DE19837249A1 - Mikroskop mit hoher Schärfentiefe - Google Patents

Abstract

Beschrieben wird ein Mikroskop mit Okular, Objektiv und Fokussiermittel. Dieses umfaßt einen längs des Tubus beweglichen Umlenkreflektor, der den Strahl um 180 DEG mit seitlichem Strahlversatz umlenkt und mit Vorderflächenspiegeln gebildet sein kann. Der Spiegel wird schnell hin- und herbewegt, z. B. mit 15 Hz. Das Mikroskop kann als konfokales Mikroskop aufgebaut sein und eine rotierende Nipkowscheibe sowie eine hieraus synchronisierte Codierscheibe aufweisen. Das Mikroskop hat eine erhöhte Tiefenschärfe..

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Mikroskop mit Okular, Objektiv und Fokussiermittel.

Lichtmikroskope sind allgemein bekannt. Sie bestehen aus we­ nigstens zwei Sammellinsen bzw. gleichwirkenden Linsensyste­ men, nämlich dem Objektiv und dem Okular. Das Okular befindet sich in einem Abstand vom Objektiv, der wesentlich größer ist als die Summe der Brennweiten von Objektiv und Okular. Wenn ein zu betrachtendes kleines Objekt dicht vor dem vorderen Brennpunkt des Objektives liegt, wird ein umgekehrtes vergrö­ ßertes und reelles Bild zwischen Okular und Objektiv erzeugt. Durch den Abstand zwischen Okular und Objektiv wird dieses Zwischenbild mit dem Okular wie mit einer Lupe vergrößert.

Um die Einstreuung von Störlicht zu verringern, verläuft der Strahlengang zwischen Objektiv und Okular in einem Tubus, in dem weitere optische Elemente angeordnet sein können, wie Tu­ buslinsen, die mit dem. Objektiv zusammenwirken, oder Umlenke­ lemente, etwa in Form von Prismen, mit welchen der Strahlen­ gang so umgelenkt wird, daß das Okular auf einem geneigten und häufig schwenkbaren Träger angeordnet werden kann, was den Benutzungskomfort erhöht.

Die Scharfstellung des Bildes, also die Fokussierung auf ein bestimmtes Objekt, kann auf mehrere Arten erfolgen. So wird oft das Objekt, das beispielsweise auf einer dünnen Glasplat­ te, dem Objektträger angeordnet ist, auf einem Tisch auf das Objektiv zu oder von diesem weg bewegt. Wahlweise kann auch der Tubus mitsamt Objektiv und Okular in Richtung auf das Ob­ jekt verschoben werden.

Ein Problem bei herkömmlichen Mikroskopen ist nun die geringe Tiefenschärfe. Sie führt dazu, daß zur Untersuchung von Be­ reichen des Objektes, welche unterschiedliche Entfernungen zum Objektiv besitzen, eine Nachfokussierung erforderlich ist. Dies erfordert typisch eine mechanische Verstellung des Abstandes zwischen Objektiv und Objekt. Bei nur gelegentli­ cher Nachstellung ist dies ohne weiteres akzeptabel, etwa, wenn relativ flache Objekte untersucht werden sollen.

Durch die geringe Tiefenschärfe ist es allerdings schwierig, dreidimensionale Struktur zu betrachten, weil hierbei eine ständige Umfokussierung erforderlich ist. Ein Beispiel einer derartigen Anwendung ist die Untersuchung von mikrogelöteten Bauteilen BGA, wo die Lotpastenhöhe untersucht werden soll oder bei Bauteilen wie Mikrochips, die über Drahtbonden kon­ taktiert werden und wo die Drahtbogenhöhe untersucht werden muß. Auch bei der Zählung von Teilen in einer Lösung, wie z. B. Leukozyten, ist eine Umfokussierung immer wieder vorzu­ nehmen. Dies ermüdet den Benutzer des Mikroskopes auf Dauer, so daß, beispielsweise bei der optischen Prüfung kritischer Bauteile eine höhere Zahl von Defekten nicht erkannt wird oder fehlerhaft gezählt wird.

Das Problem der geringen Tiefenschärfe stellt sich nicht nur bei der direkten visuellen Betrachtung des Objektes, wo sich ein Betrachter das in einer Schärfentiefe gewonnene Bild merkt und dann durch Umfokussieren versucht, einen Eindruck von der dreidimensionalen Struktur zu erhalten. Vielmehr ist auch die Aufnahme von Bildern problematisch. Bei dreidimen­ sionalen Strukturen müssen für aussagekräftige Bilder mit herkömmlichen Mikroskopen eine Vielzahl von Einzelbildern aufgenommen werden, die jeweils auf unterschiedliche Tiefen fokussiert sind. Anschließend muß aus den Einzelbildern ein Gesamtbild erstellt werden, was insbesondere in Echtzeit sehr aufwendig ist.

Die geringe Schärfentiefe verringert also die Prüf- bzw. Zählsicherheit oder führt zu erhöhtem Aufwand bei der Bild­ auswertung.

Noch deutlicher tritt das Problem hervor, wenn mit konfokalen Mikroskopen die dort an sich vorteilhafte geringe Schärfen­ tiefe genutzt werden soll und dennoch ausgedehnte Objekte mit größerer Höhe abgebildet werden sollen. Bei konfokalen Mikro­ skopen wird das Objekt durch das Objektiv aus einer punktför­ migen Lichtquelle, wie durch eine Lochblende, beleuchtet. Das vom Objekt in das Objektiv rückgestreute Licht wird dann auf einen Detektor oder dergleichen abgebildet. Wenn der beleuch­ tete Punkt in der Brennebene des Objektivs liegt, wird im Brennpunkt des Okulars eine besonders große Lichtintensität beobachtet. Der Fall, in welchem sowohl das Objekt als auch ein Detektor oder dergl. in der Brennebene der jeweiligen Op­ tik liegt, wird als konfokaler Fall bezeichnet. Bei dieser Anordnung treten die Effekte der geringen Schärfentiefe des­ halb besonders stark hervor, weil der vom Objekt stammende Lichtstrahl sehr stark aufgeweitet wird, wenn sich das Objekt nicht im Brennpunkt befindet. Dies führt dazu, daß ein Bild nur dann hell erscheint, wenn sich das Objekt in der Brenne­ bene befindet; anderenfalls ist das Bild dunkel.

Es ist bereits vorgeschlagen worden, das konfokale Prinzip in einem optischen Abstandssensor zu nutzen. Aus diesem Stand der Technik ist ein optischer Abstandssensor nach dem konfo­ kalen optischen Abbildungsprinzip zur Ermittlung von Ab­ stands- bzw. Höhenwerten einer Oberfläche, insbesondere zur dreidimensionalen Oberflächenvermessung, mit einer Sendeein­ heit mit mindestens einer punktförmigen Lichtquelle, die auf eine Oberfläche eines Meßobjektes abgebildet wird, einer Emp­ fangseinheit mit mindestens einem zur punktförmigen Licht­ quelle konfokal im bildseitigen Meßbereich angeordneten punktförmigen Empfänger, einer koaxialen Führung von Beleuch­ tungs- und Meßstrahl bekannt, bei welchem die optische Weg­ strecke zwischen der Empfangseinheit und der Abbildungsoptik variierbar ist und mittels eines Peakdetektors maximale Leuchtdichten auf der Empfangseinheit feststellbar sind, wo­ bei die jeweils korrespondierenden optischen Wegstrecken dem jeweiligen Höhenwert des aktuellen Abtastpunktes entsprechen. Um die optische Wegstrecke zwischen Empfangseinheit und Ab­ bildungsoptik zu variieren, wird ein in eine Richtung der op­ tischen Achse der Abbildungsoptik schwingendes Spiegelsystem vorgeschlagen, das aus zwei um 90° zueinander geneigten Spie­ geln besteht und im Fokusbereich der Abbildungsoptik in Bezug auf den von der Sendeeinheit ausgesendeten Lichtsendestrahl positioniert ist. Dieses Spiegelsystem lenkt einen Licht­ strahl in dem optischen Abstandssensor zwischen Empfänger und Objektiv um jeweils 180° um, wobei der Lichtstrahl beim Durchgang einen Parallelversatz erhält.

Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, Neues für die gewerbliche Anwendung bereitzustellen, und insbesondere, aber nicht ausschließlich, ein bildgebendes Mikroskop mit großem Schärfentiefenbereich zu schaffen.

Das Ziel der vorliegenden Erfindung wird durch ein Mikroskop erreicht, welches die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1 aufweist. Bevorzugte Ausführungen finden sich in den abhängi­ gen Ansprüchen.

Ein Grundgedanke der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, bei einem bildgebenden Lichtmikroskop eine Fokussie­ rung durch Veränderung des Lichtweges im Tubus vorzunehmen. Dazu wird ein Umlenkreflektor im Tubus hin und her bewegt.

Die vorliegende Erfindung ist zunächst mit herkömmlichen op­ tischen bildgebenden Mikroskopen einsetzbar. Bei der Bewegung wird Licht aus jenen Bereichen, die jeweils nicht scharf ge­ stellt sind, den Bildbereich in etwa gleichförmig ausleuch­ ten. Es findet also eine Integration der Intensität über den gesamten Höhenbereich statt, die lediglich den Abbildungskon­ trast etwas verringert, aber ansonsten kaum stört. Insbeson­ dere, wenn als bildaufnehmendes System okularseitig eine Vi­ deokamera oder dergleichen verwendet wird, läßt sich zudem ohne weiteres eine elektronische Bildkontrasterhöhung vorneh­ men. Besonders vorteilhaft ist die Erfindung aber bei konfo­ kalen Mikroskopen einsetzbar. Hier tritt nämlich das Problem eines geringeren Hintergrundkontrastes deshalb nicht auf, weil Licht in merklicher Intensität nur von den in konfokaler Ebene des Objektes ausgestrahlten Bereiches zum Okular gelan­ gen kann. Mit anderen Worten wird hier trotz Bewegung des Um­ lenkreflektors ein scharfes, kontrastreiches Bild in allen Höhenbereichen erzeugt.

Mit dem Umlenkreflektor wird typisch der in den Umlenkreflek­ tor einfallende Strahl um 180° umgelenkt, wobei er einen seitlichen Strahlversatz erhält. Die Umlenkung um genau 180° bewirkt, daß der umgelenkte Strahl durch die Bewegung nicht wandert, also das Bild allgemein stillsteht. Durch den bevor­ zugten Versatz ist der umgelenkte vom einfallenden Strahl ge­ trennt, ohne daß weitere optische Elemente erforderlich sind.

Als Umlenkreflektoren kommen zunächst Prismen und dergleichen in Frage, in welche das Licht eintritt und nach mehrfacher Totalreflexion an den Prismenflächen um 180° umgelenkt aus­ tritt. Bevorzugt ist jedoch die Ausbildung des Umlenkreflek­ tors mit zumindest allgemein rechtwinklig zueinander stehen­ den Spiegelflächen. Eine derartige Anordnung weist typisch geringere Massen als ein für gleiche Strahlendurchmesser kon­ zipiertes massives Prisma. Das ist besonders dann vorteil­ haft, wenn der Umlenkreflektor, insbesondere Umlenkspiegel schnell hin- und herbewegt werden soll. "Schnell" bedeutet dabei, daß vom Beobachtungssystem keine Bewegung mehr aufge­ löst werden kann und keine Einzelbilder vom Objekt in unter­ schiedlichen Tiefen wahrgenommen werden können. Das menschli­ che Auge kann z. B. bis zu 15 Bilder pro Sekunde trennen. Da bei einer vollen Oszillation jeder Punkt zweifach überstri­ chen wird, muß die Oszillationsfrequenz für Beobachtung mit dem menschlichen Auge wenigstens 8 Hz betragen, wird aber vorzugsweise deutlich höher sein, da dies als angenehmer emp­ funden wird. So kann die Oszillationsfrequenz in der Regel wenigstens doppelt so groß sein. Damit ist das menschliche Auge sicher nicht mehr in der Lage, Einzelbilder zu erkennen. Wenn anstelle des Auges eine Aufnahme des Bildes mit einer elektronischen Vorrichtung wie einem CCD-Array oder einer auf andere Weise arbeitenden elektronischen Kamera erfolgt, kann die Frequenz einleuchtenderweise an die jeweils erzielte bzw. gewünschte Abtastrate angepaßt werden.

Die Bewegung des Umlenkreflektors kann erreicht werden, indem dieser auf einem mechanisch, insbesondere auf seiner Reso­ nanzfrequenz schwingenden Träger wie einer Stimmgabel ange­ ordnet wird. Es sei darauf hingewiesen, daß die Bewegung des Umlenkreflektors keine streng periodische sein muß und insbe­ sondere nicht zwingend sinusförmig verlaufen muß. Insbesonde­ re kann vorgesehen werden, daß sich der Fokussierspiegel, d. h. der fokussierende Umlenkspiegel, über die gewünschte Hubstrecke hinweg mit zumindest näherungsweise konstanter Ge­ schwindigkeit bewegt. So ist die Dauer, während welcher ein bestimmter Tiefenschärfebereich vom Beobachter wahrgenommen wird, für alle Tiefenschärfen näherungsweise gleich. Dies führt dazu, daß, anders als bei einfacher harmonischer Erre­ gung, auch die Bildhelligkeit eines bestimmten Schärfetiefen­ bereiches durch die optischen Eigenschaften des Objektes do­ miniert werden und allgemein nicht von mechanischen Eigen­ schaften des Mikroskops beeinflußt sind.

Die Anordnung ist insbesondere bei Mikroskopen einzusetzen, welche Tubuslinsen aufweisen, die typisch mit dem Objektiv zusammenwirken und deren Einsatz zum allgemeinen Stand der Technik gehört. Der Umlenkreflektor bzw. Umlenkspiegel der vorliegenden Erfindung kann dann nahe beim oder am Zwischen­ bild im Tubus angeordnet werden und zwar näher am Okular als die dem Objektiv zugeordnete Tubuslinse. Keinesfalls soll der Umlenkreflektor aber in einem Bereich mit parallelem Strah­ lengang angeordnet werden.

Bei konfokalen Mikroskopen kann ein flächiger Bereich des Ob­ jektes sukzessive abgebildet werden, indem im Strahlengang des konfokalen Mikroskopes zwischen Beleuchtungsquelle und Objektiv eine rotierende Nipkowscheibe angeordnet wird. Bei einer solchen, per se bekannten Nipkowscheibe handelt es sich um eine Scheibe aus Blech oder anderem lichtundurchlässigen Material, welche in Umfangsrichtung um insbesondere den glei­ chen Winkel gegeneinander versetzte Löcher aufweist. Der Ab­ stand der Löcher von der Drehachse nimmt dabei von Loch zu Loch insbesondere ebenfalls gleichmäßig und wie bei einer ar­ chimedischen Spirale ab. Mit einer derartigen Nipkowscheibe wird jeder Punkt des auszuleuchtenden Bereiches des Objektes abgetastet und kann so sukzessiv abgebildet werden.

Bevorzugt kann noch eine Codierscheibe, insbesondere Farbseg­ mentscheibe vorgesehen werden, deren Rotation an die periodi­ sche Bewegung des Umkehrreflektors gekoppelt ist. Auf diese Weise kann Umlenkreflektorstellung, d. h. eine erste Objekthö­ he einem ersten Code, beispielsweise einer gegebenen Farbe wie Rot, zugeordnet werden, während eine zweite Objekthöhe einer zweiten Farbe, beispielsweise grün, zugeordnet ist. So kann ein Vielfarbensystem aufgebaut werden, in welchem das Höhenbild farbcodiert ist. Dies erleichtert die Auswertung durch sowohl einen Beobachter als auch ein Bildanalysesystem.

So kann das mit der Farbscheibe farbcodierte Bild, in welchem eine bestimmte Objekthöhe einer bestimmten Farbe entspricht, mittels einer Farbkamera aufgenommen werden. Die Auswertung der Farbe eines gegebenen Bildbereichs erlaubt dann Rück­ schlüsse auf die Höhe des Objektes.

Wahlweise kann die Codierung auch auf andere Weise erfolgen und dann in einem bildgebenden System ausgewertet werden. Wenn hier eine Zuordnung zwischen Höhenbereich und Farbe vor­ genommen wird, kann die Farbpalette automatisch elektronisch dem veränderten Höhenbereich angepaßt werden.

Die Erfindung wird im folgenden nur beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben. In dieser zeigt:

Fig. 1 ein Lichtmikroskop gemäß der vorliegenden Erfindung.

Fig. 2 ein konfokales Lichtmikroskop der vorliegenden Er­ findung.

Nach Fig. 1 umfaßt ein allgemein mit 1 bezeichnetes Mikro­ skop 1 ein Objektiv 2 mit einer zugeordneten Tubuslinse 3 und ein Okular 4. Objektiv 2, Tubuslinse 3 und Okular 4 können als mehrlinsige Systeme aufgebaut sein, insbesondere um Bild­ fehler zu vermeiden, wie chromatische Aberrationen und der­ gleichen.

Das Objektiv 2 kann in per se bekannter Weise auf einen Re­ volverkopf oder dergleichen für einen schnellen Wechsel ange­ ordnet werden. Weiter kann in per se bekannter Weise zur Ver­ meidung von Streulicht ein Tubus um die optischen Elemente zwischen Objektivfrontlinse 2 und Okularendlinse 4 vorgesehen sein. Auch kann das Okular wie per se bekannt schwenkbar um die durch den Strahlengang im Objektiv definierte Tubusachse ausgebildet sein.

Unterhalb des Objektives 2 ist in an sich bekannter Weise na­ he der Brennebene ein zu untersuchendes Objekt 5 wie bei­ spielsweise eine Lötstelle eines Mikroelektronikbauelementes oder dergleichen auf einem in Richtung auf das Objektiv 2 und von diesem weg beweglichen Tisch 6 angeordnet.

Das Objekt 5 kann über eine Lichtquelle (nicht gezeigt) be­ leuchtet werden. Für die Auflichtmikroskopie ist dabei ein Strahlteiler 7 im Tubus des Mikroskopes 1 vorgesehen, welcher von der Lichtquelle mit einem näherungsweise parallelen Strahl angestrahlt und so angeordnet ist, daß er diesen Strahl durch das Objektiv 2 auf das Objekt 5 richtet.

Insofern ist das Mikroskop herkömmlich.

Erfindungsgemäß ist nun im Strahlengang zwischen Tubuslinse 3 und Okulareingangslinse 4 ein Umlenkreflektor 8 vorgesehen, der längs der Tubusrichtung, wie durch Pfeil 9 angedeutet, schnell hin- und herbewegt werden kann. Der Umlenkreflektor 8 besteht aus zwei im Winkel von 90° zueinander angeordneten Vorderflächenspiegeln 8a und 8b. Falls gewünscht, kann der Umlenkreflektor nahe des Zwischenbildes angeordnet werden, wie durch die bevorzugt nur gedachte Blende 11 angedeutet. Eine solche Anordnung ist ohne weiteres möglich, weil, wie bei herkömmlichen Mikroskopen, der Abstand zwischen Objektiv 2 und Okular 4 deutlich größer ist als die Summe der jeweili­ gen Brennweiten.

Zur Bewegung des Umlenkreflektors kann dieser insbesondere auf einer Stimmgabel angeordnet werden oder auf einer elek­ tromagnetischen Schwingspule, wie sie z. B. in Lautsprechern Anwendung findet.

Dem Umlenkreflektor 8 ist okularseitig ein starrer Umlenk­ spiegel 10 nachgeordnet, der so angeordnet ist, daß er einen vom Umlenkreflektor 8 empfangenen Strahl um 90° umlenkt. Von diesem starren Umlenkspiegel 10 wird der Strahl direkt oder über weitere optische Umlenkelemente in das Okular 4 gelenkt.

Das Mikroskop der vorliegenden Erfindung wird wie folgt ver­ wendet:

Zunächst wird ein geeignetes Objektiv- und Okularpaar für die gewünschte Vergrößerung ausgewählt. Dann wird ein zu untersu­ chendes Objekt 5 mit dem Tisch 6 grob in eine Position vor dem Objektiv verfahren, in welcher ein zumindest für Teilbe­ reiche des Objektes näherungsweise scharfes Bild am Okular 4 beobachtet wird.

Ein vom Objekt 5 durch das Objektiv 2, den teildurchlässigen Lichteinkoppelspiegel 7 und die nachgeordnete Tubuslinse 3 tretender Lichtstrahl wird dabei auf den dem Objektiv näheren Eintrittsspiegel 8a um 90° umgelenkt, läuft allgemein quer zur Tubusrichtung und trifft dann auf den austrittsseitigen Vorderflächenspiegel 8d des Umlenkreflektors 8. Der so um 180° umgelenkte Strahl trifft auf den starren Umlenkspiegel 10 und wird von da in das Okular 4 gelenkt.

Um nun einen größeren Schärfentiefebereich als mit herkömmli­ chen Mikroskopen zu beobachten, wird der Umlenkreflektor 8 in eine Hin- und Herbewegung längs des Pfeiles 9 versetzt. Die Schwingung ist so schnell, daß ein durch das Okular 4 sehen­ der Beobachter der Bewegung nicht folgen kann. Dazu ist er­ forderlich, daß jeder Punkt wenigstens etwa fünfzehn mal pro Sekunde überstrichen wird. Dies entspricht einer Schwingungs­ frequenz von etwa 7,5 Hz. Einleuchtenderweise kann die Schwingung schneller erfolgen.

Die Bewegung des Umlenkreflektors 8 hat zur Folge, daß sich die Tubuslänge periodisch verändert. Durch die beschriebene Strahlführung wandert das Bild jedoch nicht, da der Strahl am Okular weder versetzt wird noch seinen Einstrahlwinkel än­ dert. Lediglich die Höhenbereiche des Objektes 5, welche der Beobachter scharf sieht, werden variieren. Die anderen Berei­ che, die jeweils nicht scharf vom Beobachter zu erkennen sind, liefern dabei ein diffuses, etwa gleichmäßig helles Hintergrundbild, dessen Helligkeit bei hinreichend schneller Bewegung im Integral arbeitenden Sinnesorgan Auge aufinte­ griert werden. Der Beobachter nimmt somit ein in einem großen Tiefenschärfebereich scharf abgebildetes Objekt 5 vor einem allgemein hellen Hintergrund wahr.

Um zu verhindern, daß für den Beobachter unwichtige Bereiche des Objektes 5 scharf gestellt werden, sind vorzugsweise der Hub und gegebenenfalls ein Offset der Schwingung einstellbar. Weiter kann auch die Frequenz, mit welcher der Umlaufreflek­ tor 8 hin- und herschwenkt, bevorzugt eingestellt werden, was insbesondere dann vorteilhaft ist, wenn das Objekt nicht nur mit dem Auge, sondern nach Wahl mit einer elektronischen Ka­ mera oder dergleichen erfaßt werden soll und eine Anpassung der Bewegungsfrequenz an die Abtastrate erforderlich ist.

Es sei erwähnt, daß anstelle von Vorderflächenspiegeln auch andere optische Elemente wie Prismen und dergleichen einsetz­ bar sind.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun mit Bezug auf Fig. 2 beschrieben.

Nach Fig. 2 umfaßt ein allgemein mit 100 bezeichnetes konfo­ kales Lichtmikroskop 100 ein Objektiv 102, eine erste Tubus­ linse 103a, eine zweite Tubuslinse 103b und ein Okular 104. Vor dem Objektiv 102 ist ein Objekt 105 auf einen höhenver­ stellbaren Tisch 106 in per se bekannter Weise angeordnet.

Licht aus einer Lichtquelle (nicht gezeigt) wird über einen teildurchlässigen Spiegel 107 in den Strahlengang zwischen Objektiv 102 und Okular 104 eingekoppelt, und zwar vorzugs­ weise zwischen der okularnäheren zweiten Tubuslinse 103b und dem Okular 104. Der von der Lichtquelle über den Spiegel 107 tretende Beleuchtungslichtstrahl tritt durch eine rotierende, per se bekannte Nipkowscheibe 120, mit welcher eine sukzessi­ ve Beleuchtung jedes zu untersuchenden Objektbereiches des Objektes 105 aus einer punktförmigen Lichtquelle erreicht wird. Das Objekt 105 befindet sich allgemein in der Brennebe­ ne des Objektivs 102. Die durch die Nipkowscheibe 120 defi­ nierte punktförmige Lichtquelle erzeugt so einen punktförmi­ gen angeleuchteten Fleck auf dem Objekt 105. Dieser ange­ leuchtete Fleck wird über das Objektiv 102 mit den zugehöri­ gen Tubuslinsen 103a, 103b und das Okular 104 hell zur Beob­ achtung abgebildet, während die umliegenden unscharfen Berei­ che dunkel verbleiben, da das von ihnen ausgehende Licht nicht in beobachtbarer Menge zum Okular 104 und insbesondere nicht durch die Nipkowscheibe 120 treten kann.

Insoweit ist das konfokale Mikroskop von Fig. 2 und insbe­ sondere seine Mechanik herkömmlich und es kann in an sich be­ kannter Weise vorgesehen werden, anstelle der aus Gründen der Übersichtlichkeit dargestellten Einzellinsen komplexe Linsen­ systeme für die beschriebenen optischen Elemente zu verwen­ den.

Erfindungsgemäß ist nun ein Umlenkreflektor 108 vorgesehen, der den Strahl unter Aufprägung eines seitlichen Strahlver­ satzes durch Reflexion an einer ersten Reflexionsfläche 108a und einer zweiten Reflexionsfläche 108b, welche senkrecht zur ersten Reflexionsfläche 108a steht, umlenkt. Der Umlenkre­ flektor 108 ist längs der Strahlrichtung 109 hin- und herbe­ weglich.

Der aus dem Umlenkreflektor 108 austretende, seitlich ver­ setzte Strahl wird mit einem Auskoppelspiegel 110 ausgekop­ pelt, welcher den Strahl um exakt 90° umlenkt. Auf diese Wei­ se wird bei einer Hin- und Herbewegung des Umlenkspiegels 108 der Richtung 109 ein seitlicher oder Winkelversatz hinter dem Auskoppelspiegel 110 vermieden.

Zwischen Objektiv 102 und Okular 104 ist weiter eine Codier­ scheibe 121 vorgesehen, welche insbesondere Segmente mit un­ terschiedlichen Farben aufweisen kann. Der Codierscheibe 121 ist ein Antrieb nicht gezeigt zugeordnet, welcher die Codier­ scheibe 121 synchron mit der Hin- und Herbewegung des Umlen­ kreflektors 108 dreht, so daß eine vorgegebenen Winkelstel­ lung der Codierscheibe 121 einer vorgegebenen Auslenkung des Umlenkreflektors 108 entspricht.

Im Betrieb des konfokalen Mikroskops 100 wird zunächst die Beleuchtungsquelle angeschaltet und die Nipkowscheibe 120 in Rotation versetzt. Dann wird das Objekt 105 mittels des Ti­ sches 106 so vor das Objektiv 102 bewegt, daß ein erster Teil des Objektes 105 in einer Brennebene des Objektives 102 liegt. Dieser Bereich, der in der Brennebene liegt, kann nun durch das Okular 104 scharf beobachtet werden.

Um einen größeren Tiefenschärfebereich abzutasten und zu be­ obachten, wird dann der Umlenkreflektor 108 in Bewegung ver­ setzt. Auf diese Weise ändert sich der optische Abstand der duch das jeweils freigegebene Loch der Nipkowscheibe 120 de­ finierten Lichtquelle und dem Objektiv 102 sowie der Abstand zwischen dem Okular 104 und dem Objektiv 102. Dies führt da­ zu, daß die Ebene, in welche der Bildpunkt der Lichtquelle, d. h. des Loches in der Nipkowscheibe, projiziert wird und da­ mit auch der hell erleuchtete Höhenbereich des Objektes 105 zyklisch variiert. Zugleich variiert damit einhergehend auch jener Höhenbereich des Objektes 105, der durch das Okular 104 nicht dunkel, sondern hell wahrgenommen wird.

Mit anderen Worten wird durch die Schwingung des Umlenkre­ flektors längs der Strahlrichtung der scharf und hell wahr­ nehmbare Höhenbereich des Objektes 105 variiert. Dank der be­ schriebenen Aufnahme des umgelenkten Strahls auf dem starren Umlenkspiegel 110 und unabhängig von dem danach erfolgenden weiteren Strahlverlauf, in dem beispielsweise Spiegel 122 oder dergl. vorgesehen sein können, wird eine Wanderung des Objektes in Bildfeld vermieden. Damit wird eine scharfe Ab­ bildung eines großen Höhenbereiches des Objektes 105 er­ reicht.

Synchron zu dem Umlenkreflektor 108 wird die Codierscheibe 121 in Drehung versetzt. Durch die somit starre Kopplung der Hin- und Herbewegung des Umlenkreflektors 108 und der Drehung der Codierscheibe 121 weist jeder Höhenbereich eine vorgege­ bene, feste Farbe auf, was dem Betrachter eine besonders leichte Überprüfung eines Bauelementes oder dergleichen er­ möglicht.

Diese Auswertung kann nach Aufnahme des Bildes und Einspei­ sung des Bildes in ein Analysesystem bzw. Meßsystem wie einen bildverarbeitenden Rechner auch automatisch erfolgen. Die Hö­ heninformation ist dabei durch Synchronisation der Bewegung von Codierscheibe und Umlenkreflektor farbcodiert, so daß Aussagen über die Höhe eines Objektbereiches durch Analyse der ihm zugeordneten Farbe erhalten werden können.

Es sei darauf hingewiesen, daß bei den vorbeschriebenen Mi­ kroskopen der Umlenkreflektor zwar zur Scharfstellung eines bestimmten, zeitlich variierenden Höhenbereiches dient und insofern einen Teil des Fokussiermittels darstellt, daß aber erforderlichenfalls eine Grobeinstellung vorgenommen werden kann, etwa durch Verschieben eines Tisches, auf dem sich ein Objekt befindet. In diesem Fall bildet der bewegliche Umlen­ kreflektor nur einen Teil des Fokussiermittels. Lediglich in bestimmten Anwendungen wird es erwünscht sein, den Aufbau so weit zu vereinfachen, daß der bewegliche Umlenkreflektor das einzige Fokussiermittel darstellt. Dies kann beispielsweise für Standard-Reihen-Untersuchungen von mikroelektronischen Bauteilen usw. der Fall sein.

Obwohl bei dem beschriebenen konfokalen Mikroskop eine Farb­ codierscheibe vorgesehen ist, ist diese nicht zwingend er­ forderlich und kann gegebenenfalls weggelassen werden. Sie ist aber auch bei herkömmlichen Mikroskopen einsetzbar.

Claims (15)

1. Mikroskop mit Okular, Objektiv und Fokussiermittel, da­ durch gekennzeichnet, daß das Fokussiermittel einen im Tubus beweglichen Umlenkreflektor umfaßt.

2. Mikroskop nach dem vorhergehenden Anspruch, worin der Umlenkreflektor so ausgebildet ist, daß er einen im Tu­ bus verlaufenden Lichtstrahl zumindest im wesentlichen allgemein um 180° umlenkt, insbesondere mit seitlichem Strahlversatz zwischen ein- und ausfallendem Licht­ strahl.

3. Mikroskop nach dem vorhergehenden Anspruch, worin der Umlenkreflektor zwei allgemein rechtwinklig zueinander stehende Spiegelflächen aufweist und insbesondere als Umlenkspiegelanordnung mit Vorderflächenverspiegelungen aufgebaut ist.

4. Mikroskop nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin der Umlenkreflektor längs des Tubus in Strahlrichtung hin und her beweglich ist.

5. Mikroskop nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin der Umlenkreflektor, insbesondere Umlenkspiegel mit ei­ ner Frequenz längs des Tubus hin- und herbewegt wird, die wenigstens 8 Hz, vorzugsweise 15 Hz beträgt und/oder höher als die Abtastrate eines periodisch abtastenden bildgebenden Systems wie einem CCD-Array oder einer Ka­ mera ist.

6. Mikroskop nach dem vorhergehenden Anspruch, worin der Umlenkreflektor auf einem mechanisch mit oder nahe einer Resonanz schwingenden Träger, insbesondere einer Stimm­ gabel, befestigt ist.

7. Mikroskop nach Anspruch 1 bis 5, worin der Umlenkreflek­ tor auf einem periodisch erregten Piezoelement angeord­ net ist.

8. Mikroskop nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wel­ ches eine Tubuslinse aufweist und worin der Umlenkre­ flektor zwischen Tubuslinse und Okular, insbesondere na­ he beim oder am Zwischenbild angeordnet ist.

9. Mikroskop nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß es als konfokales Mikroskop aufgebaut ist.

10. Konfokales Mikroskop nach Anspruch 7, worin wenigstens zwei Tubuslinsen vorgesehen sind und der Umlenkreflektor zwischen beiden Tubuslinsen angeordnet ist.

11. Konfokales Mikroskop nach einem der Ansprüche 8, 9 oder 10, mit einem am Tubus vorgesehenen und insbesondere mit einem darin angeordneten teildurchlässigen Spiegel real­ isierten Einkoppelmittel zur Einkopplung von Licht aus einer Beleuchtungsquelle in den Strahlengang, worin der Umlenkreflektor näher am Objektiv angeordnet ist als das Einkoppelmittel.

12. Konfokales Mikroskop nach einem der Ansprüche 9-11, worin im Strahlengang eine rotierende Nipkowscheibe vor­ gesehen ist.

13. Mikroskop nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin eine synchron mit der Umlenkreflektor-Oszillation dre­ hende Codierscheibe vorgesehen ist, insbesondere eine Farbsegmentscheibe.

14. Mikroskop nach Anspruch 13, worin eine Farbcodierscheibe und eine Farbkamera zur Bildaufnahme vorgesehen ist.

15. Meßsystem mit einem Mikroskop nach Anspruch 14 und einem Mittel zur Bestimmung eines Höhenmaßes in Abhängigkeit von der Farbe eines von der Farbkamera aufgenommenen Bildpunktes.