Schichtdicken- und Volumenvermessung gleichzeitig

Optische Kohärenz Tomografie

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Das OCT-Bild besteht aus vielen axialen Interferogrammen, die einander seitlich berühren. Die einzelnen Interferogramme basieren auf der Weißlicht-Interferometrie, ein Verfahren, bei dem die Flugzeit reflektierter oder gestreuter Photonen von der Objektoberfläche mit der eines Referenzstrahls in einem Interferometer gemessen wird. Interferogramme aus zwei Armen ergeben ein lineares Muster von Strukturen mit unterschiedlicher Stärke, woraus die relative optische Wegstrecke als axiales Tiefenprofil abgebildet werden kann.

Flo-ir GmbH, Oberdorf (Schweiz)

Mit Rasterverfahren wird der Lichtstrahl transversal in eine oder in zwei Richtungen geführt, womit sich ein flächiges Tomogramm oder ein dreidimensionales Volumen aufnehmen lässt.
Anders als bei der konventionellen Lichtmikroskopie ist bei der OCT die transversale Auflösung von der longitudinalen Auflösung entkoppelt. Die transversale Auflösung wird durch die numerische Apertur der verwendeten Optik bestimmt. Die longitudinale räumliche Auflösung in die Tiefe des Materials hängt dagegen von der spektralen Breite des verwendeten Lichts ab. Auf dem ASP Chip (Active Sensor Pixel) sind 300×300 „Interferometer“ aufgebaut. Jedes Pixel ist mit einer Optik und mit der Signalvorverarbeitung ausgerüstet.
Messprozess
Eine zweidimensionale Lichtfront wird von der Lichtquelle abgesendet. Die Lichtfront wird am Strahlteiler auf den Referenzarm geleitet und auf das Objekt (Messarm). Das am Messobjekt reflektierte und gestreute Licht gelangt über den Strahlteiler zum Sensor, nachdem die Lichtfront am Strahlteiler mit dem Licht, das vom Spiegel (Referenzarm) reflektiert wird, interferiert. Der Sensor empfängt interferierende Lichtfronten als Funktion der Bedingungen auf dem Objekt. Unterschiede in der Geometrie, Streuung und Reflektion werden vom Detektor mit hoher Geschwindigkeit gemessen.
Der OCT-Messkopf hat die Abmessungen von 70mm x 55mm x 200mm und ist etwa 500 Gramm schwer. Im Messkopf sind eingebaut:
  • die Optik (anpassbar an die gestellte Messaufgabe)
  • die Lichtquelle zur Erzeugung der Lichtfront
  • das APS-Array (Aktiv Pixel Array) mit 300×300 Bildelementen
  • das Spektrometer.
  • die Signalvorverarbeitung.
Ist der Messkopf am Netz angeschlossen und über die USB-Schnittstelle mit dem Rechner verbunden, können bereits Messungen ausgeführt werden. Der OCT- Messkopf kann auf alle Manipulatoren aufgebaut werden.
Der Messkopf ist robust gebaut. Die Ethernet- Schnittstelle und die Datenleitungen zum Rechner sind anschlussfertig. Er besteht aus einem Manipulator Z-Achsen-Scanner, einem Kamerateil sowie einem Interferometer. Im Kamerateil ist die Ansteuer- und Ausleseelektronik eingebaut, die Optik und der OCT- Sensor. Der Sensorchip besteht aus 300×300 Bildelementen. Jeder Sensor hat eine eigene Optik und eine eigene Signalvorverarbeitung. Die Sensor- Bildrate beträgt 1 Mio fps (1 Million Frames per Second), die Modulationsfrequenz der Lichtfront und die Demodulation beträgt 5kHz.
Im Interferometer sind die Pulsquelle sowie die optische Bank eingebaut. Der Messabstand liegt zwischen einigen mm bis mehreren cm.
Alle Angaben oder Vorschläge für die Verarbeitung bzw. für die Verwendung der Produkte beruhen auf Unternehmenskenntnissen und -erfahrungen im Normalfall zur Zeit der Drucklegung. Je nach den Umständen, insbesondere bezüglich Untergründen, Verarbeitung und Umweltbedingungen, können die Ergebnisse von den Angaben abweichen. Flor-ir garantiert für ihre Produkte die Einhaltung der technischen Eigenschaften gemäss den technischen Merkblättern bis zum Verfalldatum. Die Messköpfe werden gemäss den Bedürfnissen entsprechend mit höchster Präzision und in bester Qualität gefertigt. Mit dem OCT-Messkopf werden bis 1 Mio fps (1 Million Bilder pro Sekunde) erfasst. Die Messdaten werden laufend bearbeitet und ausgewertet.
Verschiedene Anwendungen
Bei der Profil- und Topografievermessung im Submikrometerbereich werden mit einem kurzen Lichtpuls Vertiefungen in Bauteilen sichtbar, auch wenn diese kleiner als 10 Mikrometer sind. Das Tomogramm ist aus mehr als 100 einzelnen Tiefenbildern zusammengesetzt. Der Grauwert entsteht durch die zeitlich veränderte Reflektion der ausgesendeten Photonen von der Oberfläche des Objektes. Unterschiede in der Tiefe des Reliefs werden mikrometergenau vermessen. Selbstverständlich können jederzeit auch selber Profilvermessungen durchgeführt werden.
Berührungslose Oberflächentopografie: Optische Profilometer sind für verschiedene Anwendungen in Wissenschaft und Forschung, für die Labor-Automatisierung oder zur Prozessentwicklung, für die Qualitätssicherung oder zur Produktionsüberwachung konzipiert.
Spezielle für die 3D-Messtechnik entwickelte CMOS-Bildsensoren sind auf der pOCT-Technologie (parallel Optical low-Coherence Tomography) aufgebaut. Sie erfassen und verarbeiten bis zu 1 Million 2D-Scheiben pro Sekunde mit einer vertikalen Auflösung von bis zu 20 Nanometern. Die Signalverarbeitung ist in jedem einzelnen Pixel des Sensors bereits integriert. Mit dem Verfahren werden kleinste Partikel auf Oberflächen aller Art oder im Innern einer teiltransparenten Beschichtung festgestellt und vermessen.
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