專利名稱：一種暗視場照明物鏡裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型所涉及一種對觀察對象進行暗視場照明，利用物體的散射和衍射光進行觀 測的暗視場顯微鏡中所用的暗視場物鏡裝置。
背景技術：
在檢查集成電路(IC)圖樣、液晶用玻璃的表面劃傷及灰塵時，利用暗視場照明更加 有利，故通常在暗視場照明下觀察。與沿光軸方向照射被觀察對象的明視場照明不同，暗 視場照明是從側面和傾斜方向將照明光投射到被觀察對象上，物鏡接收并觀察被觀察對象 的衍射和散射光。
日前暗視場照明用的物鏡存在以下問題。在顯微鏡的光學系統之外還需要另外設立一 個照明裝置，照明裝置包括光源和將光源所發出的光轉換為平行光的準直用光學原件。
JP特開平7-281098專利公開的暗視場觀察用物鏡的鏡筒由夾持成像用的透鏡組的內筒 和將暗視場照明用平行光導光用的中空外筒兩部分組成。為了傳播暗視場照明光，通常有 由內、外筒組成的環形空間。為了固定外筒，在內筒和外筒之間至少要有三個連接臂，這 三個連接臂將在照明光路中檔光，減少觀察上的照射光亮。為了克服其影響需要另外的光 學零件。
為了使照明光不直接進入成像物鏡，需要在照明光路中圓形濾光片，這也將減少暗視 場觀察區域所接收到的光亮。
暗視場用的物鏡由于需要設有暗視場照明用的導光用外筒，其鏡筒的外徑比明視場物 鏡的鏡筒粗。無法直接安裝到明視場顯微鏡的物鏡轉換器上。無法用明視場顯微鏡進行暗 視場觀察。同樣，明暗視場觀察用物鏡對于暗視場顯微鏡的轉換器來說直徑過小，安裝的 話需要另外的過渡接口。
JP特開2000-121949專利所提技術方案是用LED直接照明被觀測對象，這與暗視場照 明是一樣的。并非將子午面內的光轉換為平行光后照射被觀察對象，所以對于以觀察被觀 察對象的衍射光與散射光為主的暗視場觀測并不很合適。
JP特開2006-039418專利雖然也適用了 LED照明，但由于是直接將LED所發出的光作 為平行光導入照明相機或顯微鏡內筒的外側，故存在與原有暗視場照明用物鏡鏡筒同樣的 問題。另外，由于照相機設置在鏡筒內，無法用同一個物鏡明視場與暗視場并用，也無法 將不同放大倍率的物鏡安裝在同一顯微鏡上用不同的放大倍率觀察。
JP特開2001-154103專利所提的方案中，暗視場照明用的環形LED照明裝置獨立于物鏡鏡筒的，但該方案中并沒有提及如何將子午面內的光線變成平行光照射到觀察對象上。 由于光源是設立在顯微鏡內，也沒有考慮到不同倍率物鏡及光源焦距的變化。
實用新型內容
本實用新型的目的是提供一種為觀察對象提供足夠充分的照射光通量，實現暗視場照 明，并且可以直接安裝在明視場顯微鏡的轉換器上的暗視場照明物鏡裝置。
本實用新型的暗視場照明物鏡裝置，包括同軸的內外筒、設置在內筒內的成像用透鏡 組，在內外筒之間設有排列成環狀的照明裝置；在照明裝置與被觀察對象之間設有在子午 面內將照明裝置發出的光轉換為平行光而傾斜照射到被觀察對象上的光學元件；內筒端部 外周設置有用于直接安裝到明視場顯微鏡的轉換盤上的螺紋。
本實用新型中物鏡的成像用透鏡組安裝在內筒內。在外筒的外側設有排列成環狀的照 明裝置(如以LED原件作為光源的LED照明裝置)。在光源(如LED原件)與被觀察對象之 間設有在子午面內將光源發出的光轉換為平行光、傾斜照射到被觀察對象上的光學元件。 光源發出的光在子午面內被轉換為平行光照射到被觀察對象上。被觀察對象散射或衍射的 光經成像物鏡成像后由目鏡觀察或用攝影裝置拍攝后進行圖象處理。該暗視場物鏡裝置內 筒端部外周有螺紋，可以直接安裝到明視場顯微鏡的轉換盤上。所以，明視場顯微鏡可以 直接轉用為暗視場觀察用。
作為改進，它還包括設置在內外筒之間的用于向照明裝置供電的環狀電池。這即是內 置電源的暗視場照明物鏡裝置。當然，該暗視場照明物鏡裝置中的照明裝置也可使用外部 電源供電。當使用外部電源時，最好它還包括用于向照明裝置供電的360度旋轉電源接口 外部導入系統。該360度旋轉電源接口外部導入系統的結構可以有多種多樣，如它還包括 設有正、負極環形導電薄膜的線路板；照明裝置的正負極與正、負極環形導電薄膜連接； 線路板可轉動的套裝在暗視場照明物鏡裝置上；線路板上有與正、負極環形導電薄膜相連 的外部電源插座。它還包括與外部電源連接以向照明裝置供電的電源插座。外部電源導入 系統的接口為360度旋轉裝置，任何方位都可以接電源，使用方便；如果使用內置環狀電 池的話，僅將暗視場觀察物鏡的鏡筒安裝到顯微鏡上即可實現暗視場照明，操作非常簡單， 不需要為照明用電源配備電線。將該電池作為二次電池，在鏡筒的外筒上設置充電用插孔， 通過充電即可長期使用。
作為改進，光學元件包括環狀透鏡、非球面反射鏡或輪胎面透鏡，最好光學元件還包 括將照明裝置發出的光糾正為平行光的補償透鏡。環狀透鏡、非球面反光鏡及輪胎面透鏡 配合補償透鏡用于實現將照明光形成斜照射。補償透鏡可以將光源發射出的光更好的糾正
4為平行光，環狀透鏡、非球面發射鏡以及輪胎面透鏡一方面使光線的平行度更好，另外一 方面改變光的方向，實現將照明光形成斜照射光。以上元件在子午面內形成平行光照射到 被照射面上。
由于不同倍率的物鏡的視場各不相同，工作距離也不相同，物鏡出射的斜度也與物鏡 的視場及工作距離向關聯。斜出射光在子午面內的平行度取決于光源與形成斜出射的光學 元件之間的距離L、內外筒之間的環的寬度(D-d) /2及形成斜出射的光學元件的焦距f、 照射區域(視場)S所決定。
1. 如果使用環狀透鏡，環狀透鏡的焦距f滿足0.9WD〉f〉1. 1WD; 照射區域(視場)(D-d) /2;
光源與形成斜出射光源元件的距離L滿足L〉3. 3(D-d)。
2. 使用非球面發射鏡作為形成斜出射的光學元件， 照射區域(視場)(D-d) /2;
光源與形成斜出射光源元件的距離L滿足L>3. 3(D-d)。
3. 如果使用輪胎面透鏡，
輪胎面透鏡的出射角"》tan—'[(S + J)Z，D];輪胎面透鏡的寬度b滿足"S x Com ;
光源與輪胎面透鏡之間的距離L滿足L=fb。
其中，WD為物鏡的工作距離；D為外筒內徑；d為內筒外徑。
使用不同光學元件而滿足上述這些條件能更好實現我們希望的暗視場照明，即盡量保 証平行光照射，照射光的反射光不進入物鏡。
實用新型的有益效果本實用新型將暗視場觀察用的光源內藏在物鏡的鏡筒中，而且
能夠在暗視場觀察范圍內提供充分的光通量，所以可以提高暗視場觀察的檢查能力。另外， 由于可以單獨更換物鏡，同時可以提高檢查的工作效率。由于可以直接安裝在明視場顯微 鏡上使用，無需特意為暗視場物鏡裝備專門的轉換盤。
圖1本實用新型實施方式1的斷面圖
圖2本實用新型實施方式1的暗視場物鏡安裝在明視場轉換器上的示意圖 圖3本實用新型實施方式2的斷面示意圖
圖4本實用新型實施方式3的斷面圖(請在圖4中補充序號1、 2、 10) 圖5本實用新型實施方式4的斷面圖
圖中，1內筒；2外筒；3物鏡成像透鏡組；4電池；5基板；6LED元件；7補償透鏡；8環狀透鏡；9電源開關；10充電用插孔；11螺紋；12轉換器；13非球面反射鏡; 14輪胎面透鏡；15電源插座；16線路板；17蓋；18壓板；S:照明區域；ch環內經(明 視場透鏡外徑)；D:環外徑；WD:明視場透鏡工作距離；L: LED光源與形成傾斜出射的光 學元件之間的距離；《:環狀輪胎面透鏡在子午面內的出射角；b:輪胎面透鏡的寬度；fb: 子午面內輪胎面透鏡的后焦距。
具體實施方式
以下結合附圖詳細說明本實用新型的具體實施方式
。 實施方式l
圖1是表示本實用新型實施方式1的暗視場照明物鏡裝置的截面圖。
本實施方式由軸線重合的內筒1和外筒2組成。內筒1中安裝有成像用的透鏡組3。內 筒l朝向被觀測對象一側的外徑為d (環內經)，相當于用物鏡在明視場觀察時明視場透鏡
的外徑。外筒2的軸心與內筒1相同。外筒2與內筒1之間有環狀空間。環狀空間內從上 到下依次為環狀電池4，安裝LED元件的基板5， LED元件6，改善LED發射光平行度的補 償透鏡7，將LED元件6發出的照明光在子午面轉換為平行光、出射到暗視場照明區域S上 的環狀透鏡8。在基板5上的控制LED元件亮、滅用電源開關9伸出外筒2的表面。電池4 是可充電的二次電池，其充電用插孔10可設置在外筒2的合適位置。
在顯微物鏡向顯微鏡本體安裝的一端、內筒上部周圍制有用于和顯微鏡轉換器上的安 裝螺口相配合的螺紋ll。由于內筒l的外徑與明視場物鏡裝置的直徑相同(如020)，可以 直接裝到明視場顯微鏡的鏡頭轉換器上。由此，可以直接將明視場顯微鏡用于暗視場觀察。 圖2是將實施方式1的暗視場物鏡裝置安裝在明視場顯微鏡的物鏡轉換器12上的示意圖。
環狀透鏡8是中間開有一個空的環形，孔的直徑與內筒1的外徑相當。環狀透鏡8的 作用是將從環狀LED元件5發出的照明光在子午面內變換成平行光傾斜地出射到暗視場照 明區域S上，其焦距f與物鏡的工作距離WD (被觀察對象到物鏡的距離)相當，滿足 0. 9WD〉f〉1. 1WD。
設內筒的外徑(夾持成像透鏡組的內筒的外徑)為d，外筒的內經為D，照明區域S滿 足S^(D-d)/2即可。
LED元件6與環狀透鏡8之間的距離L滿足L〉3. 3(D-d)即可。
從補償透鏡7傾斜射出的照明光束在子午面內的平行度取決于距離L、環狀空間的環寬 度((D-d) /2)，環狀透鏡的焦距f及視場S。平行照明光是實現有效暗視場觀察的必要條 件，也是傾斜出射的照明光的鏡面反射光不直接進入成像用物鏡的條件。
6LED照明元件是用光束發散角約15°炮彈型LED。
如果LED元件的光束發散角大于15° ，很難用單個環狀透鏡8形成平行度高的傾斜出 射平行光。而加入補償透鏡7的目的，就是改善LED發出的光的平行度。 實施方式2
參見圖3所示采用非球面反射鏡13的暗視場照明物鏡裝置。除非球面反射鏡13外， 其余部分的結構均與實施方式1相同，故在此省略非球面反射鏡以外部分的說明。
在第2實施方式中，與實施方式l相同，照明區域S滿足S2 (D-d)，式中D， d分別 是外筒內徑和內筒外徑(夾持成像透鏡組的內筒的外徑)。除此之外，LED元件6與非球面 反射鏡13之間的距離L最好還滿足L〉3. 3(D-d)。
非球面反射鏡13形成輪胎面，將入射光在子午面內變換成平行光。因此，用非球面反 射鏡13，將排列成環狀的LED元件發出的照明光在子物面內變換成平行光，傾斜地照射到 照明區域S上，實現暗視場觀察用照明。
實施方式3
以下，參照圖4來詳細說明用環狀輪胎面透鏡將LED元件所發出的照明光傾斜照射到 照明區域S上，實現暗視場觀察用物鏡裝置的實施方式。
圖4是外筒的前端裝有輪胎面透鏡14的暗視場照明物鏡裝置的斷面圖。在該實施方式 3中，LED的安裝方式與實施方式1、 2不同，為了使LED元件所發出的光不經過光軸轉折 直接傾斜照射在照明區域S上，收容LED元件的外筒2的前端部相對于內筒1成張開的圓 錐狀形態。g卩，外筒2為從內筒1的中部開始向前端呈傘狀延伸，用于安裝、固定排列成 環狀的LED元件、基板、輪胎面透鏡14。 LED元件6所發出的光經環狀輪胎面透鏡14在子 午面內轉換為平行光出射到照射面S上。
內筒1上用于連接顯微鏡主體的直徑與明視場顯微鏡物鏡裝置相同，而且還制有可以 安裝到明視場顯微鏡鏡頭轉換器的螺紋10，所以可以直接安裝到明視場顯微鏡的轉換器上。
與實施方式l、 2不同，實施方式3中沒有將光軸進行傾斜變換，而是將LED元件6、 環狀輪胎面透鏡14、照明區域S的光軸排列在一條直線上。
這里，輪胎面透鏡14的出射角"2tan-'[(S +力/2WD]，輪胎面透鏡的寬度b滿足
6 2SxCa z， LED光源與輪胎面透鏡之間的距離L滿足bfb即可。
由此，從LED元件發出的照明光在子午面內被轉換成平行光，傾斜地照射在觀察對象 區域S上。
與實施方式l同樣，實施方式2、 3也在內筒1的端部外圍制有螺紋，可以安裝到明視場顯微鏡的轉換器上。 實施方式4
在實施方式l、實施方式2、實施方式3中，所描述的都是采用環狀電池的內置電源方 式。下面結合圖5來說明采用360度旋轉電源接口外部導入系統的暗視場照明物鏡裝置的 斷面圖。除提供電源方式不一樣外，其余部分的結構均與實施方式1相同，故在此省略其 它部分的說明。
在該實施方式4中，LED的電源導入方式與實施方式1、 2、 3不同，為外部電源導入 方式。為了能夠使電源插座15不受接口方向位置的影響，在線路板16上設有正、負極環 形導電薄膜。當電源插座15導入電源時，LED的元件的正、負極通過導電彈片接觸的線路 板16上的導電薄膜導電。通過蓋17和壓板18的機械配合，使得電源插座15、線路板16、 蓋17、以及壓板18形成了一個轉動的整體。當轉動電源插座15時，線路板16連動，由于 線路板上是環形導電薄膜方式，所以在任何方位，LED元件都能夠正常導電。通過以上的結 構方式，形成了可360度旋轉的電源接口外部導入系統。
本實用新型提供了一種帶有簡易照明裝置的暗視場觀察用物鏡，可以大大簡化暗視場 觀察用的光學裝置，可進一步提高檢測裝置的自動化水平，在IC、液晶產業具有廣闊應用 前景。
權利要求1.一種暗視場照明物鏡裝置，包括同軸的內外筒、設置在內筒內的成像用透鏡組，其特征是在內外筒之間設有排列成環狀的照明裝置；在照明裝置與被觀察對象之間設有在子午面內將照明裝置發出的光轉換為平行光而傾斜照射到被觀察對象上的光學元件；內筒端部外周設置有用于直接安裝到明視場顯微鏡的轉換盤上的螺紋。
2. 根據權利要求1所述的暗視場照明物鏡裝置，其特征是照明裝置為以LED元件作為光源的 LED照明裝置。
3. 權利要求2所述的暗視場照明物鏡裝置，其特征是所述LED元件為炮彈型LED。
4. 根據權利要求1所述的暗視場照明物鏡裝置，其特征是它還包括設置在內外筒之間的用于向 照明裝置供電的環狀電池。
5. 根據權利要求1所述的暗視場照明物鏡裝置，其特征是它還包括用于向照明裝置供電的360 度旋轉電源接口外部導入系統。
6. 根據權利要求1所述的暗視場照明物鏡裝置，其特征是光學元件包括環狀透鏡、非球面反射鏡或輪胎面透鏡。
7. 根據權利要求6所述的暗視場照明物鏡裝置，其特征是光學元件還包括將照明裝置發出的光糾正為平行光的補償透鏡。
8. 根據權利要求1所述的暗視場照明物鏡裝置，其特征是光學元件包括環狀透鏡，環狀透鏡的焦距f滿足0.9WD>f>l.lWD;照射區域S^ (D-d) /2;光源與環狀透鏡的距離L滿足L>3.3(D-d);其中，WD為物鏡的工作距離；D為外筒內徑；d為內筒外徑。
9. 根據權利要求1所述的暗視場照明物鏡裝置，其特征是光學元件包括非球面發射鏡；照射區域S^ (D-d) /2;照明裝置與非球面發射鏡的距離L滿足L>3.3(D-d);其中，D為外筒內徑；d為內筒外徑。
10. 根據權利要求l所述的暗視場照明物鏡裝置，其特征是光學元件包括輪胎面透鏡；輪胎面透鏡的出射角《》tan_1 [(S + ") / ，D];輪胎面透鏡的寬度b滿足^》SXC(Wa ;照明裝置與輪胎面透鏡之間的距離L滿足L=ft;其中，WD為物鏡的工作距離；S為照射區域；d為內筒外徑。
專利摘要本實用新型是一種對觀察對象進行暗視場照明，利用物體的散射和衍射光進行觀測的暗視場顯微鏡中所用的暗視場物鏡裝置。其物鏡包含內筒和外筒，成像用透鏡組安裝在內筒內；在外筒的外側設有排列成環狀、以LED原件作為光源的LED照明裝置。在LED原件與被觀察對象之間設有在子午面內將LED光轉換為平行光、傾斜照射到被觀察對象上的光學元件。LED原件發出的光在子午面內被轉換為平行光照射到被觀察對象上。被觀察對象散射或衍射的光經成像物鏡成像后由目鏡觀察或用攝影裝置拍攝后進行圖象處理。該暗視場物鏡裝置內筒端部外周有螺紋，可以直接安裝到明視場顯微鏡的轉換盤上。所以，明視場顯微鏡可以直接轉用為暗視場觀察用。
文檔編號G02B3/00GK201355404SQ20092003673
公開日2009年12月2日 申請日期2009年2月24日 優先權日2009年2月24日
發明者趙躍東 申請人:南京東利來光電實業有限責任公司