NL8103505A - Inrichting voor het puntsgewijs aftasten van een voorwerp. - Google Patents

Description

f EHN 10.118 t N.V. Philips* Gloeilanpenfahrieken te Eindhoven.

Inrichting voor het puntsgewijs aftasten van een voorwerp.

De uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor het puntsgewijs aftasten van een voorwerp, bevattende een, een aftast-bundel leverende, stralingsbron, een obj ectiefstelsel voor het focus-seren van de aftastbundel tot een stralingsvlek qp het voorwerp en een 5 stralingsgevoelig detectiestelsel voor het cmzetten van de van het voorwerp afkomstige aftastbundel in een electrisch signaal voor een elec-tronische verwerkingsschakeling die het signaal geschikt maakt voor weergave, weUc detectiestelsel minstens twee stralingsgevoelige detec-toren bevat die in de aftastrichting achter elkaar geplaatst zijn.

10 Deze inrichting kan zowel een optische microscoop of een acoustische microscoop als een electronenmicroscoop of een rontgenmi-croscocp zijn. De genoemde aftastbundel kan derhalve zowel een bundel electronagnetische straling als een acoustische golfbundel als een deeltjesbundel zijn. Het begrip objectiefstelsel moet ruim cpgevat 15 warden en is een stelsel dat een bundel van een van de genoemde straling-soorten versmalt tot een zeer kleine aftastvlek, van de orde van grootte van de golflengte van de gebruikte stralinc^yan die van de te deteeteren details van het voorwerp. · Het detectiestelsel moet uiteraard aange-past zijn aan de gebruikte stralingsbron.

20 In de ter inzage gelegde Nederlandse octrooiaanvrage nr.

78 03517 (EHN 9083) ten name van aanvraagster is een inrichting be- * • schreven voor het met een kleine uitleesvlek aftasten van een optische registratiedrager met een informatiestructuur die cpgebouwi is uit in sporen gerangschikte informatiegebiedj es. De informatiestructuur 25 heeft de vorm van een fasestructuur, en de naast elkaar gelegen infor-matiesporen onderscheiden zich van elkaar doordat de inf ormatiegebied j es van een eerste informatiespoor bestaan uit relatief diepe putjes en de inf ormatiegebied j es van een naburig spoor uit relatief minder diepe putjes. Chi de twee soorten inf ormatiegebiedjes goed te kunnen uitlezen 30 moeten twee verschillende uitleesmethoden gebruikt warden. De uitlees-inrichting bevat twee stralingsgevoelige detectoren die in het verre veld van de informatiestructuur gelegen zijn en wel, in de aftastrichting gezien, achter elkaar. Voor het uitlezen van de diepere fasestruc- 8103505 • PHN 10.118 2 . , ; - -------tuur worden de uitgangssignalen van de twee detectoren opgeteld, ter-.,..,,.. / wijl voor het uitlezen van de ondiepere fasestructuur deze signalen van elkaar worden afgetrokken. De uitleesmethoden staan bekend als res-pectievelijk de integrale methode en de differentiele methode.

5 Qmdat de twee uitleesmethoden verschillen optische overdrachts- functies (Modulation Transfer Function: M.T.F.) hebben, zal het af-wisselend gehruik van de twee uitleesmethoden in het door de uitlees-inrichting uiteindelijk afgegeven signaal merkbaar kunnen zijn. Is qp de registratiedrager een videosignaal qpgeslagen, dan zal bijvoor-10 beeld de ene overdrachtsfunctie andere grijstinten of een andere kleur-verzadiging in het uiteindelijke televisiebeeld geven dan de andere overdrachtsfunctie. Bovendien is het beeld dat verkregen wordt door de signalen van de twee detectoren af te trekken de gedifferentieerde van het voorwerp waardoor structuren. van lagere ruimtelijke freguenties 15 van het voorwerp niet optimaal worden weergegeven. Het is derhalve ge-wenst cm een optische registratiedrager met twee verschillende fase-structuren met een enkele uitleesmethode te kunnen uitlezen, waarbij liefst de overdrachtsfunctie als functie van de freguentie instelbaar. is.

De informatieputj es die met de integrale methode uitgelezen .

: 20 worden kunnen een zodanige optische diepte hebben dat zij een fasever-schil veroorzaken van 180° tussen de nulde-orde bundel en een der eerste-orde deelbundels, die ontstaan bij projectie van de uitlees-vlek op een dergelijk putje. Een dergelijk faseverschil zou ook ont- . ' staan indien de uitleesvlek een airplitude-structuur zou aftasten.

25 Een detector opstelling die gebruikt wordt in de uitleesinrichting vol-gens de genoemde Nederlandse octrooiaanvrage nr. 78 03517 zou dus gebruikt kunnen worden in een optische microscoop waarmee zowel fase-als amplitude-ob jecten uitgelezen kunnen worden.

De' onderhavige uitvinding heeft ten doel een instelbare detec-30 tiefunctie te verschaffen ten behoeve van een inrichting voor het punts-gewijs aftasten van een voorwerp, waardoor een dergelijke inrichting geschikt wordt voor het aftasten van voorwerpen met verschillende structuren, dat wil zeggen een fasestructuur, een amplitudestructuur of een structuur die een ccmbinatie is van een fasestructuur en een ampli-35 tudestructuur.

De aftastinrichting volgens de uitvinding, met minstens twee in de aftastrichting verschoven detectoren vertoont als kenmerk, dat in minstens een van de verbindingen tussen de detectoren en de 8103505 t t ' Jr- « FHN 10.118 3 ingangsklemmn van een cptellende ingangs trap van de verwerkingsschake-ling een fasedraaiend element met een instelbare fasedraaiing is aangebracht.

Door de electronische fasedraaiing wordt een ccmplexe detec-5 tiefunctie verkregen die op eenvoudige manier langs electronische weg aangepast kan worden. Qnder de detectiefunctie wordt verstaan de over-drachtsfunctie van het systeem gevoond door de stralingsgevoelige de-• tectoren en de qptellende ingangstrap van de electronische verwerkings-schakeling.

10 De uitvindingsgedachte kan in alle derikbare soorten van aftastinrichtingen toegepast warden, niet alleen in optische aftast-inrichtingen maar ook in de aftastinrichtingen waarin een acoustische bundel, een electroneribundel of een rontgehbundel als aftastbundel wordt gebiruikt.

15 Opgemerkt wordt dat in het artikel: "A detection method for producing phase- and amplitude-images simultaneously in a scanning transmission electron microscope" in "Philips* Technical Review" Vol. 37 No. 1, pag. 1-9 een aftastende electronenmicroscoop met twee in de aftastrichting verschoven detectoren beschreven is, waarmee zowel een 20 fasebeeld als een anplitudebeeld van een voorwerp verkregen kan worden.

Een fasebeeld wordt verkregen door de detectorsignalen van elkaar af te trekken en een anplitudebeeld door deze signalen bij elkaar op te tellen. in de bekende electronenmicroscoop zijn de detectoren niet verbonden met een electronische fasedraaier, waardoor deze micros-25 coop niet de veelzijdige toepasbaarheid vertoont van de aftastinrichting volgens de uitvinding.

In de aftastinrichting kan tussen slechts een detector en een ingangsklan van de verwerkingsschakeling een fasedraaiend element aangebracht zijn. Een voorkeursuitvoering van de inrichting volgens 30 de uitvinding vertoont, uit symmetrie overwegingen, als verder ken-merk, dat in elk van de verbindingen tussen de detectoren en de bij-behorende ingangsklemmen van de ingangstrap een instelbare fasedraaier is aangebracht, waarbij de door deze fasedraaiers gemtroduceerde fase-draaiingen even groot zijn doch een tegengesteld teken hebben.

35 Door de genoemde fasedraaiing wordt^modulus van het aftast- signaal, geleverd door de cptellende ingangstrap geoptimaliseerd. Daar-bij wordt, in het geval de fase van slechts een der detectorsignalen wordt gedraaid, ook de fase van het aftastsignaal belnvloed. De fase 8103505 EHN 10.118 4 van het aftastsignaal kan warden hersteld indien de aftastinrichting .

als verder kenmerk vertoont, dat de uitgang van de optellende ingangs-

Ye trap is verbonden met een fasedraaier die een fasedraaiing - -γ bewerkstelligt, waarin Y de fasedraaiing van een erikele in een van 5 de verbindlngen tussen de detectoren en de ingangsklemmen van de ingangs-trap aangebrachte fasedraaier is.

Indien de aftastinrichting als verder kenmerk vertoont, dat de optellende ingangstrap verbonden is met een fasedraaier die een fasedraaiing introduceert die afhankelijk is van een fase-asymmetrie 10 in de aftastende stralingsvlek, kan gecompenseerd warden voor de genoem-de asymmetrie die veroorzaakt kan warden door coma van het optische systeem.

De fasedraaiende elementen kunnen verschillende uitvoerings-vormen hebben, al naar gelang de gewenste toepassing van de aftast-15 inrichting. Een eerste, meest eenvoudige uitvoeringsvorm van de aftastinrichting volgens de uitvinding vertoont als kenmerk, dat. de fasedraaiende elementen schakelbaar zijn tussen twee, in hoofdzaak vaste, waarden die correspcnderen met een fasebeeld en een amplitudebeeld van het voorwerp.' 20 Een tweede uitvoeringsvorm van de aftastinrichting, die meer mogelijkheden biedt, vertoont als kenmerk, dat de fasedraaiende elementen continu instelbaar zijn.. Met deze aftastinrichting kunnen zo-wel ondiepe fase-voorwerpen als amplitude-voorwerpen maar ook voor-wsrpen wier structuur een caribinatie van een fasestructuur en een 25 arrplitudestructuur is, optimaal weergegeven worden. Bovendien biedt deze inrichting de mogelijkheid cm die details van een voorwerp die een bepaalde fasediepte hebben te onderdrukken, dus de mogelijkheid cm een fase-flitering uit te voeren.

Volgens een verder kenmerk van de aftastinrichting zijn de 30 fasedraaiingen van de fasedraaiende elementen een functie van de ruim-telijke frequentie in het voorwerp. Dan kan gecarpenseerd worden voor asymmetrie in de aftastvlek tengevolge van fouten in de sfericiteit van de aftastbundel.

Indien, volgens een verder kenmerk van de aftastinrichting, 35 de versterking van de ingangstrap van de verwerkingsschakeling een functie is van de ruimtelijke frequentie in het voorwerp, kunnen bij weergave details met een bepaalde ruimtelijke frequentie worden onder-drukt of juist versterkt worden weergegeven.

8103505 * r ., EHN 10.118 5

Bij gebraik van een op bovenstaande wijze verkregen ccmplexe detectiefunctie, waarvan de amplitude en fase langs electronische weg als functie van de frequentie ingesteld kunnen worden, kan een ruimfce-lijke filtering van het voorwerp of een beeldverbetering tot stand ge-5 braeht warden zander gehruik te maken van moeilijk te maken optische filters.

De aftastinrichting kan als vender kenmerk vertonen dat de ingangstrap van de verwerkingsschakeling wardt gevormd door afzonder-lijke versterkers voor elk der detectorsignalen en een qptelschakeling, 10 waarbij de versterkingsfactor van elk der versterkers instelbaar is.-Dan kan geconpenseerd wcrden voor een anplitude-asynnetrie in de aftast-bundel of kan een zogenaamde erikele zijband (single sideband) principe toegepast warden.

De uitvinding zal nuf bij wijze van voorbeeld, warden toege-15 licht aan de hand van een optische aftastinrichting die bijvoorbeeld gebruikt kan warden voor het uitlezen van een optische regis tratiedrager. Daarbij wordt verwezen naar de tokening. Daarin tonen:

Figuur 1 een eerste uitvoeringsvorm van een aftastinrichting volgens de uitvinding, 20 Figuur 2 een gedeelte van de informatiestructuur van een optische regis tratiedrager, ligtur 3 de doorsneden, in het vlak van de detectoren^van de fcuigingstundels die ontstaan bij het aftasten van de regis tratiedrager,

Figuur 4 een methode voor de verwerking van de detectorsig- 25 nalen,

Figuur 5 het principe van een electronenmicroscoop volgens de uitvinding,

Figuur 6 het principe van een rSntgenmicroscoop volgens de iiitvinding en 30 Figuur 7 het principe van een acoustische microscoop volgens de uitvinding.

In Figuur 1 is het principe van de aftastinrichting aangegeven.

De door een stralingsbron S uitgezonden bundel b wordt door een, sche-matische met een enkele lens aangegeven, objectiefstelsel gefocusseerd 35 tot een stralingsvlek V op het af te fasten voorwerp 0. Dit voorwerp splitst de invallende bundel b in een aantal deelbundels van verschillende tuigingsordes, waarvan voor de verdenebeschouwingen de, onafgebogen, nulde-orde deelbmdel en de in de eerste ordes afgebogen deelbundels het 81 0 3 5 u 5 t « EHN 10.118 6 ..........belangrijkst zijn.

Het voorwerp 0 is in Figuur 1 zeer scheraatisch weergegeven.

Dit voorwerp kan bijvoorbeeld een qptische registratiedrager zijn met een informatiestructuur die bestaat uit in informatiesporen gerangschik-5 te informatiegebiedj es. In Figuur 2 is een klein gedeelte van een der-gelijke registratiedrager 1 in bovenaanzicht weergegeven. De informatiesporen 2 die hier als rechte sporen getekend zijn, zijn in het geval van een ronde schijfvormige registratiedrager in werkelijkheid concen-trische sporen of quasi-concentrische sporen die samen een spiraalvor-10 mig spoor vormen. De informatiesporen bevatten zeer kleine informatie-gebiedjes 3, waarvan de lengten in de orde van 1 ^um en de breedtekleiner dan 1 yum zijn, die in de spoorrichting t afwisselen met tussengebiedj es 4. Er kan aangencmen warden dat de informatiestructuur in twee, onder-ling loodrechte, richtingen periodiek is, waarbij de periode in de 15 spoorrichting, of tangentiele richting, t gelijk is aan p en die dwars qp de spoorrichting, of radiele richting, r gelijk aan q.. In het geval van een registratiedrager waarin een EM-gemoduleerd videosignaal is qpgeslagen, wordt de periode p bepaalt door het videosignaal. De periode q is gelijk aan de afstand tussen de sporen.

20 De informatiestructuur kan een zuivere fasestructuur zijn waarbij de informatiegebiedjes bestaan uit in het drageroppervlak geperste putjes of uit boven dit oppervlak uitstekende heuveltjes.

De informatiestructuur kan ook een anplitudestructuur zijn. Dan bestaan de inf ormatiegebied j es bijvoorbeeld uit niet reflecterende ge-25 biedjes in een reflecterend vlak of uit stralingsabsorberende of reflecterende gebiedjes in een doorzichtige registratiedrager.

In Figuur 2 is de uitleesvlek met V aangegeven. De breedte van deze vlek is van de orde van grootte van de afmetingen van de informatiegebiedjes 2. De informatiestructuur gedraagt zich als een 30 tweedimensionaal buigingsr as ter. De uitleesbundel b wordt door dit raster gesplitst in een nulde-orde deelbundel, een aantal eerste-orde deelbundels en een aantal deelbundels van hogere orden. Voor de uit-lezing van de informatiegebiedjes 3 zelf zijn in hoofdzaak de nulde-orde deelbundel b(0,0) en de twee in tangentiele richting t afgebogen 35 eerste-orde deelbundels b(+1,0) en b(-1,0) van belang. In Figuur 1 moet qp de plaats van het voorwerp 0 de registratiedrager gedacht warden, waarbij de tangentiele richting t de verticale richting is. Tijdens het uitlezen wordt de registratiedrager geroteerd om een as 7.

8103505 it PHN 10.118 7

In Figuur 3 zijn de doorsneden van de bundels b(0,0), b{+1,0) en b (—1 ,0) in het vlak van de detector D weergegeven. De x- en y-as in Figuur 3 kanen overeen met respectievelijk de tangentiele richting t en de radiele richting r in Figuur 2· De van de rpgi at-ra-H pdrager 5 afkcxnstige bundels b(0,0), b(+1,0) en b(-1,0) hebben canplexe amplitudes die voorgesteld kunnen warden door: B(0/0) B(+1,0) exp (-ittt) B{—1,0) exp (+iiDt) 10 Er is verondersteld dat de registratiedrager met constante hoeksnelheid bewsegt waardoor de tijdsafhankelijke fasefactor exp (+j(dt) ontstaat. Daarin is ίύ een tijdsfrequentie die bepaald wordt door de hoeksnelheid en de ruimtelijke frequentie, in de tangentiele richting, van de infor-matiegebiedjes. Verder is aangenctnen dat er geen fouten in de spoor-15 volging optreden. Indien de inf ormatiegebied jes symmetrisch zijn met betrekking tot de radiele richting en de tangentiele richting, is B(+1,0) gelijk aan B(-1,0).

Tussen de conplexe amplitudes B(+1,0) en B(-1,0) enerzijds en de amplitude B(0,0) anderzijds bestaat een bepaald faseverschil 20 Dit faseverschil wordt in hoofdzaak bepaald door de fasever-traging die straling afkanstig van de bodem van een informatieputje ondergaan heeft ten opzichte van straling die van het cppervlak van de informatielaag afkanstig is, dus door de optische diepte van infor-matieputjes of de optische hoogte van informatieheuveltjes.

25 Zoals beschreven is in de Nederlandse octrooiaanvrage nr.

78 03517 (PHN 9083) kunnen de informatiegebiedjes een zodanige cp-tische diepte hebben dat het genoemde faseverschil = 180° is, maar ook een zodanige optische diepte dat = 90° is. Voor y^Q = 90° zijn de putjes zeer ondiep en daardoor zijn de ampliutdes van de afge-30 bogen bundels erg klein. Bij voorkeur wordt daarcm de optische diepte iets groter gekozen zodat Q tussen 110° en 120° ligt. Zoals reeds beschreven is in het artikel: "Position sensing in video-disk read-out" in: "Applied Cptics" Vol. 17 No. 13 pag. 2013-2021, gedraagt een ampli-tudestructuur zich op dezelfde wijze als een fasestructuur waarvan 35 de informatiegebiedj es een faseverschil van = 180° introduceren.

Zoals hieronder zal worden uiteengezet is de aftastinrichting volgens de uitvinding geschikt voor het uitlezen van zowel een aitpli-tude-informatiestructuur of een diepe fase-infomatiestructuur 8103505

» I

PHN 10.118 8 ( Ϋίο = 180°) als een ondiepe fase-informatiestructuur <Ήθ = 9°°>......

Daartoe is, zoals Figuur 1 laat zien de detector D verdeeld in twee deeldetectoren en D2 waarvan de uitgangen zijn verbonden net de ingangskleitnen van een saturator 9 die de ingangstrap vorrat van een op 5 zichzelf bekende electronische verwerkingsschakeling 10. Een dergelijke schakeling is bijvoorbeeld beschreven in het artikel: "Signal Processing in the Philips' VLP system" in: "Philips' Technical Review"Vol. 33 No. 7 pag. 178-180. In Figuur 3 zijn de deeldetectoren en P2 met gestreepte halve circkels aangegeven. Volgens de uitvinding is tussen de detector 10 D2 en de scmmator 9 is een element 8 aangebracht dat de fase van het signaal van de detector D0 over een hoek draait.

De faseverschillen )3 (+1,0) en )3(-1,0) tussen de eerste-orde bundels b(+1,0) en b(-1,0) en de nulde-orde bundel kunnen worden voorgesteld door : 15 )3(+1,0) Q+Wt 0(-1,0) = y^0 - wt en de ccnplexe amplitudes kunnen geschreven worden als B(0,0) = |B(0,0)| B(+1,0) = [B (+1,0)1 exp i + tot) 20 B(-1,0) = Ib(-1,0)1 exp i (^0 - tot)

De door de interferenties tussen de eerste-orde deelbundels en de nulde-orde deelbundel ter plaatse van de detectoren D^ en D2 veroorzaakte intensiteitsvariaties worden door deze detectoren omgezet in electrische signalen en S2· 25 Binnen het detector-oppervlak zijn verschillende gebieden te onderscheiden namelijk twee, met een enkele arcering aangegeven, gebieden d waarin een eerste-orde deelbundel interfereert met de nulde-orde deelbundel en twee, met een dubbele arcering aangegeven, gebieden c, waarin behalve interferenties tussen een eerste-orde deelbundel 30 en de nulde-orde deelbundel tevens interferentie tussen de tweede eerste-orde deelbundels optreden. De gebieden c en d kunnen worden gerelateerd aan de bekende modulatie-overdrachtsfunctie (Engels: Modulation Transfer Function; MTF) van een optisch systeem zonder aberraties. De modulatie-overdrachtsfunctie, hiema afgekort tot M kan gelijk gesteld 35 worden aan het overlapgebied van twee betreffende ordes.

Daar waar een eerste-orde deelbundel interfereert met de nulde-orde deelbundel, dus in een gebied ter grootte van 2c + d geldt de overdrachtsfunctie M(v) waarin v de ruimtelijke frequentie van de 8103505 EHN 10.118 9

Informatiegebiedjes is. Daar waar de twee eerste-orde deelbundels inter-fereren, dus in een gebied ter grootte van 2c in Figuur 3 geldt de overdrachtsfunctie M(2v). Er kan dus gesteld warden dat 2c + d = M(v) 5 2c = M(2v), dus d = M(v) - M(2v) en c = ½ M(v).

Voor het bepalen van de signalen en S2 moeten de bijdragen van de gebieden c en d qpgeteld warden. Binnen het gebied c bevinden IQ zich gedeelten van de nulde-orde deelbundel en gedeelten van beide eerste-orde deelbundels. Binnen het gebied d bevinden zich een gedeelte van de nulde-orde deelbundel en een gedeelte van een der eerste-orde deelbundels. Het signaal kan daarcm voorgesteld warden door: S1 = [b(0,0) + B(+1,0) +B<-1,0)|^ + |b(0,0) + B(+1 ,0)( 15 waar in de indices c en d betekenen dat de betreffende bijdragen gewogen moeten warden met de grootte van de gebieden c en d. Voor het infor-matiesignaal zelf zijn de gelijkstrocmocqponenten van de uitdrukking voor S«j van minder belang, zodat deze canponenten verwaarloosd kunnen 20 worden. Dan gaat het signaal over in: S1 = 2Re . B(0,0) · BX(+1,0)Jc + 2Re |b(0,0).BX(-1,0)Jc + 2Re jB(0,0) BX(+1,0)Jd

Re stelt daarin het reeele deel van de betreffende canponent voor.

25 Warden de gebieden c en d vervangen door de MTF- en dan wordt : S1 = M(2v) . |B(0r0) |[Β(+1,0)| . fcos(yw +©fc) + cos(^0-i«fc|f· 2|b(0,0) || B(+1,0)| |M(V) - M(2v)] . cos(^0 + tot).

Daarbij is verondersteld dat de inf ormatiegebiedjes symmetrisch zijn 30 20^at geldt |b(-1,0) | = | B(+1,0) | . Het signaal is evenredig met (α)ί

Si 0C2Jm(v) - M(2v)] . cos(^/10 + Ut) + 2 M(2v) cos^1Q . cos Ot. Op analoge manier kan het signaal S2 van de detector D2 geschreven warden als.

S20C2[li(v) - M(2vj] cos{^Q -tot) + 2M(2v) cos^q cos tot 35 Het signaal S0 ondergaat een fasedraaiing Y waardoor ontstaat het signaal S£.

S*0C2|M(v) - M(2v)J . COS (^10 - tot ^) + 2M(2v) cos^ .

COS (tot + ^ ) .

8103505 \ t PHN 10.118 10

Het sansignaal Sg wordt gegeven door:

SsCC4[M(v) -M(2vjjj Οθ3{ψ^0 -ίρ) cos(fot+¾¾) + 4 M(v) cos (^-|q) - cos (^-) cos (tot , of

Ssa[4M(v) . cos((^10-^) + 4M(2v).. sin( ψ^) . sin (^)] cos (tot + ^).

Voor het uitlezen van een artplitudestructuur of een diepe fasestructuur, waarin = 180°, wordt ^ = 0° gekozen. Dan is het sansignaal:

SsGC- 4M(v) cos tot.

10 Voor een over de gehele registratiedrager constant faseverschil ^ en voor een constante hoeksnelheid. van de registratiedrager is het signaal S alleen afhankelijk van de ruimtelijke frequentie V van de s informatiegebiedjes in de spoorrichting dus van het opgeslagen infor-matiesignaal.

15 Voor het uitlezen van een ondiepere fasestructuur met = 90° wordt voor = 180° gekozen. Dan is Sgft-4|M(v) + M(2vf| sin tot.

Ook dit signaal is bij constant faseverschil en constante hoeksnelheid alleen afhankelijk van de ruimtelijke frequentie ν'. Het beeld 20 van de ondiepe fasestructuur is de eerste gedifferentieerde van de structuur zelf, terwijl het beeld van de arrplitudestructuur op de ge-wone ongedifferentieerde manier verschijnt.

In plaats van de fase van e£n detectorsignaal over ^ te draaien wordt uit symmetrie-overwegingen bij voorkeur de fase van S„ 25 over + gedraaid en die van over - zoals in Figuur 4 aange-geven is. De signalen SJJ en SI, warden dan gegeven door: S^0C2(ri(v) - M(2v)] . cos(JiAjq + tot -^) + 2M(2v) cos ψ 1(J , * COS (tot - 30 S£0C2 |m(v) - M(2v)J cos + 2M(2v) cos(^10) , cos (tot +¾¾ en het sansignaal Sg door

Ss«:4[m(v) - M(2v)J . cob(^10 . cos tot + 4M(2v) . cos^0 .

cos tot . COS of sa[4M(v) cos(^10 + 4M(2v) sint^|0 sin^pj| cos tot voor = 180° en = 0° geldt: S Ct - 4M(v) cos tot terwijl

S

8103505 « « EHN 10.118 11 .. voor ψ = 90° eni^ = 180° geldt j4II(v) + 4M(2v)j cos tot

In dit geval verschijnt ook het beeld van de ondiepe fasestructuur op de gewone, ongedifferentieerde manier.

5 Bij de hierboven gegeven beschrijving van het principe van de uitvinding zijn de hogere orden deelbandels buiten beschouwing gelaten. De hogere orde bundels warden grotendeels buiten de detector afgebogen en de amplitudes van deze bundels zijn aanzienlijk kleiner dan die van de eerste-orde bundels, zodat de invloed van hogere orden 10 bundels in een eerste-orde benadering te verwaarlozen is.

Een inforratiestructuur waarvan de informatiegebiedjes een faseverschil g = 90° introduceren is een theoretische structuur. Zoals reeds cpgemerkt hebben de afgebogen bundels afkanstig van een dergelijke structuur een kleine amplitude, zodat het signaal Sg erg 15 zwak is. In de praktijk wordt dan ook gekozen voor een cptische diepte zodanig dat de fasehoek iets groter is dan 90°, bijvoorbeeld 11°Ον<^0^120°* Voar % = 120° is de term met M(v) in de uitdrukking voor S maximaal voor Ψ = 120°„ in het geval de fase van slechts een der detectorsignalen over 120° gedraaid wordt, is de fase van het signaal 20 Sg over 30° verschoven ten opzichte van het signaal Sg bij = 90°.

De hierboven beschreven inrichting met een of twee fasedraaiers die geschakeld kunnen warden tussen twee standen, welke inrichting an-schreven kan warden als een aftastinrichting met een in twee standen schakelbare detectiefunctie, is een bijzondere uitvoeringsvorm van de 25 algemene uitvindingsgedachte een aftastinrichting te voorzien van een ccmplexe en instelbare detectiefunctie die, binnen het detector-oppervlak, voorgesteld kan warden door; g(x,y) = a voor x^0 g(x,y) = a.exp (i voor x<0 30 of door: g(x,y) = a.ejp (-i ^2) voor x>0 g(x,y) = a.exp {+i ^/2) voor x<0 Buiten het detectorcppervlak is g(x,y) = 0.

De afbeeldingsfunctie van een aftastinrichting volgens 35 de uitvinding is het product van de zogenaamde optische afbeeldingsfunctie (Optical Tansfer Function, QTF) van het cptische systeem en een extra overdrachtsfunctie F waarvan de modulus en fase zijn: lFl = a (coe( !p10 - + sin . sin ψ].

8103505 PHN 10.118 12 arg voor de asymmetrische situatie arg ^f| = 0 voor de synmetrische sitoatie.

In de asymnetrische situatie wordt de fase van slechts een der detectorsignalen gedraaid en wel over , terwijl in de symmetrische situatie de fasen van beide detectorsignalen gedraaid worden respec-tievelijk over en -

De electronische fasedraaiing ^ wordt gebruikt cm de modulus van het signaal Sg: 10 «^io -1% * sto^o sln^ te optimaliseren. In de synmetrische situatie zal het argument geen verandering ondergaan tengevolge van de modulus-optimalisatie. Een dergelijke verandering treedt wel op in de asymmetrische situatie.

De verandering van het argument kan ongedaan gemaakt worden door achter de sommator 9 een extra fasedraaier 11 die een fasedraaiing 15 & over - introduceert aan te brengen zoals in Piguur 1 getoond wordt.

Zowel in de aymmetrische situatie als in de synmetrische situatie kan de fase van het signaal Sg beinvloed worden door een fase- asymmetrie in de aftastvlek V. De voornaamste oorzaak van een dergelijke 2Q asymmetrie is ccma van het qptische systeem. Voor deze fasefout kan geccnpenseerd worden door de fase van het signaal S over© te draaien, s waarbij Θ een functie is van de genoemde f ase-asyirmetr ie. In de voorkeurs- uitvoeringsvorm volgens Figuur 4 is dan een extra fasedraaier 12 achter de scmmator 9 aangebracht. In de asymmetrische situatie van Figuur 1 is dan de fasedraaier 11 zodanig uitgevoerd dat deze een fasedraaiing 25 over $ ~ 2 tewerkstelligt.

De fasedraaiing ^ is in het algemeen instelbaar tussen 0 en 360°. Voor een uitleesinrichting die zowel registratiedragers met een fasestructuur als registratiedragers met een amplitudestructuur, of registratiedragers met fasestructuren van verschillende dieptes meet kunnen uitlezen is er niet zo'n behoefte aan de mogelijkheid om de electronische fasedraaiing continu over een groot gebied te kunnen instellen. Dat zal echter anders zijn voor een lichtmicroscocp die men wil gebruiken voor het zichtbaar maken van niet alleen ondiepe fasestructuren of airpl itudestructuren maar ook van allerlei tussenstruc- turen, dat wil zeggen structuren die noch zuivere fasestructuren noch zui\?ere anplitudestructuren zijn.

Van de voorwerpen, bijvoorbeeld biologische weefsels. of 09 8103505 * FHN 10.118 13 organismen, die men met een dergelijke microscoop wil waamenen, hoeft de fasediepte niet van te voren bekend te zijn. Men kan het voorwerp enige malen achter elkaar aftasten met telkens een andere waarde voor totdat een goede beeldkwaliteit verkregen is.

5 De met de voorgestelde microscoqp waar te nemen voorwerpen behoeven niet zo’n constante fasediepte te hefcben als de hierboven genoemde qptische registratiedragers. Deze voorwerpen mogen bestaan uit onderdelen die allemaal een andere fasediepte hebben. Het voorwerp kan dan een aantal malen afgetast warden met telkens een andere waarde 10 voor de electronische fasedraaiing m Tijdens elke aftasting wordt een bepaalde fasediepte met maximaal contrast weergegeven. Uit het totaal van de deelbeelden kan het oorspronkelij ke voorwerp gereconstru-eerd warden.

De fasedraaiers, 8 in Figuur 1 en 8* en 8n in Figuur 4, kunnen 15 inrichtingen zijn waarvan de fasedraaiing een funetie van de tijdsfre-guentie is. Bij een canstante aftastsnelheid correspondeert een bepaalde ruimtelijke frequentie (v) in het voorwerp met een bepaalde tijds-frequentie Ού) , Frequentie-afhankelijke fasedraaiers in de vorm van transversaal digitale filters zijn op zichzelf, voor andere doeleinden, 20 bekend, bijvoarbeeld uit het boek: "Theory and application of digital Signal processing" Rabiner and Gold Prentice-Hall Inc. 1975, onder andere pag. 40. Bij gebruik van dergelijke fasedraaiers kan er voor gezorgd warden dat alleen voor bepaalde ruimtelijke frequenties de electronische fasedraaiing de voor de af tasting optimale waarde heeft.

25 Daardoor warden alleen deelstructuren van het voorwerp met een bepaalde ruimtelijke frequentie goed weergegeven, terwijl deelstructuren met een andere ruimtelijke frequentie verzwakt in het heeldverschijnen.

Oak de versterking van de optelschakeling 9 kan frequentie-afhankelijk gemaakt warden waardoor de gewenste ruimtelijke frequentie 30 nog vender qpgehaald kan warden en de ongewenste frequenties nog ver-der onderdrukt kunnen warden.

Door gebruik van frequentie-afhankelijke fasedraaiers en een frequentie-afhankelijke versterker kan een ruimtelijke filtering van het voorwerp of een beeldverbetering tot stand gebracht warden 35 zonder dat optische filters nodig zijn. De tot nu toe bij optisch filteren te vervullen moeilijke qpgave: geschikte qptische filters te vervaardigen, is vervangen door de beter hanteerbare qpgave,electronische filters met de gewenste fase- en airplitude-karakteristieken 8103505 » PHN 10*118 14 te ontwerpen.

In de aftastinrichting kunnen twee aparte versterkers voor de detectorsignalen en S2 aanwezig zijn* In Figuur 4 zijn deze versterkers met 13' en 13" aangegeven. De detectiefunctie van een af-5 tastinrichting met twee aparte, f requentie-afhankelijke, versterkers en frequentie-afhankelijke fasedra^iers kan warden geschreven als: - g(X/Y) = a1 (v) *. exp(-i--ip·)-) voor x >0 g(X/Y) = a2(v) . eap(+i -^) voor x<0 10 waarin V de ruimtelijke frequentie in het voorwerp voorstelt. De twee aparte versterkers kunnen gebruikt warden cm te ccmpenseren voor een eventuele anplitude-asymmetrie in de aftastbundel. Bij gehruik van twee aparte versterkers is het mogelijk een detectorsignaal te verster-ken en het andere te onderdrukken, zodat een zogenaamd enkel zijband 15 principe (single side band) wardt toegepast.

Voor het aftasten volgens de uitvinding van een voorwerp in twee, bij voorbeeld onderling loodrechte, richtingen kan men de aftast-vlek eerst een aantal lijnen volgens een eerste richting laten beschrij-ven. De zo verkregen gegevens kunnen warden opgeslagen in een beeld-20 geheugen. Daama kan men de aftastvlek een aantal lijnen in de tweede richting laten beschrijven. De gegevens van de aftastingen in de twee richtingen kunnen tenslotte worden geccmbineerd.

Voor het aftasten in twee richtingen kunnen twee detectbren gebruikt warden waarbij bij de overgang van de ene aftastrichting naar de 25 andere de detectoren en het voorwerp over 90° ten opzichte van elkaar gedraaid warden. Er kunnen ook vier detectoren gebruikt worden waarvan een stel voor de ene aftastrichting en een stel voor de andere aftastrichting bedoeld is.

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op de verdeling 30 van een detector in twee deeldetectoren en op de wijze waarop de door de deeldetectoren geleverde signaal electronisch verwerkt warden.

De uitvinding is niet beperkt tot een bepaald soort aftaststraling zoals licht. Van belang is alleen dat de aftaststraling in een klein aftast-vlekje geconcentreerd kan warden. De uitvinding is behalve in een licht-35 microscoop ook toepasbaar in een electronenmicroscoop, een rontgenmi-croscoop of een acoustischemicroscoapmits dezemicroscppen voldoende abeirratie vrij zijn. Met deze mircroscopen worden details bekeken waarvan 8103505 ESN 10.118 15 de grootte op de grens van het oplossend vermogen van de betreffende mi-croscocp ligt.

In Figuur 5 is schenatisch een electronenmicroscoop weerge-geven. De electronenbron ES zendt een electronenbundel bQ uit. Deze 5 twndel wordt door een electranenlens EL gefocusseerd in het vlak van het voorwerp O, dat bijvoorbeeld een zwak faseobject is. Het voorwerp splitst de twndel be in een nulde-orde deelbundel be(0,0) en in onder andere twee eerste-orde deelbundels b (+1,0) en b (-1,0). De nulde-orde bundel en gedeelten van de eerste-orde bundels warden opgevangen 10 door twee detectoren DE^ en DE2 die de electronenstraling cmzetten in een electrisch signaal. De hoek β& waarover de eerste-orde deelbundels warden afgebogen is van dezelfde orde van grootte als de numerieke apertuur, die gelijk is aan sine(e, van de electronenlens, net zoals dat het geval was bij de lichtmicroscocp. De signalen en S2 van de 15 detectoren DE^ en DE2 worden behandeld op de wijze zoals beschreven is aan de hand van de Figuren 1 en 4.

In Figuur 6 is, zeer schematisch, een uitvoeringsvorm van een rSntgenmicroscoop aangegeven. XS is de rontgenbron die, ondat het een heldere bron moet zijn, bij voorkeur bestaat uit een synchrotron.

20 De rontgentundel b wordt gefocusseerd op het voorwerp, bijvoorbeeld een biologisch specimen of een kristalstructuur. Het focusseersysteem XF kan gevormd worden door een zone-plaat, zoals in Figuur 6 aangegeven is, of uit een of meerdere spiegels. De van het voorwerp af-kanstige rantgenbundel wordt opgevangen door twee rontgendetectoren 25 DX^ en DX2· De signalen en S2 van deze detectoren kunnen weer behandeld worden op de wijze zoals beschreven aan de hand van de Figuren 1 en 4. Voor bijzonderheden antrent de rontgenbron XS, het focusseersysteem XF en de rontgendetectoren DX^ en DX2, welke onderdelen geen deel uitmaken van de onderhavige uitvinding, kan worden verwezen naar 30 het artikel: "The scanning X-ray microscope” pag. 365-391 van het boek: "Scanned image microscopy" E.A.Ash, Academic Press 1980.

In Figuur 7 is het prineipe van een acoustische microscoop volgens de uitvinding weergegeven. Een dergelijke microscoop bevat een piezo-electrische cmzetter PEC, die een unifarme response over zijn 35 hele oppervlak heeft. Met deze cmzetter wordt een geluidsgolf opgewekt die naar het te onderzoeken voorwerp, bijvoorbeeld een reflecterende laag, gericht is. Indien de cmzetter vlak is en de geluidsgolf een vlakke golf, kan tussen het voorwerp en de cmzetter een acoustische lens 8103505 c » EHN 10.118 16 .. aangebracht zijn die de geluidsgolf amzet in een sferische, convergerende golf. Zoals in Pigunr 7 getoond wordt, kan ook de onzetter zelf gekrcmd zijn zodat de uitgezonden geluidsgolf al convergerend is. De geluidsgolf wordt door het voorwerp geref leeteerd en keert naar de onzetter 5 terug, die de geluidsgolf crazet in een electrische spanning. Daarbij wordt geintegreerd over het hele oppervlak van de onzetter. De otr zetter EEC fungeert dus als hron en als detector. De ingangsspanning en de uitgangsspanning zijn van elkaar gescheiden doordat gewerkt wardt met korte impulsen* 10 De uitgangsspanning is afhankelijk van de fasen van de afzonderlijke bundelgedeelten. Indien een reflector geplaatst is in het focusvlek dan doorlopen alle bundelgedeelten eenzelfde weglengte en zijn de bundelgedeelten in de punten 15 en 16 in fase. Verplaatst de reflector zich echter in verticale richting, dat wil zeggen ver-15 plaatst zich het te onderzoeken, verticale uitwijkingen vertonend, oppervlak O in de x-richting, dan doorlopen de verschillende bundelgedeelten verschillende weglengten en vertonen de bundelgedeelten in 15 en 16 een bepaalde faseverschuiving, waardoor de uitgangsspanning verandert.

20 Voor verdere bijzonderheden over de acoustische microscoop, die op zichzelf geen deel uitmaaktv,van de onderhavige uitvinding, kan warden verwezen naar het artikel: "Scanning acoustic microscopy", pag. 24-55 van het reeds genoemde boek: "Scanned image microscopy". Volgens de uitvinding is de onzetter in twee gedeelten DA^ en DA2 ver-25 deeld, waarbij na, reohtstreeks en DJ^ via een fesearaalend element 8 met een soimator 9 is verbonden. De signaal behandeling is gelijk aan die volgens Figuur 1 of die volgens Figuur 4.

30 35 8103505

Claims (10)

1. Inrichting voor het puntsgewijs aftasten van een voorwerp, bevattende een, een aftastbundel leverende, stralingsbron, een objec-tiefstelsel voor het focusseren van de aftastbundel tot een stralings-vlek op het voorwerp en een stralingsgevoelig detectiestelsel voor 5 het cmzetten van de van het voorwerp afkanstige aftastbundel in een electrisch signaal voor een electranisch verwerkingsschakeling die het signaal geschikt maakt voor weergave, welk detectiestelsel mins tens twee stralingsgevoelige detectoren bevat die in de aftastrichting achter elkaar geplaatst zijn, met het kenmerk, dat in minstens een van de 10 verbindingen tussen de detectoren en de ingangsklenmen van een optel-lende ingangstrap van de verwerkingsschakeling een fasedraaiend element met een instelbare fasedraaiing is aangebracht.

2. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat in elk van de ^rbindingen tussen de detectoren en de bijbehorende ingangs- 15 klenmen^de ingangstrap een instelbare fasedraaier is aangebracht, waarbij de door deze fasedraaiers geontroduceerde fasedraaiingen even groot zijn doch een tegengesteld teken hebben.

3. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de uitgang van de cptellende ingangstrap is verbonden met een fasedraaier 20 die een fasedraaiing bewerkstelligt, waarin de fasedraaiing van een erikele in een van de verbindingen tussen detectoren en de uitgangskleamen van de ingangstrap aangebrachte fasedraaier is.

4. Inrichting volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de uitgang van de cptellende ingangstrap verbonden is met een fasedraaier 25 die een fasedraaiing Θ bewerkstelligt die afhankelijk is van een asymr metrie in de aftastende stralingsvlek.

5. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de uitgang van de cptellende ingangstrap verbonden met een fasedraaier die een fasedraaiing Θ - ^ bewerkstelligt, waarin ^ de fasedraaiing 30 van een enkele in een van de verbindingen tussen de detectoren en de ingangsklemmen van de ingangstrap aangebrachte fasedraaier is, terwijl Θ afhankelijk is van een asyimetrie in de aftastende stralingsvlek.

6. Inrichting volgens conclusie 1, 2, 3, 4 of 5, met het kenmerk, Oe datfle fasedraaiende elementen schakelbaar zijn tussen twee, in hoofd-zaak vaste, waarden die corresponderen met een f asebeeld en een ampli-tudebeeld van het voorwerp.

7. Inrichting volgens conclusie 1, 2, 3, 4 of 5, met het kenmerk , 8103505 PHN 10.118 18 dat de fasedraaiende elemental continu instelbaar zijn.

8. Inrichting volgens conclusie 1, 2, 3, 4 of 5, met het kenmerk, dat de fasedraaiingen van de fasedraaiende elemental instelbaar zijn als functie van de frequentie.

9. Inrichting volgens conclusie 1, 2, 3, 4, 5·of 8, met het ken merk, dat de versterking van de ingangstrap van de verwerkingsschakeling instelbaar is als functie van de frequentie.

10. Inrichting volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de ingangstrap van de verwerkingsschakeling wordt gevormd en 10 door afzonderlijke versterkers voor elk der detectorsignalen/een optel-schakeling, waarbij de versterkingsfactor van elk der versterkers instelbaar is. 15 20 25 30 35 8103505