DE819438C

DE819438C - Electromagnetic double lens system

Info

Publication number: DE819438C
Application number: DEP11407A
Authority: DE
Inventors: Otto Dr-Ing Wolff
Original assignee: Siemens and Halske AG; Siemens AG
Current assignee: Siemens and Halske AG; Siemens AG
Priority date: 1948-10-02
Filing date: 1948-10-02
Publication date: 1951-10-31

Description

Elektromagnetisches Doppellinsensystem Bei magnetischen holschuhlinsen ist es wichtig, den Eisenkreis so zu dimensionieren, daß das Magnetfeld, welches sich im Linsenspalt ausbildet, sich möglichst auf einen kleinen Raum zwischen den Polschuhspitzen konzentriert, denn dieser Raum ist der eigentlich wirksame Teil der Linse. Auch bei den besten Formgebungen für Polschuhe gelingt es aber nicht, dieser Forderung gerecht zu werden, und ein beträchtlicher Anteil des Flusses geht von dem einen Pol zum anderen in einen Bereich über, der weit außerhalb des wirksamen Linsenbereiches liegt. Das hat zur Folge, daß ein erheblicher Anteil der notwendigen Amperewindungen der Linsenwirkung verlorengeht und zur höheren Magnetisierung des Eisenkreises in den Teilen beiträgt, die vom wirksamen Linsenbereich weiter entfernt sind.Electromagnetic double lens system For magnetic holschuh lenses it is important to dimension the iron circle so that the magnetic field, which is formed in the lens gap, if possible in a small space between the Pole tips are concentrated, because this space is the really effective part the lens. Even with the best shapes for pole shoes, however, it is not possible to meet this demand, and a sizable chunk of the river goes from one pole to the other in an area that is far beyond the effective The lens area. As a result, a significant proportion of the necessary Ampere turns of the lens effect is lost and to the higher magnetization of the Iron circle contributes in the parts that are further away from the effective lens area are.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß es wichtig ist, den Eisenkreis so zu wählen, daß eine Sättigung dieses Kreises an anderen Stellen außerhalb des Bereiches der Polschuhe vermieden wird. Bei der Erfindung wird in Ausnutzung dieser Erkenntnis der Eisenkreis so bemessen, daß möglichst nur in dem Bereich der Polschuhspitzen mit hoher Sättigung des magnetischen Materials gearbeitet wird, daß aber außerhalb dieses Bereiches möglichst rasch durch Wahl ausreichend großer Querschnitte des magnetischen Materials zu einer schwächeren Magnetisierung übergegängen wird. Dieses ist von besonderer Bedeutung für die'den Gegenstand der Erfindung bildenden magnetischen Doppellinsensysteme, die mit einer gemeinsamen Erregerwicklung für zwei in Reihe liegende Linsenspalte arbeiten und in denen die einarider benachbarten Pole .beider Linsen durch ein strahlsymmetrisches Stück aus magnetischem Material miteinander.ve0>unden sind. Nach der Erfindung, ist der IDurchtrittsquerschrtittdes Flusses in dein genannten rohrförmigen Verbindungsstück zur Herabsetzung der Sättigung in diesem Teil des Eisenkreises größer als !hexröf@te- fDü-ckiti=xttsquerschnitt der auswechselbaren Polschuhe des Linsenspaltes mit der kürzeren Brennweite. Hierdurch wird erreicht, daß sich die Sättigung des magnetisierbaren Materials im wesentlichen auf den Bereich der Polschuhspitzen beschränkt, so daß sich die angestrebte Wirkung der Doppellinse erzwingen läßt. Bei Anordnungen, in denen das Innenrohr der Spulenkapselung die Vakuumwand bildet, kann man nach der weiteten Ausbildung des Erfindungsgedankens diesen Teil der Vakuumwand so aufbauen, daß er mindestens '@ teilweise das magnetische Verbindungsrohr zwischen den einander benachbarten Polen (Polschuhen) beider Linsen bildet. Eine solche Anordnung wird man mit Vorteil dann anwenden, wenn die auswechselbaren Polschuhe unmittelbar in das Innenrohr der Spulenkapselung einsetzbar sind. Bei Polschuhlinsen ist es aber auch vielfach üblich, die auswechselbaren Polschuhsysteme in einen Polschuhhalter einzusetzen, der seinerseits in das die Vakuumwand bildende Innenrohr der Spulenkapselung einzuführen ist. Für diesen Fall erhält man eine besonders vorteilhafte Konstruktion dadurch, daß das die Vakuumwand bildende Innenrohr der Spulenkapselung nur aus drei mit zwei Lötnähten zusammengefaßten Stücken besteht, deren mittleres aus unmagnetischem Material besteht, wobei dann weiterhin das Verbindungsrohr zwischen den beiden einander benachbarten Polen (Polschuhen) mindestens teilweise durch einen Polschuhhalter gebildet wird, der gegebenenfalls auch Evakuierungskanäle aufnimmt.The invention is based on the knowledge that it is important to use the iron circle to be chosen so that a saturation of this circle in other places outside the Area of the pole pieces is avoided. The invention takes advantage of this Realization of the iron circle dimensioned so that only in the area of the pole piece tips with high saturation of the magnetic material is worked, but that outside this area as quickly as possible by choosing sufficiently large cross-sections of the magnetic material is transitioned to a weaker magnetization. This is of particular importance for the magnetic forming the subject matter of the invention Double lens systems with a common excitation winding for two in series lying lens columns work and in which the one arider neighboring poles .both Lenses through a symmetrical piece of magnetic material with each other are. According to the invention, the cross-section of the flow of the river in your is mentioned tubular connector to reduce the saturation in this part of the Iron circle larger than! Hexröf @ te- fDü-ckiti = xttsquection of the exchangeable Pole shoes of the lens gap with the shorter focal length. This achieves that the saturation of the magnetizable material is essentially on the area the pole piece tips limited, so that the desired effect of the double lens force. In arrangements in which the inner tube of the bobbin case the Forms vacuum wall, one can after the broader formation of the inventive concept build this part of the vacuum wall so that it is at least partially the magnetic Connection tube between the adjacent poles (pole pieces) of both lenses forms. Such an arrangement will be used with advantage when the interchangeable Pole shoes can be used directly in the inner tube of the coil encapsulation. at Pole shoe lenses, however, are also common, the exchangeable pole shoe systems to be used in a pole shoe holder, which in turn is in the vacuum wall forming Inner tube of the bobbin case is to be inserted. In this case you get a special one advantageous construction in that the inner tube forming the vacuum wall of the Coil encapsulation consists of only three pieces combined with two soldered seams, the middle of which consists of non-magnetic material, with the connecting pipe then continuing between the two adjacent poles (pole pieces) at least partially is formed by a pole shoe holder, which may also have evacuation channels records.

Die bisher behandelten. 'Konstruktionen eignen sich insbesondere für solche Doppellinsen, deren Linsenspalte in verhältnism'ä'ßig großem Abstand voneinander ,liegen. Um einen gut zentrierten Sitz der Polschuhsysteme in diesen Fällen zu ermöglichen, kann es vorteilhaft sein, .das Polschuhsystem jeder der einzelnen Linsen unabhängig vom anderen in den entsprechenden konischen oder zylindrischen Aufnahmeteil der Magnetkapselung bzw. des Polschuhhalters einzusetzen. Wenn es sich um das Objektiv eines Elektronenmikroskopes handelt, wird vielfach 'die Forderung gestellt, daß man außer , übermikroskopischen Aufnahmen der Objekfeauch Beugungsaufnahmen des entsprechenden Objektbereiches machen kann, ohne beim Übergang von der einen zur anderen Aufnahmeart den Betrieb der Röhre zu unterbrechen. In .diesem Falle muß man die Strahldurchtrittsöffnung der zweiten Linse von vornherein so groß bemessen, daß der Beugungskegel frei hindurchtreten kann. Diese Forderung läßt sich ohne beträchtlichen Mehraufwand an Amperewindungen dadurch erfüllen, daß der Spalt der zweiten Linse verhältnismäßig nahe an den Spalt der ersten Linse herangerückt wird. In diesem Falle kann man dann nach der Erfindung den einen :Linsenspalt in an sich bekannter Weise als Polschuhlinse ausbilden, während die zweite Linse, ,der dann eine längere Brennweite zugeordnet . wird, durch einen vom 1lagnetfluß durchsetzten Spalt gebildet wird, der in dem einen Polschuh 'der ersten- Linse und in dem dieser ersten Linse zugeordneten Halter vorgesehen ist.The ones treated so far. 'Constructions are particularly suitable for such double lenses, the lens gap at a relatively large distance from each other ,lie. To enable a well-centered fit of the pole shoe systems in these cases, It can be advantageous to have the pole shoe system of each of the individual lenses independently from the other in the corresponding conical or cylindrical receiving part of the Use magnet encapsulation or the pole shoe holder. When it comes to the lens an electron microscope, the requirement is often made that apart from supermicroscopic recordings of the objects, there are also diffraction recordings of the corresponding object area can make without the transition from one to the other recording mode to interrupt the operation of the tube. In this case the beam passage opening of the second lens is dimensioned so large from the start that that the diffraction cone can pass freely. This requirement can be met without considerable Fulfill additional expenditure on ampere-turns in that the gap of the second lens is moved relatively close to the gap of the first lens. In this Case you can then according to the invention the one: lens gap in per se known Way as a pole shoe lens, while the second lens, which then becomes a longer one Assigned focal length. is formed by a gap penetrated by the 1lagnetfluss that in the one pole piece 'of the first lens and in that of this first lens associated holder is provided.

Weitere für die Erfindung wesentliche Merkmale werden in den folgenden Ausführungsbeispielen behandellt. In Fig. i ist als Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch ein Querschnitt durch ein Doppellinsensystetn dargestellt. Es kann sich in diesem Falle um ein Objektiv für ein Elektronenmikroskop handeln. Die für beide Linsenspalte gemeinsame Erregerwicklung i ist in üblicher Weise in -eine ferromagnetische Kapsel 2 eingebaut. Das `Innenrohr 3 dieser Kapsel bildet die Vakuumwand dieses Teiles des Elektronenmikroskopes. Inkonische bzw. zylindrische Paßflächen dieses Innenrohres ist oben ein Polschuhsystem ,4 und unten ein Polschuhsystem 5 mit entsprechenden Paßflächen eingesetzt. Die beiden Polschuhsysteme bestehen aus je zwei Polschuhen 6, 7 bzw-. 8, 9 und einem unmagnetischen Zwischenstück io bzw. i i. Das Innenrohr 3 der Spulenkapselung besteht aus zwei unmagnetischen Stücken 12 und 13, zwischen die ein aus magnetischem N-laterial bestehendes Rohr 14 eingefügt ist. An den Stoßstellen 15 sind die Teile des Innenrohres vakuumdicht verlötet. Für den Fall, daß es sich um ein Mikroskop handelt, das nur eine Anschlußstelle der Hauptvakuumpumpe besitzt, können in dem Rohr 3 Evakuierungskanäle 16 vorgesehen sein. Das Rohrstück 14 bildet die Verbindung zwischen dem unteren Polschule 7 des Objektivs und dem oberen Polschuh 8 der zweiten Linse. Dadurch, daß der Querschnitt des magnetischen -Materials im Rohrstück 14 größer ist als der Querschnitt des Polschuhmaterials, wird zwangsläufig dafür gesorgt, daß die Magnetisierung in dem Verbindungsrohrstück nicht bis zur Sättigung getrieben ist.Further features essential to the invention are set out below Treated embodiments. In Fig. I is an embodiment of the invention schematically shows a cross section through a double lens system. It can in this case it is an objective for an electron microscope. The one for both Lens column common excitation winding i is in the usual way in -a ferromagnetic Capsule 2 installed. The inner tube 3 of this capsule forms the vacuum wall of this Part of the electron microscope. Inconical or cylindrical mating surfaces this Inner tube is a pole shoe system above, 4 and below a pole shoe system 5 with corresponding Mating surfaces used. The two pole shoe systems each consist of two pole shoes 6, 7 or -. 8, 9 and a non-magnetic intermediate piece io or i i. The inner tube 3 of the coil encapsulation consists of two non-magnetic pieces 12 and 13, between into which a tube 14 made of magnetic N-material is inserted. At the joints 15 the parts of the inner tube are soldered vacuum-tight. In the event that it is it is a microscope that has only one connection point for the main vacuum pump, 3 evacuation channels 16 can be provided in the pipe. The pipe section 14 forms the connection between the lower pole school 7 of the lens and the upper pole piece 8 of the second lens. The fact that the cross section of the magnetic material in Pipe section 14 is larger than the cross section of the pole piece material is inevitable ensured that the magnetization in the connecting pipe section is not up to Saturation is driven.

Eine andere Ausführungsform der Erfindung, bei der die beiden Polschuhsysteme in einem besonderen Polschuhhalter eingesetzt sind, ist in Fig. 2 dargestellt. Soweit die Einzelteile mit denen in Fig. i übereinstimmen, sind die gleichen Bezugszeichen verwendet. Das Innenrohr des Spulenmantels wird in diesem Falle durch ein unmagnetisches Rohrstück 21 gebildet, das an den beiden Lötstellen 22 an die tellerförmigen Abschlußdeckel der Vakuumwand 2 angeschlossen ist. Der Halter der beiden Polschuhsysteme besteht aus einem Rohr, das aus den Teilen 23, 24, 25 aus magnetischem Material und den Teilen 26 und 27 aus unmagnetischem Material zusammengesetzt ist. In dem Polschuhhalter sind auch Evakuierungskanäle 16 vorgesehen. Das Mittelstück 24 des Polschuhhalters bildet in diesem Falle das magnetische Verbindungsrohr zwischen den beiden einander benachbarten Polschuhen 7 und 8 der beiden Linsen. Auch hier läßt sich wieder durch die Wahl eines großen Querschnittes im Rohr 24 eine entsprechend geringere magnetische Sättigung in diesem Verbindungsstück der Polschuhe erzwingen: Wichtig für die dargestellte Konstruktion ist es auch, daß das die Vakuumwand bildende Innenrohr der Kapselung für die erforderliche Abdichtung nur zwei Lötnähte benötigt.Another embodiment of the invention in which the two pole shoe systems are used in a special pole piece holder is shown in FIG. So far the individual parts with those in Fig. i correspond to the same reference numerals used. The inner tube of the coil jacket is in this case by a non-magnetic Pipe section 21 is formed, which at the two solder points 22 on the plate-shaped cover plate the vacuum wall 2 is connected. The holder of the two pole shoe systems consists from a tube consisting of parts 23, 24, 25 made of magnetic material and the Parts 26 and 27 are composed of non-magnetic material. In the pole piece holder Evacuation channels 16 are also provided. The middle piece 24 of the pole piece holder in this case forms the magnetic connecting pipe between the two adjacent pole pieces 7 and 8 of the two lenses. Here, too, you can get through again the choice of a large cross-section in the tube 24 a correspondingly smaller magnetic Force saturation in this connector of the pole pieces: Important for the construction shown it is also that the inner tube forming the vacuum wall the encapsulation only requires two soldered seams for the required seal.

In Fig. 3 ist ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, das sich dadurch auszeichnet, daß die beiden Linsenspalte 31, 32 verhältnismäßig eng beieinanderliegen. Diese Bemessung ist gewählt, um bei der Herstellung von Beugungsaufnahmen den Beugungskegel noch durch die Öff- nung der zweiten Linse hindurchzubekommen, ohne daß deswegen der für diese Linse erforderliche Aufwand an Erregeramperewindungen zu groß wird. 'Die Erregerwicklung 33 ist in eine Kapsel eingebaut, die aus dem zylindrischen Außenmantel 34, dem oberen Deckel 35, dem unteren Abschlußstiick 36 und dem aus unmagnetischem Material bestehenden Teil 37 zusammer*esetzt ist. Bei 38, 39 sind die beiden Lötnähte vorgesehen, mit denen (las Innenrohr der Kapsel vakuumdicht nach außen abgeschlossen ist. Die Evakuierungskanäle 40 sind durch den Oberteil des Innenmantels der Spulenkapsel hindurchgeführt. Die beiden hintereinanderliegen.den Linsen werden durch einen einheitlich zusammengefaßten Polschuheinsatzkörper gebildet, der aus den magnetischen Teilen 41, 42 und 43 und den unmagnetischen Teilen 44 und 45 besteht. Durch polschuhförmige Ausgestaltung des Teiles 41 und des obren Teiles voll 42 ist an der Stelle des Spaltes 31 eine kurzbrennweitige Linse erzielt, die das eigentliche Objektiv des Elektronenmikroskops ist. Der untere Teil des Stückes 42 und der Teil 43 stehen sich in einem solchen Abstand gegenüber, daß hier eine zweite Linse längerer Brennweite entsteht. Zur Führung des Magnetflusses trennt die unmagne tische Scheibe 48 .den konischen Teil 46 von dem nach oben hin sich erstreckenden rohrförmigen Teil des Abschlußistückes 36. Bei diesem Linsensystem ist durch die Wahl eines großen Eisenquerschnittes zwischen beiden Linsen erreicht, daß das Polschullmaterial, abgesehen von dem wirksamen Bereich der Linse mit kürzerer Brennweite, an allen übrigen Teilen des magnetischen Kreises eine geringere Sättigung aufweist.In Fig. 3, another embodiment of the invention is shown, which is characterized in that the two lens gaps 31, 32 are relatively close together. This dimensioning is chosen in order to get the diffraction cone through the opening of the second lens during the production of diffraction recordings without the expenditure of excitation amp windings required for this lens becoming too great. The excitation winding 33 is built into a capsule which is composed of the cylindrical outer casing 34, the upper cover 35, the lower end piece 36 and the part 37 made of non-magnetic material. At 38, 39 the two soldered seams are provided with which (the inner tube of the capsule is sealed off from the outside in a vacuum-tight manner. The evacuation channels 40 are passed through the upper part of the inner jacket of the bobbin case. consisting of the magnetic parts 41, 42 and 43 and the non-magnetic particles 44 and the 45th through polschuhförmige embodiment of the part 41 and the Obren part full 42 has a short focal length lens is obtained at the location of the gap 31, which is the actual lens of the electron microscope The lower part of the piece 42 and the part 43 are opposite one another at such a distance that a second lens with a longer focal length is created here tubular part of the end piece 36. In this lens system By choosing a large iron cross-section between the two lenses, it is achieved that the Polschull material, apart from the effective area of the lens with a shorter focal length, has a lower saturation at all other parts of the magnetic circuit.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Electromagnetic double lens system, in particular lens for electron microscopes with a common excitation winding for two lens columns lying in series, in which the adjacent poles of both lenses are connected to one another by a symmetrical piece of magnetic material, characterized in that the passage cross-section of the flow in beam symmetrical magnetized, ble connector to reduce the saturation in this part of the iron circle is larger than the largest passage cross-section of the exchangeable pole pieces of the lens gap with the shorter focal length.

2. Electromagnetic double lens system according to claim 1, in which the inner tube the coil encapsulation forms the vacuum wall, characterized in that this part the vacuum wall at least partially the symmetrical magnetic connector between the adjacent poles (pole pieces) of both lenses.

3. Electromagnetic Double lens system according to claim 1, in which the inner tube Vacuum wall ', characterized in that this part of the vacuum wall consists of only consists of three pieces combined with two soldered seams, the middle of which is made of non-magnetic Material consists, and that the strahlisymmetri, cal magnetic connector between the two adjacent poles (pole pieces) at least partially by a pole piece holder inserted into the tube forming the vacuum wall, the possibly also accommodates evacuation channels, is formed.