DE1165779B - Verfahren zur Scharfstellung des Brennflecks in einem Roentgenschattenmikroskop - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. Kl.: HOIj

Deutsche KL: 21g-37/01

Nummer: 1 165 779

Aktenzeichen: N 14661 VIII c / 21 g

Anmeldetag: 12. Februar 1958

Auslegetag: - 19. März 1964

Ein Röntgenschattenmikroskop ist eine Röntgenröhre, bei der der Brennfleck, die Quelle der Röntgenstrahlen, auf einem dünnen Metallfenster erzeugt wird und mit deren Hilfe von einem kleinen Gegenstand auf einem Bildschirm ein vergrößertes Röntgenbild entworfen wird. Der Brennfleck muß sehr klein sein, weil sonst das Röntgenbild nicht scharf ist. Dazu wird das Bündel der von der Kathode zu dem Fenster (der Auftreffplatte) wandernden Elektronen mittels eines stark verkleinernden elektronenoptischen Systems fokussiert. Dabei handelt es sich darum, daß der Querschnitt des Bündels auf der Auftreffplatte möglichst klein gestaltet wird.

Eine Beobachtung des Brennflecks während der Einstellung des elektronenoptischen Systems ist aus verschiedenen Gründen nicht auf einfache Weise verwirklichbar. Man hat deshalb eine nahe beim Brennfleck angeordnete Metallgaze benutzt, aber die Helligkeit eines auf einem Leuchtschirm erzeugten Schattenbildes ist dabei so gering, daß nicht mit Sicherheit bestimmt werden kann, wann bei der Einstellung der Fokussierung die Linien am schärfsten erscheinen.

Der Zweck der Erfindung ist, eine größere Bildhelligkeit zu erzeugen. Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Scharfstellung des Brennflecks in einem Röntgenschattenmikroskop, bei dem erfindungsgemäß der Brennfleck durch die von dem Brennfleck der Auftreffplatte ausgelösten und in Kathodenrichtung beschleunigten Elektronen durch die Linse auf eine aus leitendem Material bestehende, auf gegenüber der Kathode positivem Potential liegende und mit Leuchtstoff überzogene Auffangplatte abgebildet wird und bei dem anschließend die Brennweite der Linse eingestellt wird. Das Bild auf der Auffangplatte kann beobachtet werden, und der Beobachtungsschirm soll an der Stelle angeordnet sein, wo die Linse bei richtiger Einstellung ein elektronenoptisches Bild des Brennflecks erzeugt.

An sich ist es bekannt, einen Gegenstand auf einem Auffangschirm durch die Elektronen abzubilden, die am Gegenstand reflektiert werden und wobei durch die Abbildungslinse auch die Elektronen hindurchwandern, die den Gegenstand bestrahlen. Die Linse erzeugt ein Bild des Gegenstandes auf einem Auffangschirm und vergrößert die Elektronendichte am abzubildenden Gegenstand. Die Wirkungsweise des bekannten Abbildungssystems wird beim vorliegenden Verfahren dahingehend abgeändert, daß das Wahrnehmbarmachen des Brennflecks in der Röntgenröhre eines Röntgenschattenmikroskops benutzt wird, um den Brennfleck scharf einstellen zu können.

Verfahren zur Scharfstellung des Brennflecks
in einem Röntgenschattenmikroskop

Anmelder:

N. V. Philips' Gloeilampenfabrieken, Eindhoven (Niederlande)

Vertreter:

Dr. rer. nat. P. Roßbach, Patentanwalt,
Hamburg 1, Mönckebergstr. 7

Als Erfinder benannt:

Ong Sing Poen, Delft (Niederlande)

Beanspruchte Priorität:

Niederlande vom 16. Februar 1957 (Nr. 214 670)

Das beschriebene Verfahren wird nachstehend an Hand der Zeichnungen näher erläutert.

In Fig. 1 bezeichnet 1 die Glühkathode eines Röntgenschattenmikroskops. Zwischen dieser Glühkathode und der Auftreffplatte 2, einem dünnen Metallfenster in der Stirnwand der Röntgenröhre, wird im Betrieb eine Spannung in der Größenordnung von 10 kV angelegt. Die Auftreffplatte ist positiv gegen die Kathode. Näher bei dieser letzteren sind mindestens eine Elektrode 3, die gleichfalls ein positives Potential in bezug auf die Kathode hat, um die von der Kathode ausgesandten Elektronen in Richtung der Auftreffplatte zu beschleunigen, und eine negative Blende 4 zum Bündeln der Elektronen angeordnet. Die Elektronen 1,3 und 4 bilden das Strahlerzeugungssystem. Die Elektrode 3 oder die letzte Elektrode dieses Systems kann das gleiche Potential wie die Auftreffplatte 2 aufweisen und wird nachstehend als Anode bezeichnet.

Im elektrischen oder magnetischen Feld einer Elektronenlinse 5 werden die Elektronenbahnen abgebogen, so daß sie in einem sehr kleinen, meist kreisförmigen Brennfleck 6 endigen. Aus diesem Brennfleck werden weiche Röntgenstrahlen in allen Richtungen ausgesandt. Die Größe des Brennflecks hängt nicht nur von den Abmessungen der Kathode, den gegenseitigen Abständen und der Potentialverteilung, sondern auch von der Linseneinstellung ab. Der Durchmesser des Brennflecks kann 1 μ und sogar weniger sein.

Vom Brennfleck6 kehren Elektronen in einer Richtung, die derjenigen der von der Kathode zur Auf-

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treffplatte wandernden Elektronen entgegengesetzt ist, durch die Linse 5 hindurch zurück. Die ohne oder ohne erheblichen Geschwindigkeitsverlust reflektierten Elektronen könnten unter der Einwirkung der Elektronenlinse zum Strahlerzeugungssystem zurückkehren. Es ist jedoch ein Magnetfeld vorgesehen, dessen Feldstärke eine Komponente senkrecht zur Achse des Elektronenbündels besitzt. Zu diesem Zweck können die Pole eines Elektromagneten oder eines Dauer-

Manchmal wird auf der Auftreffplatte das Bild der Öffnung in einer Blende entworfen, die in einem feldfreien Raum angeordnet ist und die emittierten Elektronen bis auf ein schmales Bündel abfängt.

Wenn man zunächst von Abweichungen infolge von Linsenfehlern absieht, sieht man auf der Platte 11 eine hinsichtlich der Gestalt und der Größe getreue Kopie des Bündelquerschnittes, dessen Bild auf der Auftreffplatte 2 erzeugt wird. Die Abmessungen sind

feldes ausgesetzt wird. Einer dieser Magnetpole, der hinter dem Bündel angeordnet gedacht werden muß, ist in F i g. 1 mit 7 bezeichnet. Er ist der Südpol. Der nicht dargestellte Nordpol liegt vor dem Bündel.

Dieses magnetische Querfeld bewirkt eine Ablenkung der Bahnen der vom Strahlerzeugungssystem zur Auftreffplatte gehenden Elektronen. Dadurch, daß die Bahnen der zurückkehrenden Elektronen durch

magneten beiderseits des Bündels angeordnet sein, so io klein, aber durch optische Vergrößerung ist die daß dieses der Einwirkung eines magnetischen Quer- Schärfe des Bildes auf der Platte 11 stets wahrnehmbar. Auch kann aus diesem Bild ermittelt werden, ob die Anordnung der Elektroden des Strahlerzeugungssystems in bezug aufeinander oder auf eine Linse 15 korrigiert werden muß, weil man nicht nur die Bildschärfe beurteilen kann, sondern auch sehen kann, ob das Bild die erwünschte Gestalt aufweist. Der auf dem Schirm 11 sichtbare Fleck ist gleichmäßig erleuchtet und weist, im Gegensatz zu dem von einem das magnetische Querfeld im gleichen Drehsinne ab- 20 Elektronenmikroskop erzeugten Bild, kein bestimmtes gebogen werden, löst sich in diesem Feld das zurück- Muster auf.

kehrende Bündel 9 vom- hingehenden Bündel 8 ab Die Einstellung der Bildschärfe kann mit großer

und folgte einem eigenen Weg. Die Änderung, die Genauigkeit erfolgen. Sobald das hingehende Strahdas magnetische Querfeld in der Fokussierung herbei- lenbündel nicht richtig auf der Auftreffplatte 2 fokusführt, ist sehr gering, so daß sich die zurückkehren- 25 siert ist, wobei die Fokussierung jedoch derartig ist, den Elektronen auf einer kleinen Fläche um den daß die Unscharfe auf einem Röntgenschirm nicht Punkt 10 an einer Stelle konzentrieren, an der eine mit dem Auge wahrnehmbar ist, ergibt sich eine deut-Auffangplatte aus leitendem Material 11 angeordnet liehe Verwischung des Bildes auf der Auffangplatte ist. Diese Platte hat ein gegen die Kathode positives 11, das bei fortgesetzter Defokussierung ganz verPotential, beispielsweise dadurch, daß sie mit der 3° schwindet. Dies ist unter anderem darauf zurückzu-Anode 3 verbunden ist. führen, daß der Fokussierungsfehler sich auf dem

Die Platte 11 ist mit einem Leuchtstoff überzogen, Rückweg wiederholt.

so daß auf ihr ein Bild des Brennflecks sichtbar ist. Wenn das Bild des kleinsten Bündelquerschnittes

Dieses Bild ist jedoch viel größer als der Brennfleck nicht auf der Auftreffplatte, sondern beispielsweise selbst, denn es ist durch die Linse vergrößert. Die 35 hinter ihr liegt, schneiden die Strahlen, die sich in Helligkeit dieses Bildes ist viel größer als diejenige einem Punkt dieses Bildes treffen, die Auftreffplatte des Röntgenbildes, an dem bisher die Schärfe des in einer Fläche endlicher Größe. Diese Fläche liefert Brennflecks beurteilt wurde. Häufig ist es sogar nicht durch die zurückkehrenden Elektronen ein Bild, das nötig, daß die Beobachtung des Fokusbildes in einem weit hinter der Auffangplatte 11 liegt und von Strahverdunkelten Raum erfolgt. Manchmal ist die Inten- 40 len erzeugt wird, welche die Auffangplatte auf einer sität der Röntgenstrahlen unzureichend, um sogar in erheblichen Fläche treffen, so daß schon bald jegliche einem völlig verdunkelten Raum einen Durchleuch- Bildschärfe ausgeschlossen ist.
tungsschirm zu sichtbarem Leuchten zu bringen. In Infolgedessen sieht man auf der Auftreffplatte 11

diesem Falle kann man sich somit zum Einstellen der nur bei genauer Einstellung des elektronenoptischen Elektronenlinse nicht auf ein Röntgenbild verlassen, 45 Systems einen hell erleuchteten und scharfen Fleck, weil ein für das Auge wahrnehmbares aufleuchtendes Bringt man die Einstellung nur etwas außerhalb der Röntgenbild fehlt. Durch Anwendung des beschrie- richtigen, so geht der helle Fleck in ein verbenen Verfahrens, wodurch man vom Röntgenbild schwommenes Gebilde aus erheblich abgeschwächtem unabhängig wird, kann man auch dann das Ziel er- Fluoreszenzlicht mit radial abnehmender Helligkeit reichen. Die Anzahl der Elektronen, die mit nahezu 50 über.

unverringerter Geschwindigkeit von der Auftreffplatte Fig. 2, in welcher der Vorrichtung nach Fig. 1

zurückkehren, wird sogar bei niedrigerer Spannung entsprechende Teile mit den gleichen Bezugsziffern relativ größer (niedrigerer Wirkungsgrad der Röntgen- bezeichnet sind, stellt eine andere Möglichkeit zum Strahlenerzeugung). Trennen des Bündels zurückkehrender Elektronen

Wenn die Platte 11 sehr dünn ist, so daß die Elek- 55 vom hingehenden Bündel dar. Die magnetische tronen hindurchdringen können, kann die Leucht- Linse 5, die als ein Zylinder dargestellt ist, ist hierbei schicht auf der der Auftreffplatte abgewandten Seite so angeordnet, daß ihre Achse mit derjenigen des angebracht werden. Elektronenbündels einen geringen Winkel von bei-

Das Bild, daß bei richtiger Einstellung der Linse spielsweise 0,5° einschließt. Diese Linse kann aus auf der Auftreffplatte entworfen wird, ist das Bild des 60 einer Linse, deren Achse in der Zeichenebene liegt, kleinsten Bündelquerschnittes. Dieser liegt meist und einem magnetischen Polpaar zusammengesetzt zwischen einer vor der Kathode angeordneten, negativ gedacht werden, das ein Feld liefert, dessen Zentralgeladenen Blende 4 und der ringförmigen oder zylin- vektor senkrecht zur Zeichenebene verläuft. Zur Verdrischen Anode 3, die etwas weiter von der Kathode deutlichung sind diese beiden Komponenten in F i g. 3 entfernt ist. Beim vorstehend erwähnten Elektronen- 65 in einem Ersatzbild gesondert gezeichnet, und zwar, mikroskop wird in der Gegenstandsfläche gerade ein wenn man von F i g. 2 ausgeht, in einer Projektion Bild der Fläche erzeugt, in der der Bündelquerschnitt gemäß der Ansicht von links. Sie bestehen aus einer am größten ist. reinen Elektronenlinse (mit Polen 12 und 13 und einer

Drahtwicklung 14) und einem Polpaar 15 und 16. Es wird angenommen, daß die Richtung des Erregungsstromes in der Wicklung 14 so gewählt ist, daß 12 und somit auch 15 ein Nordpol und 13 und somit auch 16 ein Südpol sind. Hierzu gehört eine Ablenkung des Bündels 8 und des Bündels der zurückkehrenden Elektronen nach rechts. Infolgedessen verläßt das letztere Bündel die Linse in einer anderen Richtung, wie dies durch 9 dargestellt ist. Wenn auch in Wirklichkeit die Bündelachsen 17,18 und 19 nicht, wie bisher angenommen ist, in einer Ebene liegen, so ist dies zum Verständnis der Wirkungsweise belanglos; es dürfte einleuchten, daß auf jeden Fall die Bündel 8 und 9 auseinanderweichen.

In der Nähe desElektronenstrahlerzeugungssystems ist eine Auffangplatte 20 angeordnet, die mit einem Loch 21 zum Hindurchlassen des hingehenden Elektronenbündels versehen ist. Sie ist mit einer Leuchtstoffschicht überzogen und elektrisch mit der Anode 3 verbunden. Dies bedingt, daß die Platte aus Metall, wenigstens aus einem leitenden Stoff bestehen oder mit einer leitenden Schicht überzogen sein muß. Die Platte kann auch die Abbildungsblende des elektronenoptischen Systems sein.

F i g. 4 stellt dar, was auf der Auffangplatte siehtbar wird. Auf der Platte oder einem großen Teil derselben liegt ein schwacher Schimmer (im Gebiet 22), der durch Streuung und chromatische Aberration erzeugt wird. Die Elektronen, die mit unverminderter oder nahezu unverminderter Geschwindigkeit vom Brennfleck 6 zurückkehren, sammeln sich bei richtiger Einstellung der Brennweite der Linse in einem hell erleuchteten Fleck 23 neben der Öffnung 21. Dieser Fleck entspricht hinsichtlich seiner Gestalt und Größe dem Querschnitt des Bündels 8, der auf der Auftreffplatte 2 abgebildet wird. Die richtige Einstellung der Brennweite der Linse ist diejenige, bei der der Fleck 23 möglichst klein ist. Bei Änderung der Brennweite zerfließt und verwischt sich der Fleck.

Wie vorstehend bereits bemerkt wurde, liegt der kleinste Bündelquerschnitt, der auf der Auftreffplatte 2 abgebildet werden soll, meist zwischen der Anode 3 und der Blende 4 im Strahlerzeugungssystem. In diesem Falle hat eine entsprechende F i g. 2 angeordnete Auffangplatte einen geringeren Abstand von der Linse als der abzubildende Gegenstand. Wenn der Unterschied nicht übermäßig groß ist, hat dies jedoch keinen merklichen Einfluß auf die Bildschärfe, weil im Gegensatz zum Gebiet zwischen der Linse und der Auftreffplatte 2 im Gebiet zwischen der Linse und der Auffangplatte 20 die Bündel der sich in einem Bildpunkt konzentrierenden Strahlen sehr schlank sind, so daß auch in einer Fläche, die diese Bündel nicht genau im Scheitel schneidet, dennoch eine für die Praxis hinreichend scharfe Abbildung erhalten wird.

Der Unterschied zwischen dem Abstand des vom zurückkehrenden Bündel erzeugten Bildes von der Auftreffplatte und demjenigen des Elektronenstrahlerzeugungssystems von der Auftreffplatte kann auch größer sein. Dies ist der Fall, wenn das optische System aus mehr als einer Linse besteht und das zurückkehrende Bündel nicht durch alle Linsen des Systems hindurchgeführt wird. Es kann beispielsweise in Fig. 1 eine zweite Linse zwischen der Anode3 und dem Magnetsystem 7 vorgesehen sein, die ein Zwischenblid entwirft. Wenn dieses Zwischenbild reell ist, muß das Magnetsystem 7 zwischen der Stelle des Zwischenbildes und der Linse 5 angebracht werden. In diesem Falle liegt die Auffangplatte näher bei der Auftreffplatte 2. Ist das zum hingehenden Strahlenbündel gehörende Zwischenbild virtuell, so bildet das Bündel zurückkehrender Elektronen ein reelles Bild in größerer Entfernung, als wenn die zweite Linse fehlt.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Verfahren zur Scharfeinstellung des Brennflecks in einem Röntgenschattenmikroskop, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennfleck (6) durch die von dem Brennfleck (6) der Auffangplatte (2) ausgelösten und in Kathodenrichtung beschleunigten Elektronen durch die Linse (5) auf eine aus leitendem Material bestehende, auf gegenüber der Kathode positivem Potential liegende und mit Leuchtstoff überzogene Auffangplatte (11, 20) abgebildet wird und daß anschließend die Brennweite der Linse (5) eingestellt wird.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   Deutsche Patentschriften Nr. 679 857, 692 336,
   764 608.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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