CS225975B1 - Zapojení pro vyohylování elektronového svazku při automatickém zaostřování obrazu - Google Patents

Description

Vynález se týká zapojení pro vyohylování elektronového svazku při automatickém zaostřování obrazu v rastrovacím elektronově optickém systému.

V rastrovacím elektronově optickém systému je obraz zkoumaného objektu vytvářen tím způsobem, že zkoumaný objekt je ohledávám soustředěným svazkem primárních elektronů a je detekován v závislosti na okamžité poloze svazku primárních elektronů obrazový signál, který může být tvořen signálem sekundární emise libovolného druhu, odraženými nebo prošlými elektrony anebo proudem ze vzorku do zemního vodiče. Detekovaný obrazový signál je používán k bezprostřední modulaci zobrazovacího elektronového svazku v monitoru rastrovacího elektronově optického systému. Vyohylování obou elektronových svazků probíhá synchronně, takže na monitoru je výtvořen obraz, jehož zvětšení je dáno poměrem rozkmitů obou vychylovaných elektronových svazků od příslušných optiokýoh os a jehož lokální jas odpovídá intenzitě zvoleného obrazového signálu v příslušném bodě zkoumaného objektu.

V rastrovacím elektronově optickém systému je tedy bezprostředně k dispozici elektrická veličina úměrná hodnotě obrazového signálu v bodě odpovídajícím okamžitému stavu vyohylování svazku primárních elektronů, které probíhá v řádcích. Jestliže tento signál v pravidelných intervalech digitalizujeme, dostaneme obraz jako matici hodnot funkce dvou proměnných.

Tuto matici lze on-line zpracovávat v počítači, ukládat v jeho paměti a eventuelně dále zpracovávat off-line.

Vyřešení automatického zaostřování rastrovacího elektronové optického systému předpokládá realizovat pomooí speciální elektroniky čtyři základní funkoe:

- vytvoření matice diskrétních hodnot obrazové funkce

- vyhodnocení obrazu oo do ostrosti

- rozhodnutí o stavu seřízení optioké soustavy a určení parametrů žádaného etavu

- nastavení optické soustavy podle vypočtenýoh parametrů.

Tyto kroky se opakují v iterační smyčce ukončené na základě rozhodovacího kritéria, jehož volba souvisí se způsobem vyhodnocování ostrosti obrazu.

Základním problémem je vyhodnocení ostrosti obrazu. Nemáme-li k dispozioi žádné informace o zobrazeném objektu, pak můžeme k hodnocení obrazu využívat jen jeho prostorové frekvenčních charakteristik. Tato oesta zahrnuje použití dvourozměrných ortogonálníoh transformací obrazu. Potřebné programy jspu poměrně pomalé a vyžadují značný objem paměti počítače. Existují také nákladné speciální procesory pro ortogonální transformace, avšak žádný z těohto způsobů vyhodnocování obrazu nepřichází z ekonomického a provozního hlediska v úvahu pro rutinní zaostřování rastrovacího elektronově optického systému.

Předpokládáme-li však například v zobrazeném objektu nevelký počet kontrastních hran, oož lze obvykle zajistit, pak máme možnost vycházet z gradientu obrazového signálu. Gradient obrazového signálu na kontrastní hraně v obraze lze považovat za veličinu kvantitativně charakterizující stav zaostření obrazu.

Výpočet gradientu obrazového signálu tvořeného složkou ve směru řádku a složkou ve směru sloupce obrazové matioe, tj. ve směru vodorovném a svislém na obrazovce monitoru, můžeme ovšem provádět jen s oelou obrazovou matioí, musíme tedy praoovat s obrazovou maticí zapsanou v paměti péčítače. Pouze řádkovou složku gradientu obrazového signálu by bylo možná určovat v reálném čase. Tento způsob je zřejmě v principu pomalý a navío vyžaduje, aby byla k dispozici obrazová paměl. Musíme se však na něj omezit proto, že obrazové matioe je vytvářena po řádcích a sloupcovou složku gradientu obrazového signálu nelze vypočítávat on-line. Tyto důvody dosud rozhodujícím způsobem omezovaly vývoj a používání)přijatelně jednoduchých prostředků pro automatické zaostřování rastrovacích elektronově optických systémů.

Tyto nevýhody odstraňuje zapojení pro vyehylování elektronového svazku při automatickém zaostřování obrazu, jehož podstatou je, že třetí až deeátý výstup přvmího čítače je spojen s prvními osmi vstupy multuplexeru, jehož druhýofc osm vstupů je spojeno s kladnou svorkou zdroje napětí, přičemž první až osmý výstup multiplexeru je spojen p prvním až osmým vstupem druhého a třetího čítače, jejichž první až osmý výstup jsou spojeny přes číslicově analogová převodníky s výstupy pro vyehylování elektronového svazku v osách x, y, přičemž vstupní svorka , vstupní svorka hodinových impulsů a výstupní svorka jsou spojeny s prvním, druhým vstupem a jedenáctým výstupem řídícího obvodu, jehož třetí, čtvrtý a pátý vstup a první a dvanáctý výstup je spojen s prvním, druhým a přenosovým výstupem a nulovaoím a hodinovým vstupem prvního čítače, zatímco přepínací vstup multiplexeru je spojen s druhou výstupní svorkou řídioího obvodu, jehož třetí, čtvrtý, pátý a šestý výstup je spojen s prvním, druhým hodinovým vstupem, nastavovacím a nulovaoím vstupem druhého čítač, přičemž sedmý, osmý, devátý a desátý výstup řídícího obvodu je spojen e prvním, druhým hodinovým vstupem a nulovaoím vstupem třetího čítače.

Vyšší účinky dosahované použitím zapojení podle vynálezu spočívají v tam, že řídící elektronická jednotka pro automatické zaostřování obraze má střídavě k dispozioi obrazový signál snímaný podél řádku a signál snímaný podél sloupce obrazové matice, jejichž zpracováním so získávají obš složky gradientu obrazového signálu v rovině rastrovacího obrazu a ostrost rastrovaného obrazu lze tedy na základě gradientu vyhodnotit onrline bez použití obrazové paměti· Dvojí přeběh řádku i sloupce obrazové matioe v navzájem opačnýoh směrech umožňuje využívat prvního přeběhu ke kalibraci vyhodnocovacího obvodu řídící elektronické jednotky a kompenzaci hysteaeze vychylování. Například u dokonalejšího systému vázaného kromě gradientu i na kontrast obrazu lze v prvním přeběhu řádku nebo sloupoe nastavovat komparační hladiny, mezi nimiž se pak ve druhém přeběhu měří čas náběhu signálu· Komparační hladiny zítkané ve druhém přeběhu se použijí k vyhodnocení následujícího přeběhu atd·

Vynález blíže objasní přiložený výkres, kde na obr· 1 je uveden příklad zapojení, na obr· 2 je znázorněna stopa průběhu elektronového svazku na monitoru a na zkoumaném objektu y elektronově optickém rastrovacím systému·

Zapojení na obr. 1 sestává ze tří čítačů 1, 2, J, multiplexeru £ a řídícího obvodu g, který je spojen se vstupní svorkou £ prvním vstupem 13., druhým vstupem 12 se vstupní svorkou 10 hodinových impulsů a jedenáctým výstupem Vil s výstupní svorkou 11. První čítač 1 je spojen s řídioím obvodem g, a to nulovaoím vstupem g a prvním výstupem VI, hodinovým výstupem CÍP s dvanáctým výstupem V12, prvním a druhým výstupem Ql. Q2 a přenosovým výstupem CY se třetím, čtvrtým a pátým vstupem 13. 14. 15. Dále pak druhý výstup V2 řídícího obvodu £ je spojen s přepínaoím vstupem P multiplexeru £, třetí, čtvrtýj pátý a šestý výstup Y3. V4t V5 a V6 je spojen s prvním a druhým hodinovým vstupem CXP. GXDt s nastavovacím vstupem SX a s nulovacíA vstupem RX druhého čítače g. Podobným způsobem je propojen třetí čítač J s řídícím obvodem g, a to sedmým a osmým výstupem 22, V8 s prvním a druhým hodinovým vstupem OYU. CYD. devátým a desátým výstupem V9. V10 s nastavovacím vstupem SY a nulovacím vstupem RY. Třetí až desátý výstup Q3 až QlO prvního čítače i je spojen s prvními osmi vstupy Al až A8 multiplexeru £, přičemž jeho osm druhých vstupů Bl až B8 je spojeno s kladnou svorkou £ zdroje napětí, zatímoo jeho první až osmý výstup JI až Yg je paralelně spojen se vstupy DX1 až DX8 a DY1 až DY8 druhého a třetího čítače 2 a J, jejichž osm výstupů QX1 až QX8 a QY1 až QY8 je spojeno přes číslioobě analogové převodníky 6, 2 s výstupy pro vychylování elektronového svazku v oeóoh x, y.

Průběh elektronového svazku ne monitoru a na zkoumaném objektu v elektronově optickém rastrovacím systému je na obr. 2 znázorněn stopou elektronového svazku v n-téra cyklu vychylování mezi bodem Α_ρ, začátkem n-tého horizontálního řádku a bodem A^^, začátkem (n+l)n£ho horizontálního řádku. Elektronový paprsek je z bodu ^vychyl ován v řádkovém horizontálním směru j? tam a zpět, pak je proveden šikmý, zpětný, čárkovaně naznačený běh do bodu B_n n-tého řádku ve vertikálním směru s, n-tého ikuppoo. Elektronový paprsek rovněž absolvuje n-tý sloupec obrazu tam i zpět a cyklus je ukončen zpětným během do výchozího bodu A_n+j dalšího řádku.

Zapojení podle vynálezu se uvádí do provozu přivedením startovacího impulsu ke vstupní svorce á' čímž se vynulují všeohny tři čítače 1, g, g. Krátkým impulsem přivedeným z řídícího obvodu % na nulovací vstupy £, RX. RY všech tří čítačů 1, 2, 2» ⁸⁶ zapojení uvede do takzvaného vyohylovaoího cyklů e následujícím průběhem. Tímto impulsem propojí multiplexer £ nastavovací vstupy DX1 až DX8. resp. DYl až DY8 druhého a třetího čítače £, 2 ke třetímu až désátemu výstupu Q3 až Q10 prvního čítače 1. Třetí čítač 2 obdrží na nastavovací vstup SY impuls, který jej nastaví na číslo n-tého horizontálního řádku obsažená v prvním čítači 2 a současně impulsem na nulovací vstup RX druhého čítače 2 provede jeho vynulování. Jakmile obdrží druhý čítač 2 hodinové impulsy ha první hodinový vstup OXU z řídícího obvodu 2» proběhnou na jeho osmi výstupech uXl až 0X8 impulsy, které přes první číslicově analogový převodník £ vyvolávají vyohylování elektronového svazku ve směru osy x. Tím dojde k provedení horizontálního řádku na zkoumaném objektu a k jeho zaznamenání na monitoru v rastrovacím elektronově optickém systému z bodu An ve směru šipky doprava, viz obr. 2. Po dokončení tohoto řádkového průběhu vyšle řídící obvod 2 impuls k hodinovému vstupu CLU prvního čítače 1, čímž es změní stav na jeho prvním výstupu Ql. Novým impulsem z řídícího obvodu 2 ^na přepínací vstup P multiplexeru £ se propojí jeho druhé vstupy Bl až B8 se vstupy DX1 až DXB. resp. DY1 až DY8 druhého a třetího čítače 2 a J, které tím získávají vysokou logickou úroveň. Po obdržení nového Impulsu z řídícího obvodu 2 na nastavovací vstup SY druhého čítače £ a po příchodu hodinových pulsů na druhý hodinový vstup OXD druhého čítače 2 dojde přes výstupy <2J1 až QX8 a první Číslicově analogový převodník 6 k vyohylování elektronového svazku ve zpětném horizontálním směru x a tedy k provedení jednoho horizontálního řádku na zkoumaném objektu a k jeho zaznamenání na monitoru v rastrovacím elektronově optickém systému zpět k bodu An ve směru šipky doleva, viz obr. 2, Po ukénčení tohoto řádku vyšle řídící obvod 2 nový impuls k prvnímu čítači 1, který vyvolá změnu stavu na svých prvních dvou vý_ stupech Ql. 02. Po této změně vysílá řídící obvod 2 impuls na nulovací vstup RY třetího čítače J, který provede jeho vynulování. Poté řídící obvod 2 impulsem na přepínací vstup £ multůplexeru £ vyvolá propojení třetího až desátého výstupu Q3 až aio prvního čítače £ k osmi vstupům DX1 až DX8. resp. DYl až DY8 druhého a třetího čítače 2 a 2· Druhý čítač 2 obdrží na nastavovací vstup SX impuls, který jej nastaví na číslo n-tého vertikálního řádku, odpovídající okamžitému nastavení prvního počítače 1 a současně impulsem na nulovací vstup RY třetího čítače 2 &oho vynulování. Jakmile obdrží třetí čítač 2 impulsy na první hodinový vstup OYU. proběhnou na jeho osmi výstupech QY1 až QY8 impulsy, který přee druhý číslicově analogový převodník χ vyvolávají vyohylování elektronového svazku ve směru osy y. Tím dojde k provedení a zazanamenání vertikálního řádku na monitoru v rastrovacím elektronově optickém systému ve směru svislém seshora dolů, z bodu B_n vě směru šipky dolů, viz obr. 2.

Po skončení tohoto svislého řádkového průběhu vyšle řídící obvod 2 impuls k hodinovému vstupu CLU prvního Čítače 1, čímž se změní stav na jeho prvním výstupu Ql. Novým impulsem z řídícího obvodu 2 k přepínacímu vstupu P multiplexeru £ se propojí jeho druhé vstupy £1 aŽ B8 se vstupy DX1 až DX8. resp. DYl až DY8 druhého a třetího čítače 2 a 2» která tím získávají vysokou logickou úroveň, a vyšle nastavovaeí impuls na nastavovací vstup SY třetího čítače 2· Nyní řídící obvod 2 vyšle impuls ke druhému hodinovému vstupu OYD třetího Čítače 2» čímž dojde přes výstupy QY1 až QY8 a druhý číslicově analogový převodník χ k vychylování elektronového svazku ve zpětném vertikálním směru y a tedy k provedení a zazname5 nání jednoho vertikálního řádku na monitoru v rastrovacím elektronově optickém systému ve směru svislém, avšak zezdola nahoru do bodu B ve směru šipky, viz obr. 2. Tím je zaznamenán n-tý sloupec z bodu B v obou směrech. Pe skončení tohoto přeběhu se celý shora popisoWH vany funkční proces znovu opakuje pro n+1 řádek a sloupe* v bodech Α_β+^, B_n+j· ukončení celého snímku vyšle řídící obvod £ impuls na výstupní svorku 11, čímž ohláší ukončení snímku a současně zastaví další činnost až do znovu odstratovéní.

Vynález je určen k využití zejména v elektronovém rastrovacím mikroskopu, případně v elektronovém litografu.

Claims (1)

1. Zapojení pro vyohylování elektronového svazku při automatiokém zaostřování obrazu v rastrovacím elektronově optickém eystémn.jÝyznačené tím, že třetí až desátý výstup (Q3 až Q10) prvního počítače (1) je spojen s prvními osmi vstupy (Al až A8) multiplexeru (4), jehož druhýoh osm vstupů (Bl až B8) je spojeno s kladnou svorkou (8) zdroje napětí, přičemž první až osmý výstup (Y1 až Y8) multiplexeru (4) je spojen e prvním až osmým vítupém (DX1 až DX8,

   DY1 až DY8) druhého a třetího čítače (2 a 3), jejichž první až osmý výstup (QXl až QX8, QY1 až QY8) jsou spojeny přes číelieově analogové převodníky (6, 7) s výstupy pro vyohylování elektronového svazku v osách x, y, přičemž vstupní svorka (9), vstupní svorka (10) hodinovýoh impulsů a výstupní svorka (11) jsou spojeny s prvním, druhým vstupem a jedenáctým výstupem (II, 12, Vil) řídícího obvodu (5), jehož třetí, čtvrtý a pátý vstup (13, 14, 15) a první a dvanáctý výstup (VI a V12) je spojen s prvním, druhým a přenosovým výstupem (Ql, Q2 a CY) a nulovaoím a hodinovým vstupem (R a CLU) prvního Čítače (1), zatímco přepínací vstup (P) multiplexeru (4) je spojen s druhou výstupní svorkou (V2) řídioího obvodu (5), jehož třetí, Čtvrtý, pátý a šestý výetup (V3, V4, V5, V6) je spojen s prvním, druhým hodinovým vstupem (CXU, CXD), nastavovacím a nulovaoím vstupem (SX, RX) druhého čítače (2), přičemž sedmý, osmý, devátý a desátý výstup (V7, V8, V9, V10) řídioího obvodu (5) je spojen s prvním, druhým hodinovým vstupem (CYU, CYD) nastavovacím a nulovaoím vstupem (SY, RY) třetího čítače (3)·