DE3607379C1 - Microscope having a focusing drive mechanism which can be motor driven - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Mikroskop gemäß dem Oberbegriff des An­ spruches 1.

Mikroskope besitzen in der Regel einen manuell mit Hilfe zweier koaxial angeordneter Drehknöpfe bewegten Fokussiertrieb, über den entweder der Tisch des Mikroskops oder der die Objektive tragende Revolver in der Höhe verstellt werden können. Diese Betätigungsknöpfe, von denen einer für die Grobverstellung und der andere, auf ein stärker untersetzendes Getriebe wirkende Knopf für die Feinverstellung dient, sind seitlich oft in doppelter Ausführung links und rechts am Mikroskopstativ angebracht.

Es sind auch Mikroskope bekannt, die einen motorisch bewegbaren Fokus­ siertrieb besitzen. Insbesondere für Mikroskope für Routine-Untersuchun­ gen z.B. von Produkten der Halbleiterindustrie sind oft mit einem sogenannten "Autofokus" ausgerüstet, der die Schärfenebene der Mikro­ skopoptik über einen Motor automatisch der Oberfläche des zu unter­ suchenden Objekts nachführt. Es ist üblich den Motor anstelle der Betätigungsknöpfe an einer Seite des Mikroskops an die Welle des Fokus­ siertriebs anzusetzen. Zur manuellen Fokuseinstellung dienen dann die verbleibenden Betätigungsknöpfe an der anderen Seite des Mikroskops.

Diese Lösung ist jedoch oft ungünstig. So wird z.B. bei der Wafer- oder Maskeninspektion in der Halbleiterindustrie Wert darauf gelegt, daß die Bedienperson den Objekten auf dem Tisch des Mikroskops nicht zu nahe kommt, um die Kontaminationsgefahr mit Staubpartikeln möglichst gering zu halten. Bei derartigen Inspektionsarbeitsplätzen ist das Mikroskop außerdem meist ohnehin in ein Handhabungssystem zur automatischen Probenzuführung eingebaut, so daß die gewohnten Betätigungshandhaben am Mikroskopstativ nur noch schwer oder gar nicht mehr zugänglich sind.

Aus der DE-OS 34 10 201 ist ein Mikroskop mit motorisch bewegtem Fokus­ siertrieb bekannt, bei dem der Motor über eine magnetisch schaltbare Kupplung und ein Stirnradgetriebe an die Welle angekoppelt ist, die die Betätigungsknöpfe für den Feintrieb an beiden Seiten des Mikroskops verbindet. Am Fuß des Mikroskops ist eine zusätzliche Betätigungshand­ habe in Form eines Schalters vorgesehen, mit dem der Antriebmotor für den Fokussiertrieb gestartet werden kann und der als Grobtrieb dient. Die Geschwindigkeit der Fokusverstellung richtet sich hier nach der Vergrößerung des verwendeten Objektivs. Dieses bekannte Mikroskop besitzt ebenfalls die vorgenannten Nachteile, da alle Betätigungshand­ haben, sowohl die Triebknöpfe als auch der Schalter am Mikroskopstativ selbst angeordnet sind.

Aus der DE-OS 33 30 476 ist ein Mikroskop bekannt, dessen Fokussiertrieb durch die digitalen Ausgangssignale einer externen Betätigungshandhabe wie z.B. einer sog. Rollkugel angesteuert wird, die mit einer progres­ siven Charakteristik in Bezug auf die Geschwindigkeit der Betätigung versehen ist. Durch diese Maßnahme soll der Grobtrieb des Gerätes eingespart werden.

Auch bei diesem Mikroskop sind jedoch alle weiteren Betätigungshandhaben z.B. zur Weiterschaltung des Objektivrevolvers, am Gerät selbst an­ geordnet.

In der EP-OS-01 24 241 ist ein Mikroskop beschrieben, das neben einem motorisch bewegbarem Fokussiertrieb und einer Autofokuseinrichtung auch einen motorisch durchschaltbaren Revolver besitzt. Für die Grob- und Feineinstellung des Fokussiertriebs sind allerdings Schalter vorgesehen, die mit den Schaltern für die Revolververstellung und weiteren Bedien­ elementen zu einer am Gerät befestigten Eingabeeinheit zusammengefaßt sind. Mit Schaltern läßt sich jedoch keine ausreichend feinfühlige Verstellung des Fokus erzielen. Zwar ist bei dem bekannten Gerät auch die Anschlußmöglichkeit für ein externes Steuergerät vorgesehen; über dessen Aufbau und Bedienelemente ist jedoch nichts gesagt.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bei einem Mikroskop mit motorisch bewegtem Fokussiertrieb und Objektivrevolver die Betätigungs­ elemente so einzurichten, daß möglichst wenige Handgriffe nötig sind und die Gefahr einer Kontamination oder Beschädigungen der Proben möglichst gering ist. Gleichzeitig soll die gewohnte feinfühlige manuelle Fokus­ verstellmöglichkeit beibehalten werden.

Diese Aufgabe wird mit den im Kennzeichen des Anspruches 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.

Die digitalen Ausgangssignale des Encoders sind der Steuerschaltung für den Motor des Fokussiertriebs zugeführt, die sich z.B. ebenfalls im Bedienpult befindet oder mit weiterer Steuerelektronik für zusätzliche Funktionen in einem dafür vorgesehenen, separaten Steuerteil unterge­ bracht ist.

Mit Hilfe des von einem Handrad oder Drehknopf angetriebenen Encoders ist eine zwar indirekt über den Motor des Fokussiertriebs wirkende, aber dennoch sehr feinfühlige manuelle Einstellung der Fokuslage des Mikro­ skops möglich, wobei sich aufgrund der digitalen Ausgangssignale des Encoders weitere Vereinfachungen bei der Bedienung des Mikroskops anbieten. So dient das Handrad dazu, die Autofokuseinrichtung des Mikroskops außer Funktion zu setzen, ohne daß vorher ein "Aus"-Taster betätigt werden muß (Anspruch 3). Weiterhin läßt sich zwischen dem Encoder und dem Motor des Fokussiertriebs eine elektronische Übersetzung einbauen, die die Geschwindigkeit der Fokusverstellung abhängig von der Vergrößerung des geraden benutzten Objektivs gestaltet.

Außerdem ist die Gefahr einer Beschädigung der Proben sicher dadurch vermieden, daß der vorgesehene Sensor am Kreuztisch des Mikroskops den Objektivrevolver bei jedem Probenwechsel automatisch in eine vorgegebene Grundposition mit großem Arbeitsabstand dreht, in der sich zweckmäßig ein Übersichtsobjektiv in Arbeitsstellung befindet.

Das Bedienpult kann weitere für die Steuerung der Funktionen des Mikroskops nötige Bedienelemente enthalten, beispielsweise den Ein- bzw. Ausschalter für die Autofokuseinrichtung des Mikroskops, den Schalter zur Betätigung eines motorisch angetriebenen Objektivrevolvers und/oder einen Schalter für die Hellfeld-Dunkelfeldumschaltung der Mikroskopbe­ leuchtung.

Da das Bedienpult vom eigentlichen Mikroskop entfernt aufgestellt werden kann und viele der oft benötigten Bedienelemente enthält, ist die Gefahr einer Kontamination der zu untersuchenden Proben durch den Beobachter beträchtlich reduziert.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung der Fig. 1-3 der Zeichnungen, in denen ein Ausführungs­ beispiel dargestellt ist.

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht eines Mikroskops mit separaten Bedienpult für Steuerung verschiedener Funktionen;

Fig. 2 stellt das Bedienpult aus Fig. 1 in Aufsicht dar;

Fig. 3 ist ein Blockschaltbild der im Steuerteil (30) nach Fig. 1 ent­ haltenen Steuerelektronik.

In Fig. 1 ist mit (1) das Stativ eines aufrechten Mikroskops bezeichnet. Dieses Stativ (1) trägt einen Objektivrevolver (2), einen Binokulartubus (3), einen Kreuztisch (5) und weitere, hier nicht nähere zu beschreiben­ de Teile, die üblicherweise zu einem Mikroskop gehören.

Der Revolver (2) ist mit mehreren Objektiven (4 a-d) unterschiedlichen Abbildungsmaßstabes bestückt, die nacheinander mit Hilfe eines im Innern des Stativs (1) angebrachten Motors eingeschaltet werden können. Mit (4 c) ist ein Übersichtsobjektiv bezeichnet, das einen kleinen Abbil­ dungsmaßstab, dafür aber einen relativ großen Arbeitsabstand besitzt.

Der Tisch (5) läßt sich außerdem zum Zwecke der Fokussierung in der Höhe verstellen. Als Antrieb für diese Fokussierbewegung dient ein zweiter Motor (6), der anstelle der sonst dort angebrachten Einstellknöpfe an der vom Betrachter aus gesehen rechten Seite des Mikroskops auf die Welle des Fokussiertriebs aufgesetzt ist. Das in Fig. 1 dargestellte Mikroskop ist außerdem mit einer Autofokuseinrichtung versehen (hier nicht dargestellt) wie sie beispielsweise in der DE-OS 33 28 821 be­ schrieben ist.

Einige der wichtigsten für das Arbeiten mit dem Mikroskop nötigen Bedienelemente befinden sich in einem neben dem Mikroskop aufgestellten und mit diesem über ein flexibles Kabel verbundenen Bedienpult (7). Das Bedienpult (7) enthält ein Handrad (8) für die Feineinstellung der Fokussierbewegung, einen Wippschalter (10) für die Drehung des Revolvers (2), einen Einschalttaster (11) mit integrierter Kontrollampe für die Autofokuseinrichtung des Mikroskops, eine Kontrollampe (9), deren Funktion noch beschrieben werden wird und, wie aus der Aufsicht nach Fig. 2 hervorgeht, einen weiteren Wippschalter (12) und einen weiteren Taster (13) auf der Rückseite des Bedienpults. Der Wippschalter (12) dient zum schnellen Verfahren des Fokussiertriebs (Grobfokussierung) während der Taster (13) bei Betätigung die von der Steuerschaltung für den Motor (6) des Fokussiertriebs festgelegten Grenzen des Fahrbereichs auf die gerade eingestellte Fokusposition nachführt. Zusätzlich kann am Bedienpult (7) noch ein Schalter für die Hell-Dunkelfeldumschaltung der Mikroskopbeleuchtung vorhanden sein. Wird der Schalter (12) für die Grobfokussierung nicht benötigt, so kann er für die Hell-Dunkelfeldum­ schaltung herangezogen werden.

Die Steuerschaltungen für die Motoren der Revolverumschaltung und des Fokussiertriebs sind ebenso wie die Steuerschaltung der Autofokusein­ richtung des Mikroskops in einem separaten Steuerteil (30) unterge­ bracht, an das das Bedienpult (7) angeschlossen ist.

Das Zusammenwirken der vorstehend aufgezählten Betätigungselemente zur Steuerung des Mikroskops läßt sich am besten anhand des Blockschaltbilds in Fig. 3 erklären.

Der Wippschalter (10) ist mit einer Steuerschaltung (22) für den Motor (19) verbunden, der den Revolver (2) dreht. Mit dem Wippschalter lassen sich die Objektive am Revolver (2) in beiden Richtungen weiterschalten, wobei eine Rückmeldeeinrichtung (29) die Stellung des Revolvers (2) an die Steuerschaltung (22) weitergibt. Die Steuerschaltung (22) ist außerdem mit einem Sensor in Form eines Mikroschalters (20) verbunden, der am Tischträger des Stativs (1) des Mikroskops befestigt ist und vom Kreuztisch (5) immer nur dann betätigt wird, wenn der Tisch (5) sich in Übergabeposition, d.h. in der Stellung befindet, in der ein Proben­ wechsel stattfindet. Ein Kreuztisch mit einem derartigen Schalter ist beispielsweise in der Patentanmeldung P 35 08 094.9 beschrieben.

Sobald der Tisch (5) den Schalter (20) betätigt, wird der Motor (19) von der Steuerschaltung (22) in Bewegung gesetzt und der Revolver (2) in die Position gedreht, bei der das Übersichtsobjektiv (4 c) in den Strahlen­ gang des Mikroskops eingeschaltet ist. Das hat zwei Vorteile: Zum einen ist es üblich, nach einem Probenwechsel die Untersuchung bei geringer Vergrößerung zu beginnen. Außerdem besitzt das Objektiv (4) einen großen Arbeitsabstand, so daß Beschädigungen von Objektiv oder Probe im Zuge des Probenwechsels sicher vermieden werden können. Sobald sich das Objektiv (4 c) in Position befindet, wird dies von dem Steuer­ teil (22) über die Lampe (9) dem Beobachter angezeigt.

Das Handrad (8) für die manuelle Feinverstellung des Fokussiertriebs ist mit einem Encoder (18) verbunden, der bei Betätigung zwei digitale Impulsfolgen mit drehrichtungsabhängiger Phasenlage abgibt. Die Signale des Encoders (18) werden einer Steuerschaltung (14) zugeführt, an die auch der Wippschalter (12) für die Schnellverstellung des Fokussier­ triebs angeschlossen ist. In der Steuerschaltung (14) wird das Über­ setzungsverhältnis des Handrads (8) auf den Fokussiertrieb bzw. die Geschwindigkeit der vom Schalter (12) eingeleiteten Fokusverstellung abhängig vom Abbildungsmaßstab des gerade verwendeten Objektivs einge­ stellt. Dazu ist die Schaltung (14) mit der Steuerschaltung (22) für den Antrieb des Objektivrevolvers (2) über die Leitung (a) verbunden und enthält von dort die Information über die momentane Stellung des Re­ volvers (2).

Der Encoder (18) und der Wippschalter (12) wirken außerdem auf die Steuerschaltung (15) der Autofokuseinrichtung des Mikroskops und schal­ ten die Autofokusfunktion ab, sobald die Handhaben zur manuellen Fokus­ einstellung (8 oder 12) betätigt werden. Damit wird verhindert, daß die automatische Fokusnachstellung der manuellen Verstellung entgegenarbei­ tet, denn der Sensor (21) der Autofokuseinrichtung würde andernfalls jede manuelle Fokusverstellung als gegenzuregelnde Defokussierung an die Steuerschaltung (15) melden.

Die Ausgänge der Steuerschaltung (15) der Autofokuseinrichtung und der Steuerschaltung (14) der manuellen Fokusverstellung sind gemeinsam einer Schaltung (16) zugeführt, die den Fahrbereich des Fokussiertriebs elektronisch begrenzt. Es lassen sich relative Grenzwerte einstellen, die auf den Fangbereich der Autofokuseinrichtung abgestimmt sind und dann dafür sorgen, daß der Fangbereich bei manueller Fokusverstellung nicht verlassen wird. Außerdem werden Beschädigungen von Objektiv und Objekt vermieden, wenn der obere Grenzwert kleiner als der kleinste Arbeitsabstand der verwendeten Objektive gewählt wird. Bei Erreichen der Begrenzung ertönt ein akustisches Signal und der Motor (6) schaltet ab. Eine Neufestlegung der Fahrbereichsgrenzen, wie sie z.B. bei einer Änderung der Objekthöhe im Zuge des Absuchvorganges der Probe auf dem Tisch (5) notwendig wird, ist mit Hilfe einer Resettaste (13) möglich.

Das von der Schaltung (16) begrenzte Ausgangssignal der Steuerschal­ tungen (14 bzw. 15) gelangt zu einer Treiberschaltung (17), über die der Motor (6) des Fokussiertriebs direkt beaufschlagt wird.

Claims (6)

1. Mikroskop mit motorisch bewegbarem Fokussiertrieb, einem ebenfalls motorisch durchschaltbaren Objektivrevolver (2), der mit Objektiven (4) unterschiedlicher Vergrößerung bestückt ist, einem Schalter (10) für die Drehung des Objektivrevolvers, einer Handhabe zur manuellen Feinverstellung des Fokussiertriebs und einem Kreuztisch (5) zur Aufnahme von Proben, der eine bestimmte Übergabeposition für die Proben einnehmen kann, dadurch gekennzeichnet, daß die Handhabe für die Fokusverstellung ein mit einem Encoder (18) gekoppeltes Handrad oder ein Drehknopf ist und mit dem Schalter (10) für die Betätigung des Objektivrevolvers in einem neben dem Mikroskop angeordneten Bedienpult (7) enthalten ist, und daß ein Sensor (20) zur Erkennung der Übergabeposition des Kreuztisches vorgesehen ist, bei dessen Ansprechen der Objektivrevolver (2) in eine vorgegebene Grundposition mit großem Arbeitsabstand dreht.

2. Mikroskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Grund­ position des Revolvers (2) ein Übersichtsobjektiv (4 c) sich in Arbeitsstellung befindet.

3. Mikroskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Mikroskop mit einer Autofokuseinrichtung zur automatischen Nachführung der Schärfenebene des Mikroskops (1) auf die Oberfläche des zu unter­ suchenden Objekts versehen ist, und daß die digitalen Ausgangssignale des Encoders ein der Steuerschaltung (14) für die manuelle Fokusver­ stellung und ein der Steuerschaltung (15) der Autofokuseinrichtung zugeführt sind und bei Betätigung des Handrads bzw. Drehknopfes letztere abschalten.

4. Mikroskop nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangs­ signale der Steuerschaltungen (14-17) für die automatische und manuelle Fokuseinstellung dem Motor (6) des Fokussiertriebs über eine elektronische Begrenzungsschaltung für den Verstellbereich zugeführt werden.

5. Mikroskop nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schalter (12) zur Schnellverstellung des Fokussiertriebs an dem Bedienpult (7) vorhanden ist.

6. Mikroskop nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schalter zur Hell-Dunkelfeldumschaltung der Mikroskopbeleuchtung an dem Bedienpult vorhanden ist.