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Zusatzgerät für Mikroskope zur Beobachtung von Flächen, welche annähernd parallel zur optischen Achse des Mikroskops liegen oder vom Objektiv abgewandt sind
Bei der Kontrolle von Bohrungen unter einem gewöhnlichen Mikroskop besteht immer die
Schwierigkeit, dass es einerseits nicht möglich ist, die Innenwand der Löcher unter genügend grossem
Raumwinkel zu beobachten, wie das etwa bei einem"Fischaugeobjektiv"der Fall ist, und dass anderseits die Tiefenschärfe so gering ist, dass man nachfokussieren muss, um die ganze Länge der
Bohrung beobachten zu können.
Es sind daher spezielle Methoden bekanntgeworden, mit denen durch geeignete Abänderung eines gewöhnlichen Mikroskops die Beobachtung der Innenwände von Bohrungen ermöglicht wurde. Bei einer bekannten Einrichtung befindet sich in der Bohrung ein Rechtwinkelprisma, das die von der
Bohrungswand ausgehenden Abbildungsstrahlen um 900 umlenkt und in das Objektiv eines darüber angebrachten Mikroskops bringt.
In einer zweiten bekannten Einrichtung wird durch Beobachtung des konoskopischen Bildes, also der hinteren Brennebene eines kurzbrennweitigen Objektivs, mit Hilfe einer Bertrandlinse die Wirkung eines Fischauges erzielt. Bringt man eine Bohrung unter das Mikroskop, so sieht man bei genügend hoher numerischer Apertur des Objektivs in der hinteren Brennebene die Innenwand der Bohrung.
In einer dritten bekannten Einrichtung wird schliesslich die Wand der Bohrung über einen konvexen Spiegel, beispielsweise eine Kugellagerkugel, abgebildet, wobei das im konvexen Spiegel entstehende virtuelle Bild der Bohrung mittels nachgeschalteter Optiken erfasst oder reell abgebildet werden kann.
Die Verwendung eines Rechtwinkelprismas ist deswegen ungünstig, weil man je nach Drehstellung des Prismas immer nur einen begrenzten Teil der Bohrungswand sieht.
Die Beobachtung des konoskopischen Bildes hat den Nachteil, dass einerseits eine relativ aufwendige optische Einrichtung verwendet werden muss, um die Fischaugewirkung zu erreichen, anderseits aber trotzdem die Bildqualität schlecht ist, da es schwierig ist, in einem Mikroskopobjektiv die Pupille von Aberrationen, insbesondere von Astigmatismus freizuhalten. Darüber hinaus ist es nicht möglich, falls der Prüfling, im grossen gesehen, plattenförmig ist, ausser der Bohrung auch die benachbarten Zonen sowohl der Ober-als auch der Unterseite zu untersuchen, wie dies beispielsweise bei der Prüfung der Durchkontaktierung von gedruckten Schaltungen notwendig ist.
Die dritte bekannte Einrichtung, bei der die Bohrung über einen Konvexspiegel abgebildet wird, vermeidet zwar die Nachteile der aufwendigen optischen Einrichtung und der schlechten Bildqualität. Sie hat aber in den bisher bekannten Ausführungsformen den Nachteil, dass einerseits, wenn der konvexe Spiegel in die Bohrung eintaucht, ein Weiterschieben des Objekts zur nächsten Bohrung nicht möglich ist, anderseits bei Anbringung des konvexen Spiegels unterhalb der Bohrung, das Bild der Bohrung zu klein erscheint. Schliesslich sind in den bisher bekannten Ausführungsformen keine Beleuchtungseinrichtungen beschrieben worden, die eine wirkungsvolle Beleuchtung der Bohrung und der Umgebung der Bohrung auf der Ober-und Unterseite der Platte ermöglichen.
Ziel der Erfindung war es, ein Zusatzgerät für Mikroskope zu entwickeln, das zur Beobachtung
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von Flächen dient, welche annähernd parallel zur optischen Achse des Mikroskops liegen oder vom
Objektiv abgewandt sind, beispielsweise Bohrungen, Flanken von Zahnrädern oder die Hinterseite von
Platten durch eine Öffnung dieser Platten hindurch, wobei die Abbildung dieser Flächen mit Hilfe eines konvexen Spiegels erfolgt. Dies wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass der Spiegel auf einem in
Richtung der optischen Achse des Mikroskops relativ zum Objektiv und zum Prüfling verschiebbaren unterhalb des Prüflings liegenden Träger, beispielsweise dem Kondensator angebracht ist. Dieser konvexe
Spiegel kann in an sich bekannter Weise von einer Kugellagerkugel gebildet werden.
Die Anbringung des konvexen Spiegels am Kondensorträger bietet bei der Untersuchung von
Löchern in Platten den Vorteil, dass sich die konvexe Fläche für die Verschiebung des Objekts von einer
Bohrung zur andern sowie für die grobe Beobachtung der Bohrung und ihrer Umgebung auf der dem
Objektiv abgewandten Seite der Platte völlig ausserhalb der Bohrung befindet, während zur genaueren
Untersuchung der Bohrung und ihrer Umgebung der konvexe Spiegel durch Betätigung des
Kondensortriebs in die Bohrung eingetaucht werden kann. Man erhält dadurch ein wesentlich grösseres
Bild der Bohrung, dessen Schärfe, falls nötig, durch leichtes Nachfokussieren des Mikroskops nachgestellt werden kann.
Während es also erfindungsgemäss möglich ist, durch diese Zoom-Wirkung Bohrung und
Unterseite der Platte mit verschiedenen Vergrösserungen zu beobachten, kann man anderseits durch grobes Nachfokussieren des Mikroskops auf die Oberseite der Platten scharf einstellen und daher auch dort die Umgebung der Bohrungen beobachten. Umgekehrt ergibt sich daraus die Möglichkeit, die
Oberfläche einer Platte unter dem Mikroskop abzusuchen und nach Auffinden der Bohrung durch
Nachfokussieren auf die Innenwand und Hinterseite scharf einzustellen.
Die Beleuchtung einer Bohrung sowie der Ober-und Unterseite einer Platte kann nur dann wirksam durchgeführt werden, wenn der beleuchtende und der abbildende Strahl annähernd dem Gesetz
Einfallswinkel = Reflexionswinkel gehorchen.
Aus diesem Grund wird die dem Objektiv abgewandte Seite des Prüflings erfindungsgemäss über einen an dieser Seite des Prüflings angebrachten, an sich bekannten Mikroskopkondensor beleuchtet, der gleichzeitig als Halterung für den konvexen Spiegel dient.
Aus demselben Grund erfolgt erfindungsgemäss die Beleuchtung der Bohrung und der Oberseite des Prüflings über eine Beleuchtungseinrichtung von der Seite des Mikroskopobjektivs her, welche ein zur optischen Achse geneigtes Strahlenbündel erzeugt. Diese Beleuchtungseinrichtung kann beispielsweise als an sich bekannte Auflicht-Dunkelfeldbeleuchtung ausgeführt sein.
Weiters ist es erfindungsgemäss möglich, dass der Träger des konvexen Spiegels und/oder der Prüfling senkrecht zur optischen Achse verschiebbar angeordnet sind. Durch diese seitliche Verschiebung tritt ein "Umkippen" des Bildes der Bohrung ein, wodurch diese einseitig besonders gut beobachtet werden kann. Erfindungsgemäss kann man diesen Effekt in der Weise besonders gut ausnutzen, dass die senkrecht zur optischen Achse vorgesehene Verschiebung durch Rotation um eine parallel zur optischen Achse des Mikroskops verlaufende Achse erfolgt. Dadurch ist es möglich, kritische Objekte in dieser zur optischen Achse parallelen Achse anzuordnen und bei Drehung die Wand der Bohrung einseitig schrittweise abzutasten.
Zur näheren Erläuterung der Erfindung dienen die schematischen Darstellungen in Fig. l und 2.
Fig. l zeigt das Prinzip der Abbildung über den konvexen Spiegel : in oder nahe der optischen Achse--l--des Mikroskops (von dem der Übersichtlichkeit halber nur das Objektiv--2-dargestellt ist) und vom Objektiv --2-- weiter entfernt als der plattenförmige Prüfling--3-befindet sich ein reflektierender konvexer Spiegel--4--, dessen Oberfläche ein virtuelles Bild --5-- des Prüflings --3-- erzeugt. Zur Abbildung gelangen dabei sowohl die Bohrungswand --11-- als auch die Hinterseite--9--des Prüflings--3--. Beispielsweise entsprechen die Punkte - -6, 7 und 8--des Prüflings-3-den Punkten-6', 7' und 8'-seines virtuellen Bildes-5-.
Für den Punkt--7--ist die Konstruktion des Bildpunktes --7'-- strahlenoptisch durchgeführt. Das virtuelle Bild-5-ist ein torusartiges Gebilde, das über das Objektiv --2-- zur Abbildung gelangt.
Die Fig. 2 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Sie stellt ein gewöhnliches Durchlichtmikroskop dar, bestehend aus seinen wichtigsten Teilen Lichtquelle--12--, Kollektor --13--, höhenverstellbarem Kondensor--14--, zentrierbarem Drehtisch--15--, Objektiv --2--, Tubus--16--und Okular--17--. Dieses Gerät wird nun in folgender Weise modifiziert :
1. Auf der Oberseite des Kondensators--14--ist eine Kugellagerkugel--4--befestigt, die von einem Plexiglasplättchen--18--gehalten wird.
Das aus dem Kondensor--14--austretende Licht der Lichtquelle--12--trifft so auf die Unterseite des Prüflings--3--auf, dass die dort reflektierten Strahlen auf die Kugel--4--und nach Reflexion an der Kugel in das Objektiv--2--
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gleichmässig hell beleuchtet wird. Das von der Innenwand der Bohrung reflektierte Licht trifft auf die Kugel-4-und gelangt schliesslich nach Reflexion an der Kugel in das Objektiv-2-. Man sieht auf diese Weise die Innenwand der Bohrung in Hellfeldbeleuchtung. Schliesslich kann man, beispielsweise durch Absenken des Tisches den Abstand zwischen Objektiv--2--und Prüfling--3--so weit vergrössern, dass die Oberseite des Prüflings-3--im Mikroskop scharf
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wird.
Durch Verstellung des Kondensors--14--mit dem reflektierenden Körper--4-in Richtung der optischen Achse durch bekannte aber nicht dargestellte Mittel, kann der Abstand zwischen Prüfling - und reflektierendem Körper--4--verändert werden, wodurch die Vergrösserung der Bohrung im Mikroskop verändert wird. Weiters kann der Prüfling --3-- auf dem Objekttisch - senkrecht zur optischen Achse verschoben werden, etwa dadurch, dass einer der bekannten Objektführer verwendet wird, wodurch ein "Kippen" des Bildes der Bohrung auftritt.
Schliesslich kann auch durch seitliche Verschiebung der Drehachse des zentrierbaren Drehtisches--15--der Prüfling um eine ausserhalb der optischen Achse liegende und zu dieser parallele Achse gedreht werden, wodurch das "gekippte" Bild schrittweise den ganzen Umfang der Bohrung abtastet.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Zusatzgerät für Mikroskope zur Beobachtung von Flächen, welche annähernd parallel zur optischen Achse des Mikroskops liegen oder vom Objektiv abgewandt sind, beispielsweise Bohrungen, Flanken von Zahnrädern oder die Hinterseite von Platten durch eine Öffnung dieser Platten hindurch,
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