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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Röntgenfluoreszenzspektrometer
mit einem optischen System, in dem ein sogenanntes Parallelstrahlverfahren
verwendet wird.
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In
der Röntgenfluoreszenzanalyse
wird beispielsweise eine Probe in Form einer Scheibe mit einer vorgegebenen
Größe, nachdem
sie in einen vorgegebenen Probenhalter angeordnet worden ist, auf einem
Probenhalterungstisch angeordnet und dann durch Primär-Röntgenstrahlen
bestrahlt, die von einer Röntgenquelle,
z.B. von einer Röntgenröhre, so emittiert
werden, daß sie
auf eine Oberfläche
der Probe auftreffen. Im allgemeinen ist, um die Empfindlichkeit
des Spektrometers zu erhöhen,
die Röntgenquelle
so nahe wie möglich
an der Probe angeordnet. Hinsichtlich der Tatsache, daß gleichzeitig
gewährleistet
sein muß,
daß die
Röntgenquelle
das Sichtfeld der auf die Probenoberfläche ausgerichteten Detektoreinrichtung
nicht behindert, wird die Röntgenquelle,
z.B. die Röntgenröhre, im
allgemeinen unter einem Winkel oder schräg zur Probenoberfläche angeordnet.
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Es
hat sich jedoch gezeigt, daß,
wenn der Abstand zwischen der Röntgenquelle
und der Probenoberfläche
sehr klein ist, eine geringfügige Änderung
dieses Abstands aufgrund vorhandener Unregelmäßigkeiten bzw. Unebenheiten,
Wölbungen
oder Krümmungen
bis zu etwa 1 mm auf der Probenoberfläche zu einer nicht vernachlässigbaren Änderung der
Intensität
der von der Probe emittierten Röntgenstrahlen
führt,
wodurch die die Analysegenauigkeit nur unzureichend verbessert werden
kann.
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Daher
ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die bei herkömmlichen
Röntgenfluoreszenzspektrometern
auftretenden Probleme zu eliminieren und ein verbessertes Röntgenfluoreszenzspektrometer
bereitzustellen, das in der Lage ist, eine stabile Röntgenfluoreszenzintensität bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch ein Röntgenfluoreszenzspektrometers
mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Weiterbildungen sind in
den Unteransprüchen angegeben.
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Erfindungsgemäß kann,
weil die Öffnung
einer Blende zum Begrenzen der Primär-Röntgenstrahlung eine besondere
Form hat, d.h. so konstruiert ist, daß Änderungen der Intensität der durch
die Detektoreinrichtung gemessenen Röntgenfluoreszenzstrahlung nicht
größer sind
als 1%, wenn die Höhe
der Probenoberfläche
bezüglich
der Röntgenquelle
und der Detektoreinrichtung sich um höchstens 1 mm ändert, unabhängig vom
Vorhandensein der Unregelmäßigkeiten
oder Unebenheiten auf der Probenoberfläche eine stabile Intensität der Röntgenfluoreszenzstrahlung
gewährleistet
werden, so daß die
Analysegenauigkeit ausreichend erhöht werden kann.
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Diese
Wirkung wird dann erzielt, wenn die jeweiligen Öffnungen der Blende zum Begrenzen
der Primär-Röntgenstrahlung
und gegebenenfalls der Feldbegrenzungsblende eine besondere Form
aufweisen.
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Die
vorliegende Erfindung wird anhand der folgenden Beschreibung einer
bevorzugten Ausführungsform
des Spektrometers in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen verdeutlicht
In den beigefügten
Zeichnungen werden identische Bezugszeichen verwendet, um identische
Teile zu bezeichnen; es zeigen:
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1 ein
schematisches Diagramm zum Darstellen einer Ausführungsform des Röntgenfluoreszenzspektrometers;
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2 ein
schematisches Diagramm zum Darstellen von Verteilungsmustern von
Strahlungsintensitäten
von Primär-Röntgenstrahlen, die von einer Röntgenquelle
zu einer Probenoberfläche
hin emittiert wird, betrachtet von der Vorderseite des Blattes von 1;
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3 ein
schematisches Diagramm zum Darstellen einer im Röntgenfluoreszenzspektrometer verwendeten
Blende zum Begrenzen der Primär-Röntgenstrahlung,
betrachtet in der Richtung, in der die Primär-Röntgenstrahlen emittiert werden;
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4 ein
schematisches Diagramm zum Darstellen einer im Röntgenfluoreszenzspektrometer verwendeten
Feldbegren zungsblende, betrachtet in einer Richtung, in der Röntgenfluoreszenzstrahlen
in eine Detektoreinrichtung eintreten;
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5 ein
schematisches Diagramm zum Darstellen eines Beispiels einer Grundform
einer Öffnung
der Feldbegrenzungsdiagramm; und
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6 ein
schematisches Diagramm zum Darstellen eines anderen Beispiels der
Grundform der Öffnung
der Feldbegrenzungsblende.
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Wie
in 1 dargestellt, weist das Röntgenfluoreszenzspektrometer
einen Probenhalterungstisch 6 auf, auf dem eine zu analysierende
Probe 5 angeordnet wird, eine Röntgenquelle 1 zum
Abstrahlen von Primär-Röntgenstrahlung 4 derart,
daß sie auf
eine flache Oberfläche 5a der
Probe 5 auftrifft, und eine Detektoreinrichtung 8,
die auf die Probenoberfläche 5a hin
ausgerichtet ist, um die Intensität von Röntgenfluoreszenzstrahlung 7 zu
messen, die von einer Stelle 5b von Interesse der Probe 5 emittiert
wird. Die Probe 5 kann beispielsweise die Form einer Scheibe
mit einer vorgegebenen Größe haben. Obwohl
die Probe 5 direkt auf dem Probenhalterungstisch 6 angeordnet
ist, kann die Probe 5 auch mit Hilfe eines vorgegebenen
Probenhalters, der so konstruiert sein kann, daß er die Probe hält, auf
dem Probenhalterungstisch 6 angeordnet werden. Während der
Messung wird der Probenhalterungstisch 6 durch einen motorisch
angetriebenen Drehmechanismus so gedreht, daß er sich um eine Mittelachse der
Probe 5 dreht, die senkrecht zum Probenhalterungstisch 6 angeordnet
sein kann. Die flache Oberfläche 5a der
Probe 5 kann Oberflächenunregelmäßigkeiten,
Wölbungen,
Krümmungen
oder ähnliche Unebenheiten
bis zu 1 mm aufweisen.
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Die
Detektoreinrichtung 8 weist auf: eine Feldbegrenzungsblende 14 zum
Begrenzen des die Probenoberfläche 5a erfassenden
Sichtfeldes, eine Divergenz-Soller-Blende 9A zum Durchlassen
der von der Probe 5 emittierten Röntgenfluoreszenzstrahlung,
eine spektroskopische Vorrichtung 10 zum Emp fangen der
Röntgenfluoreszenzstrahlung,
die die Divergenz-Soller-Blende 9A durchlaufen
hat, wobei die spektroskopische Vorrichtung dazu geeignet ist, Röntgenfluoreszenzstrahlung 13 mit
einer zu analysierenden Wellenlänge
zu streuen, eine lichtauffangende Soller-Blende 9B zum
Durchlassen der Röntgenfluoreszenzstrahlung 13,
die durch die spektroskopische Vorrichtung 10 gestreut
worden ist, und einen Detektor 11 zum Messen der Intensität der Röntgenfluoreszenzstrahlung,
die die lichtauffangende Soller-Blende 9B durchlaufen hat.
Die Feldbegrenzungsblende 14 wird verwendet, um die von
der Probe 5 emittierte Röntgenfluoreszenzstrahlung derart
zu begrenzen, daß nur
die von der Stelle 5b von Interesse von der Probe 5 emittierte
Röntgenfluoreszenzstrahlung 7 auf
den Detektor 11 auftreffen kann. Die Divergenz-Soller-Blende 9A ist
bezüglich
der Probenoberfläche 5a schräg angeordnet,
wobei seine Öffnung
zu dem Abschnitt der Probenoberfläche 5a hin ausgerichtet
ist, der durch die Feldbegrenzungsblende 14 erfaßt wird,
während
die Stelle 5b von Interesse der Probe 5 diesen
Abschnitt der Probenoberfläche 5a und
einen mit diesem Abschnitt der Probenoberfläche 5a ausgerichteten
Tiefenbereich der Probe 5 aufweist. Die Divergenz-Soller-Blende 9A und
die lichtauffangende Soller-Blende 9B wirken zusammen,
um ein Soller-Blendensystem 9 zu definieren, der dazu geeignet
ist, die von der Probe 5 emittierte Röntgenfluoreszenzstrahlung zu
kollimieren.
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Die
Röntgenquelle 1 weist
eine Röntgenröhre 2 und
eine Blende 3 zum Begrenzen der Primär-Röntgenstrahlung zum Begrenzen
eines von der Röntgenquelle
zur Probenoberfläche 5a hin
emittierten Primär-Röntgenstrahlbündels 4 auf
und ist bezogen auf die Mittenposition der Probenoberfläche 5a auf
der bezüglich
der Detektoreinrichtung 8 gegenüberliegenden Seite angeordnet.
Weil die Röntgenquelle 1 so
nahe wie möglich
an der Probenoberfläche 5a angeordnet
ist, während
die Detektoreinrichtung 8 so angeordnet ist, daß sie zur
Probenoberfläche 5a hin
ausgerichtet ist und diese erfaßt,
und weil die Richtung, in der die Primär-Röntgenstrahlen 4 sich
von der Röntgenquelle 1 ausbreiten,
bezüglich der
Proben oberfläche 5a geneigt
ist, ist die Strahlungsintensität
der von der Röntgenquelle 1 emittierten
und auf die Probenoberfläche 5a auftreffenden Primär-Röntgenstrahlen 4,
betrachtet von der Vorderseite des Blatts der 1,
so verteilt, daß sie
kein symmetrisches, hügelförmiges Muster
darstellt, sondern ein Muster, in dem ein Peak bezüglich der
Detektoreinrichtung 8 weggerichtet verschoben ist (d.h. in 2 betrachtet
nach links), wie in 2 durch das Bezugszeichen A
dargestellt ist.
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Unter
der Voraussetzung, daß die
Höhe der Probenoberfläche 5a bezüglich der
Röntgenquelle 1 und
der Detektoreinrichtung 8 sich in 1 ändert, z.B.
um 1 mm abnimmt, so daß die
Probenoberfläche 5a um
einen entsprechenden Abstand von der Röntgenquelle 1 weg
entfernt ist, nimmt die Strahlungsintensität der auf die Probenoberfläche 5a auftreffenden
Primär-Röntgenstrahlung 4 über ihre
gesamte Verteilung ein wenig ab, wie in 2 durch
die Kurve B dargestellt ist. Gleichzeitig verschiebt sich, weil, wie
in 1 dargestellt, die auf einer bezüglich der Röntgenquelle 1 gegenüberliegenden
Seite angeordnete Detektoreinrichtung 8 schräg auf die
Probenoberfläche 5a "schaut", die Position der
Stelle 5b von Interesse der Probenoberfläche 5a in 1 betrachtet
nach links, d.h. von einer Position 5b1 zu einer Position 5b2 hin,
wie in 2 dargestellt. Daher ändert sich die Strahlungsintensität der auf
die Stelle 5b von Interesse der Probe 5 auftreffenden
Primär-Röntgenstrahlen 4 bezüglich den
in 2 dargestellten Bereichen von (c + d + e + f =
I1) auf (a + c = I2).
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So
lange die durch (|I2 – I1| × 100/I1)
dargestellte Änderung
von I1 in I2 nicht größer ist
als 1%, kann auch die Intensität
der erzeugten Röntgenfluoreszenzstrahlung
stabilisiert werden. Bei herkömmlichen
Systemen ist dies jedoch nicht in Betracht gezogen worden, und in
herkömmlichen
Systeme können Änderungen
(und in den meisten Fällen
Verminderungen) über
mehrere Prozent auftreten. Die Erfinder haben festgestellt, daß die Ursache
hierfür,
wenn die Konstruktion derart ist, daß lediglich die Röntgenquelle
an einer Position möglichst
nahe an der Probe angeordnet ist, darin liegt, daß der Anteil
d der Strahlungsintensität,
der dadurch reduziert ist, daß die Probenoberfläche sich
von der Röntgenquelle
entfernt hat, tendentiell größer ist
als der Anteil a – (e
+ f) der Strahlungsintensität,
der dadurch erhöht
worden ist, daß die
Probenoberfläche
sich auf diese Weise entfernt hat.
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Hinsichtlich
des vorstehend beschriebenen Sachverhalts ist das Spektrometer derart
konstruiert, daß,
während
die Positionsbeziehung zwischen dem Probenhalterungstisch 1,
der Röntgenröhre 2 und der
Detektoreinrichtung 8 unverändert bleibt, d.h. diese Einrichtungen
sind wie in 1 dargestellt relativ zueinander
positioniert, die Blende 3 zum Begrenzen der Primär-Röntgenstrahlen zum Begrenzen des
Primär-Röntgenstrahlenbündels 4,
das zum Bestrahlen der Probenoberfläche 5a verwendet wird, vor
einer Emissionsöffnung
der Röntgenröhre 2 als Teil
der Röntgenquelle 1 angeordnet
ist. Die Blende 3 zum Begrenzen der Primär-Röntgenstrahlung weist,
betrachtet in der Bestrahlungsrichtung der Primär-Röntgenstrahlen 4 (d.h.
betrachtet in einer durch den Pfeil C in 1 dargestellten
Richtung), eine Öffnung 3a mit
einer in 3 dargestellten Form auf, so daß, falls
die Höhe
der Probenoberfläche 5a bezüglich der
Röntgenquelle 1 und
der Detektoreinrichtung 8 sich um maximal 1 mm ändert, die
Intensitätsänderung
der durch die Detektoreinrichtung 8 gemessenen Röntgenfluoreszenzstrahlung 7 nicht
größer ist als
1%. D.h., wie in 3 dargestellt, daß die Öffnung 3a der
Blende 3 zum Begrenzen der Primär-Röntgenstrahlung keine rein runde
Form, sondern eine derartige runde Form hat, daß ein am nächsten zur Detektoreinrichtung 8 angeordneter Kreisabschnitt
(in 3 ein oberer Abschnitt) blockiert ist. In 3 ist
dargestellt, daß die
Sehne, die zwei Punkte auf einer Kurve verbindet, die durch die Form
der Öffnung 3a dargestellt
ist, eine gerade Linie ist, die Sehne kann jedoch eine von einem
geraden Liniensegment verschiedene, beliebige gewünschte Form
haben. Eine Basisform der Öffnung 3a der Blen de 3 zum
Begrenzen der Primär-Röntgenstrahlung
muß, bevor
die vorstehend beschriebene Blockierung bereitgestellt wird, nicht
auf eine runde Form, wie dargestellt, beschränkt sein, sondern kann eine
ovale oder eine polygonale Form sein. In 3 und 4 ist
ein von der Öffnung 3a verschiedener Abschnitt
der Blende 3 zum Begrenzen der Primär-Röntgenstrahlung,
auf den nachstehend Bezug genommen wird, schraffiert dargestellt.
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Gemäß der vorstehend
beschriebenen Anordnung ist entsprechend den Mustern A und B der
in 2 dargestellten Strahlungsintensitäten ein
Abschnitt des Strahlungsintensitätsmusters
näher zur der
Detektoreinrichtung 8 (weiter rechts) kleiner als bei einem
herkömmlichen
System, so daß die
Fläche (e
+ f) kleiner wird. Dadurch wird der Anteil a – (e + f) der Strahlungsintensität, der dadurch
größer wird, daß die Stelle 5b von
Interesse der Probenoberfläche 5 sich
bewegt hat, größer als
bei einem herkömmlichen
System und kann im wesentlichen durch den Anteil d der Strahlungsintensität kompensiert
werden, der dadurch reduziert worden ist, daß die Probenoberfläche 5a von
der Röntgenquelle 1 wegbewegt
worden ist. Als Beispiel hat sich gezeigt, daß, wenn vorausgesetzt wird,
daß die
Höhe der
Probenoberfläche 5a bezüglich der
Röntgenquelle 1 und
der Detektoreinrichtung 8 sich um 1 mm ändert, die Änderung der durch die Detektoreinrichtung 8 gemessenen
Intensität
der Röntgenfluoreszenzstrahlung 7 0,6%
beträgt,
wenn die in 3 dargestellte Blende 3 zum
Begrenzen der Primär-Röntgenstrahlung
verwendet wird, während,
wenn eine ähnliche
Blende zum Begrenzen der Primär-Röntgenstrahlung
mit einer rein runden Form verwendet wird, ein Wert von 6% erhalten
wird. Daher kann durch das erfindungsgemäße Röntgenfluoreszenzspektrometer
trotz des Vorhandenseins von Unregelmäßigkeiten oder Unebenheiten
der Probenoberfläche 5a eine
stabile Röntgenfluoreszenzintensität gewährleistet
werden.
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Eine ähnliche
Wirkung wie die vorstehend beschriebene Wirkung kann gleichermaßen erhalten werden,
wenn die jeweiligen Formen der Öffnung 3a der
Blende 3 zum Begrenzen der Primär-Röntgenstrahlung und einer Öffnung 14a der
Feldbegrenzungsblende 14 eingestellt werden. Obwohl die Öffnung 14a der
Feldbegrenzungsblende 14 im allgemeinen oval ausgebildet
ist (wie nachstehend ausführlich
beschrieben wird), so daß eine
obere Fläche der
Stelle 5b von Interesse der Probenoberfläche 5a, die
eine runde Form hat, dadurch geeignet erfaßt werden kann, kann die Öffnung 14a eine
Form aufweisen, gemäß der ein
am nächsten
zur Röntgenquelle 1 angeordneter
Abschnitt der im wesentlichen ovalen Form (in 4 ein
oberer Abschnitt), wie in 4 dargestellt,
die die Form der Öffnung 14a betrachtet
in eine in 1 durch einen Pfeil D dargestellte
Richtung zeigt, blockiert ist. In diesem Beispiel ist die Sehne,
die zwei Punkte auf einer Kurve verbindet, die durch die Form der Öffnung 14a dargestellt ist,
als gerade Linie dargestellt, die Sehne kann jedoch eine von einem
geraden Liniensegment verschiedene, beliebige andere gewünschte Form
aufweisen. In einem solchen Fall können, außer den vorstehend diskutierten
Vorteilen, die durch die Verwendung der besonderen geometrischen
Form der Blende 3a zum Begrenzen der Primär-Röntgenstrahlung erhalten
werden, ein weiterer Vorteil dadurch erzielt werden, daß, weil
eine linke Seite der Stellen 5b1 und 5b2 von Interesse
im Vergleich zu einem herkömmlichen
System nach rechts verschoben werden können, wodurch im Vergleich
zu einem herkömmlichen
System d reduziert und a erhöht
wird, der Anteil a – (e
+ f) der Strahlungsintensität,
der dadurch erhöht
wird, daß die
Stelle 5b von Interesse der Probenoberfläche 5 sich
bewegt hat, und der Anteil d der Strahlungsintensität, der dadurch
reduziert wird, daß die
Probenoberfläche 5a von
der Röntgenquelle 1 wegbewegt
worden ist, sich im wesentlichen kompensieren.
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Im
in 1 dargestellten System kann, um zu verhindern,
daß die
Primär-Röntgenstrahlen 4 direkt
in die Detektoreinrichtung 8 eintreten, die Öffnung 14a der
Feldbegrenzungsblende 14 teilweise blockiert sein, d.h.,
die Öffnung 14a kann
eine Form aufweisen, gemäß der ein
Abschnitt der im wesentlichen ovalen Form blockiert ist, wie in 4 darge stellt.
Auch in diesem Fall muß die
Form der Öffnung 14a der
Feldbegrenzungsblende 14 geeignet gestaltet werden, vorausgesetzt,
daß die Öffnung 3a der Blende 3 zum
Begrenzen der Primär-Röntgenstrahlung
und die Öffnung 14a der
Feldbegrenzungsblende 14 so geformt und konfiguriert sind,
daß die
erfindungsgemäßen Wirkungen
erzielt werden. Beispielsweise muß die Position (Höhe) der
Sehne des die im wesentlichen ovale Form der Öffnung 14a blockierenden
Abschnitts neu angepaßt
werden. Außerdem wird
ein Abschnitt der runden oberen Fläche der Stelle 5b von
Interesse der Probenoberfläche 5a möglicherweise
nicht durch die Detektoreinrichtung 14 erfaßt, wenn
die Form der Öffnung 14a der
Feldbegrenzungsblende 14 so gewählt ist, daß ein Abschnitt der im wesentlichen
ovalen Form blockiert ist, wobei tatsächlich jedoch, weil während der
Messung die scheibenförmige
Probe 5 durch den motorisch angetriebenen Drehmechanismus
um ihre Mittelachse gedreht wird, wie vorstehend beschrieben, um
das in Verbindung mit der Unregelmäßigkeit oder Unebenheit der
Probe auftretende Problem zu vermeiden, die von der Stelle 5b von
Interesse emittierte Röntgenfluoreszenzstrahlung 7 durch
die Detektoreinrichtung 8 ausreichend erfaßt werden
kann.
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In
der vorstehenden Beschreibung wurde der Ausdruck "im wesentlichen oval" in Verbindung mit
der Grundform der Öffnung 14a der
Feldbegrenzungsblende 14, bevor der entsprechende Abschnitt blockiert
ist, verwendet. Der Grund hierfür
wird nachstehend diskutiert. Weil der Abstand von einem beliebigen
Punkt auf der Feldbegrenzungsblende 14 zur Probenoberfläche 5a nicht
fest ist, stellt die Grundform der Öffnung 14a keine streng
ovale Form dar, damit die obere Fläche der runden Stelle 5b von
Interesse der Probenoberfläche 5a durch
das Sichtfeld der Detektoreinrichtung 8 ausreichend erfaßt wird, d.h.,
damit die von der Stelle 5b von Interesse emittierte Röntgenstrahlung 7 durch
die Detektoreinrichtung 8 vollständig erfaßt wird, ohne daß dieser
Röntgenfluoreszenzstrahlung 7 externe
Röntgenstrahlung
beigemischt wird, und wird eine quasi-ovale Form darstellen, wobei,
wie in 5 dargestellt, ein unterer Abschnitt der runden
Form begrenzt und ein oberer Abschnitt der runden Form stärker begrenzt ist
als der untere Abschnitt. Wenn die Stelle 5b von Interesse
klein ist, kann sie eine sich im wesentlichen in Längsrichtung
erstreckende Form darstellen, wie in 6 dargestellt.
Außerdem
kann die obere Fläche
der Stelle 5b von Interesse eine von einer runden Form
verschiedene, beliebige andere Form auf der Probenoberfläche 5a darstellen.
Daher soll die Grundform der Öffnung 14a der
Feldbegrenzungsblende 14, bevor der entsprechende Abschnitt
davon blockiert ist, als eine Form verstanden werden, die eine im
wesentlichen runde Form, eine im wesentlichen ovale Form und eine
im wesentlichen polygonale Form einschließt.