Konfokale 2D-/3D-Laserscan-Farbmikroskope mit höchsten Auflösungen

Messungen im Sub-Mikrobereich

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Bei der Werkstoffanalyse, der Feinpartikelmessung (Nanotechnologie) oder in der Halbleiterbranche gilt es häufig Darstellungen und Messungen im Sub-Mikrobereich, also weit unterhalb von 1 µm, vorzunehmen. In der Regel werden dann optische Mikroskope, Rasterelektronenmikroskope (REM) oder Oberflächen-/Rauheitsmessgeräte eingesetzt. Allerdings gibt es ab sofort einen schnelleren und einfacheren Weg zur Durchführung höchst präziser sowie komplexer Analysen.

Robert Ruthenberg für Keyence, Neu-Isenburg

Die 2D-/3D-Laserscan-Farbmikroskope von Keyence kombinieren den Komfort eines herkömmlichen optischen Mikroskops mit den Vorzügen eines Rasterelektronenmikroskops und den Analysefunktionen eines Oberflächen-/Rauheitsmessgeräts. Das Modell VK-9700 bietet eine maximale Auflösung von 0,001 µm (= 1 Nanometer) und ermöglicht dadurch Vergrößerungen bis zum 18 000-fachen. Das Standardmodell VK-8700 wiederum verfügt über eine Messauflösung von 0,01 µm und eine maximale Vergrößerung bis zum 12 000-fachen.
Beide konfokalen 2D-/3D-Laserscan-Farbmikroskope verwenden zwei verschiedene Lichtquellen: eine „kurzwellige Laserlichtquelle” und eine „weiße Lichtquelle” zur Beleuchtung. Mit Hilfe der kurzwelligen Laserlichtstrahlen wird die Lage jedes Peaks sowie die Intensität des reflektierten Lichts erfasst. Informationen über Farbe, Lichtintensität und Höhe, die für scharfe, farbige, lichtintensive und relieforientierte Bilder benötigt werden, können durch den gleichzeitigen Einsatz beider Lichtquellentypen gewonnen werden.
Der Laserstrahl kommt aus einer punktförmigen Lichtquelle. Das 2D-/3D-Laserscan-Farbmikroskop tastet seinen Betrachtungsbereich mit Hilfe des optischen X/Y-Scansystems ab und rastert die Bilder dabei mit einer Auflösung von 1 024 x 768 Pixel. Das Lichtempfangselement erkennt das von jedem einzelnen Pixel reflektierte Licht. Durch Verschieben des Objektivs entlang der Z-Achse und wiederholtes Scannen Lage für Lage wird für jede Z-Position die Intensität des reflektierten Lichts erfasst. Daraus werden dann Höheninformationen gewonnen, die Lichtintensität wird erfasst und gleichzeitig wird auf die Z-Position für die Intensität des reflektierten Lichts fokussiert. Somit erfasst das 3D-Laserscan-Farbmikroskop Daten zur Generierung von omnifokalen Lichtintensitätsbildern mit großer Tiefenschärfe sowie für Vertikalbilder.
Das von der weißen Lichtquelle stammende reflektierte Licht wird mit einer CCD-Kamera erkannt. Die CCD-Kamera erfasst Pixel für Pixel die Farbinformationen an dem mit der Laserlichtquelle ermittelten Peak (Brennpunkt). Die beiden 2D-/3D-Laserscan-Farbmikroskope ermöglichen daher Betrachtungen in Echtfarben, wozu REMs oder Oberflächen-/Rauheitsmessgeräte nicht in der Lage sind.
Für den Anwender bedeutet dies, dass er ohne jegliche Vorbereitung farbige räumliche Betrachtungen und Analysen im Sub-Mikrobereich mit unerreicht hoher Präzision durchführen kann. Die Mikroskop-Auflösung von 0,001 µm = 1 nm entspricht etwa einer Strecke von vier benachbarten Metallatomen. Das zu betrachtende oder zu messende Objekt wird einfach auf den Objekttisch gelegt, der Startknopf gedrückt und schon ist das gewünschte Ergebnis vorhanden. Die Objekte müssen also nicht erst bedampft, zerschnitten oder sonst wie vorbereitet werden. Die räumliche Darstellung mit großer Tiefenschärfe ist vergleichbar mit denen mittels REMs, da ein kurzwelliger, violetter Laserstrahl eingesetzt wird (Wellenlänge beim Modell VK-9700: 408 nm; Wellenlänge beim Modell VK-8700: 658 nm). Die hochauflösenden Bilder in Echtfarben sind mit denen eines herkömmlichen optischen Mikroskops vergleichbar, während die Messgenauigkeit dank der maximalen Auflösung von 0,001 µm selbst die hochempfindlicher Oberflächen-/Rauheitsmessgeräte weit übertrifft. Zudem findet eine berührungslose 2D-/3D-Messung statt, so dass das zu messende Objekt nicht beeinträchtigt wird.
Die konfokalen Laserscan-Farbmikroskope der Modellreihe VK ermöglichen vielfältige 2D- und 3D-Messungen wie Profilmessungen (Höhe, Breite, Form, Winkel und Radius von Querschnittsprofilen), Vergleichsmessungen zwischen Querschnittsprofilen, die schon erwähnten Rauheitsmessungen, 3D-Messungen (Volumen, Oberfläche sowie das Verhältnis zwischen Grundfläche und Oberfläche), Oberflächentextur-Messungen (Kombination des Lichtintensitätsbild und dem Vertikalbild, das die farblichen Höheninformationen liefert) sowie anderes mehr.
Neben der innovativen Hardware verfügen die Laserscan-Farbmikroskope der Modellreihe VK über sehr benutzerfreundliche Software, die es selbst Anfängern in kürzester Zeit erlaubt, umfassende Messungen und Darstellungen vorzunehmen. Die Betrachtungs- und Mess-Software „VK-Viewer“ verfügt über eGuidance, eine elektronische Benutzerführung zur Veranschaulichung des Betriebsablaufs sowie über AAG, der automatischen Anpassung der Laserlichtempfindlichkeit. Dank dem „VK-Viewer“ sind grundsätzlich nur drei einfache Schritte nötig, um bereits optimale Ergebnisse zu erzielen:
  • Messobjekt in die Position bringen
  • den Brennpunkt einstellen
  • die Starttaste für den Messvorgang drücken
Mit Hilfe der Analyse-Software „VK-Analyzer“ lassen sich viele nützliche Funktionen einfach vornehmen und dadurch die Arbeitseffizienz steigern. So gibt es eine Ergebnisvorschau WYSIWYG (What you see is what you get), welche dafür sorgt, dass das Analysefenster genau so ausgedruckt wird, wie es auf dem Bildschirm erscheint. Der Benutzer kann festlegen und speichern, welche Informationen und welche grafische Gestaltung im Papierausdruck enthalten sein sollen. Alle durchgeführten Bildoperationen lassen sich als Vorlagen abspeichern. Durch Anwendung dieser Vorlagen auf andere Objekte können stets identische Analysen durchgeführt werden. Solche Vorlagen ermöglichen zudem mühelose Vergleichsbeurteilungen mehrerer Objekte. Zum Zusammenfügen verschiedener Teilbilder von Messobjekten, die größer sind als der Betrachtungsbereich des Mikroskops, dient wiederum die Bildzusammenführungs-Software „VK-Assembler“.
Die extrem kompakten 2D-/3D-Laserscan-Farbmikroskope der Modellreihe VK (Abmessungen beider Modelle nur: Breite = 250 mm x Höhe = 430 mm x Tiefe = 400 mm) werden komplett mit Steuergerät sowie der Betrachtungs- und Mess-Software und der Analyse-Software ausgeliefert. Die Software für die Bildzusammenführung sowie eine Software zur Partikelanalyse und ein 15-Zoll Farb-LCD (TFT)-Monitor sind optional erhältlich. Die Partikelanalyse-Software ermöglicht das automatische Abgrenzen von Kreisformen, Expansion und Degeneration bei Messobjekten, die innerhalb des Betrachtungsbereichs des Mikroskops zahlreiche Partikel (Kreise) aufweisen. Nach Durchführung der Vorbereitung der erfassten Bilddaten (z. B. automatisches Abgrenzen von Kreisformen) können Messungen von Menge, Partikeldurchmesser sowie Haupt- und Nebenachsen vorgenommen werden.
EPP 440
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