Устройство автоматической фокусировки растрового оптического микроскопа Советский патент 1989 года по МПК G03B3/00 

1

Изобретение относится -к устройствам . автоматической фокусировки в растровой оптической (или лазерной сканирующей) микроскопии.

Цель изобретения - повышение точности работы устройства.

На чертеже приведена схема устройства .

Устройство содержит источник 1

сканирования луча, обьектив 2, иссле дуемьй образец 3, первый усилитель 4, фильтр 5 верхних частот (ФВЧ), детектор 6, дифференциатор 7, усили- тель-инвертор 8, первьш компаратор 9 элемент 2И 10, первый элемент 2ИЛИ И, первый D TpHrrep 12, диодньй ограничитель 13, второй компаратор 14, второй элемент 2ИЛИ 15, второй D- триггер 16, сумматор 17, второй усилитель 18, четыре ключа 19-22, элемент НЕ 23, первьй ждущий мультивибратор 24, третий компаратор 25, второй ждуишй мультивибратор 26, пятый ключ 27, схему 28 задания начального режима, четвертьй компаратор 29, третий ждущий мультивибратор 30, привод 31 перемещения предметного стола шестой 32 и седьмой 33 ключи, первьй конденсатор 34, двигатель 35, второй конденсатор 36 и резистор 37,

Устройство работает следующим образом;

От источника I сканирующего луча через фокусирующий объектив 2 оптический зонд попадает на исследуемьм образец 3. В образце под воздействие света возбуждается фотоответный сигнал, частотный спектр которого .зависит от точности фокусировки световог зонда на образце. Электрический сигнал усиливается первым усилителем 4 и попадает на ФВЧ 5. Нижняя граничная частота ФВЧ f, , где f верхняя частота на выходе первого усилителя. Ее величина определяется скоростью образования пар носителей под действием света и полосой пропускания первого усилителя. При опти-. ,:, мапьной фокусировке верхнее значение частотного спектра будет наибольшим из возможных.

в начальный момент (после подачи питания на схему) на второй вход элемента 2И 10 со схемы 28 задания на- чапьного режима поступит О и на вход.В-триггера 12 поступает также О, на выходе элемента НЕ 23 присутствует 1, которая попадает на синх- ровход D-триггера 12. Таким образом, на прямом выходе D-триггера 12 и на управляющих входах ключей 19 и 20 присутствует О, на инверсном выходе D-триггера 12 и на управляющих входах ключей 21 и 22 - 1. Кпючи 19 и 20 закрыты, КПЮЧИ 21 и 22 открыты, через обмотку двигателя 35 течет ток и начинается движение предметного стола с образцом 3, приводящее к улучшению (или ухудшению) фокусировки..

В то же время на вход второго элемента 2ИЛИ 13 поступает I, устанавливая на инверсном входе D-триггера 16 .1, которая поступает на вход сумматора 17, -устанавливая на выходе второго усилителя 18 напряжение, обеспечивающее работу двигателя.

При движении в сторону улучшения фокусировки величина сигнала на выходе ФВЧ 5 возрастает, на выходе дифференциатора 7 - положительный сигнал, на выходе усилителя-инвертора 8 - усиленный сигнал отрицательной полярности, на выходе первого компа- ратора 9 и элемента 2И 10 - О, в то время как с инверсного выхода первого D-Tpnrrepa 12 на вход элемента 2ИЛИ 11 и вход синхронизации

П триггера 12 поступает 1, в результате чего состояние D-триггера 12 не изменяется и движение двигателя и предметного стола продолжается в том же направлении.

Положительный сигнал с выхода дифференциатора 7 поступает на диодньй ограничитель 15, с выхода которого, не изменяясь, попадает на входы второго компаратора и сумматора 17.

Положительный сигнал с выхода второго компаратора 14 поступает на вхо D-триггера 16, на инверсном выходе которого появляется О. Нулевой сигнал поступает, на второй вход сумматора 17. Выходной сигнал сумматора 17 в случае движения в сторону улуч-. шения фокусировки определяется выходным сигналом диодного ограничителя 13. По достижении оптимальной фокусировки производная на выходе дифференциатора 7 становится равной нулю, входной сигнал диодного ограничителя 13 также становится равным нулю и движение прекращается.

2530 35 40

5

0

5

В случае первоначального движения в Сторону ухудшения фокусировки значение И.1ХОДНОГО сигнала дифференциатора 7 отрицательное. С выхода диодного ограничителя 13 нулевой сигнал поступает на входы сумматора 17 и второго компаратора, на входе второго D-TpHrrepa 16 сохраняется О, а на

инверсном выходе второго D-триггера

1А It 1II

ОI т.е. состояние элементов

13-18 сохраняется и сигнал с выхода второго усилителя 18 остается без изменения. В то же время на сигнальный вход первого компаратора 9 поступает положительный сигнал, на входы элемента 2И 10 и D-вход D-триггера 12 поступает 1, при наличии 1 на синхронизирующем входе D-триггера 12 состояния на его выходах изменяются на противоположные, на его синх ронизируюпщй вход поступает О, ключи 22 и 21 открываются, ключи 19 и 20 закрываются, направление движение двигателя и привода сменяется на противоположное, т.е. становится направленным в сторону улучшения фокусировки. Это вызывает изменение полярности выходного напряжения дифференциатора 7. Движение в этом направлении продолжается до момента достижения нулевого значения выходным напряжением дифференциатора 7, которое происходит при достижении оптимальной фокусировки. При этом сигнал на входах ключей 19 и 20 и второго компаратора 14 становится равным О и на выходе второго компаратора 14 положительньй сигнал сменяется нуле- , с первого ждущего мультивибратора 24 поступает сигнал, открывающий пятый ключ 27, первый конденсаторю

34 заряжается до значения 0,95 от апряжения, соответствующего знаению выходного сигнала детекто- тора 6 при оптимальной фокусировке, которьй попадает на опорный 15 вход третьего компаратора 25, на сигнальньй вход которого поступает выходной сигнал детектора 6.

В случае повторной расфокусировки выходное напряжение детектора 6 JQ уменьшается при достижении равенства на обоих входах /третьего компаратора 25, на выходе которого положительньй сигнал заменяется нулевым, С выхода второго ждущего мультивиб- 25 ратора 26 поступает управляющий импульс на вход шестого ключа 32, которьй открывается, и через него происходит разряд второго конденсатора 36, При достижении нулевого значения зо на втором конденсаторе 36, которое поступает на вход четвертого компаратора 29, на выходе которого происхо- дит смена положительного напряжения на нулевое, С выхода третьего ждуще- ;Го мультивибратора 30 поступает сигнал на управляющий вход седьмого |ключа 33, происходит разряд первого конденсатора 34. В результате разряда второго конденсатора 36 вся схема возвращается в состояние, соответствующее начальному моменту работы, т,е, моменту подачи питания, весь цикл работы повторяется и по его окончании достигается положение оп- 5 тимальной фокусировки.

Формула изобретения

Устройство автоматической фоку- gQ сировки растрового оптического микроскопа, включагацее объектив, фотоприемник, расположенный в выходном зрачке объектива, и электронную схему управления приводом перемещения иссле- gg дуемого образда относительно объектива, отличающееся тем, что, с целью повышения точности фокусировки и уменьшения габаритов, в

35

40

5

5 о 5

Q g

5

0

качестве фотоприемника применен исследуемый образец, электронная схема управления приводом перемещения исследуемого образда относительно объектива вkлючaeт последовательно соединенные первый усилитель, фильтр верхних частот, детектор, .дифференциатор, а также усилитель-инвертор, первый аналоговый компаратор, элемент 2И, первый элемент 2ИЛИ, первый D-триггер, диодньй ограничитель, второй компаратор, второй элемент 2ИЛИ, второй D-триггер, сумматор, второй усилитель, первьй второй, третий и четвертый ключи, элемент НЕ, первый ждущий мультивибратор, пятый ключ, третий компаратор, второй ждущий мультивибратор, шестой ключ, схему задания исходного режима, четвертьй компаратор, третий ждущий мультивибратор, седьмой ключ, первый конденсатор, ., двигатель привода перемещения предметного стола, причем выход детектора соединен с сигнальным входом третьего компаратора и сигнальным входом пятого ключа, выход дифференциатора соединен с входами усилителя-инвертора и диодного ограничителя, сигнальный вход первого компаратора соединен с выходом усилителя-инвертора, опорньм вход первого компаратора за- землен, выход первого компаратора соединен с первым входом элемента 2И, второй вход элемента 2И соединен с входом элемента НЕ, сигнальным входом шестого ключа, выходом схемы задания начального режима и сигнальным входом четвертого компаратора, выход элемента 2И соединен с D-входом первого D-триггера, выход элемента НЕ соединен с первыми входами первого элемента 2ИЛИ и второго элемента 2ИЛИ, выход первого элемента 2ИЛИ соединен с входом синхронизации первого триггера, инверсный выход первого D-триггерз соединен с вторым входом первого элемента 2ИЛИ и управляющими . входами второго и четвертого ключей, прямой выход первого D-триггера соединен с управляющими входами первого и третьего ключей, сигнальный вход второго компаратора соединен с aixo- дом диодного ограничителя и первым входом сумматора, о пЪрньй вход второго компаратора заземлен, выход второго компаратора соединен с входом первого ждущего мультивибратора с D-BXO- дом второго D-триггера, выход второ 14

го элемента 2Ш1И соединен с входом синхронизации второго D-триггера, инверсный выход второго D-триггера соединен с вторым входом второго элемента 2ИЛИ и вторым входом тора, выход сумматора соединен с входом второго усилителя, выход второго усилителя соединен с cигнaльны ш входами первого и второго ключей, один вывод обмотки двигателя соединен с выходом первого ключа и сигнальным входом четвертого ключа, другой вод обмотки двигателя соединен с вы-ч ходом второго ключа и сигнальным вхо- дом третьего ключа, выходы третьего и четвертого ключей заземлены, управ- ля eNfcrii вход пятого ключа соединен с выходом первого ждущего мультивибратора, выход пятого ключа соединен с вторым входом третьего компаратора, сигнальным входом седьмого ключа и незаземленным выводом первого конденсатора, второй вывод первого конденсатора заземлен, вход второго ждущего

8

мультивибратора соединен с выходом третьего компаратора, выход второго ждущего мультивибратора соединен с ;уиравляющим входом шестого ключа, выход шестого ключа заземлен, вход третьего ждущего мультивибратора соединен с выходом четвертого компаратора, выход третьего ждущего мультивибратора соединен с управляющим входом седьмого ключа, выход седьмого ключа заземлен, вал двигателя соединен с приводом перемещения предметного стола, при этом схема задания начального режима состоит из резистора и второго конденсатора, каждый из которых соединен одним выводом с выходом схемы задания начального режима, второй вывод второго конденсатора заземлен, второй вывод резистора соединен с источником положительного напряжения, при этом выход исследуемого образца соединен с входом схемы.

электронной

Изобретение относится к устройствам автоматической фокусиройки растрового оптического микроскопа. Устройство позволяет автоматически обеспечить точную фокусировку сканирующего оптического луча растрового оптического (или лазерного сканирующего) микроскопа на поверхности исследуемого полупроводникового образца. Электрический сигнал, наведенный в образце 3 под действием сканирующего оптического луча от источника 1 сканирующего луча, прошедшего через объектив 2, усиливается усилителем 4. Максимальное значение частоты это- го сигнала соответствует достижению