DE3417075A1

DE3417075A1 - Mikroskop mit beleuchtungseinrichtung fuer auflichtuntersuchungen

Info

Publication number: DE3417075A1
Application number: DE19843417075
Authority: DE
Inventors: Peter 3300 Braunschweig Stuht
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1984-05-09
Filing date: 1984-05-09
Publication date: 1985-11-14

Description

Peter Stuht, Wohnhaus Ost .'":' 3417075 Bundesallee 100 *

3300 Braunschweig

Mikroskop mit Beleuchtungseinrichtung für Auflichtuntersuchungen

Die Erfindung betrifft ein Mikroskop mit Beleuchtungseinrichtung für Auflichtuntersuchungen, bei welchem durch starke Vergrößerung ein kleiner Arbeitsabstand zwischen dem Objektiv und der Objektebene vorgegeben ist.

Bei den als Forschungsmikroskop bezeichneten Geräten sind meistens Be*· leuchtungseinrichtungen für Auflicht- und Durchlichtuntersuchungen vorhanden. Die Beleuchtungseinrichtungen für Auflichtuntersuchungen umfassen üblicherweise eine im Mikroskopstativ gehaltene Lichtquelle, einen Illuminator mit Blenden und Reflektor sowie ein Auflichtobjektiv. Sowohl bei Untersuchungen im Hell feld als auch im Dunkel feld ist durch sorgfältiges Zentrieren von Blenden und Kondensor eine einseitige Objektbeleuchtung bei den bekannten Anordnungen zu vermeiden.

Bei der Betrachtung unregelmäßiger und stark lichtstreuender Oberflächen, beispielsweise rauher technischer Oberflächen, mit den bekannten Geräten werden die räumliche Struktur und die Farben der Oberflächen unzureichend und meistens unnatürlich wiedergegeben. Oxydationen, Lackeinschlüsse und weitere Rauhigkeiten an metallischen Oberflächen können von einem Tastschnittgerät nicht vollständig erfaßt werden, so daß zur vollständigen Beurteilung der Oberfläche eine mikroskopische Aufnahme erforderlich ist, welche insbesondere die räumliche Gestalt zerklüfteter Oberflächen zu erkennen gibt. Diese Anforderungen können von den bekannten Mikroskopen mit deren Beleuchtungseinrichtungen nicht erfüllt werden. Stereomikroskope ermöglichen zwar eine verbesserte räumliche Wiedergabe technischer Oberflächen, jedoch reichen deren Vergrößerungen zur Beurteilung feinerer Strukturen nicht aus.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Forschungsmikroskop der einleitend genannten Art so weiterzubilden, daß eine detaillierte räumliche Wiedergabe unregelmäßiger Oberflächen möglich ist.

Die Lösung der Aufgabe kennzeichnet sich erfindungsgemäß dadurch, daß der Beleuchtungsstrahlengang etwa tangential zur Objektebene einstellbar ist und sämtliche Teile der Beleuchtungseinrichtung exzentrisch zur optischen Achse des Objektivs angeordnet sind. Hierbei handelt es sich um eine Auflicht/Dunkelfeld-Beleuchtung, bei der das Licht schräg von nur einer Seite unter einem sehr kleinen Einfallswinkel auf das Objekt fällt. Wegen des nahezu tangentialen Lichteinfalls können sehr kleine Arbeitsabstände zwischen Objektiv und Objekt gewählt werden, wie sie üblicherweise bei Untersuchungen an technischen Oberflächen erforderlich sind. Während die bekannten Auflicht-Beleuchtungen die Entstehung von Konturenschatten zu vermeiden versuchen, werden bei der Erfindung gezielt ein* seitige Schatten erzeugt, wodurch sich bei geeigneter Einstellung von Einfallswinkel und Helligkeit ein räumliches Bild der Oberflächenstruktur ergibt. Gegenüber den bekannten Anordnungen ergibt sich der weitere Vorteil, daß die Farben der Objekte natürlicher wiedergegeben werden.

Vorteilhaft ist es, wenn der von dem Beleuchtungsstrahlengang und der Objektebene eingeschlossene Lichteinfallswinkel α kleiner als etwa 15° ist. Der zweckmäßige Einfallswinkel ist vom Objekt und der jeweiligen Vergrößerung abhängig und muß im Einzelfall experimentell festgelegt werden.

Eine zweckmäßige Ausführungsform ergibt sich, wenn zur Strahlenführung in der Beleuchtungseinrichtung ein Lichtleiter vorgesehen ist, welcher an seinem der Objektebene zugekehrten Ende mit einer optischen Einrichtung zur Leuchtfeldbegrenzung ausgerüstet ist. Ziel dieser Einrichtung ist es, möglichst nur den abgebildeten Bereich des Objekts auszuleuchten, um dadurch in das Objektiv einfallendes Streulicht aus den Randbereichen des Objektes zu vermeiden.

Es ist möglich, daß die optische Einrichtung zur Leuchtfeldbegrenzung wenigstens eine Linse aufweist. Durch die dem Objekt zugekehrte Linse kann ein dem Gesichtsfeld entsprechender Leuchtfleck eingestellt werden. Durch axiale Verschiebung der Linse ist eine Fokussierung des Leuchtflecks möglich, wobei eine zusätzliche Blende zu einer weiter verbesserten Objektbeleuchtung beitragen kann.

Vorteilhaft und zugleich sehr einfach ist es, wenn die optische Einrichtung zur Leuchtfeldbegrenzung im wesentlichen aus einem Lichtleiterlängsabschnitt besteht, dessen der Objektebene zugekehrtes Ende eine das Leuchtfeld bestimmende Querschnittsform aufweist. Wegen der aus der Lichtaustrittsöffnung des Lichtleiterlängsabschnittes austretenden divergierenden Lichtstrahlen wird die Lichtaustrittsöffnung in unmittelbarer Objektnähe angeordnet, so daß in vielen Anwendungsfällen auf Linsen und Blenden verzichtet werden kann. Durch die geringen Querschnittsabmessungen des freien Endes des Lichtleiterlängsabschnittes kann dieser auch bei kleinem Arbeitsabstand zwischen dem Objektiv und dem Objekt gehalten werden.

Besonders günstig ist es, wenn die Lichtaustrittsöffnung des Lichtleiterlängsabschnittes einen etwa rechteckigen Querschnitt aufweist. Hierbei kann der Lichtleiterlängsabschnitt ein Obergangsstück bilden, bei welchem die Ankopplungsstelle für den Lichteintritt einen kreisförmigen Querschnitt zeigt, so daß nahezu sämtliche Lichtstrahlen für die Objektbeleuchtung zur Verfügung stehen. Wegen des kleinen Einfallswinkels der Beleuchtungsstrahlen zur Objektebene, können die zur Objektebene parallelen Breitseiten des Rechteckquerschnitts der Lichtaustrittsöffnung erheblich länger als die dazu senkrechten Schmalseiten ausgebildet sein. Hierdurch ergibt sich eine sehr wirksame Beleuchtung, die ohne Blenden und Linsen kostengünstig herstellbar ist.

Weiterhin ist es möglich, die optische Einrichtung zur Leuchtfeldbegrenzung als an den Lichtleiter angekoppelten Acryl glaskörper auszubilden, dessen Lichtaustrittsöffnung eine das Leuchtfeld bestimmende Querschnittsform aufweist und dessen Umfangsfläche lichtundurchlässig beschichtet ist. Hierbei steht nur ein Teil des vom Lichtleiter geführten Lichts für die Objektbeleuchtung zur Verfugung, da die Lichtaustrittsöffnung so geformt ist, daß zur Vermeidung von störendem Streulicht im wesentlichen nur der abgebildete Objektbereich ohne zusätzliche Verwendung von Blenden oder Linden beleuchtet wird. Der Acrylglaskörper ist so geformt, daß er mit seinem dem Objekt zugekehrten Ende zwischen dem Objektiv und dem Objekt in dess unmittelbarer Nähe gehalten werden kann.

Zweckmäßig ist es, wenn die Lichtquelle der Beleuchtungseinrichtung am Mikroskopstativ gehalten ist. Auf diese Weise kann das Mikroskop mit einem an die Lichtquelle ankoppelbaren Lichtleiter einfach und kostengünstig hergestellt werden.

Außerdem ist es günstig, wenn die Winkellage des Beleuchtungsstrahlenganges im Abstand zur Objektebene sowie senkrecht dazu einstellbar ist. Sofern der Lichtaustritt der Beleuchtungseinrichtung längs einer oberhalb der Objektebene parallel dazu verlaufenden Kreisbogenabschnittes verändert werden kann, lassen sich die abgeschatteten Bereiche des Objekts verändern. Eine Veränderung des Lichteinfallswinkels bei gleichzeitiger Betrachtung des Objektes läßt dessen Oberflächenrauhigkeiten besonders deutlich erscheinen.

Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele nachstehend näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine ausschnittsweise Seitenansicht «ines Mikroskops mit der neuen Beieuchtungseinrichtung,

Fig. 2 eine ebenfalls ausschnittsweise Seitenansicht eines Mikroskops mit einer gegenüber Fig. 1 veränderten Beleuchtungseinrichtung mit einem Lichtleiter und

Fig. 3 die teilweise Seitenansicht einer weiterhin veränderten Ausführungsform eines Mikroskops mit einem im Stativ gehaltenen Lichtleiter.

Das neue Mikroskop ist im Unterschied zum Stereomikroskop für eine starke Vergrößerung bei kleinem Arbeitsabstand zwischen dem Objektiv 3 und der Objektebene 5 vorgesehen, wie Fig. 1 zeigt. Die Beleuchtung des senkrecht zur optischen Achse 2 angeordneten Objekts 5a erfolgt mittels einer Beleuchtungseinrichtung 1, deren Beleuchtungsstrahlengang 4 einen gegenüber der Objektebene 5 sehr kleinen Winkel α aufweist. Der Winkel α ist größer als 0° jedoch kleiner als etwa 15° und muß in Abhängigkeit vom Objekt und der Vergrößerung festgelegt werden. Zur Fokussierung des Lichts ist im Beleuchtungsstrahlengang 4 eine Linse 21 vorgesehen, so daß nur der im Mikroskop abgebildete Objektbereich erhellt wird. Die wesentliche Wirkung des kleinen Lichteinfallswinkels α besteht in der Erzeugung von Schatten der Oberflächenrauhigkeiten des Objekts 5a, so daß ein räumlicher Eindruck der

Oberfläche in bislang nicht bekanntem Maße bei gleichzeitig verbesserter Farbwiedergabe erreicht wird.

In Fig. 2 ist zur StrahlenfUhrung einer Beleuchtungseinrichtung 9 ein Lichtleiter 10 vorgesehen, welcher an seinem der Objektebene 8 zugekehrten Ende einen Lichtleiterabschnitt 11 aufweist. Eine rechteckige Querschnittsform des Lichtleiterabschnitts Π bestimmt die Größe des ebenfalls rechteckigen Leuchtfeldes 20 in der Objektebene 8. Auch bei dieser Ausführungsform ist ein sehr kleiner Arbeitsabstand zwischen dem Objekt 8a und dem Objektiv 6 möglich, da der Beleuchtungsstrahlengang 12 in einem sehr kleinen Winkel zur Objektebene 8 verläuft. Der Lichtleiter 10 ist in ein Lampengehäuse 9a geführt, in welchem sich eine Lichtquelle befindet.

Fig. 3 zeigt teiltweise ein Mikroskop mit einer im Stativ 18 gehaltenen Lichtquelle einer Beleuchtungseinrichtung 22. Mit der Lichtquelle 17 ist ein Lichtleiter 15 verbunden, der am freien Ende mit einem Acrylglaskörper 16 ausgerüstet ist, welcher zur Erzeugung eines begrenzten Leuchtfeldes in der Objektebene 19 dient. Auch hier ist bei kleinem Arbeitsabstand zwischen dem Objektiv 13 und dem Objekt 19a ein kleiner Lichteinfallswinkel gegeben, so daß der Acrylglaskörper 16 teilweise unter das Objektiv 13 geführt werden kann, um ohne aufwendige Fokussierungseinrichtung ein begrenztes Leuchtfeld in der Objektebene 19 zu erzeugen. Die Umfangsfläche des Acrylglaskörpers 16 ist lichtundurchlässig beschichtet, so daß kein störendes Streulicht entsteht.

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Claims

1. Mikroskop mit Beleuchtungseinrichtung für Auflichtuntersuchungen, bei welchem durch starke Vergrößerung ein kleiner Arbeitsabstand zwischen dem Objektiv und der Objektebene vorgegeben ist, dadurch gekennzeichnet , daß der Beleuchtungsstrahlengang (4, 12, 23) etwa tangential zur Objektebene (5, 8, 19) einstellbar ist und sämtliche Teile der Beleuchtungseinrichtung (1, 9, 22) exzentrisch zur optischen Achse (2, 7, 14) des Objektivs (3, 6, 13) angeordnet sind.

2. Mikroskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der von dem Beleuchtungsstrahlengang (4, 12, 23) und der Objektebene (5, 8, 19) eingeschlossene Lichteinfallswinkel α kleiner als etwa 15° ist.

3. Mikroskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Strahlenführung in der Beleuchtungseinrichtung (9) ein Lichtleiter (10, 15) vorgesehen ist, welcher an seinem der Objektebene (8, 19) zugekehrten Ende mit einer optischen Einrichtung zur Begrenzung des Leuchtfeldes (20, 24) ausgerüstet ist.

4. Mikroskop nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Einrichtung zur Leuchtfeldbegrenzung wenigstens eine Linse (21) aufweist.

5. Mikroskop nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Einrichtung zur Leuchtfeldbegrenzung im wesentlichen aus einem Lichtleiterlängsabschnitt (11) besteht, dessen der Objektebene (8) zugekehrtes Ende eine das Leuchtfeld (20) bestimmende Querschnittsform aufweist.

6. Mikroskop nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtaustrittsöffnung des Lichtleiterlängsabschnittes (11) einen etwa rechteckigen Querschnitt aufweist.

7. Mikroskop nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Einrichtung zur Leuchtfeldbegrenzung als an den Lichtleiter (15) angekoppelter Acrylglaskörper (16) ausgebildet ist, dessen Lichtaustrittsöffnung (16a) eine das Leuchtfeld bestimmende -Querschnittsform aufweist und dessen Umfangsflache lichtundurchlässig beschichtet ist.

8. Mikroskop nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (17) der Beleuchtungseinrichtung (22) am Mikroskopstativ (18) gehalten ist.

9. Mikroskop nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Winkellage des Beleuchtungsstrahlenganges (4, 12, 23) im Abstand zur Objektebene (5, 8, 19) sowie senkrecht dazu einstellbar ist.