DE756102C - Elektrische Linse, bei der sich Elektroden gegeneinander unter Vermittlung von konischen Passflaechen abstuetzen, fuer Korpuskular-strahlapparate, insbesondere fuer Elektronenmikroskope - Google Patents

Description

Es ist bei einer Braunschen Röhre bekannt, eine gute konzentrische Lage von Einzelteilen, nämlich von Kathode, Anode, Wehneltzylinder dadurch zu erzielen, daß alle diese Teile unter Zwischenschaltung von Isolierstücken in einen Halter eingesetzt sind, der seinerseits in das Innere des Vakuumgefäßes eingebaut wird. Die genannten Teile sind dabei durch konische Paßflächen ineinandergesetzt. Bei der Erfindung dagegen handelt es sich um eine elektrische Linse, bei der sich Elektroden gegeneinander unter Vermittlung von konischen Paßflächen abstützen, für Korpuskularstrahlapparate und die z. B. in den· Strahlengang eines Elektronenmikroskops eingesetzt werden soll. Hier kommt es darauf an, die einzelnen Linsenteile in eine genaue strahlsymmetrische Lage zu bringen unter Berücksichtigung des Umstandes, daß beispielsweise weitere Linsen bzw. die Teile des Strahlerzeugers gesondert in einer gewissen axialen Entfernung in das Vakuumgefäß eingebaut sind. Die Aufgabe

wird dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß in einem Vakuumwandteil konische Paßflächen vorgesehen sind, in die eine entsprechende konische Fläche einer Linsenelektrode oder eines eine Linsenelektrode tragenden Isolators paßt. Hierdurch gelingt es, mit einfachen Mit-. teln die gewünschte Lage der Linsenteile zu erzwingen, ohne daß es erforderlich wäre, alle zu zentrierenden Einzelteile des Apparates zu ίο einer baulichen Einheit zusammenzufassen, die dann als Ganzes in das Vakuumgefäß eingebaut werden muß. Bei der vorliegenden Anwendung sind besondere Halterungen des Linsensystems gegenüber der Vakuumwand nicht erforderlich, da die Vakuumwand selbst die Elektroden in der obenerwähnten Weise unmittelbar trägt. Die so gemäß der Erfindung gebaute elektrische Linse ist gut zentriert und mechanisch fest. Die vorliegende Anordnung ist auch leicht so auszubilden, daß die Linsen eine hohe Spannung aushalten und daß die Möglichkeit besteht, Elektroden beliebiger Form wahlweise einzusetzen. Durch die Anwendung von konischen Paßflächen für die Befestigung der beiden Elektroden am Isolator wird zwangsläufig dafür gesorgt, daß die Elektroden sich auch beim Auswechseln Jederzeit wieder genau konzentrisch gegenüberstehen. Man wird die Anordnung beispielsweise so ausbilden, daß die eine Elektrode direkt mit der Außenwand des Apparates in Verbindung steht und auf Erdpotential liegt und daß der anderen Elektrode die Hochspannung durch eine besondere Einführung zugeführt wird. Auch die Ausbildung dieser Einführung wird man dann so wählen, daß zwischen den spannungführenden Teilen der Einführung und der geerdeten Außen wandung des Apparates ein Isolator angeordnet ist, der durch konische Paßflächen mit den Einführungsteilen und mit der Außenwandung verbunden ist.

Die konischen Paßflächen des Linsenisolators wird man zweckmäßig konzentrisch zur Strahlachse anordnen. Eine besonders einfache Linsenbauart erhält man, wenn man den äußeren geerdeten, rohrförmigen, die Linse tragenden Teil des Apparates mit einem Innenkonus versieht, in welchen ein entsprechender Außenkonus des Isolators paßt. Dieser Isolator seinerseits ist dabei mit einer konischen Bohrung versehen, in welche wiederum ein entsprechender' Außenkonus der die Hochspannung führenden Linsenelektrode paßt. Die Elektroden selbst können beispielsweise aus einem rohrförmigen symmetrisch zur Strahlachse und aus einem quer zur Strahlachse liegenden Teil, der in der Mitte mit einer öffnung versehen ist, bestehen. Wenn es sich um solche Linsen handelt, die mit sehr hohen Spannungen betrieben werden, so wird man den Isolatoren vorzugsweise eine solche Form geben, daß die Isolatoren in dem zwischen der Außenwandung des Apparates und der auf gleichem Potential befindlichen Elektrode gebildeten feldfreien Raum hineinragen. Auf diese Weise kommt man zu einer solchen Gestaltung des elektrischen Beschleunigungsfeldes, daß keine elektrische Feldlinie von einer zur anderen Elektrode übergeht, die tangential zur Isolatorfläche \-erläuft, ohne den Isolator zu durchsetzen. Hierdurch werden Gleitentladungen, die sonst. bei höheren Spannungen auftreten, vermieden.

Die vorliegende Anordnung kann insbesondere für die Objektivlinse und Projektionslinse eines Elektronenmikroskops angewendet werden. In diesem Fall kann man die Anordnung dadurch vereinfachen, daß man für beide Linsen ein und dieselbe Hochspannungseinführung verwendet. Die hochspannungführenden Teile beider Linsen werden dann vorzugsweise so angeordnet, daß sie einander zugekehrt sind. Um einen einfachen Zusammenbau des Elektronenmikroskops zu ermöglichen und auch das Auswechseln einzelner Linsenteile möglichst schnell durchführen zu können, wird man die einzelnen Elektroden und die Isolatoren dann vorteilhaft so bemessen, daß das ganze Linsensystem von einer Seite, z. B. von der Seite des Strahlerzeugers her, in das Vakuumrohr eingebaut werden kann. Dieses Vakuumrohr selbst wird man dabei auf der Einbauseite, also z. B. auf der Seite der Objektivlinse, zweiteilig ausführen und die beiden Teile ebenfalls durch konische Paßflächen ineinandersetzen. Weitere wesentliche Merkmale der vorliegenden Anordnung werden bei der Beschreibung der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele behandelt.

Fig. ι zeigt einen Querschnitt durch einen Teil eines Elektronenmikroskops, das mit zwei elektrischen, der Vergrößerung dienenden Linsen ausgerüstet ist. Mit 1 ist das mittlere Stück der äußeren Vakuumwand des Elektronenmikroskops bezeichnet. Mit dem Teil 2 sind das in der Figur nicht dargestellte Kathodenstrahlerzeugungssystem und die ebenfalls nicht dargestellte Objektschleuse fest verbunden. Der Elektronenstrahl fällt senkrecht von oben auf die Objektpatrone 4, die als Träger des zu vergrößernden Objektes dient. Die Objektivlinse wird durch die beiden Elektroden 5 und 6 gebildet. Die Elektrode 5 befindet sich auf Erdpotential und ist aus einem Stück mit der Vakuumwand 2 hergestellt. Die Elektrode 6 hat einen rohrförmigen konzentrisch zur Strahlachse liegenden Teil 7 und einen quer zur Strahlachse liegenden Teil 8. Zur Abstützung der Elektrode 6 gegenüber der Vakuumwand 1 dient ein

Isolator 9. Mit 10 und 11 sind konische Paßflächen der "Vakuumwand 1 und des Isolators 9 bzw. des Isolators 9 und der Elektrode 7 bezeichnet.

Die Projektionslinse wird gebildet durch die hochspannungführende Elektrode 12 und die auf Erdpotential befindliche Elektrode 13. Die Elektrode 13 ist aus einem Stück zusammen mit der Vakuumwand i hergestellt.

Die Elektrode 12 hat ähnlich wie die Elektrode 6 ein rohrförmiges Stück 14, das konzentrisch zur Strahlachse liegt, und einen quer zur Strahlachse liegenden Teil 15. Dieser Teil ist auf der Innenseite als Zwischenbildleuchtschirm 16 ausgebildet. Zur Abstützung der Elektrode 12 gegenüber der Vakuumwand 1 dient ein Isolator 17 mit entsprechenden konischen Paßflächen 18 und 19. Die Isolatoreng und 17 haben an ihrem äußeren Umfang Aussparungen in axialer Richtung, denen in den Teilen 5 und 13 Löcher gegenüberstehen. Hierdurch ist ein Durchströmen der auszupumpenden Luft ermöglicht.

Die Hochspannung wird den Elektroden 6 und 12 durch eine besondere Hochspannungseinführung zugeführt. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist angenommen, daß die Elektroden 6 und 12 an verschiedene Spannungen gelegt werden. Der Elektrode 6 ist die Spannungszuführung 20, der Elektrode 12 die Spannungszuführung 21 zugeordnet. Bei dieser Ausführung ist es möglich, beide Linsen unabhängig voneinander zu regeln. Dabei wird die Spannung, die zwischen den Elektroden 6 und 12 liegt, klein sein gegenüber den Spannungen, die die Elektroden 6 und 12 gegen das Rohr ι haben. Mit 22 ist ein Isolierstück bezeichnet, daß sich mit entsprechenden konischen Paßflächen 23 und 24 gegen die Außenwand ι bzw. den Einsatzkörper 25 der Durchführung abstützt.

Zur Betrachtung des Zwischenbildes dient ein in der Vakuum wand 1 angeordnetes Schauglas 26 und ein in das Innere der Anordnung eingebautes Prisma 27. Um das Feldbild nicht zu stören, ist vor der Öffnung 28, welche in dem Teil 14 der Elektrode 12 vorgesehen ist, ein Drahtnetz 29 angeordnet.

Der Zusammenbau der Anordnung geht folgendermaßen vor sich: In die Vakuumwand ι wird zunächst der Isolator 17 eingesetzt, danach die Elektrode 12 eingebaut. Im Anschluß daran können die Durchführungen 21 und 25 eingebaut werden. Hierauf wird der Isolator 9 und dann die Elektrode 6 eingebaut. Im Anschluß daran· kann dann der obere Teil 2 des Elektronenmikroskops aufgesetzt werden. Um diesen Einbau zu ermöglichen, sind die Außen- und Innenabmessungen der Isolatoren 17 und 9 und der Elektroden 12 und 6 entsprechend gewählt.

Während die in Fig. 1 dargestellte Anordnung in erster Linie sich für solche Mikroskope eignet, deren Linsenspannungen nicht allzu hoch liegen, empfiehlt es sich, bei höheren Spannungen andere Formen bei den zur Anwendung kommenden Isolatoren zu verwenden. Ein Ausführungsbeispiel für Elektronenmikroskope dieser Art ist in Fig. 2 dargestellt. Soweit die Einzelteile mit denen in Fig. ι übereinstimmen, sind dieselben Bezugszeichen verwendet. Mit 33 ist in diesem Fall ein Isolator bezeichnet, der dazu dient, die Hochspannungseinführung 30 von dem geerdeten Außenmantel 1 des Apparates zu isolieren. Die konischen Paßflächen 31 und 32 dienen zur Abstützung des Isolators und der Einführung. Im Fall dieses Beispiels ist angenommen, daß die beiden Elektroden 6 und 12 der beiden Linsen an gleicher Spannung liegen. Um eine gleichmäßige Feldverteilung zu erzielen, ist ein auf Erdpotential befindlicher Körper 34 eingebaut. Die Isolatoren 9 und 17 sind mit entsprechenden ringförmigen Verlängerungsstücken 35, 36, 37 und 38 versehen, die so gestaltet sind, daß der Isolator sich jeweils in den zwischen der geerdeten Außenwandung des Apparates und der auf gleichem Potential befindlichen Elektrode gebildeten feldfreien Raum erstreckt. Auf diese Weise wird das Auftreten von Gleitentladungen vermieden. Einen entsprechenden ringförmigen Ansatz 39 hat auch der Isolator 33 für die Hochspannungseinführung. Im Körper 34 ist ein Schauloch 40 mit einem Metallnetz 41 abgedeckt. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Größenverhältnisse der einzelnen Teile (Isolatoren, Elektroden und sonstige Einbauten) so gewählt, daß die Teile vor dem Aufsetzen des oberen Stückes 2 des Mikroskops nacheinander eingebaut werden können.

Die auf Erdpotential liegenden Elektroden 5 und 13 sind bei der in der Fig. 2 dargestellten Ausführungsform verschiebbar angeordnet; sie können daher nachträglich genau zentrisch eingestellt werden. Die Vorrichtungen zum Einstellen dieser Elektroden können auch mit an sich bekannten Mitteln leicht so ausgebildet werden, daß man die Nachstellung auch wäh- no rend des Betriebes vornehmen kann. Das empfiehlt sich insbesondere bei der dem Objekt zugeordneten Elektrode 5.

Claims (11)

1. Patentansprüche:

   i. Elektrische Linse, bei der sich Elektroden gegeneinander unter Vermittlung von konischen Paßflächen abstützen, für Korpuskularstrahlapparate, insbesondere für Elektronenmikroskope, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Vakuumwandteil konische Paßflächen vorgesehen sind, in

   die eine entsprechende konische Fläche einer Linsenelektrode oder eines eine Linsenelektrode tragenden Isolators paßt.
2. 2. Elektrische Linse nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere •geerdete rohrförmige, die Linse tragende Teil des Apparates einen Innenkonus hat, in welchen ein entsprechender Außenkonus des Isolators paßt.

   ίο
3. 3. Elektrische Linse nach Anspruch 1

   oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolator eine innere konische Bohrung hat, in welche ein entsprechender Außenkonus der die Hochspannung führenden Linsenelektrode paßt.
4. 4. Elektrische Linse nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, gekennzeichnet durch topfförmige Elektroden, deren rohrförmiger Teil symmetrisch zur Strahlachse liegt und in deren quer zur Strahlachse liegenden Teil in der Mitte eine Öffnung für den Durchtritt der Strahlen vorgesehen ist.
5. 5. Elektrische Linse nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine solche Formgebung der Isolatoren, daß diese in den zwischen der Außenwandung des Apparates und der auf gleichem Potential befindlichen Elektrode gebildeten feldfreien Raum hineinragen.
6. 6. Anwendung der in Anspruch 1 oder einem der folgenden gekennzeichneten Bauart für die Objektivlinse und die Projektionslinse einös Elektronenmikroskops.
7. 7. Elektronenmikroskop nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß den beiden Linsen eine gemeinsame Hochspannungseinführung zugeordnet ist.
8. 8. Elektronenmikroskop nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die hochspannungführenden Teile beider Linsen einander zugekehrt sind.
9. 9. Elektronenmikroskop nach Anspruch 6 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Elektroden und die Isolatoren so bemessen sind, daß das ganze Linsensystem von einer Seite, z. B. von der Seite des Strahlerzeugers her, in das Gehäuse einbauibar ist.
10. 10. Elektronenmikroskop nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse auf der Einbauseite, also z. B. auf der Seite der Objektivlinse, unterteilt ist und daß die beiden Teile ebenfalls durch konische Paßflächen ineinandergesetzt sind.
11. 11. Elektronenmikroskop nach Anspruch ι oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Erleichterung der Evakuierung in den Isolatoren Aussparungen vorgesehen sind.

    Zur Abgrenzung des Erfindungsgegenstands vom Stand der Technik ist im Erteilungsverfahren folgende Druckschrift in Betracht gezogen worden:

    Britische Patentschrift Nr. 444 633.

    Hierzu 1 Blatt Zeichnungen