DE2149106A1 - Steuer- und regeleinrichtung fuer den linsenstrom von elektronenmikroskopen - Google Patents

Steuer- und regeleinrichtung fuer den linsenstrom von elektronenmikroskopen

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DE2149106A1 DE19712149106 DE2149106A DE2149106A1 DE 2149106 A1 DE2149106 A1 DE 2149106A1 DE 19712149106 DE19712149106 DE 19712149106 DE 2149106 A DE2149106 A DE 2149106A DE 2149106 A1 DE2149106 A1 DE 2149106A1
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Description

Steuer- und Regeleinrichtung für den Idnsenstrom von Elektronenmikroskopen
Bei Korpuskularstrahlgeräten, insbesondere Elektronenmikroskopen, ist eine hohe Konstanz der Linsenströme erforderlich, damit die einmal gewählte Fokussierung auch über längere Zeit räume genau erhalten bleibt. Dies ist beispielsweise bei der Herstellung fotografischer Aufnahmen eines in dem Gerät erzeugten Bildes mit langzeitiger Belichtung erforderlich. Es wird häufig eine Konstanz des Stromes von ^=- = 10""^ bis 10 gefordert; dabei istÄI der Absolutwert der Schwankung des Stromes I.
Es hat sich gezeigt, daß fotografische Aufnahmen in einigen Fällen, namentlich bei nur schwach leuchtenden Objektbildern, eine wesentlich günstigere Auswertung als das Schirmbild gestatten. Wegen der sehwachen Ausleuchtung der Objektbilder ist es dabei schwierig, die Fokussierung genau zu wählen. Aus diesem Grunde stellt man das in dem Gerät erzeugte Bild zunächst auf einen vermeintlichen Fokuswert ein; ausgehend von dieser Einstellung werden dann um diesen Fokuswert herum in vorbestimmten Stufen eine Reihe fotografischer Aufnahmen hergestellt, die dann ausgewertet werden.
Bei den bekannten Korpuskularetranigeräten wird dabei so vorgegangen, daß man zunächst den vermeintlichen Fokuswert am Linsenstromregler für die Objektivlinse des Elektronenmikroskops einstellt und dann mittels eines Stufenschalters den Fokussierungsstrom von Hand in Stufen geringfügig verringert
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bzw. erhöht. Für jeden von Hand eingestellten Idnsenstrom, d.h. für jeden Fokuswert, wird eine fotografische Aufnahme hergestellt.
Diese umständliche und zeitraubende Arbeit läßt sich auch nicht durch eine Steigerung der Intensität des Elektronenstrahles und einer damit verbundenen Aufhellung des Schirmbildes vereinfachen, weil sich im wesentlichen alle Präparate bei der Bestrahlung mit Elektronen verändern, was zu nicht reproduzierbaren Ergebnissen führt. Man ist aus diesem Grunde bestrebt, die Intensität des Elektronenstrahles möglichst gering zu halten.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuer- und Regeleinrichtung für den in elektromagnetische linsen von Elektronenmikroskopen eingespeisten Strom, mit einem vom Idnsenstrom durchfloss enen Meßwiderstand und einem den Idnsenstrom regelnden Stellglied. Das Stellglied ist in Abhängigkeit von einer am Meßwiderstand abgegriffenen Spannung, einer Vergleichsspannung und unterschiedlichen Idnsenströmen zugeordneten Steuerspannungen gesteuert, wobei die Steuerspannungen mittels einer Einstellvorrichtung in Stufen einstellbar sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steuer- und Regeleinrichtung dieser Art so weiterzubilden, daß sie die Aufnahme von Fokusserien mit einem Korpuskularstrahlgerät, insbesondere einem Elektronenmikroskop, vereinfacht. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß die Einstellvorrichtung einen digitalen Vor-Rückwärtszähler enthält, in dessen Eingang Fortschaltimpulse eingespeist werden und dessen Ausgang über einen Digital-Analog-Umsetzer mit dem Stellglied verbunden ist und daß die Zählsignaleingänge des Vor-Rückwärtszählers über lo« gische Verknüpfungsschaltungen mit einem Schieberegister und einem von Hand steuerbaren Impulsgeber derart verbunden sind, daß um einen vom Impulsgeber vorgegebenen Spannungswert, für die Einstellvorrichtung dem Stellglied selbsttätig positive und negative Spannungsstufen zuführbar sind.
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Bei einem Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung ist der Schiebetakt-Eingang des Schieberegisters mit einem Rückwärtszähler gekoppelt, dessen Zähleingang von einem Taktgeber angesteuert ist. Das Schieberegister und der Rückwärtszähler können gemeinsam der Festlegung eines Programms für die Änderung des Idnsenstromes dienen. Dabei werden die einzelnen Steuerungsphasen (ansteigender Strom, abnehmender Strom) vom Schieberegister und die zeitliche Dauer dieser Phasen vom Rückwärtszähler bestimmt. Bei einer Ausbildung der Steuer- und Regeleinrichtung für den in die Objektivlinse eines Elektronenmikroskops eingespeisten Strom kann der Vor-Rückwärtszähler und Rückwärtszähler durch einen Impuls gleichzeitig abgeschaltet werden.
Wenn man der Steuer- und Regeleinrichtung nach der Erfindung eine die zu untersuchenden Objektbilder speichernde Einrichtung zuordnet, legt man die Speichereinrichtung vorteilhaft so aus, daß sie dem Vor-Rückwärtszähler zuzuführende Start- und Stopimpulse abgibt. Damit läßt sich die Aufnahme von FokusSerien weitgehend automatisieren.
Bei der Steuer- und Regeleinrichtung nach der Erfindung ist die Stufenweite der positiven und negativen Spannungsstufen bevorzugt einstellbar.
Anhand der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert.
Die Fig. 1 zeigt das Prinzipschaltbild einer Steuer- und Regeleinrichtung für den in elektromagnetischen linsen eingespeisten Strom.
In Fig. 2 ist eine Einstellvorrichtung für die Steuer- und Regeleinrichtung nach Fig. 1 schematisch gezeichnet.
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In dem in Pig. 1 dargestellten Schaltbild liegt die Linse L mit einem Meßwiderstand M und einem regelbaren Leistungsverstärker V in Reihe. Die Klemmen 1, 2 dieses Linsenstromkreises sind an eine nicht weiter dargestellte Stromquelle angeschlossen. Der Steuereingang 3 des Leistungsverstärkers V wird von einem Differenzverstärker D gespeist, dessen einer Eingang 4 als Steuereingang ausgebildet ist, während der andere Eingang 5 des Differenzverstärkers auf einem festen Potential liegt. Der Differenzverstärker D und der Leistungsverstärker V bilden das den Linsenstrom I regelnde Stellglied.
Der Steuereingang 4 des Differenzverstärkers D wird im dargestellten Ausführungsbeispiel über drei Widerstände R1, R2, R3 gespeist. Die über die Widerstände R1, R2, R, dem Steuereingang 4 zugeführten Einzelspannungen werden an dem Eingang 4 summiert. Über den Widerstand R, gelangt die in Abhängigkeit der am Meßwiderstand M abgegriffenen Spannung an den Steuereingang 4. Über den Widerstand R1 wird dem Steuereingang 4 eine Spannung zugeführt, die die einem an eine stabilisierte Referenzspannung UR angeschlossenen Spannungsteiler entnommen wird. Dieser Spannungsteiler enthält einen Pestwiderstand R. und ein Potentiometer Rj-. Die Widerstandswerte der Widerstände R. und R,- sind in bezug auf die Referenzspannung so gewählt, daß sich eine Grobeinstellung des Linsenstromes ergibt. Die Peineinstellung wird über den Widerstand R2 vorgenommen. Hierzu ist der Widerstand R2 an eine Einstellvorrichtung 6 angeschlossen, die einen digitalen Vor-Rückwärtszähler 7 enthält. Der Ausgang 8 des Vor-Rückwärtszählers 7 ist mit einem Digital-Analog-Umsetzer 9 verbunden, dessen Ausgang 10 mit dem Widerstand R2 verbunden ist. Am Ausgang 10 entstehen entsprechend der Ansteuerung über den Ausgang 8 des Vor-Rückwärtszählers 7 analoge Spannungswerte.
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Vie aus Pig. 2 zu ersehen ist, weist der Vor-Rückwärtszähler einen Eingang 11 zur Steuerung der Schrittweite auf. Ferner hat der Vor-Rückwärtszähler 7 einen Zähleingang 12 für Rückwärtszählung und einen Zähleingang 13 für Vorwärtszählung. Der Vor-Rückwärtszähler 7 ist über logische Verknüpfungsschaltungen mit einem Schieberegister 14 und einem von Hand steuerbaren Impulsgeber 15 verbunden. Dem Schieberegister 14 ist ein Rückwärtszähler 16 zugeordnet, dessen Zähleingang von einem Taktgeber 17 gesteuert ist. Im einzelnen ergeben sich folgende elektrische Verbindungen:
Das Schieberegister 14 weist einen Eingang 18 für einen Startimpuls und einen Eingang 19 auf, der mit der Klemme 20 des Rückwärtszählers 16 verbunden ist. Die Klemme 20 liefert die Schiebetaktsignale für das Schieberegister 14. Das Schieberegister 14 weist Ausgänge SR, S1, S2, S* und S. auf. Der Ausgang S.. ist mit einer Eingangsklemme eines ODER-Gatters 21, der Ausgang S, mit der anderen Klemme des ODER-Gatters 21 verbunden. Die Ausgänge S„ und S^ des Schieberegisters 14 speisen die beiden Eingänge eines ODER-Gatters 22. Der Ausgang des ODER-Gatters 21 ist mit einem Eingang eines UND-Gatters verbunden, während der Ausgang des ODER-Gatters 22 mit einer Eingangsklemme eines UND-Gatters 24 verbunden ist. Die Ausgänge der UND-Gatter 23 und 24 speisen die Eingänge eines ODER-Gatters 26, das mit seinem Ausgang am Zähleingang 32 des Rückwärtszählers 16 liegt.
Der Ausgang SR des Schieberegisters 14 ist mit einem Eingang eines ODER-Gatters 25 verbunden, dessen anderer Eingang mit der Klemme 20 des RückwärtsZählers 16 verbunden ist. Der Ausgang des ODER-Gatters 25 speist den Setzeingang 33 des Rückwärtszählers 16. Der Ausgang SR des Schieberegisters 14 führt ferner zu je einem Eingang zweier UND-Gatter 29 und 30, deren andere Eingänge jeweils mit dem Impulsgeber 15 verbunden sind.
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eändert gemäß Eingab©. 6 _ VPA 71/x788
eingegangen am ...J» ?/ «έ 71/ 3788
Die Ausgänge der UND-Gatter ^2ΐΓ, JKJ' führen zu den Eingängen eines ODER-Gatters 27, während die Ausgänge der UND-Gatter 24, 30 zu einem ODMl-Gatter 28 geführt sind. Der Ausgang des ODER-Gatters 27 speist die Klemme 12 des Vor-Rückwärts Zählers 7, während die Klemme 13 des Vor-Rückwärtszählers 7 mit dem Ausgang des ODER-Gatters 28 verbunden ist. Während der eine UND-Eingang des UND-Gatters 23 mit dem ODER-Gatter 21 verbunden ist, führt der andere Eingang des UND-Gatters 23 zur Takteinrichtung 17. Das UND-Gatter 24 ist an seinem freien Eingang mit einer Leitung verbunden, auf der Stopsignale, beispielsweise von einer die zu untersuchenden Objektbilder speichernden Einrichtung 34, geführt werden. Mit der vorstehend beschriebenen Einstellvorrichtung ergibt sich folgende Wirkungsweise:
In der Ruhestellung des Schieberegisters 14 führt der Ausgang SR den Schaltzustand "1". Dabei sind die Zähleingänge 12 und 13 des Vor-Rückwärtszählers 7 über die Gatter 29, 30 mit dem Impulsgeber 15, z. B. einem Drehschalter mit Drehrichtungsauswertung und Impulsgabe, gegebenenfalls einem steuerbaren Generator oder dergleichen, verbunden. Mit dem Impulsgeber 15 wird der Vor-Rückwärtszähler 7 manuell auf einen vermeintlichen Pokuswert eingestellt.
Wenn man davon ausgeht, daß mit dem Digital-Analog-Umsetzer durch Anordnung von 8 Widerständen insgesamt 256 Spannungsstufen dem Stellglied D, V (s. Pig. 1) zugeführt werden können, so ergibt sich bei einer Vorgabe der 7. Spannungsstufe über den Impulsgeber 7 ein bestimmter Pokuswert, um den in positiver und negativer Richtung beispielsweise 4 Spannungsstufen einer Pokusserie zugrunde gelegt werden sollen. Über einen von Hand bedienbaren Schalter 35, der mit dem Rückwärtszähler 16 verbunden ist, wird die Zahl 4 als Weite des Pokussierungsintervalls eingestellt.
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Durch ein Startsignal an der Klemme 18 des Schieberegisters 14 wird das Schieberegister um einen Schritt verstellt, wobei der Ausgang S.. den Schaltzustand von "0" auf "1" wechselt. Dadurch wird nach dem Wechsel des Schaltzustandes des Ausgangs SR von "1" auf "O" der Impulsgeber 15 über die UND-Gatter 291 30 gesperrt. Außerdem können durch den Schaltzustand "1" am Ausgang S1 des Schieberegisters 14 über das Gatter 23 Taktimpulse, z.B. 50-Hz-Impulse, in die beiden Zähler 7 und 16 gelangen. Nach 4 Impulsen gelangt der als 4-Bit-Zähler ausgebildete Rückwärtszähler 16 in die Nullstellung und gibt an seiner Klemme 20 ein Signal ab. Das Schieberegister 14 wird dadurch fortgeschaltet; der Ausgang S2 zeigt nun den Schaltzustand "1". Gleichzeitig wird der 4-Bit-Rückwärtszähler 16 über das an der Klemme 20 entstehende Signal wieder gesetzt: Im Vor-Rückwärtszähler 7 wird ein Steuersignal gegeben, das der Spannungsstufe 3 entspricht, Nach jeder Aufnahme wird über einen Impuls von der Einrichtung 34 der Inhalt des Rückwärtszählers 16 um eins erniedrigt, der Inhalt des Vorwärtszählers 7 um eins erhöht, wc durch die Spannungsstufen 4, 5, 6, 7 durchlaufen werden. Nach der 4. fotografischen Aufnahme wird das Schieberegister und der Rückwärtszähler wieder gesetzt.
Der Vor-Rückwärtszähler 7 erreicht nach der 8. Aufnahme den Wert 11, wobei das Schieberegister 14 fortgeschaltet und der Rückwärtszähler 16 gesetzt wird. Über das Gatter 3 gelangen Taktimpulse von der Einrichtung 17 auf den Eingang 12 des Vor-Rückwärtszählers 7 und den Eingang des RückwärtsZählers 16. Nach 4 Impulsen versetzt ein Signal am Ausgang 20 des Rückwärtszählers 16 das Schieberegister wieder in die Ruhestellung S„ = "1", wodurch der Impulsgeber 15 zur Wahl eines neuen Fokus wieder mit dem Vor-Rückwärtszähler 7 verbunden ist.
Zur Erläuterung der Ablaufsteuerung einer Fokusserie um die Spannungsstufe 7 bei einer Schrittweite 1 und einem Fokus-
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sierungsintervall 4 sei auf Figuren 3 und 4 verwiesen, die schematische Diagramme enthalten.
In Pig. 3 ist der durch die linse L fließende Strom I in Abhängigkeit von den Spannungsstufen η des Digital-Analog-Umsetzers 9 dargestellt. Es sei angenommen, daß die Anzahl der Stufen Z sich "bei Anordnung von 8 Widerständen R zu
Z = 2n = 256 Spannungsstufen ergibt.
Die Einschaltung der Einzelwiderstände des Digital-Analog-Umsetzers 9 möge dem unter dem Diagramm in Pig. 3 dargestellten Bildungsschema folgen. Zur Aufnahme einer Fokusserie um den Schritt 7 mit einer Schrittweite von 1 und einem Fokussierungsintervall 4 ergeben sich damit die aufgeführten Abläufe, denen die in der Fig. 4 dargestellten Registerzustände entsprechen. Dabei bezeichnen Aq bis Ag die Ausgänge des Vor-RückwärtsZählers 7» die unterschiedliche Ströme <Δΐ0 bis £±IQ im Lins ens tr omkr eis bewirken.
Das Schieberegister 14 und der Rückwärtszähler 16 können ein vorbestimmtes Programm zur linsenstromänderung festlegen. Dabei bestimmt das Schieberegister vorteilhaft die einzelnen Steuerungsphasen (ansteigender oder abnehmender Stromwert), während die Phasenlänge durch den Rückwärtszähler 16 bestimmt wird (z.B. 5 Schritte des Zählers 16 mit einer Schrittweite, die durch den Vor-Rückwärtszähler 7 festgelegt wird).
Sofern der Fokussierungsbereich zum vermeintlichen Fokuswert unsymmetrisch gewählt werden soll, kann der Rückwärtszähler 16 entsprechend einstellbar ausgeführt sein.
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Mit der Erfindung ist die Herstellung einer Reihe von fotografischen Aufnahmen der in einem Elektronenmikroskop erzeugten Präparatbilder um einen vermeintlichen Fokuswert mit vorbestimmten Abweichungen erleichtert und kann bei einer bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung automatisch vorgenommen werden.
5 Patentansprüche
4 Figuren
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Claims (5)

  1. - 10 - VPA 71/3788
    Patentansprüche
    r1. ,/Steuer- und Regeleinrichtung für den in elektromagnet!- sehe Linsen von Elektronenmikroskopen eingespeisten Strom, mit einem vom Linsenstrom durch floss en en Meßwiderstand und einem den Idnsenstrom regelnden Stellglied, das in Abhängigkeit von einer am Meßwiderstand abgegriffenen Spannung, einer Vergleichsspannung und unterschiedlichen Linsenströmen zugeordneten Steuerspannungen gesteuert ist, wobei die SteuerSpannungen mittels einer Einstellvorrichtung in Stufen einstellbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellvorrichtung einen digitalen Vor-Rüekwärtszähler enthält, in dessen Eingang Portschaltimpulse eingespeist werden und dessen Ausgang über einen Digital-Analog-Umsetzer mit dem Stellglied verbunden ist und daß die Zählsignaleingänge des Vor-Rückwärtszählers über logische Verknüpfungsschaltungen mit einem Schieberegister und einem von Hand steuerbaren Impulsgeber derart verbunden sind, daß um einen vom Impulsgeber vorgegebenen Spannungswert für die Einstellvorrichtung dem Stellglied selbsttätig positive und negative Spannungsstufen zuführbar sind.
  2. 2. Steuer- und Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Schiebetakt-Eingang des Schieberegisters mit einem Rückwärtszähler gekoppelt ist, dessen Zähleingang von einem Taktgeber angesteuert ist.
  3. 3. Steuer- und Regeleinrichtung für den in die Objektivlinse eines Elektronenmikroskops eingespeisten Strom nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Vor-Rückwärtszähler und der Rückwärtszähler durch einen Impuls gleichzeitig abschaltbar sind.
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    2U9106
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  4. 4. Steuer- und Regeleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit einer die zu untersuchenden Ob;jektbilder speichernden Einrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichereinrichtung dem Vor-Rückwärtszähler zuzuführende Start- 1Tr3 Stopimpulse abgibt.
  5. 5. Steuer- und Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufenweite der positiven und negativen Spannungsstufen einstellbar ist.
    3098U/0633
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