DE2149107A1 - CONTROL AND REGULATING DEVICE FOR THE ELECTRICITY FEEDED INTO ELECTROMAGNETIC COILS OF BODY BEAM DEVICES - Google Patents
CONTROL AND REGULATING DEVICE FOR THE ELECTRICITY FEEDED INTO ELECTROMAGNETIC COILS OF BODY BEAM DEVICESInfo
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Description
Steuer- und Regeleinrichtung für den in elektromagnetische Spulen von Korpuskularstrahlgeräten eingespeisten StromControl and regulating device for the current fed into the electromagnetic coils of corpuscular beam devices
Bei Korpuskularstrahlgeräten, insbesondere Elektronenmikroskopen, aber auch Beugungsgeräten, Einrichtungen zur Ladungsträgerstrahlbearbeitung, Röntgen- oder Ionenmikroskopen, wird der Korpuskularstrahl durch magnetische Felder von elektromagnetischen Spulen beeinflußt. Hierzu ist eine hohe Konstanz der Spulenströme erforderlich, damit die einmal eingestellten Kennwerte der Strahlbeeinflussung auch über längere Zeiträume genau erhalten bleiben. So ist beispielsweise die Fokussierung der Objektivlinse eines Elektronenmikroskops bei der Herstellung fotografischer Aufnahmen des in dem Gerät erzeugten Bildes mit langzeitiger Belichtung möglichst genau auf dem vorgegebenen Wert zu halten. Es wird häufig eine Konstanz des Stromes von -*£=· = 10"""3 bis 10"* über mehrere Minuten gefordert; dabei istAl der Absolutwert der Schwankung des Stromes I. .In particle beam devices, in particular electron microscopes, but also diffraction devices, devices for charge carrier beam processing, X-ray or ion microscopes, the particle beam is influenced by magnetic fields from electromagnetic coils. This requires a high degree of constancy of the coil currents so that the parameters of the beam influencing, once set, are retained precisely even over long periods of time. For example, the focusing of the objective lens of an electron microscope during the production of photographic recordings of the image generated in the device with long-term exposure is to be kept as precisely as possible at the specified value. A constant of the current of - * £ = · = 10 """ 3 to 10" * over several minutes is often required; where Al is the absolute value of the fluctuation of the current I..
Man sieht daher Regeleinrichtungen vor, die den in die elektromagnetische Spulen von Korpuskularstrahlgeräten eingespeisten Strom auf dem eingestellten Wert stabilisieren". Bei einer vorgeschlagenen Steuer- und Regeleinrichtung für den Linsen-Btrom eines Elektronenmikroskops ist ein vom Linsenstrom durchflossener Meßwiderstand und ein den Linsenstrom regelndes Stellglied vorgesehen, das in Abhängigkeit von einer am Meßwiderstand abgegriffenen Spannung,einer Vergleichsspannung und unterschiedlichen Linsenströmen zugeordneten Steuerspannungen gesteuert ist. Bei einer bekannten Ausführungsform einer Steuer- und Regeleinrichtung für ElektronenmikroskopeControl devices are therefore provided which are fed into the electromagnetic coils of particle beam devices Stabilize current at the set value ". With a proposed control and regulating device for the lens current of an electron microscope is a measuring resistor through which the lens current flows and one which regulates the lens current Actuator is provided that is a function of a voltage tapped at the measuring resistor, a comparison voltage and control voltages assigned to different lens currents is controlled. In a known embodiment a control and regulation device for electron microscopes
3098U/06343098U / 0634
-2--2-
- 2 - VPA 71/3785- 2 - VPA 71/3785
ist eine Einstellvorrichtung, bestehend aus einem in Stufen schaltbaren Widerstand vorgesehen, der dem Eingang des Stellgliedes unterschiedliche Steuerspannungen zuführt.is an adjustment device consisting of one in stages switchable resistor is provided, which supplies different control voltages to the input of the actuator.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuer- und Regeleinrichtung für den in elektromagnetische Spulen von Korpuskularstrahlgeräten eingespeisten Strom mit einem vom Spulenstrom durchfloßsenen Meßwiderstand und einem den Spulenstrom regelnden Stellglied, das in Abhängigkeit von einer am Meßwiderstand abgegriffenen Spannung und unterschiedlichen Spulenströmen zugeordneten Steuerspannungen gesteuert ist, wobei die auf eine Vergleichsspannung bezogenen Steuerspannungen mittels einer Einstellvorrichtung in Stufen einstellbar sind. Erfindungsgemäß enthält die Einstellvorrichtung einen digitalen Zähler, in dessen Eingang lOrtschaltimpulse eingespeist werden und dessen Ausgang über einen Digital-Analog-Umsetzer mit dem Stellglied verbunden ist. Als digitaler Zähler ist bevorzugt ein Vor-Rückwärtszähler eingesetzt.The invention relates to a control and regulating device for the electromagnetic coils of corpuscular beam devices fed-in current with a measuring resistor through which the coil current flows and one which regulates the coil current Actuator that is assigned as a function of a voltage tapped at the measuring resistor and different coil currents Control voltages is controlled, the on one Control voltages related to reference voltage by means of a Adjustment device are adjustable in stages. According to the invention the setting device contains a digital counter, into whose input local switching pulses are fed and the output of which is connected to the actuator via a digital-to-analog converter. As a digital counter is preferred an up / down counter is used.
Damit kann die Feineinstellung des Spulenstromes erleichtert werden, weil um einen vorgegebenen Stromwert über den Vor-Rückwärtszähler in vorbestimmbaren Stufen positive oder negative Zusätzstromwerte eingestellt werden können, die ohne weiteres reproduzierbar sind. Der Digital-Analog-Umsetzer, der dem Stellglied analoge Spannungswerte zuführt, kann mit erheblich geringerer Anzahl von kostspieligen Steuerwider-Btänden ausgerüstet werden als beispielsweise ein mechanischer Vielfachschalter.This makes fine adjustment of the coil current easier are positive or negative by a predetermined current value via the up / down counter in predeterminable steps Additional current values can be set which are easily reproducible. The digital-to-analog converter, which supplies analog voltage values to the actuator can be used with a considerably lower number of costly control resistors be equipped as, for example, a mechanical multiple switch.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Steuer- und Regeleinrichtung nach der Erfindung werden die Fortschaltimpulse, die in den Eingang des digitalen Zählers eingespeist werden, durch Tasten geschaltet; dabei ist es möglich, daß als Portschaltimpulse Einzelimpulse eingespeist werden. Eine derartige Tastensteuerung bewirkt bei jeder Betätigung einen Schritt des Zählers, insbesondere des Vor-In a preferred embodiment of the control and regulating device according to the invention, the incremental pulses, which are fed into the input of the digital counter, switched by keys; it is possible that single pulses are fed in as port switching pulses will. Such key control effects everyone Actuation of one step of the counter, in particular the pre
309814/0334 -3-309814/0334 -3-
2U91072U9107
- 3 - VPA 71/3785- 3 - VPA 71/3785
Rückwärtszählers in positiver oder negativer Zählfolge. Dies stellt eine besonders genau abstimmbare Einstellmöglichkeit dar.Down counter in positive or negative counting sequence. this represents a particularly precisely adjustable setting option.
Es ist aber auch möglich, daß als Fortschaltimpulse Impuls-Berien eingespeist werden, so daß der digitale Zähler, insbesondere der Vor-Rückwärtszähler, bei jeder Betätigung der Taste entsprechend der !Frequenz der Impulse getaktet wird und damit den gesamten Einstellbereich in vergleichsweise kurzer Zeit abtastet. Dabei kann vorteilhaft die Möglichkeit vorgesehen werden, daß die Frequenz oder aber auch die Zahl der Impulse einstellbar und/oder regelbar ist.But it is also possible that pulse ranges as incremental pulses are fed so that the digital counter, in particular the up / down counter is clocked every time the button is pressed according to the frequency of the pulses and thus the entire setting range in comparatively a short time. The possibility can advantageously be provided that the frequency or also the number the pulses are adjustable and / or controllable.
Um zu reproduzierbaren Spulenstromwerten zu gelangen, kann dem digitalen Zähler eine Ziffernanzeigevorrichtung zugeordnet sein, an der die Abweichung vom vorgegebenen Stromwert abgelesen werden kann. Die Ziffernanzeigevorrichtung ist mit besonderem Vorteil unabhängig vom Stand des digitalen Zählers auf Full rückstellbar. Dies ist besonders für Hοchauflösungsaufnahmen erwünscht, weil dabei der Objektivfokus um ganz bestimmte Werte gegenüber einem erst durch die Endbildbeobachtung zu ermittelnden Nullpunkt verändert werden muß.In order to achieve reproducible coil current values, the digital counter can be assigned a numeric display device on which the deviation from the specified current value can be read. The digit display device is particularly advantageously resettable to full regardless of the status of the digital counter. This is especially for High-resolution recordings are desirable because it is the lens focus to be changed to very specific values compared to a zero point that can only be determined by the end image observation got to.
Beim Einsatz einer Steuer- und Regeleinrichtung nach der Erfindung für den Fokussierungsstrom der Objektivlinse eines Elektronenmikroskops zeigt die Ziffernanzeigevorrichtung bevorzugt die in Längeneinheiten geeichten Defokussierungswerte an. Eine solche Anzeige benötigt man beispielsweise für Aufnahmeserien mit einer Folge vorbestimmter, unterschiedlicher Fokuswerte.When using a control and regulating device according to the invention one for the focusing current of the objective lens With the electron microscope, the numeric display device preferably shows the defocusing values calibrated in units of length at. Such a display is required, for example, for a series of photos with a sequence of predetermined, different ones Focus values.
Wenn man die Steuer- und Regeleinrichtung nach der Erfindung bei einem Elektronenmikroskop für den Fokussierungsstrom der Objektivlinse einsetzt, wird besonders vorteilhaft vorgesehen,If the control and regulating device according to the invention in an electron microscope for the focusing current of the Objective lens is used, is provided particularly advantageously,
-4-3098U/0634 -4-3098U / 0634
2H91072H9107
- 4 - VPA 71/3785- 4 - VPA 71/3785
daß die Frequenz der Impulse oder die Zahl der Impulse von dem Vergrößerungswert des Mikroskops gesteuert ist. Je stärker ein Endbild vergrößert erscheint, um so stärker macht sich der Einfluß der Fokusänderung der Objektivlinse ■bemerkbar. Um eine günstige Relation zwischen der Vergrößerung und der Fokussierung der Objektivlinse zu erhalten, wird. z.B. der die Schrittweite des digitalen Zählers bestimmende Eingang mit einer Signalspannung gespeist, die dem Vergrößerungswert des Mikroskops entspricht.that the frequency of the pulses or the number of pulses of controlled by the magnification value of the microscope. The more an end image appears enlarged, the stronger it makes the influence of the change in focus of the objective lens ■ becomes noticeable. To find a favorable relation between the magnification and the focus of the objective lens will be obtained. E.g. the input that determines the increment of the digital counter fed with a signal voltage that corresponds to the magnification value of the microscope.
Im Rahmen der Erfindung ist es möglich, faß dem Stellglied außer der am Meßwiderstand abgegriffenen Spannung (Regelspannung) und der von der Einstellvorrichtung gelieferten Steuerspannung, insbesondere wenn die Einstellvorrichtung für die Feineinstellung vorgesehen ist, mindestens eine weitere Steuerspannung, insbesondere für die Grob- oder aber auch für die Feineinstellung, zugeführt wird. Dabei kann zumindest eine der weiteren Steuerspannungen von einer digitalen Einstellvorrichtung bereitgestellt werden.In the context of the invention, it is possible to use the actuator except for the voltage tapped at the measuring resistor (control voltage) and the control voltage supplied by the setting device, in particular if the setting device is provided for the fine adjustment, at least one further control voltage, in particular for the coarse or but also for fine adjustment. At least one of the other control voltages can be from one digital adjustment device are provided.
Anhand der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer Steuer- und Regeleinrichtung für den in eine elektromagnetische linse eines Elektronenmikroskops eingespeisten Strom schematisch dargestellt.Based on the drawing, an embodiment of a control and control device for the current fed into an electromagnetic lens of an electron microscope, schematically shown.
In der Figur ist ein Prinzipschaltbild gezeichnet, in dem die elektromagnetische linse mit L bezeichnet ist. Im Stromkreis der Linse L liegt ein Meßwiderstand M und ein regelbarer Leistungsverstärker V. Die Klemmen 1, 2 des Linsenstromkreises sind an eine:· nicht weiter dargestellte. Stromquelle angeschlossen. Der Steuereingang 3 des Leistungsverstärker V wird von einem Differenzverstärker D gespeist, dessen einer Eingang 4 als Steuereingang ausgebildet ist, während der andere Eingang 5 des Differenzverstärkers D auf einem festen Potential liegt. Der Differenzverstärker D und ^CC Leistungsverstärker V bilden das den Linsenstrom I regelnde Stellglied.In the figure, a basic circuit diagram is drawn in which the electromagnetic lens is labeled L. In the circuit of the lens L there is a measuring resistor M and a controllable one Power amplifier V. Terminals 1, 2 of the lens circuit are to be: · not shown. Power source connected. The control input 3 of the power amplifier V is fed by a differential amplifier D, one input 4 of which is designed as a control input, while the other input 5 of the differential amplifier D is at a fixed potential. The differential amplifier D and ^ CC power amplifier V form the lens current I. regulating actuator.
3098U/Q634 -5-3098U / Q634 -5-
2Η9Ί072Η9Ί07
- 5 - ■ VPA 71/3785- 5 - ■ VPA 71/3785
Der Steuereingang 4 des Differenzverstärkers D wird im dargestellten Ausführungsbeispiel über drei Widerstände R^, R2 und R~ gespeist. Die über diese Widerstände R^, R2 und R^ dem Steuereingang 4 zugeführten Einzelspannungen werden an dem Eingang 4 summiert. Über den Widerstand R-, gelangt die am Meßwiderstand M abgegriffenen Spannung an den Steuereingang Über den Widerstand R.. wird dem Steuereingang 4 eine Spannung zugeführt, die einem an eine stabilisierte Referenzspannung UR angeschlossenen Spannungsteiler entnommen wird. Dieser Spannungsteiler enthält einen Pestwiderstand R, und ein Potentiometer R1-. Die Widerstandswerte dieser Widerstände R. ο 4The control input 4 of the differential amplifier D is fed in the illustrated embodiment via three resistors R ^, R 2 and R ~. The individual voltages fed to the control input 4 via these resistors R ^, R 2 and R ^ are summed at the input 4. Via the resistor R-, the voltage tapped at the measuring resistor M reaches the control input. Via the resistor R .. the control input 4 is supplied with a voltage which is taken from a voltage divider connected to a stabilized reference voltage U R. This voltage divider contains a Pest resistor R, and a potentiometer R 1 -. The resistance values of these resistors R. ο 4
und R1- 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-Rüekwärtszähler 7 enthält. Die Ausgänge 8, 9, 10 und 11 des Vor-Rückwärtszählers 7 sind mit einem Digital-Analog-Umsetzer 12 verbunden, an dessen Ausgang 13 analoge Spannungswerte entsprechend der Ansteuerung über die Ausgänge 8 bis 11 entstehen. Die vom Ausgang gelieferten Spannungswerte sind auf die Spannung ^(Referenzspannung) bezogen. Diese Referenzspannung kann mit der Beschleunigungsspannung des Elektronenmikroskop« umgeschaltet werden, so daß sich angepaßte Linsenströme ergeben.and R 1 - are selected with respect to the reference voltage in such a way that a coarse adjustment of the lens current results. The pin setting is carried out via the resistor R 2. For this purpose , the resistor R 2 is connected to a setting device 6 which contains a digital up / down counter 7. The outputs 8, 9, 10 and 11 of the up / down counter 7 are connected to a digital-to-analog converter 12, at whose output 13 analog voltage values are produced in accordance with the control via the outputs 8 to 11. The voltage values supplied by the output are related to the voltage ^ (reference voltage). This reference voltage can be switched over with the acceleration voltage of the electron microscope, so that adapted lens currents result.
Der Vor-Rückwärtszähler 7 enthält einen Steuereingang 15 zur Steuerung der Zählfolgen in positiver Richtung und einen Steuereingang 16 zur Steuerung der Zählfolge in negativer Richtung. Die beiden Steuereingänge 15, 16 sind je mit einer Taste 17, 18 verbunden, über die in die Eingänge 15» 16 Portschal timpulse eingespeist werden. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist jeder Taste 17 oder 18 eine eigene Spannungsquelle 19, 20 vorgeschaltet. Die Spannungsquellen 19, stellen Gleichspannungen unterschiedlicher Polarität bereit, so daß in dem digitalen Vor-Rückwärtszähler 7 Einzelimpulse eingespeist werden.The up / down counter 7 contains a control input 15 for controlling the counting sequences in the positive direction and one Control input 16 for controlling the counting sequence in the negative direction. The two control inputs 15, 16 are each with one Button 17, 18 connected, via which the inputs 15 »16 port switch timpulses are fed. In the illustrated embodiment each key 17 or 18 is preceded by its own voltage source 19, 20. The voltage sources 19, provide direct voltages of different polarity, so that 7 individual pulses are fed into the digital up / down counter.
3098U/0634 -3098U / 0634 -
2H91072H9107
- 6 - VPA 71/3785- 6 - VPA 71/3785
Es ist selbstverständlich möglich, anstelle der Einzelimpulse als Fortschaltimpulse Impulsserien einzuspeisen, wobei die !Frequenz oder die Zahl der Impulse einstellbar und/oder regelbar ist. Die Regelung wird man dabei so vorsehen, daß die Frequenz oder die Zahl der Impulse als eine Funktion der Vergrößerung des Endbildes bereitgestellt wird.It is of course possible instead of the individual impulses to feed in series of pulses as incremental pulses, the frequency or the number of pulses being adjustable and / or is adjustable. The regulation will be provided so that the frequency or the number of pulses as a function of the Enlargement of the final image is provided.
Für eine Vielzahl von Untersuchungen der in Elektronenmikroskope eingebrachten Objekte ist es erforderlich, den Fokussierungsstrom der Objektivlinse reproduzieren zu können. Hierfür kann bei der Erfindung eine im Vor-Rüekwärtszähler zugeordnete Ziffernanzeigevorrichtung 21 vorgesehen sein, die den Defokussierungswert anzeigt. Die Ziffernanzeige 21 enthält vorteilhaft eine Löschtaste 22, mittels der die Ziffernanzeige 21 auf Null unabhängig vom Stand des digitalen Vor-Rückwärtszählers 7 rückgestellt werden kann. Die Ziffernanzeige 21 kann ferner einen eigenen digitalen Zähler 23 aufweisen, an dessen einem Ausgang 24 die positive oder negative Defokussierung vom voreingestellten Fokussierungsvrert zur Anzeige gebracht wird.For a large number of examinations of the objects introduced into electron microscopes, the focusing current the objective lens to be able to reproduce. For this purpose, one in the up-down counter can be used in the invention associated digit display device 21 may be provided, the indicates the defocus value. The numeric display 21 advantageously contains a delete key 22, by means of which the numeric display 21 can be reset to zero regardless of the status of the digital up / down counter 7. The numeric display 21 can also have its own digital counter 23, at one output 24 of which the positive or negative Defocusing from the preset focus value to Display is brought.
Sofern die vorstehend beschriebene Einstellvorrichtung für die Feineinstellung des Spulenstromes herangezogen wird, können weitere Steuerspannungen dem Stellglied zugeführt werden, die ebenfalls von digitalen Einstellvorrichtungen bereitgestellt werden. Diese weiteren Steuerspannungen übernehmen die Aufgabe, eine Grob- bzw. Feinsteinstellüng des Spulenstromes zu ermöglichen.If the adjustment device described above is used for the fine adjustment of the coil current, further control voltages can be fed to the actuator which are also provided by digital adjustment devices. These other control voltages take over the task of enabling a coarse or fine setting of the coil current.
13 Patentansprüche
1- Figur13 claims
1- figure
3093U,3093U,
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
| E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 | ||
| EF | Willingness to grant licences | ||
| 8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |