Сканирующий оптический микроскоп Советский патент 1993 года по МПК G02B21/00 

СО

Использование: в оптическом приборостроении, более конкретно в сканирующих оптических микроскопах. Сущность изобретения: в микроскопе система сбора отраженного от исследуемого объекта излучения выполнена в виде эллипсоида с внутренним отражением и установленной за исследуемым объектом кассеты с центральным отверстием и внеосевыми полевыми отверстиями, при этом фотоприемник установлен вблизи второго фокуса эллипсоида. 1 ил. . w fc

Изобретение относится к оптическому приборостороению, более конкретно к сканирующим оптическим микроскопам, и может быть использовано в медицине, биологии, полупроводниковой технике, металлографии.

-Известен лазерный сканирующий микроскоп, содержащий лазерный источник излучения, оптико-механическое сканирующее устройство, проекционную систему, установленный в ее фокусе исследуемый объект, фотоприемник, установленный в отраженном от объекта световом пучке, электронную систему формирования и обработки изображения.

В известном микроскопе с помощью сканирующего устройства и оптической проекционной системы луч лазера перемещается по плоскости объекта, а отраженный от элементов объекта света посредством той же проекционной системы и фокусирующий попадает на фотоприемник.

Недостатком этого микроскопа является сложность оптикомеханического устройства сканирования и трудность изменения параметров развертки растра как по чистоте развертки, так и по величине амплитуды. , Установка точечной диафрагмы в микроскопе для устранения рефлексов от сложной оптики, применяемой в сканирующем устройстве, снижает отношение сигнал/шум, особенно при наблюдении малоконтрастных объектов. Кроме того, известный микро- скоп не может работать в проходящем свете.

Наиболее близким по технической сущности и решаемой задаче является сканирующий оптический микроскоп, содержащий проекционную электронно-лучевую трубку с монокристаллическим экраном, проекционный объектив, исследуемый объект, систему сбора отраженного от объекта излучения, выполненную в виде волоконно-оптического жгута, фотоприемник, электронную систему визуализации изображения (2).

Недостатком прототипа является сложность выбора рабочей зоны исследуемого объекта из-за отсутствия оптического канала наблюдения. Другим недостатком является выполнение системы сбора отраженного излучения в виде волоконно- оптического жгута, имеющего мозаичную структуру, обусловленную технологией изготовления, что значительно уменьшает отношение сигнал/шум.;

Цель изобретения - улучшение качества фотоответного изображения путем повышения отношения сигнал/шум.

Поставленная цель достигается тем. что в растровом оптическом микроскопе, содержащем проекционную электроннолучевую трубку, проекционный объектив, исследуемый объект, систему сбора отраженного от него излучения, фотбприемнйк, электронную систему визуализации изображения, система сбора отраженного от объекта излучения выполнена в виде эллипсоида с внутренним отражением и установленной за исследуемым объектом кассеты с набором диафрагм различного диаметра, по крайней мере одна из которых выполнена с центральным отверстием, и по крайней несколько из которых выполнены с

внеосевым полевыми отверстиями различного диаметра, расположенного на различных расстояниях от оптической оси, при этом фотоприемник расположен вблизи

второго фокуса эллипсоида.

Сравнение заявляемого решения с другими техническими решениями показывает на известность отличительных признаков, касающихся формы выполнения элементов

системы сбора отраженного от объекта излучения. Так, известно выполнение осветительной системы в виде отраженного эллипсоида,

Известна также кассета с набором от5 верстий различных диаметров, работающая таким образом, что оптическая ось устройства всегда совпадает с центром этих отверстий. В предлагаемом микроскопе кассета выполнена с диафрагмированными цент0 ральными и полевым отверстиями. При этом центр осевого отверстия совпадает с оптической осью, а полевые отверстия располо- жены на различных расстояниях от оптической оси.

5 Благодаря сочетанию всех отличительных признаков заявленный микроскоп обладает новым свойством, которое заключается в возможности выбора оптимальных зон диффузно отраженного от объекта света, со0 бираемого на экране фотоприемника,.что позволяет существенно увеличить отношение сигнал/шум и тем самым улучшить качество фотоответного изображения,

На чертеже представлена оптоэлект5 ройная схема сканирующего оптического . микроскопа.

Сканирующий оптический микроскоп содержит сканирующий источник излучения, выполненный в виде проекционной

0 электронно-лучевой трубки (ЭЛТ) 1, например, с монокристаллическим экраном, генератор развертки 2, визуальный и сканирующий каналы. Для работы в оптическим диапазоне микроскоп имеет набор

5 ЭЛТ с оптическим коммутатором, состоящим из двух зеркал 3 и 3 , установленных под углом 90° друг к другу и под углом 45° к входному излучению. Зеркала 3 и 3 выполнены с возможностью совместного поворо0 та вокруг вертикальной оптической оси. Зеркало 3 выполнено с возможностью поворота в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, Визуальный канал микроскопа содержит проекционный объектив 4, в пло5 скости изображения которого установлен исследуемый объект 5, расположенный на снабженном боковой подсветкой 6 предметном столе 7, окуляр 8. Предметный стол 7 выполнен с возможностью перемещения в трех взаимно перпендикулярных направлениях. Сканирующий канал микроскопа содержит проекционный обьектив 4, систему сбора излучения, отраженного от исследуемого объекта 5, состоящую из отраженного элемента, выполненного в виде эллипсоида 9 с внутренним отражением, первый фокус которого совпадает с плоскостью изображения объектива 4,и установленной за исследуемым объектом кассеты 10, выполненной с центральной диафрагмой и внеосевыми полевыми диафрагмами различного диаметра, расположенными на различном расстоянии от оптической оси, фотоприемник 11, установленный вблизи второго фокуса эллипсоида 9, электронную систему визуали- зации 12 изображения с выводом на видеомонитор 13.

Минимальный диаметр входного отверстия эллипсоида 9 равен наружному диаметру тубуса проекционного объектива 4, а большая (а) и малая (в) полуоси эллипсоида 9 связаны соотношением:

(а + Va2-bz 2-3(а - Va2-b2).

При этом удаление первого фокуса f3fli от вершины эллипса определяется из следующей математической зависимости:

Un.l So6-V + fo6-V4-h (S 6+fo6)-V+h..

где Зоб - расстояние от поверхности ЭЛТ до проекционного объектива 4;

V - увеличение проекционного объектива 4;

fo6 - задний фокус проекционного объектива 4;

h - конструктивный параметр, опреде- ляемый расстоянием между задней узловой точкой линзы проекционного объектива 4 и точкой пересечения поверхности эллипсоида с оптической осью проекционного объектива 4.

Коллимирующая система 14, передняя апертура которой совпадает с апертурой проекционного объектива 4. установлена за кассетой 10 и используется для работы в проходящем свете.

Сменный поляризационный узел, служащий для работы в поляризованном свете, состоит из поляризатора 15, установление ; го между зеркалом 3 и проекционным объ- ективом 4, и анализатора 16, установленного между коллимирующей системой 14 и фотоприемником 116.

Сканирующий оптический микроскоп работает следующим образом.

5 0 5

0

5

0

g

0 5

0

g

Совместным поворотом зеркал 3 и 3 вокруг оптической оси проекционного объектива 4 в зависимости от вида исследуемого объекта из набора выбирают ЭЛТ с необходимым спектральным диапазоном излучения.

Поворотом зеркала 3 на угол 90° в плоскости, перпендикулярной плоскости чертежа, вводится канал визуального наблюдения и включается боковая подсветка 6. Перемещением предметного стола 7 вдоль оптической оси и посредством объектива 4 и окуляра 8 осуществляется наводка на резкость исследуемого объекта 5. Затем перемещением предметного стола 7 в горизонтальной плоскости осуществляется набор рабочей зоны исследуемого объекта 5. Поворотом зеркала в исходное положение производят переключение на канал сканирования. Напряжение с генератора развертки 2 подается на ЭЛТ 1 и на видеомонитор 13 электронной системы визуализации 12 изображения Излучение ЭЛТ с помощью зеркал 3 и 3 оптического коммутатора и проекционного объектива 4 проецируется на исследуемый объект 5 с разрешением, определяемым дифракционным уровнем объектива 4. Развертка изображения на ЭЛТ видеомонитора 13 производится синхронно с разверткой светового пучка по исследуемому объекту 5. Для проведения исследований в отраженном свете открывают полевые диафрагмы кассеты 10, закрывая при этом центральную диафрагму,

Диффузно рассеянный световой поток от поверхности исследуемого объекта 5 попадает на внутреннюю зеркальную поверхность эллипсоида 9 и, проходя через внеосевые полевые диафрагмы кассеты 10, собирается в области заднего фокуса эллипсоида 9 на экране фотоприемника 11. преобразуется в электрический сигнал и поступает в систему визуализации 12 изображения с выводом фотоответного изображения на видеомонитор 13.

При этом в ход лучей вводится тот набор полевых диафрагм кассеты 10, при которых достигается оптимальное отношение сигнал/шум.

Для проведения исследований в проходящем свете открывают центральную диафрагму кассеты 10, закрывая при этом полевые диафрагмы, в ход лучей вводится коллимирующая система 14 для заполнения световым потоком экрана фотоприемника 11.

При проведении исследований, например, шлифов в поляризованном свете в ход лучей вводится поляризационный узел, раФормула изобретения

Сканирующий оптический микроскоп, содержащий соединенные оптически проекционную электронно-лучевую трубку, проекционный объектив, предметный столик, систему сбора отраженного от исследуемого объекта излучения, фотоприемник и электрически соединенную с фотоприемником электронную систему визуализации изображения, от л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью улучшения качества фотоответного изображения путем повышения отношения сигнал/шум, система сбора отраженного от исследуемого объекта излучения выполнена в виде установленного под предметным стоботы с которым осуществляется по известному порядку.

ликом эллипсоида с внутренним отражением и установленной за предметным столиком кассеты с набором диафрагм различного диаметра, по крайней мере, одна из которых выполнена с центральным отверстием и по крайней мере несколько из которых выполнены с внеосевыми полевыми отверстиями различного диаметра, расположенными не различных расстояниях от оптической оси, при этом фотоприемник расположен вблизи второго фокуса эллипсоида, а большая а и малая в полуоси эллипсоиде связанысоотношением (а + Va2 - bz 2-3(а - Va2-b2).