DE4207630C2

DE4207630C2 - Verwendung eines Stereomikroskops

Info

Publication number: DE4207630C2
Application number: DE19924207630
Authority: DE
Inventors: Volker Heerich; Klemens Kresin
Original assignee: Kappa Messtechnik GmbH
Current assignee: Kappa Messtechnik GmbH
Priority date: 1992-03-11
Filing date: 1992-03-11
Publication date: 1995-08-24
Anticipated expiration: 2012-03-12
Also published as: DE4207630A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Verwendung eines Stereomikroskops mit zwei Strahlengängen, bei dem in jedem Strahlengang ein Strahlteiler vorgesehen ist.

Stereomikroskope werden normalerweise dazu verwendet, Objekte stereoskopisch zu betrachten. Hierbei ist jeder Strahlengang einem Auge des Betrachters zugeordnet. Dabei kann in jedem Strahlengang ein Strahlteiler vorgesehen sein, hinter den einerseits ein Okular für das Auge des Betrachters und andererseits beispielsweise ein Anschluß für eine Kamera zur Aufnahme des Objekts angeordnet ist. Darüberhinaus sind Meßokulare für Stereomikroskope bekannt, die ein Vermessen des Objekts durch direkten Vergleich mit einer in einer Bildebene angeordneten Skala ermöglichen.

Aus der DE-OS 35 27 074 ist die Verwendung eines Stereomikroskops mit zwei Strahlengängen zur Moir´- Mikroskopie bekannt. Dabei wird über den einen Strahlengang ein Hell-Dunkel-Gitter auf das zu vermessende Objekt projiziert. Über den anderen Strahlengang wird die Projektion des Hell-Dunkel-Gitters auf dem Objekt mit dem Hell-Dunkel- Gitter überlagert und das resultierende Interferenzmuster abgebildet. Eine Beobachtung des Objekts ist nur über den projizierenden Strahlengang möglich, wobei die Sicht zudem stark durch das Hell-Dunkel-Gitter beeinträchtigt ist. Bei Oberflächenvermessungen nach Moir´ sind der projizierende und der abbildende Strahlengang grundsätzlich parallel zueinander ausgerichtet.

Aus der DE-PS 33 27 672 ist ein Stereomikroskop bekannt, bei dem in jedem Strahlengang ein Strahlteiler vorgesehen ist. Hinter beiden Strahlteilern ist eine gemeinsame Lichtquelle angeordnet. Die Lichtquelle dient zur Auflicht-Hellfeld beleuchtung.

Es sind sowohl Stereomikroskope mit getrennten Objektiven für beide Strahlengänge als auch solche mit einem einzigen Objektiv bekannt. Im zweiten Fall sind die geometrischen Voraussetzungen zum Erreichen größerer Blickwinkel günstiger. Vorteile ergeben sich auch bei der Justierung.

Als Verfahren zur Vermessung von Objekten ist die Lichtschnittmikroskopie bekannt. Dabei wird eine Lichtebene auf ein Objekt projiziert und die Projektion aus einer Richtung möglichst senkrecht zur Lichtebene betrachtet. Die Projektion der Lichtebene auf dem Objekt ist eine Linie, deren Verlauf präzise Informationen über die Kontur der Oberfläche des Objekts beinhaltet. Insbesondere lassen sich am Verlauf der Linie Höhenunterschiede auf der Oberfläche des Objekts qualitativ und quantitativ bestimmen. Die Lichtebene, die auf das Objekt projiziert wird, ist am einfachsten durch die rückwärtige Beleuchtung einer Spaltplatte bereitzustellen. Bei der Durchführung der Lichtschnittmikroskopie ist es bekannt, ein Mikroskop zur Betrachtung der Projektion der Lichtebene zu verwenden, und die Projektion mit einer Kamera aufzuzeichnen. Bislang werden zur Durchführung der Lichtschnittmikroskopie jedoch besondere, weitgehend nur für diesen Zweck einsetzbare Instrumente verwendet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine neue Einsatzmöglichkeit eines bekannten Stereomikroskops mit zwei Strahlengängen aufzuzeigen.

Erfindungsgemäß wird dies durch die Merkmalskombination des Patentanspruchs 1 erreicht. Überraschend stellt sich heraus, daß ein herkömmliches Stereomikroskop in besonderem Maße zur Durchführung der Lichtschnittmikroskopie geeignet ist. Hierbei wird der eine Strahlengang zur Projektion der Lichtebene auf das Objekt benutzt. Obwohl hieraus resultiert, daß die Projektion der Lichtebene auf dem Objekt über den anderen Strahlengang unter einem verhältnismäßig flachen Winkel betrachtet wird und die Lichtebene auf diese Weise nicht mit einer Bildebene des abbildenden zweiten Strahlengangs zusammenfällt, ergeben sich hieraus keine nennenswerten Schwierigkeiten für die Auswertung der Lichtschnittmikroskopie. Dies ist im wesentlichen auf die bei einem Stereomikroskop vorhandene große Tiefenschärfe der Abbildungsoptik zurückzuführen. Die Projektion der Lichtebene wird auch bei unterschiedlichem Abstand zum Objektiv scharf abgebildet und ist damit auswertbar. Durch die Strahlteiler in beiden Strahlengängen des Stereomikroskops ist vorteilhaft die Durchführung der Lichtschnittmikroskopie zugleich mit der stereoskopischen Betrachtung des Objekts möglich.

An dem Stereomikroskop kann ein gemeinsames Objektiv für beide Strahlengänge vorgesehen sein. Das gemeinsame Objektiv erlaubt eine große Annäherung an das Objekt, wodurch der Winkel zwischen den beiden Strahlengängen am Objektivausgang und damit der Winkel, unter dem die Lichtebene betrachtet wird, besonders groß ist.

Die Kamera ist vorteilhafterweise als CCD-Kamera ausgebildet. Eine CCD-Kamera zeichnet die Projektion der Lichtebene in einer für eine softwaregestütze Auswertung geeigneten Weise auf. Theoretisch ist es auch möglich bei der Lichtschnittmikroskopie auf eine Kamera ganz zu verzichten. In diesem Fall wäre die Projektion der Lichtebene auf der Oberfläche des Objekts mit einem Meßokular direkt zu vermessen.

Der Projektor kann als Lichtquelle einen Laser aufweisen. Ein Laserstrahl ist durch eine Optik in dem Maße in eine Lichtebene umformbar, wie dies für die Durchführung der Lichtschnittmikroskopie notwendig ist. Vorteilhaft weist die unter Zuhilfenahme eines Lasers bereitgestellte Lichtebene eine hohe, leicht registrierbare Lichtintensität auf.

Der Projektor kann eine Spaltplatte oder eine Stichplatte aufweisen. Insbesondere wenn eine Leuchtdiode oder Glühlampe als Lichtquelle in dem Projektor zum Einsatz kommt, empfiehlt es sich, die Lichtebene durch eine Spaltplatte zu formen, die von hinten zu beleuchten ist. In einzelnen Fällen mag auch eine Strichplatte sinnvoll sein. Hier ist dann die Lichtebene der Bereich der geringsten Lichtintensität, also eigentlich eine "Dunkelebene".

Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert und beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 die Verwendung eines Stereomikroskops zur Lichtschnittmikroskopie und

Fig. 2 ein zu vermessendes Objekt mit aufprojizierter Lichtebene.

Das in Fig. 1 dargestellte Stereomikroskop 1 weist für zwei Strahlengänge 2, 3 ein gemeinsames Objektiv 4 auf. In jedem der Strahlengänge 2, 3 ist ein Strahlteiler 12 bzw. 13 vorgesehen. Von einem zu vermessenden Objekt 10 aus ist hinter dem Strahlteiler 12 ein Projektor 8, 9 mit einer Spaltplatte 8 und einer Lichtquelle 9 einerseits und ein Okular 6 andererseits angeordnet. Beim Strahlengang 3 sind es eine Kamera 14 einerseits und ein Okular 7 andererseits. Die Okulare 6, 7 dienen hierbei ausschl. zur stereoskopischen Betrachtung des Objekts 10 unabhängig von der Lichtschnittmikroskopie. Die Lichtschnittmikroskopie wird ausschl. mit Hilfe des Projektors 8, 9 und der Kamera 14 durchgeführt. Sie kann aber mittels der Okulare 6, 7 beobachtet, überwacht oder gesteuert werden. Mit dem Projektor 8, 9 wird über den Strahlengang 2 eine Lichtebene auf das Objekt 10 projiziert. Dazu wird die Strichplatte 8 von hinten mit der Lichtquelle 9 beleuchtet. So blendet die Strichplatte 8 das Licht der Lichtquelle 9 bis auf die gewünschte Lichtebene aus. Die Projektion der Lichtebene auf dem Objekt 10 wird unter einem Winkel 11, der deutlich größer als 0° aber auch kleiner als 90° ist, betrachtet. Auf diese Weise macht sich eine von einer Ebene abweichende Oberflächenkontur des Objekts 10 durch eine Abweichung der Projektion der Lichtebene von einer geraden Linie bemerkbar. Das Maß der Abweichung ist über den Strahlengang 8 mit der Kamera 14 erfaßbar und anschließend auswertbar. Wie ersichtlich, läßt sich ein herkömmliches Stereomikroskop auf diese Weise zur Lichtschnittmikroskopie verwenden. Es ist nur Voraussetzung, daß Strahlteiler 12 und 13 vorgesehen sind, hinter denen der Projektor 8, 9 einerseits und die Kamera 14 andererseits angeordnet werden können. Bei dem konkreten Stereomikroskop 1 gemäß Fig. 1 sind zur Gleichrichtung aller optischen Achsen im Bereich der Okulare 6, 7, des Projektors 8, 9 und der Kamera 14 Umlenkspiegel 15, 16 vorgesehen. Zur Trennung der Strahlengänge 2, 3 im Anschluß an das gemeinsame Objektiv 4 dienen Prismen 17, 18. Die Verwendung eines einzigen Objektivs 4 für beide Strahlengänge 2, 3 bietet Vorteile hinsichtlich der Justierung und der geometrischen Verhältnisse bei Annäherung des Objektivs 4 an das Objekt 10.

In Fig. 2 ist die Projektion der durch das Okular 6 und das Objektiv 4 gemäß Fig. 1 auf das Objekt 10 fokussierten Lichtebene dargestellt. Die Projektion ist eine Linie 19, deren Verlauf Informationen über die Kontur der Oberfläche 20 des Objekts 10 beinhaltet. Wenn die Kamera 14 gemäß Fig. 1 beispielsweise eine CCD-Kamera ist, kann nach Abscannen des gesamten Objekts 10 aus dem jeweiligen Verlauf der Linie 19 eine mathematische Darstellung der Oberfläche 20 des Objekts 10 gewonnen werden. Hierbei ist natürlich die zugrundeliegende Geometrie, insbesondere der Winkel 11 und die Vergrößerung des Stereomikroskops 1, zu berücksichtigen.

Bezugszeichenliste

1 Stereomikroskop
2 Strahlengang
3 Strahlengang
4 Objektiv
6 Okular
7 Okular
8 Strichplatte
9 Lichtquelle
10 Objekt
11 Winkel
12 Strahlteiler
13 Strahlteiler
14 Kamera
15 Umlenkspiegel
16 Umlenkspiegel
17 Prisma
18 Prisma
19 Linie
20 Oberfläche

Claims

1. Verwendung eines Stereomikroskops (1) mit zwei Strahlengängen (2, 3), bei dem in jedem Strahlengang (2, 3) ein Strahlteiler (12, 13) vorgesehen ist und hinter dem Strahlteiler (12) in dem einen Strahlengang (2) eine Lichtquelle einerseits und ein Okular (6) andererseits und hinter dem Strahlteiler (13) in dem anderen Strahlengang (3) eine Kamera (14) einerseits und ein Okular (7) andererseits angeordnet sind, zur Lichtschnittmikroskopie, wobei durch den einen Strahlengang (2) eine Lichtebene auf eine zu untersuchende Oberfläche (20) eines Objekts (10) projiziert wird und die auf die Oberfläche (20) des Objekts (10) projizierte Linie (19) durch den anderen Strahlengang (3) abgebildet wird und wobei die Lichtquelle in dem einen Strahlengang (2) die Lichtquelle (9) eines Projektors (8, 9) für die Projektion der Lichtebene ist.

2. Verwendung eines Stereomikroskops nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Stereomikroskop (1) ein gemeinsames Objektiv (4) für beide Strahlengänge (2, 3) vorgesehen ist.

3. Verwendung eines-Stereomikroskops nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kamera (14) eine CCD-Kamera ist.

4. Verwendung eines Stereomikroskops nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Projektor (8, 9) als Lichtquelle (9) einen Laser aufweist.

5. Verwendung eines Stereomikroskops nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Projektor (8, 9) eine Spaltplatte (8) oder eine Strichplatte aufweist.