DE1773335A1

DE1773335A1 - Mikroskop zur Radiusmessung

Info

Publication number: DE1773335A1
Application number: DE19681773335
Authority: DE
Inventors: Baumgartner William Edwin; Hansen Donald Herbert
Original assignee: American Optical Corp
Current assignee: Warner Lambert Technologies Inc
Priority date: 1967-05-04
Filing date: 1968-05-02
Publication date: 1972-03-16
Also published as: DE1773335C3; GB1173107A; DE1773335B2; US3499715A

Description

Dr. phil. G. B. HAGEN

Patentanwalt

8000 MÜNCHEN 71

Franz-Hak-Straße 21 1773335

Telefon 796213

AO 2257

München, den 2. Mai 1968 Dr.H./K./HM

AMERICAN OPTICAL CORPORATION

14 Mechanic Street South/bridge, Mass. U.S.A.

Mikroskop zur Radiuamessung

Priorität:U.S.A.; 4. Mai 1967 TJ.S.Ser.No. 636 184

Die Erfindung bezieht sich auf ein Mikroskop zur Radiusmessung mit einem Mikroskoptisch und einer innerhalb eines Gehäuses enthaltenen ein Okular umfassenden optischen Anordnung, mit einer Beleuchtungslampe und einem in einem Revolverteil enthaltenen Objektiv, wobei der Revolverteil in Richtung auf die gekrümmte Oberfläche einer auf dem Mikroskoptisch befindlichen Probe und von dieser weg In selektiver Weise um einen Abstand bewegt wenden kann, der dem Krümmungsradius der Probenobtrfläohe entsprioht.

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Es sind Mikroskope zur Radiusmessung bekannt, die mit Beleuchtungslampen versehen sind, mit deren Hilfe ein Zwischenbild eines Fadennetzes in einer Ebene abgebildet wird, die sich in einer bestimmten Entfernung unterhalb des Mikroskopobjektives befindet. Durch Einstellung des Objektivs in Richtung auf die gekrümmte Oberfläche einer Linse oder einer ähnlichen zu untersuchenden Probe und von dieser weg können in dem Okular des Mikroskopes nacheinander zwei Bilder des Fadennetzes erhalten werden. Das eine Bild kommt in dem Okular dadurch zustande, daß das erwähnte Zwischenbild des Fadennetzes auf die Probenoberfläche fokussiert wird, und das andere Bild kommt dadurch zustande, daß das Mikroskopobjektiv auf ein Bild des Fadennetzes fokussiert wird, welches durch Reflexion von der Probenoberfläche erzeugt wird.

Wie an sich bekannt ist, ist die Entfernung, um welche das Mikroskopobjektiv von der Einstellung, in der das eine Bild entsteht, zu der Einstellung, in der das andere Bild entsteht, bewegt werden muß, genau gleich dem Krümmungsradius der Probenoberfläche.

Es hat sich als ein Problem erwiesen, diese Entfernung, um di· das Mikroskopobjektiv in der gerade beschriebenen Weise btwegt wird, genau zu messen. Zu diesem Zweck angewandte Vorriohtungtn enthielten Skalen, Noniusgeräte oder Zählwerke,

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welche außen auf dem Ilikroskopgehäuse befestigt waren, wiez. B. in dem U.S. Patent Nr. 3 019 20ö gezeigt wird.

Durch mechanisches freies Spiel der Teile des Mikroskopes oder der zuletzt erwähnten Zählwerke wird die an sich mögliche hohe Genauigkeit der auf optische Weise durchgeführten Radiusmessung mindestens in einem gewissen Ausmaß wieder durch Fehlerquellen mechanischer Art hinfällig gemacht. Zusätzlich besteht eine Fehlerquelle auch darin, daß die ü;äi-;iur_Ag^person zwei Dinge gleichzeitig beobachten muß, nämlich das Okular und die äußere Skala, so daß für jede Beobachtung das Auge neu akkommodieren muß.

Der vorliegenden Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, ein Mikroskop zur Radiusmessung zu schaffen, bei dem eine Ablesung des Meßergebnisses mit einer Genauigkeit erfolgt, welche der Genauigkeit des auf optische Weise durchgeführten Teiles der Messung entspricht.

Ein Mikroskop zur Radiusmessung kennzeichnet sich gemäß der Erfindung dadurch, daß in dem Gehäuse eine Skala ,und ein Anzeigemittel vorgesehen sind, daß die Skala und das Anzeigemittel relativ zueinander bewegbar sind,wobei der eine der vorgenannten Teile durch den Revolverteil zwecks Mitteilung der Bewegung desselben betätigt werden kann und bezüglich des anderen Teils ein Maß des genannten Abstandes liefert, daß die Skala von einem ersten Schieber getragen wird, dessen

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eines Ende in ständigem festen Berührungskontakt mit dem Revolverteil steht, um der Bewegung des Revolverteils ohne freies Spiel zu folgen, und daß ein abbildendes optisches System mit der optischen Anordnung zu dem Zweck verbunden ist, ein Bild der Skala und des Anzeigemittels in dem Okular zwecks Ablesung des gemessenen Abstandes zu entwerfen.

Durch die vorliegende Erfindung werden auch eine größere Einfachheit bei der Bedienung des Gerätes, sowie geringere Meßzeiten und eine geringere Beanspruchung der Bedienungsperson erreicht.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand eines Ausführungsbeispieles im Zusammenhang mit den beiliegenden Figuren näher erläutert. In den Figuren zeigen:

Figur 1 eine seitliche Draufsicht, teilweise im

Schnitt, auf ein erfindungsgemäßes Mikroskop;

Figur 2 einen Querschnitt entlang der Linie 2-2 von Figur ij

Figur 3 einen teilweisen Querschnitt entlang der Linie 3-3 von Figur 2;

Figur 4 einen weiteren teilweisen Querschnitt entlang der Linie 4-4 von Figur 2.

In den Zeichnungen wird ein Meßmikroskop M mit einer üblichen optischen Anordnung gezeigt, in welches eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemä&n Krümmungs

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raaius-Meßs^ysterns eingebaut ist.

Außer diesem erwähnten Meßsystem weist das Mikroskop M einen üblichen Basisteil B, einen Mikroskoptisch S, ein Objektiv 0 und ein Okular E auf, wobei das letztere entweder monokular oder binokular sein kann.

Wie bei Radius-Meßmikroskopen allgemein üblich ist, ist eine Beleuclitungslampe V an dem Mikroskop M befestigt. Sie weist einen Schieber 10 (Figuren 1 und 2) auf, welcher zwei Fadennetze 12 und 14 trägt, von denen das eine einen großen Öffnungswinkel und das andere einen kleinen öffnungswinkel aufweist, und die selektiv in den optischen Weg der Beleuchtungslampe V gebracht werden, je nach dem ob eine allgemeine Benutzung oder eine Prüfung eines lokal beschränkten Gebietes einer Probe vorgesehen ist.

Eine Strahlenaufteilungsvorrichtung 16, richtet in bekannter v/eise die das Fadennetz 12 oder 14 abbildenden Lichtstrahlen üurch ein Objektiv 0, worauf ein Zwischenbild des Fadennetzes von dem Objektiv in einer um eine bestimmte Entfernung unterhalb des Objektivs gelegenen Ebene gebildet wird. In den Zeichnungen wird eine Stellung gezeigt, in der das Fadennetz 12 benutzt wird.

Vorzugsweise ist zum Tragen einer Linse L in einer definierten

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Stellung unterhalb des Objektivs 0 ein Tragblock M vorgesehen, dessen Oberfläche konkav ist und aer auf den MirüQ-skoptisch S gestellt werden kann. Wenn die untere Fläche? der Probe flach ist, kann der Block M entfernt werden und die Probe kann direkt auf den Mikroskoptisch gelegt werden.

Ein Revolverteil 18, welcher das Objektiv 0 trägt, ist in Richtung auf die Probeund von dieser weg (z. B. linse L) einstellbar. Ein Knopf K ist durch einen Hebelarm 20 mit dem Revolverteil 18 verbunden und wird dazu benutzt, aas Objektiv 0 in üblicher Weise zu heben und zu semcen. Die Einzelheiten dieser Hebelverbindung bilden keinen Teil der vorliegenden Erfindung und werden im einzelnen in dein amerikanischen Patent Nr. 3 135 ö17 beschrieben.

Der Revolverteil 18 wird zunächst in eine Einstellung gebracht, in der das oben erwähnte Zwischenbild des Fadennetzes 12, wie man in dem Okular E sehen kann, direkt auf die Oberfläche 22 der Linse I fokussiert wird. Dann wird der Revolverteil 18 wieder in eine Endstellung gebracht, in der das Objektiv auf ein zweites Bild des Fadennetzes 12, welches üurcn Reflexion von der Linsenoberflache 22 gebildet wird, eingestellt wird. Dieses Verfahren kann auch umgekehrt weraenj in jedem Fall stellt jedoch die tatsächliche Entfernung, um welche der Revolverteil 18 von einer der obengenannten Einstellungen zu der anderen bewegt wird, eine genaue lineare Messung des Krümmungsradius der Oberfläche 22 dar.

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Diese Entfernung wird erfindungsgemäß mit Hilfe eines An- · zeigesystuins 24 gemessen, das sich innerhalb aes Gehäuses 26 befindet.

Dieses System enthält einen beweglichen Schieber 28 (Pig. 1,

2 und 4), der, wie man in Figur 4 sehen kann, innerhalb

eines Ausschnittes 30 eine transparente Skala 32 enthält,

welche zwecks 3ewegung mit dem Schieber an diesem befestigt

Der Schiebe.¹ 2ö erstreckt sich in senkrechter Richtung in Führungen 34(Figur 2) eines Befestigungsteils 36, wobei sein unteres Ende 38 (Figuren 1, 4) in direkter Berührung mit dem Revolverteil 18 steht. Eine Kompressionsfeder 40 drückt das Ende 5ö des Schiebers 28 ständig fest gegen den Revolverteil 18. Somit wird eine Bewegung des Revolverteils 18 ohne den geringsten Bewegungsverlust, d. h. ohne das geringste Spiel, vollkommen dem Schieber 28 mitgeteilt.

Hinter dem Schieber 28 und gegenüber der Skala 32 ist ein zweiter Schieber 42 (Figuren 2, 3 und 4) in der Führung 34 vorgesehen. Der Schieber 42 trägt eine Platte 44 mit einer Bezugsmarke oder Indexlinie 46 darauf.

Der zweite Schieber 42 ist in vertikaler Richtung relativ zu dem Schieber 2b einstellbar, d. h. relativ zu der Skala32, so daß die Indexlinie 46 mit einer vorbestimmten benachbarten

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Siealeneinteilung 32a der Skala 32 ausgerichtet werden kann. Der zweite Schieber 42 wird durch einen Bedienungsknopf 48 (Figuren 2, 3) auf einer Achse 50 betätigt, welche in dem Gehäuse 26 drehbar gelagert ist. Das -exzentrische Ende 52 derAchse 50 greift an der Unterflache 54 (Figur 3) des Schiebers 42 an. Der Schieber 42 wird durch eine flache Feder 56 elastisch gegen das Ende 52 der Achse 50 gedrückt. Eine Drehung des Bedienungsknopfes 48 um 180 Grad von der in Figur 3 gezeigten Stellung bringt den vorgespannten Schieber 42 dazu, seine unterste Stellung in der Führung 34 einzunehmen. Die Exzentrizität des Endes 52 ist genügend groß, um eine Bewegung der Indexlinie 46 um eine Entfernung zu bewirken, welche mindestens dem Abstand zwischen zwei benachbarten oder aufeinanderfolgenden Teilstrichen 32a entspricht.

Die Indexlinie 46 ist durch die transparente Skala 32 sichtbar und ein scharfes gemeinsames Bild der Skala 32 und der Indexlinie 46 wird jederzeit in dem Okular E gebildet. Die Indexlinie 46 und die Teilstriche 32a sind lichtundurchlässig und reflektieren licht in hohem Maße.

Die Skala 32 und die Platte 44 werden durch licht diffus beleuchtet, welches von der Beleuchtungslampe V durch die Strahlaufteilungsvorrichtung 16 gelangt und durch die Spiegel 58 und 60 auf die Skala 32 und die Platte 44 gerichtet wird.

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Alle Teile, die den Lichtweg von der Strahlaufteilungsvorrichtung 16 durch die Skala 32 und hinter die Platte 44 umgeben, sind mit einem tiefschwarzen nichtreflektierenden Überzug versehen, um in bekannter Weise eine Beeinträchtigung des Bildes der Skaleneinteilungen 32a und der Indexlinie 46 durch Reflexionen zu verhindern.

Eine Objektivlinse 62 bildet das oben genannte gemeinsame Bild der Skala 32 und der Indexlinie 46 in dem Okular E, wobei der durch die Spiegel 60 und 58 und die StrahlaufteiluiqgBvorrichtung 16 gebildete optische Weg ausgenutzt wird.

Die Objektivlinse 62 ist an einem Schieber 64 befestigt, der schwalbenschwanzförmig auf der feststehenden Gleitschiene 66 gelagert ist, und ist entlang des oben genannten optischen Weges einstellbar, so daß die Bedienungsperson eine scharfe Fokussierung des gemeinsamen Bildes der Skala 32 und der Indexlinie 46 in dem Okular E erreichen kann. Der Bedienungsknopf 68 wird dazu benutzt, diese Scharfstellung vorzunehmen. Der Bedienungsknopf 68 ist an dem einen Ende einer Achse 70 befestigt, welche an der anderen Seite ein exzentrisches Ende 72 aufweist, das in einen in dem Schieber 64 vorgesehenan Schlitz 74 eingepaßt ist. Eine Drehung des Bedienungsknopfes 68 versetzt das exzentrische Ende 72 der Achse 70 von der Vorderseite des Mikroskops M

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aus gesehen nach rechts und links, wodurch eine entsprechende Einstellbewegung der Objektivlinse 62 bewirkt wird, weihe von dem Schieber 64 getragen wird.

Beim Betrieb wird das Revolverstück 18 des Mikroskops so eingestellt, daß das Zwischenbila des Fadennetzes 42, wie es in dem Okular E gesehen wird, auf die Oberfläche 22 der linse I fokussiert wird; ferner wird der Bedienungsknopf 48 betätigt, um die Indexlinie 46 in Übereinstimmung mit dem nächsten Teilstrich 39a zu bringen, wobei das Bild der Skala 32 und der Indexlinie 46 in dem Okular E betrachtet wird.

Dabei merkt man sich, mit welchem dieser Teilstriche die Indexlinie 46 in Ausrichtung gebracht wird, so daß dieser Teilstrich als Nullinie betrachtet werden kann wenn diese nicht ohnehin schon auf der Skala 32 als Nullinie markiert ist; von dieser linie aus wird schließlich der Krümmungsradius der Oberfläche 22 gemessen.

Während die Bedienungsperson noch in aas Okular E sieht, wird der Revolverteil 18 auf die Einstellung gebracht, in der das Mikroskop auf ein durch Reflexion von der Fläche der linse 1 erzeugtes Bild des Fadennetzes 12 eingestellt ist. Darauf werden die Teilstriche abgezählt, welche zwischen der oben erwähnten Nullinie und dem neuen Ort der Indexlinie auf der Skala 32 liegen. Dies gibt ein Maß der Entfernung,

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um welche der Revolverteil 18 bewegt worden ist und dementsprechend ein Maß für den Krümmungsradius der Oberfläche 22. Die Skala '52 kann natürlich mit Zahlen 76 (Figur 4) versehen sein, um aie Ablesung zu erleichtern. Die umgekehrte Stellung der Zahlen 76, wie sie in Figur e-'eseigt werden, wird γόη selbst bei der Abbildung durch das System 24 in dem Bild wieder rückgängig gemacht, das in dem Okular E gesehen wird. Die Skala 32 kann Teilstriche in Schritten von Millimeterbruchteilen oder Tausendstelmillimetern aufweisen, falls das erwünscht ist.

Ferner soll auch hervorgehoben werden, daß das,oben beschriebene Gerät ebenso wie für die Messung der konkaven Oberfläche 22 der Linse 1 auch für die Messung des Krümmungsradius einer konvexen Oberfläche eingesetzt werden kann.

Patentansprüche:

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Claims

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1. Mikroskop zur Radiusmessung mit einem Mikroskoptisch und einer innerhalb eines Gehäuses enthaltenen ein Okular umfassenden optischen Anordnung, mit einer Beleuchtungslampe und einem in einem Revolverteil enthaltenen Objektiv, wobei das Revolverteil in Richtung auf die gekrümmte Oberfläche einer auf dem Mikroskoptisch befindlichen Probe und von dieser weg in selektiver Weise um einen Abstand bewegt werden kann, der dem Krümmungsradius der Probenoberfläche entspricht, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Gehäuse eine Skala (32) und ein Anzeigemittel (46) vorgesehen sind, daß die Skala (32) und das Anzeigemittel (46) relativ zueinander bewegbar sind, wobei der eine der vorgenannten Teile (32, 46) durch den Revolverteil (18) zwecks Mitteilung der Bewegung desselben betätigt werden kann und bezüglich des anderen Teils ein Maß des genannten Abstandes liefert, daß die Skala (32) von einem ersten Schieber (28) getragen wird, dessen eines Ende in ständigem festen Berührungskontakt mit dem Revolverteil (18) steht, um der Bewegung des Revolverteiles (18) ohne freies Spiel zu folgen, und daß ein abbildendes optisches System (62) mit der optischen Anordnung zu dem Zweck verbunden ist, ein Bild der Skala (32) und des Anzeigemittels (46) in dem Okular (E) zwecks Ablesung des gemessenen .Abstandes zu entwerfen.

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2. Mikroskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das eine Ende (38) des ersten Schiebers (28) mit Hilfe einer Kompressionsfeder (40) in ständigem festen Berührungskontakt mit dem Revolverteil (18) gehalten wird, wobei das eine Ende der Kompressionsfeder an dem Gehäuse und das andere Ende an dem anderen Ende des Schiebers (28) befestigt ist.

3. Mikroskop nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß das Anzeigemittel aus einer von einem zweiten Schieber (42) getragenen Indexlinie (46) besteht, und daß der zweite Schieber (42) entlang des ersten Schiebers (28) unabhängig von diesem einstellbar ist.

4. Mikroskop nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet , daß die Skala (32) aus transparentem Material besteht und lichtundurchlässige Skalenteilstriche (32a) aufweist und daß der zweite Schieber (42) im wesentlichen un/mittelbar hinter der Skala (32) angebracht ist und, wobei die Indexlinie (46) durch die Skala hindurch sichtbar ist.

5. Mikroskop nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichne t , daß Einstellmittel (48, 52) zur Einstellung dea zweiten Schiebers (42) entlang des ersten Schiebers (28) um mindestens den Abstand zweier

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benachbarter Skalenteilstriche (32a) vorgesehen sind.

6. Mikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 5> dadurch gekennzeichnet, daß das optische System eine innerhalb des Gehäuses unabhängig von der übrigen optischen Anordnung einstellbare Objektivlinse (62) enthält, die ein Bild der Skala (32) und des Anzeigemittels (46) in dem Okular (E) entwirft.

7. Mikroskop nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß Reflexionsspiegel (58, 60) zur Bildung eines optischen Weges durch die genannte Objektivlinse (62) vorgesehen sind,

8. Mikroskop nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, d'aß das den genannten optischen Weg durchlaufende licht von der genannten Beleuchtungslampe (V) geliefert wird.

9. Mikroskop nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß weitereEinstellmittel (68, 72) zur Einstellung der Positinn der Objektivlinse (62) in dem optischen Weg vorgesehen sind.

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