CS257198B1

CS257198B1 - Circuit of automatic processing of magnifying electron microscope

Info

Publication number: CS257198B1
Application number: CS869423A
Authority: CS
Inventors: Michael Rychnovsky
Original assignee: Michael Rychnovsky
Priority date: 1986-12-17
Filing date: 1986-12-17
Publication date: 1988-04-15
Also published as: CS942386A1

Abstract

Řešení se týká obvodu automatického zpracování zvětšení rastrovacího elektronového mikroskopu. Podstatou řešeni je, že výstupní napětí vyhodnocovacího obvodu je spolu s řídicím napětím obvodu plynulého ovládání zvětšení zpracováno operační jednotkou a zesilovači, jejichž zesílení jsou přepínána po dekádách výstupními signály komparátorů v závislosti na velikosti napětí. Výsledné napětí je převáděno analogově číslicovým převodníkem na číslicovou informaci o mantise zvětšení. Řád zvětšení je vyhodnocován dekodérem z výstupních signálů komparátorů a obvodu stupňového ovládání zvětšení. Řešení lze s výhodou využít zejména při konstrukci rastrovacích elektronových mikroskopů.The solution concerns a circuit for automatic processing of the magnification of a scanning electron microscope. The essence of the solution is that the output voltage of the evaluation circuit, together with the control voltage of the continuous magnification control circuit, is processed by an operational unit and amplifiers, the gains of which are switched in decades by the output signals of the comparators depending on the voltage. The resulting voltage is converted by an analog-to-digital converter into digital information about the magnification mantissa. The order of magnification is evaluated by a decoder from the output signals of the comparators and the step magnification control circuit. The solution can be advantageously used especially in the design of scanning electron microscopes.

Description

Vynález se týká obvodu automatického zpracování zvětšení rastrovacího elektronového mikroskopu.The present invention relates to an automatic scanning electron microscope magnification processing circuit.

Rastrovací elektronový mikroskop umožňuje pozorování zkoumaných vzorků při různém zvětšení, jehož velikost lze řídit v širokém rozsahu, například pěti dekád. Požadovanou hodnotu zvětšení je možné velmi rychle nastavit stupňovým ovladačem zvětšení a velmi přesně dostavit plynulým ovladačem zvětšeni. U přístrojů s vyšší technickou vybaveností je výsledná hodnota zvětšení zobrazována číslicovým zobrazovačem. Jeho údaj obvykle zahrnuje vliv stupňového i plynulého ovladače zvětšeni s příslušnou korekcí v závislosti na velikosti urychlovacího napětí, případně i v závislosti na vzdálenosti pozorovaného vzorku od objektivu. Potřebné funkce bývají soustředěny do jediného analogového obvodu, jehož výstupní napětí je převáděno číslicovým převodníkem na číslicovou informaci o zvětšení.The scanning electron microscope allows observation of the examined samples at various magnifications, the size of which can be controlled over a wide range, for example five decades. The desired magnification value can be set very quickly with the zoom knob and adjusted very precisely with the smooth zoom knob. For instruments with higher technical equipment, the resulting magnification value is displayed by a digital display. Its reading usually includes the influence of the step and smooth zoom controls with appropriate correction depending on the magnitude of the acceleration voltage, and possibly also on the distance of the observed sample from the lens. The necessary functions are concentrated in a single analog circuit whose output voltage is converted by a digital converter to digital magnification information.

Nevýhodou dosavadního způsobu zpracování zvětšení je celkově nízká přesnost. Relativní chyba výsledného údaje se mění v rozmezí několika řádů, což znehodnocuje výsledek zejména v oblasti malých zvětšení. Dokonalejší řešení, odstraňující tento nedostatek, používají složitou výpočetní techniku a jsou mnohonásobně dražší.A disadvantage of the current magnification processing method is the overall low accuracy. The relative error of the resulting data varies within several orders, which depreciates the result especially in the area of small magnifications. More sophisticated solutions to eliminate this drawback use complex computer technology and are many times more expensive.

Uvedené nevýhody dosavadního stavu do značné míry odstraňuje obvod automatického zpracování zvětšení rastrovacího elektronového mikroskopu podle vynálezu, jehož podstatou je, že je tvořen prvním zesilovačem, spojeným svým signálovým vstupem s výstupem vyhodnocovacího obvodu a se vstupem prvního komparátoru, svým řídicím vstupem s výstupem prvního komparátoru a s prvním vstupem dekodéru a svým výstupem s prvním vstupem operační jednotky, jejíž druhý vstup je spojen s výstupem obvodu plynulého ovládání zvětšení a jejíž výstup je spojen se vstupem druhého komparátoru a se signálovým vstupem druhého zesilovače, spojeného svým výstupem se vstupem analogově číslicového převodníku a svým řídicím vstupem s výstupem druhého komparátoru a s druhým vstupem dekodéru, jehož sběrnicový vstup je sopjen s prvním sběrnicovým výstupem obvodu stupňového ovládání zvětšeni a jehož sběrnicový výstup je spojen s prvním sběrnicovým vstupem zobrazovacího obvodu, zatímco druhý sběrnicový vstup zobrazovacího obvodu je připojen ke sběrnicovému výstupu analogově číslicového převodníku. Podstatou vynálezu rovněž je, že mezi výstup vyhodnocovacího obvodu a signálový vstup prvního zesilovače, který je epojený se vstupem prvního komparátoru, je zapojen dělič napětí, k jehož sběrnicovémuv stupu je připojen druhý sběrnicový výstup obvodu stupňového ovládání zvětšení. Výhodné přitom je, jestliže operační jednotka je tvořena analogovou děličkou a obvod plynulého ovládání zvětšení je tvořen násobícím obvodem, nebo jestliže operační jednotka je tvořena analogovou násobičkou a obvod plynulého ovládání zvětšení je tvořen dělicím obvodem.The aforementioned disadvantages of the prior art are largely eliminated by the scanning electron microscope magnification processing circuit of the present invention, which is constituted by a first amplifier coupled by its signal input to the evaluation circuit output and the first comparator input, its control input to the first comparator output, and the first input of the decoder and its output to the first input of the operating unit, the second input of which is coupled to the output of the continuous zoom control circuit and the output of which is connected to the input of the second comparator and the signal input of the second amplifier an input with a second comparator output and a second decoder input whose bus input is coupled to the first bus output of the step-up control circuit and whose bus output is coupled with the first bus input of the display circuit, while the second bus input of the display circuit is connected to the bus output of the analog-to-digital converter. It is also an object of the invention that a voltage divider is connected between the output of the evaluation circuit and the signal input of the first amplifier, which is coupled to the input of the first comparator, to whose bus stage the second bus output of the step control circuit is connected. Preferably, the operating unit is an analog divider and the magnification control circuit is a multiplier circuit, or the operating unit is an analog multiplier and the magnification control circuit is a dividing circuit.

Výhodou zapojení podle vynálezu je zcela automatické zpracování a číslicové zobrazení údaje o zvětšení v celém jeho rozsahu, například pěti dekád. Výsledný číslicový údaj zahrnuje vliv stupňového i plynulého ovladače zvětšení, vliv velikosti urychlovacího napětí i vliv vzdálenosti pozorovaného vzorku od objektivu.\Zcela odpadá určování zvětšení z několika údajů, případně používání korekčních koeficientů.The advantage of the circuitry according to the invention is the fully automatic processing and digital display of the magnification data over its entire range, for example five decades. The resulting digital figure includes the influence of the step and continuous zoom controls, the magnitude of the acceleration voltage and the distance of the observed sample from the lens. \

Hlavní výhodou zapojení podle vynálezu je vysoká přesnost zpracování zvětšení, přičemž relativní chyba se nezvyšuje ani v oblasti malých zvětšení.The main advantage of the circuitry according to the invention is the high accuracy of the magnification processing, and the relative error does not increase even in the low magnification range.

Nezanedbatelnou výhodou je poměrná jednoduchost zapojení, spojená s nízkými realizačními náklady.A considerable advantage is the relative simplicity of the wiring, coupled with low implementation costs.

Vynález bude dále podrobněji popsán podle přiloženého výkresu, na němž je schematicky znázorněno příkladné provedení obvodu automatického zpracování zvětšení rastrovacího elektronového mikroskopu podle vynálezu.The invention will now be described in more detail with reference to the accompanying drawing, in which an exemplary embodiment of a scanning electron microscope automatic processing circuit according to the invention is shown schematically.

Příkladné provedeni obvodu podle vynálezu je vytvořeno následujícím zapojením. První zesilovač 1_ je spojen svým signálovým vstupem 101 se vstupem prvního komparátoru 2 a přes dělič 2 napětí s výstupem vyhodnocovacího obvodu £, svým řídicím vstupem 102 s výstupem prvního komparátoru 2 a s prvním vstupem 51 dekodéru 5, a svým výstupem s prvním vstupem 61 operační jednotky 6. Operační jednotka 6 je dále spojena svým druhým vstupem 62 s výstupem obvodů _7 plynulého ovládání zvětšení a svým výstupem se signálovým vstupem 81 druhého zesilovače 8 a se vstupem druhého komparátoru 5_. Druhý zesilovač £ je spojen svým výstupem se .vstupem analogově číslicového převodníku 10 a svým řídicím vstupem 82 s výstupem druhého komparátoru j) a s druhým vstupem 52 dekodéru 5. Ke sběrnicovému výstupu analogově číslicového převodníku 10 je připojen druhý sběrnicový vstup 112 zobrazovacího obvodu 11, jehož první sběrnicový vstup 111 je spojen se sběrnicovým výstupem dekodéru 5. Ke sběrnicovému vstupu 32 děliče 3^ napětí je připojen druhý sběrnicový výstup 122 obvodu 12 stupňového ovládání zvětšeni, zatímco první sběrnicový výstup 121 obvodu 12 stupňového ovládání zvětšení je spojen se sběrnicovým vstupem 53 dekodéru 5.An exemplary embodiment of the circuit according to the invention is formed by the following wiring. The first amplifier 7 is connected by its signal input 101 to the input of the first comparator 2 and via a voltage divider 2 to the output of the evaluation circuit 6, its control input 102 to the output of the first comparator 2 and the first input 51 of the decoder 5, and its output to the first input 61 of the operating unit 6. The operating unit 6 is further coupled by its second input 62 to the output of the continuous zoom control circuit 7 and its output to the signal input 81 of the second amplifier 8 and the input of the second comparator 5. The second amplifier 8 is connected by its output to the analog-to-digital converter 10 input and its control input 82 to the output of the second comparator j) and to the second input of the decoder 5. The second bus input 112 of the display circuit 11 is connected to the bus output 112. the first bus input 111 is coupled to the bus output of the decoder 5. The bus input 32 of the voltage divider 34 is connected to the second bus output 122 of the zoom control circuit 12, while the first bus output 121 of the zoom control circuit 12 is coupled to the bus input 53 of the decoder. .

Obvod podle vynálezu pracuje takto: Vyhodnocovací obvod vyhodnocuje Základní zvětšení mikroskopu v závislosti na velikosti urychlovacího napětí a na vzdálenosti pozorovaného vzorku od objektivu. Na výstupu vyhodnocovacího obvodu i je stejnosměrné napětí přímo úměrné základnímu zvětšení. Toto napětí přichází do děliče 3_ napětí, jehož dělicí poměr je přepínán logickými signály z druhého sběrnicového výstupu 122 obvodu 12 stupňového ovládání zvětšení. Obvod 12 stupňového ovládání zvětšení slouží k ovládání zvětšení po stupních, které jsou u příkladného provedení vynálezu zvoleny tak, aby tvořily řadu 1, 2, 5, 10, 20* 50, 100,The circuit according to the invention operates as follows: The evaluation circuit evaluates the basic magnification of the microscope as a function of the magnitude of the acceleration voltage and the distance of the observed sample from the objective. At the output of the evaluation circuit i, the DC voltage is proportional to the basic magnification. This voltage is supplied to a voltage divider 3 whose switching ratio is switched by logic signals from the second bus output 122 of the magnification control circuit 12. The zoom step control circuit 12 serves to control the zoom step by step, which in the exemplary embodiment of the invention is selected to form a series 1, 2, 5, 10, 20 * 50, 100,

200, 500, 1 000, 2 000, 5 000. Na jeho prvém a druhém sběrnicovém výstupu 121, 122.’je informace o zvoleném stupni zvětešní rozdělena do dvou složek: mantisy a řádu. Logický signál z druhého sběrnicového výstupu 122 obvodu 12 stupňového ovládání zvětšení přepíná dělicí poměr děliče 2 napět! souhlasně s mantisou zvoleného stupně zvětšení, která u výše uvedeného příkladného provedení nabývá hodnot 1, 2, 5.200, 500, 1 000, 2 000, 5 000. At its first and second bus output 121, 122.`, the information about the selected level of the post is divided into two components: mantissa and order. The logic signal from the second bus output 122 of the magnification control circuit 12 switches the voltage divider 2 of the divider 2! in accordance with the mantissa of the selected degree of magnification, which in the above-mentioned exemplary embodiment takes values of 1, 2, 5.

Pokud je však řada přepínaných stupňů zvětšení stanovena tak, že mantisa zůstává stále stejná, například jsou-li stupně zvětšeni 10, 100, 1 000, 10 000, je možno dělič _3 napětí vynechat, takže obvod'1^2 stupňového ovládání zvětšení dává informaci pouze dekodéru 5, a to informaci o řádu zvoleného stupně zvětšení.However, if a series of toggled degrees of magnification is determined such that the mantissa remains the same, for example, when the degrees of magnification are 10, 100, 1,000, 10,000, the voltage divider 3 may be omitted so that the zoom stage 12 gives information only the decoder 5, namely the order of the selected degree of magnification.

Upravené napětí z děliče 3 napětí je přiváděno jednak na vstup prvního komparátoru 2, který vyhodnocuje jeho velikost srovnáním s napětím neznázorněného referenčního zdroje, jednak na signálový vstup 101 prvního zesilovače 1. Zesílení prvního zesilovače 1^ je přepínáno po dekádách výstupním signálem prvního komparátoru 2 tak, že výstupní napětí prvního zesilovače 2 se mění pouze v rozmezí jedné dekády. Toto napětí přichází na první vstup 61 operační jednotky 6. Na její druhý vstup 62 je z obvodu 7_ plynulého ovládání zvětšení přiváděno.stejnosměrné řídicí napětí U-, které slouží k plynulému řízení zvětšení. Jestliže je obvod 2 plynulého ovládání zvětšení proveden jako násobící obvod, je operační jednotka ji realizována analogovou děličkou, pro jejíž výstupní napětí U_v platí vztah:The adjusted voltage from the voltage divider 3 is applied both to the input of the first comparator 2, which evaluates its magnitude by comparison with the voltage of the reference source (not shown), and to the signal input 101 of the first amplifier 1. that the output voltage of the first amplifier 2 changes only within a decade. This voltage is applied to the first input 61 of the operating unit 6. A second DC control voltage U1 is applied to its second input 62 from the continuous magnification control circuit 7, which serves to continuously control the magnification. If the magnification control circuit 2 is implemented as a multiplier circuit, the operating unit is realized by an analog divider for which the output voltage U _v is given by:

kde υ_χ je napětí na prvním vstupu 61, U^. je napětí na druhém vstupu 62, U_y je napětí na výstupu operační jednotky 6 a K je konstanta, například 10. Výstupní, napětí U_y operační jednotky 6^ dále zpracovává druhý zesilovač jehož zesílení je přepínáno po dekádách výstupním signálem druhého komparátoru _9, který vyhodnocuje velikost přiváděného napětí. Na výstupu druhého zesilovače £ je stejnoměrné napětí, přímo úměrné mahtise zvětšení, jehož velikost se může měnit pouze v rozmezí jedné dekády. Napětí převádí analogově číslicový převodník 10 na číslicovou informaci.where υ _χ is the voltage at the first input 61, U ^. is the voltage at the second input 62, _Uy is the output voltage of the operating unit 6 and K is a constant, for example 10. The output voltage _{Uy of the} operating unit 6 further processes the second amplifier whose gain is switched decades evaluates the magnitude of the applied voltage. At the output of the second amplifier 6 there is a uniform voltage, directly proportional to the mahtise of magnification, the magnitude of which can vary only within a decade. The voltage converts analogue to digital converter 10 into digital information.

Na prvním sběrnicovém výstupu 121 obvodu 12 stupňového ovládání zvětšení je logický signál, nesoucí informaci o řádu zvoleného stupně zvětšení. Tento signál je společně s logickými signály z prvního komparátoru 2 a z druhého komparátoru 9_ přiváděn do dekodéru 3, který vyhodnocuje řád zvětšení.On the first bus output 121 of the magnification step control circuit 12 there is a logic signal carrying information about the order of the selected magnification step. This signal, together with the logic signals from the first comparator 2 and the second comparator 9, is fed to a decoder 3 which evaluates the magnification order.

Výstupní signály analogově číslicového převodníku 10 a dekodéru 5 jsou přivedeny na druhý a první sběrnicový vstup 111, 112 zobrazovacího obvodu 11, který zobrazuje současně mantisu i řád zvětšení v celém rozsahu, například pěti dekád. Relativní přesnost údaje se mění pouze v rozmezí jedné dekády.The output signals of the A / D converter 10 and the decoder 5 are applied to the second and first bus inputs 111, 112 of the display circuit 11, which simultaneously display the mantissa and the magnification order over the entire range, for example, five decades. The relative accuracy of the data changes only within a decade.

Vynález lze s výhodou využit zejména pří konstrukci rastrovacích elektronových mikroskopů .The invention can be used in particular for the construction of scanning electron microscopes.

Claims

Scanning electron microscope magnification processing circuit, characterized in that it comprises a first amplifier (1) connected by its signal input (101) to the output of the evaluation circuit (4) and to the input of the first comparator (2) by its control input ( 102) with the output of the first comparator (2) and the first input (51) of the decoder (5) and its output with the first input (61) of the operating unit (6), the second input (62) of which is connected to the output of the continuous control circuit (7) the output of which is coupled to the input of the second comparator (9) and the signal input (81) of the second amplifier (8), connected to the output of the analog-to-digital converter (10) and its control input (82) to the output of the second comparator ) and a second input (52) of a decoder (5), the bus input (53) of which is coupled to the first bus output (121) of the zoom control circuit (12) and whose b rnicový output is connected to a first bus input (111) of the display circuit (11), while the second bus input (112) of the display circuit (11) is connected to a bus output of the analog-digital converter (10).

2. The circuit of claim 1 wherein; a voltage divider (3) is connected between the output of the evaluation circuit (4) and the signal input (101) of the first amplifier (1) which is connected to the input of the first comparator (2), to whose bus input (32) the second bus output is connected (122) a zoom step control circuit (12).

Circuit according to Claims 1 and 2, characterized in that the operating unit (6) is formed by an analog divider and the continuous control circuit (7) is formed by a multiplier circuit.

4. Circuit according to claim 1, characterized in that the operating unit (6) is formed by an analog multiplier and the circuit (7) for continuously controlling the magnification is formed by a dividing circuit.