DE1614269C3 - Elektronenmikroskop mit einer Objektbegrenzungsblende - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Elektronenmikroskop, das mindestens eine Objektivlinse, eine Regellinse und eine Projektivlinse enthält, welche nacheinander längs der Achse des Mikroskops angeordnet sind und bei dem zwischen der Objektivlinse und der Regellinse in Strahlrichtung gesehen nachfolgend eine Kontraststeigerungsblende und eine Objektbegrenzungsblende und eine Regelvorrichtung zur Erregung der Objektivlinse mit verschiedenen Stromstärken vorgesehen sind. Ein solches Elektronenmikroskop ist beispielsweise aus Philips Techn. Rundschau, 12. Jhrg., 1950, Nr. 2, S. 33 bis 52, bekannt.

Zur normalen Beobachtung eines Elektronenbildes des Objekts befindet sich die Kontraststeigerungsblende, die meist als »Objektblende« bezeichnet wird, nahezu in der auf der Bildseite der Objektivlinse liegenden Brennebene, und sie bezweckt, nur die ersten zu den Strukturdetails des Objekts gehörigen Beugungsmaxima durchzulassen, die zu einer Erzeugung eines kontrastreichen Bilds aus diesen Details beitragen müssen. Zur Begrenzung der durchgehenden Strahlung auf die von einem bestimmten Teil des Objekts durchgelassene Strahlung soll eine Blende mit kleiner Öffnung in der Nähe der von der Regellinse abgebildeten Objektebene angeordnet werden. Diese Blende wird als Objektbegrenzungsblende (auch Selektorblende) bezeichnet. Man kann mit Hilfe dieser Blende innerhalb der von der Größe des Bildfeldes begrenzten Abbildung ein Detail beobachten, ohne daß man von umgebenden Bilddetails gestört wird. Die Blende hat eine einstellbare Größe und ist verschiebbar, oder sie kann infolge ihrer leichten Auswechselbarkeit auf einfache Weise durch andere Blenden mit verschiedenen Durchlaßöffnungen ersetzt werden. Die Blende wird nicht zur normalen Beobachtung des Objektbilds verwendet.

Die Erfindung schafft die Möglichkeit, den Anwendungsbereich des Mikroskops durch Verwendung der Objektbegrenzungsblende zu erweitern, wie nachstehend nachgewiesen wird.

Durch die Anwendung der Regellinse kann eine starke Gesamtvergrößerung erzielt werden, ohne daß die Vergrößerung jeder einzelnen der drei zusammenwirkenden Linsen außerordentlich groß zu sein braucht. Durch Änderung der Erregung der Regellinse kann sich die Vergrößerung innerhalb weiter Grenzen ändern, während dennoch der ganze Bildschirm besetzt bleibt. Bei einem Zweistufenmikroskop ist eine solche kontinuierliche Vergrößerungsänderung kaum erzielbar. Es kann erwünscht sein, das Elektronenmikroskop nicht nur bei einer maximalen Vergrößerung, sondern auch bei einer geringeren Vergrößerung als mit der Regellinse erzielbar ist, anzuwenden.

Die Grenze der bei normaler Verwendung des Mikroskops erzielbaren Mindestvergrößerung ist erreicht, wenn die Objektebene der Regellinse mit der Ebene zusammenfällt, in der das Objekt angeordnet ist. Die Objektivlinse ist dann nicht mehr im erregten Zustand. Eine derartige Einstellung ist jedoch unbefriedigend, weil dann keine Kontraststeigerungsblende verwendet werden kann.

Zur Beibehaltung einer Erzeugung eines kontrastreichen Bilds ist die Anwendung einer derartigen Blende absolut erforderlich, und der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Verbesserung der Bilderzeugung im nahezu minimalen Vergrößerungsbereich zu schaffen.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung bei einem Elektronenmikroskop der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Regelvorrichtung so ausgebildet ist, daß der Erregungsstrom der Objektivlinse auf einen festen Wert außerhalb des normalen Regelbereichs einstellbar ist, bei dem die bildseitige Brennfläche der Objektivlinse sich von der Ebene der Kontraststeigerungsblende zu der Ebene der Objektbegrenzungsblende verschiebt. Statt ein schmales Bündel aus der abbildenden Strahlung abzutrennen, wirkt die mit einer kleinen Öffnung versehene Blende in diesem Falle auf gleiche Weise wie die Kontraststeigerungsblende bei normalern Gebrauch des Mikroskops.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 den normalen Strahlengang eines Dreistufenmikroskops mit magnetischen Linsen, und

F i g. 2 den Strahlengang bei der angestrebten Einstellung des Erregungsstroms der Objektivlinse.

F i g. 1 zeigt beispielsweise das Linsensystem eines bekannten Elektronenmikroskops. Die Kathode 1 emittiert Elektronen, die unter dem Einfluß einer für hohe Spannung gegen diese Kathode 1 isolierten und mit einer öffnung versehenen Anode 2 zu einem engen Bündel 3 konzentriert werden. Das Elektronenbündel 3 durchläuft eine Kondensorlinse 4, die die Elektronen weiter konvergiert. Die Objektivlinse 5 umfaßt das Elektronenbündel und enthält das Objekt 6. Die Abmessungen der Linsendurchlaßöffnungen in die Breite des Elektronenbündels sind der Deutlichkeit halber übertrieben groß dargestellt. In Wirklichkeit entfernen sich die Elektronen bis in die Projektorlinse an keinem Punkt um mehr als etwa 1 mm von der Achse.

In dem Objekt 6 werden die Elektronen zerstreut, was durch Spaltung der Randstrahlen in eine Anzahl abgebogener Strahlen dargestellt ist, die je für sich bestimmte Bahnen folgen. Ein Mindestquerschnitt 7 entsteht an der Stelle, wo sich gleichgerichtete Strahlen treffen, und zwar in der bildseitigen Brennfläche der Linse 5. Für normalen Gebrauch ist an dieser Stelle eine Kontraststeigerungs- oder Objektblende 8 angeordnet, die für die Bilderzeugung nicht brauchbare Streustrahlung möglichst ausblendet. Infolge der Fokussierung durch die Objektivlinse 5 treffen sich die im Objekt 6 abgebogenen Strahlen jedes Punkts in einem weiter von der Linse 5 entfernten Querschnitt, in dem

ein Zwischenbild 9 erzeugt wird. Dann passieren die Elektronenstrahlen die Regellinse 10, mit der eine Abbildung 11 des Zwischenbilds 9 in der Bildfläche der Projektivlinse 12 erzeugt wird, welche das Endbild auf dem Leuchtschirm 13 oder einem anderen strahlenauffangenden Material erzeugt.

Eine Änderung der Vergrößerung bei konstanten Abbildungseigenschaften der Projektivlinse 12 erfordert eine geringe Änderung der Stärke des Erregungsstroms der Objektivlinse und eine geringe Änderung der Einstellung der Stromstärke der Regellinse. Die Erregungsströme werden von der Batterie 14 geliefert und unter Zwischenschaltung von Einstellwiderständen 15 und 16 den Spulen der Linsen 5 und 10 zugeführt.

Im Stromkreis der Objektivlinse 5 ist ein Umschalter

17 angebracht, durch den die Stromzuführungsleitung

18 zu der Spule der Linse 5 mit dem Einstellglied 19 des Einstellwiderstandes 15 oder mit einer zweiten Verbindungsleitung von der Batterie 14 verbunden werden kann, die außer dem Widerstand 15 noch den festen Widerstand 20 enthält.

Bei der ersteren Verbindung kann das Elektronenmikroskop normal betätigt werden und ist eine kontinuierliche Änderung der linearen Vergrößerung über einen Bereich zwischen z. B. 3000 und 60 OOOmal möglich. Ein Objekt mit einem Durchmesser von z. B. 3 mm würde dann minimal auf 900 cm vergrößert werden, wobei natürlich nur ein geringer Teil des Objekts auf dem Bildschirm projiziert wird.

Wenn die Objektivlinse 5 an die Batterie 14 unter Zwischenfügung der in Reihe geschalteten Widerstände 15 und 20 angeschlossen wird, wird die Linse schwach erregt, und zwar derart, daß sich die bildseitige Brennfläche von der Ebene der Objektblende 8 zur Ebene der Objektbegrenzungsblende 22 verschiebt. Der Brennpunktabstand ist dann viele Male größer als der Abstand des Objekts 6 von der Hauptfläche der Linse. Dadurch wird ein vor der Linse liegendes und daher unreelles Zwischenbild 21 erzeugt, dessen Größe sich nur wenig von der des eigentlichen Objekts 6 unterscheidet, was in F i g. 2 dargestellt ist. Bei Abbildung durch die Zwischenlinse 10 und die Vergrößerungslinse 11 wird eine Vergrößerung von etwa 220mal erreicht. Diese Einstellung eignet sich insbesondere zur Erzeugung von Übersichtsaufnahmen, die oft dazu beitragen, daß bei bestimmten Untersuchungen, z. B. bei der biologischen und der metallurgischen Untersuchung, wertvolle Details leicht lokalisiert werden können. Die dabei unentbehrlichen Bildkontraste sind durch die Anwendung der bei normalem Betrieb als Objektbegrenzungsblende wirkenden Blende 22 gesichert, die in einem genügend großen Abstand von der Objektivlinse 5 angeordnet ist, um zugleich als Kontraststeigerungsblende bei der angestrebten geringen Vergrößerung dienen zu können.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Elektronenmikroskop, das mindestens eine Objektivlinse, eine Regellinse und eine Projektivlinse enthält, welche nacheinander längs der Achse des Mikroskops angeordnet sind und bei dem zwischen der Objektivlinse und der Regellinse eine Kontraststeigerungsblende und in Strahlrichtung gesehen nachfolgend eine Objektbegrenzungsblende und eine Regelvorrichtung zur Erregung der Objektivlinse mit verschiedenen Stromstärken vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelvorrichtung (15, 17, 19, 20) so ausgebildet ist, daß der Erregungsstrom der Objektivlinse auf einen festen Wert außerhalb des normalen Regelbereichs einstellbar ist, bei dem die bildseitige Brennfläche der Objektivlinse sich von der Ebene der Kontraststeigerungsblende (8) zu der Ebene der Objektbegrenzungsblende (12) verschiebt.