DE2149107C3 - Control and regulating device for the current fed into the electromagnetic coils of corpuscular beam devices - Google Patents
Control and regulating device for the current fed into the electromagnetic coils of corpuscular beam devicesInfo
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Description
Bei Korpuskularstrahlgeräten, insbesondere Elektronenmikroskopen, aber auch Beugungsgeräten.In corpuscular beam devices, in particular electron microscopes, but also diffraction devices.
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 ik* 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 vonEquipment for charge carrier beam processing. X-ray or ion microscopes, is the corpuscular beam influenced by magnetic fields from electromagnetic coils. This is a high Constancy of the coil currents required so that ik * Once set, the parameters of the beam influence are precisely preserved even over longer periods of time stay. For example, the focusing of the objective lens of an electron microscope in the Production of photographic recordings of the image generated in the device with long-term exposure to keep as close as possible to the specified value. It often becomes a constancy of the current of
= 10 5 bis 10~e über mehrere Minuten gefordert;= 10 5 to 10 ~ e required over several minutes;
dabei ist .1/ der Absolutwert der Schwankung des Stromes /.where .1 / is the absolute value of the fluctuation in the current /.
Man sieht daher Regeleinrichtungen vor, die den in die elektromagnetischen Spulen von Korpuskularstrahlgerätcn eingespeisten Strom auf dem eingestellten Wert stabilisieren. Bei einer vorgeschlagenen Steuer- und Regeleinrichtung für den Linsenstrom eines Elektronenmikroskops ist ein vom Linsenstrom durchflossener Meßwiderstand und ein den Linsenstrom regelndes Stellglied vorgesehen, das in Abhän-Control devices are therefore provided, which are used in the electromagnetic coils of corpuscular beam devices Stabilize the fed-in current at the set value. With a proposed Control and regulating device for the lens current of an electron microscope is one of the lens current through-flow measuring resistor and a lens current regulating actuator provided, which depends on
♦o gigkeit von einer am Meßwiderstand abgegriffenen Spannung, einer Vergleichsspannung und unterschiedlichen Linsenströmen zugeordneten, stufenweise verstellbaren Steuerspannungen gesteuert ist (deutsche Patentschrift 1 588 707). Bei einer bekannten Ausführungsform einer Steuer- und Regeleinrichtung für Elektronenmikroskope ist eine Einstellvorrichtung, bestehend aus einem in Stufen schaltbaren Widerstand, vorgesehen, der dem Eingang des Stellgliedes unterschiedliche Steuerspannungen zuführt (PHILIPS BULLETIN analytical equipment, Juli 1969, S. 11 und 12).♦ o possibility of one tapped at the measuring resistor Voltage, a comparison voltage and different lens currents assigned, stepwise adjustable control voltages is controlled (German Patent 1 588 707). With a well-known Embodiment of a control and regulating device for electron microscopes is an adjustment device, consisting of a resistor that can be switched in stages and is connected to the input of the actuator supplies different control voltages (PHILIPS BULLETIN analytical equipment, July 1969, pp. 11 and 12).
Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuer- und Regeleinrichtung für den in elektromagnetische Spulen von Korpuskularslrahlgeräten eingespeisten Strom mit einem vom Spulenstrom durchflossenen Meßwiderstand und einem den Spulenstrom regelnden Stellglied, das in Abhängigkeit von einer am Meßvvidcrstand abgegriffenen Spannung und unterschiedlichen Spulenströmen zimeordneten Steuerspannungen gesteuert ist, wobei die auf eine Vergleichsspannung bezogenen Stcucrspannungen mittels einer Einstellvorrichtung in Stufen einstellbar sind.The invention relates to a control and regulating device for the electromagnetic coils from corpuscular beam devices with a current through which the coil current flows Measuring resistor and an actuator regulating the coil current, which depends on an am Meßvidcrstand tapped voltage and different coil currents zimeordered control voltages is controlled, the Stcucrspannungen related to a comparison voltage by means of a setting device are adjustable in stages.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Steuer- und Regelvorrichtung dieser Art die Feirieinstdlung des Spulenstromes zu erleichtern.The invention is based on the object in a control and regulating device of this type To facilitate the adjustment of the coil current.
Diese Aufgabe wird erfindimgsgemäß dadurch gelöst, daß die Einstellvorrichtung einen digitalen Zäh-This object is achieved according to the invention in that the setting device has a digital counter
<f<f
kr enthält, in dessen Eingang Fortschaltimpulse eingespeist werden und dessen Ausgang über einen Digital-Analog-Umsetzer mit dem Stellglied verbunden ist. Als digitaler Zähler ist bevorzugt ein Vor-Rückwärtszähler eingesetzt.kr, into whose input incremental pulses are fed and whose output via a digital-to-analog converter is connected to the actuator. An up / down counter is preferred as the digital counter used.
Damit kann die Feineinstellung des Spulenstromes erleichtert werden, weil uin einen vorgegebenen Stromvvert über den Vor-Rückwärtszähler in vorbestimmbaren Stufen positive oder negative Zusatzstromwerte 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 Steuerwiderständen ausgerüstet werden als beispielsweise ein mechanischer Vielfachschalter. Bei einem bevorzugten Weiterbildung 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 Fo.tschaltimpulse Einzelimpulse eingespeist werden. Eine derartige Tastensteuerung bewirkt bei jeder Betätigung einen Schritt des Zählers, insbesondere des Vor-Rückwärtszählers in positiver oder negativer Zählfolge. Dies stellt eine besonders genau abstimmbare Einstellmöglichkeit dar.This allows the fine adjustment of the coil current to be made easier because uin is predetermined Stromvvert via the up / down counter in predeterminable Steps positive or negative additional current values can be set easily are reproducible. The digital-to-analog converter that sends analog voltage values to the actuator feeds can be equipped with a considerably smaller number of expensive control resistors than, for example, a mechanical multiple switch. In a preferred development of the tax and control device according to the invention, the incremental pulses that are in the input of the digital Meter are fed, switched by keys; It is possible that individual pulses are used as subsequent switching pulses be fed in. Such a key control causes one each time it is pressed Step of the counter, in particular the up-down counter in a positive or negative counting sequence. This represents a particularly precisely adjustable setting option.
Es ist aber auch möglich, daß als Fortschaltimpulse Impulserien 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 series are fed in as incremental pulses, so that the digital Counter, especially the up / down counter, each time the key is pressed according to Frequency of the pulses is clocked and thus the entire setting range in a comparatively short time Time samples. The possibility can advantageously be provided that the frequency or else the number of pulses is 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 Null rückstellbar. Dies ist besonders für Hochauflösungsaufnahmen 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 have a numeric display device be assigned, on which the deviation from the specified current value can be read can. The digit display device is particularly advantageously independent of the status of the digital one Counter can be reset to zero. This is particularly desirable for high-resolution recordings because it involves the objective focus has to be changed by very specific values compared to a zero point that is only to be determined by the end image observation.
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 for the focusing current The objective lens of an electron microscope displays the numeric display device preferably in units of length calibrated defocusing values. Such a display is required, for example, for a series of photos with a sequence of predetermined, different focus values.
Wenn man die Steuer- und Regeleinrichtung nach der Erfindung bei einem Elektronenmikroskop für den Fokussierungsstrom der Objektivlinse einsetzt, wird besonders vorteilhaft vorgesehen, 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. Zum Beispiel der die Schrittweise des digitalen Zählers bestimmende Eingang mit einer SignaSspannung gespeist, die dem Vergrößerungswert des Mikroskops entspricht.If the control and regulating device according to the invention in an electron microscope for the focusing current of the objective lens uses, it is particularly advantageous that the frequency the number of pulses or the number of pulses is controlled by the magnification value of the microscope is. The more an end image appears enlarged, by the influence of the change in focus of the objective lens is thus more noticeable. To a favorable relation between the magnification and the focusing of the objective lens is obtained. For example the input that determines the incremental steps of the digital counter is supplied with a signal voltage, which corresponds to the magnification value of the microscope.
Im Rahmen der Erfindung ist es möglich, daß dem Stellglied außer der am Meßwiderstand abgegriffen 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 ίο 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 that the actuator tapped apart from the measuring resistor Voltage (control voltage) and the control voltage supplied by the setting device, in particular if the adjustment device is intended for fine adjustment, at least one additional control voltage, in particular for the coarse adjustment or also for the fine adjustment. At least it can one of the further control voltages can be provided by a digital setting device.
An Hand der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer Steuer- und Regeleinrichtung für den in eine elektromagnetische Linse eines Elektronenmikroskops eingespeisten Strom schematisch dargestellt. An exemplary embodiment of a control and regulating device for the in an electromagnetic lens of an electron microscope fed current is shown schematically.
In der Figur ist ein Prinzipschaltbild gezeichnet, in dem die elektromagnetische Linse mit L bezeichnet ist. Im Stromkreis der Linse L Jiegt ein Meßwiderstand M und ein regelbarer Leistungsverstärker V. Die Klemmen 1,2 des Linsenstromkreises sind an einer nicht weiter dargestellten Stromquelle ange schlossen. Der Steuereingang 3 des Leistungsverstärkers V wird von einem Differenzverstärker D gespeist, dessen einer Eingang 4 als Steuereingang ausgebildet ist, während der andere Eingangs des Differenzverstärkers D auf einem festen Potential liegt. Der Differenzverstärker D und der Leistungsverstärker V bilden das den Linsenstrom / 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 Jiegt a measuring resistor M and a controllable power amplifier V. The terminals 1,2 of the lens circuit are connected to a power source, not shown. 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 of the differential amplifier D is at a fixed potential. The differential amplifier D and the power amplifier V form the lens current / regulating actuator.
Der Steuereingang 4 des Differenzverstärkers D wird im dargestellten Ausführungsbeispiel über drei Widerstände R1, R2 und Rx dem Steuereingang 4 zugeführten Einzelspannungen werden an dem Eingang 4 summiert. Über den Widerstand R3 gelangt die am Meßwiderstand M abgegriffenen Spannung an den Stcuereingang4. Über den Widerstand R1 wird dem Steuereingang 4 eine Spannung zugeführt, die einem an eine stabilisierte Referenzspannung UR angeschlossenen Spannungsteiler entnommen wird. Dieser Spannungsteiler enthält einen Festwiderstand R, und ein Potentiometer R5. Die Widerstandswerte dieser Widerstände R4 und R5 sind in bezug auf die Referenzspannung so gewählt, daß sich eine Grobeinstellung des Linsenstromes ergibt. Die Feineinstellung wird über den Widerstand R2 vorgenommen. Hierzu ist der Widerstand R., an eine Einstellvorrichtung 6 angeschlossen, die einen digitalen Vor-Rückwärtszählers 7 enthält. Die Ausgänge 8, 9,10 und Il 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 13 gelieferten Spannungswerte sind auf die Spannung UR (Referenzspannung) bezogen. Diese Referenzspannung kann mit der Beschleunigungsspannung des Elektronenmikroskops umgeschaltet werden, so daß sich angepaßte Linsenströme ergeben. 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 Fortsehaltimpulse eingespeist werden. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist jeder Taste 17 oder 18 eineIn the exemplary embodiment shown, the control input 4 of the differential amplifier D is added to the control input 4 via three resistors R 1 , R 2 and R x . The voltage tapped at the measuring resistor M arrives at the control input 4 via the resistor R 3. A voltage is fed to the control input 4 via the resistor R 1 , which voltage is taken from a voltage divider connected to a stabilized reference voltage U R. This voltage divider contains a fixed resistor R and a potentiometer R 5 . The resistance values of these resistors R 4 and R 5 are selected in relation to the reference voltage so that a coarse adjustment of the lens current results. The fine adjustment is made via the resistor R 2 . For this purpose, the resistor R. is connected to an adjusting device 6 which contains a digital up / down counter 7. The outputs 8, 9, 10 and II 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 13 are related to the voltage U R (reference voltage). This reference voltage can be switched over with the acceleration voltage of the electron microscope, so that matched lens currents result. The up / down counter 7 contains a control input 15 for controlling the counting sequences in the positive direction and a control input 16 for controlling the counting sequence in the negative direction. The two control inputs 15, 16 are each connected to a button 17, 18, via which the inputs 15, 16 are fed continuity pulses. In the illustrated embodiment, each key 17 or 18 is one
eigene Spannungsquelle 19, 20 vorgeschaltet. Die Spannungsquellen 19, 20 stellen Gleichspannungen unterschiedlicher Polarität bereit, so daß in tlem digitalen Vor-Rückwärtszähler 7 Einzelimpulsc eingespeist werden.own voltage source 19, 20 connected upstream. the Voltage sources 19, 20 provide direct voltages of different polarity, so that in tlem digital Up / down counter 7 single pulsesc fed in will.
Es ist selbstverständlich möglich, an Stelle 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 to use a series of pulses instead of the individual pulses as incremental pulses feed, the frequency or the number of pulses being adjustable and / or controllable. The regulation one will provide that the frequency or the number of pulses as a function of the magnification of the final image is provided.
Für eine Vielzahl von Untersuchungen der in Elektronenmikroskope eingebrachten Objekte ist es erforderlich, den Folussierungsstrom der Objektivlinse reproduzieren zu können. Hierfür kann bei dem Ausführungsbeispiel der Erfindung eine dem Vor-Rückwärtszähler 7 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 Fokussierungswert zurFor a variety of examinations of objects placed in electron microscopes, it is required to be able to reproduce the foliation current of the objective lens. For this purpose, the Embodiment of the invention a numeric display device assigned to the up / down counter 7 21 may be provided, which indicates the defocus value. The numeric display 21 contains advantageous a delete key 22, by means of which the numeric display 21 to zero regardless of the state of the digital Up / down counter 7 can be reset. The numeric display 21 can also have its own Have digital counter 23, at one output 24 of which the positive or negative defocusing from the preset focus value to
ίο Anzeige gebracht wird.ίο 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 Einslellvorrichtungen bereitgestellt werden. Diese weiteren Stcuerspannungen übernehmen die Aufgabe, eine Grob- bzw. Fcinsteinstellung des Snulcnstromes zu ermöglichen.If the adjustment device described above for the fine adjustment of the coil current is used, further control voltages can be fed to the actuator, which also are provided by digital insertion devices. These other control voltages take over the task of enabling a coarse or fine adjustment of the flow rate.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
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