DE4130698C2 - Beleuchtungsvorrichtung für ein Mikroskop - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungsvorrichtung für ein Mikroskop nach dem Oberbe­ griff des Anspruchs 1.

Bei mikroskopischen Untersuchungen von plastischen Objek­ ten besteht das Problem, diese gleichmäßig auszuleuchten. Hinzu kommt, daß eine große Beleuchtungsstärke erforder­ lich ist, um durch Wahl einer kleinen Blende eine hohe Tiefenschärfe zu erzielen und damit bei einer einzigen Einstellung des Mikroskops den gesamten interessierenden Tiefenbereich des Objektes betrachten zu können.

Eine praktische Anwendung besteht z. B. darin, die Maß­ haltigkeit von Werkzeugen zu überwachen, indem das Werk­ zeug an der interessierenden Stelle, z. B. am Schneidbe­ reich mikroskopisch erfaßt, das mikroskopisch erfaßte Bild elektronisch aufgenommen und anschließend weiterver­ arbeitet und ausgewertet wird.

Aus dem gattungsbildenden DE 84 01 016 U1 ist eine Durchlicht-Dunkelfeld-Beleuchtungseinrichtung bekannt, die eine Ringleuchte mit einer Ringblende und einem Ringspiegel umfaßt und am Tubus eines Beobachtungsgerätes befestigbar ist. Die Ringblende schneidet aus dem der Ringleuchte emittierten Lichtkegel ein schmales Bündel aus, das auf den unter den Blende befindlichen Ringspiegel trifft. Dabei wird dieses Bündel so umgelenkt, daß es nahezu streifend auf die Objektebene auftrifft. Nach der Umlenkung bildet der Hauptstrahl des Beleuchtungskegels etwa einen Winkel von 63° mit der optischen Achse des Beobachtungsgerätes.

Diese Beleuchtungsvorrichtung ist nicht dazu ausgelegt, eine gleichmäßige Beleuchtung des Objektes zu erzielen.

Ferner ist aus dem Abstract JP 53-85446 A eine Beleuchtungsvorrichtung bekannt, die eine konventionelle Lichtquelle und eine Optik aus einem Kondensatorlinsensystem und einer Blende umfaßt. Mittels dieser Beleuchtungsvorrichtung wird paralleles Licht von der Seite her auf einen Probenträger gestrahlt, wobei mittels der Blende dafür gesorgt ist, daß nur ein schmales paralleles Lichtband auf den Probenträger fällt und sich parallel zur Auflagefläche des Probenträgers ausbreitet.

Auf dem Probenträger zu beobachtende winzige Partikel erzeugen hierbei Streuleicht, das in das Linsensystem eines Beobachtungsgerätes fällt und auf diese Weise eine kontrastreiche Darstellung der winzigen Partikel auf dem Probenträger ermöglicht.

Schließlich ist aus der DE 37 04 239 A1 ein Streifwinkel-Mikroskop bekannt, bei dem zur Beleuchtung eines Objektes eine Beleuchtungsvorrichtung vorhanden ist, die ein Bündel einfallender Strahlungsenergie über mehrere Spiegel umlenkt, um es auf die Oberfläche des Objektes unter einem Winkel zwischen 60° und 85° einfallen zu lassen. Eine weitere Spiegelanordnung, die im Prinzip gleich der für das einfallende Licht vorhandenen Spiegelanordnung aufgebaut ist, führt das von der Oberfläche des Objektes reflektierte Streulicht einem Detektor zu.

Es hat sich gezeigt, daß für hohe Vergrößerungen zur Untersuchung von Objekten mit kleinen Abmessungen bisherige Beleuchtungsvorrichtungen nur unzureichende Ergebnisse lieferten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Beleuch­ tungsvorrichtung dahingehend weiter zu verbessern, daß mit ein­ fachen Mitteln eine gleichmäßige Ausleuchtung eines mikrosko­ pisch zu betrachtenden Objektes erzielt werden kann.

Diese Aufgabe wird bei einer Beleuchtungsvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch die im kennzeich­ nenden Teil angegebenen Merkmale gelöst.

Die Beleuchtungsvorrichtung nach der Erfindung umfaßt eine an sich bekannte Spaltringleuchte als Lichtquelle, die mit einer Reflektoranordnung verbunden ist. Diese Reflektoranordnung beeinflußt die optische Einstellung des Mikroskops in keiner Weise, denn sie besitzt einen zentralen Durchgang mit rotations­ symmetrischen Reflexionsflächen. Durch die Ausgestaltung der Reflexionsflächen wird erreicht, daß das von der Spaltringleuchte ausgehende Licht sowohl von oben her auf das zu betrachtende Objekt gelenkt wird als auch von der Seite her einfällt. Dabei erfolgt eine sehr gleichmä­ ßige Ausleuchtung, so daß unterschiedliche Flächen mit hoher optischer Auflösung voneinander unterschieden werden können.

Eine erste Reflexi­ onsfläche ist kegelstumpfförmig ausgebildet.

Eine solche Ausgestaltung ist nicht nur mechanisch ein­ fach und reproduzierbar herzustellen, sie bietet auch eine sehr gleichmäßige Verteilung des von der Spaltringleuchte ausgehenden Lichts auf das zu betrachtende Objekt.

An die erste, kegelstumpfförmig ausgebildete Reflexionsfläche schließt sich in Beleuchtungsrichtung eine zweite, zylindrisch ausgebildete Reflexionsfläche an.

Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß im Bereich des Lichtaustritts aus der Optik noch zusätzlich eine Re­ flexion von der Seite her eintritt, die in unmittelbarer Nähe des zu betrachtenden Objektes stattfindet. Dadurch ergibt sich auch eine intensive und gleichmäßige, seitliche Beleuchtung, wodurch bei Betrachtung von oben auch plastische Objekte an allen zu betrachtenden Flächen gleichmäßig beleuchtet sind.

Die zylindrische Gestaltung besitzt den Vorteil der einfachen und reproduzierbaren Herstell­ barkeit. Darüber hinaus haben Versuche ergeben, daß hier­ durch in Verbindung mit der Ausbildung der ersten Re­ flexionsfläche eine gute seitliche Beleuchtung bei gleichmäßigem Übergang zur Beleuchtung der Oberfläche erzielt wird.

Die erste Re­ flexionsfläche ist um einen Winkel zur optischen Achse geneigt, der in einem Bereich zwischen 15 und 20 Grad liegt. Keine der beiden Reflexionsflächen weisen optische vergütete Oberflächen auf.

Vorzugsweise besitzt die erste Reflexionsfläche eine axiale Länge, die in einem Bereich von zwischen 45 und 50 mm liegt. Weiterhin weist die zweite Reflexionsfläche eine axiale Länge auf, die in einem Bereich zwischen 2 und 5 mm liegt.

Diese Abmessungen haben sich als geeignet erwiesen, eine für mikroskopische Betrachtungen von Spiralbohrern opti­ male Ausleuchtung zu erreichen und eine hochgenaue opto­ elektronische Auswertung von deren Abmessungen zu ermög­ lichen. Die geringe Länge im Bereich zwischen 2 und 5 mm der zweiten Reflexionsfläche erleichtert es, den Aus­ tausch verschiedener zu beobachtender Objekte entweder durch einfaches Querverschieben herbeizuführen, wenn sich die untere Kante der Optik bereits oberhalb der Spitze der Bohrer befindet, oder aber nur einen geringfügigen Hub beim Austausch vornehmen zu müssen.

Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist die Reflektoranordnung längs der optischen Achse relativ zur Spaltringleuchte verla­ gerbar.

Hierdurch wird erreicht, daß das beleuchtete Feld längs der optischen Achse verschoben werden kann, ohne daß dazu auch eine Verlagerung der Spaltringleuchte erforderlich ist.

Weiterhin weisen die Spaltringleuchte und die Reflektoranordnung ein gemeinsames Gehäuse auf, welches eine Tubusanschlußhülse mit Klemmschrauben besitzt.

Durch diese Ausgestaltung kann die Beleuchtungsvorrich­ tung ohne bauliche Veränderungen an einem üblichen Mi­ kroskop befestigt werden. Dabei läßt sich das beleuchtete Feld so einstellen, daß davon die Einstellung der Bild­ schärfe des Mikroskops nicht beeinträchtigt wird.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung umfaßt das Gehäuse eine innere Anschlagschulter sowie eine Konterhülse und die Reflektoranordnung ist über ein Justiergewinde mit der Konterhülse verbunden.

Diese Ausführung kommt mit wenigen Bauelementen aus, die eine leichte Montage und Demontage der Reflektoranordnung einschließ­ lich der Spaltringleuchte ermöglicht. Dabei wird die Spaltringleuchte gegen die Anschlagschulter geschoben und von der Konterhülse gegen diese gedrückt. Gleichzeitig bildet die Konterhülse ein Justiergewinde für die Reflektoranordnung, mit der diese relativ zur Spaltringleuchte längs der optischen Achse verlagerbar ist.

Anhand der Zeichnung wird nachfolgend ein Ausführungsbei­ spiel der Erfindung beschrieben.

Die Zeichnung zeigt einen Längsschnitt durch eine Beleuchtungsvorrichtung.

Die Beleuchtungsvorrichtung ist in einem Gehäuse 22 untergebracht, das über eine Tubusanschlußhülse 24 mittels Klemmschrauben 26 am Tubus 34 eines Mikroskops befestigt ist. Die Beleuchtungsvorrichtung dient dazu, ein Objekt 36, hier einen Spiralbohrer, für eine mikro­ skopische Betrachtung und Vermessung zu beleuchten.

Innerhalb des Gehäuses 22 ist eine Spaltringleuchte 10 angeordnet, die ihrerseits aus einem Spaltring 38 besteht, in dessen Ringspalt 40 die Enden von Glasfasern 42 eingebettet sind. Diese Enden weisen alle in Richtung der optischen Achse 14. Die Glasfasern sind zu einem Lichtleiterbündel 44 zusammengefaßt und führen zu einer externen, hier nicht dargestellten Lampe.

Die Spaltringleuchte 28 liegt mit ihrer oberen Stirnflä­ che an einer inneren Anschlagschulter 28 des Gehäuses 22 an und wird durch eine Konterhülse 30 fixiert. In Be­ leuchtungsrichtung hinter der Spaltringleuchte 10 befin­ det sich eine Reflektoranordnung 12, die über ein Justiergewinde 32 mit der Konterhülse 30 verbunden ist.

Die Reflektoranordnung 12 umfaßt einen Reflektorkörper 16 mit einer ersten Reflexionsfläche 18 und einer zweiten Reflexions­ fläche 20. Die erste Reflexionsfläche 18 ist kegelstumpfförmig aus­ gebildet und der Abstand zwischen der Reflexionsfläche 18 und der optischen Achse 14 nimmt in Beleuchtungsrichtung stetig ab. Die erste Reflexionsfläche 18 ist um einen Winkel im Bereich zwischen 15 und 20 Grad zur optischen Achse geneigt und besitzt eine axiale Länge im Bereich zwischen 45 und 50 mm. An die erste Reflexionsfläche 18 schließt sich die zweite Reflexionsfläche 20 an. Diese ist zylindrisch ausgebildet und besitzt eine axiale Länge im Bereich zwischen 2 und 5 mm.

Die untere Kante der zweiten Reflexionsfläche 20 liegt etwa auf dem gleichen Höhenniveau wie die Spitze des zu betrachtenden Objektes 36. Die exakte Höhe und damit das Beleuchtungsfeld kann durch Verdrehen des Reflektorkör­ pers 16 innerhalb des Justiergewindes 32 verändert wer­ den. Bei diesem Justiervorgang wird jedoch der Abstand zwischen dem Objekt 36 und dem Tubus 34 des Mikroskops nicht verändert, so daß bei Einstellung des zu be­ leuchtenden Feldes die einmal vorgenommene Schärfenein­ stellung des Mikroskops nicht nachjustiert werden muß.

Die Oberfläche der Reflexionsflächen 18, 20 ist nicht optisch vergütet. Es hat sich gezeigt, daß auch eine unbehandelte Oberfläche, die nach Herstellung des Reflexionskörpers 16 durch spanabhebende Bearbeitung, wie Drehen oder Bohren entsteht, bereits ausreichende Reflexionseigenschaften aufweist. Dies trifft besonders auf metallische Werkstoffe, z. B. auf Aluminium zu, aus denen ein Prototyp der erfindungsgemäßen Beleuchtungsvor­ richtung hergestellt wurde.

Die trotz einfachen Aufbaus überraschend guten Beleuch­ tungsergebnisse lassen sich etwa wie folgt erklären. Der aus den Glasfasern 42 der Spaltringleuchte austretende, leicht divergierende Lichtkranz fällt zunächst auf die erste Reflexionsfläche 18 und wird dort nach den opti­ schen Reflexionsgesetzen reflektiert. Es ergibt sich so eine Konzentration des Lichtkranzes auf einen Lichtfleck etwa im Höhenniveau des Objektes 36.

Die genaue Lage des Lichtfleckes kann durch Einstellen des Reflexionskörpers 16 verändert werden. Die von der ersten Reflexionsfläche 18 reflektierten Strahlen bewir­ ken im wesentlichen eine Beleuchtung des Objektes 36 von oben. Ein Teil des reflektierten Lichtes gelangt jedoch von der ersten Reflexionsfläche 18 auch zur zweiten Reflexionsfläche 20 und wird dort so reflektiert, daß die Lichtstrahlen die Reflektoranordnung 12 schräg zur optischen Achse 14 verlassen und somit das Objekt 36 ringförmig von der Seite her beleuchten.

Trotz des abrupten Überganges von der ersten Reflexionsfläche 18 zur zwei­ ten Reflexionsfläche 20 ergibt sich ein gleichmäßiger Übergang der Beleuchtungsstärke von oben und von der Seite her. Die zu beobachtende Fläche des Objektes 36 wird dabei sehr homogen ausgeleuchtet, so daß eine gleichmäßige Helligkeit zusammenhängender Flächen des zu beleuchtenden Objektes 36 erzielt wird und unterschiedli­ che Flächen mit einer hohen Grauwertauflösung und gutem Kontrast erscheinen. Damit werden kontrastreiche Flächen­ grenzen zwischen unterschiedlichen Flächen eines Objektes 36 geschaffen, was wiederum die Voraussetzung für eine optoelektronische Meßwertaufnahme und Meßwertauswertung bildet.

Besonders vorteilhaft ist bei der erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung, daß im Bereich der optischen Achse 14 keinerlei lichtdämpfende Körper, wie z. B. Lin­ sen, vorhanden sind, die die Bildhelligkeit, Bildschärfe und Geometrie bei der mikroskopischen Betrachtung beein­ flussen können. Mit den angegebenen geometrischen Abmes­ sungen der Reflektoranordnung 12 ist es möglich, eine automatisierte Überprüfung von Objekten 36 durchzuführen, da diese lediglich querverschoben werden müssen, ohne daß sie jedesmal unter der Reflektoranordnung 12 hindurchtauchen müssen.

Die Bezugszeichen werden für folgende Merkmale verwendet:

10 Spaltringleuchte
12 Reflektoranordnung
14 optische Achse
16 Reflektorkörper
18 erste Reflexionsfläche
20 zweite Reflexionsfläche
22 Gehäuse
24 Tubusanschlußhülse
26 Klemmschrauben
28 Anschlagschulter
30 Konterhülse
32 Justiergewinde
34 Tubus
36 Objekt
38 Spaltring
40 Ringspalt
42 Glasfaser
44 Lichtleiterbündel

Claims (4)

1. Beleuchtungsvorrichtung für ein Mikroskop,

• - bestehend aus Spaltringleuchte (10) und einer von dieser beleuchteten Reflektoranordnung (12), welche das von der Spaltringleuchte (10) ausgehende Licht auf das zu beobachtende Objekt reflektiert,
• - wobei die Spaltringleuchte (10) die optische Achse (14) des Mikroskops ringförmig umfaßt
• - und die Reflektoranordnung (12) als eine in Beleuchtungsrichtung symmetrisch zu der optischen Achse (14) des Mikroskops zusammenlaufende, kegelstumpfförmige Reflexionsfläche (18) ausgebildet ist,
  dadurch gekennzeichnet,
• - daß an die kegelstumpfförmig ausgebildete Reflexionsfläche (18) in Beleuchtungsrichtung eine zweite, zylindrisch ausgebildete Reflexionsfläche (20) nahtlos anschließt,
• - daß die erste, kegelstumpfförmig ausgebildete Reflexionsfläche (18) gegenüber der optischen Achse (14) des Mikroskops um einen Winkel zwischen 15 und 20 Grad geneigt ist,
• - und daß keine der beiden Reflexionsflächen (18, 20) eine optisch vergütete Oberfläche aufweist.

2. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Länge der ersten Reflexionsfläche (18) zwischen 45 und 50 mm und die axiale Länge der zweiten Reflexionsfläche (20) zwischen 2 und 5 mm liegt.

3. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflektoranordnung (12) längs der optischen Achse (14) relativ zu der Spaltringleuchte (10) verschiebbar ist.

4. Beleuchtungsvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spaltringleuchte (10) und die Reflektoranordnung (12) von einem gemeinsamen Gehäuse (22) getragen sind, welches mikroskopseitig eine Tubusanschlußhülse (24) mit Klemmschrauben (26) und eine innere Anschlagschulter (28) sowie eine Konterhülse (30) umfaßt und daß die Reflektoranordnung (12) über ein Justiergewinde (32) mit der Konterhülse (30) verbunden ist.