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Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Bild- bzw. Bilddatenübertragung von einer Proben abrasternden bzw. ortsauflösend abbildenden Untersuchungseinrichtung, z. B. einem rasternden Teilchenstrahlmikroskop oder rasternd ortsauflösenden Analysengeräten, z. B. RFA-Geräten, auf einen Rechner.
Die Dokumentation von Bildern von ortsauflösenden Untersuchungseinrichtungen, z. B. einem REM, erfolgte bisher mittels Photographie. Die Auswertung von REM-Bildern konnte nur durch unmittelbares Ausmessen von Positiv- oder Negativbildern (bzw. Filmen) erreicht werden. Diese Vorgangsweise ist relativ zeitaufwendig und arbeitsintensiv. Neuerdings ging man dazu über, REM-Bilder in digitaler Form einem PC zu übermitteln, sodass diese sofort auf Diskette oder Festplatte abgelegt und zu einem beliebigen späteren Zeitpunkt wieder auf den Monitor des PC's geholt werden können. Speziell bei Objekten, die man besser nicht lange dem Elektronenbeschuss aussetzen sollte, ist diese Methode der Datensicherung (digitale Bildverarbeitung und Speicherung) günstig.
Diese Vorgangsweise hat zudem den Vorteil, dass mit Hilfe der Bildschirmkoordinaten und des Cursors Bildpunkte definiert werden können, ihre Abstände zueinander, sowie von ihnen abgesteckte Flächenstücke mittels einfacher Software sofort berechnet werden können usw. Ferner kann man verschiedenen Graustufen des REM-Bildes Falschfarben zuordnen und auf besonders markante Weise Details, die sich am REM-Display nur durch eine geringe Grauwertdifferenz unterscheiden, hervorheben, indem man den Stufensprung genau zwischen die beiden betreffenden Grautöne legt. Es besteht noch eine Reihe weiterer Vorteile der digitalen Bildverarbeitung und Datenspeicherung.
Die direkte (galvanische) Kopplung eines Rechners mit einer üblicherweise mit Hochspannung arbeitenden Untersuchungseinrichtung bringt jedoch eine Reihe von Problemen mit sich. Die Einstreuung elektrischer Störungen durch die Hochspannungen auf Grund ungenügend geschirmter Schaltungsnetzteile, auf Grund vorhandener Motor- und Ventilsteuerungen der Geräte usw. bewirken, abgesehen von einer oft gestörten Datenübertragung mitunter auch die Zerstörung der CPU des Rechners. Vorkehrungen zum Schutz des Rechners sind aufwendig und machen zumindest wesentliche Vorteile der Signalauswertung durch den Rechner zunichte.
Ziel der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden. Erfindungsgemäss ist eine Anordnung der eingangs genannten Art dadurch gekennzeichnet, dass der Rechner an die Untersuchungseinrichtung über zumindest einen, die Bilddaten (Bildinhalt bzw. Bildintensität, Zeilensynchronisationssignal, Bildsynchronisationssignal) übertragenden Lichtleiter angeschlossen ist.
Abgesehen von einer völlig störungsfreien Übertragung der Daten über die Lichtleiter über beträchtliche Strecken erfolgt eine vollständige galvanische Trennung der Untersuchungseinrichtung und des Rechners, sodass eine gegenseitige Störung ausgeschlossen wird.
Die für die Übertragung insbesondere eines REM-Bildes auf einen Rechner, z. B. PC, notwendigen Signale sind der Bildinhalt (INTENS), der Zeilensynchronisationsimpuls (HSYNC) und der Bildsynchronisationsimpuls (VSYNC). Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird jedes dieser drei Signale gesondert aufbereitet, jedes der drei aufbereiteten Signale wird einer eigenen Senderstufe mit Leuchtdiode zugeführt, in welche das Kunststofflichtleitkabel direkt eingesteckt werden kann, und die drei Signale werden auf gesonderten Lichtleitern übertragen, wodurch einerseits die drei Signale einander während der Übertragung nicht stören können, da sie getrennte Wege nehmen,
anderseits durch die Übertragung der Signale mittels Lichtleitkabel eine perfekte galvanische Trennung zwischen dem REM und dem PC garantiert ist und eine Störung der Datenübermittlung durch HV-Spitzen oder gar eine irreversible Schädigung der CPU unmöglich gemacht wird. Da Zeilen- und Bildsynchronisationsimpulse üblicherweise bereits digital vorliegen, müssen sie in der Rechner-Empfängerstufe (Photodiode oder Phototransistor) nicht mehr digitalisiert werden. Der Bildinhalt muss als einziges der drei Signale einen A/D-Wandler durchlaufen. Das Einlesen der Daten kann über die CENTRONICS-Schnittstelle des Rechners erfolgen.
An sich sind auch andere Übertragungsarten der drei wesentlichen Bildsignale von der Untersuchungseinrichtung zum Rechner über Lichtleiter möglich. Die zu übertragenden Signale können getrennt über jeweils einen eigenen Lichtleiter - wie bereits beschrieben - übertragen
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werden, aber es ist auch eine Übertragung aller drei Signale über nur einen einzigen Lichtleiter möglich.
Die Übertragung der Signale kann seriell oder parallel erfolgen, wobei ein Parallelbetrieb vorzuziehen ist, da eine serielle Übertragung aller Signale zu lange Zeit benötigt. Um eine parallele Übertragung der drei Bildsignale zu erreichen, können für die Bild- und Zeilensynchronisationsimpulse jeweils ein Lichtleiter vorgesehen sein ; für alle Bits des Bildinhaltssignales werden parallel angeordnete Lichtleiter, vorzugsweise 6 - 12 Lichtleiter, vorgesehen, über die das digitale Bildinhaltssignal in paralleler Form dem Rechner zugeführt wird.
Die erfindungsgemässe Anordnung ist für alle Untersuchungseinrichtungen geeignet, bei denen sich die Probe und der Strahl relativ zueinander bewegen.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind der folgenden Beschreibung, den Unteransprüchen und den Zeichnungen zu entnehmen.
Im folgenden wird die Erfindung an Hand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert :
Es zeigen Fig. 1 einen Prinzipaufbau einer erfindungsgemässen Anordnung und Fig. 2, 3,4 und 5 verschiedene Ausführungsformen der erfindungsgemässen Anordnung.
Fig. 1 zeigt eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemässen Anordnung. Die Anordnung umfasst eine REM-Säule --14-- mit einer Ablenkeinheit --15-- für den Elektronenstrahl. Die Signale der Ablenkeinheit werden ferner einem Display --16-- zugeführt. Die Bildinhaltssignale der REM-Säule --14-- werden einem Photomultiplier --12--, einem Bildsignalverstärker --13-- und letztlich dem Display --16-- zugeführt. Ferner werden die Signale der Ablenkeinheit --15--, nämlich das Bild- und Zeilensynchronisationssignal, einer Signalaufbereitungsschaltung --17-- zugeführt. Dieser, u. a.
LED-Treiber, A/D-Wandler usw. enthaltenden Signalaufbereitungsschaltung --17-werden auch die Bildinhaltssignale zugeführt, die an einem Punkt zwischen Bildsignalver- stärker --13-- und Display --16-- abgenommen werden. Je nach Art der in den weiteren Fig. dargestellten Übertragungsvorgänge besitzt die Signalaufbereitungseinheit --17-- an ihren Ausgängen eine oder mehrere LED 4. Jede LED ist über einen Lichtleiter --3-- mit einem an die Lichtleiter angeschlossenen Lichtsensor --5-- verbunden. Der Lichtsensor --5-- ist einer Signalaufbereitungsschaltung --18-- vorgeschaltet, die auch ein Computer-Interface sein kann. Von dieser Signalaufbereitungsschaltung --18-- werden das Bildinhaltssignal und die Bild- und Zeilensynchronisationssignale dem Rechner --2-- zugeführt und in diesem entsprechend verarbeitet.
Sofern es sich bei der erfindungsgemässen Untersuchungseinrichtung nicht um eine REM-
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bestimmten Atomen oder Molekülen, als Bildinhaltssignale über die Lichtleiter --3-- dem Rech- ner --2-- zugeführt werden.
Unter LED 4 werden alle Einrichtungen verstanden, welche elektrische Signale in in Lichtleitern übertragbare elektromagnetische Wellen umsetzen können. Die übertragenen Wellen können somit auch im Infrarot und Ultraviolettbereich liegen. Unter einem Lichtsensor --5-- werden alle Einrichtungen verstanden, welche derartige elektromagnetische Wellen empfangen und in elektrische Signale umwandeln können. In Frage kommen z. B. Photodioden, Phototransistoren, Photowiderstände usw.
Unter Lichtleitern --3-- werden alle Einrichtungen verstanden, welche elektromagnetische Wellen, insbesondere solche im sichtbaren Bereich, im IR-Bereich, im UV-Bereich und auch im Mikrowellenbereich weiterleiten können.
Zur Fig. 1 bzw. zur Funktion einer erfindungsgemässen Anordnung im Zusammenhang mit einem Rastelektronenmikroskop wird noch folgendes bemerkt :
Die zu untersuchende Probe wird in die evakuierte Probenkammer des REM --14-- eingeschleust und am Probenhalter befestigt. Als Untersuchungswerkzeug dient ein mittels eines elektromagnetischen Linsensystems fein fokussierter Elektronenstrahl. Dieser sogenannte "Primär- elektronenstrahl" wird in Form einer Zickzackbewegung Zeile für Zeile über ein definiertes rechteckiges Gebiet der Probe geführt. Der Kathodenstrahl am Bildschirm rastert während derselben
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Zeitspanne völlig synchron Zeile für Zeile von links oben nach rechts unten die Bildfläche ab. Das Verhältnis von Bildschirmfläche zu der wesentlich kleineren abgerasterten Probenfläche ist die Vergrösserung beim REM.
Der Primärelektronenstrahl trifft auf die Probe, tastet diese Zeile für Zeile innerhalb des vorgewählten kleinen Rechteckbereiches ab und generiert dabei aus jeder überstrichenen Probenstelle ein für diese jeweils charakteristisches Sekundärelektronenspektrum. Die auf diese Weise aus der Probe emittierten Sekundärelektronen werden von einer stark positiv geladenen "Saugelektrode"in Richtung auf die sensitive Schicht des Photomultipliers --12-- hin beschleunigt und dort in ein elektrisches Signal umgesetzt.
Das räumliche Nebeneinander der Bildpunkte auf der Probenoberfläche wurde dadurch innerhalb des abgerasterten rechteckigen Bereiches in das zeitliche Hintereinander des Bildsignals, welches im Photomultiplier --12-- aus den Sekundärelektronen generiert wurde, umgesetzt. Das Bildsignal wird im Bildsignalverstärker --13-- verstärkt und zur Helldunkelsteuerung des Kathodenstrahls am Bildschirm --16-- verwendet. Durch die ausreichende Nachleuchtdauer jedes einzelnen Bildpunktes am Schirm --16-- wird das zeitliche Hintereinander des Bildsignals wieder in ein räumliches Nebeneinander, nämlich das des Abbildes der Probe am Bildschirm zurückverwandelt.
Eine Rastereinheit --15'-- generiert die Zeilen- und Bildimpulse, welche für den synchronen Ablauf der beiden Rastervorgänge sorgen. Am Ende jeder einzelnen Zeile wird der Zeilensynchronisationsimpuls und am Ende der letzten Zeile, also am Bildende, der Bildsynchronisationsimpuls
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--15-- werdenEinheit --16-- aufbereitet.
Das analog vorliegende Bildinhaltssignal könnte bereits unmittelbar hinter dem Photomultiplier --12-- abgegriffen werden. Aus praktischen Gründen nimmt man es jedoch erst nach dem Bildsignalverstärker --13--, also am Eingang zur Display-Einheit --16-- zur weiteren Verwendung ab.
Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemässen Anordnung, bei der die Bildund Zeilensynchronisationsimpulse digital übertragen werden. Das Bildinhaltssignal wird in analoger Form übertragen. Jede Signalgruppe ist einer LED 4 zugeführt, die Teil einer Signalaufbereitungsschaltung --17-- ist, an die jeweils ein Lichtleiter --3-- angeschlossen ist, sodass eine getrennte Signalübertragung der drei Signalgruppen erfolgt. Am Ende jedes Lichtleiters --3-- ist ein Lichtsensor --5-- angeschlossen. Die Bildinhaltssignale werden im A/D-Wandler --6-- digitalisiert, welcher ebenso wie die Lichtsensoren --5-- Teil einer Signalaufberei- tungsschaltung --18-- ist. Diese Signalaufbereitungsschaltung --18-- kann im Interface-Baustein des Rechners --2-- enthalten sein.
Die digitalen Bild'- und Zeilensynchronisationssignale können dem Rechnerinterface von den Lichtsensoren auch direkt zugeführt sein.
Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemässen Anordnung. Die digitalen Bild- und Zeilensynchronisationssignale und die analogen Bildinhaltssignale werden über Modula- toren --21-- einem Signalmischer --8-- zugeführt und entsprechend überlagert, um die Signale über einen einzigen Lichtleiter senden zu können. Vom Mischer --8-- werden die Signale einem LED-Treiber-19-- mit einer gemeinsamen LED 4 zugeführt, an die ein einziger Lichtleiter --3-angeschlossen ist, an dessen anderem Ende ein Lichtsensor --5-- angeordnet ist.
Der Lichtsensor --5-- ist in diesem Fall Bestandteil einer Demodulatorschaltung --9--, welche die über den einzigen Lichtleiter --3-- eintreffenden Signale separiert und die Bild- und Zeilensynchronisationssignale in digitaler Form und die Bildinhaltssignale nach Digitalisierung im A/D-Wand- ler --6-- dem Rechner --2-- zuführt. Bei der in Fig. 3 gezeigten Anordnung werden somit digitale und analoge Signale gemischt über einen einzigen Lichtleiter übertragen.
Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemässen Anordnung, bei der die Bildinhaltssignale in einer Signalaufbereitungsschaltung --17-- einem A/D-Wandler --6-- zugeführt werden.
Ferner werden die digitalen Bildinhaltssignale parallel zur Verfügung gestellt und da derartige Bildinhaltssignale üblicherweise 6 bis 12 Bits umfassen, parallel 6 bis 12 LED-Einrichtungen zugeführt, welche jeweils an einen Lichtleiter --3-- angeschlossen sind. Die Bild- und Zeilensynchronisationssignale werden jeweils einer eigenen LED 4 zugeführt, die wieder an einen Lichtleiter --3-- angeschlossen ist. Insgesamt werden somit zur Übertragung etwa 8 bis 14 Licht-
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leiter vorgesehen (nicht alle Lichtleiter sind dargestellt), welche an ihrem Ende jeweils an einen Lichtsensor --5-- angeschlossen sind. Die Lichtsensoren --5-- angeschlossen sind. Die Lichtsensoren --5-- sind wieder Bestandteil einer Empfängerschaltung --18--, welche dem Rechner --2-- vorgeschaltet ist.
Es erfolgt hier eine parallele digitale Signalübertragung, wobei allerdings der Aufwand an LED 4, Lichtsensoren --5-- und Lichtleitern --3-- höher ist.
Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemässen Anordnung, bei der die Bildinhaltssignale vor der Übertragung digitalisiert werden und von einer Signalaufberei- tungsschaltung --17-- die digitalen Bild- und Zeilensynchronisationssignale sowie die digitalisierten Bildinhaltssignale einem Parallel-Seriell-Wandler --20-- zugeführt und in diesem entsprechend überlagert werden, um die Übertragungszeiten zu verkürzen. Prinzipiell wäre auch eine Speicherung der Signale auf der Seite der Untersuchungseinrichtung und eine serielle Übermittlung möglich. An den Parallel-Seriell-Wandler --20-- ist über eine LED Treiberstufe --19-eine LED 4 mit einem Lichtleiter --3-- und einem Lichtsensor --5-- angeschlossen. Dieser Lichtsensor --5-- ist einem Interface bzw. einer Signalaufbereitungsschaltung --18-- zugeordnet.
Zu den einzelnen Ausführungsformen wird folgendes bemerkt : Die Ausführungsform nach Fig. 2 ist sehr einfach aufgebaut, völlig störungsfrei und benötigt drei Lichtleiter. Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 ist nur ein einziger Lichtleiter --3-- vorhanden und die Signalaufbereitung ist technisch nicht völlig unproblematisch. Diese Ausführungsform ist auf kurzen Strecken sicherlich teurer als die gemäss Fig. 2. Die Ausführungsform nach Fig. 4 arbeitet schneller als die andern Ausführungsformen. Bei ihr ist rechnerseitig keine Stromversorgung erforderlich, weil Photodioden als aktive Elemente unmittelbar Interface-fähig sind. Durch die erforderliche Anzahl der Lichtleiter und weiterer Bauteile ist diese Lösung allerdings kostspieliger. Bei der Ausführungsform nach Fig. 5 ist nur ein Lichtleiter vorgesehen.
Auf Grund der genormten Schnittstelle bzw. der Signalaufbereitungsschaltung --18-- ist diese Lösung universeller als die Ausführungsformen gemäss den Fig. 2-4. Allerdings ist diese Lösung langsam, da die Übertragungsrate begrenzt ist, sodass diese Anordnung eher für den Anschluss an Grossrechner interessant erscheint.
Es ist vorzuziehen, die Signale für den Bildinhalt, für die Zeilensynchronisation und die Bildsynchronisation direkt am meistens vorhandenen Displaystecker abzunehmen, da die dem Display --16-- zugeführten Signale genau die Signale sind, die im Rechner --2-- verarbeitet werden sollen. Es wäre auch möglich, den Bildinhalt direkt am Photomultiplier bzw. die Zeilenund Bildablenksignale direkt am Zeilen- und Bildablenksignaloszillator oder auch an den beiden Verstärkern für Zeilen und Bild abzunehmen.
Die Signalaufbereitungsschaltungen --17, 18-- sind vorgesehen, um die zu übertragenden digitalen oder analogen Signale in eine für die Ankopplung an eine LED bzw. Weiterleitung von einem Lichtsensor --5-- geeignete Signalform zu bringen bzw.'zu verstärken, zu filtern, zusammenzuführen oder zu entflechten usw.
Bei Analysengeräten werden die Bildinhaltsignale von den entsprechenden Detektoren für die jeweilige Strahlung abgeleitet.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Anordnung zur Bild- bzw. Bilddatenübertragung von einer Proben abrasternden bzw.
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die Bilddaten (Bildinhalt bzw. Bildintensität, Zeilensynchronisationssignal, Bildsynchronisationssignal) übertragenden Lichtleiter (3) angeschlossen ist.