Способ исследования рельефных и фазовых объектов и лазерный сканирующий микроскоп для его осуществления

(51)5 6 01 В 21/О ЕНИ У иве сит ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ПИСАНИЕ ИЗОБ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛ(71) Киевский государственный ун р ет им. Т.Г.Шевченко(54) СПОСОБ ИССНЫХ И ФАЗОВЪНОМ СКАНИРУЮУСТРОЙСТВО ДНИЯ(57) Изобретение относится к оптике, в частности к исследованию рельефных и фазовых объектов в лазерном сканирующем микроскопе, и может быть использовано в электронной и оптической технологии, медицине, биологии и т.д. Способ заключается в формировании изображения путем его ЛЕДОВАНИЯ РЕЛЬЕФ- Х ОБЪЕКТОВ В ЛАЗЕР-. ЩЕМ МИКРОСКОПЕ И ЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕсинхронного сканирования двумя световыми лучами, разнесенными в пространстве на диаметр пятна и сдвинутых по частоте с различными значениями сдвига, Отраженные пучки направляют на фотоприемник и получают сигналсвязанный с разностью фаз обоих пучков. Этим сигналом моделируется соответствующая точка изображения сканирующего объекта. Лазерный сканирующий микроскоп содержит источник 1 лазерного излучения, акустооптическую ячейку 2, устройство 3 развертки луча, светоделитель 4, обьект 6; два генератора 7 и 8 электрических сигналов, смеситель 9, фазовый дектор 11, Акустооптическая ячейка 2 расщепляет лазерный луч на два луча, сдвинутых по частоте на два разных значения сдвига. Эти лучи разделяются также и по направлению, После отражения от объекта 6 оба луча попадают йа фотоприемник, а сигнал с фотоприемника - на фазовый детектор. Благодаря большому значению сдвига по частоте возможно увеличить скорость сканирования и уменьшить время получения изображения. 2 с.п. ф-лы, 1 ил.Изобретение относится к оптике, в частности к исследованию рельефных и фазовых объектов в лазерном сканирующеммикроскопе, и может быть использовано вэлектронной и оптической технологии, медицине, биологии, геологии и т,д.Цель изобретения - уменьшение времени получения изображения.На чертеже приведена схема лазерногосканирующего микроскопа для исследования рельефных и фазовых объектов.Устройство содержит источник 1 лазерного излучения, последовательно расположенные по ходу лазерного пучкаакустооптическую. ячейку 2, устройство 3развертки луча, светоделитель 4, линзу 5 иобъект 6, а также генераторы 7 и 8 электрических сигнаЛов, выходы которых соединены как с акустооптической ячейкой 2, так ис входом смесителя 9, расположенный походу отраженного от объекта луча фотоприемник 10, фазовый детектор 11, один входкоторого соединен с выходом смесителя 9,второй - с выходом фотоприемника 10, а еговыход - с входом видеоконтрольного устройства 12.Акустооптическая ячейка 2 выполнена ввиде звукопровода, снабженного пьезопреобразователем, который подключен к генераторам 7 и 8 высокочастотныхэлектрических сигналов, Ячейка работает врежиме дифракции Брэгга, обеспечивая отклонение светового луча на угол, пропорциональный частоте электрического сигнала.Устройство развертки луча состоит изпоследовательно расположенных телескопической оптической системы 13, расширяющей световой пучок, двухакустооптических дефлекторов 14 и 15, выполненных аналогично выше указанной акустооптической ячейке 2 и расположенных вовзаимно ортогональных плоскостях, и цилиндрической линзы 16, компенсирующейрасходимость светового пучка, возникающую при быстрой строчной развертке, приэтом акустооптические дефлекторы 14 и 15подключены к блоку 17 управления, котооый поедставляет собой два генератора вывысокочастотных электрических сигналов,управляемых. от телевизионного генераторастрочной и кадровой разверток,Устройство работает следующим образом.Световой пучок от источника 1 лазерного излучения проходит через акустооптическуюячейку 2 и отклоняется на угол, пропорциональный частоте ультразвуковой волны,возбужденной в ячейке 2, Поскольку в этойячейке возбуждаются две волны с частотами, определяемыми генераторами 7 и 8, на%Однако, используя формулу (2), получаемдВ=дВК =В, - = --45 й Чг Кгде М - число элементов разложения построкам. Отсюда разность частот генераторов 7 и 8 определяется следующим образом:д 1 = 1 г - б 1 = -- Л 1 с,Ч 1 К(3)50Пара пятен движется по объекту синхронно по закону строчной и кадровой разверток. Отраженный от поверхностиобъекта свет, пройдя через объективи свезтоделитель 4, регистрируют фотоприемником 10. Частота выходного сигналафотоприемника 10, возникающего при оптическом смешении отраженных пучков,равна разности частот фг - т 1). При отражении от рельефного или при прохождении 10 15 20 25 30 35 выходе ячейки 2 формируются два световых пучка, угол между которыми определяют из условия Брэгга;дв= ич, ) д, (1) где Л - длина волны света;Ч 1 - скорость звука в ячейке 2;д Г = (1 г - 11) - разность частот генераторов 7 и 8. Одновременно происходит сдвиг частоты света в пучках соответственно на 11 и тг. После прохождения этих световых пучков через телескопическую систему 13 угол между пучками уменьшается в соответствии с коэффициентом увеличения телескопа к:д В = д В/к. Далее пучки последовательно проходят через акустооптические дефлекторы 14 и 15 и отклоняются в соответствии с законами строчной и кадровой разверток во взаимно ортогональных плоскостях на углы:ЛВ =(Л/Чг) Л, (2) ЛВ= иЧг) Л.где Чг - скорость звука в дефлекторах 14 и 15; Л 1 с, Ь 1 - девиации частот высокочастотных генераторов строчной и кадровой разверток, входящих в состав блока 17 управления, и приобретают сдвиг частоты (с+ к+ т 1) и (с+ тк+ тг) соответственно. При прохождении дефлектора, отклоняющего световой пучок по строкам, возникает дополнительная расходимость в одной плоскости, которую компенсируют цилиндрической линзой 16. После прохождения через светоделитель 4 пучки фокусируются объективом на объект 6 в два пятна, центры которых разнесены в пространстве на расстояние, равное их диаметру. Это расстояние определяет разность частот генераторов 7 и 8, которую определяют из формулы (1):1734066 Способ исследования рельефных и фазовых объектов в лазерном сканирующем микроскопе, заключающийся в том, что изображение объекта формируют путем сравнения фаз световых пучков, отраженных от поверхности объекта в двух точках, разнесенных на диаметр светового пятна, преобразования этой разности фаз в электрический сигнал с фазовой демодуляцией и модуляции электрическим сигналом соответствующей точки изображения, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью умень 40 50 Составитель К.МеньшиковТехред М.Моргентал Корректор Э.Лончакова Редактор Э.Слиган Заказ 1669 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 ности по расстоянию составляет д и = 0,4 см при и = 1 и по показателю преломления д и = 0,4 при й = 1 см, таким образом при значениях и и и, которые меньше приведенных, изменение фазы фиксироваться не будет, что свидетельствует о хорошей помехозащищенности предлагаемого устройства.Применение предлагаемого способа исследования рельефных и фазовых объектов в лазерном сканирующем микроскопе позволяет по сравнению с известным увеличить скорость формирования изображения исследуемого объекта. Кроме того, предлагаемое устройство обладает достаточно высокой помехоустойчивостью к различным изменениям, приводящим к сдвигу фаз в каждом из двух световых пучков. При этом разрешающая способность по глубине и изменению показателя преломления соответствует значениям( известных устройств.Формула изобретения шения времени получения изображения, лазерный пучок разделяют надва параксиальных пучка, каждый из которых одновременно сдвигают по частоте с различными значени ями сдвига, синхронно развертывают их поповерхности объекта и оптически смешивают два отраженных от поверхности луча.2. Лазерный сканирующий микроскопдля исследования рельефных и фазовых 10 объектов, содержащий источник лазерногоизлучения, светоделитель, акустооптическую ячейку, генераторы электрических сигналов, устройство развертки луча, объектив, фотоприемник и последовательно соеди ненные смеситель, фазовый детектор и видеоконтрольное устройство, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью уменьшения времени получения изображения, акустооптическая ячейка, устройство развертки луча, 20 светоделитель и объектив последовательноустановлены по ходу лазерного луча, выходы генераторов электрических сигналов подключены к входу акустооптической ячейки и к смесителю, устройство развертки луча 25 содержит блок управления, последовательно расположенные по ходу луча телескопическую оптическую систему, два акустооптических дефлектора, расположенные во взаимно перпендикулярных плоско стях, и цилиндрическую линзу, причем дваакустооптических дефлектора присоединены к блоку управления, а фотоприемник, расположенный вдоль оси отраженного от светоделителя луча, соединен с входом фа зового детектора.