Glossar
Fakten rund um unser Produktsortiment
Das Einmaleins der optischen Messtechnik
Grundlagen unserer Messtechnik
Glossar
Der Arbeitsabstand ist der Abstand der Objektiv-Frontfläche zum Messobjekt. Dieser variiert bei den verschiedenen Objektiven deutlich. Üblicherweise haben Objektive mit einer hohen numerischen Apertur einen geringeren Arbeitsabstand als Objektive mit einer kleineren numerischen Apertur.
Die axiale oder Tiefenauflösung ist ein Maß für die kleinste messbare Strukturhöhe. Nach der VDI/VDE-Richtlinie 2655 wird das axiale Auflösungsvermögen aus dem flächenbezogenen arithmetische Mittel (Sq-Wert) der Differenz zweier Messungen bestimmt. Bei einem konfokalen Mikroskop hängt sie direkt von der FWHM des Messsystems ab. Mit sinkender FWHM verbessert sich das Auflösungsvermögen.
Die Feldgröße mikroskopischer Verfahren ist bei der Verwendung von Standardobjektiven begrenzt. Für gewöhnlich besitzt jede Objektiv-Reihe eine einheitliche Feldnummer (engl. Field Number, F.N.). Die F.N. beschreibt die maximale Zwischenbildgröße in der Bildebene bei Verwendung einer 1x Tubuslinse. Dies ist gleichzeitig der Bereich für den die Abbildungsfehler der Objektive korrigiert sind. Typische F.N. liegen zwischen 25 mm und 30 mm. Die tatsächliche Feldgröße der Abbildung und damit die Vergrößerung berechnet sich aus der nominalen Vergrößerung des Objektivs in Verbindung mit der Brennweite der Tubuslinse und der Größe des Bildsensors.
Die Halbwertsbreite (engl. Full Width at Half Maximum) beschreibt die 'Breite' des konfokalen Signals. Sie ergibt sich unter anderem aus der effektiven numerischen Apertur des optischen Systems, der Wellenlänge des Messlichts und der Qualität des optischen Systems. Mit steigender NA nimmt die Halbwertsbreite ab und das Auflösunsgvermoögen des Systems verbessert sich. An steilen Flanken und bei sehr rauen Oberflächen nimmt die effektive NA ab, es kommt zu einer Vergrößerung der Halbwertsbreite und somit reduziert sich das Auflösungsvermögen und die Messunsicherheit steigt. Duch eine Analyse der Halbwertsbreite und des tiefenscharfen Bildes kann eine Qualitätskarte der Messung erstellt werden.
High Dynamic Range steht für digitale Bildaufnahmen, bei denen der Dynamikbereich der Kamera durch Mehrfachbelichtungen gesteigert wird. Dadurch können auch Messobjekte mit sehr stark variierender Reflektivität vollständig gemessen werden.
itom steht für ITO Messprogramm und ist eine quelloffene Mess- und Auswertesoftware, welche am Institut für Technische Optik der Universität Stuttgart entwickelt wurde. Mehr Informationen zu itom finden Sie in unserem Dienstleistungsbereich.
Das konfokale Prinzip basiert auf einem mechanischen Höhenscan mit Schritten im Submikrometerbereich. Wärend des mechanischen Scans wird in wenigen Sekunden ein Bilderstapel aufgezeichnet. Für die flächige Erfassung wird eine rotierende Mikrolinsenscheibe verwendet. Dieser innovative Ansatz liefert eine hohe Lichtausbeute, wodurch zuverlässige Messungen auch an stark absorbierenden oder schwach reflektierenden Objekten möglich ist.
Bei der lateralen Auflösung ist zwischen der Pixelauflösung und der optischen Auflösung zu unterscheiden, wobei bei mikroskopischen Verfahren die optische Auflösung meist deutlich gröber als die Pixelauflösung ist. Die optische Auflösung beschreibt den kleinsten Abstand bei dem zwei Strukturen auf dem Objekt noch getrennt wahrgenommen werden können, z.B. zwei Linien eines schwarz-weißen Linienmusters. Die erreichbare Auflösung wird durch die Wellenlänge des verwendeten Lichts, die numerische Apertur und die Qualität der Optik beeinflusst. Sie kann sowohl rechnerisch, simulativ oder experimentell bestimmt werden. Es werden verschiedene Kriterien zur Definition der getrennten Wahrnehmung verwendet, z.B. die nach Rayleigh und die nach Sparrow. Da nicht korrigiert Bildfehler (Aberrationen) sowie Fertigungs- und Montagetoleranzen die laterale Aulfösung beeinflussen empfiehlt sich eine experimentelle Bestimmung z.B. mittels eines USAF-Targets.
Messartefakte sind Messfehler, welche entstehen, wenn das erwartete Verhalten des Messsystems und das daraus abgeleitete Signalmodell nicht zutreffen. Bei Oberflächenmessgeräten ist dies darauf zurückzuführen, dass diese die Oberfläche üblicherweise nicht direkt messen, sondern der aufgenommene Messwerte erst in einen Oberflächenwert umgerechnet werden muss. Ein typisches Messartefakt ist der Moiré-Effekt. Dieser tritt bei der Messung periodischer Strukturen auf, wenn das Nyquist-Kriterium nicht eingehalten wird. Das Messergebnis zeigt dann eine niederfrequente Schwebung, welche von der Abtastfrequenz und der Strukturfrequenz abhängt.
Die erweiterte Vergleichspräzision beschreibt die Abweichung der Messergebnisse vom wahren Wert der Messgröße beim wiederholten Messen unter ggf. variierenden und nicht beeinflussbaren äußeren Einflüssen. Sie berücksichtigt systematische und zufällige Fehlereinflüsse des Messsystems und der Anwendung (vgl. JCGM 200:2012 - Internationales Wörterbuch der Metrologie, 2.25)
Die numerische Apertur (NA) ist das Maß für den Öffnungswinkel einer Optik. Mit zunehmender NA steigt der Akzeptanzwinkel der Optik und die theoretische Auflösung verbessert sich. Gleichzeitig nimmt die Schärfentiefe ab.
Für die Topografie- und Oberflächenmesstechnik wurden verschiedene Messprinzipien entwickelt. Die am weitesten verbreiteten Prinzipien sind: Fokusvariation (auch konfokale Systeme), (Laser-)Triangulation (auch Muster- und Streifenprojektion), Laufzeitverfahren (Time Of Flight, TOF) und Interferometrie (auch Weißlichtinterferometrie). Jedes dieser Messprinzipien hat Vor- und Nachteile und damit seine bevorzugten Einsatzbereiche. So liefert z.B. die Weißlichtinterferometrie eine hohe axiale Auflösung allerdings ist sie störanfällig bei Vibrationen. Die konfokale Mikroskopie liefert hingegen meist weniger axiale Auflösung, allerdings ist sie nicht so störanfällig für Schwingungen.
Die Wiederholpräzision beschreibt die Qualität eines Messsystems, indem die Streuung der Messergebnisse bei mehrmaligen Messen unter gleichen Bedingungen an derselben oder ähnlichen Probe bestimmt wird. Sie entspricht und ersetzt den Begriff Wiederrholgenauigkeit. Die absoluten Abweichungen der Messergebnisse vom wahren Wert der Messgröße (systematische Fehler) werden nicht berücksichtigt (vgl. JCGM 200:2012 - Internationales Wörterbuch der Metrologie, 2.21)
Bei einem konfokalen Messsystem wird durch den Tiefenscan und die optische Anordnung ein Hellbild aus den jeweils scharf abgebildeten Bildausschnitten zusammengesetzt, welches die Reflektionseigenschaften und Strukturierung des Objekts wiedergibt. Dieses Bild ist im Gegensatz zu herkömmlichen mikroskopischen Abbildungen an jeder Stelle scharf.
Ist eine Abkürzung für 'twenthieth of an inch point'. Dies ist eine typographische Maßeinheit, die als 1/1440 Zoll oder 17,639 μm bezogen auf einen PostScript Punkt und als 1/1445.4 Zoll oder 17,573 μm bezogen auf einen Drucker-Punkt definiert ist.
Die Vergrößerung eines digitalen Mikroskops ergibt sich aus der nominellen Vergrößerung des Mikroskopobjektivs, der Tubuslinse und der Kamera-Auflösung. Die nutzbare Vergrößung eins Mikroskops ist von der optischen Auflösung und somit der numerischen Apertur begrenzt. Oberhalb dieser Vergrößerung wird das Objekt analog zu einem Digitalzoom nur noch größer dargestellt ohne jedoch zusätzliche, feinere Strukturen auflösen zu können. Man spricht in diesem Fall von einer leeren Vergrößerung, da keine zusätzlichen Informationen übertragen werden können. Vielmehr gehen üblicherweise Informationen verloren, da bei Standard-Mikroskopobjektiven die Messfeldgröße mit steigender Vergrößerung abnimmt. Daher ist es notwendig die Auflösung des Systems, die Vergrößerung und die Auflösung der Kamera aufeinander abzustimmen. Vergrößerungen im Bereich von 20.000x werden nur durch die Umrechnung der Messfeldgröße auf die Monitorgröße erreicht.
Die meisten flächig messenden optischen Oberflächenmessgeräte erfassen eine Abstandskarte zwischen Objekt und Messgerät. Dies entspricht der Projektion des dreidimensionalen Messobjekts auf die Betrachtungsebene (z.B. die Fokusebene). Die Objektrückseite und Hinterschnitte können ohne zusätzliche Kinematik (z.B. Rotationstisch) nicht erfasst werden. Da die laterale Position der aufgenommenen Z-Werte durch die Bildpunkte des Bildsensors gegeben ist und die aufgenommenen Daten einer Topografie-Karte mit einem regulären Raster entsprechen, spricht man von 2,5 Dimensionen.