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激光束加工

阅读：607发布：2020-05-11

IPRDB可以提供激光束加工专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且描述了一种用于工件(2)的激光束加工的方法，其中激光束(14)通过具有焦面的物镜(20)聚焦在具有边界面的工件(2)中或其上，以通过双光子工艺生成加工效应，以及相对于工件(2)移动焦点的位置，并且为了获得焦点的位置的参考，同样通过物镜(20)将照射调制对象的图像投射至工件(2)和焦面中，或者与其相交，并且将在边界面处出现的图像的反射成像在自动聚焦像面中，以及通过具有相机像面的相机(15)检测，其中当所述照射调制对象的图像位于所述焦面中时，所述相机像面相交于所述自动聚焦像面，或者当所述调制对象的图像相交于所述焦面时，所述相机像面位于所述自动聚焦像面中。，下面是激光束加工专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种用于工件(2)的激光束加工的方法，其中激光束(14)通过具有焦面的物镜(20)聚焦在具有边界面的工件(2)中或其上，以通过双光子工艺生成加工效应，以及相对于工件(2)移动焦点的位置，并且为了获得焦点的位置的参考，同样通过物镜(20)将照射调制对象投射至工件(2)和焦面中，或者与其相交，并且将在边界面处出现的投射的反射成像在自动聚焦像面中并通过具有相机像面的相机(15)检测，其中当所述照射调制对象的投射位于所述焦面中时，所述相机像面相交于所述自动聚焦像面，或者当所述调制对象的投射相交于所述焦面时，所述相机像面位于所述自动聚焦像面中。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，盖玻璃(38)位于所述工件(2)上，并且将工件和盖玻璃之间的分界面用作边界面。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述调制对象(28)在不同于所述激光束(14)的光谱范围内发光，以及在所述检测中过滤出所述激光束(14)的光谱范围。

4.如任一先前权利要求所述的方法，其特征在于，所述边界面的位置在所述激光束加工期间至少间断地确定，并用作设置焦点位置的参考。

5.如任一先前权利要求所述的方法，其特征在于，所述边界面的位置在激光束加工之前在不同横向点处确定，并通过面来模型化，以精确确定整个边界面的位置。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，根据横向点的位置到模型化的面的距离，确定所述边界面从理想面的偏差的测量，以及向所述工件分配基于测量的质量参数，特别地如果所述测量在特定质量参数范围内，则抑制工件的进一步加工。

7.如任一先前权利要求所述的方法，其特征在于，所述工件(2)被加工，三维地移动所述焦点的位置，其中在每个被连续完全处理的并且平行于或垂直于所述边界面的面中移动焦点，其中对于每个面在边界面上做出参考。

8.如任一先前权利要求所述的方法，其特征在于，将荧光流体用于自动聚焦校准。

9.一种通过双光子工艺来激光加工工件(2)的显微镜，包括：物镜(20)，其具有在工件空间中设置的焦面；加工激光束源(42)，其发出加工激光辐射(14)，物镜(20)将其聚焦在工件空间中；以及自动聚焦装置，其包括：光调制器(28，29)，用于生成照射的、强度调制的调制对象；自动聚焦光学元件(27)，其与物镜(20)组合将照射调制对象投射在焦面中或与焦面相交的面中，从而在工件空间中生成调制对象的图像；相机(15)，用于拍摄包括相机像面的二维图片；以及自动成像光学元件(27，43)，其与物镜(20)一起将在工件空间中设置的调制对象的投射成像在自动聚焦像面中，其中当所述照射调制对象的图像位于所述焦面中时，所述相机像面相交于所述自动聚焦像面，或者当所述调制对象的图像相交于所述焦面时，所述相机像面位于所述自动聚焦像面中。

10.如权利要求9所述的显微镜，其特征在于，所述光调制器(28)是可控的，并且被控制用于生成空间或时间强度调制的调制对象，以及所述相机(15)检测该时间调制的对比度，优选，所述光调制器(28)包括照射的LCD或DMD元件或至少一个周期性结构，特别地是条栅结构或几个不同条栅结构。

11.如权利要求9或10所述的显微镜，其特征在于，经由分束器(22)将调制对象的投射反射到显微镜光束路径(13)中。

12.如权利要求9至11中任一所述的显微镜，其特征在于，所述自动聚焦成像光学元件包括至少一个滤波器(50)，其抑制或过滤出所述加工激光辐射(14)的光谱分量。

13.如权利要求9至12中任一所述的显微镜，其特征在于，所述自动聚焦成像光学元件包括光学元件(43)，其设置在相机(15)的上游，并因此利用中间图像(44)将调制对象的投射成像在相机(15)上。

14.如权利要求9至13中任一所述的显微镜，其特征在于纵向调节机构(54)，用于调节相机(15)和自动聚焦成像光学元件(43)之间的距离，其中所述纵向调节机构(54)具有经由路径信号指示调节路径的位置反馈。

15.如权利要求9至14中任一所述的显微镜，其特征在于，包括控制装置(26)，其通过触发角度调节机构来接收角度信号，并设置自动聚焦分辨率。

16.如权利要求9至15中任一所述的显微镜，其特征在于，提供控制单元(18)，通过如下方式对其进行设置：其控制根据权利要求1至8中的一个控制显微镜的操作。

说明书全文

激光束加工

技术领域

[0001] 本发明涉及通过双光子工艺来激光加工工件的设备和方法。

背景技术

[0002] 通常，通过双光子工艺的工件的激光束加工通过在工件上或在工件中移动激光束焦点来进行，并且还已知为激光写入或激光扫描光刻。用于该目的的设备和方法根据本领域的现状是已知的，并且通常利用例如光敏抗蚀剂的工件的聚合。在J.-M.Lourtioz的自然材料(Nature Materials)3,427(2004)和M.Deubel等的自然材料3,444(2004)中可找到各个描述。例如在US 5034613中描述了用于激光束写入的显微镜。例如，在2006年4月20日的生物技术和生物工程(Biotechnology and Bioengineering)的93卷、第6部分的1060-1068页中Miller J.等的“Laser-Scanning Lithography(LSL)for the S0ft Lithographic Patterning of Cell-AdhesiveSelf-Assembled Monolayers”的出版物中说明了适用于激光束写入的材料。

[0003] 由此，目标在于实现极高分辨率，这是使用高数值孔径的物镜以加工精度提高到小于100nm的范围内的目的。一般地，使用具有大约1.4数值孔径的油浸透镜。通常，要写入在工件中的结构自身在全空间方向延伸若干个100μm。其中使用光敏树脂(光敏抗蚀剂)作为在盖玻璃上旋转涂覆抗蚀剂的适当工件材料。

[0004] 除了分辨率之外，短程量级(short-range order)和长程量级的再现以及对至少一个边界面的精确参考对于结构化的质量是相关的。为了扫描(这表示在工件中或在工件上移动焦点)，由此使用通常高精确的压电台来移动工件。然而，需要在垂直于光轴(因此横向)和纵向于光轴(因此轴向)的可能的长写入/曝光工艺期间，确保样品的位置尽可能稳定。对于在特定制造工艺中加工工件以及对焦点位置的绝对参考，这是重要的。

[0005] 然而，出现这样的问题：焦点的绝对位置的参考通常很难，或甚至不可能，并且可能特别地在加工工艺期间改变。

[0006] 本领域还已知使用三角测量方法、利用对比度评估的成像方法，以及通过用于自动聚焦功能的倾斜定位共焦缝隙光阑进行的位置确定。在三角测量方法中，将准直激光束反射到透镜的光瞳面中，并且在从样品反射的激光的z位置上根据该激光束相对于成像束路径的进展绘制结果。在通过激光扫描光刻加工的共件的传统尺寸的情况下，这种系统的自动聚焦质量将不足。此外，确定与在为此采用的工件的或检测器的中心或边缘处做出测量结果相关的波动。因此，通常反复执行三角测量方法，这相对耗时。

[0007] 在利用对比度评估的成像方法中，照射具有特定强度分布的样品，其中通常将光栅置于照射光束路径的视场光阑面中。提取在成像光学元件和样品之间具有不同距离的一系列图片，并且确定在该系列中具有最高对比度的图片，向该图片分配最佳焦距。可在US5604344或US 6545756中找到通过对向样品投射的图形的对比度分析的用于自动聚焦装置的实例。

[0008] 通过双光子工艺加工的工件通常是透明的事实在这里出现问题，因为作为其透明的结果在工件中不存在结构。

[0009] 从例如DE 10319182还已知提供了通过倾斜定位共焦缝隙光阑的位置确定，其中缝隙光阑位于照射光束路径的视场光阑面中，并且被投射到样品。将从样品反射的光引导至CCD线(其以相对于缝隙光阑倾斜的方式被设置)，并确定反射的光具有最大值的在CCD线上的位置。该方法很快，但是由于在样品或样品表面上的杂质而存在问题(可导致强度的波动)。此外，有必要在CCD线上进行间隙投射的大量调节，因为间隙需要很窄，以能够实现高精度。具体地，缝隙光阑在透镜的图片场的边缘处是有效的，这大大限制了精度。因此，该方法不能够用于激光扫描光刻。

[0010] 所有方法共同包括：他们能够非常精确地找到焦面，但是能够以非常有限的方法确定样品中焦面的位置，特别地涉及其他边界面。

[0011] 例如在WO 00/43820中描述了几个自动聚焦光束路径的使用。

发明内容

[0012] 因此，本发明基于以下目的：提供了一种方法和设备，通过双光子工艺能够以高精度方式实现透明工件的激光束加工。

[0013] 为了实现该目的，提供了根据本发明的一种用于激光束加工工件的方法，其中激光束通过具有焦面的物镜聚焦在具有边界面的工件中或其上，以通过双光子工艺生成加工效应，以及相对于工件移动焦点的位置，并且为了获得焦点的位置的参考，同样通过物镜将照射调制对象投射至工件和焦面中，或者与其相交，并且将在边界面处出现的投影的反射成像在自动聚焦像面中，以及通过具有相机像面的相机检测，其中当所述照射调制对象的投影位于所述焦面中时，所述相机像面与所述自动聚焦像面相交，或者当所述调制对象的投影与所述焦面相交时，所述相机像面位于所述自动聚焦像面中。

[0014] 本发明还利用一种通过双光子工艺来激光加工工件的显微镜实现了该目的，其包括：物镜，具有在工件接收空间中设置的焦面；加工激光束源，发出加工激光辐射，物镜将其聚焦在工件接收空间中；以及自动聚焦装置，其包括：光调制器，用于生成照射的、强度调制的调制对象；自动聚焦光学元件，与透镜组合将照射调制对象投射在焦面中或与焦面相交的面中，从而在工件接收空间中生成调制对象的图像；相机，用于提取包括相机像面的二维图片；以及自动聚焦成像光学元件，与物镜一起将在工件接收空间中设置的调制对象的投射成像在自动聚焦像面中，其中当所述照射调制对象的投射位于所述焦面中时，所述相机像面相交于所述自动聚焦像面，或者当所述调制对象的投射相交于所述焦面时，所述相机像面位于所述自动聚焦图像中。

[0015] 本发明通过以下方式实现该目的：使用自动聚焦功能，其允许以高精度集中于工件的边界面，其中使用照射调制对象的独立自动聚焦投射，以倾斜的方式投射在边界面中，或者以倾斜的方式检测与边界面相关的投射。

[0016] 在镜面反射的边界面(例如出现在盖玻璃和抗蚀剂之间)的情况下，当光栅被投射在边界面之前或之后的多个焦点深度时，还可在自动聚焦检测器上生成对比度信号。结果，以这样的自动聚焦原理获得相对大的拍摄范围。

[0017] 作为照射调制对象的投射/检测的结果，发生背反射，其中照射调制对象的投射/检测相交于边界面。现在检测该背反射，从而可从反射的横向位置确定聚焦或去聚焦的程度。现在，使用由此已知的边界面的位置在激光束加工中进行参考。结果，与边界面相关的焦点的精确位置是可能的，例如，在盖玻璃和实际工件之间的转换。如果预期在激光加工期间在系统中发生漂移，则可按适当方式(例如间歇地)重复参考，从而即使在任意期望时间段的激光束加工的情况下确保相同的高精度。

[0018] 对于边界面的最佳检测(即对于最佳自动聚焦功能)有利地，在没有加工激光束之一的光谱范围内工作。因此，优选地，调制对象在不同于激光束的光谱范围内发光，以及激光束的光谱范围在通过相机进行反射检测时被过滤出。这可通过适当滤波器在检测光束路径中实现。

[0019] 因此，对于独立于加工期间的质量，优选地，在激光束加工(至少间歇地)期间确定边界面的位置，并将其用作设置焦点位置的参考。

[0020] 为了增加精度，可在不同横向点处(即在与光轴相关的不同位置中)在实际激光束加工之前确定边界面的位置，并且所述表面可通过一个面来模型化。然后，模型化的面是边界面的位置的更精确表示。

[0021] 然后，在稍后的激光束加工中可考虑到从垂直于光轴得到的倾斜形式的任何偏差。如果认识到单个或几个横向点具有与模型化的面的很大偏差，则可得出存在边界面的变形。这样的变形显然是工件的质量参数。因此，优选地，从来自模型化的面的横向点的位置的距离确定关于从理想面的边界面的偏差的测量，并且向工件分配基于测量的质量参数。在特定的质量参数范围内，可抑制工件的进一步加工，例如因为其边界面过大地变形。

[0022] 工件的加工通常通过三维焦点调节来发生。可交替地移动工件或焦点。优选，在均连续完整处理的并且平行于或垂直于边界面的面中调节焦点，其中一个参考均可针对于每个面的边界面，或每个面的处理。该参考可通过例如以下方式进行：在接近下一面之前做出边界面的位置的重新确定(即参考)。

[0023] 优选，从静态透射或反射光栅生成调制对比度。调制对比度可被设置为例如平面延伸的条栅。原理上，尽可能小地选择栅格周期，以实现高的自动聚焦分辨率。然而，栅格周期必须较大，以使得对于整个所需拍摄区域在自动聚焦相机上获得至少10％的调制对比度。因为作为自动聚焦相机的倾斜定位的结果，在像场的边缘处球面像差最大，所以在调制对象的边缘区域存在限制。结果，必须清楚地选择比光轴上使用的透镜的Abbé分辨率更大的栅格周期。为了能够用最多种类的工件工作，优选地，对于根据本发明的显微镜，可控制光调制器，并且其被控制用于生成空间或时间强度调制的调制对象，以及相机检测该时间调制的对比度。然后，通过适当的时间滤波(例如在锁定技术中)将针对边界面的位置所评估的反射从可能的背景噪声或干扰信号分离。优选地，光调制器包括照射的LCD或DMD元件或至少一个周期性结构，特别地是条栅结构或几个不同条栅结构。

[0024] 当使用可调节光调制器时，调制对象空间调制并且可额外地时间调制。时间调制是空间调制的备选，以将调制对象的照射区分于加工激光辐射。在该连接中，优选地关于时间调制来同步自动聚焦投射的检测，并且可使用例如锁定技术。优选地，以这样的高频率进行时间调制，即在显微镜中的视觉观察期间(例如通过显微镜目镜)不能够察觉。可能的频率范围大于眼睛的图像融合频率，其在亮适应状态下约为50Hz，例如50和200Hz之间是可能的范围。

[0025] 因为经由相同的透镜(其也将加工激光辐射聚焦于工件中和/或上)发生对象的投射，所以可实现边界面的位置的特别精确的确定。对于简单的光学设置，优选地，经由分束器将调制对象的投射反射至显微镜的光束路径中。

[0026] 如以上最后一段已经说明，除了投射的时间区分或代替地，光谱分离是有利的。为此适当地提供光调制器在不同于加工激光辐射的自动光谱范围内发光或照射，并且自动聚焦投射光学元件包括至少一个滤波器，其抑制或过滤出位于自动聚焦光谱范围以外的光谱范围，特别地那些加工激光辐射的光谱范围。

[0027] 有利地，使用分光镜来构成将工件向相机的结构化照射和反射投射的耦合输入和耦合输出，所述分光镜例如通过用于加工辐射的高透射度(约95％或更高可能)对于剩余显微镜光束路径具有仅较低影响。特别地优选与光谱分离自动聚焦辐射组合的二色分离。还有利地，在分离器上提供防反射涂层，以尽可能低的影响剩余显微镜光束路径。显然地，还可在牺牲透射度的情况下增加反射度。当自动聚焦系统例如通过红外(NIR)照射源工作时，优选地这样设置二色分光器：其在自动聚焦光束路径中高效地引导自动聚焦辐射，或将其耦合输入和输出。

[0028] 在简化的配置中，照射调制对象可在以下光谱范围内照射：其中，还布置加工激光辐射，只要自动聚焦投射光学元件抑制或过滤出加工激光辐射的光谱范围。

[0029] 有利地，存在调制对象的周期性照射，例如条照射，其中调制对象随后是条图案。然后，各个周期性图案出现在相机上，例如，在与当前焦面共轭的面中的对比度最大的条图案。因此，可实现工件的边界面的高可靠和精确自动聚焦系统。

[0030] 光调制器和自动聚焦相机都被设计为二维的，即在平面中。2D分辨自动聚焦相机的每行可用于生成自动聚焦信号。由于始终照射几个行，所以可平均几个行的自动聚焦信号，这大大提高了本方法的精度。

[0031] 存在的干扰背景反射越少，调制对象可延伸的越广。原理上，可通过光栅结构照射整个对象场，从而还最大化利用平面自动聚焦相机。如果存在特别地来自不邻近于抗蚀剂的盖玻璃(朝向空气)的表面的干扰竞存反射，则需要将调制对象设计得较窄，从而实现竞存反射的共焦抑制。在这种情况下，仅可照射和评估自动聚焦相机的很少几个行(例如10至30)。

[0032] 为了将调制对象的投射所产生的影响保持得尽可能低，优选地，以交替方式将空间调制的调制对象的结构横向部署在快速序列(例如具有大于30Hz)中。在可调制光调制器中给出的其他可能包括一直地或仅临时地(例如在找到边界面之后)仅照射对象场的区域的某些部分/由透镜检测的工件空间。因此，增加了自动聚焦的图像对比度。

[0033] 对于边界面检测的相关方面在于，调制对象相对于物镜的焦面倾斜设置，或相机像面相对于自动聚焦投射光学元件的像面倾斜设置。可通过关于光轴倾斜设置的调制对象或相机来实现倾斜定位。因此，可具有关于光轴倾斜的调制对象设置，以及关于光轴垂直的相机的像面。调制对象可关于光轴垂直设置，相机的像面可关于光轴倾斜设置。还可倾斜地定位调制对象和相机的像面。在这种情况下，他们不位于共轭面中。

[0034] 优选，在显微镜的所有变型中，使用可计算的评估设备，其执行相机(多个)的信号评估，控制可选地可调节的光调制器，以及在显微镜上执行可选提供的调节单元的控制(例如，用于焦点调节、x/y调节，用于旋转和/或激活滤波器等)。可通过硬件电路和软件来实现评估和控制。显然地，在操作中通过控制装置来控制本发明的自动聚焦装置，所述控制装置包括计算评估设备，其启动这里所述测量以实现所述程序。总之，控制装置可以是按显微镜方式提供的控制装置。

[0035] 在负面情况下，相机上被证明的光调制(即投射到样品的对象的图像)可受到斑点效应而损害。为此有利地，移动工件或调制对象和/或可选地以单调的或周期的方式对其照射的光源，以平均任意斑点图案。调制对象和相机的同步移动也是一个选择。

[0036] 可理解，其他相机可被反射，其中从样品导出结构信息。这些相机可如下设置：可将样品的截面的不同面投射在同一面上，即关于光轴按不同的倾斜角设置相机，或具有关于光轴的不同旋转角。

[0037] 为了增加z方向的自动聚焦拍摄范围，可额外地在不关于光调制器共轭的面中提供相机。可按不同的倾斜角来设置拍摄范围。按非共轭方式设置的相机的倾斜定位等同于调制对象包含的关于光轴的改变角度。由于球面图像误差和反射损失，对于实际情况该角度几乎不会选择小于30°，所以通过其他相机提供了增加自动聚焦装置的拍摄范围。

[0038] 特别地，将显微镜设置为反向显微镜。

[0039] 当光调制器可被控制，并且被设置用于生成空间或时间进行强度调制的调制对象时，获得对于不同工件的特别优良的适配。这种可控性可按以下方式实现：将照射的LCD或DMD元件用作光调制器。优选，所采用的波长不同于显微镜中的正常照射辐射。原理上，光调制器和/或自动聚焦装置的相机可耦合至用于加工辐射的光束路径。来自显微镜的潜在干扰辐射可在自动聚焦装置的相机之前通过适当光谱滤波器有效地抑制，以及在自动聚焦装置中被消除。例如以如下方式配置分束器：其反射仅窄波长的范围(例如20nm)，这不相交于双光子加工辐射。原理上，可将整个视觉范围和NIR和UV用于自动聚焦功能。

[0040] 当投射的调制对象具有周期性结构(例如条栅结构)时，获得投射至样品的调制对象的特别简单的分析。由此设计光调制器。

[0041] 适当地，经由分束器将自动聚焦装置反射到显微镜的光束路径中，其中还经由相同的分束器同时耦合调制对象的投射以及投射的调制对象向相机的返回成像。然而，这不是强制的。

[0042] 关于光轴的相机或调制对象的像面的倾斜位置角度设置了自动聚焦装置工作的拍摄或深度范围。在20°至70°之间的角度是适合的。如上所述，使用像面(特别地不同地)相对于彼此倾斜的几个相机。

[0043] 当通过自动聚焦辐射和加工辐射的光谱分离来工作时，明显有利地，尽可能抑制在自动聚焦光束路径中加工辐射的光谱范围。然后，有效地通过适当滤波器抑制通过例如二向色分束器并由此仍旧到达自动聚焦光束路径的任意光束分量。当通过使用中间图像将样品中设置的调制对象的图像投射在相机时，特别良好的滤波是可能的。然后，存在足以使用截止滤波器的空间。

[0044] 当在分束器处提供吸收在分束器中透射的并且不再使用的任意辐射的辐射阱时，实现了对干扰辐射的进一步抑制，其中所述分束器根据检测(即在相机上的反射的成像)在自动聚焦光束路径中分离了照射(即调制对象向工件上的投射)。

[0045] 中间图像的使用具有其他显著优点：在检测相机和分束器(其分离自动聚焦照射和自动聚焦检测)之间的较大距离。因此，来自分束器的不可避免的散射光仅经由多次反射(即按强削弱方式)到达相机。中间图像的使用还抑制了来自在分束器和相机之间设置的光学单元的反射。

[0046] 应理解，在不脱离本发明的范围的情况下，上述和以下将描述的特征不仅可在所述的组合中使用，而且可在其他组合中使用，或者单独地使用。

附图说明

[0047] 现在将参照附图通过实例更详细地说明本发明，其中：

[0048] 图1示出用于激光扫描光刻的显微镜的示意图；

[0049] 图2在详细图中示出图1的显微镜的一部分；

[0050] 图3示出通过自动聚焦装置照射的图2的显微镜；

[0051] 图4示出相比于图3修改的自动聚焦装置的图2的显微镜；

[0052] 图5示出与图3之一类似的显微镜；

[0053] 图6示出在校准步骤中说明边界面的确定的视图；

[0054] 图7与图3类似的显微镜，其中包括中间投射光学元件被设置于相机上游的自动聚焦装置；

[0055] 图8示出示例性光调制器的俯视图；

[0056] 图9和10示出通过图3或7的自动聚焦装置的相机发射的对比度信号。

具体实施方式

[0057] 图1示出激光扫描显微镜1，借此通过直接激光写入(即通过激光扫描光刻)在工件(这可以是例如衬底上的聚合物层)生成多维结构。使用双光子工艺。

[0058] 图1中的图示被大大简化。显微镜1使用脉冲激光3(例如fs激光)作为激光写入的辐射源。例如具有780nm平均波长的激光3的辐射在脉冲调节器4中被定形为fs脉冲。为此，首先使得辐射经由λ/2波片5、机械快门6、望远镜7、和声光调制器(AOM)8来引导辐射，并因此控制其强度。控制的监视(例如根据闭环反馈)经由接收部分辐射的监视器二极管9来进行。

[0059] 在通过群速率色散(GVD)模块10适当设置GVD以在物面中获得最短可能(即带宽有限)的脉冲之后，光束在可调节望远镜11中被加宽，经由λ/4波片12和用于耦合至显微镜光束路径13的偏转镜引导，从而存在那里的对象光瞳的最佳填充。在显微镜光束路径处由此提供的加工激光束14的耦合以如下方式进行：在其物镜之前不存在除了反射镜和分光器之外的其他光学元件。物镜使得激光束聚焦于固定至压电台的工件。压电台是在工件上或在工件中移动焦点位置的扫描设置的实例。

[0060] 除了同样要更详细描述的自动聚焦检测器15之外，显微镜光束路径13还包括相机16，借此可执行自动聚焦的校准，并且可通过具有卤素灯的传统的、光谱滤波的照射或通过LED照射来获得(优选地在透射光中的)样品的图像。显微镜光束路径13链接自动聚焦检测器15，并且图2中示意性示出相机16。

[0061] 提供用于控制激光的激光控制装置16。整个显微镜1通过显微镜控制单元17来控制。通过图1中的虚线的实例来示出控制线。

[0062] 图2示意性示出显微镜光束路径13的一部分。如参照图1已经说明，经由分束器19来耦合输入加工激光束14。分束器19对于例如780nm的加工辐射的波长是反射的。具体地，分束器19可特别地被设置为反射大于750nm的波长范围的辐射但是透射其他波长辐射的二向器。然后，通过物镜20将耦合输入的加工激光辐射14聚焦在工件2上或在工件
2中，以通过双光子工艺触发其改变，特别地生成光敏抗蚀剂或抗蚀剂的三维结构。

[0063] 双光子工艺已知为用以加工透射材料，即他们能够通过线性吸收来加工。相机16用于评估或监视通常透明的工件2，并且以下将更详细说明在光束路径包括的相机。

[0064] 为了通过加工激光束14协助直接激光写入，将自动聚焦装置链接至显微镜光束路径13，其中自动聚焦光束路径21经由分束器22耦合至加工激光辐射的光束路径，因此在物镜20之前。在图2的图示中示意性示出用于自动聚焦光束路径21的双箭头，以示出自动聚焦照射的耦合输入和自动聚焦检测都通过自动聚焦光束路径21发生。因此，分束器22对于自动聚焦照射的波长范围和例如用于大于800nm的辐射的各个检测是反射的。优选，分束器22对于例如780nm的加工激光辐射的波长范围是透明的。然后，将其设置为二向色的。

[0065] 依据色差较正，物镜20使得由虚线在图2的示意性视图中所示的自动聚焦辐射聚焦于与由实线所示的加工激光辐射14略微不同的其他深度。

[0066] 所述的相机16用于监视在透射光操作中的工件2。通过聚光镜24将辐射23引导至在物镜20反面的工件2中，其中辐射在分束器19和22至少部分透射的光谱范围。然后，通过筒内透镜25和物镜20在透射光操作中将工件2成像至相机16。在一个实施例中，筒内透镜25提供在滤波器26的上游，该滤波器确保主要透射光照射(例如在580nm)将到达相机16。滤波器26可以设置为例如具有750nm滤波边缘的短通滤波器。

[0067] 因此，相机16在透射光操作中成像工件2，或者当在工件2中发生荧光时，在荧光辐射操作中成像。在这种情况下，对于相机可能的波长在400至600nm的范围内。

[0068] 图3示出与自动聚焦光束路径21的可能实施例组合的显微镜光束路径13。

[0069] 经由照射筒内光学元件27将自动聚焦照射辐射耦合至工件2并通过物镜20。自动聚焦光束路径21还包括光调制器28，其通过用于透射操作的光源29或用于反射操作的光源30来照射。照射的光调制器28生成照射的调制对象。其被投射，并因此经由照射筒内光学元件27、分束器22和物镜20成像到工件2。因此实现自动聚焦照射。通过自动聚焦检测器以相反的方向检测工件2中生成的图像，所述自动聚焦检测器可被设置为例如2D相机15，并且其可在自动聚焦装置的光学轴OA2上提供在另一分束器23的上游。

[0070] 可选地，还将沿着光轴OA3传播的辐射经由分束器24引导至另一相机31。

[0071] 在一个配置中，将分束器22设置为二向色的，如先前已经描述，并且光源29和30以例如在显微镜中不需要的波长照射。因此，自动聚焦装置在不用于工件2的成像或加工的光谱范围内工作。

[0072] 附图主要仅示出相机和检测器的像面。一般地，相机可以是CCD相机和光源LED。

[0073] 在图3的配置中，光调制器28和由此调制对象垂直于光轴OA2。然而，相机15与其像面一起倾斜地相对于光轴设置。当光调制器28例如通过条状图案执行空间调制时，可在与附图的面垂直的相机15的行中找到最大对比度。沿着相机15的该行的位置是沿着光轴(即z方向)的焦面位置的测量。

[0074] 借助于照射筒内光学元件27和物镜20将通过光调制器28在透射操作(光源29)中或在反射操作(光源30)中生成的调制光投射到工件2。通过倾斜设置的相机15实现深度分辨率。可通过相机31检测结构化照射的样品的横向位移。

[0075] 为了加工，将显微镜1设置为扫描显微镜，而无需与自动聚焦装置相关的任意其他限制。可类似地使用如图2所示的反向配置或如图3所示的垂直设置。

[0076] 图4示出与自动聚焦装置相关的图1的显微镜的可选配置。在图4的显微镜中，通过相同标号提供上文已经说明的组件。因此，不再重复他们的描述。相机15在这里通过单独的检测光束路径检测结构化自动聚焦照射的图像。

[0077] 为此，通过单独的分束器32提供显微镜光束路径13。其根据自动聚焦照射的波长来选择，并且对于例如分束器22的相同范围是二向色的。为了能够检测通过相机15投射在样品中的调制对象或反射或反向散射，在相机15的上游提供各个中继光学元件23，其光学特征将确保相机15的像面相交于与调制对象的共轭面，理想地接近于或在光轴上(同样如图3)。

[0078] 由自动聚焦装置(特别地相机15)提供的信号用于控制沿着z轴的焦点移动。这在图4中通过双箭头示意性示出。图1中用标号17示出了用于此的控制单元。

[0079] 图5示出用于强散射和低反射样品的显微镜1的设置。将不再描述上文已经说明的元件。在附图中，其具有相同标号。

[0080] 针对强光散射对象而修改根据图5的自动聚焦装置。其实现了主要分析从样品散射的光的装置。

[0081] 在该配置中，二维光调制器28包括与光轴OA2的0°和90°之间(优选地20°和70°之间)的角度。光调制器28同样相应于所述的配置，即可以是透射LCD、反射LCD、DMD或具有位移设备的振幅光栅。优选，该结构同样包括光/暗带。优选，从一个或几个强LED照射光调制器28。在上述变型中，这也是可能的。在透射调制器中提供光源29，以及在反射调制器中提供光源30。用于光均匀化的常规光学设备和用于中间图像的光学元件可用于使用光调制器28生成调制对象，并且在图5中(和之前的附图中)为了简化的原因未示出。

[0082] 借助于照射筒内光学元件27和物镜20将调制对象投射至工件2中。由于光调制器28和因此调制对象不垂直于光轴，所以调制对象(例如交变光/暗带)相对于光轴倾斜投射，并因此投射至工件的深度内。

[0083] 相机15的像面位于与光调制器28和因此与调制对象共轭的面。因此，相对于光轴(这里是光轴OA3)与光调制器28相同的角度倾斜。从样品散射的光以调制方式成像在相机15。调制对象的对比度仅在从工件散射时在相机15中出现。这是图5中的设置特别适于薄的或散射中工件的原因。

[0084] 此外，用于自动聚焦功能的自动聚焦装置还包括相机31，其像面相对于光调制器28并因此相对于调制对象倾斜设置，因为其垂直于光轴OA3布置。其经由自动聚焦光束路径21中的50％分离器24链接。

[0085] 自动聚焦装置的另一个可能修改是，相机15现在相对于光调制器28的相反方向倾斜。然后，相机15和像面与光调制器28不相对于彼此共轭。因此，可放大并通常两倍化拍摄范围。

[0086] 图3至5的配置示出垂直显微镜1的自动聚焦装置的设置。盖玻璃和浸没流体(例如油、水、甘油)可位于滑块和物镜之间。然而，这并非强制的。存在需要区分的两个应用：无侵入流体，在盖玻璃或滑块的上面上的空气/气体边界面处获得最高对比度。通过侵入流体，在盖玻璃的底侧和嵌入介质之间的边界面处获得最高对比度。为了抑制散射光或不期望的反射，可在自动聚焦光束路径中引入光阑(例如半球面光阑)。

[0087] 分束器22可以是面平行的玻璃格，其一侧涂覆AR，以避免干扰次级图像。用于自动聚焦信号的反射的玻璃格的侧面还可具有二向色涂层，其针对长波自动聚焦光增加反射(当使用具有长波自动聚焦照射的变型时)，并且主要透射加工辐射的短波可用光。可理解，其他光谱划分也是可能的。

[0088] 为了实现高分辨率(通常如直接激光写入中所需)，使用浸没流体，从而在盖玻璃和工件2或其聚合物抗蚀剂层之间的边界面处存在折射率的跳跃。所述具有单独的自动聚焦配置的显微镜类型允许在直接激光写入期间确定该边界面的位置，只要确保用于自动聚焦的波长在工件2上没有不期望的加工效果(例如，不显影光敏抗蚀剂)。

[0089] 使用自动聚焦的决定性方面是边界面位置的精确校准，其具有可调节为自动聚焦分辨率的精度。针对在直接激光写入之间提供的校准处理使用参考对象，其对象优选地覆盖有盖玻璃，其优选地与工件2的盖玻璃同样厚，因为其相对于浸没油的仅略微的、但是仍存在的折射率差异。要精确测量的简单参考样品包括由盖玻璃覆盖适当染料溶液(例如荧光素)。该染料溶液作为参考样品存在以下优点(其他溶液也是类似)，通过扩散自动替换在加工辐射聚焦中的光化学破坏的染料分子。作为参考采样的流体染料溶液的一个备选是在光敏抗蚀剂中溶解染料，以及在盖玻璃上旋涂相同的抗蚀剂。

[0090] 优选，染料能够通过双光子吸收以加工辐射的波长(例如780nm)实现荧光激发。

[0091] 现在，执行校准，通过相机15以加工激光辐射14在接近于从盖玻璃到具有染料的介质的边界面的逐步聚焦来拍摄一组图片。设置在相机15上游的所述滤波器确保他们能够仅吸收比加工激光辐射(在这种情况下，其用作激发激光辐射)更长的波长的光。根据该系列的图片确定在盖玻璃和荧光溶液之间的边界面的面。为了增加测量精度，可选地可以平均通过相机15在围绕焦点的适当图像区域拍摄的信号。图6中示出根据沿着光轴OA1延伸的z坐标由此获得的信号视图。其在垂直轴上以随机单位示出信号的强度I。在横轴上以微米示出轴坐标z。曲线34是根据z坐标的强度信号。测量点35从曲线34的导数或从生成该曲线的测量点获得。差值36可增加精度，即使在测量点35中存在偏离。差值36或测量点35的最大值的位置精确地表示在盖玻璃和样品之间的边界的z坐标。现在，将该z位置与自动聚焦装置的不同数据相比较，并确定为参考点。

[0092] 为了避免像差的偏差，在所述的校准处理期间，自动聚焦照射辐射的焦点应在最大可能程度上与加工激光辐射14的焦点一致，并且以如下方式可选地设计二向色的校正：当在边界面上精确聚焦加工激光辐射14时，自动聚焦照射辐射的焦点应位于盖玻璃中或浸没介质中。

[0093] 图7示出反向显微镜1，其具有处于上述校准状态的自动聚焦装置。因此，使用具有染料溶液的向上开口的样杯37代替工件，该样杯37通过所述盖玻璃38以相对于浸没显微镜密封。

[0094] 在图7的配置中，经由分束器22将自动聚焦装置的光束路径21链接至显微镜光束路径13。在所有其他方面，类似地应用以上论述。此外，图7中示出可选的光谱滤波器39，其通过适当方式过滤自动聚焦照射辐射的光谱范围。还通过实例示出用于从光调制器
28生成调制对象的照射光学元件40。为了光调制器28的均匀照射，优选，照射光学元件40还包含扩散板。可在所有描述的变型中用照射光学元件40。

[0095] 图7进一步示出将相机15的信号引导至控制单元18，后者进行不同计算和控制用于z调节焦点位置的所述驱动器41。显然，控制单元18通常还可与光调制器28连接，只要其可被控制。同样可应用于加工激光辐射的光源39或30和辐射源42。控制单元与显微镜控制单元17连接，或集成于其中。

[0096] 在自动聚焦光束路径21中，成像光学元件43配置在相机15的上游，从而并不是直接向相机15投射调制对象的图像，而是中间图像44。可理解该原理(在反向显微镜的实例中如图7中所示)可从原理上应用。这里设置为透射光栅的光调制器28和中间图像30位于与工件中的焦面以及与相机15相交的面相共轭的面中。

[0097] 在工件中布置的调制对象或使用中间图像30的参考对象的图像的投射具有大量优点：可设置为例如50∶50分束器的自动聚焦(AF)分束器23布置在与相机15的较大距离处。因此，来自AF分束器23的不可避免的散射光仅经由多个反射(即以强减弱方式)到达相机15。此外，通过在中间图像中耦合额外地避免了从光学元件发出的到AF分束器23右侧的朝向相机15的所有反射。

[0098] 在用于图7的显微镜1的自动聚焦装置的示例性配置中，将IR LED用作光源29，其中心波长大于800nm，优选地在830nm。光源29与控制装置18连接，从而其在需要时打开和关闭，并且被临时调制或调节其亮度。

[0099] 将光调制器28设置为槽形透射光栅。为了尽可能均匀地照射槽和尽可能有效地利用照射源29的辐射，提供照射光学元件40，例如作为具有引起线形照射的变形光学元件的瞄准仪。可选地，在光调制器28的上游(或备选地也在下游)提供滤波器39，提供该滤波器作为IR带通滤波器，并调节为IR LED的中心波长。带通宽度位于10和50nm之间，从而抑制光源29的不期望光谱分量。

[0100] 光调制器28的一个实例是透射光栅45，如通过图8中的实例在俯视图中所示。其包括槽状光阑，其包含周期性光栅结构46。该光栅槽设置在图像的中心或接近于图像的中心，以确保自动聚焦装置的最大可能获取范围。如图8所示，可提供具有其他光栅周期的另一光栅槽47，以通过选择光栅周期来优化相机上的成像对比度。还可提供无光栅结构的窄间隙48。通过玻璃/流体边界面反射的光到达相机15的不同可读组件。可基于在槽上的投射亮度分布粗略地确定在实际获取范围以外的去焦。因此，初始聚焦是可能的，即使在相机15上不存在来自光栅的对比度信号时。控制装置18可从而确定z调节需要进行的方向，即，驱动器41需要如何控制以返回至初始获取范围。如果槽足够窄，则作为相机15上的共焦抑制的结果亮度更高。可从亮度分布的梯度导出返回至初始拍摄范围所需的位移路径。这通过控制装置18来执行。

[0101] 在AF分束器23中提供光阱49，其吸收来自光调制器28的辐射，其否则将被透射。优选，将光阱49设置为强吸收材料的板，其相对于光轴倾斜地定位，例如作为抛光的NG1板。NG1是强吸收黑玻璃。

[0102] 二向色分束器22仅反射在带通滤波器39之后的自动聚焦光束路径21中引导的波长的辐射。透射其他光谱组件。为此，分束器22包括例如干涉层，其基本透射45°入射角的低于800nm的辐射，以及基本反射具有IRLED的中心波长的辐射。分束器22还可具有类带通的光谱行为，从而大于自动聚焦光谱范围(例如大于840nm)的波长还大致以45°入射角透射。可理解，在其他实施例中也可使用这些分束器特征。

[0103] 优选，分束器可设置为例如通过交换轮或任意其他改变机构可交换的。

[0104] 在设置于样品中或其中间图像30的调制对象的投射上游提供阻挡滤波器50，该滤波器确保仅仅各个自动聚焦光谱范围的辐射到达相机15。因此，可源自样品的成像的其他辐射被再次抑制。

[0105] 成像光学元件43向相机15成像在工件中或在参考对象中布置的调制对象的投射或在边界面上反射的图像。成像光学元件43可包括筒内透镜51和小数值孔径(例如NA＝0.2)的标准物镜52。

[0106] 图9示出在工件2上的直接激光写入的情况下提供的图7的配置的修改。代替样杯37，现在为具有盖玻璃38的工件2，所述盖玻璃38相对于辐射的入射方向设置在上方。此外，示出扫描致动器23，其执行工件2的(x，y，z)调节，以通过激光写入生成三维结构，如上所述。可理解，扫描致动器23经由线路(未示出)连接至显微镜控制单元18，其控制装置的整个操作。

[0107] 图10和11示出在例如根据图7的配置的自动聚焦系统中相机15的对比度信号。图10示出在相机面中用灰度级表示的对比度信号，图11示出对比度信号的导数的量。在这两个附图中，表示应用在x方向采用像素数。为了抑制不具有投射到物面的光栅对比度的所有信号分量，求对比度信号的导数。备选地或额外地，对比度信号还可经过傅立叶过滤，排除不相应于光栅周期的所有频率，以优化信号质量。这相应于光栅频率位于带通中间的带通滤波。

[0108] 自动聚焦系统的获取范围通过物镜20(或边界面)的z位移的范围预定，其中在自动聚焦相机处存在仍旧能够被评估的对比度信号。为此需要符合两个条件：

[0109] 1.对比度信号仍旧必须位于像场中。

[0110] 2.对比度信号必须具有明显大于噪声级的足够信号级。

[0111] 可发现边界面的范围是有限的。当物镜20的焦面精确地位于边界面上时，在对比度的中心位于像场的中间的情况下，拍摄范围是对称的。

[0112] 在从像场的中间到像场的边缘的对比度中心的位移中，自动聚焦对比度降低。信噪比的该降低主要源自球面像差和源自慧差，这两个图像误差在朝向像场的边缘处一致地增加。为此，应选择在倾斜设置的自动聚焦相机上的像场大小，从而在拍摄范围的边缘处，对比度级大约足够。由此选择相机的大小。

[0113] 为了排除这里的任何干扰限制，提供进一步开发，这通过图7中的实例的虚线示出。其包括纵向调节机构54，其改变在自动聚焦物镜52和自动聚焦相机15之间的距离。为此，物镜52可相对于固定相机15移动，或相机15可相对于固定物镜52沿着光轴OA2移动。所有已知的驱动技术(例如主轴驱动、步进电动机、DC电动机、压电致动器等)适于优选地被电驱动的纵向调节机构54。

[0114] 自动聚焦物镜52和相机15之间的距离的改变仅仅是相机15相对于自动聚焦投射的像面的纵向调节的一般基本原理的实例。在最简单的情况下，纵向调节机构可引起相机15、投射光学元件52或光调制器28的位移。尽管焦面被调节，但是当纵向位移发生在反向方向，纵向位移可能通常将来自边界面的反射成像到相机15上。这是设置自动聚焦透镜和自动聚焦相机之间的距离以使得对比度信号的中心始终位于像场的中间的原因。为此执行以下步骤：

[0115] 1.借助于z驱动器41将边界面设置于显微镜物镜20的焦面。这是自动聚焦的开始位置。现在，对比度信号的中心位于像差最低的自动聚焦物镜52的像场的中间。

[0116] 2.借助于z驱动器41将显微镜物镜20的焦面移动至工件中或参考对象中。同时，自动聚焦物镜52和相机15之间的距离以如下方式改变：对比度的中心保持在自动聚焦物镜52的像场的中间。

[0117] 3.因此，可连续地参照相对于边界面的期望焦面。因此，补偿由z驱动器41导致的全部去焦，同时自动聚焦物镜52和相机15之间的距离保持恒定。作为自动聚焦功能的结果，对比度中心持续保持在自动聚焦物镜52的像面的中间，因此在相机15的中间。

[0118] 获取和保持范围仅受到自动聚焦物镜52的像场的中间的图像误差的限制。这主要涉及球面像差。朝向像场的边缘大大增加的像差(特别地，慧差和曲率)不再具有干扰效应。此外，避免了在像场的边缘处发生的其他问题(例如照射的边缘下降、渐晕和反射等)。

[0119] 由于对比度信号保持的像场的中间，还可将光调制器28设置为更小。不再需要在物镜20的整个像场上扩展，以最大化获取范围。将较少的自动聚焦光耦合至显微镜辐射，由此减少在自动聚焦相机15上的散射光背景。当使用更小(即更短)的光调制器28时，可能使用用于自动聚焦相机15更小的并由此更加成本有效的相机芯片。

[0120] 在相机15上成像的光调制器28的结构、其到相机15的角度、相机15的分辨率、以及在测量期间强度的静态波动影响了z位置的控制精度。为了能够在例如自动聚焦期间改变控制精度，这还可依赖于显微镜物镜20，可选地可评估具有不同周期的几个光栅结构(其可作为光调制器28彼此相邻布置)，如结合图8已经说明，和/或根据所需控制精度调节光调制器28或相机15的倾斜位置的角度。后一选择在图7中通过虚线示出。在那里提供了角度调节机构55。

[0121] 一旦完成了自动聚焦调节过程，优选地能够例如根据先前定义的精度需求电调节相机15的角度。在最简单的情况下，通过借助适当角度调节机构旋转相机15或光调制器28来进行相机15和调制对象的图像之间的角度调节。

[0122] 所有已知技术适于该目的，例如主轴驱动、步进电动机、DC电动机、线性电动机、压电致动器等。在适当角度的情况下，自动聚焦分辨率可被调节，并且通过适当光栅间隔分别选择光栅。

[0123] 所示的调节机构54、55发出应用于自动聚焦装置的控制装置18的信号。

[0124] 因此，自动聚焦设备根据以下原理运行：通过具有光源(例如具有840nm中心波长的IR LED)的带状调制透射光栅来照射光调制器。将由此生成的照射调制对象投射至显微镜物镜20的物面中。当反射边界面布置在物面或其周围环境中时，反射回光栅结构，并且将这些反射成像在2D自动聚焦相机15上。由于相机相对于投射的光轴倾斜，所以光栅仅在相机表面的窄区域中表现为焦距对准。为了排除背景噪声，可在线路上微分2D自动聚焦相机上的强度分布。然后，对于每个线路确定对比度中心。为了提高自动聚焦信号质量，可选地还平均几个线路的对比度的中心，并且对比度的平均的中心的位置关联于与显微镜物镜20的焦面相对的反射边界面的对象侧位置，因此其可用作自动聚焦信号。对于在直接激光束写入期间通常需要的特别高精度需求，有必要使得对比度中心尽可能位于与像场的中心接近，因为加工激光14的焦点也在这里。否则，工件2的弯曲部分(例如聚合物(抗蚀剂)所在的玻璃格)可导致与校准测量相关的焦点的偏离。

[0125] 有利地，在显微镜1中所述自动聚焦设置的所述自动聚焦光束路径21可有助于保持将在工件2中生成的3D结构的短程和长程量级，即使是透明工件2。具体地，在写入处理期间的任意时刻，边界面可用于参考，这可通过上述自动聚焦功能或通过移动边界面来进行，而不必知道关于其位置的任意进一步假设。结果，当在边界面的移动之前和之后的z位置被读出，可确定与边界面相对的在工件中的焦点的当前位置。

[0126] 在使用加工激光辐射之前，可检测相对于光轴的边界面(即例如工件的表面)的倾斜，并且可在直接激光写入期间校正。为此，在固定的、适当选择的检查点处扫描工件2的边界面的位置，并且记录各个z位置。在该初始扫描期间，可由用户自由选择检查点的密度，或可基于程序例程由显微镜控制单元18自动确定。显微镜控制单元在一次适配(fit)中通过检查点的特定z位置放置平面表面，并确定例如边界面即工件2的表面的倾斜。然后，当控制扫描致动器53时，在直接激光写入期间考虑该倾斜，从而尽管工件2或其表面的倾斜，由工件2上或工件2中的加工激光束14的焦点所接近的点被布置在具有对于表面的期望关系的位点。通常，这些点通过他们到达工件2的平面的表面的距离来阐述或定义。

[0127] 如果在检查点的z位置的适配期间，存在对于个别检查点的过多偏差，则这表示边界面的变形。这样的偏差可通常在使用多于三个检查点时确定。当使用多于三个检查点时，可通常确定偏差。因此，当以一个面适配检查点的z位置期间，各个检查点的z位置示出这些检查点间隔至少为距离平面的阈值时，可拒绝工件2的加工。备选地或额外地，各个检查点到适配面的z距离或到几个检查点的距离计算的测量可用作在通过直接激光束写入对其进行加工之前或之后与工件2相关的质量状态的基础。

[0128] 原理上，直接激光束写入可发生在两种结构化类型中。在第一变形中，结构化可按如下方式发生：在轴方向移动的固定横向位置处出现曝光。该结构化已知为所谓的轴扫描。在工件的期望深度上的完全曝光之后，接近下一横向点，并随后发生相同轴移动。优选，在横向移动之后的下一轴扫描之前，检查与边界面相关的焦点位置。

[0129] 备选地，结构化可发生在横向位移的给定轴位置处，这是该模式还已知为横向扫描的原因。可确定边界面的位置，而不管在所选横向点处的轴位置(这可能等同于所述检查点(但是不需要))。有利地，与边界面位置相对的新参考可在每次与平面表面的适配中在每个面中确定，以及可考虑用于该或下一深度的扫描。

[0130] 因此，所述的设置或所述的方法允许在直接激光束写入期间补偿位移，或执行边界面位置(即工件的表面的位置)的检查。显然，在过强断开位置(off-position)的情况下发生写入处理的终止。

[0131] 因此，根据本发明的设备可在操作中执行以下步骤，这由显微镜控制单元18来控制：

[0132] 可基于所述进行的荧光样品校准来进行z驱动器41和纵向调节机构(如果存在)和可选(x，y，z)致动器的校准。

[0133] 在所谓的预扫描中，可在不同检查点处通过自动聚焦装置来扫描边界面，并确定的检查点的z位置。从这些z位置对面进行模型化，以确定在工件2和盖玻璃之间的边界面(即工件2的表面的面)的精确位置。如果存在从用于各个检查点的适配面的太大距离，则工件2可由于不足被拒绝，或可提供有指示扭曲的不同质量参数。对于这样的行为，显然地能够不仅使用一个检查点，而且还可按适当方式使用链接所有检查点的z偏差的适当测量。

[0134] 使得加工激光束14的焦点位于边界面上作为下一步骤，并且开始写入步骤。

[0135] 在轴扫描的情况下，在垂直于边界面的面中进行期望的激光束移动。只要还没有处理完整个三维体，在每个面之后存在横向移动，即接近边界面上的新的点。可选地，可通过自动聚焦来检查该点是否实际位于边界面上，以及是否必要进行校正。该校正还可通过以下方式进行：对于在预扫描期间确定的倾斜(如果做出具有代替面的曲面的适配)或工件2的扭曲的参考。对于该新的横向点，同样存在垂直于样品表面/边界表面的扫描。因此，处理下一面。

[0136] 在横向扫描的情况下，在平行于边界面的面中进行写入处理。一旦处理了该面，则接近新的轴位置，对于此可通过参照先前确定的边界面来对面进行模型化。

[0137] 一旦通过轴扫描或横向扫描弯曲处理了样品，则完成加工处理。

[0138] 以下应用于具有自动聚焦装置的显微镜1的所有实施例或操作模式：

[0139] 显然，与获取范围或定位精度的调节相关的上述修改不仅用于图7的配置中，而且用于所有实施例中。

[0140] 为了在在线跟踪(即调制对象的图像)期间通过结构化的照射生成最低可能的影响，可将带图案投射至样品上，作为在快速序列(＞30Hz)中以交替方式横向设置的调制对象。在两个位置的情况下，这可以是180°的相移，以及在三个位置的情况下，可以是120°的相移。在使用电子光调制(获得关于时间平均值的均匀照射)时，可容易地在触发中调节光栅结构(即光栅对比度、占空比)。最佳光栅结构到分别使用的物镜20或其NA或倍率的调节也是可能的。

[0141] 还有利地具有可调节的、特别可控制的光调制器28，并因此可变自动聚焦照射结构在找到边界面之后，仅照射对象场的关注区域。可增加用于跟踪设备的图像对比度，可选地还增加用于正常检测通道的图像对比度。

[0142] 在自动聚焦和跟踪系统的变形中，使用计算控制和评估装置(例如计算机)，其执行信号分析和致动器控制(z驱动、(x，y，z)表、滤波等)。可通过固件或软件实现评估和控制。该控制和评估装置执行这里说明的整个序列控制。

[0143] 代替可调节的(例如电可开关的)光调制器(例如LCD、DMD)，还可使用静态光调制器(透射或相栅)。可使用可倾斜平面的板或其他设备，将投射的调制对象移动到样品侧。光栅的交换也是可能地，以结合地实现光栅常数或结构的变形。如上所述，也可使用平面的光栅结构，其具有几个不同光栅周期，例如具有不同光栅频率的两个至十个相邻设置的条形光栅。这通过实例示出了光调制器也可以是线形的，并且不必是二维。

[0144] 由于根据本发明的自动聚焦方法优选地通过平面(二维)的相机来工作，所以可通过评估几个线路来进行噪声抑制，或在几个光栅线路的情况下，可通过读出不同相机线来选择对于每个应用的最佳适当光栅，而不必做出任何机械改变(例如光栅的交换)。原理上，垂直于光轴设置的光调制器28可更加容易地实现为透射调制器，而倾斜的光调制器28更容易实现为反射调制器。如果通过跟踪系统检测很小的对象，则足够高频率照射调制不再可能。在这种情况下，还可按空间非调制方式照射，以及仅评估散射的或反射的信号的强度。除了CCD相机之外，可将CMOS和所有其他类型的数码相机看作空间分解检测器。

[0145] 自动聚焦装置自动地聚焦样品的特定区域，或将其保持在对象的焦面中。为此，可预定边界面和相关工件面之间的偏移(典型地，0...1000μm)。如果该偏移逐步改变，则如上所述，按与边界面通常定义的和控制的距离三维地加工工件。

[0146] 在本说明书中描述了这样的方法步骤或空间操作模式，他们通过属于自动聚焦装置的控制装置(例如通过控制装置18)来实现。

[0147] 为了能够通过自动聚焦装置在样品中尽可能地测量，相机15可相对于不同光轴(例如图7中的光轴OA2)不对称地设置，从而获得不对称拍摄范围。例如，当边界面与物镜20的设置焦面一致时，对比度最大值可初始地接近于获取范围的边缘。然后，拍摄范围的其他边缘相应于边界面到设置焦面(其中仍旧可固定焦点)的最大距离，即最大保持区域。

[0148] 根据物镜的倍率，可实现10μm至10mm的获取和保持范围。依据物镜的倍率或数值孔径，在z面中的分辨率是5nm至5μm。z分辨率通常是所使用的物镜20的景深的五倍。

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激光束交织-专利编号CN106886086A	2020-05-11	936
激光束加工设备-专利编号CN101007368B	2020-05-13	168
交织激光束-专利编号CN102227669A	2020-05-13	852
激光束焊接-专利编号CN103298581A	2020-05-12	990
激光束焊接-专利编号CN103298581B	2020-05-11	901
激光束定位系统-专利编号CN102834904B	2020-05-13	653
交织激光束-专利编号CN102227669B	2020-05-11	859
激光束交织-专利编号CN102227670A	2020-05-12	249
激光束加工-专利编号CN101868320A	2020-05-11	607
激光束加工-专利编号CN101868320B	2020-05-12	195

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