Konfokale Mikroskopie

Prinzip

Bei der Konfokal-Mikroskopie wird eine möglichst punktförmige Lichtquelle mittels eines Mikroskopobjektives auf die zu messende Oberfläche abgebildet. Mit der selben Optik wird das von dort zurückgestreute Licht wieder auf eine Lochblende abgebildet. Diese Anordnung bewirkt, dass nur dann, wenn sich die Objektoberfläche exakt im Fokuspunkt des Objektivs befindet, Licht durch die Lochblende gelangt. Schon bei geringster Defokussierung reduziert sich die Lichtintensität hinter der Lochblende drastisch. Somit kann man mit dieser Anordnung die z-Position einer Oberfläche für einen Punkt ermitteln.

Für die Messung einer ganzen Fläche muss entweder die Probe lateral verschoben werden, oder es werden mehrere Fokuspunkte gleichzeitig erzeugt. Dies kann beispielsweise durch eine so genannte Nipkow-Scheibe erfolgen, auf der mehrere Lochblenden verteilt angeordnet sind. Das Beleuchtungslicht gelangt über die Lochblenden auf der Scheibe zur Objektoberfläche und die Registrierung des reflektierten Lichtes für jeden Punkt erfolgt hinter der Nipkow-Scheibe mit einer Kamera.

In einem abgewandelten Verfahren werden mehrere dünne Linien projiziert und die Linien seitlich verschoben. Die Bewegung erfolgt in beiden Fällen so schnell, dass die Kamera die Informationen von allen Fokuspunkten/-linien in einer Aufnahme erfasst. Damit muss nur der Objektabstand gescannt werden, um die Objektgeometrie zu erfassen.

Eigenschaften

Die Genauigkeit dieses Verfahrens beträgt einige 10 nm in vertikaler Richtung, in lateraler Richtung ist die Auflösung durch das Auflösungsvermögen des Mikroskopobjektivs und / oder die Anzahl der Bildpunkte der Kamera begrenzt. Sie liegt typisch oberhalb eines Mikrometers.

Eine weitere Begrenzung liegt in der Flankensteilheit der zu messenden Oberfläche. Die größte Begrenzung des Verfahrens liegt in der Flankensteilheit der aufgenommenen Oberfläche. Sie ist durch die numerische Apertur (NA) des Objektivs gegeben. Je kleiner die NA eines Objektivs ist, aus umso kleineren Winkeln kann das Licht vom Objektiv gesammelt werden. Bei zu großer Flankensteilheit gelangt somit nicht mehr ausreichend Licht in das Objektiv und man erhält kein Messergebnis mehr. Das bedeutet, dass steilere Flanken mit Objektiven großer NA und somit in der Regel nur mit hoher Vergrößerung gemessen werden können. Dies geht auf Kosten der Größe der Messfläche, die dann weniger als 0,3 x 0,3 mm2 betragen kann.