zu fokussieren.

Dies ist schematisch in Fig. 5 gezeigt. Jeder mit den Pfeilen 1, 2, 3, 4 gekennzeichneten Lichtwellenlänge entspricht eine entsprechende Brennweite 10, 11, 12, 13, wobei das Produkt aus der Lichtwellenlänge und der Brennweite konstant ist. Dadurch ist es möglich, jeweils gleichzeitig mehrere Höhenmeßwerte eines Prüflings zu ermitteln, ohne daß hierfür eine Abstandsänderung der Objektivlinse bzw. Konvexlinse 41 und/oder der gesamten Meßvorrichtung 20 und/oder des Prüflings 44 notwendig wäre. Die ohne .Abstandsveränderung ermittelbare maximale Höhendifferenz 15 entspricht der Differenz der größten Brennweite 13 und der kleinsten Brennweite 10.

Als besonders günstig erwiesen hat sich eine Anordnung von vier stabilisierten Leuchtdioden, Superlumineszenzdioden oder Laserdioden, die Licht bei 750, 780, 810 und 840 Nanometer emittieren. Es hat sich gezeigt, daß bereits drei bis vier Wellenlängen 1, 2, 3, 4 genügen, um eine unzweideutige Messung der Oberflächen- bzw. der Grenzflächentopographie zu ermöglichen, wenn die benachbarten Wellenlängen 1, 2, 3, 4 im Bereich der Hälfte ihrer in Strahlrichtung gemessenen Intensitätsmaxima in Strahlrichtung, also parallel zur optische Achse 77, überlappen. Mit Hilfe einer derartigen Meßanordnung ist es möglich, die Topographie von Oberflächen in Objektfeldern von 40 &khgr; 40 mm oder größer zu messen.

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& GEITZ 'PATENTANWÄLTE

Kriegsstr. 234 · 76135 Karlsruhe

Anwaltsakte: 994003-1

Anmelder: Ulrich Breitmeier

Erzbergerstraße 115
76133 Karlsruhe

BEZUGSZEICHENLISTE

I Lichtwellenlänge . 2 Lichtwellenlänge

3 Lichtwellenlänge

4 Lichtwellenlänge 10 Brennweite

II Brennweite 12 Brennweite

13 Brennweite

15 Höhendifferenz

20 Meßvorrichtung

21 Lichtquelle 22 Lichtstahlen

23 Konvexlinse

24 Lichtstahlen

26 Strahlteiler

27 Teilebene 30 Mikrolinse

31 Anordnung

32 Scheibe

33 Drehachse

34 Pfeil

35 Mikrolinse

36 Lichtstahlen

37 Konvexlinse

38 Lichtstahlen

39 Strahlachse 40 Mikrolinse

41 Konvexlinse

43 Oberfläche

44 Prüfling

4 5 Brennpunkt von 46 Brennweite von 47 Konvexlinse 4 8 Brennpunkt von 4 49 Lichtstahlen 50 Lochblende 51 CCD-Kamera

52 Lichtstahlen

53 Abbildungsstrahlachse

54 Lichtstahlen

56 Oberflächenpunkt 60 Spiralbahn

61 Ebene

62 Außendurchmesser

63 Bohrung

64 Kantenlänge 66 Kantenlänge

67 Spiralreihe

68 Spiralreihe

69 Spiralreihe

71 Spiralrichtung 75 Fresnelzonenelement

76 Brechzahl ändernde Struktur

77 optische Achse

78 Zentrallinse 79 Ringstruktur

80 Ringstruktur

81 Ringfläche

82 Ringzone

83 Ebene

84 Ringkante 86 Scheitelpunkt

90 Hilfsträger

91 Träger

Claims

1. Konfokale Meßvorrichtung (20) mit einer Lichtquelle (21) und einem Mittel zur Bereitstellung von Lichtpunkten und mit einem Strahlformungsmittel zur Sammlung von Lichtstahlen (38) und zur Abbildung der Lichtpunkte auf einer Objektgrenzfläche eines Prüflings (44), wobei das Strahlformungsmittel die Sammlung der Lichtstrahlen (38) in einem Brennpunkt (45) und eine konstante Brennweite (46) ermöglicht, und mit einem Lichtdetektor zur Detektion der an der Objektgrenzfläche reflektierten Lichtstrahlen, wobei das Mittel zur Bereitstellung von Lichtpunkten mit Mikrolinsen (30, 35, 40), Fesnelzonenelementen (75) und/oder holographischen Elementen gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (21) mit einer Leuchtdiode oder einer Superlumineszenzdiode gebildet ist.

2. Konfokale Meßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrolinsen (30, 35, 40) mit Brechzahl ändernden Strukturen (76) ausgebildet sind.

3. Konfokale Meßvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrolinsen (30, 35, 40) mit Freshelzonenelementen (75) und/oder holographischen Elementen ausgebildet sind.

4. Konfokale Meßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrolinsen (30, 35, 40), die Fresnelzonenelemente (75) und/oder die holographischen Elemente unter Ausbildung einer Anordnung (31) fest miteinander verbunden sind.

5. Konfokale Meßvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß benachbarte Mikrolinsen (30, 35, 40), Fresnelzonenelemente (75) und/oder holographische Elemente abstandsfrei verbunden sind.

6. Konfokale Meßvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrolinsen (30, 35, 40), die Fresnelzonenelemente (75) und/oder die holographischen Elemente einen quadratischen Querschnitt aufweisen.

7. Konfokale Meßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrolinsen (30, 35, 40), die Fresnelzonenelemente (75) und/oder die holographischen Elemente in bzw. auf einem Träger (91) angeordnet sind, der vorzugsweise aus Glas besteht.

8. Konfokale Meßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrolinsen (30, 35, 40), die Fresnelzonenelemente (75) und/oder die holographischen Elemente in einem bzw. durch einen folienartigen Hilfsträger (90) aufgenommen sind, der vorzugsweise aus Kunststoff besteht.

9. Konfokale Meßvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrolinsen (30, 35, 40), die Fresnelzonenelemente (75) und/oder die holographischen Elemente spiralförmig um eine Drehachse (33) des vorzugsweise als drehbare Scheibe (32) ausgebildeten Trägers (91) angeordnet sind.

10. Konfokale Meßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrolinsen (30, 35, 40), die Fresnelzonenelemente (75) und/oder die holographischen Elemente eine chromatische Anomalie, insbesondere eine chromatische Längsaberration aufweisen.

11. Konfokale Meßvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Lichtquellen vorgesehen sind, wobei jede Lichtquelle zur Ausstrahlung von Lichtstrahlen mit im wesentlichen einer jeweils unterschiedlichen Wellenlänge (1, 2, 3, 4) ausgebildet ist.

12. Konfokale Meßvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (21) zur Ausstrahlung von weißem Licht ausgebildet ist.

13. Konfokale Meßvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein Mittel zur Filterung des weißen Lichts in Lichtstrahlen mit unterschiedlicher Wellenlänge vorgesehen ist.

14. Konfokale Meßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßvorrichtung (20) auch als optisches Mikroskop verwendbar ausgebildet ist und hierzu einen optischen Strahlengang aufweist.

15. Konfokale Meßvorrichtung nach Anspruch 14 dadurch gekennzeichnet, daß ein Stellmittel zur Bewegung der Mikrolinsen (30, 35, 40), der Fresnelzonenelemente (75) und/oder der holographischen Elemente aus dem optischen Strahlengang und wieder positionsgenauen Zurückbewegung vorgesehen ist.

16. Konfokale Meßvorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß Strahlformungs- und/oder Strahlführungselemente zur Beeinflussung des optischen Strahlenganges vorgesehen und derart ausgebildet sind, daß der optische Strahlengang die Mikrolinsen (30, 35, 40), die Fresnelzonenelemente (75) und/oder die holographischen Elemente umgeht.

17. Konfokale Meßvorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Strahlformungs- und/oder Strahlführungselement mit einem LCD-Element ausgebildet ist.

18. Konfokale Meßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß ein Stellmittel zur Veränderung des Abstandes zwischen dem Strahlformungsmittel bzw. dem Brennpunkt (45) und der Objektgrenzfläche sowie ein Abstandsmeßmittel zur indirekten oder direkten Messung des Abstandes zwischen dem Strahlformungsmittel und der Objektgrenzfläche vorgesehen sind.

19. Konfokale Meßvorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellmittel mit einem Piezoaktuator ausgebildet ist.

20. Konfokale Meßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere, die räumliche Struktur der Objektgrenzfläche des Prüflings (44) erfassende Meßzyklen hintereinander ausgeführt werden, wobei die Beleuchtungsintensität der Lichtquelle (21) innerhalb eines Meßzyklusses im wesentlichen konstant ist, jedoch von Meßzyklus zu Meßzyklus unterschiedlich ist.

21. Konfokale Meßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere, die räumliche Struktur der Objektgrenzfläche des Prüflings (44) erfassende Meßzyklen hintereinander ausgeführt werden, wobei die Belichtungszeit des Lichtdetektors, vorzugsweise einer CCD-Kamera, innerhalb eines Meßzyklusses im wesentlichen konstant ist, jedoch von Meßzyklus zu Meßzyklus unterschiedlich ist.

22. Konfokale Meßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtdetektor einzeln ansteuerbare Pixel umfaßt und die Belichtungszeit der Pixel entsprechend der darauf treffenden Beleuchtungsintensität gesteuert wird.