Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abbildung eines Objektes auf dem Bildschirm einer Fernsehwiedergabeeinrichtung.
Zur Aufnainne von Femsehbildern im Fernsehstudio werden die abzubildenden mit Lampen oder anderen Beleuch tungsvorrichtungen beleuchteten Objekte mit einer Fernsehaufnahmeeinrichtung aufgenommen, die das optische Bild in elektrische Signale umwandelt. Zu diesem Zweck ist es bekannt, durch ein Abtastverfahren mittels eines fein gebündelten Elektronenstrahles in der Fernsehaufnahmeröhre der Fern sehaufnahmeeinrichtung aus jedem einzelnen Bildelement ein entsprechendes elektrisches Signal zu erzeugen und es in den Signalstromkreis einzuspeisen.
Diese Sequenz von Signalen wird dann in einer Sendeeinrichtung verarbeitet und gelangt durch Draht- oder Funkverbindung in eine Fernsehwiedergabeeinrichtung, in deren Bildschirm eine zeilenweise, sequentiell synchrone Wiedergabe des Objektes erfolgt.
Ein solches Fernsehsystem ist grundsätzlich auch für eine Wiedergabe von sehr kleinen Objekten geeignet, wenn man vor der eigentlichen Fernsehaufnahmeeinrichtung ein Mikroskop anordnet. Eine solche Anordnung erweist sich indessen insofern als nachteilig, als die optischen Gläser unterschiedliche Brechungsindizes für die verschiedenen Wellenlängen des Lichtes aufweisen, was zu entsprechenden Unschärfeeffekten führt. Optische Systeme und Mikroskope haben ausserdem ganz allgemein den Nachteil, dass sie nur eine Gegenstandsebene scharf einzustellen gestatten. Um diesen Nachteil zu umgehen, werden zur vergrösserten Abbildung von sehr kleinen Objekten oder Präparaten auch Rasterelektronenmikroskope benutzt.
Mit einem solchen Rasterelektronenmikroskop können zwar stark vergrösserte Abbildungen der Oberflächenstruktur des Objektes mit grosser Tiefenschärfe erreicht werden, jedoch muss das Objekt in ein Vakuum eingebracht werden und ausserdem bedarf es einer sehr aufwendigen Vorbereitung der Präparate durch Metallisierung. Manchmal ist eine zu grosse Vergrösserung gar nicht erwünscht.
Zweck der vorliegenden Erfindung ist es nun, ein Verfahren zur Abbildung eines Objektes auf einem Bildschirm anzugeben, das in einer sehr einfachen Weise eine grosse Tiefenschärfe ermöglicht, ohne dass es einer Einbringung des Objektes in ein Vakuum bedarf.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass mit einer richtungsgesteuerten Beleuchtungsvorrichtung eine sequentielle punktförrnige Beleuchtung des abzubildenden Objektes mit einem Laserstrahl vorgenommen wird, wobei der aus der Beleuchtungsvomchtung ausgestrahlte Laserabtaststrahl und der Elektronenschreibstrahl der Fernsehwiedergabeeinrichtung in ihren Bewegungen bildweise synchron gekoppelt sind, und dass die reflektierte Laserlichtstrahlung quantitativ von einem lichtempfindlichen Detektor ausgewertet und in elektrische den Elektronenschreibstrahl modulierende Signale umgewandelt wird, wobei als Laserstrahl ein modulierter Laserstrahl verwendet werden kann.
Eine solche Gestaltung des Verfahrens zur Abbildung eines Objektes auf einem Bildschirm ermöglicht es, eine grosse Tiefenschärfe zu erreichen, ohne dass es einer Einbringung des Objektes in ein Vakuum bedarf. Das erfindungsgemässe Verfahren kann beispielsweise für die Abbildung komplexer Gebilde in der Industrie, für militärische Beobachtungsaufgaben oder für die Mikroskopie und für ähnliche Aufgaben Anwendung finden, bei denen eine grosse Tiefenschärfe erwünscht ist.
Die Erfindung wird nun durch Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand von Zeichnungen noch näher erläutert.
In Fig. 1 ist ein erstes Beispiel einer Anordnung nach dem erfindungsgemässen Verfahren dargestellt.
Fig. 2 zeigt ein Lasermikroskop nach dem Prinzip der Erfindung.
Die Beleuchtungsrichtung des aus der Beleuchtungsvorrichtung BV herauskommenden Lichtstrahles LS in Fig. 1 kann in der Breite und in der Höhe zeilenweise von einer Steuerung ST gesteuert werden. Der Lichtstrahl LS ist ein stark gebündelter Laserstrahl, der zeilenweise"das abzubildende Objekt B überläuft. Der lichtempfindliche Detektor LD empfängt das Laserlicht, das vom abzubildenden Objekt B punktweise mehr oder weniger stark reflektiert wird.
Der Detektor LD besteht beispielsweise aus einer einfachen Photozelle. Das vom Detektor LD empfangene Laserlicht wird in eine sequentielle Folge von elektrischen Signalen umgewandelt, das in einem Verstärker V verstärkt und dem Bildschirm einer Fernsehwiedergabeeinrichtung VE zugeführt wird, dessen Elektronenschreibstrahl unter den Einfluss einer Kontrolleinheit KE synchron mit dem Laserstrahl LS ausgelenkt ist.
Eine solche Anordnung erlaubt in besonders lichtsparender Weise die Beobachtung von Objekten, weil man nur das jeweilige einzelne Bildelement beleuchten muss. Eine derartige Anordnung hat ausserdem gegenüber einer bekannten Fernsehanordnung mit einer Beleuchtungsvorrichtung und einem Fernsehaufnahmeapparat den Vorteil, dass die Bildschärfe für alle Ebenen in der Tiefe unproblematisch ist, und dass bei guter Bündelung der Laserstrahlen die Beleuchtung des Objektes sehr wenig mit dem Abstand abgeschwächt wird, wodurch eine Verbesserung des Kontrastes auftritt. Wenn man bei Dunkelheit arbeitet, so dass tatsächlich jeweils nur ein einzelnes Bildelement P des Objektes B beleuchtet ist und der Detektor LD nur das von ihm reflektierte Laserlicht empfängt, kann der Laserstrahl ein Dauerlichtstrahl sein.
Um bei Tageslicht arbeiten zu können, wobei dann alle Bildelemente des Objektes gleichzeitig vom Tageslicht erfasst sind, wird als Laserstrahl zweckmässigerweise ein modulierter Laserstrahl verwendet, der eine Ausfilterung des von ihm herrührenden reflektierten Lichtes bzw. der daraus gewonnenen elektrischen Signale und damit eine Abtrennung der aus der Punktlichtabtastung des Objektes herrührenden Information von durch die Tageslichtbeleuchtung des Objekts bedingten Stönnformationen ermöglicht.
Fig. 2 zeigt ein nach dem Prinzip der Erfindung arbeitendes Lasermikroskop mit einem Verstärker V, einer Kontrolleinheit KE, einer Fernsehwiedergabeeinnchtung VE und einer Dunkelkammer DK, in der eine Laserstrahlquelle LQ, eine Steuerung ST, zwei mindestens teilweise halb durchsichtige Spiegel SP1, SP2 und zwei lichtempfindliche Detektoren LD1, LD2 vorhanden sind. In diesem Mikroskop können auch drei Polarisatoren P1, P2, P3 vorhanden sein.
Das sehr feine Laserstrahlbündel LS geht durch den halbdurchsichtigen Spiegel SP1 und trifft dann auf das abzubildende Objekt B. Das vom jeweiligen Objektelement P reflektierte Licht wird vom Spiegel SP1 auf den Detektor LD1 und vom Spiegel SP2 auf den Detektor LD2 gespiegelt. Die Detektoren LD1 und LD2 wandeln das Licht in elektrische Signale um, die in der Schaltung V als ein Nutzsignal addiert und verstärkt werden, das zur Fernsehwiedergabeeinrichtung geführt wird. Selbstverständlich kann einer der Spiegel SP1 oder SP2 entfallen, wobei dann die Anordnung vereinfacht, aber weniger empfindlich wird. Durch die Polarisatoren P1, P2, P3 können Störlichteffekte in bekannter Weise vermieden werden.
Der Laserstrahl LS wird dabei von der elektronischen Steuerung ST gesteuert, so dass er zeilenweise das Objekt B überläuft; mit Hilfe einer Kontrolleinheit KE wird bewirkt, dass in der Fernsehwiedergabeeinnchtung VE der Elektronenschreibstrahl synchron dazu über den Bildschirm läuft. Der Elektronenschreibstrahl und der Abtastlaserstrahl sind somit bildweise miteinander synchronisiert. Jedem beleuchteten Objektpunkt P entspricht ein korrespondierender Punkt P' auf dem Bildschirm, wobei die Helligkeit des Punkts P' durch die Lichtmenge bestimmt ist, die vom Objektpunkt P über die Spiegel SP1 und SP2 reflektiert und von dem Detektor an LD1 und LD2 aufgenommen und ausgewertet wird.
Das Prinzip einer bildweisen Synchronisation eines Abtaststrahles mit dem Schreibstrahl ist grundsätzlich bekannt und braucht daher hier nicht näher beschrieben zu werden.
Das erfindungsgemässe Lasermikroskop hat bei einem heutzutage realisierbaren Durchmesser des Laserlichtbündels von etwa 1 m eine geringere Auflösung als ein Rasterelektronenmikroskop mit einem Durchmesser des Elektronenbündels von 50 nm, es hat jedoch, wie schon gesagt, den Vorteil, dass es ohne Vakuum und ohne eine Metallisierung des Objek tes arbeiten kann. Gegenüber einem optischen mit einem relativ breitbandigen Filter versehenen Mikroskop hat ein erfindungsgemässes Lasermikroskop den Vorteil, mit rein monochromatischem Licht arbeiten zu können, wodurch das Bild schärfer wird.
The invention relates to a method for imaging an object on the screen of a television display device.
To record television images in the television studio, the objects to be imaged with lamps or other lighting equipment are recorded with a television recording device that converts the optical image into electrical signals. For this purpose, it is known to generate a corresponding electrical signal from each individual picture element by means of a finely focused electron beam in the television tube of the television recording device and feed it into the signal circuit.
This sequence of signals is then processed in a transmission device and arrives via a wire or radio connection in a television display device, on whose screen a line-by-line, sequentially synchronous display of the object takes place.
Such a television system is basically also suitable for displaying very small objects if a microscope is arranged in front of the actual television recording device. Such an arrangement proves to be disadvantageous insofar as the optical glasses have different refractive indices for the different wavelengths of light, which leads to corresponding blurring effects. Optical systems and microscopes also generally have the disadvantage that they only allow one object plane to be focused. To avoid this disadvantage, scanning electron microscopes are also used for enlarged imaging of very small objects or preparations.
With such a scanning electron microscope, it is true that greatly enlarged images of the surface structure of the object can be achieved with a great depth of focus, but the object must be placed in a vacuum and, moreover, a very complex preparation of the preparations by metallization is necessary. Sometimes an enlargement that is too large is not desirable.
The purpose of the present invention is now to specify a method for imaging an object on a screen which enables a large depth of focus in a very simple manner without the need to bring the object into a vacuum.
The method according to the invention is characterized in that a direction-controlled lighting device is used to carry out sequential, point-like lighting of the object to be imaged with a laser beam, with the movements of the laser scanning beam emitted from the lighting device and the electron writing beam of the television display device being synchronously coupled in their movements, and that the reflected laser light radiation is evaluated quantitatively by a light-sensitive detector and converted into electrical signals modulating the electron writing beam, a modulated laser beam can be used as the laser beam.
Such a design of the method for imaging an object on a screen makes it possible to achieve a great depth of focus without the need to bring the object into a vacuum. The method according to the invention can be used, for example, for the imaging of complex structures in industry, for military observation tasks or for microscopy and for similar tasks in which a large depth of field is desired.
The invention will now be explained in more detail by describing exemplary embodiments with reference to drawings.
1 shows a first example of an arrangement according to the method according to the invention.
Fig. 2 shows a laser microscope according to the principle of the invention.
The direction of illumination of the light beam LS emerging from the illumination device BV in FIG. 1 can be controlled line by line in width and height by a controller ST. The light beam LS is a strongly bundled laser beam which "runs over the object B to be imaged" line by line. The light-sensitive detector LD receives the laser light which is reflected more or less strongly point by point from the object B to be imaged.
The detector LD consists for example of a simple photocell. The laser light received by the detector LD is converted into a sequential sequence of electrical signals, which is amplified in an amplifier V and fed to the screen of a television display device VE, whose writing electron beam is deflected under the influence of a control unit KE synchronously with the laser beam LS.
Such an arrangement allows objects to be observed in a particularly light-saving manner, because only the respective individual picture element has to be illuminated. Such an arrangement also has the advantage over a known television arrangement with a lighting device and a television recording device that the sharpness of the image is unproblematic for all levels in depth, and that with good focusing of the laser beams, the illumination of the object is very little attenuated with the distance, whereby an improvement in the contrast occurs. If one works in the dark, so that actually only a single picture element P of the object B is illuminated and the detector LD only receives the laser light reflected by it, the laser beam can be a continuous light beam.
In order to be able to work in daylight, whereby all image elements of the object are then captured by daylight at the same time, a modulated laser beam is expediently used as the laser beam, which filters out the reflected light originating from it or the electrical signals obtained from it and thus separates the the point light scanning of the object from information resulting from the daylight illumination of the object.
Fig. 2 shows a working according to the principle of the invention laser microscope with an amplifier V, a control unit KE, a television playback device VE and a darkroom DK in which a laser beam source LQ, a controller ST, two at least partially semi-transparent mirrors SP1, SP2 and two light-sensitive detectors LD1, LD2 are present. Three polarizers P1, P2, P3 can also be present in this microscope.
The very fine laser beam LS passes through the semitransparent mirror SP1 and then strikes the object B to be imaged. The light reflected by the respective object element P is reflected by the mirror SP1 onto the detector LD1 and by the mirror SP2 onto the detector LD2. The detectors LD1 and LD2 convert the light into electrical signals, which are added and amplified in the circuit V as a useful signal, which is fed to the television display device. Of course, one of the mirrors SP1 or SP2 can be omitted, the arrangement then being simplified but less sensitive. By means of the polarizers P1, P2, P3, stray light effects can be avoided in a known manner.
The laser beam LS is controlled by the electronic control ST so that it runs over the object B line by line; with the aid of a control unit KE it is effected that in the television playback device VE the writing electron beam runs synchronously over the screen. The electron writing beam and the scanning laser beam are thus synchronized with one another image by image. Each illuminated object point P corresponds to a corresponding point P 'on the screen, the brightness of point P' being determined by the amount of light that is reflected from object point P via mirrors SP1 and SP2 and recorded and evaluated by the detector at LD1 and LD2 .
The principle of image-wise synchronization of a scanning beam with the writing beam is known in principle and therefore does not need to be described in more detail here.
The laser microscope according to the invention has a lower resolution than a scanning electron microscope with a diameter of the electron beam of 50 nm, with a diameter of the laser light beam of about 1 m that can be realized nowadays, but, as already said, it has the advantage that it can be used without a vacuum and without a metallization of the Objects can work. Compared to an optical microscope provided with a relatively broadband filter, a laser microscope according to the invention has the advantage of being able to work with purely monochromatic light, whereby the image becomes sharper.