Устройство автоматической фокусировки растрового оптического микроскопа

 

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 этого сигнала соответствует достижению

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (51) 4 С 03 В 3/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО HSOEPETEHHRM И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ,/:: . "" -": - ==-.

К АВТОРСКОМ У СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4162340/?4-10 (22) 17.12.86 (46) 30.03.89. Бюл. Р 12 (72) Е.M. Фролов (53) 535. 853. 64 (088. 8) ,(56) Патент СНА Ф 3678835, кл . 95-44, 1972.

Авторское свидетельство СССР

1(- 622031, кл. G 03 В 3/00, 1978. (54) УСТРОЙСТВО АВТОМАТИЧЕСКОЙ ФОКУСИРОВКИ РАСТРОВОГО ОПТИЧЕСКОГО МНКРОСКОПА (57) Изобретение относится к устройствам автоматической фокусировки растрового оптического микроскопа, Устройство поз воля ет 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

1469494 оптимальной фокусировки при данных параметрах сканирования и данной пространственной частоте контролируемого объекта. В канале, состоящем из фильтра 5 верхних частот, детек= тора 6, дифференциатора 7, усилителя

8, выделя ется произ водная продетек— тированного высокочасто тного сигнала

При подаче на схему напряжения питания на Q-выходах обоих D-триггеров,,устанавливается "1", которая поступает на С"входы Э-триггера через элементы 2ИЛИ, в результате чего начинается движение предметного стола с образцом при помощи привода от ре/ версивного двигателя, В случае ухудшения фокусировки выходной сигнал дифференциатора 7 меньше нуля и при этом на выходе усилителя 8 будет отрицательное напряжение, на выходе диодного ограничителя будет нуневое

- напряжение, на D-вход второго D триггера 16 поступит "0". На вход компаратора 9 поступит сигнал больше нуля, а на D-вход первого D-триггера поступит "1", состояние на Q- u Qвыходах D-триггера изменится на про-тивоположное, произойдет, перекоммутация ключей KI-Ê4, изменится направл ение вр аце ния д в и г ат еля и на пр а вл ение движения предметного стола с образцом. Положительный сигнал с выхода усилителя 8, соответствующий улучшеИзобретение относится к устройствам . автоматической фокусировки в растровой оптической (или лазерной сканирующей) микроскопии.

Цель изобретения — повышение точности работы устройства.

На чертеже приведена схема уст ройства.

Устройство содержит источник 1 сканирования луча, объектив 2, исследуемый образец 3, первый усилитель

4, фильтр 5 верхних частот (ФВЧ}, детектор 6, дифференциатор 7, усилитель-инвертор 8, первый компаратор 9, элемент 2И 10 первый элемент 2ИЛИ

11, первый D-триггер 12, диодный orнию фокусировки, через диодный ограничитель поступит на входы сумматора

17 и компаратора 14. Ha g-выходе второго D-триггера появится "0", и выходной сигнал сумматора будет определяться толькО Выходным сигналом диОдно го ограничителя. По достижении оптимальной фокусировки движение прекратич ся. На выходе усилителя 18 сигнал станет нулевым. С второго компаратора 14 на первый ждущий мультивибратор 24 поступит сигнал, приводящий к открыванию пятого ключа 27. Первый конденсатор 34 зарядится до 0,95 от выходного сигнала детектора 6. При повторной расфокусировке произойдет достижение равенства сигналов обоих входов третьего компаратора 25. Шестой ключ 32 будет открыт выходным импульсом вто" рого жцущего мультивибратора 26, что приведет к разряду первого конденсатора 34, по достижении чего выходной сигнал третьего ждущего мультнвибратора 30 откроет седьмой ключ 33, че» р ез ко то рый произ ой де г р аз ряд вто роro конденсатора 36. При разряде второго конденсатора 36 вся система вернется в состояние, еоответствующее начальному моменту работы, т. е. моменту подачи питания, произойдет пов-. торение всего цикла работы, оканчивающееся достижением положения оп тимальной фокусировки. 1 ил. раничитель 13, второй компаратор 14, второй элемент 2ИЛИ 15, второй Dтриггер 16, сумматор 17, второй усилитель 18, четыре ключа 19-22, элемент HE 23, первый ждущий мультивибратор 24, третий компаратор 25, второй ждущий мультивибратор 26, пятый ключ 27, схему 28 задания начального режима, четвертый компаратор 29, третий ждущий мультивибратор 30, привод 31 перемещения предметного стола, шестой 32 и седьмой 33 ключи, первый конденсатор 34, двигатель 35, второй конденсатор 36 и резистор 37.!

Устройство работает спедующии образомом, 1469494

0т источника сканирующего луча через фокусирующий объектив 2 оптический зонд попадает на исследуемый образец 3. В образце под воздействием 5 света возбуждается фотоответный сигнал, частотный спектр которого зависит от точности фокусировки светового зонда на образце. Электрический сигнал усиливается первым усилителем

4 и попадает на ФВЧ 5. Нижняя граничf ная частота ФВЧ f = — где f

3 в верхняя частота на выходе первого усилителя. Ее величина определяется 15 скоростью образования пар носителей под действием света и полосой пропускания первого усилителя. При оптимальной фокусировке верхнее значение частотного спектра будет наибольшим 20 иэ возможных.

В начальный момент (после подачи питания на схему) на второй вход элемента 2И 10 со схемы 28 задания на- 25 чального режима поступит "0" и на вход.D-триггера 12 поступает также

"0", на выходе элемента НЕ 23 присутствует "1, ко торая попадает на синхровход D-триггера 12. Таким образом, 30 на прямом выходе П-триггера 12 и на управляющих входах ключей 19 и 20 присутствует "0", на инверсном выходе

D-триггера 12 и на управляющих входах ключей 21 и 22 — "1". Ключи 19 и 20 35 закрыты, ключи 21 и 22 открыты, через обмотку двигателя 35 течет ток и начинается движение предметного стола с образцом 3, приводящее к улучшению (или ухудшению) фокусировки. 40

В то же время на вход второго элемента 2ИЛИ 15 поступает "1", устанавливая на инверсном входе D-триггера

l6 ".1", которая поступает на вход сумма тора 1 7, у стана вливая на выходе 45 второго усилителя 18 напряжение, об еспечи вающе е р аб о ту дниг а тел я .

При движении в сторону улучшения фокусировки величина сигнала на выхо.5Р де ФВЧ 5 возрастает, на выходе дифференциа тора 7 — положительный сигнал, на выходе усилителя — инвертора

8 — усиленный сигнал отрицательной полярности, на выходе первого компа ратора 9 и элемента 2И 10 — "0", в то время как с инверсного выхода первого D-триггера 12 на вход элемента 2ИЛИ I 1 и вход синхрониз ации г

0-триггера 12 поступает "1", в результате чего состояние D-триггера

12 не изменяется z» движение двигателя и предметного стола продолжается в том же направлении.

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

Положительный сигнал с выхода второго компаратора 14 поступает на вход

D-триггера 16, на инверсном выходе которого появляется "0". Нулевой сигнал поступает.на второй вход сумматора 1 7. 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

l3 также становится равным нулю и движение прекращается .

В случае первоначального движения в сторону ухудшения фокусировки значение выходного сигнала дифференциатора 7 отрицательное. С выхода диодного ограничителя 13 нулевой сигнал поступает на входы сумматора 17 и второго компаратора, на входе второго

I7-триггера 16 сохраняется "0", а на

Ф инверсном выходе второго D-триггера

16 — " I ", т. е. со стоя ние эл ементо в

l3-I8 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 "l", при наличии "1" на синхронизирующем входе D-триггера

12 состояния на его выходах изменяются на противоположные, на его синхронизирующий вход поступает "0" 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, кото9494 6 качестве фотоприемника применен исследуемый образец, электронная схема управления приводом перемещения ис5 следуемого образца относительно объектива включает последовательно сое1 46 рое происходит при достижении оптимальной фокусировки. При этом сигнал на входах ключей 19 и 20 и второго компаратора 14 становится равным "0" и на выходе второго компаратора 14 положительный сигнал сменяется нулевым, с первого ждущего мультивибратора 24 поступает сигнал, открывающий пятый ключ 27, первый конденсатор

34 заряжается до значения 0,95 от напряжения, соответствующего зна,чению выходного сигнала детектотора 6 при оптимальной фокусировке, который попадает на опорный вход третьего компаратора 25, на сиг;нальный вход которого поступает выходной сигнал детектора 6.

В случае повторной расфокусировки выходное напряжение детектора 6 уменьшается при достижении равенства на обоих входах третьего компаратора 25, на выходе которого положительный сигнал заменяется нулевым.

С выхода второго ждущего мультивибратора 26 поступает управляющий импульс на вход шестого ключа 32, который открывается, и через него происходит разряд второго конденсатора

36. При достижении нулевого значения 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 ЗО 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 оптимальной фокусировки.

Формула изобретения

Устройство автоматической фокусировки растрового оптического микро— скопа, включающее объектив, фотоприемник, расположенный в выходном зрачке объектива, и электронную схему управления приводом перемещения исследуемого образца относительно объекти— ва, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности фокусировки и уменьшения габаритов, в

55 диненные первый усилитель, фильтр верхних частот, детектор, .дифференциатор, а также усилитель-инвертор, первый аналоговый компаратор, элемент 2И, первый элемент 2ИЛИ, первый

D-триггер, диодный ограничитель, второй компаратор, второй элемент 2ИПИ, второй D-триггер, сумматор, второй усилитель, первый второй, третий и четвертый ключи, элемент НЕ, первый ждущий мульти вибратор, пя тый ключ, третий комп аратор, второй ждущий мультивибратор, шестой ключ, схему задания исходного режима, четвертый 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, опорный 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 Dтриггера, инверсный выход первого

D-триггера 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 выходом диодного ограничителя и первым входом сумматора, опорный вход второго компаратора заземпен, выход второго компаратора соединен с входом первого ждущего мультивибратора с D-входом второго D-триггера, выход второ1469494

Составитель Л. Без проз ванный

Редактор А. Orap Техред Л.Сердюкова Корректор Л.Патай

Заказ 1359/54 Тираж 412

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r.Óêãîðîä, ул. Гагарина, 101 го элемента 2ИЛИ соединен с входом синхронизации второго D-триггера, инверсный выход второго D-триггера соединен с вторым входом второго элемента 2Щ1И и вторым входом сумматора, выход сумматора соединен с входом второго усилителя, выход второго усилителя соединен с сигнальными входами первого и второго ключей, один вывод обмотки двигателя соединен с выходом первого ключа и сигнальным входом четвертого ключа, другой вывод обмотки двигателя соединен с выходом второго ключа и сигнальным входом третьего ключа, выходы третьего и четвертого ключей заземлены, управляемый 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 мультивибратора соединен с выходом третьего компаратора, выход второго ждущего мультивибратора соединен с ,управляющим 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 начально"

15 го режима состоит из резистора и второго конденсатора, каждый из которых соединен одним выводом с выходом схемы задания начального режйма, второй вывод второго конденсатора заземлен, второй вывод резистора соединен с источником положительного напряжения, при этом выход исследуемого образца соединен с входом электронной схемы.