SE454919B - Apparat for punkt-for-punkt avsokning av ett objekt - Google Patents

Description

454 919 hov till annorlunda gråskuggor eller en annorlunda färgmättning i den resulte- rande televisionsbilden än den andra överföringsfunktionen. Vidare är den bild som erhålles genom att subtrahera signalerna från de båda detektorerna den första derivatan av objektet, så att objektstrukturer med lägre spatialfrekven- ser ej reproduceras på ett optimalt sätt. Följaktligen är det önskvärt att av- läsa en optisk uppteckningsbärare med två olika fasstrukturer medelst en enda läsmetod, varvid överföringsfunktionen företrädesvis är variabel såsom funktion av frekvensen.

De infonmationsgropar som läses genom den integrala metoden kan ha ett sådant optiskt djup av de alstrar en fasskillnad av 180° mellan strålknippet av ordningen noll och ett av strålknippena av första ordningen, vilka alstras då läsfläcken projeceras på en sådan grop. En sådan fasskillnad kommer också att uppstå om läsfläcken avsöker en amplitudstruktur. Ett detektorarrangemang som användes i läsapparaten i enlighet med nämnda patentansökan kan därför an- vändas i ett optiskt mikroskop, medelst vilket både fas- och amplitudobjekt avsökes.

Det är ett ändamål med föreliggande uppfinning att åstadkomma en variabel detekteringsfunktion för en apparat för punkt~för-punktavsökning av ett objekt, så att en sådan apparat blir lämpad för avsökning av objekt med olika struktu- rer, d.v.s. en fasstruktur, en amplitudstruktur eller en struktur som är en kombination av en fasstruktur och en amplitudstruktur.

Avsökningsapparaten enligt uppfinningen vilken innefattar minst två detek- torer som är förskjutna relativt varandra i avsökningsriktningen, kännetecknas därav att apparaten är anpassad för avsökning av olika typer av objekt inbe- gripande objekt med en fasstruktur, objekt med en amplitudstruktur och objekt med en kombinerad fas- och amplitudstruktur, genom att ett styrbart fasförskjut- ningselement med variabel fasförskjutning är anordnat i åtminstone en av för- bindnïngarna mellan detektorerna och ingângsklämmorna till ett additivt ingångs- steg hos behandlingskretsen. _ _ Den elektroniska fasförskjutningen ger en komplex detekteringsfunktion, vilken lätt kan anpassas genom elektroniska medel. Med detekteringsfunktion avses överföringsfunktionen för det system som omfattar de strålningskänsliga detektorerna och det additiva ingângssteget i den elektroniska behandlingskret- sen.

Principen enligt uppfinningen kan tillämpas på alla slag av avsökningsan- ordningar, inte bara optiska avsökningsanordningar utan också avsökningsanord- ningar, i vilka ett akustiskt strålknippe, ett elektroniskt strålknippe eller ett röntgenstrålknippe användes såsom avsökningsstrålknippe.

Det observeras att ett avsökande elektronmikroskop beskrives i artikeln: "A detection method for producing phase and amplitude images simultaneously in 454 919 a scanning transmission electron microscope" i “Philips Technical Review" vol. 37, nr 1, sid 1-9, vilket mikroskop innefattar två detektorer vilka är för- skjutna relativt varandra i avsökningsriktningn, varmed både en fasbild och en amplitudbild av ett objekt kan erhållas. En fasbild erhålles genom att subtra- hera detektorsignalerna från varandra och en amplitudbild genom att addera nämnda signaler till varandra. I det kända elektronmikroskopet är detektorerna ej förbundna med någon elektronisk fasförskjutningsanordning, varför nämnda mikroskop ej är så mångsidigt sun avsökningsapparaten i enlighet med uppfin- ningen.

I avsökningsapparaten kan ett fasförskjutningselement inte bara vara an- ordnat mellan en detektor och en ingångsklämma på behandlingskretsen. Av symme- triskäl kännetecknas en föredragen utföringsform av apparaten enligt uppfin- ningen därav, att ett variabelt fasförskjutningselement är anordnat i var och en av förbindningarna mellan detektorerna och de tillhörande ingångsklännnrna på ingångssteget, varvid de av dessa fasförskjutningselement alstrade fasför- skjutningarna är lika men av olika tecken.

Modulen för den avsökningssignal som tillhandahållas av det additiva in- gångssteget optimeras genom nämnda fasförskjutning. Om bara en av detektorsig- nalernas fas förskjutes inverkar detta också på avsökningssignalens fas. Avsök- ningssignalens fas kan återställas om avsökningsanordningen vidare är känne- tecknad därav, att det additiva ingångsstegets utgång är ansluten till en fas- förskjutningsanordning som alstrar en fasförskjutning -Spa/2, där'70e är den fasförskjutning som alstras av ett enda fasförskjutningselement anordnat i en av förbindningarna nellan detektorerna och ingångsstegets ingångsklämmor.

Om avsökningsapparaten vidare är kännetecknad därav, att det additiva in- gångssteget är anslutet till en fasförskjutningsanordning som inför en fasför- skjutning, som beror på en fasasymmetri i avsökningsfläcken, kan man kompensera för denna asymmetri vilken kan vara förorsakad av koma i det optiska systemet.

Fasförskjutningselementen kan vara av olika konstruktion beroende på av- sökningsapparatens önskade tillämpningsområde. En första och enkel utförings- fonn av avsökningsapparaten enligt uppfinningen kännetecknas därav, att fasför- skjutningselementen är omkopplingsbara mellan två huvudsakligen fasta värden vilka svarar mot en fasbild och en amplitudbild av objektet.

En andra utföringsfonm av avsökningsapparaten, vilken erbjuder flera möj- ligheter, kännetecknas därav att fasförskjutningselementen är kontinuerligt variabla. Medelst denna avsökningsapparat är det möjligt att erhålla en optimal återgivning av både grunda fasobjekt och amplitudobjekt men även av objekt, vilkas struktur är en kombination av en fasstruktur och en amplitudstruktur. 454 919 Dessutom har denna apparat möjlighet att undertrycka objektdetaljer med ett specifikt fasdjup, d.v.s. möjlighet att tillämpa fasfiltrering.

Enligt ett ytterligare karakteristiskt kännetecken för avsökningsapparaten är fasförskjutningselementens fasförskjutningar en funktion av den spatiella frekvensen i objektet. Därvid är det möjligt att kompensera för avsöknings- fläcksasymmetri som en följd av fel i avsökningsstrålknippets sfäriskhet.

Dm enligt ytterligare ett karakteristiskt kännetecken för avsökningsappa- raten förstärkningen hos behandlingskretsens ingângssteg är en funktion av den spatiella frekvensen i objektet kan detaljer med en specifik spatialfrekvens undertryckas eller förstärkas under återgivning.

Om man använder en enligt det föregående erhållen komplex detekterings- funktion, vars amplitud och fas är elektroniskt variabla som funktion av fre- kvensen, kan spatialfiltrering hos objektivet eller bildförstärkning erhållas utan användning av komplexa optiska filter.

Avsökningsapparaten kan vidare vara kännetecknad därav, att behandlings- kretsens ingångssteg innefattar separata förstärkare för var och en av detek- torsignalerna och en summeringskrets, varvid varje förstärkares förstärknings- faktor är inställbar. Det är då möjligt att kompensera för en amplitudasymetri i avsökningsstrâlknippet eller att utnyttja en s.k. enkel-sidbandsprincip.

Uppfinningen beskrivs mera detaljerat med hjälp av exempel på basis av en optisk avsökningsappparat vilken t.ex. användes för avläsning av en optisk upp- teckningsbärare, varvid hänvisas till ritningen, där fjg_l visar en första ut- föringsfonm av en avsökningsapparat enligt uppfinningn, jjg_2 visar en del av informationsstrukturen på en optisk uppteckningsbärare, fig_§ visar snitt genom avböjda strålknippen i detektorernas plan, vilka alstras vid avsökning av upp- teckningsbäraren, fig¿¿¶ visar en metod för behandling av detektorsignalerna, jjg_§ visar principen för ett elektronmikroskop i enlighet med uppfinningen, j]g_§ visar principen för ett röntgenmikroskop i enlighet med uppfinningen och jjg_Z visar principen för ett akustiskt mikroskop i enlighet med uppfinnigen.

Fig 1 visar principen för avsökningsapparaten. Medelst ett objektivsystem, som är schematiskt representerat genom en enda lins L1, fokuseras strålknip- pet b, som avges av en strålningskälla S, till en strålningsfläck V på objektet 0 som skall avsökas. Nämnda objekt delar upp det infallande strålknippet b till ett flertal delstrâlknippen med olika böjningsordningstal, av vilka i den före- liggande beskrivningen det ej avböjda delstrålknippet av ordningen 0 och de första ordningens delstrålknippena är viktigast. f .

I fig 1 är objektet O representerat mycket schematiskt. Detta objekt kan 454 919 t.ex. vara en optisk uppteckningsbärare med en informationsstruktur, som omfat- tar informationsytor anordnade i informationsspår. Fig 2 visar en planvy av en liten del av en sådan uppteckningsbärare 1. I fallet med en rund skivfonnad uppteckningsbärare är informationsspåren 2, vilka är representerade genom räta spår, i verkligheten koncentriska spår eller kvasikoncentriska spår, vilka tillsamans bildar ett spiralspår. Informationsspåren innefattar mycket små informationsytor 3, vilkas längder är av storleksordningen 1/um och vilkas bredder är mindre än 1/um , vilka ytor omväxlar med mellanytor 4 i spärrikt- ningen t. Det kan antas att informationsstrukturen är periodisk i två inbördes ortogonala riktningar, varvid perioden i spårriktningen eller den tangentiella riktningen t är p medan den i en riktning tvärs mot spårriktningen eller den radiella riktningen r är q. I fallet med en uppteckningsbärare, i vilken en frekvensmodulerad videosignal är lagrad, är perioden p bestämd av videosigna- len. Perioden q är lika med avståndet mellan spåren.

Informationsstrukturen kan vara en ren fasstruktur, varvid informationsy- torna innefattar gropar som är inpressade i uppteckningsbärarens yta, eller ryggar som skjuter ut från nämnda yta. Alternativt kan informationsstrukturen vara en amplitudstruktur. Då omfattar informationsytorna t.ex. ej reflektrande ytor i en reflektrande yta eller strålningsabsorberande eller reflekterande ytor i en i övrigt transparent uppteckningsbärare.

I fig 2 är läsfläcken betecknad med V. Bredden av nämnda fläck är av sama storleksordning som informationsytornas 2 dimensioner. Informationsstrukturen uppför sig såsom ett tvådimensionellt brytningsgitter. Detta gitter delar upp lässtrålknippet b till ett delstrålknippe av ordningen 0, ett antal delstrål- knippen av första ordningen och ett flertal delstrålknippen av högre ordning.

För avläsning av informationsytorna 3 är i huvudsak delstrålknippet av ordning- en noll b(0,0) och de båda delstrålknippena av första ordningen b(+1,0) och bl-1,0), vilka är avböjda i den tangentiella riktningen t, av intresse. I fig 1 skall uppteckningsbäraren därvid tänkas inta objektets 0 position, varvid den tangentiella riktningen t är vertikalriktningen. Under avläsning roteras upp- teckningsbäraren omkring en axel 7. g Fig 3 visar ett tvärsnitt genom strâlknippena b(0,0),b(+1,0) och b(-1,0) i detektorns D plan. Axlarna x och y i fig 3 svarar mot den tangentiella rikt- ningen t och den radiella riktningen r i fig 2. Strålknippena som återkommer från uppteckningsbäraren b(0,0),b(+1,0) och b(-1,0) har komplexa amplituder vilka kan representeras genom: “ 454 919 ß(o,o) B(+1,0) exp l-ïu/t) ß(-1,o) exp (+i alt) Det antages att uppteckningsbäraren rör sig med en konstant vinkelhastighet, vilket ger upphov till den tidsberoende fasfaktorn exp (fjcdt). Här är MJ en tidsfrekvens, vilken är bestämd av infonmationsytornas vinkelhastighet och spa- tialfrekvens i den tangentiella riktningen. Vidare antages att inga spârfölj- ningsfel uppträder. On informationsytorna är symmetriska i den radiella rikt- ningen och den tangentiella riktningen så är B (+1,0) lika med B (-1,0).

Det är en specifik fasskillnad 7110 mellan de komplexa amplituderna B (+1,0), B (-1,0) och amplituden B (0,0). Denna fasskillnad beror huvudsakligen på strålningens fasretardation från botten av en infonnationsgrop relativt strålning från informationsskiktets yta, d.v.s. på informationsgroparnas optis- ka djup eller informationsryggarnas optiska höjd.

Såsom är beskrivet i patentansökningen 7902831-2 kan informationsytorna ha ett sådant optiskt djup att denna fasskillnad fijlo = 180° men också ett sådant optiskt djup att¶'10 = 900. För"?'10 = 900 är groparna mycket grunda, så att de avböjda strålknippenas amplituder är mycket små. Lämpligen väljes det optiska djupet så att det är något större, så att\fí0 ligger mel- lan 110° och 120°. Såsom redan har beskrivits i artikeln "Position-sensing in video-disk read-out" i "Applied Optics", vol 17, nr 13, sid 2013-2021 uppför sig en amplitudstruktur på samma sätt som en fasstruktur, vars infonmationsytor inför en fasskillnad av V/10 = 180°.

Såsom kommer att förklaras i det efterföljande är avsökningsapparaten en- ligt uppfinningen lämpad för avläsning både av en amplitudinformationsstruktur, eller en djup fasinformationsstruktur (YJIÛ = 180°) och en grund fasinfor- mationsstruktur (Yjlo = 90°). För detta ändamål är såsom framgår av fig 1 detektorn D uppdelad i två deldetektorer D1 och 02, vilkas utgångar är an- slutna till ingångsklämmorna på en summeringsanordning 9 som bildar ingångs- steget i en elektronisk behandlingskrets 10, vilken i och för sig är känd. En sådan krets är exempelvis beskriven i artikeln: “Signal Processing in the Philips VLP system" i "Philips Technicasl Review", vol 33, nr 7, sid 178-180. I fig 3 är deldetektorerna 01 och 02 representerade genom streckade cirkel- halvor. I enlighet med uppfinningen är ett element 8 anordnat mellan detektorn Dz och summeringsanordningen 9, vilket element fasförskjuter signalen från detektorn 02 en vinkel ¶De. W Fasskillnaderna 0 (+1,0) och ß (-1,0) nellan strålknippena av första 454 919 ordningen b (+1,0), b (-1,0) och strålknippet av ordningen noll kan represen- teras genom: ñ (+1,0) = V10 +u/t ø(-1,0)= “Vw -wt och de komplexa amplituderna kan skrivas: a(o,o) = | a(o,o)| a(+1,o)= {B(+1,o)| expi (V10 »fam a(-1,o)= | ß(-1,o)] expi (vw -wrl Intensitetsvariationerna som följd av interferens mellan delstrålknippena av första ordningen och delstrålknippet av ordningen noll vid stället för detek- torerna DI och D2 omvandlas till elektriska signaler S1 och S2 av nämn- da detektorer.

Inom detektorytan kan olika ytor särskiljas, nänfligen två ytor d represen- terade genom enkel sektionering, i vilka ett delstrålknippe av första ordningen interfererar med delstrålknippet av ordningen noll och tvâ ytor c representera- de genom korssektionering, i vilka förutom interferens mellan ett delstrålknip- pe av första ordningen och delstrâlknippet av ordningen noll interferens upp- träder mellan de båda delstrålknippena av första ordningen. Ytorna c och d kan relateras till den väl kända nndulatíonsöverföringsfunktionen (MTF) för ett optiskt system utan aberrationer. Modulationsöverföringsfunktionen som i det efterföljande kommer att betecknas M kan antagas svara mot överlappningsytan för de två aktuella ordningstalen.

Vid det ställe där ett delstrâlknippe av första ordningen interfererar med delstrålknippet av ordningen noll, d.v.s. inom en yta av storleken 2c + d, gäl- ler överföringsfunktionen M (\fl, där\f är informationsytornas spatialfrekvens.

Vid det ställe där de tvâ delstrâlknippena av första ordningen interfererar, d. v.s. inom en yta av storleken 2c i fig 3, gäller överföringsfunktionen M (2Lf).

Således är: ze+a=nlul 2c = M (ZLT), så att a=n(U>-M(zU>oen c = 1/2 M (LI).

För bestämning av signalerna S1 och S2 skall de bidrag som åstadkommes av ytorna c och d adderas till varandra. Inom ytan c ligger delar av delstrâl- knippet av ordningen noll och delar av de tvâ delstrâlknippena av första ord- ningen. Inom ytan d ligger en del av delsträlknippet av ordningen noll och en del av ett av delstrâlknippena av första ordningen. Signalen S1 kan därför 454 919 representeras genom: sl = | sumo) + ß(+1,o) + s(-1,o)] ä +|ß(o,o) + ß(+1,o) å där indexen c och d anger att de aktueHa bidragen ska11 viktas med storï eken av ytorna c och d. För infonnationssignaïen själv är 'Iikströmskomponenterna i ut- trycket för S1 av mindre betydeï se, så att dessa komponenter kan försummas.

Signaïen S1 biir därvid: sl = zae {s(o,o) . ß*(+1,o)} C + zRe {s(o,o).ß*(-1,o)}c+ zae {ß(o,o) ß*(+1,o)} d Härvid representerar Re den reeHa deïen av den aktuella komponenten. Om ytorna c och d ersättas med MTF's bïir därvid S1: S1 = M(2 U) . I B(0,0)\ \B(+1,0')\ . {cos(“l“1o+u)t) + íïpílo -wu + 2 |s(o,o)Hß(1,o)} (Mun-Mad) .

COS (“i“10+uJt)- Här antages att informationsytorna är symmetriska, så att]B(-1,0)l = iB(+1,0).| Signaïen S1 är proportioneïï mot: (angivet genom tecknetæb) .S106 2 [M LT) ~ M(2 U' J . cosifiulo +u7t) + 2M(2U Mïosfi/m cosw t.

På ïiknande sätt kan signaï en S2 från detektorn Dz skrivas: S204 2 [M V) - M(2 Vi] cosfivlo -x/Jt) + 2M(2U ) cow/m cosuJt.

Signaïen S2 utsättas för en fasförskjutning *fe viïket ger signaien Så.

S'2°( 2 [Mun - Mmm] . cosH/IÛ -wt _99) + zruzu) cow/m . cosUA/t + *FEL- Sununasignaien SS är given genom: 454 919 SSOÅ 4 [MHN - MQLHJ cosÛVm -HPe/Zkosüßlt + 'ïpe/Z) + 4 M( U) cosifi/m) . cos (Sp e/2) cos (vu t + fiße/Z), eHer ssqßmfll) . wsrijo -We/z) + 4mz U) . sin (710) . sin ( *pe/NJ cos (lät + '70e/2).

För avïäsning av en ampïitudstruktur eller en djup fasstruktur, där *fm = 180°, väïjes 'fe ïíka med 0°. Därvid biir summasignalen: Ssd - 4M( LT) coswt.

För en fasskiHnad Vw som är konstant över heia uppteckningsbären och för en konstant vinkelhastighet hos uppteckningsbäraren beror signaïen SS bara på informationsytorna spatiaïfrekvens U' i spårriktningen, d.v.s. på den 'lagrade informationssignalen.

För avïäsning av en grundare fasstruktur därfium = 900, väijes j” e = 180°. Därvid gä11er: S504 _ 4 [in m +n] min t.

Vid en konstant fasskiiïnad och en konstant vinkeihastighet beror denna signaï bara på den spatieïia frekvensen U . Biiden av den grunda fasstrukturen är den första derivatan av strukturen sjäïv, medan biiden av amplitudstrukturen upp- träder på normalt, icke deriverat sätt.

I stäilet för att fasförskjuta en detektorsignai vinkeïnñp e förskjutes företrädesvis signaïens S2 fas en vinkeï av + 50 e/2 och signaïens S1 fas en vinkeï MPa/Z av symmetrisjäï, såsom är visat i fig 4. Signaierna S1' och S2' är därvid givna genom: sioz 2 Liu U) _ mzU Ü . ansv-km +u/t -flße/zfi 2M(2U') cos fm . cos( (Ut - (fe/Z) Sèd 2 LW U) - M(2 U)J cos (V10 - wt - qe/Z) + 2M(2 U) cos (Vw) . cos (w t æ-Lfe/Z) 454 9190 m och summasignalen SS genom Ssd 4 [m U) - M(2]) . cosfliJm - fiøe/Z) . coswt+ 4M(2U') . cos “flm . cosu/t . cos SVe/Z, eller ssol [annfi wsvflo -ive/z) + anlw) sfnvfm sin ¶)e/2 cos Ut förWm = l80° och 'fe = 0° gäller: _ S2O( - 4M( U l cos LUt, medan för '11 1o = 9o° och ßFe = 1ao° faijanae gamer; ss d [fam u) + m2 0)] msn/t.

I detta fall uppträder således bilden av den grunda fasstrukturen på normalt, ej deriverat sätt.

I beskrivningen av principen enligt uppfinningen har delstrålknippena av högre ordning lämnats utan avseende. Strålknippena av högre ordning är kraftigt avböjda utanför detektorn och amplituderna hos nämnda strålknippen är väsent- ligt mindre än amplituderna hos del strålkni ppena av första ordningen, så att inverkan av strålknippena av högre ordning kan försummas i en första approxi- mation.

En infonnationsstruktur vars infonnationsytor inför en fasskillnad '11 10 = 90° är en teoretisk struktur. Såsom redan sagts har de avböjde strålknippe- na som alstras av en sådan struktur en låg amplitud, så att signalen SS är mycket svag. Därför väljes i praktiken ett optiskt djup som är sådant att fas- vinkeln är något större än 90°, t.ex. l10° \< 10 5 l20°. För “1/ 10 = l20° är termen med M( U') i uttrycket för SS maximum förfiPe = 1200. Om bara en av detektorsignalernas fas förskjutes 120° förskjutes signalens SS fas 30° relativt signalen SS för V10 = 90°_ Den' i det föregående beskrivna apparaten som har ett eller två fasför- skjutningselement vilka kan ställas om mellan "två lägen, vilken apparat kan betraktas såsom en avsökningsapparat med en detekteringsfunktion, som kan 454 919 11 ställas in i tvâ tillstånd, är en speciell utföringsform av den generella upp- finningsiden att åstadkomma en avsökningsapparat med en komplex och variabel detekteringsfunktion, vilken inom detektorytan kan representeras genom: g(x,y) = a för x > 0 g(x,y) = a, exp (i fipe) för x < 0 eller genom: g(x,y) = a.exp (-i 398/2) för x > 0 g(x,y) = a.exp (+i 196/2) för x < 0 Utanför detektorytan gäller g(x,y) = 0.

Avbildningsfunktionen hos avsökningsapparaten enligt uppfinningen är pro- dukten av den s.k. optiska överföringsfunktionen (OTF) för de optiska systemet och en annan överföringsfunktion F, vars modul och fas är: |F| = a fcos (#110 . cfe/Z) + sinSUm . sin 7042]. arg F = *Pa/z för det asymmetriska fana: arg {-Fi' = 0 för det symmetriska fallet.

I det asymmetriska fallet förskjutes fasen bara för en av detektorsigna- lerna, närmare bestämt vinkeln 9De,medan i det symmetriska fallet fasen för var och av de båda detektorsignalerna förskjutes vinkeln + ïge/2 respektive - *lfle/z. ' Den elektroniska fasförskjutningen *f nalens SS modul: e användes för att optimera sig- cos ( 7110 - Spa/Z) + sin V10 ßinfe/Z I det symmetriska fallet kommer argumentet inte att ändra sig till följd av moduloptimeringen. Men en sådan ändring uppträder i det asymmetriska fallet. Ändringen i argumentet kan elimineras genom att anordna ett extra fasförskjut- ningselement 11 efter summeringsanordningen 9, vilket fasförskjutningselement inför en fasförskjutning av -*fä/2, såsom är visat i fig 1.

Både i det asymmetriska fallet och i det symmetriska fallet kan signalens SS fas påverkas genom en fasasymmetri i avsökningsfläcken V. Huvudorsaken till en sådan asymmetri är koma i det optiska systemet. Kompensation för detta fasfel är möjligt genom att fasförskjuta signalen SS en vinkel 9, där Q är en funktion av nämnda fasasymmetri. I den föredragna utföringsformen enligt fig 4 är därvid ett extra fasförskjutningselement 12 anordnat efter summerings- anordningen. I det asymmetriska fallet 1 fig 1'är fasförskjutningselementet 11 454 919 - 12 därvid så utfört att det alstrar en fasförskjutning av 9 -joe/2.

Fasförskjutningen joe är generellt variabel mellan 0 och 360°. För en läsapparat som skall kunna avläsa både uppteckningsbärare med en fasstruktur och uppteckningsbärare med en amplitudstruktur eller uppteckningsbärare med fasstrukturer av olika djup behövs ej en sådan kontinuerlig elektronisk fasför- skjutning inom ett brett omrâde. Det är emellertid annorlunda för ett optiskt mikroskop som tjänar att synliggöra inte bara grunda fasstrukturer eller ampli- tudstrukturer utan också alla slag av mellanstrukturer, d.v.s. strukturer som varken är rena fasstrukturer eller rena amplitudstrukturer.

Fasdjupet hos objekten som skall observeras medelst ett sådant mikroskop, t.ex. biologiska vävnader eller organismer, behöver inte vara känt i förväg.

Objektet kan avsökas nâgra få gånger i följd, varje gång med användning av ett annorlunda värde på ¶9e tills en tillfredsställande bildkvalitet erhålles.

Objekten som skall observeras med det föreslagna mikroskopet behöver inte ha ett sådant konstant fasdjup som de optiska uppteckningsbärarna, som beskri- vits i det föregående. Nämnda objekt kan innefatta delar, vilka var och en har ett annorlunda fasdjup. Objektet kan därvid avsökas flera gånger, varje gång med användning av ett annorlunda värde pâ den elektroniska fasförskjutningen Y2. Under varje avsökning återges ett specifikt fasdjup med maximal kontrast.

Det ursprungliga objektet kan sedan rekonstrueras av alla de individuella bil- derna.

Fasförskjutningselementen 8 i fig 1 och 8' och 8" i fig 4 kan vara anord- ningar, vilkas fasförskjutning är en funktion av tidsfrekvensen. Vid en kon- stant avsökningshastighet svarar en speciell spatialfrekvens (X7) i objektet mot_en speciell tidsfrekvens (U/). Frekvensberoende fasförskjutare i form av digitala transversalfilter är i sig kända för andra ändamål, t.ex. genom bo- ken:"Theory and application of digital Signal processing", Rabiner och Gold, Prentice-Hall Inc. 1975, bland annat sid 40. Vid användning av sådana fasför- skjutare är det möjligt att säkerställa att den elektroniska fasförskjutningen bara för specifika spatialfrekvenser har det värde, som är optimalt för avsök- ning. En följd av detta är att bara strukturer av delar av objektet med en spe- cifik spatial frekvens reproduceras korrekt, medan delar av strukturer med en annorlunda spatialfrekvens avbildas i en dämpad form. ' Vidare kan summeringskretsens 9 förstärkning göras frekvensberoende så att den önskade spatialfrekvensen ytterligare kan framhävas och de ej önskade fre- kvenserna ytterligare kan dämpas.

Med användning av frekvensberoende fasförskjutare och en frekvensberoende 454 919 13 förstärkare kan en spatialfiltrering av objektet eller en bildförstärkning upp- nås utan användning av optiska filter. Det hittills svåra problemet med optisk filtrering, framställning av lämpliga optiska filter, har övervunnits med an- vändning av elektroniska filter med de önskade fas- och amplitudkarakteristi- kerna, vilka är.lättare att utföra.

Avsökningsapparaten kan innefatta två separata förstärkare för detektor- signalerna S1 och S2. I fig 4 är dessa förstärkare betecknade med 13' och 13". Detekteringsfunktionen i en avsökningsapparat med två separata frekvens- beroende förstärkare och frekvensberoende fasförskjutare kan skrivas på följan- de sättz' g(x,y) = al (tf) . exp (-ifiPe (\f)/2 ) för x > 0 9(x,v) = az (v) - exp (+1 *Fe (vi/z) för x < o där är den spatiala frekvensen i objektet. De tvâ separata förstärkarna kan användas för att kompensera för en amplitudasymmetri i avsökníngsstrålknippet.

Om tvâ separata förstärkare användes är det möjligt att förstärka en detektor- signal och att undertrycka den andra, så att en s.k. enkelsidbandsprincip an- vändes.

För avsökning av ett objekt i två, t.ex. inbördes vinkelräta riktningar i enlighet med uppfinningen kan avsökningsfläcken bringas att beskriva ett antal linjer i en första riktning. De så erhållna datana kan lagras 1 en bildlag- ringsanordning. Därefter kan avsökningsfläcken bringas att beskriva ett antal linjer i den andra riktningen. Slutligen kan avsökningsdatana i de båda rikt- ningarna kombineras. i För avsökning i två riktningar kan två detektorer användas, varvid detek- torerna och objektet vrids 90° relativt varandra vid övergång från den ena avsökningsriktningen till den andra. Alternativt är det möjligt att använda fyra detektorer, av vilka en grupp användes för den ena avsökningsriktningen och en grupp för den andra avsökningsriktningen.

Föreliggande uppfinning avser uppdelning av en detektor i tvâ deldetekto- rer och metoden att elektroniskt behandla de signaler, som avges av deldetekto- rerna. Uppfinningen är ej begränsad till en speciell typ av avsökningsstrål- ning, såsom ljus. Det enda som är av betydelse är att avsökningsstrålningen kan koncentreras till en liten avsökningsfläck. Bortsett från ett optiskt mikroskop kan uppfinningen också användas i ett elektronmikroskop, ett röntgenmikroskop eller i ett akustiskt mikroskop förutsatt att nännda mikroskop är abberations- 454 919 14 fria i tillfredsställande grad. Medelst dessa mikroskop observeras detaljer, vilkas storlek ligger vid gränsen av det aktuella mikroskopets upplösning.

Fig 5 visar schematiskt ett elektronmikroskop. Elektronkällan ES emitterar ett elektronstrålknippe be. Detta strålknippe fokuseras av en elektronlins EL i planet för objektet 0, som t.ex. är ett svagt fasobjekt. Objektet delar upp strålknippet be i ett delstrålknippe av ordningen noll be (0,0) och bl.a. två delstrålknippen av första ordningen be (+1,0) och be (-1,0). Strålknip- pet av ordningen noll och delar av strâlknippena av första ordningen tas emot av två detektorer DE1 och DE¿ som omvandlar elektronstrålningen till en elektrisk sig-nal. Vinkeln /Öe som delsträlknippena av första ordningen avbö- jes är av samma storleksordning som bländartalet, som är lika med sinobe för elektronlinsen på samma sätt som i ljusmikroskopet. Signalerna S1 och S2 från detektorerna DE1 och DE2 behandlas på samma sätt som beskrivits med hänvisning till figurerna 1 och 4.

Fig 6 visar mycket schematiskt en utföringsform av ett röntgenmikroskop.

XS är röntgenstrålkällan som lämpligen innefattar en synkrotron, emedan den skall vara en ljusstark källa. Röntgenstrålknippet bx fokuseras på objektet, t.ex. ett biologiskt prov eller en kristallstruktur. Fokuseringssystemet XF kan omfatta en zonplatta, såsom är visat i fig 6, eller ett flertal speglar. Rönt- genstrâlknippet, som återkommer från objektet, tas emot av två röntgendetekto- rer DX1 och DX2. Signalerna S1 och S2 från dessa detektorer kan behand- las på det sätt som beskrivits med hänvisning till fig 1 och 4. För ytterligare detaljer avseende röntgenstrålkällan XS, fokuseringssystemet XF och röntgende- tektorerna DX1 och DX2, vilka komponenter ej bildar någon del av förelig- gande uppfinning, hänvisas till artikeln: “The scanning X-ray microscope“, sid 365-391 i boken: "Scanned image microscopy" E.A.Ash, Academic Press 1980.

Fig 7 visar principen för att akustiskt mikroskop i enlighet med uppfin- ningen. Ett sådant mikroskop innefattar en piezo-elektrisk omvandlare eller givare PEC, vilken har en jämn svarsfunktion över hela sin yta. Medelst denna givare alstras en ljudvåg som riktas mot objektet som skall undersökas, t.ex. ett reflekterande skikt. Om givaren är plan och ljudvâgen är en plan våg kan en akustisk lins vara anordnad mellan objektet och givaren, vilken lins omvandlar den akustiska vågen till en sfärisk, konvergent väg. Såsom är visat i fig 7 kan givaren själv vara krökt, så att den emitterade ljudvâgen redan är konvergent.

Ljudvâgen reflekteras av objektet och återkommer till givaren, som omvandlar ljudvågen till spänning. Därvid sker integration över hela givarens yta. Giva- ren PEC fungerar således både som källa och detektor. Ingângsspänningen och 454 919 15 utgângsspänningen separeras från varandra därigenom att korta pulser användes.

Utgångsspänningen beror på faserna för de individuella komponenterna i strâlknippet. Om en reflektor är anordnad i fokuseringsplanet genomlöper alla strâlknippskomponenterna samma banlängd och strålkomponenterna i punkterna 15 och 16 ligger i fas. Om emellertid reflektorn rör sig i vertikal riktning d.v.s. om ytan 0 som observeras, vilken uppvisar vertikala oregelbundenheter, rör sig i x-riktningen, kommer de olika komponenterna i strålknippet att genom- löpa olika banlängder och komponenterna kommer att uppvisa en specifik fasför- skjutning i punkterna 15 och 16, vilket bringar utgångsspänningen att variera.

För ytterligare detaljer om det akustiska mikroskopet, som i sig själv inte bildar någon del av föreliggande uppfinning, hänvisas till artikeln: "Scanning acoustic microscopy", sid 24-55 i den nämnda boken: “Scanned image microscopy“. I enlighet med uppfinningen delas givaren upp i tvâ sektioner DA1 och DA2, varvid DAI är ansluten direkt till en summeringsanordning 9 och DA2 via ett fasförskjutningselement 8. Signalbehandlingen är identisk med den i enlighet med fig 1 eller den i enlighet med fig 4.

Claims (10)

l6 454 919 Patentkrav.
1. l. Apparat för punkt-för-punktavsökning av ett objekt, vilken apparat inne- fattar en strâlningskälla som alstrar ett röntgenstrâlknippe, ett objektivsy~ stem för att fokusera avsökningsstrålknippet till en strålningsfläck på objek- tet och ett strålningskänsligt detekteringssystem för att omvandla avsöknings- strålknippet, som kommer från objektet, till en elektrisk signal för en elek- tronisk behandlingskrets, vilken krets gör signalen lämpad för återgivning, varvid detekteringssystemet innefattar minst två strålningskänsliga detektorer anordnade efter varandra i avsökningsriktningen, k ä n n e t e c k n a d av att apparaten är anpassad för avsökning av olika typer av objekt inbegrípande objekt med en fasstruktur, objekt med en amplitudstruktur och objekt med en kombinerad fas- och amplitudstruktur, genom att ett styrbart fasförskjutnings- element med variabel fasförskjutning är anordnat i åtminstone en av förbindning- arna mellan detektorerna och ingångsklämmorna till ett additivt ingångssteg hos behandlingskretsen.
2. 2. Apparat enligt patentkravet 1, k à' n n e t e c k n a d av att ett vari- abelt fasförskjutningselement är anordnat i var och en av förbindningarna mel- lan detektorerna och den tillhörande ingângsklänlnan på ingângssteget, varvid fasförskjutningarna som införes av nämnda element är lika men av olika tecken.
3. 3. Apparat enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a d av'att utgången på det additiva ingångssteget är ansluten till en fasförskjutare, som alstrar "en fasförskjutning - fibe/Z, där 506 är den fasförskjutning som alstras av en enda fasförskjutare anordnad i en av förbi ndningarna mellan detektorerna och i ngångsstegets utgângsklänrmr.
4. 4. Apparat enligt patentkravet 2, k ä n n e t e c k n a d av att det addi- tiva ingângsstegets utgång är anslutet till en fasförskjutare, som inför en . fasförskjutning 9, vilken beror på en asynnietri i avsökningsflâcken.
5. 5. Apparat enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a d av att det addi- tiva ingångsstegets utgång är ansluten till en fasförskjutare, som alstrar en fasförskjutning Q - 'Pe/Z, där 'fe är fasförskjutningen hos en enda fas- förskjutare anordnad i en av förbindningarna mellan detektorerna och ingångs- stegets íngångsklämrior, medan 9 beror på en asymrrietri i avsökningsfläcken.
6. 6. Apparat enligt patentkravet 1,2.3,4 eller-5, -kiä n n e t e c k n a d av att fasförskjutningseleinenten är omställbara mellan' två huvudsakligen fasta 454 919 17 värden, som svarar mot en fasbíïd och en ampïitudbiïd av objektet.
7. 7. Apparat enïigt patentkravet 1,2,3,4 e11er 5, k ä n n e t e c k n a d av att fasförskjutningseïementen är kontinuerligt variab1a.
8. 8. Apparat enïigt patentkravet1,2,3,4 eHer 5, k ä n n e t e c k n a d av att fasförskjutningselementens fasförskjutningar är variabïa som funktion av frekvensen.
9. 9. Ãpparat enïigt patentkravet l,2,3,4,5 eïïer 8, k ä n n e t e c k n a d av att förstärkningen hos behandïíngskretsens ingängssteg är ínställbar som funk- tion av frekvensen.
10. 10. Apparat enïigt något av patentkraven 1-9, k ä n n e t e c k n a d av att behandlingskretsens ingângssteg innefattar separata förstärkare för var och en av detektorsignaïerna och en summeríngskrets, varvid förstärkníngsfaktorn för var och en av förstärkarna är instäïïbar.