Amplituden- und Phasenmodulation in der Lock-In-gefilterten differentiellen konfokalen Profilometrie

Abstract:
Das konfokale Mikroskop ist vor allem in seiner Ausführung als Laser-Scanning Mikroskop ein weit verbreitetes Instrument zur Erfassung der Topographie eines Werkstückes. Dank der Punktabbildung können Auflösungen bis zur Beugungsgrenze erreicht werden. Durch die Kombination mit dem Prinzip des Lock-In-Filters kann das Signal-Rausch- Verhältnis weiter verbessert werden. Zuletzt wurde gezeigt, wie damit ein für die Positionsregelung vorteilhaftes differentielles Signal generiert werden kann. Dabei wird axial über dem Brennpunkt des Objektives eine Modulation auf das Messsignal induziert. Das detektierte differentielle Messsignal basiert daher auf einer Phasenmodulation. Die Phase zwischen Referenzmodulation und moduliertem Messsignal kann entsprechend Einfluss auf die Form der charakteristischen differentiellen Kurve haben und so zu Messabweichungen führen. Als Alternative ist die Methode der dualphasigen Lock-In-Filterung für amplitudenmodulierte Signale bekannt. Durch die Verrechnung mit einem 90Grad-verschobenen Signal wird eine etwaige Phasendifferenz zwischen Referenzmodulation und modulierten Messsignal kompensiert. Damit für die hier vorliegende konfokale Antastung eine differentielle charakteristische Kurve gebildet werden kann, sind jedoch zwei Signale von zwei statisch-defokussierten Detektoren notwendig. Zwei Signale auf unterschiedlichen Pfaden können wiederum ebenfalls zu Messabweichungen führen. In diesem Beitrag erläutern wir die beiden Funktionsprinzipien im Detail. Der Einfluss unterschiedlicher Signaleinflüsse auf das Messergebnis wird theoretisch untersucht und anhand numerischer Ergebnisse verdeutlicht.