Устройство для наблюдения изображений Советский патент 1992 года по МПК G02B21/18 

фаг А

Изобретение относится к технике микроскопических измерений и может быть ис- пользовано для одновременного наблюдения и измерения одного или нескольких микрообъектов.

Цель изобретения -одновременное наблюдение изображений одного или нескольких объектов под разными ракурсами с двух сторон.

На фиг.1 представлена оптическая схе- ма предлагаемого устройства, где отражающий элемент выполнен в виде прямоугольной призмы с квадратными гранями, установленной с возможностью вращения; на фиг.2 - отражающий элемент, выполненный в виде плоского зеркала; на фиг.З - то же, выполненный в виде клиновидной пластины с отражающим покрытием, нанесенным на одну поверхность пластины; на фиг.4 -угловое смещение луча в прозрачной клиновидной пластине 4 на фиг.1; на фиг.5-тоже, в прозрачной клиновидной пластине 4 на фиг.2; на фиг.б - смещение луча в системе клиновидных пластин, выполненных с возможностью раздвиже- ния.

На предметный столик микроскопа 1 установлен исследуемый объект 2, сбоку от него расположена прямоугольная призма 3 с квадратными гранями, одна из которых обращена к объекту 2 и параллельна оптической оси микроскопа 1, другая - к объективу, между объектом 2 и объективом микроскопа 1 установлена прозрачная клиновидная пластина 4 или система из двух идентичных пластин. Для освещения исследуемого микрообъекта 2 использован осветитель микроскопа 1, обеспечивающий вертикальную и боковую подсветку объекта 2. Устройство для перемещения предметно- го столика микроскопа 1 служит для получения резкого изображения объекта 2. Размер входного зрачка объектива микроскопа 1 определяет максимальные размеры объекта 2 при условии, что изображение передней поверхности объекта занимает половину поля зрения микроскопа 1. Прямоугольная призма с квадратными гранями создает второй оптический канал микроскопа, направляя изображение боковой поверхности объекта 2 вдоль оптической оси микроскопа, формируя изображение на половине поля зрения микроскопа 1. Боковая поверхность объекта относительно фокуса объектива микроскопа расположена на рас- стоянии X + (а +п), где X - расстояние передней поверхности объекта от объектива, а - расстояние боковой поверхности объекта 2 от отражающей грани 3 призмы 3, h - размер объекта в сечении, параллельном оптической оси микроскопа 1 (фиг.1).

Причем а + h Cy,

(1)

где А - размер входного зрачка объектива микроскопа.

При этом условии изображение боковой поверхности занимает половину поля зрения микроскопа 1. Так как передняя поверхность объектива расположена ближе к фокусу объектива, чем его боковая поверхность, то для одновременного наблюдения резкого изображения поверхностей одного или нескольких объектов можно компенсировать разность расстояний, выбирая размер квадратных граней призмы 3, исходя из выражения

Ax-dd-Ii),(2)

tg «i;v

где d - размер ребра квадратной грани;

„«,-Ј:

GZ - угол преломления в материале призмы,

Размер ребра призмы рассчитывается при условии Ах а + h. При размерах ребра призмы больших d, di d, при выполнении условия (1) прозрачная клиновидная пластина между объектом 2 и объективом микроскопа 1 компенсирует разность расстояний

Дх Дхсц.-(а+Г|).

При этом положение предметного столика микроскопа 1 соответствует резкому изображению боковой поверхности объекта. Толщина клиновидной пластины определяется выражением (2), где d p-tg у, у- угол клина, р - расстояние от вершины клина до рабочей точки (фиг.4), исходя из размера входного зрачка объектива А, изменение

д

толщины клиновидной пластины Ad - tg у.

В зависимости от положения клиновидной пластины угловое смещение Дсщ (fh -у) (фиг.4) и ли Дои а -fa (фиг.5),р2 - угол преломления в материале пластины.

Введение дополнительной клиновидной пластины, идентичной первой, устраняет угловое смещение Д а и изменение толщины клина Ad (фиг,6). Взаимное раз- движение клиновидных пластин в противоположных направлениях позволяет менять толщину компенсатора при изменении ракурса наблюдения боковой поверхности, достигаемого при вращении отраженного элемента, поворот которого изменяет Ах. В

этом случае Д х b cos Ј + -:--, где Ј - угол

о III ц

поворота призмы. ЈМакс arcsin b/d, где b а - h - расстояние от боковой поверхности

микрообъекта 2 до грани призмы, обращенной к объекту, d - размер ребра квадратной грани призмы. В случае, если отражающий элемент выполнен в виде зеркала с наружным покрытием система прозрачных клино- видных пластин, установленная над зеркалом перед объективом, компенсирует А х а + h, где а - расстояние боковой поверхности объекта до зеркала (фиг.2). Общая толщина компенсирующих пластин определяется выражением (2). Наклон зеркала меняет ракурс наблюдения боковой поверхности объекта. Положение компенсирующих клиновидных пластин р определяется выражением

d-(2p + |) tgy. Максимальный угол поворота зеркала

;макс

-arctg

(4)

х +h (фиг.2).

Возможен вариант совмещения компенсирующей клиновидной пластины с отражающим элементом (зеркалом). В этом случае отражающее покрытие нанесено на одну из сторон клиновидной пластины.

Клиновидная пластина, установленная на поверхности предметного столика сбоку от объекта 2, создает второй канал изображения, направляя изображение боковой поверхности объекта вдоль оптической оси микроскопа 1. Клиновидная пластина с отражающим покрытием расположена в исходном положении под углом 45° в оптической оси микроскопа и обращена к объекту прозрачной гранью (фиг.З). Поворот клиновидной пластины относительно оси, лежащей в предметной плоскости и параллельной стороне объекта, меняет ракурс на- блюдения боковой поверхности. Максимальный угол поворота определяется выражением (4). Угловое смещение

ДЈ 2у(1 п-с-°),

vCOS $1

где Јi - предельный угол падения на клиновидную пластину с отражающим покрытием;

%2 - соответствующий угол преломления.

Продольное смещение

AK { -2ptgytg(Ј2+y)x (Ј+2y)}s.n

где d p-tg /определяется из выражения (2);

у- угол клина.

Каждый из рассмотренных вариантов предлагаемого устройства имеет следующие особенности.

Для наблюдения изображений в двух фиксированных ракурсах целесообразно использование прямоугольной призмы с квадратными гранями, размер которых вы5 бирается в соответствии с выражением (2). В этом случае не требуется компенсатора для одновременного наблюдения резкого изображения каждого из объектов. В случае необходимости изменения ракурса наблю10 дения в процессе измерений удобнее использовать плоское зеркало в качестве отражающего элемента в предлагаемом устройстве вместе с системой прозрачных клиновидных пластин, выполненных с воз15 можностьюраздвижения. В этом случае увеличивается ракурс наблюдения по сравнению с использованием прямоугольной призмы в качестве отражающего элемента, но при этом для одновременного

20 наблюдения резкого изображения каждого из объектов, необходимо использование прозрачных клиновидных пластин с возможностью раздвижения для получения переменной толщины компенсатора. Для этих

25 же целей возможно использование клиновидной пластины с отражающим покрытием одной грани. При этом перемещением пластины в своей плоскости можно менять тол- щину компенсатора в соответствии с

30 выражением (2, 4).

Динамику работы устройства проиллюстрируем на примере определения расстоя- ния между контактной иглой , и поверхностью микросхемы при сканирова35 нии ее по поверхности микросхемы.

На предметный столик микроскопа 1 (фиг.1) устанавливали микросхему типа К 198 и устройство для перемещения контактной иглы. Перемещением столика микро40 скопа 1 было получено резкое изображение горизонтальной поверхности микросхем и острия контактной иглы на половине поля зрения микроскопа. Использовался объектив 3, 7 крат., общее увеличение изображе45 ния 20 крат. Изображение наблюдалось на экране полуавтоматического телевизионного микрометра (установка для измерения линейных размеров УИЭ. РЛ.П). Сбоку от микросхемы на предметном столике микро50 скопа 1 размещалось зеркало 3 с устройством для крепления и вращения (фиг,2). В исходном положении зеркало было установлено под углом 45° к плоскости предметного столика. Затем между зеркалом и объекти55 вом микроскопа (во второй канал изображения) была введена прозрачная клиновидная пластина (клиновидность равна 481) из стекла К-8 с начальной толщиной 5 мм. Толщина клиновидной пластины рассчитана из выражения (2). При установке пластины наблюдалось резкое изображение боковой поверхности микросхемы и контактной иглы. После перемещения контактной иглы над поверхностью микросхемы, наклоном зеркала 3 в сторону объекта меняют ракурс наблюде- ния. Перемещают прозрачную клиновидную пластину 4 перпендикулярно оптической оси микроскопа до получения резкого изображения необходимого участка поверхности микросхемы и контактной иг- лы. С помощью предлагаемого устройства наблюдалось изменение расстояния контактной иглы от поверхности микросхемы при сканировании по ее поверхности.

Введение предлагаемого устройства в полуавтоматический телевизионный микрометр УИЭ. РЛ.Н, при наблюдении на телевизионном экране изображения горизонтальной и вертикальной поверхностей, позволяет измерять толщину исследу- емых объектов, т.е. от измерения линейных размеров в одной плоскости перейти к измерению третьей координаты объектов, кроме того, измерять расстояния между несколькими объектами с разных ракурсов. Формула изобретения 1. Устройство для наблюдения изображений, содержащее микроскоп с двумя оптическими каналами, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональ- ных возможностей за счет обеспечения одновременного наблюдения одного или нескольких объектов с двух сторон с разных ракурсов, в него в один из каналов введены

прозрачная клиновидная пластина, установленная в держателе с возможностью перемещения в плоскости, перпендикулярной оптической оси микроскопа, и отражающий элемент, установленный сбоку от объекта с возможностью вращения.

2.Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е- с я тем, что отражающий элемент выполнен в виде прямоугольной призмы с квадратными гранями, установленной с возможностью вращения относительно ребра, образованного пересечением ее квадратных граней, одна из которых обращена к объекту, а другая - к объективу микроскопа, при этом прозрачная клиновидная пластина и отражающий элемент размещен в разных каналах.

3.Устройство поп.1,отличающее- с я тем, что отражающий элемент выполнен в виде плоского зеркала, установленного в одном канале с прозрачной клиновидной пластиной с возможностью вращения относительно оси, лежащей в предметной плоскости и параллельной стороне объекта, обращенной к зеркалу,

4.Устройство по пп.1-3, отличающееся тем, что в него введена дополнительная клиновидная пластина, идентичная первой, причем пластины размещены в одном канале и установлены с возможностью независимого перемещения в противоположных направлениях перпендикулярно оси микроскопа, при этом их соответствующие грани параллельны одна другой.

Изобретение относится к технике микроскопических измерений. Целью изобретения является одновременное наблюдение изображений одного или нескольких объектов под разными ракурсами. Для этого в устройство для наблюдения изображений введены прозрачная клиновидная пластинка 4, закрепленная в держателе с возможно- стью перемещения в плоскости, перпендикулярной оптической оси микроскопа, и отражающий элемент 3, установленный сбоку от объектов с возможностью вращения. Отражающий элемент может быть выполнен в виде прямоугольной призмы с квадратными гранями, установленной с возможностью вращения относительно ребра, образованного пересечением ее квадратных граней, одна из которых обращена к объектам 2, а вторая - к объективу 1, при этом прозрачная клиновидная пластина 4 и отражающий элемент 3 размещены в разных каналах. 3 з.п. ф-лы, 6 ил.

фиг. 2

фиг.З

У

фигЛ

t

фиг. 6