CH631816A5 - Stereomikroskop. - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Stereomikroskop zum stereoskopischen Betrachten eines Objektes aus einer schrägen Richtung.

Wird ein Objekt mit einer vergleichsweise kleinen Vergrösse-rung während längerer Zeit betrachtet, so wird im allgemeinen ein Stereomikroskop verwendet, um eine Ermüdung des Betrachters zu reduzieren und um die räumliche Struktur des Objektes zu erfassen. Die Beobachtung wird gewöhnlich von einer zur Ebene des Objektes senkrechten Richtung aus durchgeführt. In einigen Fällen ist es jedoch wünschenswert, dass die Betrachtung in bezug auf.die Objektebene von einer schrägen Richtung aus erfolgt. Diesistz. B. der Fall bei der Prüfung von Wafern im Zuge der Herstellung integrierter Schaltungen (IC). Dabei werden verschiedene Muster nacheinander auf IC-Wafern gedruckt, wobei das Drucken von einer Richtung senkrecht über der Wafer her ausgeführt wird. Deshalb müssen die Wafer von einer schrägen Richtung her betrachtet werden können, damit keine Beeinträchtigung des Druckens erfolgt.

Für diese stereoskopische Betrachtung von schräg oben ist die Anwendung des sogenannten «einwärts schrägen Stereomikroskops» bekannt. Eine befriedigende Beobachtung ist damit infolge der Bildverzerrung jedoch unmöglich, wie nachstehend erläutert werden wird. Die optische Betrachtungsachse der Augen (d.h. die Richtung, in welcher die Objektebene betrachtet wird, im vorliegenden Fall fallen sie mit den optischen Achsen der Objektivlinsen LIO und LIO' zusammen) konvergiert unter einem Winkel von 2 a. Für die Beobachtung unter schräger Richtung wird die die optischen Achsen enthaltende Ebene S um einen Winkel ß in bezug auf die Normale n auf die Objektebene geneigt (Fig. 1).

Die Neigungswinkel a und ß liegen in zueinander senkrechten Ebenen, so dass die aus dem Unterschied in der Vergrösserung resultierende Verzerrung in den zwei zueinander senkrechten Richtungen stattfindet. Wenn ein Objekt, wie z. B. Millimeterpapier gemäss Fig. 2a beobachtet wird, so nehmen die links und rechts beobachteten Bilder die Formen gemäss Fig. 2b an. Die Verzerrung in der Y-Richtung des linken und rechten Bildes resultiert aus der Neigung ß der optischen Beobachtungsachse, wobei die Verzerrung in X-Richtung entgegengesetzt verläuft und vom Konversionswinkel 2a herrührt und demzufolge keine parallelen gerade verlaufenden Linien in den beiden Bildern existieren. Wenn das rechte und linke Bild mit einer geraden Strecke in der X-Richtung als Referenz überlagert werden, so überschneiden sich die geraden Linien in Y-Richtung der beiden rechten und linken Bilder. Wenn bestimmte gerade Linien in Y-Richtung zur Deckung gebracht werden, so überschneiden sich die geraden Linien in X-Richtung, so dass es unmöglich ist, zwei gerade Linien der beiden rechten und linken Bilder zur Deckung zu bringen. Wenn also eine stereoskopische Betrachtung ausgeführt wird, so überdecken sich die Gesichtsfelder der beiden Augen nicht. Dies führt zu grosser Ermüdung der Augen des Betrachters und zu Kopfschmerzen, also zu grossen Unannehmlichkeiten während längerer Beobachtung.

Auf der anderen Seite werden bei einem Stereomikroskop relativ hohe Vergrösserungen gefordert, um ein Objekt aus schräger Richtung beobachten zu können, wobei in diesem Falle das Gesichtsfeld zwangsläufig eng wird, so dass es unmöglich wird, einen weiten Bereich zu beobachten. Durch Bewegungen des Objektes könnte ein grösserer Beobachtungsbereich erzielt werden. Bei der Beobachtung von IC-Wafern, wie oben beschrieben, ist eine Bewegung der Wafer während des Druk-kens nahezu unmöglich, da bei diesem Vorgang die Wafer sehr genau positioniert werden müssen. Daher muss das Gesichtsfeld dauernd verändert werden.

Zu diesem Zweck könnte die Neigung der optischen Beobachtungsachse um die Objektivlinse variiert werden, was aber mit einer konventionellen Ausführung gemäss Fig. 1 nicht durchführbar ist. Aus Fig. 3 ist in Seitenansicht ersichtlich, aufweiche Art und Weise die Bilderzeugung stattfindet, wenn der Neigungswinkel der optischen Beobachtungsachse in der gebräuchlichen Vorrichtung gleich ß) ist. Die gestrichelten Linien in Fig. 3 beziehen sich auf den Fall des Neigungswinkels ß2. Da das linke und das rechte optische Beobachtungssystem übereinstimmen, genügt es, wenn eines davon näher beschrieben wird. Wenn der Neigungswinkel der optischen Beobachtungsachse von ßi zu ß2 wechselt, so sollte das Zentrum des Gesichtsfeldes vom Objektpunkt Pj zu P2 wechseln. Die Distanzen zum Objektpunkt P, und zum Objektpunkt P2 ändern in bezug auf die Objektivlinse LIO, so dass die Distanz zum Bildpunkt P] und die Distanz zum Bildpunkt P2 ändern, und ebenfalls die Neigung der Bildebene Y ändert. Aufgrund der «Scheimpflug-Bedingung» ist die Bildebene Y so angeordnet, dass sie die Schnittlinie (als Schnittpunkt Q gezeigt) zwischen der Objektebene Xund der Hauptebene H der Objektivlinse schneidet, und deshalb die Neigung der Bildebene Y mehr verändert wird, als die Neigung der opischen Beobachtungsachse. Wenn das Gesichtsfeld durch Variieren der Neigung der optischen Beobachtungsachse bewegt wird, so wechselt das Bild die Neigung und die Lage bezüglich des Okulars solange die Objektivlinse und das Okular einstückig sind, so dass Beobachtung nur innerhalb eines schmalen Bereiches bezüglich des Fokus der Objektivlinse LIO und des Okulars L20 möglich ist und manchmal keine Beobachtung ermöglicht werden kann. Durch Verändern der Neigung der Objektivlinse und Bewegen des Okulars zum Verfolgen der resultierenden Verschiebung des Bildes, ist es nicht unmöglich ein klares Bildzu erhalten, aber die Bewegung der Objektivlinse und diejenige des Okulars sind völlig verschieden voneinander, so dass ein komplizierter unpraktischer Mechanismus erforderlich wäre.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Stereomikroskop zu schaffen, mit welchem eine Objektivebene von einer schrägen Richtung aus beobachtet werden kann, wobei die Verzerrungen des rechten und linken Bildes herabgesetzt wer2

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den, um die obgenannten Schwierigkeiten und Nachteile bei stereoskopischer Betrachtung zu vermindern.

Dies wird erfindungsgemäss erreicht durch eine erste konvergente Linsengruppe, die so angeordnet ist, dass deren optische Achse senkrecht zur Objektebene verläuft, und die Brennpunkt- 5 ebene mit der Objektebene zusammenfällt; zwei zweite konvergente Linsengruppen in gleicher optischer Ausführung, wobei die zwei zweiten konvergenten Linsengruppen parallel angeordnet sind, so dass deren Hauptebene auf der Austrittsseite der ersten konvergenten Linsengruppe zusammenfallen, wobei diese 10 Hauptebene nicht parallel verläuft und einen vorbestimmten Winkel mit der Hauptebene der ersten konvergenten Linsengruppe bildet; zwei Okulare, die so angeordnet sind, dass deren optische Achsen mit den optischen Achsen der zwei zweiten konvergenten Linsengruppen auf deren Austrittsseite zusammenfallen und deren Brennpunkte auf der Eintrittsseite mit den Brennpunkten auf der Austrittsseite der beiden zweiten Linsengruppen zusammenfallen, wobei der vorbestimmte Winkelim wesentlichen die schräge Beobachtungsrichtung definiert.

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Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines bekannten Stereo-mikroskopes;

Fig. 2a ein Objekt, wie z. B. Millimeterpapier;

Fig. 2b das rechte und linke Bild des Objektes gemäss Fig. 2a mit einem bekannten Gerät erzeugt;

Fig. 3 eine Seitenansicht eines vorbekannten Systems, bei welchem die Bilderzeugung durch Verkippen der optischen Achse erfolgt;

Fig. 4a eine Vorderansicht eines Stereomikroskops gemäss der vorliegenden Erfindung;

Fig. 4b eine Seitenansicht des Stereomikroskops; 3J

Fig. 5 das mit dem Stereomikroskop beobachtete rechte und linke Bild, und

Fig. 6 eine Seitenansicht eines Stereomikroskops gemäss der Erfindung zur Darstellung des Neigungswinkels der optischen Beobachtungsachse.

Die Objektivlinse des Stereomikroskopes umfasst eine erste und eine zweite konvergente Gruppe. Eine Vorderansicht einer schematischen Konstruktion ist in Fig. 4a und eine Seitenansicht in Fig. 4b dargestellt. Die erste konvergente Linsengruppe LI weist einen vergleichsweise grossen Durchmesser auf und wird gewöhnlich für das rechte und das linke optische Beobachtungssystem verwendet. Zweite konvergente Linsengruppen L2 und L'2 sind als rechtes und linkes optisches Beobachtungssystem vorgesehen. Die zwei zweiten Gruppen sind parallel angeordnet, so dass deren Hauptebenen hinter der ersten Gruppe zusammenfallen. Die erste Gruppe LI ist so angeordnet, dass deren optische Achse senkrecht zur Objektebene X verläuft und die Brennpunktebene mit der Objektebene zusammenfällt. Die optischen Achsen der parallel angeordneten zweiten Gruppen L2 und L'2 sind um einen Winkel 0 in bezug auf die optische Achse der ersten Gruppe LI geneigt. Die optischen Achsen zweier Okulare L3 und L'3 fallen mit denjenigen der zweiten Gruppen L2 und L'2 zusammen.

Entsprechend der oben beschriebenen Konstruktion der Objektivlinsen ist der vom Objekt auf der Objektebene angeordnete und durch die erste Gruppe LI durchtretende Lichtstrom parallel. Die Lichtbündel, welche die zweite Gruppe L2 und L'2 passieren, werden auf die Brennpunktebene Y hinter den zweiten Gruppen L2 und L'2 fokussiert. Räumliche Bilder werden auf der Brennpunktebene hinter der zweiten Gruppe L2 und L'2 gebildet und können durch die Okulare L3 und L'3 betrachtet werden. Das durch das Stereomikroskop betrachtete Millimeterpapierweist die in Fig. 5 gezeigten Verzerrungen auf. Diese Verzerrungen treten jedoch nur in Y 'htang auf ::/id '.ad aaf

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dem linken und rechten Bild gleich. Die Verzerrung in der Y-Richtung ist unvermeidbar, da die optischen Beobachtungsachsen um den Winkel 0 geneigt sind.

In der X-Richtung jedoch erfolgt keine Verzerrung; alle geraden Linien in dieser Richtung bleiben parallel. Die Formen der Verzerrungen in Y-Richtung sind im wesentlichen gleich, so dass die beiden Figuren kongruent sind. Dadurch wird der Nachteil bekannter Vorrichtungen, nämlich der der Verschiedenheit des rechten und linken Bildes eliminiert und eine gute stereoskopische Betrachtung ermöglicht. In bekannten Vorrichtungen fallen die optischen Beobachtungsachsen mit den optischen Achsen der Objektivlinsen zusammen. In der Vorrichtung gemäss der Erfindung fallen die optischen Beobachtungsachsen mit den optischen Achsen der zweiten Gruppe der Objektivlinsen zusammen.

Wenn in der oben beschriebenen Vorrichtung die zweiten Gruppen L2 und L'2 der Objektivlinsen und die Okulare L3 und L'3 als Einheit im wesentlichen um die Austrittspupille der ersten Gruppe LI der Objektivlinse rotiert werden, kann das Gesichtsfeld kontinuierlich bewegt werden. In der Seitenansicht gemäss Fig. 6 ist der Fall mit dem Neigungswinkel ©j der optischen Beobachtungsachse durch ausgezogene Linien und der Fall mit dem Neigungswinkel 02 durch strichlierte Linien dargestellt. Da die beiden optischen Beobachtungsachsen in der beschriebenen Vorrichtung gleichwertig sind, wird im folgenden nur eine davon erläutert.

Der Lichtstrom vom Objektpunkt A auf der Objektebene X durchtritt die erste Gruppe LI der Objektivlinsen und wird nachher als ein unter dem Winkel 0] geneigter paralleler Lichtstrom durch die zweite Gruppe L2 als Bildpunkt A' auf die Brennpunktebene hinter der zweiten Gruppe fokussiert. Wenn der Neigungswinkel der optischen Beobachtungsachse ©2 beträgt, wird der Objektpunkt A das Zentrum des Gesichtsfeldes des Okulars L3. Wenn der Neigungswinkel der optischen Beobachtungsachse von 0] zu 02 variiert wird, bewegt sich das Zentrum des Gesichtsfeldes kontinuierlich vom Punkt A zum Punkt B. Wenn der Neigungswinkel 02 beträgt, wird der Bildpunkt B' des Objektpunktes B auf die Brennpunktebene hinter der zweiten Gruppe L2 fokussiert und ist Zentrum des Gesichtsfeldes. Da die Bildebene Y immer mit der Brennpunktsebene hinter der zweiten Gruppe L2 der Obj ektivlinse zusammenfällt, sind Änderungen in der Neigung der optischen Beobachtungsachse und der Neigung der Bildebene Y immer gleich, so dass die Lage der Bildebene Y in bezug auf die zweite Gruppe L2 der Objektivlinse und auf das Okular L3 nicht verändert wird. Durch Verändern des Neigungswinkels der zweiten Gruppe L2 des Objektives und des Okulares L3 als Ganzes, ist es möglich, das Gesichtsfeld auszuwählen und die Erzeugung eines klaren Bildes über das ganze Gesichtsfeld zu ermöglichen. Ebenfalls kann auch ein weiterer Bereich für die stereoskopische Betrachtung selbst bei höherer Vergrösserung erzielt werden. Die Konstruktion ist einfach, indem die zweite Objektivlinsengruppe und das Okular in einem einzigen Objektivtubus angeordnet sind und zwei solcher Objektivtuben um die erste Objektivlinsengruppe angeordnet sind.

Da beim oben beschriebenen Stereomikroskop der durch die erste Linsengruppe LI und die zweite Linsengruppe L2 des Objektivs gebildete Winkel grösser ist, kann ein von der optischen Achse der ersten Gruppe LI weiterentferntes Objekt betrachtet werden ; der beobachtbare Bereich ist durch den abdeckenden Sehwinkel der ersten Gruppe beschränkt. Die erste Gruppe der Objektivlinsen sollte vorzugsweise einen breiten Sehwinkel umschliessen und dazu eine ausgeglichene Aberration aufweisen, selbst wenn eine genügend grosse Lichtmenge durch die Randpartien tritt. Wenn die Neigung der zweiten Gruppe relativ zur ersten variiert wird, so ist es wünschenswert, dass das Zentrum der Rotationsbewegung der zweiten Gruppe in der Nähe des Zentrums der Austrittspupille der ersten Linse liegt.

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um dadurch die Reduktion im Durchmesser und die Lichtmenge in den Randpartien zu minimalisieren.

Die erste Gruppe der Objektivlinsen kann aus gekitteten Linsen bestehen, um die chromatische Aberration genügend zu ;

korrigieren und kann eine zum Korrigieren verschiedener anderer Abarrationen Kombination von weiteren Linsen umfassen. Ein kontinuierlicher Wechsel in der Vergrösserung kann erreicht werden, indem die zweite Gruppe der Objektivlinsen als Zoom-5 linsen ausgebildet werden.

2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

631 816 PATENTANSPRÜCHE

1. Stereomikroskop zum stereoskopischen Betrachten eines Objektes aus einer schrägen Richtung, gekennzeichnet, durch eine erste konvergente Linsengruppe (LI ), die so angeordnet ist, dass deren optische Achse senkrecht zur Objektebene (X) verläuft, und die Brennpunktebene mit der Objektebene (X) zusammenfällt; zwei zweite konvergente Linsengruppen (L2) in gleicher optischer Ausführung, wobei die zwei zweiten konvergenten Linsengruppen (L2) parallel angeordnet sind, so dass deren Hauptebenen auf der Austrittsseite der ersten konvergenten Linsengruppe (LI) zusammenfallen, wobei diese Hauptebene nicht parallel verläuft und einen vorbestimmten Winkel mit der Hauptebene der ersten konvergenten Linsengruppe (LI) bildet; zwei Okulare (L3), die so angeordnet sind, dass deren optische Achsen mit den optischen Achsen der zwei zweiten konvergenten Linsengruppen (L2) auf deren Austrittsseite zusammenfallen und deren Brennpunkte auf der Eintrittsseite mit den Brennpunkten auf der Austrittsseite der beiden zweiten Linsengruppen zusammenfallen, wobei der vorbestimmte Winkel im wesentlichen die schräge Betrachtungsrichtung definiert.

2. Stereomikroskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden zweiten konvergenten Linsengruppen (L2) und die beiden Okulare (L3) als eine Einheit bewegbar sind, um ihre Position relativ zur ersten konvergenten Linsengruppe (LI) zu ändern.

3. Stereomikroskop nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegung der zwei zweiten konvergenten Linsengruppen (L2) und der zwei Okulare (L3) im wesentlichen eine Rotationsbewegung um die Austrittspupille der ersten konvergenten Linsengruppe (LI) ist.