DE8016876U1 - Profillinienprojektor - Google Patents

Description

Profi LLinienprojektor

Die Neuerung betrifft eine Vorrichtung zur überLagerten DarsteLLung eines Objektes mit einer für sein OberfLächenprofiL charakteristischen Struktür.

Zur quantitativen Bestimmung von OberflächenprofiLen werden meist Auf-Lichtinterferenzeinrichtungen verwendet, die ProfiLLinien im Abstand der haLben WeLLenLänge des verwendeten Lichtes erzeugen. SoLche Einrichtungen sind reLativ aufwendige Geräte, die prinzipieLL nur dann verwendet werden können, wenn die zu messende ProfiLtiefe in der Größenordnung einiger LichtweLLenLängen Liegt.

Für die Erfassung gröberer Höhenstrukturen auf einer ObjektoberfLache kann eine Einrichtung verwendet werden, die unter dem Namen Lichtschnittmikroskop bekannt ist. Sie wird z.B. dazu benutzt, um die Rauheit von bearbeiteten Werkstücken quantitativ erfaßbar zu machen, indem das BiLd eines auf die OberfLäche projezierten SpaLtes ausgewertet wird, das bei zur FLächennormaLen geneigter Beobachtung eine den Höhendifferenzen der OberfLäche entsprechende, seitLich verzerrrte Struktur besitzt. Die OE-PS 13 67 44 beschreibt ein derartiges Lichtschnittmikroskop. Wegen der geneigten Beobachtungsrichtung und der begrenzten Schärfentiefe des verwendeten Mikroskopes kann jedoch immer nur ein sehr schmaLer Bereich der Objektoberf Lache scharf abgebiLdet werden. Die gLeichzeitige DarsteLLung eines größeren Objektfeldes mit mehreren auf das Objekt projizieren Lichtschnitten ist somit nicht möglich. Mehrere nebeneinander Liegende Lichtschnitte können vielmehr nur nacheinander betrachtet werden, was eine ständige FokusneueinsteLLung erfordert.

Aus M. Francon "Einführung in die neueren Methoden der Lichtmikroskopie" (Verlag G. Braun, KarLsruhe 1967) Seite 130/131 sowie der Zeitschrift "Nature" Jahrgang 1952, Seite 445 ist ein Lichtschnittmi kr-oskop bekannt, bei dem die Beobachtung senkrecht zur ObjektoberfLache und die Projektion eines oder mehrere Spalte bzw. einer Strichplatte, die eine besonders plastische DarsteLLung der ObjektoberfLache liefert, mit HiLfe des gleichen auch zur Beobachtung verwendeten Objektivs erfoLgt. Dazu wird ein

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im Mikroskop exzentrisch zur Objektivachse angeordneter Spiegel benutzt, mit dessen Hilfe der im Auflichtbeleuchtungsstrahlengang angeordnete Spalt bzw. Strichplatte in die Objektebene abgebildet werden.

Bei diesem Lichtschnittmikroskop wird der Winkel, unter dem der Spalt auf das Objekt projiziert wird, von der Apertur des verwendeten Objektivs begrenzt, also vor allem bei schwachen Mikroskop-Objektiven sehr steil. Dies gilt insbesondere auch bei einer Realisierung desselben Prinzips, nämlich der Projektion durch einen Teil der Pupille des Beobachtungsobjektivs, bei Stereomikroskopen. Hier läßt sich nur noch eine sehr steile Aufprojektion des Gitters und damit eine entsprechend unempfindliche Darstellung des Höhenprofils erzielen.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Neuerung, eine Vorrichtung zur optischen Darstellung von Oberflächenprofilen zu schaffen, die bei einfachem Aufbau das gesamte Sehfeld der Abbildungsoptik mit einer deutlichen Darstellung des Höhlenprofils am jeweiligen Ort überlagert.

Ausgehend von einer Vorrichtung nach dem Oberbegriff wird diese Aufgabe gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 dadurch gelöst, daß die Projektionsoptik unabhängig von der Abbildungsoptik in einem separaten Gehäuse angeordnet ist, die optische Achse der Projektionsoptik gegen die der Abbildungsoptik geneigt ist und daß die Projektionsoptik eine gemäß der Scheimpflugbedingung zu ihrer Achse geneigte Linienstrichplatte enthält.

Während die Beobachtung also im Gegensatz zum Lichtschnittmikroskop alter Bauart senkrecht zur Objektoberfläche erfolgt und der beim Mikroskopieren allgemein üblichen Anordnungen entspricht, erfolgt die Projektion der Strichplatte seitlich unter einem Winkel zur Flächennormalen durch einen separaten Projektor, der als Zusatzgerät auch vom Benutzer lediglich an einem normalen Mikroskop befestigt oder neben diesem aufgestellt zu werden braucht, um es zu einem leistungsfähigen Instrument zur Untersuchung von Oberflächenprofilen zu machen. Die gleichmäßig scharfe Abbildung des in die Projektebene projizierten Musters wird dadurch erreicht, daß die verwendete Linienstrichplatte unter Einhaltung

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der Scheimpflugbedingung gegen die optische Achse des Projektionssystems geneigt ist. Somit ist das gesamte Sehfeld gleichzeitig dem Benutzer zur Auswertung zugänglich, der einen ungewöhnlich plastischen Eindruck von der Objektoberfläche gewinnt.

Vorzugsweise ist der Projektor unter einem Winkel von 45° zur Objektoberfläche geneigt, für den die beobachtete seitliche Versetzung des projizierten Strichmusters den gleichen Betrag wie die Höhendifferenz besitzt, die die Ablenkung hervorruft.

Es ist zweckmäßig, die Strichplatte auswechselbar im Projektor zu befestigen, so daß je nach Bedarfsfall positive und negative Raster oder solche mit unterschiedlichen Linienabstand gegeneinander ausgetauscht werden können. Statt Linienraster können dann natürlich auch Hilfsnetze oder Vergleichsfiguren eingesetzt werden, wodurch die Gebrauchsfähigkeit der Einrichtung stark erhöht wird.

Es ist weiterhin zweckmäßig, die Strichplatte verschiebbar anzuordnen, um einzelne Strichbilder gezieLt über interessierte Punkte auf der Objektoberflache legen zu können. Die Linien der Strichplatte können weiterhin mit einem Maßstab versehen sein, der es auf einfache Weise erlaubt, die seitlichen Abmessungen der Vertiefungen oder Erhebungen zu bestimmen, über die die betreffende Linie gelegt ist.

Die Messung der Linienversetzung selbst erfolgt dagegen zweckmäßig mit einer innerhalb der Beobachtungsoptik angeordneten Okularstrichplatte.

Nachfolgend wird die Neuerung anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft erläutert:

Fig. 1 skizziert die Anordnung des optischen Systems der Einrichtung gemäß vorliegender Neuerung;

Fig. 2 skizziert die mechanische Ausführung des Projektionssystems aus Fig. 1;

Fig. 3

skizziert das von der Vorrichtung erzeugte BiLd der Oberfläche eines Dickschichtsubtrats.

Das optische System der in Fig. 1 skizzierten Einrichtung besitzt ein 5 Objektiv 1, das ein Zwischenbild der Oberfläche 8 des Objektes 3 entwirft, welches vom Betrachter 2 über das Okular 22 betrachtet werden kann. In der Zwischenbildebene befindet sich eine OkularstrichpLatte 21. Die optische Achse 9 der Beobachtungsoptik (1,22) steht senkrecht auf der Objektoberfläche 8.

Ein Projektionsobjektiv 4, dessen optische Achse 10 die des Beobachtungssystems in der Objektebene unter einem Winkel von 45 schneidet, erzeugt dort ein Bild der über den Kondensor 5 von der Lichtquelle 6 beleuchteten Strichplatte 7. Die Ebenen der Objektoberfläche 8, der Strichplatte 7 sowie die Hauptebene des Projektionsobjektivs 4 schneiden sich entsprechend der Scheimpflugbedingung in einer durch den Punkt P gehenden Geraden. Die Strichplatte 7 wird somit gleichmäßig scharf auf der Objektoberfläche 8 abgebildet.

Wie Fig. 2 zeigt ist das Projektionssystem in einem Gehäuse 11 untergebracht, das am Tubus 16 eines Stereomikroskops oder Lupenaufnahmegerätes ansteLle der üblicherweise verwendeten Lichtquelle für einseitige Auflichtbeleuchtung angeordnet ist. Zwischen dem Lampengehäuse 12 und dem Projektionsobjektiv, das zum Zwecke der Fokussierung über den Gewindering 13 achsial verschoben werden kann, befindet sich ein Halter 14 für die nicht dargestellte Strichplatte=

Fig. 3 zeigt das sich dem Betrachter darbietende, vom projizierten Liniensystem überlagerte Bild der Oberfläche eines Dickschichtsubtrats.

An den Kanten der erhabenen Teile 17 und 18 des Subtrats wird das schräg von oben in Richtung des Pfeils 15 projizierte Liniensystem der im wesentlichen transparenten Gitterstrichplatte versetzt. Zwischen dieser Versetzung Ad und der Höhendifferenz Ah der Strukturen 17 bzw. 18 und 19 sowie dem Winkel cC zwischen optischen'Achsen 9 und 10 besteht der elementare Zusammenhang

Ad = Ah χ tan oC

der sich für einen Winkel, von Ί = 45 auf Ad = Ah reduziert.

Die Bestimmung der Abmessungen der Teile 17 und 18 in der Objektebene erfolgt mit einem auf einer Linie des Liniengitters der Strichplatte angebrachten und somit ebenfalls auf das Objekt abgebildeten Maßstab Der sich senkrecht zur Strichrichtung erstreckende Maßstab 21 dagegen wird dem Bild des Objektes mittels einer in der Beobachtungsoptik angeordneten Okularstrichplatte überlagert und dient der Messung der Strich-Versetzung ^d und damit der Bestimmung der Höhendifferenz Ah zwischen der Struktur 17 und dem Boden 19 des Dickschichtsubtrats.

lh/Hm 2*0680

Claims (5)

Il ti Schutzansprüche

1. Einrichtung zur überlagerten Abbildung eines Objektes mit einer für sein Oberflächenprofil charakteristischen Struktur bestehend aus einer Projektionsoptik zur F'rojektion eines Musters aus parallelen Linien unter einem von Null verschiedenen Winkel zur Normalen auf die Objektoberfläche und einer Abbildungsoptik, deren optische Achse senkrecht auf der Objektoberfläche steht, dadurch gekennzeichnet, daß die Projektionsoptik (4,5,6,7) unabhängig von der Abbildungsoptik (1,22) in einem separaten Gehäuse (11) angeordnet ist, die optische Achse der Projektionsoptik (4,5,6,7) gegen die der AbbiIdungsoptik (1,22) geneigt ist, und daß die Projektionsoptik (4,5,6,7) eine gemäß der Scheimpflugbedingung zu ihrer optischen Achse (10) geneigte Linienstrichplatte enthält.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strichplatte (7) auswechselbar im Gehäuse (11) befestigt ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1-2, dadurch gekennzeichnet, daß die Strichplatte (7) verschiebbar im Gehäuse (11) angeordnet ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Achse der Projektionsoptik (4,5,6,7) unter einem Winkel von 45° zur Objektoberfläche (8) geneigt ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abbildungsoptik (1,22) aus einem Stereomikroskop besteht.

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