RU212742U1

RU212742U1 - MICROSCOPE

Info

Publication number: RU212742U1
Application number: RU2021113153U
Authority: RU
Inventors: Сергей Иванович Попов
Original assignee: Сергей Иванович Попов
Filing date: 2021-05-05
Publication date: 2022-08-04

Abstract

Полезная модель относится к машиностроению, прикладной механике и может быть использована в оптическом приборостроении. Микроскоп содержит столик для размещения объекта исследования, стойку, головку, подвижным образом связанную со стойкой и включающую в себя камеру с объективом, сконфигурированную для формирования изображения объекта, размещенного на указанном столике, первый привод, механизм изменения углового положения головки относительно точки наблюдения со вторым приводом. Устройство обеспечивает нахождение центра точки наблюдения (или точки визирования) в фокальной плоскости как при наклоне головки микроскопа, так и при вращении головки микроскопа вокруг оси, ортогональной плоскости столика, за счет того, что указанный механизм изменения углового положения головки выполнен в виде каретки с установленной на ней головкой микроскопа для передвижения по связанной со стойкой направляющей, выполненной в виде части окружности с центром, совпадающим с фокусом указанного объектива, а направляющая выполнена с возможностью вращения вокруг оси, ортогональной плоскости указанного столика и проходящей через фокус указанного объектива. 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

The utility model relates to mechanical engineering, applied mechanics and can be used in optical instrument making. The microscope contains a table for placing an object of study, a stand, a head movably connected to the stand and including a camera with a lens configured to form an image of an object placed on the specified table, a first drive, a mechanism for changing the angular position of the head relative to the observation point with a second drive . The device ensures that the center of the observation point (or sighting point) is in the focal plane both when the microscope head is tilted and when the microscope head is rotated around an axis orthogonal to the stage plane, due to the fact that the specified mechanism for changing the angular position of the head is made in the form of a carriage with a mounted on it is a microscope head for moving along a guide connected to the stand, made in the form of a part of a circle with a center coinciding with the focus of the specified lens, and the guide is made rotatable around an axis orthogonal to the plane of the specified table and passing through the focus of the specified lens. 5 z.p. f-ly, 3 ill.

Description

Полезная модель относится к машиностроению, прикладной механике и может быть использована в оптическом приборостроении для изготовления элементов микроэлектроники для наблюдения пространственных структур многослойных микроскопических объектов.The utility model relates to mechanical engineering, applied mechanics and can be used in optical instrumentation for the manufacture of microelectronic elements for observing the spatial structures of multilayer microscopic objects.

Известен микроскоп инструментальный [1], содержащий станину, опору для размещения объекта исследования с микрометрами продольного и поперечного перемещений, осветительное устройство, стойку, по которой имеет возможность перемещения кронштейн с оптической системой, в которую дополнительно вмонтирована цифровая видеокамера, которая имеет возможность через окуляр получать видеосигнал с исследуемого объекта и через цифровой регистратор передавать его на компьютер.Known instrumental microscope [1], containing a frame, a support for placing the object of study with micrometers of longitudinal and transverse movements, a lighting device, a rack along which a bracket with an optical system can move, in which a digital video camera is additionally mounted, which has the ability to receive through the eyepiece video signal from the object under study and transfer it to a computer through a digital recorder.

Известен микроскоп [2], состоящий из осветителя с источником питания, призмы, установленной вдоль оптической оси, по которой размещены опора для размещения объекта исследования, связанная с приводом, головки, содержащей объектив, полупрозрачную пластину, окуляр, и последовательно соединенных приемной системы, блока памяти и видеоконтрольного устройства. Привод опоры выполнен дискретным, осветитель снабжен импульсным источником питания, а также в микроскоп дополнительно введены блок выделения признаков изображения, блок формирования изображения, блок управления и блок синхронизации, синхронизирующий частоту срабатывания приемной системы с шагом дискретного привода и периодом срабатывания импульсного источника питания.Known microscope [2], consisting of an illuminator with a power source, a prism installed along the optical axis, along which there is a support for accommodating the object of study, associated with a drive, a head containing a lens, a translucent plate, an eyepiece, and a series-connected receiving system, a block memory and video control device. The support drive is made discrete, the illuminator is equipped with a pulsed power supply, and an image feature extraction unit, an imaging unit, a control unit and a synchronization unit are additionally introduced into the microscope, synchronizing the frequency of the receiving system operation with the step of the discrete drive and the operation period of the pulsed power supply.

Недостатком известных микроскопов является ограниченный функционал стойки с головкой, позволяющий только возвратно-поступательное перемещение головки вверх-вниз.The disadvantage of the known microscopes is the limited functionality of the stand with the head, allowing only reciprocating movement of the head up and down.

Наиболее близким к заявленному является микроскоп по [3], включающий в себя: столик для размещения объекта исследования, перемещаемый в горизонтальном направлении; секцию подъема нижней ступени, которая вертикально подвижно поддерживает столик; первый привод, который приводит в движение секцию подъема нижней ступени; головку для формирования изображения, которая захватывает изображение объекта исследования; стойку, которая оснащена головкой для формирования изображения; и которая с возможностью перемещения по вертикали поддерживает головку вдоль ее оптической оси и может поворачиваться вокруг оси качания, ортогональной к оптической оси головки. В состоянии, когда головка сфокусирована на положении высоты оси качания, первый привод приводит в движение нижнюю секцию подъема ступени, так что поверхность объекта исследования, размещенного на столике, согласовывается с положением высоты качания.Closest to the claimed is a microscope according to [3], which includes: a table for placing the object of study, moved in the horizontal direction; a lower step lifting section which vertically movably supports the table; a first drive that drives the lower stage lift section; an imaging head that captures an image of the object of interest; a stand that is equipped with an imaging head; and which is vertically movable and supports the head along its optical axis and is rotatable about a rocking axis orthogonal to the optical axis of the head. In the state that the head is focused on the height position of the swing axis, the first drive drives the lower stage raising section so that the surface of the test object placed on the stage is consistent with the position of the swing height.

Кроме того, головка перемещается вдоль ее оптической оси в состоянии, поддерживаемом стойкой, которая качается вокруг оси качания, и синтез глубины для синтеза пикселей в положениях, где блок формирования изображения фокусируется, выполняется посредством перемещения головки при поэтапном изменении расстояния между головкой и поверхностью объекта исследования.In addition, the head moves along its optical axis in a state supported by a stand that swings around the swing axis, and depth synthesis for pixel synthesis at positions where the imaging unit is focused is performed by moving the head while stepwise changing the distance between the head and the surface of the object of interest. .

Недостатком известного микроскопа является то, что, при больших размерах объектов исследования (контролируемых плат), например размерами 200-500 мм и более, перемещать точку центра вращения на край большой платы и вращать плату ввиду ее большого размера, невозможно.The disadvantage of the known microscope is that, with large sizes of objects of study (controlled boards), for example, sizes of 200-500 mm or more, it is impossible to move the center of rotation point to the edge of a large board and rotate the board due to its large size.

Задачей настоящей полезной модели является создание микроскопа с перемещаемой головкой отличающегося тем, что центр точки визирования (или точки наблюдения) остается в фокальной плоскости, как при наклоне головки микроскопа, так, одновременно, и при вращении головки микроскопа вокруг оси, ортогональной плоскости столика.The objective of this utility model is to create a microscope with a movable head, characterized in that the center of the sighting point (or observation point) remains in the focal plane, both when the microscope head is tilted, and, simultaneously, when the microscope head rotates around an axis orthogonal to the stage plane.

Поставленная задача в микроскопе, содержащем столик для размещения объекта исследования; стойку, головку, подвижным образом связанную со стойкой и включающую в себя камеру с объективом, сконфигурированную для формирования изображения объекта, размещенного на указанном столике, первый привод, механизм изменения углового положения головки относительно точки наблюдения со вторым приводом, решена тем, что указанный механизм изменения углового положения головки выполнен в виде каретки с установленной на ней головкой микроскопа для передвижения по связанной со стойкой направляющей, выполненной в виде части окружности с центром, совпадающим с фокусом указанного объектива, причем указанная направляющая выполнена с возможностью вращения вокруг оси, ортогональной плоскости указанного столика и проходящей через фокус указанного объектива.The task in the microscope, containing a table for placing the object of study; a post, a head movably connected to the post and including a camera with a lens configured to form an image of an object placed on the specified table, the first drive, the mechanism for changing the angular position of the head relative to the observation point with the second drive, is solved by the fact that the specified change mechanism angular position of the head is made in the form of a carriage with a microscope head mounted on it for movement along a guide connected to the stand, made in the form of a part of a circle with a center coinciding with the focus of the specified lens, and the specified guide is rotatable around an axis orthogonal to the plane of the specified table and passing through the focus of the specified lens.

Первый привод предпочтительно связан с указанной стойкой и выполнен для изменения вертикального положения головки относительно указанного столика.The first drive is preferably connected to the specified rack and is designed to change the vertical position of the head relative to the specified table.

Указанная направляющая может быть установлена на связанной со стойкой штанге, соосной и выполненной с возможностью вращения вокруг указанной оси, ортогональной плоскости опоры и проходящей через фокус указанного объектива.Said guide may be mounted on a rod connected to the post, coaxial and rotatable about said axis, orthogonal to the plane of the support and passing through the focus of said lens.

Каретка предпочтительно связана со вторым приводом для придания ей поступательного движения по указанной направляющейThe carriage is preferably connected to a second drive to make it move along said guide.

Указанная штанга может быть снабжена третьим приводом для вращения ее вокруг указанной оси, ортогональной плоскости опоры и проходящей через фокус указанного объективаSaid rod can be provided with a third drive to rotate it around said axis, orthogonal to the support plane and passing through the focus of said lens.

Микроскоп может быть дополнительно снабжен блоком контроля и распознавания, вход которого связан с указанной камерой для приема сформированного камерой изображения объекта, а выходы управления связаны с первым, вторым и третьим приводами для регулировки положения указанной головкиThe microscope can be additionally equipped with a control and recognition unit, the input of which is connected to the specified camera to receive the image of the object formed by the camera, and the control outputs are connected to the first, second and third drives for adjusting the position of the specified head.

Полезная модель схематично представлена на следующих неограничивающих чертежах.The utility model is schematically represented in the following non-limiting drawings.

На фиг. 1 - схематично показан вид спереди заявленного микроскопа.In FIG. 1 is a schematic front view of the claimed microscope.

На фиг. 2 - схематично показан вид сбоку заявленного микроскопаIn FIG. 2 is a schematic side view of the claimed microscope

На фиг. 3 - схематично показано движение головки заявленного микроскопаIn FIG. 3 - schematically shows the movement of the head of the claimed microscope

Микроскоп содержит столик (на чертежах не показан) для размещения объекта 1 исследования; стойку (на чертежах не показана), головку 2, подвижным образом связанную со стойкой и включающую в себя камеру 3, сконфигурированную для формирования изображения объекта 1, размещенного на указанном столике, и объектив 4, соединенный с камерой 3. Первый привод (на чертежах не показан), выполнен для изменения положения головки 2 вдоль ее оптической оси. Этот привод может быть выполнен, например, в виде управляемого шагового двигателя. В другом примере указанный первый привод для изменения положения головки 2 вдоль ее оптической оси может являться ручным.The microscope contains a table (not shown in the drawings) to accommodate the object 1 of the study; rack (not shown in the drawings), a head 2 movably connected to the rack and including a camera 3 configured to form an image of an object 1 placed on the specified table, and a lens 4 connected to the camera 3. The first drive (not shown in the drawings) shown) is designed to change the position of the head 2 along its optical axis. This drive can be made, for example, in the form of a controlled stepper motor. In another example, said first drive for changing the position of the head 2 along its optical axis may be manual.

Механизм изменения углового положения головки 2 выполнен в виде каретки 5 с установленной на ней головкой 2 микроскопа для передвижения по связанной со стойкой направляющей 6, выполненной в виде части окружности с центром, совпадающим с фокусом указанного объектива 4.The mechanism for changing the angular position of the head 2 is made in the form of a carriage 5 with a microscope head 2 mounted on it for movement along a guide 6 connected to the stand, made in the form of a part of a circle with a center coinciding with the focus of the specified lens 4.

Каретка 5 в данном примере реализации снабжена вторым приводом (на чертежах не показан) для придания ей поступательного движения по указанной направляющей 6. Этот привод может быть выполнен, например, в виде управляемого шагового двигателя. В другом примере реализации указанный второй привод для придания поступательного движения каретке 5 может являться ручным.The carriage 5 in this implementation example is equipped with a second drive (not shown in the drawings) to give it translational motion along the specified guide 6. This drive can be made, for example, in the form of a controlled stepper motor. In another embodiment, said second drive for imparting translational motion to the carriage 5 may be manual.

Направляющая 6 выполнена с возможностью вращения вокруг оси Z, ортогональной плоскости указанного столика и проходящей через фокус VR указанного объектива 4. Для этого, в данном примере реализации, направляющая 6 установлена на связанной со стойкой штанге 7, соосной и выполненной с возможностью вращения вокруг указанной оси Z, ортогональной плоскости столика и проходящей через фокус VR указанного объектива 4. Штанга 7 снабжена третьим приводом (на чертежах не показан), для вращения ее вокруг указанной оси Z. Этот привод может быть выполнен, например, в виде управляемого шагового двигателя. В другом примере реализации указанный третий привод для придания вращательного движения штанге 7 может являться ручным.The guide 6 is rotatable around the Z-axis, orthogonal to the plane of the specified table and passing through the focus VR of the specified lens 4. For this, in this implementation example, the guide 6 is mounted on a rod 7 associated with the rack, coaxial and rotatable around the specified axis Z, orthogonal to the plane of the stage and passing through the focus VR of the specified lens 4. Rod 7 is equipped with a third drive (not shown in the drawings) for rotating it around the specified Z axis. This drive can be made, for example, in the form of a controlled stepper motor. In another embodiment, said third drive for imparting rotational movement to the rod 7 may be manual.

Микроскоп предпочтительно снабжен блоком контроля (на чертежах не показан), вход которого связан с указанной камерой 3 для приема сформированного камерой 3 изображения объекта 1, а выходы управления связаны с первым, вторым и третьим приводами (на чертежах не показаны) для регулировки положения указанной головки 2.The microscope is preferably equipped with a control unit (not shown in the drawings), the input of which is connected to the specified camera 3 to receive the image of the object 1 formed by the camera 3, and the control outputs are connected to the first, second and third drives (not shown in the drawings) to adjust the position of the specified head 2.

Заявленный микроскоп используют следующим образом.The claimed microscope is used as follows.

Объект 1 исследования, например, печатную плату размером 200×500 мм, устанавливают на столик. На печатной плате необходимо контролировать качество пайки к монтажным площадкам микросхем, причем желательно с максимально возможными углами обзора под корпусом микросхемы, или почти 360° вокруг каждого вывода микросхемы.The object 1 of research, for example, a printed circuit board with a size of 200×500 mm, is placed on a table. On the printed circuit board, it is necessary to control the quality of soldering to the mounting pads of the microcircuits, and preferably with the highest possible viewing angles under the microcircuit housing, or almost 360 ° around each microcircuit output.

Посредством первого привода регулируют высоту установки головки 2 так, чтобы фокус VR объектива 4 находился на исследуемой поверхности объекта 1.By means of the first drive, the installation height of the head 2 is adjusted so that the focus VR of the lens 4 is on the surface of the object 1 being examined.

Наклон головки 2 достигают за счет движения каретки 5 по направляющей 6 (см. фиг. 3) под воздействием второго привода, при этом центр точки визирования (фокус VR объектива 4) остается в фокальной плоскости благодаря тому, что головка 2 микроскопа закреплена на каретке 5, двигающейся по направляющей 6 в виде части окружности с центром, совпадающим с фокусом VR указанного объектива 4, т.е. с постоянным радиусом относительно точки визирования. Одновременно, ось Z вращения штанги 7, на которой установлена направляющая 6, проходит через точку визирования. Тем самым при любом наклоне головки 2 и ее вращении посредством третьего привода вокруг оси Z на 360° - точка визирования остается в фокальной плоскости объектива микроскопа.The inclination of the head 2 is achieved due to the movement of the carriage 5 along the guide 6 (see Fig. 3) under the influence of the second drive, while the center of the sighting point (focus VR of the lens 4) remains in the focal plane due to the fact that the head 2 of the microscope is fixed on the carriage 5 moving along the guide 6 in the form of a part of a circle with the center coinciding with the focus VR of the specified lens 4, i.e. with a constant radius relative to the sighting point. At the same time, the axis Z of rotation of the rod 7, on which the guide 6 is installed, passes through the point of view. Thus, with any inclination of the head 2 and its rotation by means of the third drive around the Z axis by 360°, the sighting point remains in the focal plane of the microscope objective.

Данная особенность (при глубине резкости микроскопа, например, 5 мм и увеличении 50×) позволяет контролировать полностью монтажную площадку под корпусами микросхем «огибанием» просмотра до 360° вокруг точки визирования.This feature (with a depth of field of the microscope, for example, 5 mm and a magnification of 50×) allows you to control the entire mounting area under the chip packages by "enveloping" the view up to 360° around the point of view.

Если микроскоп снабжен блоком контроля (на чертежах не показан), указанный блок контроля принимает изображение исследуемой монтажной площадки объекта 1, сформированное камерой 3. Посредством первого привода блок контроля регулирует высоту установки головки 2 так, чтобы фокус VR объектива 4 находился на исследуемой монтажной площадке.If the microscope is equipped with a control unit (not shown in the drawings), the specified control unit receives an image of the investigated mounting site of the object 1, formed by the camera 3. By means of the first drive, the control unit adjusts the installation height of the head 2 so that the focus VR of the lens 4 is on the examined mounting site.

Для получения изображения указанной монтажной площадки огибанием на 360°, блок контроля формирует и подает на соответствующие выходы управления сигналы управления вторым и третьим приводами (на чертежах не показаны) для описанной выше регулировки положения головки 2.To obtain an image of the specified mounting area by 360° bending, the control unit generates and supplies control signals to the corresponding control outputs of the second and third drives (not shown in the drawings) for the above-described adjustment of the position of the head 2.

Источники информации:Sources of information:

1 Патент Беларуси на полезную модель №7215, публ. 30.04.2011.1 Belarus patent for utility model No. 7215, publ. 04/30/2011.

2 Патент России на изобретение №2321033, публ 27.03.2008.2 Russian patent for the invention No. 2321033, publ. 27.03.2008.

3 Патент США №9726873, публ. 08.08.2017 (прототип).3 US Patent No. 9726873, publ. 08/08/2017 (prototype).

Claims

1. A microscope containing a table for placing the object of study; a stand, a head movably connected to the stand and including a camera with a lens configured to form an image of an object placed on the specified table, the first drive, a mechanism for changing the angular position of the head relative to the observation point with the second drive, characterized in that the specified change mechanism angular position of the head is made in the form of a carriage with a microscope head mounted on it for movement along a guide connected to the stand, made in the form of a part of a circle with a center coinciding with the focus of the specified lens, and the specified guide is rotatable around an axis orthogonal to the plane of the specified table and passing through the focus of the specified lens.

2. The microscope according to claim. 1, characterized in that the first drive is associated with the specified rack and is designed to change the vertical position of the head relative to the specified table.

3. The microscope according to claim. 1, characterized in that the specified guide is mounted on a rod connected with the stand, coaxial and rotatable around the specified axis, orthogonal to the support plane and passing through the focus of the specified lens.

4. The microscope according to claim. 1, characterized in that the carriage is connected to the second drive to give it translational motion along the specified guide.

5. Microscope according to claim 3, characterized in that said rod is provided with a third drive for rotating it around said axis orthogonal to the support plane and passing through the focus of said lens.

6. The microscope according to claim 1, characterized in that it is equipped with a control and recognition unit, the input of which is connected to the specified camera to receive the image of the object formed by the camera, and the control outputs are connected to the first, second and third drives to adjust the position of the specified head.