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Mit magnetischen Linsen arbeitendes elektronenoptisches Gerät, insbesondere
Elektronenmikroskop 13e i elektroiienoptisclien (;eräten, insbesondere I?lektronenmil:r,)skol)en,
sind schon die verschiedenartigsten magnetischen Linsenanordnungen bekannt. Vielfach
werden bei elektromagnetischen Linsen solche Konstruktionen bevorzugt, bei denen
eine gekapselte Erregerwicklung den Elektronenstrahl umgibt. Konstruktionen dieser
Art sind sowohl für die Abbildungslinsen als auch für den Kondensator solcher Geräte
üblich. Auch bei anderen sog. Jochkonstruktionen, die also nicht mit einer ferromagnetischen
Kapselung der Erregerwicklung arbeiten, hat man meist solche Konstruktionen angewendet,
bei denen die Erregerwicklung den Strahl konzentrisch umgibt. Alle diese bekannten
Konstruktionen ergehen verhältschwere linsen, was die gesamte Konstruktion der Geräte
maßgebend mit beeinflußt. Die 1=rfindung zielt darauf ab, ein magnetisches Linsensystem
zu schaffen, bei dem die Vakuumröhre, welche die wesentlichen Teile der Linse enthält,
wesentlich leichter gebaut sein kann. Diese Aufgabe wird bei einem mit magnetischen
Linsen arbeitenden Elektronengerät, insbesondere bei einem Elektronenmikroskop,
in dem zwei zwischen je zwei Polschuhen gebildete Linsenspalte hintereinander liegen
und die beiden aufeinanderfolgenden Polschuhe von Objektiv und Projektiv gleiche
Polarität haben, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zur Erregung der Linsen ein
oder mehrere E-förmige Jochmagnetsysteme dienen, deren Xlittclschenkel mit dem den
Strahl ringförmig umgebenden, die beiden mittleren Polschuhe
verbindenden,
aus magnetischem Material bestehenden "feil und deren beide äußeren Schenkel je
mit einem der beiden außenliegenden Polschuhe von Objektiv und Projektiv Tiber ein
ringförmiges Stück verbunden sind. Auf diese \Veise kann man z. Il. ein Elektroneinnikroskop
finit zwei Abbil(lungslinsen aufbauen, bei dem die Väkuuinröhre, welche die beiden
Polschuhsystenie dieser Linsen enthält, finit verliältnisniäl.iig geringem Gewicht
ausgeführt werden kann, während das schwerere Erregermagnetsystein dieser Linsen
infolge der besonderen ertindungsgeniäßen 1<onstruktion einen Pauteil für sich
bildet, der beim Zusammenbau des Gerätes an der entsprechenden Stelle von der Seite
her wird. Man kann die Erfindung sowohl bei elektroinagitetischen als auch inagnetostatischen
Linsenabordnungen anwenden. lief der elektromagnetischen Ausführungsform hingibt
die Erregerwicklung, deren Windungsachse senkrecht zur optischen Achse des Gerätes
liegt, den erwähnten Mittelschenkel des E-förmi;gen -/uchma,;n@°tsystems. l,ei der
niaguetostatischen Ausführungsform kann der mittlere Schenkel des Magnetsysteriis
durch einen den Magiietfluß erzeugenden I'erinaneiitinagnetstab gebildet sein. Während
-inan für die Regelung der Linsenbrennweite im Falle des elektromagnetisch erregten
Systems in an sich lxkannter Weise eine Änderung des Erregerstromes in Betracht
ziehen kann, kann nian 1>eini nia@;iietostatischen System für die Regelung der Linsenbrennweite
nach einer weiteren Ausgestaltung der l(.rfi ndunä Regelk<irper amvenden, die
in Bohrungen der Schenkel des Magnetsystems axial verstellbar sind. Wenn man die
1-,-rhadung l>ri elektroneioptischen Geräten, beispielsweise Elektroneninikroskopen,
anwendet, die von einem Hohlstativ getragen werden, kann man mit Vorteil die neue
Linsenanordnung so ausbilden, d.aß das Magnetsysteni in die Kapsel,ung des Stativs
eingebaut ist, so daß es nur mit den freien Schenkelenden nach der Seite der außerhalb>
der Kapselurig befindlichen Elektronenröhre aus der Kapsel herausragt.
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Der Erfindungsgegenstand ergibt sich aus den ini folgenden beschriebenen
Ausführungsbeispielen. In Fig. t ist die Erfindung an einem kleinen zweistufigen
Elektronenmikroskop, (las auf einem tischförmigen Hohlstativ aufgebaut ist, im Längsschnitt
schematisch dargestellt. Der in allen Einzelheiten beschriebene Aufbau des E-Mikroskops
ist nicht Gegenstand der Erfindung, sondern dient nur der Erläuterung der Konstruktion
verschiedener E-Mikroskope, an denen die Erfindung, nämlich die Ausbildung des Jochmagnetsystems,
angebracht ist.
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Die Kathode i des Strahlerzeugers besitzt einen oberen Halter 2, in
den die Hochspannungszuleitungen eingeführt sind. 1?ei 3 ist eine Schraube cum Querverstellen
der Kathode angedeutet, die gegen den Druck einer lZiickst;#11-feder 4 arbeitet.
Eine entsprechende zweite Einstellschraube ist .um 9o° verschollen angeordnet zti
(lenken. Die Kathode sitzt in einem Isolierkörper, der aus einem Unterteil 5 und
einem Deckelteil 6 besteht. Beide Teile sind mit Ililfe von Schrauben 7 mit der
Kappe S verschraubt, in die das Hochspannungskabel 9 von oben her eingeführt ist.
1\lit Hilfe von Schrauben io ist die Anode i i mit den Teil 5 verschraubt. Mit einen
7wischenstück 12 wird der Wehnelt-Zylinder 13 eingespannt. Der gesamte Strahlerzeuger
ist mit 1lilfe einer Schraubkappe 1:I auf (lie \'I ikroskopr<ihre aufgeschraubt.
Das Objekti\ wird gebildet durch einen Polschul>eii>satzk(*i1-1)er. der aus (leas
Polschuhen 15 und 1; "1i(1 dem tu1111agiictiscl>en Zwischenstück 16 besteht. lii
entsprechender \Veise ist der 1'olschuheins:ttzlki>i-livi- (Ivs Projelaivs aus den
Polschuhen 18. 2o und dein urimagnetischen Zwischenstück iy (itifgcl)2itit. 1)ie
\likroskoprührc selbst besteht aus den IZührenwandteilen 21. 23, 25, die gleichzeitig
einen Teil des Magnetsystems beider Linsen bilden, und aus (leii dazwischengeschalteten
unniagnetiscüeii Zwischenstücken 22 und 24.
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Der gemäß der 1,1i-tin(ltiiig E-f@irmige I:rr.egerinagnet ist von
der rechten Seite her an die aus den Teilen 21 bis 25 bestehende \'al:uumrühre angebaut.
Der Erregermagnet bestAit ini wesentlichen aus den beiden Außenschenkehl 2(i.28,
dein Mittelsclietike12j und dein \'erl>induugsjoch 29. Beim Ausführungsbeispiel
ist eint elel:troiliagiietisclie Erregung für (las llagnetsvsteni vorgesehen. Die
Erregerwicklung 30 ist auf den \Iagnetl:örlxr so aufgebracht, daß sie den
\littelscI1C1ikel 27 des Erregermagneten umgibt und (Ial.) somit die \Vindungsachse
der I?rregerwiclaung (iuci- ztii- optischen Achse des Elektr(>neninikroskops liegt.
Falls eine inagnetostatische Linse :\ii@@-endurig findet, kann der \,littelsclielikel
des Joclimagnetsvstems durch einen 1'erinaneiitniagnetstal) 27 ersetzt sein,
der l>eispielsweise auf der rechten Seite seinen Sü-(lpol und auf der linken an
das 1Zül"-eiistiick 23 anstoßenden Seite seinen Nordpol hat. In hig. 2 ist in einem
Querschnitt die Befestigung (per köhre ani Magii-tkörper dargestellt. An (leas Schenkelenden,
beispielsweise am mittleren Schei>ke1 27, sind zn diesem Zweck Halter
31 befestigt, an (leneii die IZülire finit Hilfe der Bänder 53 -und (Ici-
Schrauben 32 verschraubt ist, so daß die freien Stoßflächen der Schenkelenden sich
fest gegen die entsprechenden, eben abgeflachten anstoßenden Teile der Röhre legen.
Uni ein ausreichend rasches Auspumpen aus den Vakuuminnenrauniteilcn zu gewährleisten,
sind in der Röhre bei 33 Punipkan äle parallel zur optischen Achse verlaufend angeordnet,
die eine Verbindung der Vakuumpumpe auch finit (leas Innenräumen des Strahlerzeugerteiles
und über die Querkanäle 34 mit dem Zwischenbildraum gestatten. Beim Objektiv ist
mit 35 schematisch ein Objekttisch angedeutet, der in den lZauin zwischen den b>ei(leri
I'olschuben 15 und 1 7 eingeführt werden kann. Zu seiner Onerstellting (liehen an
sich lxkannte I#.instellschraulieii, von (leasen die eine, 3f), in der Figur sichtbar
ist. .\in Unterteil der @t@>lir.: ist mit ILilfe einer ,(per @chraul>l:al>l>c l.@eritsprerheridei>
l#Zal,Te 37 all' Unterteil des 1_iiisenstückes der kÖlire der lndl)il(Itul>us 3S
unter \'crt@en(lurig einer
(@unimidichtung verschraubt. Das Endtbild
kann durch die Schaltöffnung 39 auf dem Endbildschirm 40 betrachtet werden. Dieser
Leuchtschirm kann in bekannter Weise um die Drehachse 41 nach oben gekippt werden,
so daß darin die photographische SChleht 42 zur helichtung freigelegt ist. :\m Endhildtubtts
38 ist die Anschlußleitung 43 der Hochvakuunil)unipe 44 angeschlossen.
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Das ganze Mikroskop ist auf einem tischförmigen llohlstativ montiert,
voll dem in der- Figur die 'l'ischfläclle 45, eilte senkrecht stehende Fläche 46
und eine obere Abdeckplatte 47 sichtbar sind. Wie die Figur erkennen läßt, ist das
Mikroskop so montiert, daß ein großer Teil des Endbildtubus 38 in den Hohlraum des
Stativs, der sich unterhalb der Tischplatte 45 befindet, eingebaut ist und daß ferner
(las Erregermagnetsystem mit der Erregerwicklung in die Kapsel hinter der senkrecht
stehenden Wand 46 so eingebaut ist, daß nur die freien Schenkelenden des Magnetkörpers
herausragen, um hier das Ansetzen der \likroskopröhre zu ermöglichen. \lit 48 ist
der Hochspannungstransformator der Anlage bezeichnet. Dieser Transformator ist all
einem \\'ilikeleisenrahnlen 49 befestigt, mit dein auch die Winkeleisen 5o und 51
fest verbunden sind, die ihrerseits als Träger des Erregermaglietsysteins dienen.
Die 11 ikroskoprölire wird liei der darg:-stellteii :\usfülirungsforin von dein
Erregermagneten gehaltert. _1ii dem \\'itikeleisenrahmen 49 ist auch die Kimlie
4.1 finit Ililfe der Lasche 52 verspannt.
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1:ine andere Ausführungsform, bei :der die Erfindung all einer waagerecht
liegenden \l,ikroskoprühre zur Anwendung kommt, ist in den Fi.g.3 und 4 in einer
Vorderansicht und einem Querschnitt gezeichnet. Mit 61 ist hier der Strahlerzeugerteil,
finit ()2 der die t.insen enthaltend Teil und mit 63 der I?n(ll)il(Itul)us der kiihre
bezeichnet. ylit Hilfe der Bänder 64 ist die IZÖlire nlit ihrem Mittelstück all
den Schenkeln (i5. 66 und 67 des in dieseln Falle als I'ei-inanentinagnetsysteni
ausgebildeten Jochniagneteil lwfestigt. Der Aufbau der Röhre ist hier also sogewählt,
(laß,dasErregerma(,netsystem ini w ,eselitliehen in (leni waagerecht liegenden Teil77
des Tisches eingebaut ist. \lit 68 ist das Jochstück des I@.rregei-inagiieteii l;tz.iclinet.
Das Hochspannttngskabe.l 69 führt zu denn ini Teil 75 des Tisches einge-1)atlteil
Ilochspannungstransformator. Andern End-I)ildttilius 63 ist über die C-loclivakuunileittulg
71
und die Kühlfall' 72 die Iloclivakti,unipumpe 73 allgesclilossen.
1 >ie Pumpe ist ,im linken Teil 76 des tiscliförmigcii Stativs untergebracht. Der
quer vor dem Mikroskop sitzende beobachtet# betrachtet (las Endbild durch das Schabglas
des Endbildtubus.
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Uni bei diesem niaglietostatischen Litisensystenl eine kegeltttig
der Brennweite des Objektivs bzw. des I'rojektivs zu ermügliclren, sind in den Schenkelil
65 und 00 des \lagiietsvsteins Bohrungen vorgeselien, in w elclien IZegelk<irlwr
81 in der Längsrichtung verstellbar :find. Die Verstellung erfolgt mit Hilfe der
Kurbehl 79 und 8o, die in der aus I@ 1g. 4 ersichtlichen Weise über die Kegelräder
82. @@3 auf die \'erstcll@@cw in<le (ter Regelkörlier `i arbeiten. _\n Stelle
der in den Figuren dargestellten Forinen, hei denen nur ein E-förmiger Magnetkörper
verwendet ist, kann man das 1-Erfindungsprinzip auch verwirklichen, indem zwei oder
mehr solcher E-föriniger Magnetkörper einem zw@eistufigenPolschuhlinsensystem zugeordnet
sind. Diese :\lagrietkörper können dann sternförmig an den entsprechenden 1-insenteil
angesetzt ,sein.
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Wie die,dargestellte Ausfiihrungsfor,m erkennen läßt, hat man mit
der neuen jochmagnetanordnung durch die Aufteilung des Magnetflusses in parallele
Zweige eine Möglichkeit, die volle durch den erregenden Elektromagneten gegebene
magnetische Spannung an jedem der Linsenspalte zur Wirkung bringen. Das hat, verglichen
mit den bisher bekannten elektromagnetisch erregten Linsensystemen, den Vorteil,
daß der Aufwand an Erregeramperewindungen herabgesetzt werden kann.
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Grundsätzlich wichtig und für Mikroskopkonstruktionen allgemein vorteilhaft
ist es, daß :bei der dargestellten Ausführungsform die eigentliche, das Vakuumgefäß
bildende Elektronenstrahlröhre verhältnismäßig leicht .gebaut seinkann. DerDurchinesser
dieser Röhre kann all jeder Stelle dein Strahlengang eng angepaßt werden und ist
ini wesentlichen dadurch bedingt, daß die Röhre nur die eigentlichen für die Bildung
des Linsenfeldes wichtigen Teile der Linsen, nämlich das Polschuhsysteni, aufnimmt,
während die viel schwereren den Erregerkreis bildenden Teile, also das Magnetsystem
und die sonstigen den 1lagnetfluß zu den Polschuhen führenden Teile, einen von der
Röhre getrennten Teil bilden, der für sich gehaltert werden kann bzw. der sogar
den Halter der ganzen Röhre bildet.