DE2657331A1

DE2657331A1 - Einrichtung zur darstellung einer probe, insbesondere elektronenmikroskop

Info

Publication number: DE2657331A1
Application number: DE19762657331
Authority: DE
Inventors: Takao Namae
Original assignee: Jeol Ltd
Current assignee: Jeol Ltd
Priority date: 1975-12-19
Filing date: 1976-12-17
Publication date: 1977-08-04
Also published as: US4071759A; NL7614008A; JPS5275261A; GB1559133A; FR2335945B1; FR2335945A1

Description

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NIHON DENSHI KABUSHIKI KAISHA 1418 Nakagamicho, Akishimashi, Tokyo, 196 / JAPAN

Einrichtung zur Darstellung einer Probe, insbesondere Elektronenmikroskop

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Darstellung einer Probe mit einer Abtasteinrichtung, welche mit Hilfe von Elektronenstrahlen eine Probe, von der ein Bild wiedergegeben werden soll, abtastet, insbesondere für ein Elektronenmikroskop, Röntgenstrahlanalysiergerät oder eine ähnliche elektronische Wiedergabeeinrichtung.

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Bei einem Rasterelektronenmikroskop wird eine Probe mit Hilfe eines Elektronenstrahles abgetastet. Hierzu sind Ablenkmittel vorgesehen. Aus der Probe emittierte Sekundärelektronen werden eingefangen bzw. von einem Detektor empfangen und zu Helligkeitsmodulationssignalen für eine Kathodenstrahlröhre aufbereitet. Die Ablenkmittel der Kathodenstrahlröhre werden mit einem Abtastsignal versorgt, das synchron mit dem Abtastsignal zur Ablenkung des Elektronenstrahles bei der Bestrahlung der Probe ist. Demzufolge ändert sich die Vergrößerung des von der Probe auf der Kathodenstrahlröhre wiedergegebenen Rasterbildes in Abhängigkeit von dem Verhältnis der Abtastfläche (Länge) auf der Probenoberfläche und der Abtastfläche (Länge) auf der Kathodenstrahlröhre. Im allgemeinen ändert sich die Vergrößerung des wiedergegebenen Bildes von einigen 10-fachen Vergrößerungen bis zu 300.000-facher Vergrößerung. Um jedoch den Zusammenhang bzw. die Abhängigkeit zwischen einer Bildwiedergabe mit niedriger Vergrößerung und einer Bildwiedergabe mit hoher Vergrößerung zu kennen, ist es notwendig, daß man ein Gerät hat, welches unabhängig voneinander Bilder mit zwei verschiedenen Vergrößerungen wiedergeben kann.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Einrichtung zur Darstellung einer Probe in einem Bild, insbesondere ein Elektronenmikroskop oder Röntgenstrahlanalysiergerät, zu zeigen, mit dem es möglich ist, zwei Bilder mit unterschiedlichen Vergrößerungen unabhängig voneinander zu zeigen.

Zur Lösung dieser Aufgabe zeigt die Erfindung eine Einrichtung zur Darstellung einer Probe mit einer Abtasteinrichtung, welche mit Hilfe von Elektronenstrahlen eine Probe,von der ein Bild wiedergegeben werden soll, abtastet, und welche folgende Merkmale aufweist:

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a) eine Elektronenstrahlquelle zur Erzeugung eines Elektronenstrahles,

b) Ablenkmittel zum Ablenken des Elektronenstrahles, so daß dieser die Probe zweidimensional abtastet,

c) eine Kathodenstrahlröhre mit Ablenkmitteln,

d) einen Abtastsignalgenerator zur Erzeugung von Abtastsignalen, wobei diese Abtastsignale an die zur Ablenkung des Elektronenstrahles dienenden Ablenkmittel und an die Ablenkmittel der Kathodenstrahlröhre gelegt werden,

e) einen Detektor zum Empfangen der Signale, insbesondere Sekundärelektronen, welche von der Probe ausgesendet werden, wobei der Ausgang des Detektors mit einer Helligkeitssteuereinrichtung verbunden ist, so daß auf der Kathodenstrahlröhre ein Rasterbild mit Helligkeitsmodulation wiedergegeben wird,

f) eine Vergrößerungsschaltung, welche zwischen dem Abtastsignalgenerator und den Ablenkmitteln zur Ablenkung des Elektronenstrahles geschaltet ist, so daß die Vergrößerung des Bildes, welches auf der Kathodenstrahlröhre wiedergegeben wird, durch Änderung der Signalamplitude der Vergrößerungsschaltung geändert werden kann,

g) eine Einrichtung zum Ändern der Signalamplitude und der Signalhöhe der Ausgangssignale des Abtastsignalgenerators,

h) Schaltermittel, welche zwischen die Vergrößerungsschaltung und den Abtastsignalgenerator und zwischen die Vergrößerungsschaltung und die Einrichtung zum Ändern der Signalamplitude und der Signalhöhe der Signale des Abtastsignalgenerators geschaltet sind, so daß zwischen der Vergrößerungsschaltung und dem Abtastsignalgenerator und zwischen der Vergrößerungsschaltung und der Einrichtung zum Ändern der Signalamplitude und der Signalhöhe der Ausgangssignale des Abtastsignalgenerators umgeschaltet werden kann, und

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i) einen zweiten Signalgenerator zur Erzeugung von Signalen, welche diese Schaltermittel steuern.

Die Erfindung zeigt somit insbesondere ein Rasterelektronenmikroskop zum Aufzeichnen eines Rasterbildes auf einer Kathodenstrahlröhre. Hierbei wird ein Bild mit hoher Vergrößerung innerhalb eines Bildes mit niedriger Vergrößerung auf dem Schirm der Kathodenstrahlröhre dargestellt, so daß die relativen Stellungen der Bilder mit niedriger und hoher Vergrößerung unmittelbar beobachtet werden können. Die Vergrößerung und die wiedergegebene Fläche des Bildes mit hoher Vergrößerung können dabei fortlaufend geändert werden.

Vorteile der Erfindung sind noch darin zu sehen, daß mit dem Wiedergabegerät ein Bild von einer kleinen Fläche mit hoher Vergrößerung, welche sich innerhalb einer großen Fläche, von der ein Bild mit kleiner Vergrößerung darstellbar ist, wiedergegeben werden kann.

Außerdem erleichtert das Wiedergabegerät die Auswahl der Fläche, von welcher ein Bild mit hoher Vergrößerung dargestellt werden soll, indem man diese erwünschte Fläche innerhalb der Fläche eines Bildes mit niedriger Vergrößerung durch Einrahmen bezeichnet. In den Figuren sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Anhand dieser Figuren soll die Erfindung noch näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch ein Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 2 schematisch den Schirm einer Kathodenstrahlröhre,

welche beim Ausführungsbeispiel der Fig. 1 verwendet wird;

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Fig. 3 Darstellungen zur Erläuterung des Betriebes des in

^un der Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispieles und

Fig. 5 in sehematiseher Darstellung ein weiteres Ausfüh

rungsbeispiel der Erfindung.

Die Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. In der Figur ist eine elektronenoptische Säule 1 eines Rasterelektronenmikroskopes dargestellt. Diese Säule beinhaltet eine Elektronenquelle 2 zur Erzeugung eines Elektronenstrahles 3. Ablenkspulen 4X und 4Y lenken den Elektronenstrahl ab, so daß er eine Probe 5 abtastet. Ein Detektor 6 empfängt Sekundärelektronen, welche durch die Probe 5 erzeugt worden sind. Das Ausgangssignal des Detektors 6 wird an eine Helligkeitssteuerelektrode einer Kathodenstrahlröhre 7 über einen Verstärker 8 und eine Addierschaltung 9 gelegt. Währenddessen legt ein Signalgenerator 11 für die horizontale Abtastung (X-Richtung) Signale an eine Ablenkspule 1OX der Kathodenstrahlröhre über einen Verstärker 12. Außerdem legt dieser Signalgenerator 11 über eine Schaltereinrichtung 13,einen Verstärker 14 und eine Vergrößerungsschaltung 15 Signale an die Ablenkspule 4X. In gleicher Weise versorgt ein Signalgenerator 16 zur vertikalen Abtastung (Y-Richtung) eine Ablenkspule 1OY der Kathodenstrahlröhre über einen Verstärker 17 mit Ablenksignalen. Dieser Abtastsignalgenerator 16 versorgt auch die Ablenkspule 4Y über eine Schaltereinrichtung 18, einen Verstärker 19 und die Vergrößerungsschaltung 15.

Wenn im Normalbetrieb Abtastsignale über die Eingangsklemmen "a" der Schaltereinrichtungen 13 und 18 an die Ablenkspulen 4X und 4Y gelegt werden, ergibt sich auf dem Bildschirm 7a der Kathodenstrahlröhre 7 ein helligkeitsmoduliertes Rasterbild der Probe, wobei die Hellig-

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keitsmodulation durch das Sekundärelektronensignal hervorgerufen wird. Die Vergrößerung des Bildes ist durch Einstellung der Signalamplitude der Vergrößerungsschaltung 15 bestimmt.

Potentiometer 20, 21, ein Widerstand 22 und eine Gleichspannungsquelle 23 sind an die Verbindungsleitung zwischen dem Ausgang des Signalgenerators 11 für die horizontale Abtastung und eine Eingangsklemme "b" der Schaltereinrichtung 13 angeschlossen. Diese bilden eine Schaltung, welche zur Änderung des Ausgangssignales des Abtastsignalgenerators dienen in der Weise, daß der Gradient des sägezahnförmigen Signales, welches an die Klemme "b" der Schaltereinrichtung 13 gelegt, kleiner wird als der des Signales, welcher an die Klemme ."a" der Schaltereinrichtung 13 gelegt wird. Das an die Eingangsklemme "b" angelegte Signal wird nur dann an den Verstärker 14 weiter ge leitet, wenn von einem UND-Gatter 24 ein Steuersignal geliefert wird. Dieses hinwiederum erzeugt nur dann Ausgangssignale, wenn gleichzeitig Eingangsimpulse von den Vergleichsschaltungen 25 und 26 kommen. Die Vergleichsschaltungen 25 und 26 werden durch Signale von einer Start-Stop-Einrichtung 27 in Betrieb und außer Betrieb gesetzt. Die Vergleichsschaltung 25 erzeugt Impulse während der Zeit, während welcher der Elektronenstrahl Flächen 28, 29 und 30 auf dem Schirm 7a der Kathodenstrahlröhre abtastet, und die Vergleichsschaltung 26 erzeugt Impulse während der Zeit, während welcher der Elektronenstrahl Flächen 31, 29 und 32 auf dem Schirm 7a abtastet, wie das aus Fig. 2 zu ersehen ist. Demzufolge erzeugt das UND-Gatter 24 nur dann Impulse, wenn der Elektronenstrahl die Fläche 29 abtastet. Der Ausgangs impuls des UND-Gatters 24 wird auch an die Schaltereinrichtung 18 gelegt, so daß das an der Klemme "b" dieser Schaltereinrichtung liegende Signal während der Zeit, während welcher das UND-Gatter 24 einen Ausgangsimpuls anlegt, weiter ge leitet wird. Das Eingangssignal an der Klemme "b"

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der Schaltereinrichtung 18 ist das vertikale Ablenksignal, welches von dem Abtastsignalgenerator 16 geliefert wird. Dieses vertikale Abtastsignal ist durch Potentiometer 33, 34, einen Widerstand 35 und eine Gleichspannungsquelle 36 veränderbar.

Die Ausgänge der Vergleichs schaltungen 25 und 26 werden an zugeordnete monostabile Multivibratoren 37 und 38 gelegt. Diese erzeugen schmale (kurze) Impulse beim Anstieg und Abfall der Eingangs impulse. Die Ausgänge der monostabilen Muitivibratoren werden an eine Gatterschaltung 39 gelegt. Diese ist geöffnet, wenn das Ausgangssignaides UND-Gatters angelegt ist. Die Ausgangs impulse der Gatterschaltung 39 werden an das Helligkeitssteuergitter der Kathodenstrahlröhre 7 über die Addierschaltung 9 gelegt, so daß ein heller (oder dunkler), aus Li-

ah nien sich zusammensetzender Rahmen 40/gebildet wird, der die Fläche auf dem Schirm 7a der Kathodenstrahlröhre umfaßt.

Die Lage und die Größe der hellen (oder dunklen) Linien des Rahmens sind durch die Eingangssignale, welche an die Vergleichsschaltungen 25 und 26 gelegt werden und welche geändert werden können, bestimmt. Eines der zwei Eingangssignale, welche an die Vergleichsschaltung 25 gelegt werden können, wird durch ein Potentiometer 41 und eine Gleichspannungsquelle 42 erzeugt. Das andere Signal wird durch einen Oszillator 43 erzeugt, welcher von einem Potentiometer 44 gesteuert wird und welcher mit dem Abtastsignalgenerator 11 für die horizontale Abtastung synchronisiert ist. In gleicher Weise werden die Eingangssignale, welche an die Vergleichsschaltung 26 geliefert werden, durch Potentiometer 45, 46 und eine Gleichspannungsquelle 47 sowie einen Oszillator 48 erzeugt. Der Oszillator 48 ist mit dem Abtastsignalgenerator 16 für die vertikale Abtastung synchronisiert.

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Die Fig. 3 zeigt die Wellenformen der Ausgangssignale der verschiedenen Schaltungen. Fig. 3 (a) zeigt das Aus gangs signal des Abtastsignalgenerators 11 für die horizontale Abtastung. Die Fig. 3(b) zeigt das Ausgangssignal des Oszillators 43. In der Fig. 3(b) hat das Ausgangs signal des Oszillators 43 einen konstanten Scheitelwert V_p, jedoch kann die Lage (Zeit T) dieses Scheitelwertes durch das Potentiometer 44 verändert werden. Die Spannung V-. bezeichnet die maximale Ausgangsspannung des Potentiometers 41. Die Fig. 3(c) zeigt das Ausgangssignal der Vergleichsschaltung 25. Die Ausgangssignale, welche in der Figur dargestellt sind, werden dann erzeugt, wenn das Aus gangs signal des Oszillators 43 höher ist als die konstante Ausgangsspannung V_T des Potentiometers 41. Die Fig. 3(d) zeigt den Ausgang des monostabilen Multivibrators 37, welcher spitze (kurze) Impulse während des Ansteigens und Abfallens der in der Fig. 3(c) gezeigten Eingangs impulse. Die Fig. 3(e) zeigt die Wellenform des Ausgangssignals der Schaltereinrichtung 13, wenn die Ausgangsspannung V_T des Potentiometers 41 wie in Fig. 3 (b) dargestellt, eingestellt ist. Die Fig. 3(f) zeigt die Wellenform des Ausgangssignales der Schaltereinrichtung 13, wenn die Ausgangsspannung des Potentiometers 41 niedriger eingestellt ist als der niedrigste (null) Wert des Aus gangs signals des Oszillators 43.

Wenn die Start-Stop-Einrichtung 27 auf "Stop"-Bedingung steht, sind die Vergleichsschaltungen 25 und 26 außer Betrieb. In diesem Fall liefern die Schaltereinrichtung/ß und 18 die an den Klemmen "a" erscheinenden Eingangssignale weiter, so daß normale Abtastsignale an die Ablenkspulen 4X und 4Y gelegt werden. Auf diese Weise wird ein normales Rasterbild auf dem Bildschirm 7a der Kathodenstrahlröhre 7 dargestellt.

Wenn andererseits die Start-Stop-Einrichtung 27 auf "Start"-Betrieb eingestellt ist, werden die Vergleichsschaltungen 25 und 26 eingeschal-

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tet. Das Potentiometer 41 und das damit gekoppelte Potentiometer 20 sowie das Potentiometer 45 und das damit gekoppelte Potentiometer 33 sind auf den maximalen Ausgangsspannungswert V-. eingestellt. Bei diesen Betriebsbedingungen erscheint auf dem Bildschirm der Kathodenstrahlröhre 7 das in der Fig. 4(a) dargestellte Rasterbild. In dieser Figur ist ein Standardrasterbild mit geringer Vergrößerung dargestellt. Dieses Bild erstreckt sich über die gesamte Fläche des Bildschirmes. Ein Rahmen 49, welcher aus schmalen hellen Linien besteht, ist diesem Bild überlagert. Die Lage des Rahmens 49, welcher aus den hellen Linien gebildet wird, wird bestimmt durch die entsprechende Einstellung der Potentiometer 20, 41, 33 und 45. Auf diese Weise kann man eine gewünschte Fläche für die genauere Beobachtung auswählen, welche durch die hellen Linien des Rahmens 49 eingeschlossen wird. Das mit dem Potentiometer 44 gekoppelte Potentiometer 21 und das mit dem Potentiometer 46 gekoppelte Potentiometer 34 werden so eingestellt, daß der Bereich, von dem ein Bild mit erhöhter Vergrößerung gewünscht ist, innerhalb der Linien des Rahmens angeordnet ist, wobei der Rahmen zu einem Rahmen 49a, wie in Fig. 4(b) dargestellt, vergrößert wird. Wenn die Potentiometer 41 und 45 auf den geringsten Spannungswert eingestellt werden, verbreitert sich der Rahmen, so daß man ein Bild mit hoher Vergrößerung gewinnt. Dieses kann dann über den gesamten Bildschirm ausgedehnt sein, wie es in der Fig. 4(c) dargestellt ist.

Die Fig. 5 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dieses besitzt einen Lichtschreiber 50, welcher mit einem lichtempfindlichen Element, beispielsweise einer Photodiode, ausgestattet ist. Eine Steuerschaltung 51 ist in der Weise eingebaut, daß man die Bestimmung der Lage des Bildabschnittes, von dem eine erhöhte Vergrößerung gewünscht wird, innerhalb des Bildes mit niedriger (Standard) Vergrößerung erleichtert wird.

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Die gewünschte Lage des zu vergrößernden Bildbereichs innerhalb des Bildes mit niedriger Vergrößerung bzw. Standardvergrößerung wird durch den Lichtschreiber abgefühlt. Der Wert der Ausgangs signale der Abtastsignalgeneratoren 11 bzw. 16 für die horizontale bzw. vertikale Abtastung wird zu den Zeitpunkten erfaßt, an denen der Lichtschreiber 50 die durch den Elektronenstrahl hervorgerufenen hellen Punkte erfaßt. Diese Werte werden durch Teilbildhalteschaltungen 52 und 53 und die Steuerschaltung 51 festgehalten. Die Teilbildhalteschaltungen 52 und 53 halten die Signalwerte, welche den vom Lichtschreiber 50 bestimmten Punkten entsprechen, fest. Der Ausgang der Teilbildhalteschaltungen 52 bzw. 53 steuert Gleichspannungsquellen 54, 55, 56 oder 57. Das bedeutet, daß die Einstellung durch die Potentiometer 21, 44, 34 oder 46 in der Fig. 1 ersetzt ist durch die Wirkungsweise des Lichtschreibers und der Teilbildhalteschaltungen. Gleichzeitig während der Zeit, während welcher der Lichtschreiber an den Bildschirm der Kathodenstrahlröhre gehalten ist, wird das Ausgangssignal der Steuerschaltung 51 an Antriebssteuer schaltungen 58 oder 59 gelegt, welche Antriebsmotore 60 oder 61 ansteuern. Durch die Antriebsmotor e 60 oder 61 werden die Potentiometer 20 und 41 oder 33 und 45 verstellt. Dies geschieht automatisch, so daß die Vergrößerung von dem Bildbereich, welcher auf den Bildschirm 7a der Kathodenstrahlröhre durch die hellen Linien eingeschlossen ist, erhöht wird. Demzufolge ist beim Ausführungsbeispiel der Fig. 5 der Betrieb bei der Bildbeobachtung gegenüber dem Ausführungsbeispiel in der Fig. 1 noch erleichtert.

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Claims

Pate ntans pr üche

{ 1. j Einrichtung zur Darstellung einer Probe auf einem Bildschirm einer Kathodenstrahlröhre mit hoher und niedriger Vergrößerung,mit einer Elektronenstrahlquelle zur Erzeugung eines Elektronenstrahles, einer Ablenkmittel aufweisenden Abtasteinrichtung, welche mit Hilfe

zwe idimens ipnall

des Elektronenstrahls die Probe/abtastet, Ablenkmitteln an der Kathodenstrahlröhre, an die Ablenksignale eines Ablenksignalgenerators, welcher auch an die Abtasteinrichtung Ablenksignale liefert, gelegt sind, einem Detektor, der von der Probe ausgesendete Signale empfängt und mit einer Helligkeitssteuereinrichtung verbunden ist, die eine Helligkeitsmodulation für das Rasterbild der Kathodenstrahlröhre liefert, und mit einer Vergrößerungsschaltung, welche zur Änderung der Vergrößerung des auf der Kathodenstrahlröhre dargestellten Bildes zwischen den Abtastsignalgenerator und die Ablenkmittel der Abtasteinrichtung geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine An derurigseinrichtung (25, 41, 42, 43, 44; 26, 45, 46, 47, 48) zum Verändern der Signalamplitude und der Signalhöhe der Ausgangssignale des Abtastsignalgenerators (11, 16) vorgesehen ist, daß zwischen die Vergrößerungsschaltung (15) und den Abtastsignalgenerator (11, 16) sowie zwischen die Vergrößerungsschaltung (15) und die Änderungseinrichtung eine Schaltereinrichtung (13, 18) geschaltet ist, welche zwischen der Vergrößerungsschaltung und dem Abtastsignalgenerator sowie zwischen der Vergrößerungsschaltung und der Änderungseinrichtung umschaltet, und daß ein zweiter Signalgenerator (24) zur Steuerung der Schaltereinrichtung (13, 18) vorgesehen ist.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Signalgenerator (24) durch die Änderungseinrichtung (25, 41, 42, 43, 44; 26, 45, 46, 47, 48) angesteuert ist.

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3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung der Änderungseinrichtung (25, 41, 42, 43, 44; 26, 45, 46, 47, 48) ein photosensitives Element (50), welches die Bildhelligkeit an bestimmten Punkten auf der Kathodenstrahlröhre erfaßt, vorgesehen ist.
4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Änderungseinrichtung Vergleichsschaltungen (25, 26) aufweist, welche ein UND-Gatter (24) in der Weise ansteuert, daß beim Abtasten eines bestimmten Flächenabschnittes (29) auf dem durch die Kathodenstrahlröhre dargestellten Bild das UND-Gatter (24) zur Ansteuerung der Schaltereinrichtungen (13, 18) Impulse abgibt.
5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgänge der Vergleichsschaltung (25,26) außerdem zur Ansteuerung der He Uigke its steuereinrichtung in der Weise verwendet werden, daß der ausgewählte Flächenbereich (29) auf der Bildfläche auf der Kathodenstrahlröhre durch einen aus helleren oder dunkleren Linien zusammengesetzten Rahmen begrenzt ist.
6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl zur Festlegung des Bildflächenbereiches (29) auf der Bildfläche der Kathodenstrahlröhre als auch die gesteuerte Vergrößerung des Bildflächenbereiches durch entsprechende Veränderung der Eingangssignale, welche an die Vergleichsschaltungen (25, 26) geliefert werden, gesteuert sind.
7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermittlung des Bildbereiches (29) ein Lichtpunktschreiber (50) vorgesehen ist, dessen Ausgangssignale zur

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entsprechenden Ansteuerung der Vergleichsschaltungen (25,26) verwendet werden und welche außerdem einen Servomechanismus zur entsprechenden Änderung der Eingangs signale in Gang setzt, welche die Vergrößerung des ausgewählten Bildbereiches in Gang setzen.

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