DE68924460T2

DE68924460T2 - Laserabtastmikroskop und Anwendungsverfahren.

Info

Publication number: DE68924460T2
Application number: DE1989624460
Authority: DE
Inventors: Alfred Hirschle; Derrick Prince Lattibeaudiere; Robert Hubbard Livermore; Alan Painter Stamford; John Taylor; William Edward Wolf
Original assignee: EI Du Pont de Nemours and Co
Current assignee: EIDP Inc
Priority date: 1988-10-11
Filing date: 1989-10-11
Publication date: 1996-06-13
Anticipated expiration: 2009-10-12
Also published as: EP0363931B1; CA2000510A1; EP0363931A2; JPH031117A; EP0363931A3; DE68924460D1; JP2513862B2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

1. Bereich der Erfindung

Diese Erfindung betrifft Laserabtastmikroskopsysteme und insbesondere Laserabtastmikroskopsysteme zur verbesserten Prüfung von Proben, wie zum Beispiel von doppeibrechenden Materialien oder fluoreszierenden Objekten.

2. Beschreibung des Standes der Technik

Mikroskope dienen seit vielen Jahren dazu, feine Einzelheiten und Strukturen in Materialien zu untersuchen. Bei herkömmlichen Mikroskopen wird die Art des Abbildens benutzt, bei der das Objekt als ganzes beleuchtet wird. Das durch das Objekt geleitete oder von diesem reflektierte Licht wird über eine Objektivlinse auf einer zwischenbildebene abgebildet. Diese Zwischenbildebene wird entweder mit einem Okular betrachtet oder mit einer TV-Kamera abgetastet.
Ein Nachteil der herkömmlichen Mikroskopie entsteht durch das streuende Licht von einem Punkt des Objekts, das an der Zwischenbildebene in einem anderen Teil des Bildes ankommt, und verschlechtert dadurch den Kontrast zwischen Teilen des Bildes. In Abtastmikroskopsystemen wird diese Erscheinung minimiert.
Bei der optischen Abtastmikroskopie wird das Objekt Punkt für Funkt erleuchtet, und das hindurchgeleitete, das reflektierte, das streuende Licht oder das ausgesandte Licht werdem nacheinander an jedem Punkt gemessen. Es entsteht ein Bild, indem die Punkt für Punkt erfolgten Helligkeitsmessungen zu einer geeigneten optischen Anzeige kombiniert werden. Mit dem Aufkommen des Lasers verbesserte sich die Funkt-für-Punkt-Auflösung bei der optischen Abtastmikroskopie auf Grund des Vermögens, das monochromatische Licht des Lasers auf einen kleineren Punkt zu fokussieren. Eine ausführlichere Behandlung von Abtastmikroskopsystemen findet sich bei Wilson and Sheppard, "Theory and Practice of Scanning Optical Microscopy", Academy Press, Seiten 3 - 9, 1984. Ein solches Laserabtastmikroskopiesystem ist auch bekannt aus US-A-4,407,008.
Ist das zu betrachtende Material anisotrop, ergibt sich eine Reihe von Komplikationen. Licht, das durch ein anisotropes Material wandert, läuft mit verschiedenen Geschwindigkeiten in verschiedenen Richtungen. Polarisiertes Licht wird ferner beeinträchtigt durch unterschiedliche Fortpflanzungsgeschwindigkeiten des Lichts bei verschiedenen Polarisationswinkeln.
Ein doppelbrechendes Material kann triaxial anisotrop sein. Ferner bricht ein doppelbrechendes Material, das Licht mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten in jeder Axialrichtung durch sich hindurchlaufen läßt, einen Lichtstrahl in zwei verschiedenen Richtungen, so daß zwei Strahlen entstehen. Ein konvergierender Strahl eines polarisierten Lichts, der durch ein doppelbrechendes Material wandert und entweder durch ein herkömmliches oder ein Abtastmikroskop betrachtet wird, ruft Interferenzfigurenerscheinungen hervor, die zu dunklen und hellen "Pinseln" und "Ringen" führen. Jenkins and White behandeln diese Erscheinung in "Fundamentais of Optics", Mcgraw-Hill Book Co., Seiten 576 - 579, 1976.
Diese Schwankungen der Bildhelligkeit machen es dem Mikroskopierer schwerer, kleine Anomalien wie Einschlüsse, Kristallgitterdislozierungen, Korngrenzen, Gitterlücken, Zwischengitteratome usw. zu erkennen. Es können nur diejenigen Bereiche des Bildes, die eine einheitliche Helligkeit aufweisen, mit akzeptablen Ergebnissen untersucht werden. Auf diese Weise ist manchmal nur ein kleiner Teil eines Bildes von Nutzen bei der Untersuchung eines Objekts, was dazu führt, daß das Objekt wiederholt betrachtet werden muß, um einen gegebenen Bereich zu erfassen.
Bei der Herstellung von elektrooptischen Vorrichtungen ist die Kenntnis der Qualität des Trägermaterials wichtig, um bei angemessenen Kosten eine gute "Ausbeute" mit den funktionellen Vorrichtungen zu erzielen. Bei der Herstellung von molekular orientierten Polymeren und anderen doppelbrechenden Materialien ist die Kenntnis der Qualität des Materials ähnlich wichtig.
Ein konfokales Laserabtastmikroskop unterscheidet sich von einem herkömmlichen Mikroskop dadurch, daß es eine Tiefenunterscheidung sowie eine bessere Auflösung schafft.
Die Fluoreszenz-Laserabtastmikroskopie weist viele Vorteile gegenüber der herkömmlichen Fluoreszenzmikroskopie auf. Das Licht kann auf sehr kleine Punkte der Probe konzentriert werden, wodurch kleine Konzentrationen von fluoreszierenden Stoffen erkannt werden können. Weiterhin kann bei der herkömmlichen Fluoreszenzmikroskopie eine defokussierte Fluoreszenz zu einer relativ starken Interferenz mit der Fluoreszenz von der fokussierten Probenschicht führen. Dagegen interferiert eine defokussierte Fluoreszenz in einem konfokalen Laserabtastmikroskop nur sehr eingeshränkt mit der Fluoreszenz einer fokussierten Probenschicht.
In US-A-4,634,880 wird ein konfokales Abbildungssystem offenbart, worin ein Spezialfilter zwischen dem echten Signal und unerwünschten Reflexen ausfiltert und auf diese Weise das Signal- Stör-Verhältnis vermindert.
In US-A-4,284,897 und US-A-4,634,880 wird der Einsatz von Wellenlängenfiltern zur Erkennung einer durch einen Laserstrahl eingebrachten Fluoreszenz offenbart. Die Wellenlängenfilter lassen nur das Fluoreszenzlicht passieren und sperren das Laserlicht ab.
In Applied Optics, Bd. 24, Nr. 5, 5. 691 - 696 werden die elektronischen Baugruppen zur Synchronisierung der Abtastfunktionen und zur Verarbeitung des erkannten Signals für ein Digital-Laserabtastmikroskop beschrieben.
Die Erfindung nach Anspruch 1 löst das Problem, wie das Licht zu verstärken ist, das durch das Material oder die Probe geleitet wird oder von diesem/dieser reflektiert oder ausgeandt wird, um den Kontrast zwischen dem Material oder der Probe und den darin enthaltenen Anomalien oder interessierenden Bereichen zu verstärken.
Das Abtastlasersystem gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine Tiefenunterscheidung in einem Objekt vornehmen und/oder bei der Fluoreszenzmikroskopie eingesetzt werden.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die Erfindung wird besser verständlich durch die nun folgende ausführliche Beschreibung derselben in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen, die einen Teil dieser Anmeldung bilden und in denen:
Figur 1 eine bildliche Darstellung eines Laserabtastmikroskopsystems gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
Figur 2 ein Blockschaltbild des in Figur 1 veranschaulichten System ist;
Figur 3 eine ausführliche Seitenansicht eines modifizierten Mikroskopständers ist, bei dem bestimmte Teile im Schnitt dargestellt sind, wie dieser bei der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
Figur 3A eine Seitenansicht eines im Handel erhältlichen Mikroskops ist, das zwecks seines Einsatzes nach der Darstellung in Figur 3 modifiziert werden kann;
Figur 4 eine auseinandergezogene bildliche Darstellung einer ersten Ausführungsform der Strahlverstärkungsanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
Figur 4A eine Ansicht von oben auf die Strahlverstärkungsanordnung von Figur 4 in vollständig montierter Form ist;
Figur 5 eine auseinandergezogene bildliche Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer Strahlverstärkungsanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
Figur 5A eine Seitenauerschnittsansicht der Strahlverstärkungsanordnung von Figur 5 in vollständig montierter Form ist;
Figur 6 eine Ansicht von oben auf eine dritte Ausführungsform einer Strahlverstärkungsanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
Figur 6A eine Seitenguerschnittsansicht längs der Linie A - A in der Richtung der Pfeile in Figur 6 ist;
Figur 6B eine Seitenquerschnittsansicht einer vierten Ausführungsform einer Strahlverstärkungsanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
Figur 6C eine Seitencuerschnittsansicht einer fünften Ausführungsform einer Strahlverstärkungsanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
Figur 6D eine Seitenquerschnittsansicht einer sechsten Ausführungsform einer Strahlverstärkungsanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
Figur 7 eine bevorzugte Ausführungsform eines Vorverstärkerkreises zur Verwendung in dem System der Figuren 1 und 2 ist;
Figur 8 eine bevorzugte Ausführungsform eines Abtasterkennungskreises zur Verwendung in dem System der Figuren 1 und 2 darstellt;
Figur 9 ein Blockschaltbild des Teilbildes oder des Bildspeichersteuerungsmoduls und der Bedienungstafel von Figur 2 ist;
Figur 10 ein ausführliches Funktionsblockschaltbild des Teilbild- oder Bildspeichersteuerungsmoduls zur Verwendung in dem System der Figuren 1 und 2 ist;
Figur 11 ein ausführliches Funktionsblockschaltbild der Abtaststeuerungslogik oder des Abtastkreises 1 zur Verwendung in dem Modul von Figur 9 ist;
Figur 12 ein ausführliches Funktionsblockschaltbild des Abtastzählers oder des Abtastkreises 2 zur Verwendung in dem Modul von Figur 9 ist;
Figur 13 ein ausführliches Funktionsblockschaltbild des Y- Abtastreferenzgenerators oder des Abtastkreises 3 zur Verwendung in dem Modul von Figur 9 zeigt ;
Figur 14 ein Blockschaltbild des Galvanometersteuerungsmoduls der Figuren 1 und 2 ist;
Figur 15 ein ausführliches Funktionsblockschaltbild des Galvanometersteuerungsmoduls zur Verwendung in dem System der Figuren 1 und 2 ist;
Figur 16 ein Blockschaltbild des Fotovervielfachersteuerungsmoduls der Figuren 1 und 2 ist;
Figur 17 ein ausführliches Funktionsblockschaltbild des Fotovervielfachersteuerungsmoduls zur Verwendung in dem System der Figuren 1 und 2 ist;
Figur 18 ein Blockschaltbild des Bildpunktzählermoduls zur Verwendung in dem System der Figuren 1 und 2 ist;
Figur 19 ein ausführliches Funktionsblockschaltbild des Bildpunktzählermoduls zur Verwendung in dem System der Figuren 1 und 2 ist;
Figur 20 eine schematische Darstellung des Computersystems und des Stufensteuerungssystems der Figuren 1 und 2 ist.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM(EN)

In der gesamten nun folgenden, ausführlichen Beschreibung bezeichnen analoge Ziffern analoge Elemente in allen Figuren der Zeichnungen.
In Figur 1 ist eine bildliche Ansicht eines Laserabtastmikroskopsystems 10 gemäß der vorliegenden Erfindung zu sehen. Das Mikroskopsystem 10 ist auf einen Optiktisch 12 montiert, der dazu dient, Schwingungen zu minimieren und zu dämpfen. Der Tisch 2 kann eine horizontale Verbundmaterialkonstruktion umfassen, die aus einem festen oberen Plattenabschnitt 14 aus Aluminium, einem unteren Plattenabschnitt und einem wabenartigen Zwischenbereich aus Aluminium besteht. Die Konstruktion kann aufluftgefederten Beinen ruhen, um potentielle Schwingungen weiter zu minimieren.
Auf dem oberen Plattenabschnitt 14 des Tisches 12 ist eine erste Lichtquelle 20 befestigt, wie zum Beispiel ein Hehum-Neon- Laser 20. Der Laser des Modells Nummer 3225 H-P von der Hughes Aircraft Corporation, ansässig in Carlsbad, California wurde als zu diesem Zweck befriedigend befunden. Dieser Laser 20 sendet ein linear polarisiertes, im wesentlichen kollimiertes, monochromatisches Licht aus. Die Wellenlänge des Strahls beträgt 632,8 Nanometer, was ein sichtbares Rot mit einem kreisförmigen Querschnitt von etwa 1 Millimeter Durchmesser ist. Mit dem Laser 20 ist eine Strahlverbreiterungs- und Kollimatoranordnung 22 verbunden, um den Durchmesser des Strahls auf etwa 3 Millimeter zu verbreitern und zu kollimieren. Zu diesem Zweck kann ein 3X-Strahlverbreiterer, wie zum Beispiel das Modell Nummer T81-3x von der Newport Corporation, ansässig in Fountain Valley, California, verwendet werden.
Der verbreiterte Strahl 24 wird auf eine aus einer Vielzahl von reflektierenden Spiegelflächen oder Flächen 26 einer Umfangsseite 28 eines drehfähigen Rotors 30 gerichtet. Um den Platzbedarf für das Mikroskopsystem 10 zu verringern, wird in der bevorzugten Ausführungsform der verbreiterte Strahl 24 von dem Laser 20 zuerst von einer reflektierenden Seite eines dichroitischen Strahlteilers 32 um 30 Grad in einer horizontalen Ebene reflektiert, wie zum Beispiel des dichroitischen Strahlteilers des Modells Nummer 4880T-6328R von der CVI Laser Corporation in Albuguerque, New Mexico. Der Strahl 24 von dem Teiler 32 wird von einem Spiegel 34 vertikal um 90 Grad nach oben reflektiert, wie zum Beispiel von dem Spiegel des Modells Nummer 01MFG007 von Melles Griot, ansässig in Rochester, New York. Von dem Spiegel 34 wird der Strahl 24 durch eine Bohrung 36 in einer Platte 38, wie zum Beispiel einer festen Brotschneideplatte aus Aluminium von 24 Quadratzoll, und einer Bodenplatte 46 der den Rotor 30 haltenden Anordnung zu einer der reflektierenden Spiegelflächen oder Flächen 26 des Rotors 30 reflektiert. Die Platte 38 wird mit dem Tisch 12 durch vier voneinander beabstandete Stützpfeiler 40 verbunden und auf diesem gehalten.
Der Rotor 30 ist ein Teil einer Galvanometeranordnung 42, wie zum Beispiel einer Galvanometeranordnung Nummer 18875H-23ND-2-100 von der Lincoln Laser Corporation in Phoenix, Arizona. Diese Anordnung 42 umfaßt einen Motor mit einer Welle und den Rotor 30, der drehbar auf der Welle gelagert ist und von dem Motor in Umlauf gesetzt werden kann. Der Motor und der Rotor 30 sind in einem Gehäuse mit zwei Fenstern untergebracht. Durch eines der beiden Fenster kann der Strahl 24 von dem Spiegel 34 zu einer der reflektierenden Spiegelflächen oder Flächen 26 wandern und dann von der reflektierenden Fläche aus dem Gehäuse heraus reflektiert werden. Das zweite Fenster befindet sich im allgemeinen in einer entgegengesetzten Seite des Gehäuses, damit ein weiterer Strahl hindurch und zu einer weiteren reflektierenden Fläche des Rotors 30 wandern und aus dem Gehäuse heraus reflektiert werden kann. Das Gehäuse ist, zum Beispiel mittels Schrauben, an einer Halteanordnung angebracht, bestehend aus einer vertikalen Platte 44, die mit der Bodenplatte 46 verbunden ist. Die vertikale Platte 44 und die Bodenplatte 46 können mittels Eckelementen oder Winkelstücken 48 verbunden werden.
Der Strahl 24 wird von dem Rotor 30 reflektiert, wodurch sich die äußersten Positionen des Strahls in einer vertikalen (x-) Richtung bewegen und sich ein um so längeres Stück in der x-Richtung bewegen, je weiter sie von dem Rotor 30 entfernt sind.
Ein Übertragungslinsensystem, umfassend einer erste bikonvexe Linse 50 und eine zweite bikonvexe Linse 52, dienen dazu, den Strahl auf eine erste flache, reflektierende Seite eines Spiegels 54 zu übertragen. Geeignete Linsen 50 und 52 sind erhältlich von der oben erwähnten Melles-Criot Corporation unter der Teilenummer 01-LDX 115/078. Die erste bikonvexe Linse 50 fokussiert den Strahl 24 zu einem sich in der y-Richtung bewegenden Punkt. Gleich weit von dem fokussierten Punkt in der Mitte seiner Abtastung in der y- Richtung, auf der anderen Seite des Punktes, ist wie die erste Linse 50 die zweite Linse 52 beabstandet, die den Strahl auf einen stationären Punkt auf dem Spiegel 54 richtet, wobei der Einfallswinkel des Strahls schwankt, wenn der Strahl auf den Spiegel 54 auftrifft. Die auf den Linsen 50 und 52 in Figur 1 abgebildeten Kreise veranschaulichen die äußersten x-Positionen des Strahls auf den jeweiligen Linsen.
Der Spiegel 54 ist mit einem Galvanometer oder Galvogerät 56 verbunden, und zusammen bilden diese eine Galvanometer- oder Galvoabtasteranordnung 58. Ein geeignetes Galvanometer 56 ist erhältlich von der General Scanning Corporation mit Büros in Watertown, Massachusetts unter der Teilenummer G120D. Der Spiegel 54 besitzt eine zweite flache, reflektierende Seite parallel zu der ersten reflektierenden Seite, was später behandelt wird. Ein zu diesem Zweck geeigneter Spiegel ist ein doppelseitiger Oberflächenspiegel von 5 Millimetern mal 5 Millimetern mal 1 Millimeter (5 mm x 5 mm x 1 mm) und kann von der in Winchester, Massachusetts ansässigen Spectro-Film Company bezogen werden. Die flachen Seiten sind in vertikalen Ebenen positioniert. Das Galvanometer 56 dreht den Spiegel 54 teilweise vorwärts und rückwärts (d. h. in einer Richtung und dann in der Gegenrichtung) um eine vertikale Achse oder Linie, die durch die Mitte des Spiegels läuft. Die Mitte des Strahls 24 schneidet sich mit der vertikalen Linie und liegt senkrecht zu dieser. Diese vertikale Linie liegt auch senkrecht zu der Achse des Rotors 30. Das Galvanometer 56 wirkt auf Grund von elektrischen Steuerungssignalen von einem Galvanometer oder Galvosteuerungsmodul 116 über ein Kabel 118 mit zwei Leitungen.
Die Hin- und Herbewegung des Galvanometers 56 bewirkt, daß der Spiegel den Strahl in einer horizontalen (y)-Richtung in einem Winkel reflektiert, so daß sich der Strahl, wenn er mit der von dem Rotor 30 erzeugten Bewegung in der x-Richtung kombiniert wird, in einer rasterartigen Abtastung oder einer Abtastbewegung bewegt. Die äußersten Positionen des Strahls bewegen sich jetzt ein um so längeres Stück in der x- und der y-Richtung, je weiter sie von dem Spiegel 54 entfernt sind. Auf diese Weise wird die Größe der Rasterfigur um so größer, je größer der Abstand von dem Spiegel 54 wird.
Eine zweite Übertragungslinsenanordnung, umfassend eine dritte, eine vierte und eine fünfte bikonvexe Linse 60 bzw. 62 bzw. 64, übertragen den Strahl auf einen flachen Spiegel oder Strahlteiler 66. Die dritte Linse 60 und die vierte Linse 62 dienen dazu, die Rasterabtastfigur zu einem Punkt zu konvergieren. Die Newport Corporation, ansässig in Fountain Valley, California, vertreibt eine bikonvexe Linse mit einer Brennweite von 63 mm unter der Teilenummer KBX-145AR14, die sich zur Verwendung als dritte und als vierte Linse 60 und 62 eignet. Die fünfte Linse 64, wie zum Beispiel die Teilenummer KBX-163AR.14 mit einer Brennweite von 176 mm von der Newport Corporation, kollimiert den Strahl wieder, nachdem er durch die dritte und die vierte Linse 60 und 62 auf den Punkt fokussiert wurde. Die fünfte Linse 64 konvergiert ebenfalls die Rasterfigur auf einen stationären Punkt auf einer Planapochromatlinse 68, wobei der Einfallswinkel des Strahls 24 an dem Punkt in seiner Richtung gemäß der Rasterfigur schwankt. Zwischen der fünften Linse 64 und dem Punkt dient der Spiegel oder Strahlteiler wahlweise dem Sparen von Raum und der Beguemlichkeit und ist so angeordnet, daß er den Strahl im allgemeinen wieder nach unten auf die Linse 68 richtet.
Die Linse 68 kann eine Objektivlinse eines Standard-Mikroskops sein, wie zum Beispiel eine Linsennummer 519692-6.3x.2NA oder Linsennummer 519509-40X.75 NA von E. Leitz Incorporated in Rockleigh, New Jersey. Die Linse 68 konvergiert den Strahl auf eine Größe, die abhängt von dem Vergrößerungsfaktor oder der numerischen Apertur (NA) der speziellen Linse 68, die zur Verwendung gewählt wurde.
Nachdem der Strahl durch die Linse 68 wanderte, kommt er in Berührung mit einem zu analysierenden Objekt oder Material 70. Das Mikroskopsystem 10 eignet sich besonders zur Analyse eines doppelbrechenden, teilweise transparenten Materials oder Objekts, wie zum Beispiel einer Folie aus orientiertem Polymer oder eines kristallinen Materials, wie zum Beispiel eines Halbleiterplättchens aus Lithiumniobat, Kaliumtitanylphosphat (KTP), Banumtitanat oder Wismut-Siliciumoxid (BSO).
Das Objekt 70 ruht über einem Loch in einer beweglichen Platte 72 einer Abtasttischanordnung 74. Die Anordnung 74 umfaßt die Platte 72, eine erste lineare Positionierungsanordnung 76 mit einem Motor, der auf einen Positionierungssensor zum Bewegen der Platte 72 in einer ersten (z. B. x-) Richtung reagiert, eine ähnliche zweite lineare Positionierungsanordnung 78 zum Bewegen der Platte 72 in einer zweiten (z. B. Y-) Richtung senkrecht zu der ersten Richtung, einen Abtasttisch-Handtastatur und Anzeigeeinheit 80 und ein Stufensteuerungsmodul 82, das durch Kabel oder elektrische Leitungen 84 mit den Positionierungsanordnungen 76, 78, der Tastatur- und Anzeigeeinheit 80 und einem Computersystem 86 verbundenist. Eine veranschaulichende Abtaststufenanordnung 74 ist erhältlich von E. Leitz, Incorporated in Rockleigh, New Jersey, unter der Teilenummer M672070 S-2000.
Jeder Teil des Strahls von dem Objekt, der zum Beispiel in dem Verfahren gebrochen wird, streut und/oder reflektiert wird, wandert durch eine Strahlverstärkungsanordnung 88. Die Anordnung 88 ist so auf einer Fotodetektoranordnung 90 angebracht, daß die Lichtstrahlung, die durch die Strahlverstärkungsanordnung 88 wandert, von einer Fotovervielfacherröhre (PMT) in einem zylindrischen Gehäuse erkannt wird. Die Röhre und das Gehäuse bilden die Fotodetektoranordnung 90. Eine akzeptable Fotodetektoranordnung 90 zur Verwendung bei der vorliegenden Erfindung ist erhältlich von Burle Industries (früher RCA), ansässig in Lancaster, Pennsylvania unter der Teilenummer 8645R.
Die Fotovervielfacherröhre (PMT) wandelt das abgefühlte Licht um in elektrische Signale, die repräsentativ sind für das abgefühlte Licht, und sendet die Signale durch eine Leitung 91, wie zum Beispiel durch ein koaxial abgeschirmtes Kabel, zu einem Vorverstärkungsmodul 94, einem Fotovervielfachersteuerungsmodul 96 und dann durch eine Leitung 93, wie zum Beispiel durch ein koaxial abgeschirmtes Kabel, zu dem Computer 86.
Eine zweite Lichtquelle 98 wird auf der Platte 38 durch Halterungen 102 auf einet Bodenplatte 104 gehalten. Es kann eine ähnliche Befestigungsanordnung benutzt werden, um die erste Lichtquelle 20 an dem Tisch 12 zu befestigen. Die zweite Lichtquelle 98 kann ein Helium-Neon-Laser sein, wie zum Beispiel das Modell Nummer 3221 H-P von der Hughes Aircraft Corporation. Ein solcher Laser 98 sendet einen im wesentlichen kollimierten Lichtstrahl 100 von einem Millimeter Durchmesser aus. Die Quelle 98 ist so positioniert, daß sie den Strahl im wesentlichen parallel zu einer oberen Fläche der Platte 38 durch einen Strahlteiler 106 lenkt, wie zum Beispiel durch einen würfelförmigen Strahlteiler 03-BSC-009 von der oben erwähnten Melles Griot. Ein erster Teil 108 des Strahls 100 wandert im wesentlichen gerade durch den Teiler 106 und eine erste Strahlsperre 107 mit einer einstellbaren Irisblende, um den Weg von streuendem Licht auf einen flachen Spiegel 109 abzuschirmen, der den Strahlabschnitt 108 wieder auf die zweite reflektierende Seite des Spiegeis 54 zu lenken. Der von dem Galvanometer 56 betätigte tigte Spiegel 54 bewirkt, daß sich der Strahlteil 108 in einer horizontalen Ebene rasterartig abtastend bewegt.
Dann wandert der Strahlteil 108 durch eine sechste bikonvexe Linse 110, die der ersten Linse 50 gleicht und den Strahlteil 108 auf einen Punkt richtet. Der sich in der horizontalen Ebene bewegende Punkt wird auf einen Lichtstrahlungspositionssensor 112 gerichtet, wie zum Beispiel auf den Positionssensor PS-100-500 von Quantrad in El Segundo, California.
Die Bewegung des Strahlteils 108 auf dem Sensor 112 erfolgt analog zu der Bewegung des Strahls 24 in einer Richtung auf dem Objekt 70. Der Sensor 112 wandelt das abgefühlte Licht in elektrische Signale um, die repräsentativ sind für die Position der Lichtstrahlung auf dem Sensor 112 und liefert diese Signale durch ein Kabel 114 mit 3 Leitungen zu einem Galvanometersteuerungsmodul 116.
Der zweite Laser 98, die Strahlsperre 107, der Spiegel 109, das Galvanometer oder Galvogerät 56, die zweite Seite des Spiegels 54, die sechste Linse 110, der Sensor 112 und das Galvanometersteuerungsmodul 116 dienen als ein optisch gekoppeltes Servosystem.
Ein zweiter Teil 120 des Strahls 100 wird von dem Teiler 106 von dem ersten Teil 108 abgetrennt. Der zweite Strahlteil 120 wandert so wie durch die erste Strahlsperre 107 durch eine zweite Strahlsperre 122 zu einem Strahlsteuerungsgerät, wie zu dem von der oben erwähnten Newport Corporation unter dem Modell Nummer 675 vertriebenen, zu einem flachen Spiegel 124 und durch das zweite Fenster in dem Gehäuse der Galvanometeranordnung 42 auf eine weitere von den reflektierenden Flächen des Rotors 30. Der Rotor 30 reflektiert den zweiten Strahlteil 120 aus dem zweiten Fenster heraus und bewirkt, daß sich der zweite Strahlteil 120 in einer vertikalen (x-) Richtung bewegt. Dann wandert der zweite Strahlteil 120 durch eine siebente bikonvexe Linse 126 zu einem zweiten Strahlteiler 128, der einen dritten Strahlteil 130 abtrennt und diesen zu einem Zweifachfotodetektor oder Sensor 132 leitet, wie zum Beispiel zu einem geteilten Fotodetektor BiCell SD-113-24-21-021 von der Silicon Detector Corporation, ansässig in Newbury Park, California. Der Sensor 132 liefert elektrische Signale, die den Durchlauf des Strahls durch einen ersten Abschnitt und dann durch einen zweiten Abschnitt des Sensors 132 anzeigen. Diese Signale werden über eine Leitung 134 zu einem Abtastnachweiskreis 136 geleitet. Der Abtastnachweiskreis 136 liefert elektrische Signale über eine Leitung 138 an das Computersystem 86 und zu einem Teilbild- oder Bildspeichersteuerungsmodul 140.
Ein vierter Strahlteil 142 wandert im wesentlichen gerade durch den zweiten Strahlteiler 128 zu einem Ronchi-Gitter 144, das zum Beispiel 50 Linien pro Zoll aufweist. Wenn sich der vierte Strahlteil 142 durch das Ronchi-Gitter 144 bewegt, moduliert er den vierten Abtaststrahlabschnitt 142, indem er die Lichtstrahlung abschirmt und sie dann in einem sich wiederholenden Muster aus Aus schaltung und dann Einschaltung hindurchlaufen läßt. Dann wandert der modulierte vierte Strahlteil 142 durch eine achte bikonvexe Linse 146 zu einem Bildpunktzähler-Lichtsensor 148. Dieser Sensor 148 erzeugt ein elektrisches Signal, das proportional der Intensität des nachgewiesenen Lichts ist. Es kann jeder beliebige Sensor verwendet werden, der diesem Zweck dient, es wurde jedoch festgestellt, daß der Siliciumfotodetektor SD-172-12-22-221 von der oben erwähnten Silicon Detector Corporation befriedigend arbeitet. Ein Kabel 150 überträgt Informationen von dem Sensor 148 zu einem Vorverstärkerkreis 152, einem Bildpunktzählermodul 154 und dann zu dem Teilbildspeichersteuerungsmodul 140.
Bei einem Start des umlaufenden Detektors 174, wie zum Beispiel des Fotosensors Modell Nur. 5351G von der Skan-A-Matic Corporation mit Sitz in Elbridge, New York, wird das Vorhandensein eines Schwärzungsschleiers an dem Rotor 30 erkannt und ein Signal ausgesandt, das den Vorbeilauf des Schleiers an dem Detektor 174 durch ein Kabel 176 zu dem Teilraster-Speichersteuerungsmodul 140 anzeigt.
Es kann eine dritte Lichtquelle 156 vorgesehen werden, die anstelle der ersten Lichtquelle 20 benutzt wird. Die dritte Lichtquelle 156 sollte eine Lichtstrahlung ähnlich der der ersten Quelle 20 liefern und abstirnmbar sein auf mehrere unterschiedliche Wellenlängen. Eine solche Quelle ist ein Argion-lonenlaser des Modells 65 von der Lexel Corporation, ansässig in Freemont, California. Eine Wellenlänge, die dieser spezielle Laser aussendet, beträgt 488 Nanometer, die sichtbar blau ist. Die dritte Quelle 156 kann auf dem Tisch 12 positioniert werden, um einen Strahl 158 zu einem flachen Spiegel 160 zu lenken, der den Strahl 158 so reflektiert, daß er durch den Strahlteiler 32 wandert und den Strahl 24 von der ersten Lichtquelle 20 ersetzt.
In das Mikroskopsystem 10 kann wahlweise eine konfokale Anordnung einbezogen werden. Eine konfokale Anordnung in dem Laserabtastmikroskop 10 ermöglicht es, Lichtstrahlung in mehreren Fokusschichten in einer Probe zu erkennen, die für das erkannte Licht repräsentativen Signale zu speichern und die Signale in dreidimensionalen Bildern zu rekonstruieren.
Die konfokale Anordnung kann einen Strahlteiler 162 aufweisen, der in dem Weg des Strahls 24 zwischen der Bodenplatte 46 und der Galvanometeranordnung 42 positioniert ist; eine Mikroskopobjektivlinse 164 wie die Linse 68; eine Lochblendenöffnung 166 und einen Lichtstrahlungssensor 168, wie zum Beispiel einen Fotovervielfacher 8850 von der oben erwähnten Burle Industries, der über eine Leitung 170 an einen Computer angeschlossen ist. Der Strahl 24 von der ersten Lichtquelle 20 wandert durch den Strahlteiler 162 zu dem Rotor und schließlich zu der Linse 68, wie oben beschrieben. Ein Teil des Strahls 24 wird von dem Objekt ausgesandt und läuft auf seinem Wege zurück in der Gegenrichtung durch die Linse 68, weg von dem Spiegel oder Strahlteiler 66, durch die Linsen 64, 62 und 60, weg von dem Spiegel 54, durch die Linsen 52 und 60, weg von dem Rotor und zu dem Strahlteiler 162, der einen Teil des reflektierten Strahls durch die Linse 164 und die Lochblendenöffnung 166 zu dem Sensor 168 reflektiert. Der Sensor 168 erzeugt ein elektrisches Signal, das eine Funktion der Reflexionsfähigkeit des Objekts 70 ist. Dieses Signal wird verstärkt durch ein Vorverstärkungsmodul 94' (nicht dargestellt) und kontrolliert durch ein Fotovervielfachersteuerungsmodul 96' (nicht dargestellt), bevor es von dem Computersystem 86 aufgenommen wird. Diese Module 94' und 96' können identisch mit den Modulen 94 bzw. 96 sein.
Die längeneinstellbaren Halterungen 172 können die oben genannten Teile, d.h. die Linse, die Strahlteiler, die Spiegel, die Lochblendenöffnung, das Ronchi-Gitter und die Sensoren, auf den Halteplatten positionieren. Die oben erwähnte Newport Corporation liefert Halterungen VPH-3 oder VPH4, die sich zu diesem Zweck eignen.
Figur 2 stellt ein vereinfachtes Blockschaltbild des in Figur 1 zu sehenden Laserabtastmikroskopsystems 10 dar, wobei doppelt vorhandene Teile der Übersichtlichkeit halber weggelassen sind. In Figur 2 weist das System 10 ein optisches System 202 (wie oben beschrieben), das Vorverstärkungsmodul 94, das Fotovervielfachersteuerungsmodul 96, das Computersystem 86, das Tischsteuerungsmodul 82, die Abtaststufentastatur und die Anzeigeeinheit 80, die Abtasttischanordnung 74, das Galvosteuerungsmodul 116, den Abtastnachweiskreis 136, den Vorverstärkerkreis 152, das Bildpunktzählermodul 154, das Teilbild-Speichersteuerungsmodul 140 und eine Bedienungstafel 204 auf.
Das optische System 202, insbesondere der Lichtstrahlungssensor 148 in den optischen System 202, ist durch das Kabel 150 mit dem Vorverstärkerkreis 152 verbunden, um Signale zu diesem zu senden und eine Vorspannung von diesem zu empfangen. Der Vorverstärkerkreis 152 ist über die Leitung 151 mit dem Bildpunktzählermodul 154 verbunden, um Signale zu diesem zu senden. Das Bildpunktzählermodul 154 ist über die Leitung 153 mit dem Teilraster-Speichersteuerungsmodul 140 verbunden, um Signale zu diesem zu senden.
Das optische System 202, insbesondere der Doppelfotosensor 132, ist über ein Kabel 137 mit dem Abtasterkennungskreis 136 verbunden, um Signale zu diesem zu senden und eine Vorspannung von diesem zu empfangen. Der Abtasterkennungskreis 136 ist über die Leitung 138 mit dem Teilraster-Speichersteuerungsmodul 140 verbunden, um Signale zu diesem zu senden.
Das optische System 202, insbesondere der Positionssensor 112, ist über das Kabel 114 mit dem Galvanometersteuerungsmodul 116 verbunden, um Signale zu diesem zu senden und eine Vorspannung von diesem zu empfangen. Das Galvanometersteuerungsmodul 116 ist über das Kabel 118 mit der Galvanometeranordnung 58 verbunden, um einen Antriebsstrom zu dieser zu senden. Das Galvanometersteuerungsmodul 116 ist auch über eine Leitung 210 mit dem Teilraster-Speichersteuerungsmodul 140 verbunden, um Signale von diesem zu empfangen.
Das optische System 202, insbesondere der Start des umlaufenden Detektors 174, ist über das Kabel 176 mit dem Teilbild- Speichersteuerungsmodul 140 verbunden, um Signale zu diesem zu senden und Strom von diesem zu empfangen.
Das optische System 202, insbesondere die Fotodetektoranordnung 90, ist über die Leitung 91 mit dem Vorverstärkermodul 94 verbunden, um Signale zu diesem zu senden, und das Modul ist seinerseits über die Leitung 95 mit dem Fotovervielfachersteuerungsmodul 96 verbunden, um Signale zu diesem zu senden. Das Fotovervielfachersteuerungsmodul 96 ist über die Leitung 97 mit dem optischen System 202 verbunden, um eine Steuerspannung an dieses zu legen, insbesondere an die Fotodetektoranordnung 90. Das Fotovervielfachersteuerungsmodul 96 ist auch über die Leitung 93 mit dem Computersystem 86 verbunden, um Signale der erkannten Lichtstrahlung oder VIDEO-Signale zu diesem zu senden.
Das Computersystem 86 ist über ein Kabel 84 mit dem Tischsteuerungsmodul 82 verbunden, um mit diesem zu kommunizieren, und und dieses ist seinerseits über Kabel 84 mit der Abtasttischanordordnung 74 und der Abtagttischtastatur und der Anzeigeeinheit 80 verbunden. Das Computersystem 86 ist auch über die Leitungen 216 mit dem Teilbild-Speichersteuerungsmodul 140 verbunden, um Signale von diesem zu empfangen.
Das Teilbild-Speichersteuerungsmodul 140 ist auch über Leitungen mit der Bedienungstafel 204 verbunden, um Signale zu dieser zu senden und Signale von dieser zu empfangen.
In Figur 3 ist eine ausführliche Seitenansicht eines modifizierten Mikroskopständers 300 zu sehen, bei dem bestimmte Teile im Schnitt dargestellt sind und andere Teile der Übersichtlichkeit halber weggelassen sind, wie diese bei der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Der Ständer 300 weist einen unteren Abschnitt 302 auf, der durch einen Zwischenabschnitt 306 mit einem oberen Abschnitt 304 verbunden ist. Die Fotodetektoranordnung 90 ist, teilweise in eine Bohrung 308 eingelassen, in dem unteren Abschnitt 302 befestigt. Der obere Abschnitt 304 weist eine obere Fläche 310 auf. Eine Bahn 312 ist mit der oberen Fläche 310 verbunden, wie zum Beispiel durch eine oder mehrere Schrauben 314. Die Bahn 312 dient dazu, die dritte, die vierte und die fünfte bikonvexe Linse 60, 62 und 64 zu halten.
Es kann jede beliebige Einrichtung benutzt werden, um die Linsen in der Bahn 312 zu halten. Figur 3 zeigt, daß die Linsen 60 und 62 durch Halteringe 318, wie zum Beispiel durch einen C-Ring, in zylindrischen Linsenhaltern 316 gehalten werden. In Figur 3 sind die Linsenhalter 316 durch Stellschrauben 322 mit einer zylindrischen Halterung 320 verbunden. Die Linse 64 wird durch Halteringe oder Haltestücke 323 in einer zylindrischen Halterung 330 gehalten. Die Halterungen 320 und 330 sind durch Schrauben 326 mit Klammern 324 verbunden. Die Klammern 324 sind längs der Bahn 312 positionierbar und mit dieser verbunden. Wird eine der Klammern 324 in der Bahn 312 entlangbewegt, bewegt sich ein Kopf von einer der Schrauben 326, die die Halterung an der Klammer 324 befestigen, in einem Spielraumschlitz 328 in der Bahn 312.
Der Spiegel oder Strahlteiler 66 wird in einer zylindrischen Wand 336 gehalten, die eine Öffnung 338 und einen unteren Flansch 340 aufweist. Die zylindrische Wand 336 umgibt einen Lichtkanal 342. Der Flansch 340 ruht auf einer schwalbenschwanzartigen Befestigungsvorrichtung 344 um den Lichtkanal 342 herum. Ein Lichtkanal 346 in dem oberen Abschnitt 304 verbindet den Lichtkanal 342 mit der Objektivlinse 68 des Planapochromatmikroskops. Die Linse 68 kann eine aus einer Vielzahl von Linsen auf einer drehfähigen Revolveranordnung 348 sein. Ein abstandsringförmiger Block 350 ist um die zylindrische Wand 336 herum und auf dem Flansch 340 eingepaßt. Auf dem Abstandsringblock 350 über dem Spiegel 66 ist ein Gehäuse 352 angeordnet. Schrauben 356 verbinden den Flansch 340, den Abstandsringblock 350 und das Gehäuse 352 miteinander. Die Dicken der Befestigungsvorrichtung 344 und des Blocks 350 und des Flansches 340 werden so gewählt, daß der Spiegel oder Strahlteiler 66 den Strahl 24 von der Linse 64 auffängt und ihn zu der Objektivlinse 68 des Planapochromatmikroskops leitet. Die obere Fläche 310 des Ständers 300 kann verschiedene Höhen aufweisen, um damit die Teile ausrichten zu können. In Figur 3 weist die obere Fläche 310 zum Beispiel einen niedrigeren Abschnitt auf, in dem die Befestigungsvorrichtung 344 teilweise eingelassen ist, und einen höheren Abschnitt, auf dem die Bahn 312 befestigt ist.
Über dem Strahlteiler 66 kann eine zweite Verstärkungsanordnung 88 angeordnet werden, um die von dem Objekt reflektierte Lichtstrahlung aufzunehmen, nachdem die reflektierte Lichtstrahlung durch den Lichtkanal 346, den Lichtkanal 342 und den Strahlteiler 66 gewandert ist. Die bevorzugte Ausführungsform für diese zweite Verstärkungsanordnung 88 ist in Figur 68 veranschaulicht. Eine weitere Fotodetektoranordnung 90' ist angeordnet, um die reflektierte Lichtstrahlung von der zweiten Verstärkungseinrichtung 88 aufzunehmen. Die weitere Fotodetektoranordnung 90' kann identisch mit der Anordnung 90 sein. Ferner wird das Signal von der Anordnung 90 in ähnlicher weise zu einem Vorverstärkungsmodul 94'' (das den Modulen 94 und 94' gleicht) und dann zu dem Computersystem 86 geleitet, zum Beispiel insbesondere zu einem Teilbildpuffer 278.
In Figur 3A ist eine Seitenansicht eines Mikroskops zu sehen, wie es zum Beispiel erhältlich ist von E. Leitz, Incorporated unter der Modellbezeichnung Ergolux, das zur Verwendung gemäß der Darstellung in Figur 3 modifiziert werden kann. Das Mikroskop weist einen unteren Abschnitt 302 mit der Bohrung 308 auf. Eine Lichtquelle (nicht dargestellt) und ein Spiegel 360 sind typischerweise in den unteren Abschnitt 302 eingebaut und so ausgerichtet, daß sie die Lichtstrahlung von der Lichtquelle durch eine in der Bohrung 308 befestigte Linse 358 leiten. Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung können die Lichtquelle, der Spiegel 360 und die Linse 358 herausgenommen werden, und dann wird die Fotodetektoranordnung 90 teilweise in die Bohrung 308 eingelassen befestigt.
Das Mikroskop weist ferner eine Beleuchtungsanordnung 362, eine Filteranordnung 364 und das Gehäuse auf, das auf dem oberen Abschnitt 304 des Ständers 300 angebracht ist. Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung wurden die Beleuchtungsanordnung 362 und die Filteranordnung 364 entfernt, die obere Fläche 310 wurde flach bearbeitet, so daß sie die Bahn 312 aufnimmt, und das Gehäuse 352 wird umpositioniert, wie oben beschrieben.
Das Mikroskop weist ferner eine Tischanordnung 368 und ein oberes Stück und Okular 366 auf, die für die Zwecke der vorliegenden Erfindung abgenommen werden können. Die oben beschriebene, mit mit Computer steuerbare Abtasttischanordnung 74 kann anstelle der typischen Tischanordnung 369 eingesetzt werden.
In den Figuren 4 und 4A ist eine erste Ausführungsform 88' der Strahlverstärkungsanordnung 88 gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Die erste Strahlverstärkungsanordnung 88' umfaßt ein unteres Gehäuse 400 mit einer zylindrischen Öffnung oder einen Lichtkanal 402, damit dieses die Fotodetektoranordnung 90 aufnehmen und drehfähig befestigen kann. Eine Flügeischraube 404 ist vorgesehen, um mit einem Gewinde durch eine Bohrung in dem unteren Gehäuse 400 geführt zu werden, um das Gehäuse 400 an der Anordnung 90 zu befestigen.
Das Gehäuse 400 weist einen Spalt 406 zur Aufnahme einer Lichtstrahlungsabschirmung oder Lagerplatte 408 auf, die linear in dem Spalt 406 gleitfähig ist. Ein Gleitelement 410 verläuft in einer im allgemeinen rechtwinkligen Bohrung 412 in der Lagerplatte 408 und kann durch diese gleiten. Ein Ring oder eine Halterung 414 sind in einem Spalt, zum Beispiel durch Epoxidharz, an ein Ende des Gleitelementes 410 gebunden, das in die zylindrische Öffnung 402 des unteren Gehäuses ragt. Der Ring 414 ist in einer Rinne um einen zylindrischen Filterhalter 416 herum verstellbar, der in dem Ring 414 drehfähig ist. In Nuten in einem Ende des Filterhalters 416 ist ein räumlicher Filter 418 angeordnet. Der Filter 418 wird in dem Halter 416 von einem C-Ring 420 gehalten. Der räumliche Filter 418 weist eine Öffnung auf, die so geformt ist, daß sie im wesentlichen zu einem Bereich mit einheitlichem Intensitätsgrad in einer Interferenzfigur paßt, die entsteht, wenn eine linear polarisierte, im wesentlichen monochromatische Lichtstrahlung durch das Objekt 70 hindurchgeleitet wird. Bei einer bevorzugten Ausführungsform kann der räumliche Filter ein Metallgitternetz mit einer kreuzförmigen oder plusförmigen Öffnung sein. Zur Verwendung eignet sich ein Metallgitternetz 70.1045 von der Rolyn Optics Company in Covina, California.
In einer Rinne in dem Gleitelement 410 ist gleitfähig ein Betätigungsdraht oder Betätigungselement 422 positioniert. Ein erstes Ende des Betätigungsdrahtes 422 ist mit dem Filterhalter 416 verbunden. Ein zweites Ende des Drahtes 422 ist, zum Beispiel mit Epoxidharz, in einer Bohrung eines Gleitstücks 424 gebunden, das ebenfalls gleitfähig in einer Rinne des Gleitelementes positioniert ist. Das erste Ende des Drahtes 422 ist mittels eines Hakens in dem Draht, der in eine Bohrung in dem Filterhalter 416 eingepaßt ist, mit dem Halter verbunden. Die Rinnen in dem Gleitelement 410 und der Draht 422 sind winkelig ausgebildet, so daß das erste Ende des Drahtes 422, wenn das Gleitstück 424 in Richtung zu dem Draht 422 bewegt wird, im allgemeinen so in einer Richtung verschoben wird, daß es von einer Längsachse des Gleitelementes 410 abgewinkelt wird.
An dem Gleitelement 410 sind durch Schrauben 430, die einen Teil des Drahtes 422 und des Gleitstücks 424 bedecken, eine Halteplatte 426 und eine Klammer 428 befestigt. Ein oberes Gehäuse 432 ist durch Schrauben 434 mit dem unteren Gehäuse 400 verbunden. Das obere Gehäuse 432 weist einen zylindrischen Lichtkanal 436 auf, der konzentrisch mit der Öffnung 402 des unteren Gehäuses ist, wenn die Gehäuse miteinander verbunden werden.
In dem Gleitstück 424 wird eine Schraube 438 gehalten durch einen Haltebund 439, der an die Schraube 438 gebunden ist. Die Schraube 438 greift gleitend mit der Klammer 428 zusammen, so daß das Gleitstück 424 und der Draht 422, wenn die Schraube 438 gedreht wird, in der Rinne des Gleitelementes 410 gleiten. Dadurch wiederum wird das Ende des Drahtes 422 bewegt, das mit dem Halter 416 verbunden ist, und der Halter 416 in dem Ring 414 in Drehung versetzt.
In einer Rinne des unteren Gehäuses 400 ruht gleitfähig ein gleitfähiger Halter 440. Durch einen vorgespannten Abstandshalter 444, eine Unterlegscheibe 446 und eine Tragkonsole 448 verläuft eine Schraube 442. Dann greift die Schraube 442 mit einem Haltebund 450 zusammen, der an die Schraube 442 gebunden ist. Dann läuft die Schraube 442 durch den gleitfähigen Halter 440 und wird durch das Gewinde mit der Klammer 428 verbunden. Wird die Schraube 442 gedreht, bewegt sie die Klammer 428, das Gleitelement 410, die Lagerplatte 408 in dem Spalt 406, den Ring 414, den Halter 416 und den Filter 418, alles als eine einzige Konstruktion, in einer ersten linearen Richtung.
Durch einen vorgespannten Abstandshalter 454, eine Unterlegscheibe 456 und eine Endplatte 458, die mit Schrauben 462 an dem unteren Gehäuse 400 befestigt ist, verläuft eine Schraube 452. Dann greift die Schraube mit einem Haltebund 460 zusammen (der an die Schraube 452 gebunden ist). Dann läuft die Schraube durch die Endplatte 458 und ist durch das Gewinde mit dem gleitfähigen Halter 440 verbunden. Auf diese Weise bewegt die Schraube 452, wenn sie gedreht wird, den Halter 440, die Klammer 428 und das Gleitelement 410 durch die Bohrung 412, den Ring 414, die Halterung 416 und den Filter 418, alles in einer einzigen Konstruktion, in einer zweiten linearen Richtung, die senkrecht zu der ersten linearen Richtung liegt.
In einem Ende des Lichtkanals 436 des oberen Gehäuses ist mit einer Flügelschraube 466 ein Polarisationsfilterhalter 464 befestigt. In einem Lichtkanal des Filterhalters 464 wird mit einem C-Ring ein Polarisationsfilter 468 gehalten.
Die erste Strahlverstärkungsanordnung 88', die soeben in den Figuren 4 und 4A beschrieben und veranschaulicht wurde, ist in der Lage, Lichtstrahlen durch die variabel positionierbare, kreuzförmige Öffnung zu leiten und alle weiteren Lichtstrahlen von der Anordnung 90 abzuschirmen. Ferner kann der Filter 418 in zwei senkrechten, linearen Richtungen und in einer Winkelrichtung regulierbar positioniert werden.
Die Anordnung 88' eignet sich besonders, wenn eine Lichtstrahlung von einem doppelbrechenden Objekt und insbesondere von einem doppelbrechenden, teilweise transparenten Objekt erkannt werden soll. Die Kreuzform der Öffnung in dem Filter 418 ermöglicht es, einen großen, einheitlichen Abschnitt einer typischen Lichtinterferenzfigur, die durch das Hindurchleiten von polarisiertem Licht durch ein doppelbrechendes Material hervorgerufen wird, mit der Anordnung 90 zu erkennen. Es wurde festgestellt, daß der Teil der Lichtstrahlung, der durch die kreuzförmige Öffnung wandert, mehr Informationen über Anomalien in bezug auf die Struktur des Objekts enthält, wodurch bemerkenswert klare, von der Anordnung 90 erkennbare Signale entstehen, im Vergleich zu Mikroskopen nach dem Stande der Technik einschließlich von früheren Laserabtastmikroskopsystemen.
In den Figuren 5 und 5A ist eine zweite Ausführungsform 88" der Strahlverstärkungsanordnung 88 gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Diese zweite Strahlverstärkungsanordnung 88" weist eine Längsachse 501 auf und umfaßt von oben nach unten ein Bodenteil 500, eine drehfähige Halterung 502, eine räumliche Filterplatte 504, eine drehfähige Scheibe 506, eine Lagerung 508, einen Filterhalter 510 und einen Polarisationsfilter 512.
Das Bodenteil 500 weist einen zylindrischen Lichtkanal 514 auf, der drehbar an der Fotodetektoranordnung 90 angebracht wird. Mit einer Flügelschraube 516 kann das Bodenteil 500 an der Anordnung 90 befestigt werden. Der Lichtkanal 514 besitzt eine Schulter 518 zur Aufnahme einen unteren Abschnitts 520 der Halterung 502.
Die Halterung 502 ist allgemein als Scheibe ausgebildet und weist einen unteren Abschnitt 520, einen mittleren Abschnitt mit am Umfang angeordneten Greifern 522, eine ringförmige Rinne 524, eine optische Öffnung 526 und einen außermittigen Stift 528 auf, der nach oben ragt, und einen oberen Ringabschnitt 530. Mit einer Flügelschraube 556 wird das Bodenteil an der Halterung 502 befestigt.
Die räumliche Filterplatte 504 weist eine außermittige Bohrung 532 zur Aufnahme des Stiftes 528 auf. Ferner besitzt die Platte 504 eine obere radiale Rinne 536 und eine optische Öffnung 534, die kleiner ist als die optische Öffnung 526 der Halterung, um die optische Öffnung 526 der Halterung oben auszurichten. Die Öffnung 534 der Filterplatte kann von jeder gewünschten Form sein, ist jedoch zum Zwecke der Veranschaulichung kreisförmig dargestellt. Die Filterplatte 504 ist kleiner als die Halterung 502, so daß sich die Filterplatte 504, wenn sich der Stift 528 der Halterung 502 in der Bohrung 532 der Filterpiatte 504 befindet, nicht radial zu der ringförmigen Rinne 524 hin ragt, meist infolge der Umdrehung der Filterplatte um den Stift 528, und die Filterplatte 504 nicht über den Ringabschnitt 530 hinausragt. Eine Stellschraube 523 mit einer Spitze aus Nylon kann dazu dienen, die Reibung zwischen der Halterung 502 und der drehfähigen Scheibe 506 zu erhöhen.
Die drehfähige Scheibe 506 weist am Umfang angeordnete Klemmen und eine optische Öffnung 538 auf, die größer ist als die Öffnung 534 der Filterplatte und die Öffnung 526 der Halterung und über diesen ausgerichtet werden kann. Die Scheibe 506 weist ferner einen außermittigen, nach unten ragenden Stift 540 und eine untere Schulter 542 mit einer nach unten hervorstehenden Ansatz 544 an der Schulter 542 auf. Der Ansatz 544 ist zwar in Figur 5 dargestellt, jedoch wäre der Ansatz 544 in der Perspektive von Figur 5 nicht zu sehen. In Figur 5 ist der Ansatz 544 tatsächlich etwa an der Stelle, die am weitesten von dem Betrachter entfernt ist, mit der Schulter 542 verbunden. Der Stift 540 erstreckt sich in die radiale Rinne 536 der Filterplatte. Der Ansatz 544 ragt in die ringförmige Rinne 524 der Halterung.
Die Halterung 508 weist einen zylindrischen Kanal 554 auf, der koaxial mit dem Kanal 514 im Bodenteil ist, und Ausrichtungsbohrungen 548 zur Aufnahme der Positionierungsstifte 546 an dem Bodenteil 500. Mit Schrauben 550 wird die Lagerung 508 an dem Bodenteil 500 befestigt. Das Bodenteil 500 weist eine Stufe 552 auf, um einen Zwischenraum zwischen der Lagerung 508 und dem Rest des Bodenteils zu schaffen und die Halterung 502, die Platte 504 und die Scheibe 506 drehfähig dazwischen festzuhalten.
Ein Polarisationsfilter 558 in einer Halterung 560 ist mit einer Flügelschraube 562 in dem Kanal 554 der Lagerung befestigt.
Sind die Halterung 502, die Filterplatte 504 und die Scheibe 506 stationär, wird die Passage von Lichtstrahlung durch die Anordnung 88 " von der Öffnung 534 der Filterplatte eingeschränkt, denn sie ist die kleinste von den drei Öffnungen. Ferner sind die räumlichen oder optischen Öffnungen 538, 534 und 526 immer so ausgerichtet, daß sie eine Lichtstrahlung durch die Öffnung 534 der Filterplatte hindurchwandern lassen, ganz gleich, wo sie sich befindet. Die Position der Öffnung 534 der Filterplatte wird verschoben, indem die Anordnung 88 " in bezug auf die Anordnung 90 gedreht wird oder indem eines von der Scheibe 506 oder der Halterung 502 gedreht wird oder beide in bezug auf das Bodenteil 500 gedreht werden.
Wird die Scheibe 506 im Uhrzeigersinn mit Blickrichtung nach unten in den Figuren 5 und 5A gedreht, bis sie aufhört, sich in bezug auf die Halterung 502 zu drehen, liegt die Öffnung 534 der Filterplatte svmmetrisch um die Achse 501 der Anordnung 88" herum, der Ansatz befindet sich an einem ersten Ende der ringförmigen Rinne 524, und der Stift 540 steht nahe an der Achse 501. Von dieser Position aus bewegt sich die Öffnung 534 der Filterplatte, wenn die Scheibe gegen den Uhrzeigersinn mit Blickrichtung nach unten in den Figuren 5 und 5A in bezug auf die Halterung 502 gedreht wird, bogenförmig von der Achse 501 weg, der Ansatz 544 bewegt sich in der ringförmigen Rinne 524 von seiner ersten Stellung weg in Richtung zu seiner zweiten, und der Stift 538 bewegt sich in der ringförmigen Rinne 536 weg von der Achse 501. Die Scheibe 506 hört auf, sich gegen den Uhrzeigersinn in bezug auf die Halterung 502 zu drehen, wenn der Ansatz 544 in Berührung mit dem zweiten Ende der ringförmigen Rinne 524 kommt. Die Scheibe 506 und die Halterung 502 können in jeder beliebigen Position der Öffnung 534 der Filterplatte gemeinsam in dem Bogen bewegt werden, um zu bewirken, daß sich die Öffnung 534 der Filterplatte um die Achse 501 dreht.
Die zweite Strahlverstärkungsanordnung 88", die soeben in den Figuren 5 und 5A beschrieben und veranschaulicht wurde, ist in der Lage zu verhindern, daß eine Lichtstrahlung in die Fotodetektoranordnung 90 eindringt mit Ausnahme von Lichtstrahlen, die durch die optischen Öffnungen 538, 534 und 526 wandern. Wie die Verstärkungsanordnung 88' ist auch die Verstärkungsanordnung 88" besonders geeignet, wenn ein doppelbrechendes Objekt betrachtet wird. Außerdem eignet sich diese Anordnung 88" besonders gut für die Erkennung von Strahlen, die von Fremdkörpern in dem Objekt und von Streuanomalien hervorgerufen werden.
In den Figuren 6 und 6A ist eine dritte Ausführungsform 88'" der Strahlverstärkungsanordnung 88 gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Diese dritte Strahlverstärkungsanordnung 88 '" umfaßt ein Bodenteil 602 mit einem zylindrischen Abschnitt 604 zur Befestigung an der Fotodetektoranordnung 90. Der zylindrische Abschnitt 604 ist verbunden mit einem Halteplattenabschnitt 606, der einen um eine Achse 610 durch diesen führenden kreisförmigen Lichtkanal 608 aufweist, damit eine Lichtstrahlung in die Fotodetektoranordnung 90 wandern kann.
Auf dem Halteplattenabschnitt 606 ist eine Irisblendenanordnung 612 angeordnet, wie zum Beispiel die Anordnung des Modells Nr. 75.0175 von der Rolyn Optics Company. Die Irisblendenanordnung 612 weist einen Rahmen 614 auf, von dem sich ein Verschluß oder eine Irisbiende 616 nach und von der Achse 6i0 erstrecken und eine veränderliche Öffnung mit einem Durchmesser herstellen, der mit einem Bedienungsarm 618 regelbar ist.
Ein zylindrisches Gehäuse 620 mit einem Fenster 622 und offenen Enden ist an einem seiner Enden mit dem Plattenabschnitt 606 verbunden. Ein Muffenhalterung 624 weist zwei Enden auf, einen inneren oberen Vorsprung 626 und einen inneren unteren Vorsprung 628. Eines der Enden der Muffenhalterung 624 steht in Berührung mit dem Plattenabschnitt 606. Die Irisblendenanordnung 612 wird durch und zwischen dem inneren oberen Vorsprung 626 und dem inneren unteren Vorsprung 628 festgehalten. Die Muffenhalterung 624 weist eine Ausnehmung 630 in ihrer Außenfläche und eine Bohrung 632 in der Ausnehmung 630 auf. Die Ausnehmung 630 fluchtet mit dem Fenster 622. Das zylindrische Gehäuse 620 kann mit Schrauben, Epoxidharz oder jedem anderen geeigneten Mittel an dem Bodenteil 602 befestigt werden. Die Muffenhalterung 624 kann mittels Schrauben, Epoxidharz oder jedes anderen geeigneten Mittels an dem Gehäuse 620 befestigt werden.
Durch das Fenster 622, die Ausnehmung 630 und die Bohrung 632 verläuft ein Stab oder Arm 634, so daß ein erstes Ende des Stabes 634 ins Innere der Muffenhalterung 624 hineinragt und ein zweites Ende des Stabes 634 aus dem zylindrischen Gehäuse 620 herausragt. Das erste Ende des Stabes 634 hält eine lichtabschirmende schwarze Scheibe oder ein Element 636, die/das im allgemeinen senkrecht zu der Achse 610 liegt. Die Scheibe 636 kann von einer kreisförmigen Form sein. An dem zweiten Ende des Stabes 634 ist ein Greifer 638 befestigt. Die Muffenhalterung 624 weist einen Stab oder Armträger 640 auf, der sich durch das Fenster 622 und in die Ausnehmung 630 erstreckt und durch Schrauben- und Unterlegscheibenpaare 642 an der Muffenhalterung befestigt ist. Der Stab 634 ist gleitfähig und lichtundurchlässig in einem Kanal in dem Träger 640 gelagert. Die Arme 644 des Trägers 640, die über und unter dem Greifer 638 positioniert sind, verhindern die Drehung des Stabes 634.
Eine erste bikonvexe Linse 646 ist auf dem inneren oberen Vorsprung 626 der Muffenhalterung 624 gelagert. Ein zylindrischer Abstandshalter 648, der aus jedem beliebigen Material bestehen kann, wie zum Beispiel aus Kunststoff, ist im Innen angeordnet und berührt die Muffe 624 an der ersten bikonvexen Linse 646. Eine zweite bikonvexe Linse 650 ruht auf dem Abstandshalter 648. Eine ringförmige Halteplatte 652 ist mit Schrauben 654 an dem oberen Ende der Muffe 624 befestigt, um die Linsen 646, 650 und den Abstandshalter 648 in der Muffe 624 zu sichern.
Die dritte Strahlverstärkungsanordnung 88'", die soeben in den Figuren 6 und 6A beschrieben und veranschaulicht wurde, eignet sich besonders zur Erkennung von LIchtstrahlung, die von dem Objekt 70 gestreut wird. Die Scheibe 636 kann linear innerhalb der Muffe 624 positioniert werden, wenn der Greifer 638 verstellt wird. Die Scheibe 636 kann in einem Winkel innerhalb der Muffe 624 positioniert werden, wenn das Bodenteil 602 in bezug auf die Anordnung 90 gedreht wird. Die Scheibe 636 und die Irisblende 616 als solche können so positioniert werden, daß eine Lichtstrahlung, die nicht von dem Objekt 70 beeinträchtigt wird, abgeschirmt wird und nicht zu der Anordnung 90 wandert. In einem solchen Falle wird eine von dem Objekt gestreute Lichtstrahlung von der Anordnung 90 nachgewiesen. Die Scheibe 635 und die Irisblende 616 können so zueinander positioniert werden, daß eine ringartige oder ringförmige Öffnung gemeinsam von der Scheibe 636 und der Irisblende 616 gebildet wird.
In Figur 68 ist eine vierte Ausführungsform 88'''' der Strahlverstärkungsanordnung 88 gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Diese vierte Strahlverstärkungsanordnung 88'''' umfaßt ein Bodenteil 680 mit einem zylindrischen Abschnitt zur Befestigung an der Fotodetektoranordnung 90'. Der zylindrische Abschnitt ist mit einem ringförmigen Halteplattenabschnitt verbunden.
Ein Ende einer zylindrischen Wand 670 ist mit dem ringförmigen Halteplattenabschnitt des Bodenteils 680 verbunden. In der zylindrischen Wand 670 angrenzend an den ringförmigen Halteplattenabschnitt des Bodenteils ist eine weitere Irisblende oder räumliche Filteranordnung 612 gleich derjenigen in bezug auf die Figuren 6 und 6A beschriebenen untergebracht.
Das andere Ende der zylindrischen Wand 670 weist einen ringförmigen Vorsprung 672 zum Einsetzen in einen eingelassenen Bereich des Gehäuses 352 auf (siehe Figur 3).
Die zylindrische Wand 670 weist einen innere Schulter 674 nahe an ihrem anderen Ende auf, dem Ende mit dem Vorsprung 672. Eine bikonvexe Linse 676 wird von einer Halterung 678, wie zum Beispiel einem C-Ring, gegen die Schulter 674 gedrückt. Die Linse 676 ist so angeordnet, daß sie eine Lichtstrahlung fokussiert, die von dem Objekt 70 durch die veränderliche Öffnung der Irisblendenanordnung 612 auf einen Bereich der Fotovervielfacherröhre 682 der Fotodetektoranordnung 90' reflektiert wird. Wie oben erwähnt, wird das Signal, das repräsentativ ist für eine von dem Objekt reflektierte Lichtstrahlung, zu einem Vorverstärkungsmodul 94" (nicht dargestellt), zu einem Fotodetektorsteuerungsmodul 96" (nicht dargestellt) und dann zu dem Computersystem 86 geleitet, zum Beispiel insbesondere zu dem Teilbildpuffer 278.
Die vierte Bildverstärkungsanordnung 88"" ermöglicht es, eine größere, von dem Objekt 70 reflektierte Lichtstrahlungsmenge nachzuweisen als durch die Verwendung der oben in bezug auf Figur 1 beschriebenen konfokalen Anordnung.
In Figur 6C ist eine fünfte Ausführungsform 88'"" der Strahlverstärkungsanordnung 88 gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Diese fünfte Strahlverstärkungsanordnung 88'"" ist die gleiche wie die vierte Strahlverstärkungsanordnung 88"", wie oben beschrieben, nur daß anstelle einer Irisblendenanordnung ein wellenlängenauswählender Filter zwischen dem Objekt und der Fotovervielfacherröhre eingesetzt wird.
Genauer gesagt, umfaßt die fünfte Strahlverstärkungsanordnung 88 '"" ein Bodenteil 605 mit einem zylindrischen Abschnitt 607 zur Befestigung an der Fotodetektoranordnung 90'. Der zylindrische Abschnitt 606 ist mit einem ringförmigen Abschnitt 609 einer Halteplatte verbunden.
Ein Ende eines rohrförmigen Verbinders oder Gehäuses 611 ist mit dem ringförmigen Abschnitt 609 der Halteplatte des Bodenteils 605 verbunden. In dem rohrförmigen Verbinder 611 ist eine wellenlängenauswählende Filteranordnung 613 zwischen einer bikonvexen Linse 619 und der Fotovervielfacherröhre 682 angeordnet. Die wellenlängenauswählende Filteranordnung kann eine erste Bandfilteranordnung 613 angrenzend an die Fotodetektoranordnung 90', eine zweite Bandfilteranordnung 635 angrenzend an die Linse 619 und/oder eine dichroitische Strahlteileranordnung 633 umfassen.
Ein zweites Ende des rohrförmigen Verbinders 611 weist einen ringförmigen Vorsprung 615 zum Einsetzen in einen eingelassenen Bereich des Gehäuses 352 auf (siehe Figur 3).
Der rohrförmige Verbinder 611 weist nahe an seinem zweiten Ende eine innere Schulter 617 auf. Die bikonvexe Linse 619 wird von einer Halterung 621, wie zum Beispiel einem C-Ring, gegen die Schulter 621 gedrückt. Die Linse 619 ist so positioniert, daß sie eine Lichtstrahlung fokussiert, die von dem Objekt 70 durch den wellenlängenauswählenden Filter 613 zu einem Bereich an der Fotovervielfacherröhre 682 der Fotodetektoranordnung 90' reflektiert wird. Wie oben erwähnt, wird das Signal, das repräsentativ ist für eine von dem Objekt reflektierte Lichtstrahlung, zu seinem Vorverstärkungsmodul 94" (nicht dargestellt) geleitet und dann zu dem Computersystem 86, insbesondere zum Beispiel zu dem Teilbildpuffer 278.
Der rohrförmige Verbinder 611 kann ein drittes Ende aufweisen, das mit einem ringförmigen Trägerplattenabschnitt 623 des Bodenteils 625 verbunden ist. Eine weitere Bandfilteranordnung 627 kann in dem ringförmigen Verbinder 611 angrenzend an den ringförmigen Trägerplattenabschnitt 623 des Bodenteils angeordnet sein. Das Bodenteil 625 weist einen zylindrischen Abschnitt 629 zur Befestigung an einer Fotodetektoranordnung 90" auf sowie eine Fotovervielfacherröhre 631, die elektrisch mit einem Vorverstärkungsmodul 94'" (nicht dargestellt) verbunden ist, dann mit einem Fotodetektorsteuerungsmodul 96'" (nicht dargestellt) und dann mit dem Computersystem 86, insbesondere zum Beispiel mit dem Teilbildpuffer 278.
Die dichroitische Strahlteileranordnung 633 läßt Wellenlängen, die entweder über oder unter einer bestimmten Wellenlänge liegen, durch die dichroitische Strahlteileranordnung 633 und durch die Bandfilteranordnung 613 zu einem Bereich an der Fotovervielfacherröhre 682 der Fotodetektoranordnung 90' wandern, und reflektiert alle anderen Wellenlängen durch die Bandfilteranordnung 627 zu einem Bereich an der Fotovervielfacherröhre 631 der Fotodetektoranordnung 90".
In Figur 6D ist eine sechste Ausführungsform 88""" der Strahlverstärkungsanordnung 88 gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Diese sechste Strahlverstärkungsanordnung 88""" umfaßt ein Bodenteil 641 mit einem zylindrischen Abschnitt 643 zur Befestigung an der Fotodetektoranordnung 90'. Der zylindrische Abschnitt 643 ist mit einem ringförmigen Trägerplattenabschnitt 645 verbunden.
Mit dem ringförmigen Trägerplattenabschnitt 645 ist eine wellenlängenauswählenden Filteranordnung verbunden, wie zum Beispiel eine Bandfilteranordnung 645. Die Bandfilteranordnung 647 umfaßt ein Gehäuse 647, eine um eine Achse drehfähige Scheibe 651, eine Vielzahl von Bandfiltern 653, die in einem gleichen radialen Abstand von der Rotationsachse der Scheibe 651 an der Scheibe befestigt sind, und eine Motoranordnung 655, die von dem Gehäuse 647 gehalten wird, daß sie die Scheibe 651 in dem Gehäuse 647 so in Umlauf versetzt, daß wahlweise einer der Bandfilter 653 in dem von der Fotodetektoranordnung 90' erkannten Lichtstrahlungsweg positioniert wird. Durch jeden der Filter 653 kann ein anderer Bereich von Lichtwellenlängen hindurchwandern, und alle anderen Wellenlängen werden abgeschirmt. Eine geeignete Bandfilteranordnung 647 kann erworben werden von der Oriel Corporation, ansässig in Statford, Connecticut, unter der Modellnummer 77371. Die Motoranordnung 655 kann so mit dem Computersystem 86 verbunden werden, daß eine Bedienungsperson durch Eingabe über eine Tastatur das spezielle Band von Lichtwellenlängen auswählen kann, das mit der Fotodetektoranordnung 90' erkannt werden soll, und dadurch den entsprechenden Filter 653 auswählen und positionieren, der vor der Fotodetektoranordnung 90' positioniert werden soll.
Ein Ende einer zylindrischen Wand 657 ist mit dem Gehäuse 647 verbunden. Das andere Ende der zylindrischen Wand 657 besitzt einen ringförmigen Vorsprung 659 zum Einsetzen in einen eingelassenen Bereich des Gehäuses 352 (siehe Figur 3).
Die zylindrische Wand 657 weist eine innere Schulter 661 an ihrem anderen Ende auf, dem Ende mit dem Vorsprung 659. Durch einen Halter 665, wie zum Beispiel einen C-Ring, wird eine bikon vexe Linse 663 gegen die Schulter 661 gedrückt. Die Linse 663 ist so positioniert, daß sie eine von dem Objekt 70 reflektierte Lichtstrahlung durch den ausgewählten Filter 653 der Filteranordnung 647 zu einem Bereich der Fotovervielfacherröhre 682 der Fotodetektoranordnung 90' reflektiert. Wie oben erwähnt, wird das Signal, das repräsentativ ist für die von dem Objekt reflektierte Lichtstrahlung, zu einem Vorverstärkermodul 94" (nicht dargestellt) geleitet, zu einem Fotoverstärkersteuerungsmodul 96" (nicht dargestellt) und dann zu dem Computersystem 86, insbesondere zum Beispiel zu dem Bildpuffer 278.
Die fünfte und die sechste Strahlverstärkungsanordnung 88'"", 88"""" werden zur Luminiszenzmikroskopie verwendet. Die Aussendung von Lichtstrahlung durch bestimmte Objekte wird "Luminiszenz" genannt. Es gibt verschiedene Arten der Luminiszenz. Erstens ist Fluoreszenz eine Lichtstrahlung, die praktisch gleichzeitig mit der Einbringung einer Erregungsenergie ausgesandt wird und aufhört, sobald die Erregungsstrahlung aufhört. Zweitens ist Phosphoreszenz eine Lichtstrahlung, die ausgesandt wird und noch einige Zeit anhält, nachdem die Erregung weggenommen wurde. Es kann zum Beispiel der Laser 20 oder der Laser 156 gewählt werden, um einen Lichtstrahl 24 auszusenden, der ein Objekt 70 oder Teilchen in einem Objekt anregt, erregt oder veranlaßt, zu fluoreszieren oder eine Lichtstrahlung auszusenden. Die wellenlängenauswählenden Filteranordnungen 613 und 647 werden so gewählt, daß sie alle Lichtstrahlung daran hindern, durch diese zu wandern, einschließlich der Wellenlänge(n) des Laserstrahls 24, und nur die erregten und von dem Objekt ausgesandten Fluoreszenzwellenlängen hindurchlassen, die von der entsprechenden Fotodetektoranordnung erkannt werden sollen. Weiterhin können der Laser 20 und der Laser 156 so gewählt werden, daß sie gleichzeitig Lichtstrahlen aussenden, die ein Objekt 70 oder Teilchen in einem Objekt anregen oder veranlassen, zu fluoreszieren oder verschiedene Lichtwellenlängen auszusenden. Diese verschiedenen Wellenlängen können gleichzeitig oder nacheinander von verschiedenen Fotodetektoranordnungen in der gleichen Verstärkungsanordnung 88 nachgewiesen werden, wie zum Beispiel in der Verstärkungsanordnung 88'"" und/ oder von verschiedenen Fotodetektoranordnungen in verschiedenen Verstärkungsanordnungen 88, die zum Beispiel eine Verstärkungsanordnung 88'"" aufweisen, die zwischen der Fotodetektoranordnung 90' und dem Gehäuse 352 in Figur 3 eingeschaltet ist, und eine zweite Verstärkungsanordnung 88'"", die zwischen der Fotodetektoranordnung 168 und der Strahlsperre 166 in Figur 1 eingeschaltet ist.
Auf diese weise kann das Laserabtastmikroskop 10 der zusätzlichen Funktion dienen, fluoreszierende Moleküle in dem Objekt 70 zu erregen. Wird es zur Fluoreszenzmikroskopie verwendet, vertreten die von der Fotovervielfacherröhre erkannte Lichtstrahlung und das entstandene Bild nur den fluoreszierenden Teil des Objekts. Da von einem speziellen fluoreszierenden Molekül, wie zum Beispiel von einem Fluorophor, nur sehr spezifische Wellenlängen absorbiert oder ausgesandt werden, müssen der Laser und die wellenlängenauswählenden Filter so gewählt werden, daß sie die ausgesandte fluoreszierende Lichtstrahlung erkennen können.
Das Objekt 70 kann von biologischem oder anderem Ursprung sein. Die Fluoreszenz kann zurückzuführen sein auf natürlicherweise in dem Objekt vorhandene Fluorophore, oder das Objekt kann mit fluoreszierenden Molekülen behandelt werden, damit gewünschte Komponenten in der Probe markiert werden können. Bei weiteren Lumineszenzarten, wie zum Beispiel bei Biolumineszenz und bei Chemolumineszenz, ist keine Erregung durch eine Lichtquelle notwendig, damit eine Lichtstrahlung ausgesandt wird.
Das Laserabtastmikroskopsystem 10 in seiner fluoreszierenden Betriebsart kann dazu dienen, fluoreszierend markierte Bakterien, Hefepilze, Schimmelpilze und Sporen von Mikroben zu erkenknen, zu spezifizieren und zu analysieren. Es kann jedes beliebige Verfahren angewandt werden, mit dem Mikroorganismen fluoreszierend markiert werden können, auch Behandlung mit direkten fluoreszierenden Reagenzien, fluoreszierend markierten Antikörpern oder Lektinen zur Untersuchung von Immunofluoreszenz oder Lektinfluoreszenz, oder mit fluoreszierenden Vitalfärbungen als Indikatoren der Lebensfähigkeit. Fluoreszierend markierte Mikororganismen können zur Abtastung auf jede geeignete Fläche gebracht werden.
Zur Erkennung, Spezifizierung und/oder Bestimmung der Lebensfähigkeit können aus Nahrungsmittel- und Getränkeproben, Abstrichtupfern oder klinischen Proben, wie zum Beispiel aus Urin, isolierte Mikroorganismen fluoreszierend markiert werden. Diese Methode kann anstelle von oder zusätzlich zu traditionellen Verfahren einschließlich der Züchtung von Mikroorganismen auf ausgewählten Nährmedien und von anderen physiologischen und biochemischen Verfahren angewandt werden.
Weiterhin soll das hierin verwendete Wort "Anomalien" dazu dienen, fluoreszierende Moleküle, Teilchen oder Materialien von biologischem oder nichtbiologischem Ursprung zu umfassen.
Im folgenden werden zwei Beispiele beschieben. Beispiel 1 soll zeigen, daß das Laserabtastmikroskopsystem 10 in seiner fluoreszierenden Betriebsart zur Erkennung, Spezifizierung und Analyse von Mikroorganismen benutzt werden kann, die direkt mit einem fluoreszierenden Reagens eingefärbt wurden. Beipiel 2 soll zeigen, daß spezifische Mikroorganismen in einer Probe fluoreszierend markiert und dann mit Hilfe des Laserabtastmikroskopsystems 10 gemäß der vorliegenden Erfindung erkannt, spezifiziert und analysiert werden können.

BEISPIEL 1

Eine Aliquote einer Hefepilzkultur, wie zum Beispiel von Candida vini (erhältlich von der American Type Culture Collection (ATCC) unter der ATCC-Nummer 18823, Rockville, Maryland) in Nährbouillon Bacto YM (erhältlich von Difco Laboratories, Detroit, MI), wurde auf einem Filter aus schwarzem Polycarbonat (erhältlich von der Nudepore Corporation, Pleasanton, California) unterdruckgefiltert. Der Filter wurde mit mehreren Millilitern (mls) einer mit Phosphat gepufferten Salzlösung (PBS, PH-Wert 7,0) mit einem Molvolumen (M) von 0,2 gespült. Der Unterdruck wurde weggenommen, und der Filter wurde 15 Minuten lang überschichtet mit einer fluoreszierenden Färbung von Acridinorange (erhältlich von Sigma Chemical, St. Louis, MO) (50 Mikrogramm (µg) pro ml mit Phosphat gepufferter Salzlösung, pH-Wert 7,0). Der Unterdruck wurde wieder aufgebracht, und der Filter wurde nacheinander mit mehreren ml von mit Phosphat gepufferter Salzlösung und von 100 % Isopropanol gespült, um an den Filter gebundene, überschüssige Färbung zu beseitigen, und erneut mit der mit Phosphat gepufferten Salzlösung gespült. Der Filter wurde luftgetrocknet und mit einem Tropfen nichtfluoreszierenden Immersionsöls und einem Deckstreifen oben auf einen Mikroskop-Objektträger aus Glas gelegt.
Die Probe wurde abgetastet mit einem Argonionenlaser 156, der mit 488 Nanometer (nm) Wellenlänge arbeitete. Vor der Fotovervielfacherröhre (PMT) 682 wurde ein Kanten-Absorptionsfilter 613 mit einem scharfen Sperre bei 530 nm, Nummer 51300 von der Oriel Corporation, Stratford, Conn., positioniert, um das reflektierte Laserlicht zu absorbieren und die fluoreszierende Lichtstrahlung hindurchzulassen.
Dieses Beispiel 1 zeigt, daß eine Kultur direkt mit einem fluoreszierenden Reagens eingefärbt werden kann, wie zum Beispiel mit einer Vitalfärbung, die ein Indikator für die Lebensfähigkeit von Zellen sein kann, und daß das direkte Einfärben von Mikroorganismen dazu dienen kann, Mikroorganismen in einer Probe unter Verwendung des Laserabtastmikroskopsystems 10 gemäß der vorliegenden Erfindung nachzuweisen, zu spezifizieren und zu analysieren.

BEISPIEL 2

Bei einer indirekten Immunofluoreszenzprüfung (IFA) wird ein Zielmikroorganismus mit einem primären, unkonjugierten Antikörper markiert, der spezifisch ist für Mikroorganismen, die das Zielflächenantigen enthalten. Mikroorganismen mit gebundenem Antikörper werden unter Verwendung eines sekundären, mit Fluorescinisothiocyanat (FITC) konjugierten Antikörpers fluoreszierend markiert, der den primären Antikörper nachweist. Die markierten Mikrorganismen können auf einer geeigneten Fläche positioniert und mittels des Laserabtastmikroskops abgebildet werden. Wie in Beispiel 1 tastet ein Argonionenlaser 156, der mit 488 nm Wellenlänge arbeitet, die Probe ab. Ein Kanten-Absorptionsfilter 613 mit einer scharfen Sperre bei 530 nm, Nummer 51300 von der Oriel Corporation, vor der Fotoverfacherröhre 682 positioniert, um das reflektierte Laserlicht zu absorbieren und die fluoreszierende Lichtstrahlung hindurchzulassen.
Der Erfolg dieses Verfahrens hängt stark von der Selektivität und wechselweisen Reaktionsfähigkeit der verwendeten Antikörper ab. Primäre und sekundäre Antikörper mit geringer Affinität können verhindern, daß ein ausreichend mit FITC konjugierter Antikörper gebunden wird, damit markierte Mikroorganismen erkannt werden können. Antikörper mit hoher wechselweiser Reaktionsfähigkeit führen zu einer starken Hintergrundfluoreszenz und verringern auf diese Weise die Wahrscheinlichkeit, daß die gewünschten Mikroorganismen selektiv nachgewiesen werden.
Um zu beweisen, daß Mikroorganismen, die durch mit FITC konjugierte Antikörper markiert sind, mit dem Laserabtastmikroskopsystem 10 erkannt werden könnten, wurde eine Probe von Hefezellen direkt mit FITC-Reagens eingefärbt und abgetastet. In ein 15 ml- Zentrifugenrohr wurde eine 10 ml-Probe einer Kultur von Hefepilzen Torulopsis sonorensis (ATCC-Nummer 56511, American Type Culture Collection, Rockville, Maryland) gebracht, die über Nacht in einer Nährbouillon YM (erhältlich von Difco Laboratories> gezüchtet worden war. Die Kultur wurde 10 Minuten lang bei 3000 g zentrifugiert, so daß eine Hefetablette entstand. Das Eluierungsmittel wurde entfernt, und die Tablette wurde wieder in 10 ml eines Carbonat- und Bicarbonatpufferlösung von 0,1 M, PH-Wert 9,2 , aufgeschwemmt. Die Hefepilzprobe wurde 3 mal auf diese Weise gewaschen.
Zwei ml der wieder aufgeschwemmten Hefezellen wurden in ein zweites 15 ml-Zentrifugenrohr gebracht, mit 0,4 ml FITC-Reagenz (10 Milligramm (mg) pro ml der Carbonat- und Bicarbonatpufferlösung von 0,1 M, pH-Wert 9,2, gemischt und 30 Minuten lang im Dunkeln aufbewahrt. Durch 3-maliges Waschen mit 2 ml der Pufferlösung wurde durch Zentrifugieren das überschüssige FITC entfernt. Die mit FITC markierten Hefezellen wurden auf einem Filter aus schwarzem Polycarbonat (erhältlich von der Nudepore Corporation) unterdruckgefiltert und mit 10 ml der Pufferlösung gewaschen. Der Filter wurde luftgetrocknet und mit einem Tropfen nichtfluoreszierenden Immersionsöls und einem Deckstreifen oben auf einen Mikroskop-Objektträger aus Glas gelegt.
Die Probe wurde mit einem Argonionenlaser 156 abgetastet, der mit 488 nm Wellenlänge arbeitete. Ein Kanten-Absorptionsfilter 613 mit einer scharfen Sperre bei 530 nm, Nummer 51300 von der Oriel Corporation, wurde vor dem Fotovervielfacheröhre 682 positioniert, um das reflektierte Laserlicht zu absorbieren und die fluoreszierende Lichtstrahlung hindurchzulassen.
Die mit FITC markierten Hefepilzzellen wurden in dem Laserabtastmikroskopsystem 10 mit Erfolg abgebildet. Da FITC eine übliche lichtaussendende Markierung ist, die in einem Immunofluoreszenzversuch an den Antikörper und in einer Lektinfluoreszenzprüfung an ein Lektin gebunden wird, können spezifische Mikroorganismen in einer Probe nachgewiesen, spezifiziert und analysiert werden, wobei Prüfungen erfolgen, in denen Mikroorganismen mit Antikörpern oder Lektinen markiert werden, die mit Hilfe des Laserabtastmikroskopsystems 10 gemäß der vorliegenden Erfindung bis zu einer lichtaussendenden Markierung konjugiert werden, wie zum Beispiel FITC.
Es kann jede beliebige von den oben beschriebenen Verstärkungsanordnungen 88', 88", 88'", 88""', 88'"" und 88""" in der in Figur 1 dargestellten Position für die Verstärkungsanordnung 88 angeschlossen werden, wobei in diesem Falle die Anordnung 88 eine Lichtstrahlung empfängt, die durch das Objekt 70 hindurchgeleitet und von diesem ausgesandt wurde. Außerdem kann jede beliebige von den oben beschriebenen Verstärkungsanordnungen 88', 88", 88'", 88"", 88'"" und 88""" zwischen die Fotodetektoranordnung 90' und das Gehäuse 352 eingeschaltet werden, wie in Figur 3 zu sehenist, wobei in diesem Falle die Anordnung 88 eine von dem Objekt 70 reflektierte und ausgesandte Lichtstrahlung empfängt. Außerdem kann jede der oben beschriebenen Verstärkungsanordnungen 88', 88", 88'", 88"", 88'"" und 88""" zwischen die Fotodetektoranordnung 168 und die Strahlsperre 166 eingeschaltet werden (siehe Figur 3), wobei in diesem Falle die Anordnung 88 eine von dem Objekt 70 reflektierte und ausgesandte Lichtstrahlung in einer konfokalen Anordnung aufnimmt.
In Figur 7 ist eine bevorzugte Ausführungsform des Vorverstärkerkreises 152 veranschaulicht, der in dem System der Figuren 1 und 2 verwendet werden kann. Der Zweck des Vorerstärkerkreises 152 besteht darin, einen gesteuerten Ausgangsstrom des Fotodetektors 148 in ein Spannungssignal von einer Größe umzuwandeln, die das Bildpunktzählermodul 154 nutzen kann. Der Kreis in Figur 7 ist zwar eine bevorzugte Ausführungsform, es kann jedoch jeder beliebige Kreis verwendet werden, der diesen Zweck erfüllt. Wird der in Figur 7 dargestellte Vorverstärkerkreis 152 benutzt, arbeitet der Fotodetektor 148 in einer sperrgepolt vorgespannten Betriebsweise, wie in der Technik bekannt ist. Dieser bevorzugte Vorverstärkerkreis 152 ähnelt dem Kreis und wird weiter verständlich durch Bezugnahme auf diesen Kreis, der speziell beschrieben ist in dem Integrated Circuits Data Handbook, Burr-Brown Corporation, Kapitel 1, Seite 189, 1986.
Das Vorverstärkungsmodul 94 läßt sich in ähnlicher Weise für den oben beschriebenen Vorverstärkerkreis 152 auslegen. In den Figuren 1 und 2 liefert jedoch das Fotovervielfachermodul 96 die hohe Spannung an die Fotodetektoranordnung 90. Ein Fachmann in der Technik, der diese Offenbarung vor sich hat, kann zahlreiche Vorverstärkerkreise oder -module konstruieren, die zum Gebrauch in dem Kreis 152 und dem Modul 94 in dem vorliegenden System geeignet sind.
Figur 8 stellt eine bevorzugte Ausführungsform des Abtasterkennungskreises 136 dar, der sich zum Gebrauch in dem System der Figuren 1 und 2 eignet. Eine ausführliche Beschreibung dieses Abtasterkennungskreises findet sich in Laser Applications, Band 4, herausgegeben von Goodman and Rose, Seiten 171 - 173, 1980. Der in Figur 8 dargestellte Kreis veranschaulicht eine bevorzugte Ausführungsform des in der vorliegenden Erfindung einsetzbaren Abtasterkennungskreises. Es kann jedoch jeder beliebige Kreis eingesetzt werden, solange er zu dem Bildspeichersteuerungsmodul 140 Signale liefern kann, die die genaue Position des Strahls 24 an dem Objekt 70 zu Beginn jeder Abtastung durch den Strahl über das gesamte Objekt anzeigen.
Figur 9 ist eine schematische Darstellung des Bildspeichersteuerungsmoduls 140 und der Bedienungstafel 204 von Figur 2. Ein Zweck oder eine Funktion des Bildspeichersteuerungsmoduls 140 ist es, Steuerungssignale zu erzeugen, um eine digitale Bildspeichereinheit 271 in dem Computersystem 86 mit der tatsächlichen Position des Strahls an dem Objekt zu synchronisieren. Mit Hilfe der Steuerungssignale von dem Bildspeichersteuerungsmodul 140 tastet, digitalisiert und speichert die digitale Bildspeichereinheit 271 das erkannte Signal von der Fotodetektoranordnung 90 in genau voneinander beabstandeten Intervallen. Die digitalen Signale werden an Speicherplätzen gespeichert, die der Position des Strahls 24 an dem Objekt 70 entsprechen. Ein weiterer Zweck des Bildspeichersteuerungsmoduls 140 ist es, ein Strahlpositions-Referenzsignal zu erzeugen, das von dem Galvosteuerungsmodul 116 benutzt wird, das den Antriebsstrom zu derrr Galvanometer 56 so regelt, daß die tatsächliche Strahlposition genau im Gleichlauf ist mit dem Strahlpositions-Bezugssignal kommt.
Das Bildspeichersteuerungsmodul 140 umfaßt einen Bildspeichersteuerungskreis 226, einen Scan-1-Kreis 242, einen Scan-2- Kreis 244 und einen Scan-3-Kreis 246. Der Bildspeichersteuerungskreis 226 ist durch vier Leitungen 248 mit dem Scan-1-Kreis 242 verbunden, wobei drei von den Leitungen 248 dazu dienen, Signale von dem Bildspeichersteuerungskreis zu dem Scan-1-Kreis 242 zu senden und eine der Leitungen 248 dazu dient, Signale von dem Scan-1-Kreis 242 zu dem Bildspeichersteuerungskreis 226 zu senden. Der Scan-1-Kreis 242 ist durch drei Leitungen 250 mit dem Scan-2- Kreis 244 verbunden, wobei zwei dazu dienen, Signale von dem Scan- 1-Kreis 244 zu dem Scan-1-Kreis 242 zu senden und eine dazu, Signale von dem Scan-1-Kreis 242 zu dem Scan-2-Kreis 244 zu senden. Eine Leitung 252 verbindet eine der Leitungen 250 (die Signale von dem Scan-2-Kreis 244 zu dem Scan-1-Kreis 242 sendet) mit dem Teilbild- oder Bildspeichersteuerungskreis 226, um Signale von dem Scan-2-Kreis 244 zu dem Teilbildspeichersteuerungskreis 226 zu senden. Eine Leitung 254 verbindet den Teilbildspeichersteuerungskreis 226 mit dem Scan-2-Kreis 244, um Signale von dem Teilbildspeichersteuerungkreis 226 zu dem Scan-2-Kreis 244 zu senden. Ein Datenbus 256 mit 9 Leitungen ist mit dem Scan-2-Kreis 244 verbunden, um Signale zu dem Scan-3-Kreis 246, zu senden.
Das Teilbildspeichersteuerungsmodul 140 empfängt Signale oder Eingaben über die Leitung 138 von dem Abtasterkennungskreis 136 zu dem Teilbildspeichersteuerungskreis 226, über die Leitung 176 von dem Start des rotierenden Detektors 174 zu dem Teilbildspeichersteuerungskreis 226, über die Leitung 153 von dem Bildpunktzählermodul 154 zu dem Teilbildspeichersteuerungskreis 226, über die Leitungen 228 von den Bedienelementen oder Schaltern 230 an der Bedienungstafel 204 zu dem Scan-1-Kreis 242 und über zwei Datenbusse 232, die jeweils zwölf Signalpfade oder -leitungen aufweisen, von den Schaltern 234, wie zum Beispiel Vorwählschaltern, an der Bedienungstafel 204 zu dem Scan-1-Kreis 244. Das Teilbildspeichersteuerungsmodul 140 sendet Signale über drei Leitungen 216 von dem Teilbildspeichersteuerungskreis 226 zu dem Computersystem 86, über die Leitung 116 von dem Teilbildspeichersteuerungskreis 226 zu dem Galvanometersteuerungsmodul 116 und über einen Datenbus 238 von dem Scan-3-Kreis 246 zu einer Anzeige 240 an dem Bedienungspult 204.
Figur 10 ist ein ausführliches Funktionsblockschaltbild des Teilbildspeichersteuerungsmoduls 140 zur Verwendung in dem System der Figuren 1 und 2. In Figur 10 empfängt der Teilbildspeichersteuerungskreis 226 Signale von dem Abtasterkennungskreis 136 und dem Bildpunktzählermodul 154, die im folgenden als SCAN-DETECT- Signale bzw. PIXEL-CLOCK-Signale bezeichnet werden. Die SCAN-DE- TECT-Signale werden in einen integrierten Schaltkreis (IC) zur Impulssynchronisation (sync) 1002 geführt, wie zum Beispiel 74120. Von einem Kristallzählermodul 1001, wie zum Beispiel einem 5406-4M von MF Electronics in New Rochelle, New York, werden Taktsignale erzeugt und an den integrierten Schaltkreis zur Impulssynchronisasation 1002 geleitet. Der integrierte Schaltkreis zur Impulssynchonisation taktet die CLOCK-Signale bei Auftreten eines SCAN DE- TECT-Signals weiter und leitet die getakteten CLOCK-Signale oder Impulse zu einer Rückwärtszählerschaltung 1004 von 12 Bit, die sonst "12 Bit-Teilungszähler 1004 im Verhältnis 1 : M" genannt wird und so funktioniert, daß sie einen Ausgangsimpuls für jeden M-Eingangsimpuls erzeugt. Der 12 Bit-Zähler 1004 kann zum Beispiel drei hintereinandergeschaltete, integrierte 4 Bit-Zählerschaltkreise umfassen, wie zum Beispiel die integrierten Schaltkreise 74F193. Die Dateneingaben in diese Zähler 1004 sind vorgewählte Binärzahlen oder -werte, die typischerweise mit Hilfe von geerdeten Pull-up- Widerständen und -Schaltern ausgewählt werden. Hat der letzte der hintereinandergeschalteten Zähler 1004 einen Zählerstand gleich erreicht, gibt er einen Impuls an eine monostabile Kippschaltung 1006 aus, die ihrerseits die Zähler 1004 wieder auf ihre anfänglichen oder Startzählwerte auflädt. Der integrierte Schaltkreis 1002 zur Impulssynchronisation, der Zähler 1004 und die monostabile Kippschaltung 1006 fungieren als Verzögerungskreis 1007. Der Ausgangsimpuls von der monostabilen Kippschaltung 1006 wird zu einem integrierten Stromansteuerkreis 1006 geleitet, wie zum Beispiel 74S140, der DELAYED SCAN DETECT-Signale über eine der Leitungen 248 zu dem Scan-1-Kreis 242 leitet.
In einer ähnlichen Weise fungiert eine zweite Gruppe von Einrichtungen, umfassend einen integrierten Schaltkreis 1010 zur Impulssynchronisation, einen 12 Bit-Zähler 1012 und eine monostabile Kippschaltung als ein zweiter Verzögerungskreis 1015, der die PIXEL CLOCK-Signale von dem Bildpunktzählermodul 154 anstelle der CLOCK-Signale nutzt, um einen Impuls zu liefern, um eine bistabile Flip-Flop-Schaltung 1016 für einen horizontalen Antrieb zurückzustellen, die ein Taktsignal HORIZONTALANTRIEB abschaltet. Ist die Flip-Flop-Schaltung 1016 zurückgestellt, liefert sie eine Eingabe an eine UND-Schaltung 1018, die ihrerseits die PIXEL CLOCK-Signale befähigt' einen Zählerkreis 512 in Gang zu setzen, umfassend einen 12 Bit-Zähler 1020 und eine monostabile Kippschaltung 1022. Ist die Ausgabe der monostabilen Kippschaltung 1022 aktiv, wird dadurch die Flip-Flop-Schaltung 1016 eingestellt, wodurch das Taktsignal HORI- ZONTALANRIEB eingeschaltet wird. Eine Ausgabe der Flip-Flop-Schaltung 1016 wird zu einem Ansteuerkreis 1024 geleitet, der Signale HORIZONTALANTRIEB über eine der Leitungen 216 zu dem Bildpuffer 272 sendet.
In ähnlicher Weise wird eine Ausgabe der UND-Schaltung 1018 zu einem Ansteuerkreis 1026 geleitet, der getaktete PIXEL CLOCK-Signale über eine der Leitungen 216 zu dem Bildpuffer 272 sendet.
Der Start des umlaufenden Sensors 174 dient dazu, zu sichern, daß jedes Teilbild die gleiche Spiegelfläche oder Fläche des Rotors 30 nutzt. Sein Ausgangssignal, das einmal pro Umdrehung des Rotors 30 erscheint, wird in einem Kreis 1028 verstärkt und zu einem Schmitt-Triggerkreis 1030 gesendet, wie zum Beispiel einem 74LS14, der das Signal in ein digitales Logiksignal umwandelt. Das digitale Logiksignal wird zu einer UND-Schaltung 1032 geleitet.
Die andere Eingabe der UND-Schaltung 1032 wird von einer Flip-Flop-Schaltung 1034 betätigt, die durch einen vertikalen Acht- Bit-Impulspausenzähler 1036 eingestellt wird, der die DELAYED SCAN DETECT-Signale von dem Verzögerungskreis 1007 zählt. Die Ausgabe der UND-Schaltung 1032 betätigt eine monostabile Kippschaltung 1038, die ein START SCAN-Signal erzeugt, das über eine der Leitungen 248 zu dem Scan-1-Kreis 242 geleitet wird. Durch die Ausgabe der monostabilen Kippschaltung 1038 wird auch der vertikale Impulspausenzähler 1036 auf einen Anfangswert geladen und wird eine Flip- Flop-Schaltung 1040 eingestellt.
Ist die letzte Abtastung eines Teilbildes erfolgt, aktiviert ein Signal SCAN COUNT=STOP VALUE von dem Scan-2-Kreis 244 über die Leitung 252 eine Eingabe einer UND-Schaltung 1044, wodurch das DELAYED SCAN DETECT-Signal von der Verzögerungsschaltung 1007 eine monostabile Kippschaltung 1046 aktivieren kann. Die monostabile Kippschaltung 1046 ihrerseits stellt die Flip-Flop- Schaltung 1040 zurück, liefert ein STOP-SCAN-Signal über eine der Leitungen 248 an den Scan-1-Kreis 242 und stellt die Flip-Flop- Schaltung 1034 zurück.
Ist die Flip-Flop-Schaltung 1040 zurückgestellt, aktiviert sie eine Eingabe in eine UND-Schaltung 1042, die auch die DELAYED SCAN-Signale von dem Verzögerungskreis 1007 empfängt. Dadurch können die DELAYED SCAN DETECT-SIgnale den vertikalen Impuispausenzähler 1036 aktivieren. Ist die Flip-Flop-Schaltung 1040 eingestellt, deaktiviert sie die UND-Schaltung 1042.
Durch die Ausgabe der Flip-Flop-Schaltung 1042 wird auch ein LOAD SCAN COUNT-Signal (automatischer Betrieb) über die Leitung 254 zudem Scan-2-Kreis 244 und zu einem Ansteuerelement 1048 geliefert, das seinerseits VERTIKALE ANTRIEBS-Signale über eine der Leitungen 216 zu dem Teilbildpuffer 272 sendet.
Figur 11 zeigt ein ausführliches Funktionsblockschaltbild des Scan-1-Kreises zur Verwendung in dem Modul von Figur 9. In Figur 11 können die fünf Eingabeschalter 230 an der Bedienungstafel 204 Druckknöpfe sein und sind mit einem Schalterentprellungskreis 1102 verbunden, wie zum Beispiel einem MC14490, um eine prallfreie Übertragung von Signalen zu gewährleisten, wenn die Druckknöpfe 230 betätigt werden. Die Druckknöpfe 230 können als Zyklusknopf, Automatikknopf, Handknopf, Einstufenknopf und als Rückstellknopf bezeichnet werden.
Durch die Ausgaben der Automatik- und der Handknöpfe 230 wird eine Flip-Flop-Schaltung 1104 für Handbetrieb und Automatikbetrieb eingestellt und zurückgestellt. Ist die Flip-Flop-Schaltung 1104 eingestellt, z. B. auf Automatikbetrieb, aktiviert eines ihrer Ausgangssignale eine UND-Schaltung 1106. Diese UND-Schaltung 1106 ermöglicht dann, daß das START SCAN-Signal von dem Teilbildspeichersteuerungskreis 226 über eine der Leitungen 248 eine Eingabe in eine ODER-Schaltung 1108 aktiviert wird, die eine monostabile Kippschaltung 1110 betätigt. Die Ausgabe der monostabilen Kippschaltung 1110 ist ein Impuls, der eine Flip-Flop-Schaltung 1112 einstellt. Die Ausgabe der Flip-Flop-Schaltung 1112 aktiviert eine Eingabe in eine UND-Schaltung 1114, die dann die DELAYED SCAN DETECT-Signale befähigt, eine Eingabe in eine ODER-Schaltung 1116 zu betätigen, die die SCAN COUNT CLOCK-Signale erzeugt, die über eine der Leitungen 250 zu dem Scan-2-Kreis geleitet werden.
Ist die Flip-Flop-Schaltung 1104 eingestellt (d.h. im Handbetrieb), aktiviert die andere Ausgabe der Flip-Flop-Schaltung 1104 eine UND-Schaltung 1118, wobei eine weitere Eingabe die Ausgabe von dem Einstufenknopf 230 ist. Wird der Einstufen-Druckknopf 230 gedrückt, aktiviert die Ausgabe der UND-Schaltung 1118 eine Impulssynchronisationsschaltung (sync) 1120, die einen Ausgabeimpuls erzeugt, wenn der nächste DELAYED SCAN DETECT-Impuls an seinem anderen Eingang ankommt. Die Ausgabe des Impulssynchronisationskreises 1120 wird zu dem anderen Eingang der ODER-Schaltung 1116 geleitet, um das SCAN COUNT CLOCK-Signal zu erzeugen, das zu dem Scan-2-Kreis geleitet werden soll. Wird der Zyklusknopf gedrückt, wird ein Signal zu dem anderen Eingang der ODER-Schaltung 1108 und dann an die monostabile Kippschaltung 1110 geleitet. Durch den Ausgangsimpuls von der monostabilen Kippschaltung 1110 wird die Flip-Flop-Schaltung 1112 eingestellt, die in der oben beschriebenen Weise funktioniert.
Wird der Rückstellknopf gedrückt, wird seine Ausgabe zu den Eingängen einer ersten ODER-Schaltung 112 und einer zweiten ODER-Schaltung 1124 geleitet. Durch die Ausgabe der ersten ODER- Schaltung 1122 wird die Flip-Flop-Schaltung 1112 zurückgestellt. Die Ausgabe der zweiten ODER-Schaltung 1124 erzeugt das LOAD SCAN COUNT-Signal (Handbetrieb), das über eine der Leitungen 248 zu dem Teilbildspeichersteuerungskreis 226 geleitet wird. Die beiden anderen Eingaben in die erste ODER-Schaltung 1122 sind das STOP SCAN-Signal, das von dem Bildspeichersteuerungskreis 226 kommt, und das Signal SCAN COUNT=512, das von dem Scan-2-Kreis 244 kommt, und das Signal SCAN COUNT=512, das von dem Scan-2-Kreis 244 kommt. Die beiden anderen Eingaben in die zweite ODER-Schaltung 1124 sind das STOP SCAN-Signal von dem Bildspeichersteuerungskreis 226 und das Signal SCAN COUNT=STOP VALUE von dem Scan-2-Kreis 244.
Figur 12 zeigt ein ausführliches Funktionsblockschaltbild des Scan-2-Kreises zur Verwendung in dem Modul von Figur 9. In Figur 12 werden drei Schalter, wie zum Beispiel die binär kodierten Dezimal-Vorwählschalter (BCD) 234, auf der Bedienungstafel 204 von einer Bedienungsperson auf einen gewünschten START SCAN COUNT-Wert eingestellt. Die BCD-Ausgabesignale von diesen Schaltern 234 werden von einem BCD-Binär-Wandlerkreis 1202 in Binärwerte in eine binäre Darstellung von 10 Bit umgewandelt. Diese 10 Bit-Darstellungswerte werden zu einem 10 Bit-Binärzähler 1204 geleitet, der als Abtastzähler 1204 bezeichnet wird. Durch das LOAD SCAN COUNT-Signal können über die Leitung 254 von dem Bildspeichersteuerungskreis 226 die 10-Bit-Darstellungswerte in den Zähler 1204 eingegeben werden. Der Zähler 1204 erhöht seinen Wert jedes Mal, wenn ein Impuls in dem SCAN COUNT CLOCK-Signal über eine der Leitungen 250 von dem Scan-1-Kreis 242 erscheint. Die Ausgabe des Zählers 1204 wird über die Busleitung 256 zu einem 10 Bit-Binärkomparator 1206 und zu dem Scan-3-Kreis 246 geleitet. Das wichtigste Bit, d.h. das Bit, das einen Zählwert von 512 darstellt, wird über eine der Leitungen 250 zu dem Scan-1-Kreis 242 geleitet.
Die andere Eingabe des Binärkomparators 1206 wird von einer Binärdarstellung eines STOP SCAN COUNT-Signals aktiviert, das durch die Schalter 234 eingegeben wurde und in ähnlicher Weise von einem BCD-Binärwwerteandler 1208 in die Binärdarstellung umgewandelt wurde.
Wenn die Ausgabe des Abtastzählers 1204 gleich dem Wert des STOP SCAN COUNT ist, wird die Ausgabe des Komparators 1206 aktiv und erzeugt ein Signal SCAN COUNT=STOP VALUE, das über die Leitung 252 zu dem Bildspeichersteuerungskreis 226 und über eine der Leitungen 250 zu dem Scan-1-Kreis geleitet wird.
Figur 13 zeigt ein ausführliches Funktionsblockschaltbild des Scan-3-Kreises zur Verwendung in dem Modul von Figur 9. In Figur 13 wird die 10 Bit-Ausgabe des Abtastzählers 1204 in dem Scan- 2-Kreis 244 über die Busleitung 256 zu einem 10 Bit-Digital-Analog- Multiplikationswandler (DAC) 1302 geleitet. Eine Präzisions-Spannungsreferenzeinheit 1304 liefert eine Referenzeingabe zu dem Wandler 1302. Die Ausgabe des DAC 1302 wird zu einem Eingang eines Differenzverstärkers 1306 geleitet. Die andere Eingabe des Differenzverstärkers 1304 wird von einem Potentiometer 1308 betätigt, das seinerseits mit der Präzisions-Spannungsreferenzeinheit 1304 verbunden ist. Mit dem Potentiometer 1304 wird das Vermögen hergestellt, die Mittelposition der Ausgabe des Verstärkers 1306 auf Null zu stellen. Die Ausgabe des Verstärkers 1306 wird zu einem Pufferverstärker mit regelbarer Verstärkung 1310 geleitet, dessen Verstärkung auf Null bis Eins eingestellt werden kann. Die Ausgabe des Pufferverstärkers 1310 ist ein Y-SCAN REFERENCE-Signal, das über die Leitung 210 zu dem Galvosteuerungsmodul 116 geleitet wird.
Die Ausgabe des Abtastzählers 1204 wird ebenfalls zu einem Binär-BCD-Wandler 1312 geleitet, der seinerseits SCAN COUNT DIS- PLAY-Signale über die Busleitung 238 leitet, um eine dreiziffrige Anzeige 240 auf der Bedienungstafel 204 zu betätigen, die die Abtastzählung anzeigt, die die augenblickliche y-Position des Strahls an dem Objekt anzeigt.
Figur 14 ist eine schematische Darstellung des Galvanometersteuerungsmoduls 116 der Figuren 1 und 2. Das Galvosteuerungsmodul 116 empfängt und verstärkt ein Signal, das repräsentativ ist für die tatsächliche Strahlposition in der zweiten Richtung. Dann empfängt es das Y-SCAN REFERENCE-Signal für die gewünschte Position des Strahls und vergleicht die beiden Signale. Entsprechend dem Vergleich modifiziert das Galvosteuerungsmodul 116 den Antriebsstrom für das Galvanometer 56, so daß die tatsächliche Strahlposition in der zweiten Richtung genau mit der gewünschten Strahlposition übereinstimmt oder sich dieser angleicht.
Dieses Modul 116 umfaßt einen Strahlpositions-Verstärkerkreis 258, der über eine Leitung 262 Signale zu einem Galvanometer- oder Galvoansteuerkreis 260 liefert.
Das Galvosteuerungsmodul 116 empfängt über die erste und die zweite Leitung des Kabels 114 Signale von dem Lichtpositionssensor 112 zu dem Strahlpositions-Verstärkerkreis 258 und über die Leitung 210 von dem Scan-3-Kreis 246 zu dem Galvoansteuerkreis 260. Das Galvosteuerungsmodul 116 sendet über eine dritte Leitung des Kabels 114 eine Vorspannung von dem Strahlpositions-Verstärkerkreis 258 zu dem Positionssensor 112 und über die beiden Leitungen des Kabels 118 von dem Galvoansteuerkreis 260 zu der Galvoanordnung 58.
Figur 15 ist ein ausführliches Funktionsblockschaltbild des Galvanometersteuerungsmoduls 116, geeignet zur Verwendung in dem System der Figuren 1 und 2. In Figur 15 liefern die beiden Ausgänge des Positionsdetektors oder -sensors 112 Signale, die proportional der Position des Lichtstrahls an dem Detektor 112 sind. Der Detektor 112 wird in einer Betriebsart mit Vorspannungsstrom betätigt. Die erste Ausgabe des Detektors 112 wird zu einem Strom-Spannungs-Wandler 1502 ähnlich dem oben beschriebenen Vorverstärkerkreis 152 geleitet. Die Ausgabe des Verstärkers 1502 wird zu einem Summierverstärker 1504 und einem Differenzverstärker 1506 geführt.
Die andere Ausgabe des Detektors 112 ist ähnlich konfiguriert und liefert seine Ausgabe zu einem weiteren Strom-Spannungs-Verstärker 1508. Mit der Ausgabe des Strom-Spannungs-Wandlers 1508 wird die zweite Eingabe in den Summierverstärker 1504 und die zweite Eingabe in den Differenzverstärker 1506 geliefert.
Die Ausgaben des Summierverstärkers 1504 und des Differenzverstärkers 1506 werden zu dem Eingang des Nenners (D) bzw. den Eingang des Zählers (N) einer Analogdividiereinrichtung 1510 geführt, wie zum Beispiel einer Dividiereinrichtung Burr-Brown 4291. Die Ausgabe der Dividiereinrichtung 1510 ist gleich N, dividiert durch D, multipliziert mit zehn (10), d.h. (N/D) x 10. Durch das Dividieren des Differenzsignals durch das Summiersignal werden Schwankungen der Ausgangsgröße der Dividiereinrichtung 1510 infolge der Schwankungen der Intensität des einfallenden Strahls an dem Detektor 112 beseitigt oder minimiert.
Die Ausgabe der Dividiereinrichtung 1510 wird zu einem Puffer oder nichtumkehrenden Verstärker 1512 geleitet, der eine Verstärkung von Eins (1) aufweist. Diese Ausgabe, POSITION ERROR CORRECTION-Signal genannt, wird zu einem Summierverstärker 1514 geleitet. Die anderen Eingaben in den Summierverstärker 1514 sind das Y-SCAN REFERENCE-Signal von dem Scan-3-Kreis 246 und die Ausgabe eines Nulleinstellungspotentiometers 1516. Das Potentiometer 1516 ermöglicht die Einstellung der Mittelbereichsposition des Galvanometers 56.
Die Ausgabe des Summierverstärkers 1514 wird zu einem Servokompensator 1518 geleitet, der ein Verzögerungskompensator ähnlich demjenigen sein kann, der beschrieben ist in D'Azzo and Houpis, Feedback Control System Analysis and Synthesis, Seiten 109 - 110, 1960.
Der Kompensator 1518 gewährleistet die Stabilität "d.h. er verhindert das Läuten und die Schwingung) des von dem Galvanometersteuerungsmodul 116 und dem Positionsdetektor 112 gebildeten Nachlaufregelkreises.
Die Ausgabe des Kompensators 1518 betätigt einen Eingang eines Ansteuerverstärkers 1520, der seinerseits einen Gegentakt- Stromverstärker 1522 betätigt. Der Gegentaktverstärker 1522 liefert den Ansteuerstrom zu Spulen in dem Galvanometer 56. Ein Rückkoppelungswiderstand 1524 fühlt den tatsächlichen Strom in den Spulen des Galvanometers ab und erzeugt eine negative Rückkoppelungsspannung zu dem Ansteuerverstärker 1520.
Figur 16 ist eine schematische Darstellung des Fotovervielfachersteuerungsmoduls 96 der Figuren 1 und 2. Die Funktion des Fotovervielfachersteuerungsmoduls 96 besteht darin, ein langzeitiges Mittel des verstärkten, erkannten Signals von der Anordnung 90 zu bilden. Das langzeitige Mittel dient dazu, die zu der Anordnung 90 gelieferte hohe Spannung zu steuern und dabei ihre Verstärkung zu kontrollieren. Das Fotovervielfachersteuerungsmodul 96 gewährleistet eine im wesentlichen konstante Verstärkung der Fotodetektoranordnung 90 über ein gesamtes Teilbild.
Das Fotovervielfachersteuerungsmodul 96 umfaßt eine Einrichtung 264 zur Versorgung mit Strom von einer hohen Spannung (z B. von 3000 Volt), die über eine Leitung 270 mit einer automatischen verstärkungssteuerung (AGC) und einem Videoverstärker 266 verbunden ist. Eine veranschaulichende Stromversorgungseinrichtung 264 kann unter dem Modell 205A-03R bezogen werden von Bertan Associates in Hicksville, New York. Die Stromversorgungseinrichtung 264 empfängt Signale über die Leitung 270 von dem AGC und dem Videoverstärker 266.
Das Fotovervielfachersteuerungsmodul 96 liefert eine hohe Spannung über die Leitung 97 von der Stromversorgungseinrichtung 264 zu der Fotovervielfacheranordnung 90 und über die Leitung 93 von dem AGC und dem Videoverstärker 266 zu einem Teilbildpuffer 272 in dem Computersystem 86. Das Fotovervielfachersteuerungsmodul 96 empfängt Signale über die Leitung 95 von dem Vorverstärkermodul 94 zu dem AGC und dem Videoverstärker 266.
Figur 17 ist ein ausführliches Funktionsblockschaltbild des Fotovervielfachersteuerungsmoduls 96, geeignet zur Verwendung in dem System der Figuren 1 und 2. In Figur 17 wird die Ausgabe von dem Vorverstärkungsmodul 94 zu einem Puffer oder nichtumkehrenden Verstärker 1702 mit einer Verstärkung von zwei (2) geleitet. Die Ausgabe dieses Verstärkers 1702 wird über die Leitung 93 zu dem Teilbildpuffer 272 geleitet. Die Ausgabe des Verstärkers 1702 wird auch zu einem Sperrfilter 1704 mit einer Zeitkonstanten von etwa zwei Sekunden geleitet. Die Polarität der Ausgabe des Filters 1704 wird mit einem Umkehrverstärker 1706 umgekehrt. Die Ausgabe des Verstärkers 1706 wird zu einem Summierungspunkt eines Integrationsverstärkers 1708 geleitet. Ein Sollwert 1710 liefert ein zweite Eingabe zu dem Summierungspunkt des Verstärkers 1708. Der Verstärker 1708 weist einen Ausgabebegrenzungskreis auf, der verhindert, daß seine Ausgabe negativ wird.
Die Ausgabe des Integrationsverstärkers 1708 wird zu einem Verstärker 1712 mit variabler Verstärkung geleitet, mit dem die Verstärkung des Moduls 96 kontrolliert werden kann. Die Ausgabe des Verstärkers 1712 wird von einem Umkehrverstärker 1714 so umgekehrt, daß die gewünschte Polaritätseingabe in die Hochspannungsstromversorgungseinrichtung 264 geschaffen wird. Die Stromversorgungseinrichtung 264 liefert eine hohe Spannung zu der Fotodetektoranordnung 90, die proportional der Eingangsspannung zu der Stromversorgungseinrichtung 264 ist.
Figur 18 ist eine schematische Darstellung des Bildpunktzählermoduls 154 der Figuren 1 und 2. Das Bildpunktzählermodul 154 enthält einen Phasenregelkreis mit einem Eingang und einen Ausgang. Der Phasenregelkreis synchronisiert die Phase seines Ausgangssignals mit der Phase seines Eingangssignals, so daß für jede Amplitudenspitze des Eingangssignals eine Amplitudenspitze des Ausgangssignals miteinander übereinstimmend erscheint. Außerdem multipliziert das Bildpunktzählermodul 154 die Frequenz der Eingabe (die den Amplitudenzyklen pro Abstandseinheit an dem Ronchi-Gitter 144 entspricht) mit einer vorbestimmten Zahl N in einem Bereich von 1 - 16, typischerweise mit 3 oder 4, um das Ausgangssignal zu erzeugen.
Das Bildpunktzählermodul 154 empfängt ein amplitudenveränderndes Signal. Dieses Signal wird erzeugt von dem vierten Strahlteil 142, der durch das Ronchi-Gitter 144 wandert, wenn der vierte Strahlteil 142 in der ersten (x)-Richtung abgetastet wird. Die Abtastfigur des vierten Strahlteils 142 ist analog der Abtastfigur des Strahls 24, wenn dieser in der ersten Richtung nach der ersten Linse 50 hin reflektiert wird. Auf diese Weise ist die Position des vierten Strahlteus 142 an dem Ronchi-Gitter repräsentativ für die Position des Strahls 24 in einer Richtung an dem Objekt 70. Das Ronchi-Gitter 144 moduliert die Intensität des vierten Strahlteils 142, wenn der Strahlteil 142 über dieses wandert. Da das Ronchi- Gitter parallele Linien besitzt, die gleich voneinander beabstandet sind, und sich der Rotor 30 mit einer konstanten Winkelgeschwindigkeit dreht, schwankt die Frequenz des von dem Sensor 148 abgefühlten Signals pro Zeiteinheit je nach der Vektorkomponente der Geschwindigkeit des vierten Strahlteils 142 in der Ebene des Ronchi- Gitters 144. Anders ausgedrückt, das Ronchi-Gitter 144 hat parallele Linien, die gleich voneinander beabstandet sind, und deshalb schwankt das von dem Fotodetektor 148 empfangene Signal in seiner Amplitude entsprechend der Position des vierten Strahlteils 142, die synchron ist mit der Abtastfigur des Strahls 24. Von dem optischen System verursachte Schwankungen der Bildpunktgeschwindigkeit beeinträchtigen gleichermaßen den vierten Strahlteil 142 und den Abtaststrahl 24. Außerdem beeinträchtigen auch Schwankungen der Winkelgeschwindigkeit des Rotors 30 den vierten Strahlteil 142 und den Abtaststrahl 24. Auf diese Weise verfolgt das Signal von dem Fotodetektor 148 genau die Bewegung des Strahlteils 142, wenn dieser durch das Ronchi-Gitter 144 wandert. Das Signal von dem Fotodetektor 148 besitzt eine zeitliche Frequenz, die der räumlichen Frequenz (d.h. den Linien pro Abstandseinheit) des Ronchi-Gitters 144 entspricht, moduliert mit den infolge der Optik und der Rotorgeschwindigkeit auftretenden Schwankungen. Das Bildpunktzählermodul 154 multipliziert die zeitliche Frequenz des von dem Fotodetektor 148 erzeugten Signals, was zu einem sehr genauen PIXEL CLOCK-Ausgangssignal führt, das repräsentativ ist für die räumliche Position des Strahls 24 an der Objektebene 70 in einer Richtung.
Das Bildpunktzählermodul 154 umfaßt einen Phasendetektor 251, einen spannungsgesteuerten Oszillator (VCO) 255 und einen Teilungszähler 259 mit einem Verhältnis von 1 zu N. Ein veranschauhchender Phasendetektor 251 und ein Oszillator 255, die in diesem System verwendbar sind, können bezogen werden unter der Teile-Nr. NE564 von der Signetics Corporation in Sunnydale, California. Der Phasendetektor 251 ist über eine Leitung 253 verbunden mit dem spannungsgesteuerten Oszillator (VCO) 255 und leitet Signale zu diesem. Der spannungsgesteuerte Oszilator 255 ist über eine Leitung 257 verbunden mit dem Teilungszähler 259 im Verhältnis 1 zu N und leitet Signale zu diesem. Der Teilungszähler 259 im Verhältnis 1 zu N ist über eine Leitung 261 verbunden mit dem Phasendetektor 251 und leitet Signale zu diesem.
Das Bildpunktzählermodul 154 empfängt Signale über die Leitung 151 von dem Vorverstärkerkreis 152 zu dem Phasendetektor 251. Das Bildpunktzählermodul 154 sendet Signale über die Leitung 153 von der Leitung 257 zu dem Teilbild- oder Bildspeichersteuerungsmodul 140.
Figur 19 ist ein ausführliches Funktionsblockschaltbild des Bildpunktzählermoduls 154, geeignet zur Verwendung in dem System der Figuren 1 und 2. In Figur 19 wird die Ausgabe des Vorverstärkerkreises 152 zu einem Eingang eines Analogkomparators 1902 geführt, der das ankommende Signal mit einer festen Gs-Referenzspannung vergleicht, die an den zweiten Eingang des Komparators geführt wird. Die Ausgabe des Komparators 1902 ist kompatibel mit den digitalen Logikschaltungen und wird zu einem Inverter 1904 geleitet, der die Polarität des Signals umkehrt. Die Ausgabe des Inverters 1904 wird zu einem Frequenzmodulationseingang eines integrierten Phasenregelkreis 1906 geleitet, wie zum Beispiel NE564. Die Ausgabe eines spannungsgesteuerten Oszillators (VCO) 1912, der in dem integrierten Phasenregelkreis 1906 enthalten ist, wird zu einem Inverter 1914 geleitet. Die Primärfrequenz des VCO 1912 wird von einem Kondensator C1 eingestellt und so geregelt, daß die Frequenz annähernd so groß ist wie die für das PIXEL CLOCK-Signal gewünschte . Die Kondensatoren C2 und C3 werden so gewählt, daß Signale mit hoher Frequenz herausgefiltert werden, wodurch ein Fehlersignal, das in dem integrierten Schaltkreis 1906 von Interesse ist, in sauberem Zustand zu dem Eingang des VCO geführt wird.
Die Ausgabe des Inverters 1914 wird zu dem Zählereingang eines binären 4-Bit-Zählers 1916 geleitet, die als Teilungszähler mit einem Verhältnis von 1 zu N konfiguriert ist. Die Eingangswerte des Teilungszählers 1916 mit einem Verhältnis von 1 zu N können mit individuellen Schaltern mit zugehörigen Pull-up-Widerständen ausgewählt werden. Die Ausgabe des Zählers 1916 wird zu einer Flip-Flop-Schaltung D 1918 geführt, die so konfiguriert ist, daß sie die Frequenz ihrer Eingabe durch zwei (2) teilt. Auf diese Weise ist die Ausgabe der Flip-Flop-Schaltung D 1918 eine quadratische Welle, deren Frequenz 1/2 N der Eingabe des Bildpunktzählermoduls 154 beträgt. Die Ausgabe der Flip-Flop-Schaltung 1918 wird von einem Inverter 1920 umgekehrt und dann zu einem Phasenkomparatoreingang des integrierten Phasenregelkreises 1906 geleitet.
Die Ausgabe des Inverters 1914 wird auch zu einem weiterenInverter 1922 geleitet, der seine Ausgabe, das PIXEL CLOCK-Signal, über die Leitung 153 zu dem Teilbildspeichersteuerungsmodul 140 leitet.
Der integrierte Phasenregelkreis 1906 regelt die Frequenz seines spannungsgesteuerten Oszillators (VCO) 1912, um den Phasenfehler zwischen seinem Frequenzmodulationseingang und seinem Phasenkomparatorausgang zu minimieren. Infolgedessen beträgt die Ausgangsfrequenz des VCO 1912 das Zweifache der Eingangsfrequenz des Bildpunktzählermoduls 154.
Die räumliche Frequenz des Signals, das von dem durch das Ronchi-Gitter 144 wandernden vierten Strahlteils 142 erzeugt wird, schwankt bekanntlich. Dadurch muß die Ausgangsfrequenz des Bildpunktzählermoduls 154 ebenfalls schwanken und ist 2N mal so hoch wie die räumliche Frequenz der Eingabe in das Modul 154.
Ein Vorteil dieses Bildpunktzählermoduls 154 besteht darin, daß dieses Modul ein PIXEL CLOCK-Signal erzeugt, das eine räumliche Auflösung aufweist, die viel mehr variabel ist als bei einem Signal, das durch die Abtastbewegung eines Strahls über ein Ronchi-Gitter abgefühlt wird, ohne daß bei der Verringerung des Durchmessers des vierten Strahlteils Schwierigkeiten auftreten.
Figur 20 ist eine schematische Darstellung des Computersystems 86 und des Tischsteuerungssystems der Figuren 1 und 2. Das Computersystem 86 umfaßt eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) 274, die über eine innere Datenbusleitung 275 und Verbindungsleitungen 277 mit (1) dem Teilbildpuffer 272 verbunden ist, der mit einer Videoanzeige 292 verbunden ist, mit (2) einer arithmetischen Logikeinheit (ALU) 276, mit (3) einer Serienschnittstelle 282, die mit einer Bedienkonsole 296 mit Bedienereingabeeinrichtungen, wie zum Beispiel mit einer Tastatur, einer Handtastatur, einer Maus und/oder einem Lichtstift, einem Drucker 298 und dem Stufensteuerungsmodul 82 verbunden ist, und mit (4) Einrichtungen zum Speichern von einem oder von mehreren Betriebsprogrammen und von Daten, die von dem Laserabtastmikroskopsystem 10 erzeugt wurden, wie zum Beispiel von einem oder mehreren von einer Plattenspeicher- und Antriebsvorrichtung 284, einer Kassettenmagnetband-Speicherungs- und Antriebsvorrichtung 286, einem Direktzugriffsspeicher (RAM) 288 oder einer Speicherungs- und Antriebsvorrichtung 290 für flexible Magnetplatten oder Disketten. Wahlweise kann das Computersystem 86 einen zweiten Teilbildpuffer 278 (verbunden mit einer zweiten Videoanzeige 294) und eine zweite arithmetische Logikeinheit 280 zur Aufnahme von Signalen von dem Sensor oder einer zweiten Fotodetektoranordnung 168 aufweisen. Die Teilbildpuffer 272, 278 sind über Leitungen 279 mit den arithmetischen Logikeinheiten 276, 280 verbunden.
Zum Zwecke der Veranschaulichung können folgende Teile unter den angegebenen Modellnummern bezogen werden von der Digital Equipment Corporation (DEC) in Marlboro, Massachusetts:
die zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) 274 - Modell 630QB-A2
die Serienschnittstelle 282 - Modell DVQ-11-M
die Bedienkonsole 296 - Modell VT-220AZ
die Diskettenspeicher- und Antriebsvorrichtung - Modell RD-50A-5A 284 - und RQDX3-BA
die Bandspeicher- und Antriebsvorrichtung - Modell TK-50-AA 286 und TQK-50-BA
der Speicher 288 - Modell CMX-830 und
die Diskettenspeicherungs- und Antriebsvorrichtung 290 - Modell 800-Kb und RX50-A-BA.
Die digitale Teilbildspeichereinheit 271 umfaßt den Teilbildspeicher 272 und die arithmetische Logikeinheit 276. Akzeptable, in dem vorliegenden System verwendbare Teilbildpuffer und arithmetische Logikeinheiten können bezogen werden von Data Translation Incorporated, ansässig in Marlboro, Massachusetts, unter der Modellnummer DT-2651 bzw. DT-2658.
Das Computersystem 86 empfängt Signale über die Leitungen 216 von dem digitalen Teilbildspeicher- oder Bildspeicherkreis 226 zu den Teilbildpuffern 272, 278 und über die Leitung 93 von dem AGC oder Videopuffer 266 zu den Teilbildspeichern 272, 278.
Bei Betrieb wird das Objekt auf die Tischanordnung 74 gelegt. Der Bediener gibt Informationen an der Bedienkonsole 296 ein, wie zum Beispiel Kennzeichnungsdaten zum Objekt, und Informationen zum Auswählen der gewünschten, zu benutzenden Tischpositionen. Die CPU 274 reagiert, indem sie das Tischsteuerungsmodul 82 anweist, den Tisch wie ausgewählt oder programmiert zu Positionieren. Die CPU weist ferner den Teilbildpuffer 272 an, mit dem Empfang von erkannten Signalen von der Anordnung 90 zu beginnen, und/oder den Teilbildpuffer 278, mit dem Empfang von Daten zu beginnen.
Befindet sich die Tischanordnung 74 in ihrer ersten programmierten Position, tastet der Teilbildpuffer 272 (und/oder 278 das erkannte Signal von der Anordnung 90 in genau beabstandeten Zeiträumen ab und digitalisiert und speichert dieses, während der Strahl in seinem Rastermuster abgetastet wird. Diese gespeicherten Signale umfassen ein Teilbild aus erkannten Signalen oder Daten. Dann werden die gespeicherten Signale typischerweise übertragen in eine der Formen der Archivspeicherung, d.h. 284, 286 oder 290, oder den Speicher 288. Dann positioniert das Tischsteuerungsmodul 82 der Tisch so um, daß ein anderes Teilbild von Daten erfaßt werden kann Das wiederholt sich so lange, bis eine gewünschte Anzahl von Teilbildern oder Bildern erfaßt worden ist.
Die Videoanzeige 292 kann eine bildliche Darstellung der gespeicherten Daten geben, wo jede Probe an einer Stelle auf ihrem Bildschirm angezeigt wird, die der Position entspricht, an der den Strahl bei dieser Probe an dem Objekt war.
Die arithmetische Logikeinheit 276 kann Standard-Bildverarbeitungsfunktionen zu den gespeicherten Daten erfüllen, zu denen die Einstellung von Helligkeitsgraden, die Verstärkung von Kanten das Filtern zur Verringerung unerwünschter Geräusche usw. gehören.
Der zweite Teilbildpuffer 278 erfüllt die gleichen Funktionen an dem Signal von dem Sensor 168, nachdem ähnlich wie bei dem von der Anordnung 90 erkannten Signal das Signal verstärkt und seine Verstärkung kontrolliert wurde. Wahlweise kann der zweite Teilbildpuffer 278 parallel angeschlossen werden, um ein Teilbild von nachgewiesenen Signalen von der Anordnung 90 abzutasten, wenn der erste Teilbildpuffer 272 seine gespeicherten Signale überträgt zum Beispiel zur Speicherung im Archiv. Weiterhin kann ein in dem Puffer 272 gespeichertes Teilbild mit einem entsprechenden Teilbil in dem Puffer 278 kombiniert werden, um Details hervorzuheben, die in den einzelnen Bildern vielleicht nicht zu erkennen sind.
Die vorliegende Erfindung kann in einer Vielzahl von Hardware- und Softwarekonfigurationen ausgeführt werden, wie für die Fachleute in der Technik offensichtlich wird. Eine veranschaulichende Ausführungsform der Software zur Bedienung des oben genannten Systems ist in einem Anhang zu dieser Beschreibung enthalten.
Das Software-Programm ist in der "C"-Sprache geschrieben und erscheint unmittelbar vor den Ansprüchen.
Die Fachleute in der Technik, die den Vorteil der Erkenntnisse der vorliegenden Erfindung nach der obigen Darlegung genießen, können zahlreiche Modifikationen daran vornehmen. Diese Modifikationen gelten als innnerhalb des Rahmens der vorliegenden Erfindung gemäß der Darlegung in den beiliegenden Ansprüchen liegend.

Claims

1. Laserabtastmikroskop zur Unterstützung bei der Charakterisierung eines Objekts (70), wobei das System umfaßt:

einen ersten Laser (20), um einen ersten linear polarisierten, im wesentlichen kollimierten, monochromatischen Lichtstrahl (24) mit einer Achse zu erzeugen;

eine Einrichtung, mit der der Strahl durch rasterartiges Abtasten in einer ersten Richtung über die gesamte Abtastebene des Objekts und in einer zweiten Richtung senkrecht zur der ersten Richtung über die gesamte Abtastebene des Objekts abtastet;

Einrichtungen (90), um eine Lichtstrahlung von dem Objekt nachzuweisen und elektrische Signale zu erzeugen, die repräsentativ sind für die Intensität der nachgewiesenen Lichtstrahlung; und

eine Einrichtung (86), um ein Bild der nachgewiesenen Lichtstrahlung zu erzeugen, das repräsentativ ist für die Abtastebene der nachgewiesenen Lichtstrahlung von dem Objekt,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Abtasteinrichtung umfaßt:

einen Rotor (30), der um eine Rotorachse drehfähig ist und eine Umfangsseite mit einer Vielzahl von reflektierenden Spiegelflächen (26) aufweist, wobei der Rotor so positioniert ist, daß er den Strahl auf einer der Spiegelflächen aufnimmt;

eine Einrichtung, die den Rotor (30) in Umdrehung versetzt und bewirkt, daß die Achse des Strahls in der ersten Richtung über die gesamte Abtastebene des Objekts abtastet;

erste optische Einrichtungen (50, 52), um die Achse des Strahls von dem Rotor in unterschiedlichen Einfallswinkeln auf einen ersten Punkt zu richten;

einen ebenen Spiegel (54), der um eine Spiegelachse drehfähig ist, die senkrecht zu der Rotorachse verläuft und den ersten Punkt schneidet, wobei der Spiegel so positioniert ist, daß er den Strahl von den ersten optischen Strahlrichteinrichtungen aufnimmt;

ein Galvanometer (56), das mit dem ebenen Spiegel (54) verbunden ist, um den ebenen Spiegel um die Spiegelachse zu drehen

und zu bewirken, daß die Achse des Strahls ebenfalls in der zweiten Richtung über die gesamte Abtastebene des Objekts abtastet und dadurch ein Rasterlichtstrahlungsmuster in einer Ebene senkrecht zu der von dem ebenen Spiegel reflektierten Achse des Strahls bildet;

zweite optische Einrichtungen (60, 62, 64), um die Achse des Strahls von dem Spiegel in unterschiedlichen Einfallswinkeln auf einen zweiten Punkt zu richten; und

eine Einrichtung (88), um die Lichtstrahlung von dem Objekt zu verstärken, bevor die Lichtstrahlung von den Nachweiseinrichtungen (90) nachgewiesen wird.

2. System nach Anspruch 1, des weiteren umfassend:

eine Abtasteinrichtung (132), um Signale (138) auszusenden, die von der Bilderzeugungseinrichtung benutzt werden, um zu sichern, daß jeder Teilraster die gleiche Spiegelfläche des Rotors (30) zu nutzen beginnt.

3. System nach Anspruch 1, worin die Verstärkungseinrichtung umfaßt:

einen drehfähigen Polarisationsfilter (468), um die Lichtstrahlung wahlweise von dem Objekt (70) in einem speziellen Polarisationswinkel zu den Nachweiseinrichtungen (90) zu leiten.

4. System nach einem beliebigen der Anspüche 1 bis 3, worin die Verstärkungseinrichtung des weiteren umfaßt:

eine räumliche Filteranordnung (418) mit einer Öffnung, die in einer Ebene parallel zu der Objektabtastebene selektiv positionierbar ist und einen Teil der Lichtstrahlung von dem Objekt (70) hindurchläßt.

5. System nach Anspruch 4, worin die räumliche Filteranordnung des weiteren umfaßt:

ein Gehäuse (480) mit einem Spalt (406) und einem Lichtkanal (402), wobei das Gehäuse drehfähig an den Nachweiseinrichtungen (90) befestigt ist, so daß die Lichtstrahlung von dem Objekt (70) durch den Lichtkanal (402) zu den Nachweiseinrichtungen (90) läuft;

eine Lagerplatte (408) mit einem Loch (412), die in dem Spalt (406) gleiten kann;

ein Gleitelement (410), das durch das Loch (412) gleiten kann;

eine Halterung (414) in dem Lichtkanal (402), die mit dem Gleitelement (410) verbunden ist;

einen Filterhalter (416), der drehfähig in der Halterung (414) gelagert ist; und

einen Filter (418), dessen Öffnung in dem Filterhalter (416) gelagert ist, wobei die Öffnung in einer linearen Richtung positioniert werden kann, indem das Gleitelement (410) durch das Loch (412) in der Platte geschoben wird, sowie in einer zweiten linearen Richtung senkrecht zu der einen linearen Richtung, indem die Lagerplatte (408) in den Spalt (406) in dem Gehäuse verschoben wird.

6. System nach Anspruch 5, worin die räumliche Filteranordnung (418) des weiteren umfaßt:

ein Betätigungselement (422), das mit dem Filterhalter (416) verbunden ist und verschiebbar in einer Rinne in dem Gleitelement (410) positioniert ist, so daß der Filter (418) in einer Winkelrichtung bewegt wird, wenn das Element (422) in der Rinne verschoben wird.

7. System nach Anspruch 4, worin die räumliche Filteranordnung des weiteren umfaßt:

ein Bodenteil (500) mit einem Lichtkanal (514), wobei das Bodenteil (500) drehfähig an den Nachweiseinrichtungen (90) angebracht ist, so daß die Lichtstrahlung von dem Objekt (70) durch den Lichtkanal (514) zu den Nachweiseinrichtungen (90) läuft;

eine drehfähige Halterung (502) mit einer optischen Öffnung (526), wobei ein Teil derselben drehfähig in dem Lichtkanal gelagert ist, eine ringförmige Rinne und einen außermittigen Stift;

eine räumliche Filterplatte (504), die sich um den Stift bewegen kann und eine optische Öffnung, ein außermittiges Loch zur Auf nahme des Stiftes (528) und eine radiale Rinne (524) aufweist; und

eine drehfähige Scheibe (506) mit einer optischen Öffnung (538), einem außermittigen Stift (540), der in die radiale Rinne (536) der Platte ragt, und einen Stift (544), der in die ringförmige Rinne (524) der Halterung ragt, wodurch die optische Öffnung (526) der Halterung, die optische Öffnung (534) der Platte und die optische Öffnung (538) der Scheibe ausgerichtet werden und sich bewegen können, indem eine oder mehrere von dem Bodenteil (500), der Halterung (502) und der Scheibe (506) in Drehung versetzt werden.

8. System nach Anspruch 4, worin die räumliche Filteranordnung des weiteren umfaßt:

ein Bodenteil (602) mit einem Lichtkanal (608), wobei das Bodenteil (602) drehfähig an den Nachweiseinrichtungen (90) befestigt ist, so daß die Lichtstrahlung von dem Objekt (70) durch den Lichtkanal (608) zu den Nachweiseinrichtungen (90) läuft;

eine Blendenanordnung (612) mit einer beweglichen Irisblende (616), die selektiv die Größe der mit dem Lichtkanal (608) in dem Bodenteil ausgerichteten Öffnung begrenzt;

eine Halterung (624) mit einem Loch (632), die angrenzend an die Blendenanordnung (612) untergebracht ist;

einen Arm (640) in der Halterung, der linear durch das Loch (632) bewegt werden kann;

ein Lichtabsperrelement (636), das an dem Arm (640) befestigt ist und so ausgerichtet werden kann, daß es etwas oder die gesamte Lichtstrahlung von dem Objekt (70) absperren kann, bevor die Lichtstrahlung durch die verstellbare Öffnung läuft; und

eine Einrichtung, um die Lichtstrahlung von dem Objekt in Richtung zu den Nachweiseinrichtungen zu fokussieren.

9. System nach Anspruch 8, wörin die Fokussierungseinrichtung des weiteren umfaßt:

ein Paar bikonvexe Linsen (646, 650), die so positioniert sind, daß sie die Lichtstrahlung von dem Objekt durch die Öffnung der räumlichen Filteranordnung zu den Nachweiseinrichtungen (90) fokussiert.

10. System nach Anspruch 4, worin die Verstärkungseinrichtung des weiteren umfaßt:

eine bikonvexe Linse, die so positioniert ist, daß sie die Lichtstrahlung von dem Objekt durch die Öffnung der räumlichen Filteranordnung zu den Nachweiseinrichtungen fokussiert.

11. System nach Anspruch 4, worin:

die Öffnung wie ein Kreuz geformt ist.

12. System nach Anspruch 4, worin:

die Öffnung so geformt ist, daß sie sich im wesentlichen deckt mit einem Bereich mit einem einheitlichen Intensitätsgrad in einer Interferenzfigur, die entsteht, wenn eine linear polarisierte, im wesentlichen monochromatische Lichtstrahlung durch das Objekt (70) hindurchgeleitet wird.

13. System nach Anspruch 4, worin:

die Öffnung einen kreisförmigen Querschnitt aufweist.

14. System nach Anspruch 4, worin: die Öffnung wie ein Ring geformt ist.

15. System nach Anspruch 1, worin:

die Verstärkungseinrichtung (88) so eingerichtet ist, daß sie eine durch das Objekt hindurchgeleitete Lichtstrahlung aufnimmt.

16. System nach Anspruch 1, worin:

die Verstärkungseinrichtung so eingerichtet ist, daß sie nur eine von dem Objekt ausgesandte Lichtstrahlung durch die Verstärkungseinrichtung hindurchlaufen läßt.

17. System nach Anspruch 1, worin:

die Verstärkungseinrichtung so eingerichtet ist, daß sie eine von dem Objekt reflektierte Lichtstrahlung aufnimmt.

18. System nach Anspruch 17, worin:

die Verstärkungseinrichtung des weiteren eine durch das Objekt hindurchgeleitete Lichtstrahlung aufnimmt.

19. System nach Anspruch 1, worin die Bilderzeugungseinrichtung (86) umfaßt:

eine Einrichtung (112), um die Position des Strahls auf der Abtastebene des Objekts zu bestimmen;

eine Einrichtung (140), um die Signale in Speicherplätzen zu speichern, die der Position des Strahls auf der Abtastebene des Objekts entsprechen;

eine Einrichtung, um die gespeicherten Signale zu dem für die Abtastebene des Objekts repräsentativen Bild zu formen; und

eine Einrichtung zur optischen Darstellung des Bildes.

20. System nach Anspruch 1, worin die Bilderzeugungseinrichtung (86) umfaßt:

eine Einrichtung (154), um ein Pixelimpulsgebersignal zu erzeugen, das repräsentativ ist für die Position des Strahls in der ersten Richtung auf der Abtastebene des Objekts;

eine Einrichtung, um die Position des Strahls auf der Abtastebene des Objekts in der zweiten Richtung an eine gewünschte Position des Strahls anzugleichen;

eine Einrichtung (140), um die nachgewiesenen Lichtstrahlungssignale zu speichern;

eine Einrichtung, um auf den Pixelimpulsgebersignalen basierende Steuersignale in der ersten Richtung an die Speichereinrichtung und in der zweiten Richtung an die gewünschte Position des Strahls zu führen, um die Speichereinrichtung so zu synchronisieren, daß die nachgewiesenen Lichtstrahlungssignale in Speicherplätzen gespeichert werden, die der Position des Strahls auf der Abtastebene des Objekts entsprechen; und

eine Einrichtung, um die gespeicherten Signale zu einem für die Abtastebene des Objekts repräsentativen Bild zu formen.

21. System nach Anspruch 20, worin die Einrichtung (154) zur Erzeugung eines Pixelimpulsgebersignals umfaßt:

eine Phasenregelkreiseinrichtung (1906), um ihre Ausgangsphase so mit ihrer Eingangsphase zu synchronisieren, daß das Pixelimpulsgebersignal mit einem räumlich abgezweigten Eingang synchronisiert wird; und

eine Einrichtung, um die räumlich abgezweigte Frequenz des Eingangs des Phasenregelkreises mit einer vorbestimmten Zahl zu multiplizieren, so daß die Pixelimpulsgebersignale entstehen.

22. System nach Anspruch 20, worin die Einrichtung zur Angleichung der Position des Strahls umfaßt:

eine ebene reflektierende Fläche (54) mit einer Achse;

ein Galvanometer (56), das so auf die reflektierende Fläche einwirkt, daß sich die reflektierende Fläche um ihre Achse bewegt, wenn das Galvanometer erregt wird;

eine Einrichtung (98), um einen zweiten Lichtstrahl so auf die reflektierende Fläche zu richten, daß der Strahl, wenn das Galvanometer erregt wird, in einer Weise abtastet, die der des ersten Strahls in der zweiten Richtung auf der Abtastebene des Objekts entspricht;

einen Lichtstrahlungsempfänger (112), der so positioniert ist. daß er den von der reflektierenden Fläche reflektierten zweiten Strahl aufnimmt und ein Signal erzeugt, das repräsentativ ist für die tatsächliche Position des ersten Strahls in der zweiten Richtung auf der Abtastebene des Objekts; und

ein Einrichtung zur Steuerung des Galvanometers, um die Erregung des Galvanometers (56) so zu steuern, daß sich dieses an die gewünschte, auf dem Signal für die tatsächliche Position des Strahls und auf einem von der Einrichtung zur Erzeugung von Steuersignalen ausgesandten Referenzsignal basierende Position des Strahls angleicht.

23. System nach Anspruch 20, des weiteren umfassend:

eine Einrichtung, um Signale an die Einrichtung zur Erzeugung von Steuersignalen zu senden, die die Position des Strahls auf der Abtastebene des Objekts zu Beginn jeder Abtastung durch den Strahl in der ersten Richtung anzeigen, wodurch die an die Erzeugungseinrichtung geleiteten Signale weiter auf den Signalen basieren, die die Anfangsposition jeder Abtastung anzeigen.

24. System nach Anspruch 20, worin die Speichereinrichtung (140) umfaßt:

eine digitale Bildspeichereinrichtung, um das Signal aus den Nachweiseinrichtungen abzutasten, zu digitalisieren und zu speichern, während der Strahl ein Bild abtastet;

eine Einrichtung, um eine Vielzahl von Bildern von digitalisierten Signalen zu speichern, die von der digitalen Bildspeichereinrichtung übertragen werden können; und

wobei die Bildformungseinrichtung eine zentrale Verarbeitungseinheit umfaßt, um die Übertragung von Signalen von der digitalen Bildspeichereinrichtung zu der Speichereinrichtung zu steuern.

25. System nach Anspruch 1, des weiteren umfassend:

einen weiteren Laser (156), um einen weiteren linear polarisierten, im wesentlichen kollimierten, monochromatischen Lichtstrahl (158) zu erzeugen, wobei der Laser so positioniert ist, daß er einen weiteren Strahl auf dem Wege des ersten Strahls (24) von der Abtasteinrichtung auf das Objekt richtet.

26. System nach Anspruch 25, worin:

der weitere Laser (156) auf unterschiedliche Wellenlängen abstimmbar ist.

27. System nach Anspruch 1, des weiteren umfassend (Fig. 6 B):

eine konfokale Einrichtung, um eine von dem Objekt reflektierte Lichtstrahlung nachzuweisen und elektrische Signale zu erzeugen, die repräsentativ sind für die Intensität der nachgewiesenen reflektierten Lichtstrahlung; und

die Bilderzeugungseinrichtung, um ebenfalls ein Bild zu erzeugen, das repräsentativ ist für die nachgewiesene reflektierte Lichtstrahlung von dem Objekt.

28. System nach Anspruch 1, worin die von dem Objekt ausgesandte Lichtstrahlung luminesziert, insbesondere fluoresziert, wobei die Verstärkungseinrichtung umfaßt:

eine selektive Filteranordnung (613, 647) für die Wellenlänge, um eine von dem Objekt ausgesandte Lichtstrahlung selektiv hindurchzulassen und den Laserlichtstrahl abzusperren.

29. System nach Anspruch 1, worin die Nachweiseinrichtungen umfassen:

eine erste Nachweiseinrichtung und eine zweite Nachweiseinrichtung; und wobei die Verstärkungseinrichtung umfaßt:

ein Gehäuse mit einer Einrichtung, um einen selektiven Strahlungsteiler (633) für eine Wellenlänge so zu befestigen, daß die Lichtstrahlung von dem Objekt innerhalb eines ersten vorbestimmten Wellenlängenbereiches durch den Strahlungsteiler (633) zu der ersten Nachweiseinrichtung (90') läuft und die Lichtstrahlung von dem Objekt innerhalb eines zweiten vorbestimmten Wellenlängenbereiches von dem Strahlungsteiler (633) zu der zweiten Nachweiseinrichtung (90") reflektiert wird.

30. System nach Anspruch 1, worin die Verstärkungseinrichtung umfaßt:

eine drehfähige Filterrevolveranordnung (647), umfassend eine Vielzahl von Filtern (653), wobei jeder der Filter einen anderen Wellenlängenbereich durch den Filter hindurchläßt, und eine Einrichtung (655), um die Filterrevolveranordnung so zu drehen, daß die Lichtstrahlung von dem Objekt durch einen ausgewählten von den Filtern zu den Nachweiseinrichtungen läuft.

31. Verfahren zur Anwendung des Systems nach Anspruch 29, umfassend:

Nachweis der Lichtstrahlung von dem Objekt innerhalb eines ersten vorbestimmten Wellenlängenbereiches durch die erste Nachweiseinrichtung;

gleichzeitig Nachweis der Lichtstrahlung von dem Objekt innerhalb eines zweiten vorbestimmten Wellenlängenbereiches durch die zweite Nachweiseinrichtung.