DE4231069A1 - Variabler Auflicht-Interferenzansatz nach Mirau - Google Patents
Variabler Auflicht-Interferenzansatz nach MirauInfo
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- G02B21/00—Microscopes
Description
Die Erfindung betrifft einen variablen Auflicht-Interferenzansatz nach
Mirau für die Beobachtung und Messung an Objektoberflächen.
Zu den interferenzmikroskopischen Verfahren, die unter Zuhilfenahme
der Erscheinungen der Interferenz des Lichtes Aufschluß über die Mi
krostruktur der Objekte geben, gehören neben der Vielstrahl-Interfe
renz-Einrichtung nach Tolansky auch Zweistrahl-Interferenz-Einrichtun
gen nach Michelson bzw. nach Mirau.
Aus K. Mütze: "ABC der Optik", Verlag Werner Dausien, Hanau 1960, Sei
ten 400 und 401, ist ein Auflicht-Interferenzmikroskop nach Mirau be
kannt, vgl. Seite 401, rechte Spalte in Verbindung mit Abb. 2,
bei dem zwischen der Frontlinse eines Auflichtobjektives und dem zu
prüfenden Objekt eine teildurchlässige Fläche angeordnet ist. Außerdem
weist die zum Objekt weisende Seite der Frontlinse in ihrem Zentralbe
reich einen verspiegelten Fleck auf. Bei dieser bekannten Anordnung
wird das einfallende Beleuchtungslicht an der senkrecht zur Mikroskop
achse angeordneten teildurchlässigen Fläche in zwei Teile aufgespal
ten. Ein Teil fällt nach Durchtritt durch die teildurchlässige Fläche
auf das Objekt, wird dort reflektiert und durchdringt erneut die teil
durchlässige Fläche und tritt schließlich wieder in die Frontlinse des
Objektivs ein. Der andere Teil wird an der teildurchlässigen Fläche
reflektiert, trifft sodann auf den metallisch reflektierenden Fleck,
wird anschließend auf die teildurchlässige Fläche zurückgeworfen und
überlagert sich nach nochmaliger Reflexion dieser Teilerfläche mit dem
vom Objekt kommenden reflektierten Licht.
Der Nachteil dieser bekannten Anordnung besteht unter anderem darin,
daß die zu untersuchenden Objekte Reflektivitäten (Reflexionswerte)
aufweisen können, die in weiten Grenzen variieren. Wenn beispielsweise
ein Objekt ausgemessen werden soll, das lediglich einen Reflexionswert
von 5% aufweist (z. B. ein Kohle-Präparat), so können extreme Hellig
keitsprobleme auftreten, da der metallisch reflektierende, verspie
gelte Fleck im Vergleich zum schwach reflektierenden Kohle-Präparat
eine sehr hohe Reflektivität aufweist.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Auflicht-
Interferenzansatz bereitzustellen, mit dem Objektoberflächen unter
schiedlichster Reflektivitäten ohne Helligkeitsprobleme beobachtet und
vermessen werden können, wodurch die Verwendung des erfindungsgemäßen
Interferenzansatzes für alle praktisch in Frage kommenden Objekte ohne
Einschränkungen ermöglicht wird.
Die Aufgabe wird bei einem Interferenzansatz der eingangs genannten
Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Träger mehrere Teilerspie
gel aufweist, die sich in ihren jeweiligen Reflexions-/Transmissions-
Charakteristiken definitiv unterscheiden und die in Abhängigkeit von
der Reflektivität des zu untersuchenden Objektes wahlweise in Wirk
stellung bringbar sind.
Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprü
chen.
Die Erfindung ist anhand der Fig. 1 und 2 näher erläutert. Es zei
gen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen
Auflicht-Interferenzansatzes im Vertikal-Schnitt;
Fig. 2 eine Draufsicht auf die die unterschiedlichen Teilerspiegel
tragende Revolverscheibe.
In Fig. 1 ist die Frontlinse 2 eines Objektives 1 eines nicht mit dar
gestellten Mikroskops gezeigt, dessen optische Achse 3 gleichzeitig
die optische Achse des erfindungsgemäßen Interferenzansatzes ist. Auf
einer Glasplatte 5, die vertikal zur optischen Achse 3 angeordnet ist,
befindet sich auf der zum Objektiv 1 weisenden Seite ein Referenzspie
gel 6. Dabei handelt es sich um einen metallisch reflektierenden, zen
tral positionierten Belag, der beispielsweise durch Aufdampfen aufge
bracht werden kann. Zwischen der Glasplatte 5 und dem Objekt 4 befin
det sich eine beispielsweise aus Glas bestehende Revolverscheibe 7,
deren Drehachse 9 parallel zur optischen Achse 3 verläuft, aber seit
lich zu dieser versetzt angeordnet ist. Auf der Revolverscheibe befin
den sich - wie in Fig. 2 erkennbar - vier Teilerspiegel 8a-8d, die
durch Betätigung der Revolverscheibe 7 wahlweise in Wirkstellung, also
in den Bereich der optischen Achse, gebracht werden können. Die Revol
verscheibe 7 zeigt vier derartige Teilerspiegel, wobei beispielsweise
der Teilerspiegel 8a ein Reflexions-/Transmissions-Verhältnis (R/T-
Verhältnis) von 20/80, der Teilerspiegel 8b ein R/T-Verhältnis von
35/65, der Teilerspiegel 8c ein R/T-Verhältnis von 43/57 und der Tei
lerspiegel 8d ein R/T-Verhältnis von 50/50 aufweist. Natürlich ist es
auch möglich, noch weitere Teilerspiegel mit speziellen R/T-Charakte
ristiken auf der Revolverscheibe 7 vorzusehen.
Die Glasplatte 5 und die Revolverscheibe 7 sind zweckmäßigerweise als
separate Baueinheit ausgeführt, vgl. in Fig. 1 den Ansatz-Modul 12, wo
bei die Betätigung der Revolverscheibe 7 beispielsweise derart erfol
gen kann, daß der Peripher-Bereich der Revolverscheibe aus dem separa
ten Ansatz-Modul-Gehäuse etwas herausragt, so daß eine manuelle Drehung
durch den Bediener vorgenommen werden kann. Natürlich sind auch moto
rische Verstellmittel möglich.
Die Funktion der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist folgende:
Ein Be leuchtungsstrahlenbündel 13 durchdringt nach Verlassen der Frontlinse 2 die Glasplatte 5 und wird an dem Teilerspiegel 8a in zwei Teile aufgespalten. Der eine Teil wird reflektiert und gelangt als Referenz strahl 10 nach Durchtritt durch die Glasplatte 5 auf den metallisch reflektierenden Referenzspiegel 6 und wird von dort aus in Richtung des Teilerspiegels 8a zurückreflektiert und von dort wiederum in Rich tung der Glasplatte 5 umgelenkt. Dieser Referenzstrahlengang ist durch die entsprechenden Pfeile in der Fig. 1 gekennzeichnet. Der andere Teil durchdringt den Teilerspiegel 8a und trifft nach Verlassen der aus transparentem Material bestehenden Revolverscheibe 7 auf der Oberflä che des Objekts 4 als Objektstrahl 11 auf. Von dort gelangt er nach Reflexion am Objekt 4 und nach Wiederdurchtritt durch die Revolver scheibe 7 sowie den Teilerspiegel 8a mit dem Referenzstrahl 10 zur In terferenz. Beide Teilstrahlen 10 und 11 gelangen nach Durchtritt durch das Objektiv 1 als Abbildungs- bzw. Meßstrahlenbündel in das eigentli che Mikroskop.
Ein Be leuchtungsstrahlenbündel 13 durchdringt nach Verlassen der Frontlinse 2 die Glasplatte 5 und wird an dem Teilerspiegel 8a in zwei Teile aufgespalten. Der eine Teil wird reflektiert und gelangt als Referenz strahl 10 nach Durchtritt durch die Glasplatte 5 auf den metallisch reflektierenden Referenzspiegel 6 und wird von dort aus in Richtung des Teilerspiegels 8a zurückreflektiert und von dort wiederum in Rich tung der Glasplatte 5 umgelenkt. Dieser Referenzstrahlengang ist durch die entsprechenden Pfeile in der Fig. 1 gekennzeichnet. Der andere Teil durchdringt den Teilerspiegel 8a und trifft nach Verlassen der aus transparentem Material bestehenden Revolverscheibe 7 auf der Oberflä che des Objekts 4 als Objektstrahl 11 auf. Von dort gelangt er nach Reflexion am Objekt 4 und nach Wiederdurchtritt durch die Revolver scheibe 7 sowie den Teilerspiegel 8a mit dem Referenzstrahl 10 zur In terferenz. Beide Teilstrahlen 10 und 11 gelangen nach Durchtritt durch das Objektiv 1 als Abbildungs- bzw. Meßstrahlenbündel in das eigentli che Mikroskop.
Da es Objekte mit extrem unterschiedlichen Reflexionswerten gibt,
müßte die Reflektivität des Referenzspiegels 6 derart variabel gestal
tet sein, daß sie an die Gegebenheiten des gerade untersuchten Objek
tes optimal angepaßt ist, um die ansonsten auftretenden Hellig
keitsprobleme zu vermeiden. Das bedeutet, daß in beiden Teilstrahlen
gängen 10 und 11 möglichst gleiche Helligkeiten vorhanden sein soll
ten, um einen optimalen Kontrast zu erzielen. Dies geschieht in erfin
dungsgemäßer Weise nun dadurch, daß die optimale Anpassung an den je
weiligen Reflexionsgrad des mikroskopischen Objektes mittels der Re
volverscheibe 7 dadurch erfolgt, daß derjenige Teilerspiegel 8a bzw.
8b bzw. 8c bzw. 8d in Wirkstellung gebracht wird, der die für das
auszumessende Objekt 4 optimalste R/T-Charakteristik aufweist. Durch
eine derartige Anpassung mittels Betätigung der Revolverscheibe an den
Reflexionswert des gerade zu untersuchenden Objektes wird insbesondere
bei dunklen Objekten (sehr schwache Reflektivität) eine größere Präpa
rat- und Bildhelligkeit erreicht. So ist es beispielsweise möglich,
bei einem Objekt, daß einen Reflexionswert von nur 5% aufweist, eine
Helligkeitserhöhung um den Faktor 2 bis 3 zu erreichen.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, bei Objekten, die einen Reflexi
onswert im Bereich von 5% aufweisen, beispielsweise einem Kohle-Präpa
rat oder einer Glasplatte, einen Teilerspiegel mit einem R/T-
Verhältnis von 20/80 zu wählen. Bei Kristall-Präparaten, die beipiels
weise einen Reflexionswert um 25% aufweisen, ist ein Teilerspiegel mit
einem R/T-Verhältnis von 35/65 zweckmäßig. Halbleitermaterialien, die
einen Reflexionswert um 50% aufweisen, sind zweckmäßigerweise mit ei
nem Teilerspiegel zu untersuchen, der ein R/T-Verhältnis von 43/57
aufweist. Metallische Objekte, beispielsweise Aluminiumspiegel mit ei
nem Reflexionsgrad um 85%, werden vorteilhafterweise mit einem Teiler
spiegel mit einem R/T-Verhältnis von 50/50 untersucht. Darüber hinaus
ist es natürlich möglich, weitere Teilerspiegel mit speziellen R/T-
Charakteristiken vorzusehen.
Nach einer besonders zweckmäßigen Ausführungsform der vorliegenden Er
findung ist der Referenzspiegel 6 auf der Glasplatte 5 mit einer Re
flektivität von vorzugsweise 85% ausgestattet. Auch hier sind Modifi
zierungen möglich. Beispielsweise kann die Glasplatte 5 in dem Ansatz-
Modul 12 austauschbar gehaltert sein, um sie gegen eine andere Glas
platte auszutauschen, die einen Referenzspiegel mit einer anderen Re
flexions-Charakteristik bzw. einer anderen geometrischen Größe auf
weist. Auch ist es möglich, daß der Referenzspiegel 6 Scharfstellmar
kierungen enthält, die beispielsweise als kleinformatige, linienför
mige Fenster innerhalb des metallischen Spiegelbelags ausgebildet
sind.
Der erfindungsgemäße Interferenzansatz nach Mirau kann in an sich be
kannter Weise am Objektiv eines Mikroskopes mittels eines Schraubenge
windes bzw. eines Bajonettverschlusses lösbar adaptiert werden. Mit
der erfindungsgemäßen Einrichtung ist es möglich, den Einsatzbereich
von an sich bekannten Mikroskopen bezüglich spezieller Beobachtungs
bzw. Meßaufgaben zu erweitern. Das erfindungsgemäße Prinzip ist indes
auch in einem speziellen Mirau′schen Interferenzmikroskop
verwendbar.
Claims (7)
1. Variabler Auflicht-Interferenzansatz nach Mirau, enthaltend einen
Referenzspiegel und einen einen Teilerspiegel aufweisenden Träger,
welcher zwischen dem Referenzspiegel und dem Objekt angeordnet
ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Träger mehrere Teilerspiegel (8a-8c) aufweist, die sich in
ihren jeweiligen Reflexions-/Transmissions-Charakteristiken defi
niert unterscheiden und die in Abhängigkeit von der Reflektivität
des zu untersuchenden Objektes (4) wahlweise in Wirkstellung
bringbar sind.
2. Interferenzansatz nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Träger als Revolverscheibe (7) ausgebildet ist.
3. Interferenzansatz nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Träger als linearer Schieber ausgebildet ist.
4. Interferenzansatz nach mindestens einem der vorhergehenden
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß auf dem Träger mindestens vier Teilerspiegel (8a-8c) mit
folgenden Reflexions-/Transmissions-Charakteristiken vorgesehen
sind:
20/80, 35/65, 43/57, 50/50.
20/80, 35/65, 43/57, 50/50.
5. Interferenzansatz nach mindestens einem der vorhergehenden
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Referenzspiegel (6) auf der zum Objektiv (1) weisenden
Seite einer Glasplatte (5) aufgebracht ist, eine Reflektivität
von vorzugsweise 85% aufweist und daß er Scharfstellmarkierungen
enthält.
6. Interferenzansatz nach mindestens einem der vorhergehenden
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die den Referenzspiegel (6) tragende Glasplatte (5) und der
die Teilerspiegel (8a-8c) aufnehmende Träger als Ansatz-Modul (12)
in einer separaten Baueinheit zusammengefaßt sind, welcher -
gegebenenfalls unter Zwischenschaltung eines weiteren
Anflanschteils - am Objektiv (1) lösbar befestigbar ist.
7. Interferenzansatz nach mindestens einem der vorhergehenden
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Referenzspiegel (6) gegen einen solchen mit einer anderen
Reflektivität bzw. mit einer anderen geometrischen Größe
austauschbar ist.
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