NL8402340A - Microscoop voor niet-gedifferentieerde fase-beeldvorming. - Google Patents

Description

/ * -ar PHN 11.113 1 N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken te Eindhoven.

Microscoop voor niet-gedifferentieerde fase-heeldvo^ming.

De uitvinding heeft betrekking op een microscoop met een stralenbron, een lenssysteem, een bundelafbuigsysteem, een in meerdere afzonderlijk uitleesbare elementen opgedeelde stralingsdetector en een detector uitleessysteem.

5 Een dergelijke microscoop is in de vorm van een electronen- microscoop bekend uit de Engelse octrooiaanvrage GB 2.019.691. Een aldaar beschreven nethode cm niet-gedifferentieerde fasebeelden te realiseren heeft niet tot praktische toepassing geleid omdat bij de daarvoor noodzakelijke detectorsignaal integratie, bij de terugslag 10 van de aftastende bundel problemen optreden. Door deze discontinuïteit is de beginwaarde van de intensiteit voor elk van de beeldlijnen onbekend.

De uitvinding beoogt dit bezwaar te ondervangen en daartoe heeft een microscoop van de in de aanhef genoemde soort tot kenmerk, 15 dat de bcmdelaftastinrichting is uitgerust voor het vonren van een discontinuïteiten vrij aftastpatroon en de detector zodanig aan het aftastpatroon. is aangepast dat van elk gewenst lijngedeelte van het aftastpatroon afzonderlijk signalen te registreren zijn.

Doordat in een microscoop volgens de uitvinding het optreden 20 van discontinuiteiten bij de aftasting is vermeden, treden de genoemde bezwaren bij de signaalintegratie nu niet meer op en kan een betrouwbaar niet-gedifferentieerd fasecontrastbeeld worden gerealiseerd.

In een voorkeursuitvoering is het aftastpatroon meaniervormig doordat de aftastende stralenbundel aan het eind van elke lijn een 25 lijnafstand dwars qp de lijnrichting wordt verplaatst. De detector is daarbij opgedeeld in substantieel vier quadranten waarvan scheidingslijnen parallel met aftastlijngedeelten verlopen. Voor elk van de quadranten worden de signalen toegevoerd aan een signaaluitlees-respectievelijk signaalverwerkingssysteem, dat althans voor zover het de 30 fasesignalen betreft een signaalintegrator omvat. Door het signaaluit-leessysteem geleverde signalen worden bijvoorbeeld toegevoerd aan een televisiemonitor waarop dan een fasebeeld in niet gedifferentieerde vorm kan worden weergegeven. Zowel de besturing als hst aftastsysteem 8402340

Jsf PHN 11.113 2 als van het signaalverwerkingssysteem kan daarbij digitaal zijn uitgevoerd. Hierdoor is een uiterst exacte synchronisatie gewaarborgd.

In een verdere uitvoeringsvorm is de detector radiaal gezien in meerdere ringgedeelten opgedeeld waardoor de signaaluitlezing golf-5 lengtegevoelig kan worden uitgevoerd. Hierdoor kan een verdere verbetering in de afbeelding van een fasestruktuur worden gerealiseerd.

In een voorkeursuitvoering wordt de microscoop gevormd door een electronenmicroscocp. De detector is..daar bij een electronendetector bijvoorbeeld zoals beschreven in Optik, Vol. 41,. nr. 4, 1974, pp 10 452-456 in GB 2.019.691. De electronenbron is hier bij voorkeur uitgevoerd met een halfgeleider als electronenemitterend element, bij voorbeeld zoals beschreven in ÜS 4.303.930. Hierdoor kan met een electronen-bundel met een relatief hoge stroondichtheid worden gewerkt hetgeen het oplossend vermogen van de beeldvorming ten goede karnt.

15 Aan een uitleessysteem voor een dergelijke microscoop kan een signaalregistratie systeem zijn toegevoegd waarop beeldsignalen bijvoorbeeld tijdelijk kunnen worden opgeslagen voor latere bewerking.

Aan de hand van de tekening zullen in het navolgende enkele voorkeursuitvoeringen volgens de uitvinding nader worden beschreven, 20 In de tekening toont : figuur 1 schematisch in doorsnede een elektronenmicroscoop volgens de uitvinding, en figuur 2 detectoroppervlakken gezien vanuit de daarop vallende stralenbundel, opgedeeld voor toepassing 25 bij de uitvinding.

Een electronenmicroscoop zoals geschetst in figuur 1 bevat een electronenbron 1 met een electronenemitterend element 2, een bundel-richtsysteem (beam alignment) 3 en een bundeldiafragma 4, een condensor-systeem 6, een objectief lens 8, een bundelaftastsysteem 10, een 30 objectruimte 11, een diffractielens 12, een tussenlens 14, een projectielens 16 en een electronendetector 18 met een signaalafvoerleiding 19. Deze onderdelen zijn opgenomen in een huis 20 met een electrische toevoerleiding 21 voor de electronenbron, een kijkvenster 22 en een vacuumporrpinrichting 24.

35 Volgens de uitvinding bevat de electronendetector een voor electronen gevoelig ingangsvlak zoals beschreven in let artikel in Cptik 41. In het bijzonder is de detector uitgevoerd als halfgeleider detector, bijvoorbeeld bestaande uit een matrix van voor electronen gevoelige 1402340 «ÉV ·ίτ> EHN 11.113 3 dioden dis elk afzonderlijk maar ook gedeeltelijk gecxiribineerd kunnen worden uitgelezen. Elk van de aldus of op een andere wijze gevormde detectorgedeelten is afzonderlijk via een signaalgeleider 19 met een van buiten bereikbare aansluiting 26 verbonden. Cm informatieverlies, in bet bij-5 zander voor hogere frequenties te voorkomen, kan het gunstig zijn de detectorgedeelten geïntegreerd net althans een eerste signaalversterker-trap uit te voeren. Een eerste versterkertrap is daarbij direct met bet relevante detectorgedeelte respectievelijk met elke afzonderlijke diode van een matrix van dioden gekoppeld in het electronenmicroscoophuis 10 cpgencenen. Het regelen van de detectorsignalen bijvoorbeeld voor aanpassing aan de verandering van af tas tr ichting, voor synchronisatie en dergelijke kan dan bijvoorbeeld ook met signalen na de eerste versterkertrap worden doorgevoerd.

Ms electronenemitter van de electronenbron 1 kan met vrucht 15 gebruik gemaakt worden van een zogenaamde koude kathode zoals beschreven in US 4.303.930. Hierdoor kunnen thermische problemen worden vermeden en kan zoals reeds opgemerkt een electronenbundel net een hoge strocmdichtheid worden opgewekt. Voor beeldweergave is aan de electronen-microscocp een televisiemonitor 27 toegevoegd. Uit de detector 18 20 gewonnen signalen kunnen daar na de gewenste bewerking in een signaaluit-lees- respectievelijk signaalhewerkingsschakeling 28 worden toegevoerd.

Op de monitor 27 kan met behulp van de bewerkte. signalen een reëel dat wil hier zeggen een niet-gedifferentieerd beeld van de fasestructuur van een object worden weergegeven. Naast f asebeelden kunnen uiteraard ook 25 anplitudebeelden van een object worden gevormd en op de monitor worden weergegeven. Zoals ook reeds in het artikel in Cptik 41 is opgemerkt kunnen f asebeelden en anplitudebeelden van een object gelijktijdig worden cpgenomen maar bijvoorbeeld via tijdelijke beeldgeheugens gescheiden worden weergegeven. Ook kan voor elk van de type beelden afzorderlijk 30 een monitor zijn toegevoegd of kan voor elk van de beeldtypen een deelveld van een samengestelde monitor ter beschikking zijn.

Voor het aftasten van een object wordt gebruik gemaakt van de bundelaftastinrichting 10 die volgens de uitvinding is uitgerust voor het aftasten van een óbject in een af testpatroon waarin de gebruike-35 lijke discontinuïteiten, in feite de terugslag via elke aftastlijn zijn vermeden. Aan een gebruikelijke aftastinrichting behoeft daar veelal slechts een in geringe mate gewijzigde besturing te worden toe-gevoerd. Een gunstig aftastpatroon voor het uitvoeren van fase- 8402340 PHN 11.113 4 metingen volgens de uitvinding is een meanderpatroon. Een dergelijk patroon kan worden gerealiseerd door aan het eind van elke aftastlijn de aftastende spot door een geringe verplaatsing in een richting dwars op de lij nschrij frichting te bewegen en aldus op een beginpunt voor 5 een volgende aftastlijn te plaatsen. Opvolgende aftastlijnen zijn daarbij wel onderling parallel maar de lijnen worden on beurten in tegengestelde richting geschreven. De besturing van het bundelaftast-systeem kan daarbij ook digitaal zijn uitgevoerd. Een in vier quairanten A, B, C en D opgedeelde detector zoals aangegeven in figuur 2-a is nu 10 zodanig in de microscoop geplaatst dat een scheidingslijn 30 parallel verloopt met aftastlijnen a en c als weergegeven in figuur 3. Een scheidingslijn 32 van de detector 18 is dan parallel met de aftastlijnen b en d gericht. Uit signalen van de vier detectorquadranten A, B, C en D worden nu bij de meandervormige aftasting de volgende signalen gewonnen. 15 Sa = SA - SB - SC + SD rechts —} links

Sb = -SA - SB + SC + SD boven —? onder

Sc = -SA + SB + SC - SD links —^ rechts

Sd = -SA - SB + SC + SD (= Sb) boven__^ onder

Sf = SA + SB + SC + SD somsignaal; 2o Sa, Sb, Sc en Sd staat hier voor de signalen behorende bij de aftastlijnen a, b, c en d terwijl SA, SB, SC en SD voor signalen van elk van de detectorquadranten staat. Sf tenslotte is het somsignaal van de vier detector quadrantensignalen en representeert het amplitude signaal van het object. De signalen SA tot- en met SD worden geïntegreerd en het 2g aldus samengestelde signaal wordt aan de monitor 27 toegevoerd als niet-gedifferentieerd fase-signaal van het object.

In figuur 2-b is een detectorqppervlak geschetst dat in principe eveneens in vier quadranten is opgedeeld, maar dat hier additief tevens radiaal in verschillende regionen is opgedeeld. Zo is hier 30 het A quadrant opgedeeld in een binnengebied AI, een middengebied All en een buitengebied. AIII. Met behulp van een dergelijk Opgedeelde detector kan frequentie gevoelig worden gemeten. De schakeling 28 kan dan zo zijn uitgevoerd dat naar wens de drie gebieden per quadrant gezamenlijk of gescheiden worden geregistreerd.

35 Fase-metingen zijn vooral ook van belang voor biologische objecten waarin veelal conglumatoren met een vaak gering faseverschil optreden. Hierbij is het toepassen van een relatief hoge spanning, bijvoorbeeld tot 300 kV gunstig omdat daardoor de geringere golflengte 8402340 EHN 11.113 5 van de straling gevoeliger kan warden groeten. Een oplossen! vermogen van faseverschillen van ongeveer 1° blijkt hier mogelijk te zijn.

Hoewel in het voor af gaarde de uitvinding nader is toegelicht aan de hand van een electronenmicroscocp kan de uitvinding ook met 5 vrucht vrorden toegepast in aftastende lichtoptische of acoustiscbe microscopen. Hierhij wordt zowel de aftasting als de signaalbewerking overeenkomstig uitgevoerd. Uiteraard zijn de detectieeigenschappen van de detector aan de te gebruiken straling aangepast.

10 15 20 25 30 35 8402340

Claims (8)

1. Microscoop met een stralenbron (1), een lenssysteem (6, 8, 12, 16), een bundelafbuigsysteem (10), een in meerdere afzonderlijk uit-leesbare elementen (A, B, C, D) qpgedeelde stralingsdetector (18) en een detector uitleessysteem (28) met het kenmerk, dat de bundelaf-5 tastinrichting is uitgerust voor het vormen van een discontinuiteiten-vrij aftastpatroon (40) en de detector zodanig aan het aftastpatroon is aangepast, dat van elk gewenst lijngedeelte (a, b, c, d) van het aftastpatroon afzonderlijk signalen te registreren zijn.

2. Microscoop volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het 10 aftastpatroon meandervormig is en de detector in vier quadranten (A, B, C, D) is opgedeeld langs deellijnen (30, 32) die. parallel met deel-lijnen (a, b,c, d) van het meandervormige aftastpatroon zijn gericht.

3. Microscoop volgens conclusie 1 of 2, net het kenmerk, dat het bundelafbuigsysteem digitaal bestuurbaar is uitgevoerd.

4. Microscoop volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de detector radiaal gezien in meerdere deelgebieden (I, II, III) is opgedeeld en aan het signaalvenwerkingscircuit (28) frequentiefilters zijn toegevoegd.

5. Microscoop volgens een der voorgaande conclusies, net het 20 kenmerk, dat die is uitgevoerd als electronenmicroscoop.

6. Microscoop volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat de detector een uit halfgeleider elementen opgebouwde electronendetector is.

7. Microscoop volgens conclusie 5 of 6, met het kenmerk, dat 25 de stralenbron een met halfgeleider elementen opgebouwde electronen- emitter (2) bevat.

8. Microscoop volgens een der voorgaande conclusies, net het kenmerk, dat aan het signaalverwerkingscircuit (28) een beeldgeheugen voor tijdelijke beeldregistratie is toegevoegd. 30 35 8402340