DE102010061786A1

DE102010061786A1 - Microscope illumination and microscope

Info

Publication number: DE102010061786A1
Application number: DE201010061786
Authority: DE
Inventors: Michael Stockmann; Detlef Gerhard; Ralf Heim; Anton Schick
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2010-11-23
Filing date: 2010-11-23
Publication date: 2012-05-24
Also published as: EP2619620A1; WO2012069367A1

Abstract

Die Mikroskopbeleuchtung (1) weist mindestens eine Halbleiterlichtquelle (2) und mindestens ein Lichtmischelement (3) mit mindestens einer Lichteintrittsfläche (4) und mindestens einer Lichtaustrittsfläche (5) auf, wobei die mindestens eine Lichteintrittsfläche (4) zum Eintritt von Licht (L) der mindestens einen Halbleiterlichtquelle (2) eingerichtet und angeordnet ist und die Lichtaustrittsfläche (5) rechteckig ist und aus der Lichtaustrittsfläche (5) austretendes Licht (6) im Wesentlichen homogen ist. Das Mikroskop (M) weist mindestens eine Mikroskopbeleuchtung (1) und mindestens einen TDI-Sensor (N) für eine Bildaufnahme auf.The microscope lighting (1) has at least one semiconductor light source (2) and at least one light mixing element (3) with at least one light entry surface (4) and at least one light exit surface (5), the at least one light entry surface (4) for the entry of light (L) the at least one semiconductor light source (2) is set up and arranged and the light exit surface (5) is rectangular and the light (6) emerging from the light exit surface (5) is essentially homogeneous. The microscope (M) has at least one microscope light (1) and at least one TDI sensor (N) for taking an image.

Description

Die Erfindung betrifft eine Mikroskopbeleuchtung, aufweisend mindestens eine Lichtquelle und mindestens ein Lichtmischelement mit mindestens einer Lichteintrittsfläche und mindestens einer Lichtaustrittsfläche, wobei die mindestens eine Lichteintrittsfläche zum Eintritt von Licht der mindestens einen Lichtquelle eingerichtet und angeordnet ist und aus der Lichtaustrittsfläche austretendes Licht im Wesentlichen homogen ist. Die Erfindung betrifft ferner ein Mikroskop mit mindestens einer solchen Mikroskopbeleuchtung und mindestens einen TDI-Sensor für eine Bildaufnahme.The invention relates to a microscope illumination, comprising at least one light source and at least one light mixing element having at least one light entrance surface and at least one light exit surface, wherein the at least one light entry surface is arranged and arranged for the entry of light of the at least one light source and light emerging from the light exit surface is substantially homogeneous , The invention further relates to a microscope with at least one such microscope illumination and at least one TDI sensor for image acquisition.

Bei der Halbleiterfertigung wird eine Qualität fertiger Schaltungen optisch mit einem Mikroskop inspiziert. Damit eine Qualitätskontrolle zuverlässig und in möglichst kurzer Zeit durchgeführt werden kann, erfolgt sie mittels einer automatischen optischen Inspektion. Eine erforderliche hohe Geschwindigkeit der Bildaufnahme kann mit Zeilenkameras erreicht werden, welche ein Bild eines zu inspizierenden Objekts aufnehmen, während sich dieses unter dem Mikroskop vorbei bewegt. Die Zeilenkameras unterstützen diese Objektbewegung durch eine Verwendung von sog. TDI(”Time Delayed Integration”)-Sensoren. Dieser Sensortyp integriert die Signale von Objekten mit konstanter Geschwindigkeit über einen vorbestimmten Zeitraum und stellt auf diese Weise eine bei einer kurzen Belichtungszeit erforderliche Empfindlichkeit zur Verfügung. Trotz der hohen Empfindlichkeit der TDI-Sensoren müssen die Objekte wegen der typischerweise sehr kurzen Belichtungszeiten intensiv beleuchtet werden. Dazu werden bisher Hochdruck-Gasentladungslampen eingesetzt.In semiconductor manufacturing, a quality of finished circuits is visually inspected with a microscope. So that a quality control can be carried out reliably and in the shortest possible time, it takes place by means of an automatic optical inspection. A required high speed of image acquisition can be achieved with line scan cameras which capture an image of an object to be inspected as it passes under the microscope. The line scan cameras support this object movement by using so-called TDI (Time Delayed Integration) sensors. This type of sensor integrates the signals of objects at a constant speed over a predetermined period of time, thus providing a sensitivity required at a short exposure time. Despite the high sensitivity of the TDI sensors, the objects must be intensively illuminated because of the typically very short exposure times. For this purpose, high-pressure gas discharge lamps have hitherto been used.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Beleuchtung für ein Mikroskop bereitzustellen, insbesondere zur Verwendung bei einer Qualitätskontrolle.It is the object of the present invention to provide improved illumination for a microscope, in particular for use in quality control.

Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind insbesondere den abhängigen Ansprüchen entnehmbar.This object is achieved according to the features of the independent claims. Preferred embodiments are in particular the dependent claims.

Die Aufgabe wird gelöst durch eine Mikroskopbeleuchtung oder Mikroskopbeleuchtungseinrichtung, aufweisend mindestens eine Halbleiterlichtquelle und mindestens ein Lichtmischelement mit mindestens einer Lichteintrittsfläche und mindestens einer Lichtaustrittsfläche, wobei die mindestens eine Lichteintrittsfläche zum Eintritt von Licht der mindestens einen Halbleiterlichtquelle eingerichtet und angeordnet ist, die Lichtaustrittsfläche rechteckig ist und das aus der Lichtaustrittsfläche austretendes Licht eine im Wesentlichen homogene Intensitätsverteilung aufweist. Die Intensitätsverteilung ist dabei von der Anwendung abhängig. In einer typischen Anwendung beträgt die absolute Intensitätsschwankung auf Lichtaustrittsfläche bezogen weniger als 5%, insbesondere weniger als 1%.The object is achieved by a microscope illumination or microscope illumination device, comprising at least one semiconductor light source and at least one light mixing element having at least one light entrance surface and at least one light exit surface, wherein the at least one light entry surface is arranged and arranged for the entry of light of the at least one semiconductor light source, the light exit surface is rectangular and the light emerging from the light exit surface has a substantially homogeneous intensity distribution. The intensity distribution depends on the application. In a typical application, the absolute intensity variation with respect to the light exit surface is less than 5%, in particular less than 1%.

Diese Mikroskopbeleuchtung weist den Vorteil auf, dass ihre Lebensdauer von bisher ca. 500 Stunden auf typischerweise 10000 Stunden erhöht werden kann. Zudem ergeben sich die Vorteile, dass eine Mikroskopbeleuchtung mit einer besonders kompakten Bauform ermöglicht wird, dass durch eine Variation einer Zahl der Halbleiterlichtquellen ein Lichtstrom bis zu einem maximalen Wert, der durch die Größe der zu prüfenden Fläche und der Apertur des Mikroskopobjektives bestimmt ist, skalierbar ist und dass durch eine Variation einer Anordnung der Halbleiterlichtquellen eine Form einer Lichterzeugungsfläche flexibel gestaltbar ist. Insbesondere falls eine einzelne Halbleiterlichtquelle nicht den Lichtstrom und/oder eine Leistungsdichte einer Gasentladungslampe erzeugen kann, können mehrere Halbleiterlichtquellen zur Beleuchtung verwendet werden.This microscope illumination has the advantage that its life can be increased from previously about 500 hours to typically 10,000 hours. In addition, there are the advantages that a microscope illumination with a particularly compact design is made possible by a variation of a number of semiconductor light sources, a luminous flux up to a maximum value, which is determined by the size of the surface to be tested and the aperture of the microscope objective, scalable and that by a variation of an arrangement of the semiconductor light sources, a shape of a light generation surface can be flexibly shaped. In particular, if a single semiconductor light source can not produce the luminous flux and / or a power density of a gas discharge lamp, a plurality of semiconductor light sources may be used for illumination.

Das Lichtmischelement kann insbesondere ein optisches Element sein, welches über seine Lichteintrittsfläche eintretendes Licht in seinem Inneren mischt, so dass das Licht vergleichmäßigt aus der Lichtaustrittsfläche austritt. Dabei kann die Vergleichmäßigung eine Homogenisierung einer Lichtintensität und, bei verschiedenfarbigem eintretenden Licht, einer Lichtfarbe umfassen.In particular, the light mixing element can be an optical element which mixes light entering through its light entry surface in its interior, so that the light exits in a uniform manner out of the light exit surface. In this case, the homogenization may comprise a homogenization of a light intensity and, in the case of differently colored incoming light, a light color.

Bevorzugterweise umfasst die mindestens eine Halbleiterlichtquelle mindestens eine Leuchtdiode. Bei Vorliegen mehrerer Leuchtdioden können diese in der gleichen Farbe oder in verschiedenen Farben leuchten. Eine Farbe kann monochrom (z. B. rot, grün, blau usw.) oder multichrom (z. B. weiß) sein. Auch kann das von der mindestens einen Leuchtdiode abgestrahlte Licht ein infrarotes Licht (IR-LED) oder ein ultraviolettes Licht (UV-LED) sein. Mehrere Leuchtdioden können ein Mischlicht erzeugen; z. B. ein weißes Mischlicht. Die mindestens eine Leuchtdiode kann mindestens einen wellenlängenumwandelnden Leuchtstoff enthalten (Konversions-LED). Die mindestens eine Leuchtdiode kann in Form mindestens einer einzeln gehäusten Leuchtdiode oder in Form mindestens eines LED-Chips vorliegen. Mehrere LED-Chips können auf einem gemeinsamen Substrat (”Submount”) montiert sein. Die mindestens eine Leuchtdiode kann mit mindestens einer eigenen und/oder gemeinsamen Optik zur Strahlführung ausgerüstet sein, z. B. mindestens einer Fresnel-Linse, Kollimator, und so weiter. Anstelle oder zusätzlich zu anorganischen Leuchtdioden, z. B. auf Basis von InGaN oder AlInGaP, sind allgemein auch organische LEDs (OLEDs, z. B. Polymer-OLEDs) einsetzbar. Alternativ kann die mindestens eine Halbleiterlichtquelle z. B. mindestens einen Diodenlaser aufweisen.Preferably, the at least one semiconductor light source comprises at least one light-emitting diode. If several LEDs are present, they can be lit in the same color or in different colors. A color can be monochrome (eg red, green, blue, etc.) or multichrome (eg, white). The light emitted by the at least one light-emitting diode can also be an infrared light (IR LED) or an ultraviolet light (UV LED). Several light emitting diodes can produce a mixed light; z. B. a white mixed light. The at least one light-emitting diode may contain at least one wavelength-converting phosphor (conversion LED). The at least one light-emitting diode can be in the form of at least one individually housed light-emitting diode or in the form of at least one LED chip. Several LED chips can be mounted on a common substrate ("submount"). The at least one light emitting diode may be equipped with at least one own and / or common optics for beam guidance, z. At least one Fresnel lens, collimator, and so on. Instead of or in addition to inorganic light emitting diodes, z. Based on InGaN or AlInGaP, organic LEDs (OLEDs, eg polymer OLEDs) can generally also be used. Alternatively, the at least one semiconductor light source z. B. have at least one diode laser.

Es ist eine Ausgestaltung, dass die Mikroskopbeleuchtung mehrere in mindestens einer Reihe oder Zeile angeordnete Halbleiterlichtquellen, insbesondere Leuchtdioden, aufweist. Die Form der Reihe ist einer Form eines bei einer Inspektion zu beleuchtenden Bereichs oder Objektzeile angepasst. Somit kann dadurch, dass eine Licht emittierende Fläche oder Emissionsfläche aus einzelne Emitterflächen mehrerer Halbleiterlichtquellen zusammengefügt ist, die Form der Emissionsfläche der Form der zu beleuchtenden Fläche des Objekts bzw. der Form eines Lichtempfängers (insbesondere einer Kamera) zumindest grundsätzlich entsprechen. Diese Anordnung der Halbleiterlichtquellen ermöglicht eine wesentlich effektivere Beleuchtung der Objektzeile als mittels der Gasentladungslampe. Mittels der Gasentladungslampe kann nur ein kreisförmiges Objektfeld beleuchtet werden, von dem aber nur ein rechteckiger Ausschnitt entlang des Kreisdurchmessers genutzt wird. Daher ist es möglich, mit der angepassten Halbleiterlichtquellenbeleuchtung eine höhere Objektleuchtdichte als mit der Gasentladungslampe zu erzielen, und zwar trotz eines ggf. geringeren Ausgangslichtstroms der Halbleiterlichtquellen verglichen mit dem der Gasentladungslampe. It is an embodiment that the microscope illumination has a plurality of semiconductor light sources, in particular light-emitting diodes, arranged in at least one row or row. The shape of the row is adapted to a shape of an area or object line to be illuminated during an inspection. Thus, the fact that a light emitting surface or emission surface is composed of individual emitter surfaces of a plurality of semiconductor light sources, the shape of the emission surface of the shape of the surface to be illuminated of the object or the shape of a light receiver (in particular a camera) correspond at least in principle. This arrangement of the semiconductor light sources allows a much more effective illumination of the object line than by means of the gas discharge lamp. By means of the gas discharge lamp, only a circular object field can be illuminated, of which only a rectangular cutout along the circle diameter is used. Therefore, it is possible to achieve a higher object luminance with the adjusted semiconductor light source illumination than with the gas discharge lamp, despite a possibly lower output luminous flux of the semiconductor light sources compared to that of the gas discharge lamp.

Die Halbleiterlichtquellen können in einer oder in mehreren, insbesondere parallelen, Reihen angeordnet sein.The semiconductor light sources can be arranged in one or more, in particular parallel, rows.

Es ist eine Weiterbildung, dass das Lichtmischelement ein quaderförmiges Lichtmischelement ist. Dieses ermöglicht eine besonders effektive Lichtmischung, insbesondere für reihenförmig angeordnete Halbleiterlichtquellen.It is a development that the light mixing element is a cuboid light mixing element. This enables a particularly effective light mixture, in particular for row-like semiconductor light sources.

Es ist noch eine Ausgestaltung, dass das Lichtmischelement ein für das Licht totalreflektierender Körper ist. Das Lichtmischelement reflektiert also das in ihm laufende Licht an seiner Mantelfläche (d. h. insbesondere einer Oberfläche des Lichtmischelements außer der Lichteintrittsfläche und der Lichtaustrittsfläche) aufgrund einer Totalreflexion. Dies ermöglicht eine besonders verlustarme Lichtführung.It is still an embodiment that the light mixing element is a totally reflecting body for the light. The light mixing element thus reflects the light passing through it on its lateral surface (that is to say in particular a surface of the light mixing element except for the light entry surface and the light exit surface) due to total reflection. This allows a particularly low-loss light guide.

Der totalreflektierende Körper kann insbesondere ein Glaskörper sein.In particular, the totally reflecting body may be a glass body.

Die Mantelfläche kann zumindest bereichsweise mit einer Mantelschicht belegt sein.The lateral surface may be covered at least in regions with a cladding layer.

Alternativ kann eine Mantelfläche des Lichtmischelements zumindest bereichsweise mit einer reflektierenden Beschichtung versehen sein.Alternatively, a lateral surface of the light mixing element may be provided at least in regions with a reflective coating.

Alternativ oder zusätzlich zu dem totalreflektierenden Körper als dem Lichtmischelement kann eine Streuscheibe als das Lichtmischelement in einem Beleuchtungsstrahlengang vorhanden sein.As an alternative or in addition to the totally reflecting body as the light mixing element, a diffusing screen may be present as the light mixing element in an illumination beam path.

Es ist eine für eine Qualitätskontrolle in der Halbleiterfertigung besonders bevorzugte Ausgestaltung, dass die Mikroskopbeleuchtung drei bis fünfzehn, insbesondere fünf bis zehn, in einer Reihe angeordnete Halbleiterlichtquellen aufweist. Hierdurch wird eine ausreichende Beleuchtungsstärke mit geringem Aufwand ermöglicht.It is a particularly preferred embodiment for quality control in semiconductor production that the microscope illumination has three to fifteen, in particular five to ten, semiconductor light sources arranged in a row. As a result, a sufficient illuminance is made possible with little effort.

Es ist noch eine weitere Ausgestaltung, dass die mindestens eine Halbleiterlichtquelle ein jeweiliger Leuchtdiodenchip (LED-Chip) ist. Die Leuchtdiodenchips lassen sich im Gegensatz zu einzeln gehäusten Leuchtdioden sehr dicht packen, was eine besonders kompakte und homogen abstrahlende Emissionsfläche ermöglicht.It is yet a further embodiment that the at least one semiconductor light source is a respective light-emitting diode chip (LED chip). In contrast to individually packaged light-emitting diodes, the light-emitting diode chips can be packaged very densely, which allows a particularly compact and homogeneously radiating emission surface.

Es ist ferner eine günstige Ausgestaltung, dass ein Aspektverhältnis der Lichteintrittsfläche und der Lichtaustrittsfläche zwischen ca. 5:1 und ca. 10:1 beträgt.It is furthermore a favorable configuration that an aspect ratio of the light entry surface and the light exit surface is between approximately 5: 1 and approximately 10: 1.

Es ist auch eine günstige Ausgestaltung, dass eine Breite B der Lichteintrittsfläche und der Lichtaustrittsfläche zwischen ca. 5 mm und ca. 10 mm beträgt und eine zugehörige Höhe H ca. 1 mm beträgt.It is also a favorable configuration that a width B of the light entry surface and the light exit surface is between about 5 mm and about 10 mm and an associated height H is about 1 mm.

Es ist außerdem eine Ausgestaltung, dass eine Tiefe T oder Länge des Lichtmischelements mindestens 10 mm, insbesondere zwischen ca. 50 mm und ca. 100 mm beträgt. So lässt sich eine immer noch kompakte Bauform bei einer gleichzeitig guten Lichtmischung erreichen. Je tiefer oder länger das Lichtmischelement gewählt wird, desto besser wird die Lichtmischung.It is also an embodiment that a depth T or length of the light mixing element is at least 10 mm, in particular between about 50 mm and about 100 mm. Thus, a still compact design can be achieved with a good light mixture at the same time. The deeper or longer the light mixing element is selected, the better the light mixture.

Allgemein kann eine Schwankung des Lichtstroms oder der Lichtintensität vorzugsweise in einem Bereich von 1 oder weniger gehalten werden.Generally, a fluctuation of the luminous flux or the light intensity may preferably be kept in a range of 1 or less.

Die Aufgabe wird auch gelöst durch ein Mikroskop, aufweisend mindestens eine Mikroskopbeleuchtung wie oben beschrieben und mindestens einen TDI-Sensor für eine Bildaufnahme. Jedoch ist die Erfindung nicht auf TDI-Sensoren beschränkt und kann z. B. auch übliche Bildpunktsensoren wie CCD-Sensoren usw. umfassen.The object is also achieved by a microscope having at least one microscope illumination as described above and at least one TDI sensor for image acquisition. However, the invention is not limited to TDI sensors and may, for. B. also include conventional pixel sensors such as CCD sensors, etc.

In den folgenden Figuren wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels schematisch genauer beschrieben. Dabei können zur Übersichtlichkeit gleiche oder gleichwirkende Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sein.In the following figures, the invention will be described schematically with reference to an embodiment schematically. In this case, the same or equivalent elements may be provided with the same reference numerals for clarity.

1 skizziert einen Grundaufbau eines Mikroskops zur Qualitätssicherung; 1 outlines a basic structure of a microscope for quality assurance;

2 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht eine Mikroskopbeleuchtung mit einer Gasentladungslampe als Lichtquelle nach dem Stand der Technik; 2 shows a sectional view in side view of a microscope illumination with a Gas discharge lamp as a light source according to the prior art;

3 zeigt eine erfindungsgemäße Mikroskopbeleuchtung in einer Draufsicht; und 3 shows a microscope illumination according to the invention in a plan view; and

4 zeigt die erfindungsgemäße Mikroskopbeleuchtung in einer Seitenansicht. 4 shows the microscope illumination according to the invention in a side view.

1 skizziert einen Grundaufbau eines Mikroskops M zur Qualitätssicherung. Das Mikroskop M weist eine Mikroskopbeleuchtung(seinrichtung) I auf, welche eine Lichtquelle Q aufweist. Von der Lichtquelle Q wird Licht L in Form eines Strahlbündels auf einen semipermeablen Spiegel S gestrahlt und dort in Richtung einer zu inspizierenden Probe P reflektiert. Dabei ist zwischen dem semipermeablen Spiegel S und der Probe P ein Mikroskopobjektiv O eingebracht. 1 outlines a basic structure of a microscope M for quality assurance. The microscope M has a microscope illumination (device) I, which has a light source Q. From the light source Q, light L in the form of a beam is irradiated onto a semipermeable mirror S and reflected there in the direction of a sample P to be inspected. In this case, a microscope objective O is introduced between the semipermeable mirror S and the sample P.

Die Probe P befindet sich in einem Objektbereich OB des Mikroskops M und wird mittels einer Verfahreinheit V linear durch den Objektbereich OB bewegt. Auf die Probe P auftreffendes Licht L wird durch das Mikroskopobjektiv O zurückgeworfen, durchläuft unreflektiert den semipermeablen Spiegel S und trifft auf eine Zeilenkamera in Form einer TDI-Kamera K mit mindestens einem TDI-Sensor N.The sample P is located in an object region OB of the microscope M and is moved linearly by means of a displacement unit V through the object region OB. Light L striking the sample P is thrown back by the microscope objective O, passes unreflected through the semipermeable mirror S and impinges on a line camera in the form of a TDI camera K with at least one TDI sensor N.

Die TDI-Kamera K liefert Daten zur Auswertung an eine Datenverarbeitungseinheit A, welche auch einen Treiber D für die Verfahreinheit V und einen Controller C für die TDI-Kamera K (für eine Kamerasteuerung oder -regelung) und das Mikroskopobjektiv O (für eine Fokussteuerung oder -regelung) ansteuert. Der Treiber D und der Controller C können auch miteinander kommunizieren.The TDI camera K supplies data for evaluation to a data processing unit A, which also includes a driver D for the movement unit V and a controller C for the TDI camera K (for a camera control) and the microscope objective O (for a focus control or control). The driver D and the controller C can also communicate with each other.

2 skizziert als Schnittdarstellung in Seitenansicht eine Mikroskopbeleuchtung I mit einer Gasentladungslampe G als der Lichtquelle Q nach dem Stand der Technik. Ein elliptischer Spiegel R fokussiert das von einem Gasentladungsbereich GD der Gasentladungslampe G ausgesandte Licht L auf eine als eine Lichteintrittsfläche Li dienende Stirnfläche eines Glasstabs GS mit einem kreisförmigen Querschnitt. Durch Totalreflexion innerhalb des Glasstabs GS wird das Licht L gemischt und tritt an einer als Lichtaustrittsfläche Lo dienenden entgegengesetzten Stirnseite mit einer gleichmäßigen Verteilung über den Querschnitt aus. Ein nachgeschaltetes Mikroskopobjektiv O bildet die aus der Lichtaustrittsfläche Lo ausgetretene Lichtverteilung auf den Objektbereich OB ab, in der sich das zu beleuchtende Objekt, die Probe P, befindet. 2 outlined as a sectional side view of a microscope illumination I with a gas discharge lamp G as the light source Q according to the prior art. An elliptic mirror R focuses the light L emitted from a gas discharge area GD of the gas discharge lamp G onto an end face of a glass rod GS having a circular cross section serving as a light entrance surface Li. By total reflection within the glass rod GS, the light L is mixed and exits at an opposite end face serving as light exit surface Lo with a uniform distribution over the cross section. A downstream microscope objective O images the light distribution that has emerged from the light exit surface Lo onto the object region OB, in which the object to be illuminated, the sample P, is located.

Entsprechend der Form des Stabendes ist der beleuchtete Objektbereich OB in Draufsicht kreisförmig, wie durch das rechte Teilbild angedeutet. Da die Zeilenkamera K aber nur einen rechteckigen Ausschnitt (durch eine Strichpunktlinie angedeutet) sieht, kann das Licht L, das in den Kreisbereich außerhalb des rechteckigen Ausschnitts fällt, nicht genutzt werden.According to the shape of the rod end, the illuminated object region OB is circular in plan view, as indicated by the right partial image. However, since the line camera K sees only a rectangular cutout (indicated by a dot-and-dash line), the light L falling outside the rectangular cutout in the circle area can not be used.

3 zeigt eine erfindungsgemäße Mikroskopbeleuchtung 1 in einer Draufsicht und 4 zeigt die Mikroskopbeleuchtung 1 in einer Seitenansicht. 3 shows a microscope illumination according to the invention 1 in a plan view and 4 shows the microscope illumination 1 in a side view.

Die Mikroskopbeleuchtung 1 weist fünf LED-Chips 2 mit jeweiligen Emitterflächen von ca. 1 mm × 1 mm auf, die dicht benachbart in einer Reihe oder Zeile angeordnet sind. Ein Aspektverhältnis des gemeinsamen Emissionsbereichs von 5 mm × 1 mm beträgt somit ca. 5:1. Es ist bevorzugt, dass das Aspektverhältnis der Reihe möglichst gut einem Aspektverhältnis der Zeilenkamera K, insbesondere des TDI-Sensors N, entspricht.The microscope illumination 1 has five LED chips 2 with respective emitter areas of about 1 mm x 1 mm, which are arranged closely adjacent in a row or row. An aspect ratio of the common emission range of 5 mm × 1 mm is thus approximately 5: 1. It is preferred that the aspect ratio of the row corresponds as well as possible to an aspect ratio of the line camera K, in particular of the TDI sensor N.

Ein Lichtmischelement 3 in Form eines Glasquaders ist den LED-Chips nachgeschaltet. Das Lichtmischelement 3 weist eine den LED-Chips 2 gegenüberliegende Lichteintrittsfläche 4 (Stirnfläche des Quaders) und eine durch die dazu abgewandte Stirnfläche gebildete Lichtaustrittsfläche 5 mit den Maßen B × H = 5 mm × 1 mm auf. Die Lichteintrittsfläche 4 und die Lichtaustrittsfläche 5 weisen also die gleiche rechteckige Form mit einem Aspektverhältnis von ca. 5:1 auf. Die Länge oder Tiefe T des Lichtmischelements 3 beträgt 50 mm bis 100 mm. In dem Lichtmischelement 3 wird von den LED-Chips 2 einfallendes Licht L so gemischt, dass an der Lichtaustrittsfläche 5 das Licht L hochgradig gleichförmig über die Fläche verteilt austritt.A light mixing element 3 in the form of a glass cuboid is connected downstream of the LED chips. The light mixing element 3 has one of the LED chips 2 opposite light entry surface 4 (End face of the cuboid) and formed by the end face facing away from the light exit surface 5 with the dimensions B × H = 5 mm × 1 mm. The light entry surface 4 and the light exit surface 5 So they have the same rectangular shape with an aspect ratio of about 5: 1. The length or depth T of the light mixing element 3 is 50 mm to 100 mm. In the light mixing element 3 is from the LED chips 2 incident light L mixed so that at the light exit surface 5 the light L exits highly uniformly distributed over the surface.

Das dem Lichtmischelement 3 nachgeschaltete Mikroskopobjektiv O bildet die rechteckförmige Lichtaustrittsfläche 5 auf den Objektbereich 6 ab und beleuchtet den Bereich, den die Zeilenkamera K, insbesondere TDI-Sensor N, sieht. Deshalb wird im Gegensatz zu der Beleuchtung mit der Gasentladungslampe G ein weit höherer Teil des Lichts, das auf den Objektbereich 6 fällt, genutzt.That the light mixing element 3 Downstream microscope objective O forms the rectangular light exit surface 5 on the object area 6 and illuminates the area that the line camera K, in particular TDI sensor N, sees. Therefore, in contrast to the illumination with the gas discharge lamp G, a much higher part of the light is applied to the object area 6 falls, used.

Als ein Beispiel für eine Überlegenheit der erfindungsgemäßen Mikroskopbeleuchtung 1 wird nun eine optische Simulation der Mikroskopbeleuchtung M mit der Gasentladungslampe G einerseits und mit den Leuchtdioden 2 als der Lichtquelle Q andererseits beschrieben.As an example of a superiority of the microscope illumination according to the invention 1 Now, an optical simulation of the microscope illumination M with the gas discharge lamp G on the one hand and with the light-emitting diodes 2 as the light source Q on the other hand.

Bei der Gasentladungslampe G handelt es sich in diesem Beispiel um eine Xenon-Hochdrucklampe mit einem Ausgangslichtstrom des Plasmas von 10000 lm. Das Mikroskopobjektiv O mit einer numerischen Apertur von 0,15 beleuchtet den Objektbereich OB. Auf einem genutzten rechteckigen Bereich von beispielsweise 4,6 mm mal 0,14 mm des Objektbereichs OB trifft Licht noch mit 5 Lumen (lm) auf.The gas discharge lamp G in this example is a high-pressure xenon lamp with a plasma output light flux of 10,000 lm. The microscope objective O with a numerical aperture of 0.15 illuminates the object area OB. On a used rectangular area of, for example, 4.6 mm by 0.14 mm of the object area OB, light still strikes with 5 lumens (lm).

Für die Mikroskopbeleuchtung 1 werden fünf einzelne LEDs 2 zu einer Zeile mit der Fläche von 5 mm × 1 mm zusammengefasst. Ein Gesamtlichtstrom der LEDs 2 beträgt 3900 lm. Das abbildende Mikroskopobjektiv O und der abgefühlte rechteckige Objektbereich sind denen aus dem Beispiel der Gasentladungslampe G gleich. Von dem Lichtstrom der LEDs 2 von 3900 lm gelangen noch 10 lm auf den rechteckigen Objektbereich 6. Das Verhältnis von nutzbarem Lichtstrom zu einem Gesamtlichtstrom der Lichtquelle G oder 2 liegt bei der LED-Beleuchtung etwa um den Faktor fünf höher als bei der Beleuchtung mit der Gasentladungslampe G.For the microscope illumination 1 become five individual LEDs 2 summarized to a row with the area of 5 mm × 1 mm. A total luminous flux of the LEDs 2 is 3900 lm. The imaging microscope objective O and the sensed rectangular object area are the same as those of the example of the gas discharge lamp G. From the luminous flux of the LEDs 2 of 3900 lm reach 10 lm on the rectangular object area 6 , The ratio of usable luminous flux to a total luminous flux of the light source G or 2 is approximately five times higher in the case of LED illumination than in the case of illumination with the gas discharge lamp G.

Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf das gezeigte Ausführungsbeispiel beschränkt.Of course, the present invention is not limited to the embodiment shown.

Claims

Microscope illumination ( 1 ), comprising - at least one semiconductor light source ( 2 ) and - at least one light mixing element ( 3 ) with at least one light entry surface ( 4 ) and at least one light exit surface ( 5 ), wherein - the at least one light entry surface ( 4 ) for the entry of light (L) of the at least one semiconductor light source ( 2 ) is arranged and arranged and - the light exit surface ( 5 ) is rectangular and that from the light exit surface ( 5 ) light (L) has a substantially homogeneous intensity distribution.

Microscope illumination ( 1 ) according to claim 1, comprising a plurality of semiconductor light sources arranged in at least one row ( 2 ), wherein the light mixing element ( 3 ) is a cuboid light mixing element.

Microscope illumination ( 1 ) according to claim 2, wherein the light mixing element ( 3 ) is a totally reflecting body for the light running in it.

Microscope illumination ( 1 ) according to one of the preceding claims, comprising three to fifteen, in particular five to ten, arranged in a row semiconductor light sources ( 2 ).

Microscope illumination ( 1 ) according to one of the preceding claims, wherein the at least one semiconductor light source ( 2 ) is a respective LED chip.

Microscope illumination ( 1 ) according to one of claims 2 to 5, wherein an aspect ratio of the light entry surface ( 4 ) and the light exit surface ( 5 ) is between about 5: 1 and about 10: 1.

Microscope illumination ( 1 ) according to one of the preceding claims, wherein a width (B) of the light entry surface ( 4 ) and the light exit surface ( 5 ) is between about 5 mm and about 10 mm and an associated height (H) is about 1 mm.

Microscope illumination ( 1 ) according to one of the preceding claims, wherein a depth (T) of the light mixing element ( 3 ) is at least 10 mm, in particular between about 50 mm and about 100 mm.

Microscope (M), comprising at least one microscope illumination ( 1 ) according to one of the preceding claims and at least one TDI sensor (N) for image acquisition.