DE10159221B4 - Mikroskop - Google Patents

Abstract

Mikroskop
– mit einer ortsfesten Halterung (13) für ein zu untersuchendes, im Wesentlichen flächig ausgebildetes Objekt (14) mit einer gegenüber Breite und Tiefe geringen Höhe,
– und mit einem in einem Objektivkopf gehaltenen Objektiv (30), das zusammen mit dem Objektivkopf parallel über das flächig ausgebildete Objekt führbar ist,
dadurch gekennzeichnet,
– dass das Mikroskop eine Befestigungseinrichtung aufweist, mit der das Mikroskop an der vertikalen Wand eines Arbeitsraumes befestigbar ist,
– dass die Halterung (13) das Objekt (14) dabei lotrecht ausgerichtet haltert und
– dass der Objektivkopf beweglich auf einer die Halterung (13) überspannenden Traverse (17a) gehalten ist.

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf ein Mikroskop mit einer Halterung für Objekte mit einer im Wesentlichen flach ausgebildeten Oberfläche und mit einem in einem Objektivkopf gehaltenem Objektiv, wobei der Objektivkopf und die Halterung in einer Ebene bewegbar relativ zueinander angeordnet sind.
• Aus der deutschen Patentanmeldung DE 196 01 731 A1 ist beispielsweise ein Mikroskop mit einem C-förmigen Stativ bekannt, welches sich zur Untersuchung von Objekten mit im Wesentlichen flach ausgebildeten Oberflächen eignet. Dies können z. B. so genannte Wafer oder auch bestückte Leiterplatten der Elektronikindustrie sein. Die optische Untersuchung dieser Bauteile erfolgt aus Gründen der Qualitätssicherung sowie deren Vermessung. Um eine Untersuchung mehrerer Bereiche des jeweils zu prüfenden Objektes zu ermöglichen, ist bei dem Mikroskop gemäß DE 196 01 731 A1 ein Objekttisch vorgesehen, der in einer horizontalen Ebene innerhalb des C-förmig ausgebildeten Stativs bewegt werden kann. Dabei wird die Beweglichkeit des Objekttisches durch den Vertikalteil des Stativs begrenzt, da der Objekttisch bei der Verstellung in Richtung des Vertikalteils an diesen anstößt. Um den Verstellbereich zu vergrößern, besitzt der Vertikalteil daher einen Einschnitt, in den das Objekt bzw. der Objekttisch hineingefahren werden kann.
• Gemäß der EP 0 207 106 B1 ist ein Mikroskop beschreiben, dessen Halterung für das zu untersuchende Objekt senkrecht im Rahmenstativ des Mikroskops angeordnet ist. Die Optik zur Untersuchung des Objektes ist derart ausgerichtet, dass der Strahlengang durch das Objektiv des Mikroskops waagerecht Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Mikroskop eine Befestigungseinrichtung zur Anbringung mit lotrechter Ausrichtung der Halterung aufweist. Hierdurch ergibt sich die Möglichkeit, das Mikroskop Platz sparend an einer lotrechten Fläche, also z. B. der Wand eines Labors unterzubringen. Der Platzbedarf für das Mikroskop im Bezug auf die Bodenfläche des Labors wird also nur unwesentlich durch die flächenmäßige Ausdehnung der Halterung beeinflusst, welche die Grenzen für die Größe der zu untersuchenden Objekte definiert.
• Eine andere Möglichkeit der Befestigung des Mikroskops besteht darin, dies auf einem Rollwagen anzubringen. Damit kann das Mikroskop vorteilhafterweise ohne Aufwand an verschiedenen Orten eingesetzt werden.
• Vorteilhaft ist es auch, das Mikroskop schwenkbar zu befestigen. Die Schwenkachse ist dabei so angeordnet, dass das Mikroskop wahlweise in eine Lage mit lotrechter Ausrichtung der Halterung oder eine Lage mit horizontaler Ausrichtung der Halterung gebracht werden kann. Damit wird vorteilhaft die Bestückung der Halterung mit dem zu untersuchenden Objekt durch Bringen in die horizontale Lage vereinfacht. Außerdem können in horizontaler Lage beispielsweise auch Leiterplatten mit Bauelementen, die nur vorläufig fixiert sind und bei lotrechter Anordnung der Leiterplatte verrutschen können, untersucht werden.
• Die Halterung und der Objektivkopf sind relativ zueinander beweglich. Der Vorteil einer solchen Anordnung liegt darin, dass die Halterung für das Objekt mit vergleichsweise großer Masse ortsfest bleiben kann, während der relativ leichte Objektivkopf mit dem Objektiv über das Objekt bewegt wird; der Objektivkopf weist dabei unabhängig von der verläuft und daher in einem rechten Winkel zur Ausrichtung des Objektes in der Objekthalterung liegt. Die Objekthalterung wird vor dem feststehenden Objektiv verschoben, so dass der Betrachter verschiedene Bereiche des Objektes optisch untersuchen kann.
• Weiterhin ist in der EP 0 169 387 B1 ein Mikroskop beschrieben, welches eine horizontal ausgerichtete Objekthalterung beispielsweise für einen Wafer aufweist. Oberhalb dieser Halterung lässt sich ein Objektiv parallel zur Oberfläche des Wafers bewegen, wobei das Okular des Mikroskops dabei ortsfest bleibt, um eine Betrachtung des Objektes bequemer zu machen. Um die sich dabei verändernden Distanzen zwischen Okular und Objektiv optisch auszugleichen, wird in dem Strahlengang des Mikroskops ein afokales Relais-Linsensystem vorgesehen, welches innerhalb des zulässigen Bereiches für die Distanzveränderung zwischen Okular und Objektiv eine gleich bleibende Vergößerungsleistung des Mikroskops gewährleistet.
• Aufgabe der Erfindung ist es, ein Mikroskop zur Untersuchung großer Objekte zur Verfügung zu stellen, bei dem die Masse der bewegten Teile relativ klein ist.
• Größe des Objektes ein definiertes, stets gleiches Gewicht auf. Dadurch kann mit vergleichsweise geringem konstruktiven Aufwand vorteilhaft erreicht werden, dass die Vorrichtung genügend steif ist, um eine zitterfreie Untersuchung des Objektes zu gewährleisten.
• Mit dem erfindungsgemäßen Mikroskop lassen sich Objekte mit einer im Wesentlichen flach ausgebildeten Oberfläche untersuchen. Hiermit ist gemeint, dass diese Objekte bezogen auf ihre Gesamtabmessungen flach ausgebildet sind, d. h. im Verhältnis zu ihrer Flächenausdehnung eine geringe Höhe aufweisen. Dies ist z. B. bei Wafern oder auch bestückten Leiterplatten der Fall. Makroskopisch betrachtet lässt sich vor diesem Hintergrund die an sich zerklüftete Oberfläche einer mit Bauelementen bestückten Leiterplatte als flach bezeichnen, da die Höhenunterschiede im Bezug auf die Flächenausdehnung der Leiterplatte gering ausfallen. Damit lässt sich eine Untersuchung einer solchen Leiterplatte ohne weiteres durch eine Verschiebung des Objektivkopfes in einer Ebene parallel zu der durch die Leiterplatte gebildeten Oberfläche erreichen. Selbstverständlich ist das Objektiv dabei in an sich bekannter Weise auch mit einer Höhenverstellung zur Fokussierung des zu untersuchenden Objektes ausgestattet. Voraussetzung für die Untersuchbarkeit des gesamten Objektes ist also, dass dieser axiale Objektiwerstellbereich genügend groß ist, um die Höhenunterschiede des im Wesentlichen flach ausgebildeten Objektes zu überbrücken.
• Gemäß einer weiteren günstigen Ausgestaltung der Erfindung ist die Halterung von einer quer zu ihrer Längsausrichtung beweglichen Traverse überspannt, auf der der Objektivkopf beweglich angebracht ist. Mit Hilfe dieser Einrichtung lässt sich der Objektivkopf in einem X-Y-Koordinatensystem innerhalb des zur Verfügung stehenden Verstellbereiches bewegen. Die Traverse kann vorteilhaft an ihren Enden auf den Rändern der Halterung abgestützt werden, wodurch sich eine besonders steife Konstruktion ergibt.
• Es ist weiterhin vorteilhaft, dass der Objektivkopf drehbar um eine optische, Mittelachse des Objektives ist. Hierdurch kann neben den X-Y-Koordinaten – beispielsweise durch Vorsehen einer Winkelskala am Objektivkopf – zusätzlich eine Winkelkoordinate γ eingeführt werden, wodurch sich der Winkelversatz von auf einer Leiterplatte montierten Bauelementen überprüfen lässt. Die Drehbarkeit des Objektivkopfes ist durch dessen begrenzte Abmessungen ohne weiteres realisierbar, während einer Verdrehbarkeit des Objektes auf einem Objekttisch eines Mikroskops gemäß dem Stand der Technik aufgrund der wesentlich größeren Abmessungen zu enormen Problemen führen würde.
• Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist ein automatischer Antrieb für die Traverse und den Objektivkopf vorgesehen, womit keine manuelle Einstellung erfolgen muss. Zu diesem Zweck können an der Traverse beispielsweise Linearmotoren angeordnet sein, die die automatische Verstellung mittels einer elektrischen Energieversorgung bewerkstelligen. Eine andere Möglichkeit ist die Anbringung von Schrittmotoren. Ein automatischer Antrieb birgt die Vorteile einer komfortablen Handhabung des Mikroskops und einer präzisen Verstellmöglichkeit für den Objektivkopf. Wird der automatische Antrieb abgeschaltet, kann selbstverständlich auch eine manuelle Verstellung des Objektivkopfes vorgenommen werden.
• Weiterhin ist es günstig, wenn der Antrieb selbsthemmend ausgeführt ist. Unter dieser Voraussetzung muss der Objektivkopf nach Erreichen der gewünschten Position nicht arretiert werden, weil das Abschalten des Antriebs zu einer Fixierung desselben führt.
• Gemäß einer günstigen Ausgestaltung der Erfindung ist eine Informationsschnittstelle am Objektiv für eine Anzeigevorrichtung, insbesondere einen Bildschirm, vorgesehen. Hierbei wird das Objektiv mit einer Kamera versehen, die das stark vergrößerte Bild an die Anzeigevorrichtung weitergibt. Diese Anzeigevorrichtung kann beispielsweise zusammen mit dem Mikroskop an der Wand befestigt werden und ermöglicht insbesondere die Verwendung des Mikroskops in Schulungsräumen. Zu diesem Zweck kann die Anzeigevorrichtung außerdem die aktuellen Koordinaten des Objektivkopfes anzeigen.
• Vorteilhaft ist der Antrieb fernsteuerbar. Dies ist besonders bei der Verwendung zu Schulungszwecken für eine einfache Verstellung des Objektivkopfes günstig, da das Schulungspersonal nicht direkt am Mikroskop arbeiten muss, sondern beispielsweise an einem Tisch vor dem Auditorium sitzen kann.
• Vorteilhaft kann weiterhin eine Koordinatenerkennung für die Lage des Objektivkopfes vorgesehen werden. Dies vereinfacht die Auswertung der Untersuchungsergebnisse. Bei der Verwendung von Schrittmotoren ist eine einfache Koordinatenerkennung möglich, da die durch die Schrittmotoren durchgeführten, diskreten Änderungen ausgewertet werden können. Die Koordinatenerkennung ist jedoch auch mit Hilfe einer gesonderten Messeinrichtung möglich, welche beispielsweise gekerbte Glasmessstäbe aufweisen kann.
• Die Halterungen können beispielsweise auch so dimensioniert werden, dass Schablonen zur Erzeugung von gedruckten Schal tungen auf Leiterplatten mit den Standardmaßen von 736 × 736 mm untersucht werden können. Diese Untersuchung dient einer Qualitätsüberwachung der Schablonen, die einem gewissen Verschleiß unterworfen sind und daher rechtzeitig ausgewechselt werden müssen. Die Schablonen sind in 40 mm hohen Rahmen eingespannt, wobei diese Höhe im Bezug auf die genannte Grundfläche der Objekte im Sinne der Erfindung als im Wesentlichen flach angesehen werden kann.
• Weiterhin kann günstigerweise vorgesehen werden, dass das Mikroskop eine Höhenverstellung für die Halterung aufweist. Dies ist dann besonderes vorteilhaft, wenn das Objekt mit Hilfe von Okularen direkt durch das menschliche Auge betrachtet werden soll. Durch die großen Flächenabmessungen des Objektes ergeben sich bei einer senkrechten Verstellung des Objektkopfes große Höhenunterschiede, die durch den Betrachter schwer ausgeglichen werden könnten. Mittels der Höhenverstellung kann die gesamte Halterung mit dem darauf befestigten Objektivkopf derart senkrecht verstellt werden, dass die Okulare wieder in Augenhöhe des Betrachters gelangen. Außerdem lässt sich das Mikroskop damit auf Betrachter unterschiedlicher Körpergröße einstellen.
• Weiterhin ist gemäß einer günstigen Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass bewegliche Teile zur Erzeugung der Relativbewegung mit Gegengewichten versehen sind. Dies erlaubt ein besonders präzises Arbeiten bei der Verstellung des Objektkopfes, wenn das Mikroskop mit seiner Halterung lotrecht befestigt ist, da die Vorrichtung zur Bewegung des Objektkopfes statisch austariert ist, wodurch die notwendigen Kräfte zu deren Verstellung minimiert werden.
• Weitere Einzelheiten der Erfindung sollen anhand eines schematischen Ausführungsbeispiels beschrieben werden, wobei die ses Ausführungsbeispiel keine Beschränkung der Erfindung darstellt. Hierbei zeigen
• 1 die Aufsicht auf eine Ausführungsform eines an einer Wand befestigten Mikroskops und
• 2 die Seitenansicht des Mikroskops entsprechend dem Schnitt A-B in 1.
• In 1 ist ein Mikroskop 11 dargestellt, welches zwei Klemmschienen 12 aufweist, die an zwei Seiten einer Halterung 13 zur Befestigung eines Objektes 14 aufweisen. Dieses Objekt 14 besteht aus einer Leiterplatte 15, welche mit Bauelementen 16 versehen ist, die es zu untersuchen gilt. Zur Untersuchung ist ein Objektivkopf 17 vorgesehen, der Okulare 18 aufweist, die eine Betrachtung des Objektes 14 mit dem menschlichen Auge ermöglichen.
• Um eine Untersuchung des Objektes 14 in einer Einspannung zu ermöglichen, lässt sich der Objektivkopf mit Hilfe einer Traverse 19a in horizontaler Richtung und auf der Traverse 19a in vertikaler Richtung verschieben. Die Verschiebung auf der Traverse 19a erfolgt über eine weitere Traverse 19b, die lediglich zur Kraftübertragung und Stabilisierung vorgesehen ist. Beide Traversen 19a, b werden auf einer Seite mit Hilfe von Linearantrieben 20a, b verstellt und sind auf der gegenüberliegenden Seite in Linearführungen 21a, b geführt. Die Ansteuerung der Linearantriebe erfolgt über eine Fernsteuerung 22, die mittels Infrarotstrahlung Steuerimpulse an die Linearführungen sowie eine Anzeigevorrichtung 23, enthaltend einen Bildschirm 24 und Koordinatenanzeigen 25, sendet.
• Auf dem Objektiv kann eine nicht näher dargestellte Kamera befestigt sein, die mittels einer Infrarotschnittstelle 26 ein Bild an den Bildschirm 24 sendet.
• Neben den durch zweiseitige Pfeile angedeuteten translatorischen Bewegungsmöglichkeiten mit Hilfe der Linearantriebe 20a, b ist weiterhin eine Drehbewegung des Objektivkopfes 17 möglich. Diese erfolgt mittels eines nicht näher dargestellten Antriebes in der optischen Mittelachse des Objektives. Ist eine stereomikroskopische Untersuchung des Objektes vorgesehen, so ist unter der Mittelachse des Objektives die Mittelachse des Stereoobjektives zu verstehen, also die Winkelhalbierende zwischen den in einem für die Stereomikroskopie geeigneten Winkel angeordneten Einzelmittelachsen der beiden Einzelobjektive. Verlaufen diese Einzelmittelachsen parallel, so ist unter der Mittelachse eine zu beiden Einzelmittelachsen gleich beabstandete Parallele zu verstehen.
• Der 2 können weitere Einzelheiten des Objektivkopfes entnommen werden. Dieser kann zusätzlich mit einer Beleuchtung 28 ausgestattet werden, um die Untersuchung des Objektes zu vereinfachen. Außerdem ist ein auf einer Oberfläche 29 des Objektes 14 gerichtetes Objektiv 30 zu erkennen. Die Längsausrichtung der Traverse definiert weiterhin eine Ebene 31, welche parallel zur Oberfläche 29 des Objektes aufgespannt ist und innerhalb derer der Verstellbereich des Objektivkopfes 17 liegt. Außerdem ist eine Höhenverstellung 32 zu erkennen, die direkt an einer Wand 33 angebracht ist und aus einer Schiene 34 sowie Rollen 35 besteht, so dass das gesamte Mikroskop 11 parallel zur Wand verschoben werden kann.

Claims (8)

1. Mikroskop – mit einer ortsfesten Halterung (13) für ein zu untersuchendes, im Wesentlichen flächig ausgebildetes Objekt (14) mit einer gegenüber Breite und Tiefe geringen Höhe, – und mit einem in einem Objektivkopf gehaltenen Objektiv (30), das zusammen mit dem Objektivkopf parallel über das flächig ausgebildete Objekt führbar ist, dadurch gekennzeichnet, – dass das Mikroskop eine Befestigungseinrichtung aufweist, mit der das Mikroskop an der vertikalen Wand eines Arbeitsraumes befestigbar ist, – dass die Halterung (13) das Objekt (14) dabei lotrecht ausgerichtet haltert und – dass der Objektivkopf beweglich auf einer die Halterung (13) überspannenden Traverse (17a) gehalten ist.
2. Mikroskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Objektiv (30) um seine optische Achse drehbar ist.
3. Mikroskop nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Objektivkopf durch einen automatischen Antrieb auf der Traverse bewegbar ist, der vorzugsweise selbsthemmend ausgebildet ist.
4. Mikroskop nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb fernsteuerbar ist.
5. Mikroskop nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Objektiv eine Informationsschnittstelle für eine Anzeigevorrichtung, insbesondere für einen Bildschirm vorgesehen ist.
6. Mikroskop nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Koordinatenerkennung für die Lage des Objektivkopfes (17) vorgesehen ist.
7. Mikroskop nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Höhenverstellung (32) für die Halterung (13) vorgesehen ist.
8. Mikroskop nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die die Relativbewegung des Objektivkopfes gewährleisteten Teile mit Gegengewichten versehen sind.