МИКРОСКОП

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.
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.
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.
Недостатком известных микроскопов является ограниченный функционал стойки с головкой, позволяющий только возвратно-поступательное перемещение головки вверх-вниз.
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.
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.
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.
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.
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.
Первый привод предпочтительно связан с указанной стойкой и выполнен для изменения вертикального положения головки относительно указанного столика.
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.
Каретка предпочтительно связана со вторым приводом для придания ей поступательного движения по указанной направляющей
Указанная штанга может быть снабжена третьим приводом для вращения ее вокруг указанной оси, ортогональной плоскости опоры и проходящей через фокус указанного объектива
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 головки
Полезная модель схематично представлена на следующих неограничивающих чертежах.
На фиг. 1 - схематично показан вид спереди заявленного микроскопа.
На фиг. 2 - схематично показан вид сбоку заявленного микроскопа
На фиг. 3 - схематично показано движение головки заявленного микроскопа
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.
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.
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.
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.
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.
Заявленный микроскоп используют следующим образом.
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.
Посредством первого привода регулируют высоту установки головки 2 так, чтобы фокус VR объектива 4 находился на исследуемой поверхности объекта 1.
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.
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.
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.
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.
Источники информации:
1 Патент Беларуси на полезную модель №7215, публ. 30.04.2011.
2 Патент России на изобретение №2321033, публ 27.03.2008.
3 Патент США №9726873, публ. 08.08.2017 (прототип).