-
Mit permanentmagnetischer Erregung arbeitende Elektronenlinse
| Bei Elektronenmikroskopen hat man bekanntlich |
| in den letzten Jahren ein sehr hohes Auflöstings- |
| vermögen erreicht und ist daher in der Lage, von |
| einem an :ich schon sehr kleinen Objekt wiederum |
| einen winzig kleinen Objektbereich mit hoher |
| \-ergrößertiiig abzubilden. Nicht immer aber will |
| man heim Arbeiten mit solchen Geräten die höcli>te |
| Vergrößerung ausnutzen, es besteht vielmehr <las |
| Iledürfnis nach Einrichtungen, die es gestatten, die |
| 1?ndbildvergrö ßerung zu verändern. Zur Lösung |
| (lieser Aufgabe sind schon die verschiedensten |
| Wege Beschritten worden. Zuerst hat man bei Flek- |
| tronenntikroSkopen. die mit elektromagnetisch er- |
| regten Linsen arbeiten, eine Änderung der End- |
| l@ildvergr@;l.ierun@ dadurch erreicht. daß man (leii |
| Erregerstrom des Projektivs kontinuierlich regelte. |
| Da die Regelung jedoch hinsichtlich derAl>bildungs- |
| güte nicht voll befriedigte, ist man später dazu |
| übergegangen, dem Projektiv mehrere gegen- |
| einander austauschbare Polschuheinsätze zuzuord- |
| nen, bei denen der Polschuhabstand und gegebenen- |
| falls auch die Polschuhbohrung verschieden groß |
| waren, so daß man in der Lage war, in groben |
| Stufen beispielsweise drei verschiedene Endbild- |
| vergrößerungen wahlweise einzustellen. Bei einer |
| anderen bekannten Konstruktion hat man aus der |
| Erwägung heraus, (laß es sehr wünschenswert ist. |
| bei einem Elektronenmikroskop das l-"ndl)lldfoiinat |
| immer toll auszunutzen. eine besondere elektro- |
| magiteti>clte Regellinse zwischen (lern hoch auf- |
lösenden Objektiv und dem Projektiv angeordnet. Dadurch, daß bei
dieser Anordnung die Endbildvergrößerung nur durch Änderungen in dieser mittleren
Regellinse variiert wird, ist man in der Lage, auf dem Endbildleuchtschirm immer
ein bestimmtes Format voll auszuleuchten bzw. das Endbildformat des Fotomaterials
voll auszunutzen. Für permanentmagnetischeLinsenanordnungen gab es eine befriedigende
Lösung hierfür bisher nicht.
-
Die Erfindung betrifft eine mit permanentmagnetischer Erregung arbeitende
Elektronenlinse, die für kontinuierliche Brechkraftregelung eingerichtet ist und
mit der die geschilderte Aufgabe für eine permanentmagnetisch erregte Optik in besonders
vorteilhafter Weise gelöst werden kann. Erfindungsgemäß dient für die Regelung der
Brechkraft der Linse eine in Richtung der Längsachse des Permanentmagneten durchgeführte
Relativbewegung zwischen demMagneten und solchen Weicheisenteilen, durch die der
Fluß vom Magneten zum Linsenspalt gelangt. Mit diesem Regelprinzip gelingt es, im
Gegensatz zu den bisher vorgeschlagenen Regelmöglichkeiten für permanentmagnetische
Linsen, bei denen in den Magnetkreis ein variabler magnetischer Widerstand eingeschaltet
wird, eine Regelung der Linsenbrechkraft in wesentlich größerem Umfang durchzuführen.
Das ist insbesondere von Bedeutung, wenn man die Brechkraftregelung zur Regelung
der Endbildvergrößerung eines Elektronenmikroskops anwendet.
-
Gemäß der weiteren Erfindung wird man die magnetostatischen Linsen
vorzugsweise so durchbilden, daß als Regelkörper eine den Nlagnetfluß führende Brücke
zwischen einem Permanenttnagneten und zum Magnetkreis gehörigen Teilen dient, die
in Richtung der Längsachse des feststehenden Permanentmagneten so beweglich angeordnet
ist, daß an dem Linsenspalt ein veränderlicher Anteil der Gesamtspannung des Magneten
wirksam gemacht werden kann. Eine Elektronenlinse, deren Regelmöglichkeit nach den
Gesichtspunkten der Erfindung ausgebildet ist, wird man in eine mit permanentmagnetischer
Erregung arbeitendeOptik eines Elektronenmikroskops, bei der drei Linsenspalte im
Strahlengang hintereinanderliegen, in der Weise einfügen, daß die für die Objektiv-
und Projektiverregung dienenden Permanentmagneten und ein der mittleren Regellinse
zugeordneter Regelkörper so angeordnet werden, daß dieser mittleren Regellinse eine
durch Verstellung des Regelkörpers stetig regelbare Magnetspannung von den Permanentmagneten
des Objektivs und Projektivs zugeführt wird, während gleichzeitig die Spannung am
Objektiv und Projektiv bei diesem Regelvorgang unverändert bleibt. Wenn nian für
die Ausgestaltung der Erfindung Polschuhlinsen anwendet, wird man mit Vorzug die
Polschuhe, zwischen denen sich keine Linsenspalte befinden, magnetisch miteinander
verbinden und den beiden äußeren Linsen, also beispielsweise dem Objektiv und dem
Projektiv, je mindestens ein Permanentmagnetsystem, z. B. einen Permanentmagnetstal>,
zuordnen, die beide durch den kontinuierlich verstellbaren, die Brücke zwischen
den Permanentmagnetsystemen bildenden Regelkörper zur Regelung der Mittellinse gekoppelt
sind. Vorzugsweise wird die Anordnung so gewählt, claß diese Regelung in den Grenzen
zwischen NTu11 und der Summe der Spannungen beider Permanentmagnetsvsteme erfolgen
kann. Nlit dieser Anordnung hat man ein l'ermanentmagnetsvstem für eine dreistufige
Polschuhlinsenanordnung, wobei es möglich ist, eine kontinuierliche Regelung der
mittleren Linse vorzugsweise in den erwähnten großen Grenzen durchzuführen, ohne
daß die beiden äußeren Linsen, die beispielsweise als Objektiv und als Projektiv
eines Elektronenmikroskops arbeiten können, in ihrer Brechkraft geändert würden.
Zur Erregung der beiden Permanentmagnetsysteme können parallel zur Strahlachse liegende
Permanentmagnetstäbe dienen. Diese Magnetstäbe werden vorzugsweise länger bemessen
als eines der zu den äußeren Linsen gehörigen Polschuhpaare. \lan kann darin die
Anordnung mit Vorteil so durchbilden, daß der Fluß von dem einen Pol des einen Magnetstabsystems
aus durch abgekröpfte l\fagnetjoche jeweils zu einem nach beiden Seiten wirkenden
Polschuh einheitlichen magnetischen Materials geführt wird und daß von diesem aus
ein Teilfluß durch die äußere Linse und ein ebenes Jochstück zum anderen Pol des
Magnetstabes gelangt, während ein paralleler Teilfluß über die 'Xlittellinse verläuft.
Eine für den Zusammenbau mit den übrigen Teilen des Korpuskularstrahlapparates besonders
geeignete gedrungene Form ergibt sich dann, wenn die beiden am Anfang und Ende des
Linsensystems liegenden Polschuhe tellerförmige Jochstücke besitzen. mit deren Randbereich
jeweils ein Pol des oder der Permanentmagnetstäbe verbunden ist. Nlan kann dann
weiterhin zwei abgekröpfte Jochstücke anwenden, die je einem der beiden nach zwei
Seiten Nvirkenden Polschuhe zugeordnet sind und die diese Polschuhe je mit zwei
einander diagonal gegenüberstehenden gleichnamigen Polen zweier Magnetstäbe verbinden,
wobei die gekröpften Jochstücke einander kettengliedartig umschließen. Man kann
die Erfindung so ausgestalten, claß für die Erregung der drei Linsenspalte nur ein
oder zwei stabförmige Permanentmagnetstälre zur Anwendung kommen. Hat man die obenerwähnte
Tellerkonstruktion, so kann es vorteilhaft sein, aus Symmetriegründen vier Pernianentmagnetstäbe
anzuwenden, die einander paarweise diagonal gegenüberstehen und von denen ein Paar
mit der Nordpolseite auf dem einen Jochteller und das andere Paar mit der Südpolseite
auf <lern anderen Jochteller steht, während jeweils die anderen Pole der Magnetstäbe
mit den gekröpften Jochteilen verbunden sind. In diesem Fall ist es zweckmäßig,
die eingangs erwähnte für die Erfindung wesentliche Brücke zweiteilig so auszubilden,
daß beide Permanentmagnetstabpaare bei ihrer Betätigung im gleichen Sinne beim Regelvorgang
mitwirken.
-
Andere Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich, wenn man zur
Erregung der beiden Permanentmagnetsvsteme zueinander parallele und
quer
zur Strahlachse liegende Permanentmagnetstäbe anwendet mit denen die in der Magnetstabrichtung
bewegliche Brücke verbunden ist. Die Erfindung ist auch nicht beschränkt auf die
Verwendung von geradlinigen Permanentmagnetstäben, es kann vielmehr auch vorteilhaft
sein, beispielsweise quer zur Strahlachse liegende kreisförmig gebogene Permanentmagnetstäbe
anzu-%venden. Während bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die Permanentmagnetstäbe
feststehend angeordnet sind und die für die Regelung vorgesehene Brücke relativ
dazu kontinuierlich verstellbar angeordnet ist, kann man auch Ausführungsformen
der Erfindung bekommen. -Nvenn man statt dessen den oder die in der Anordnung vorgesehenen
Permanentmagnetstäbe relativ zu einer feststehend angeordneten Brücke für die Regelzwecke
kontinuierlich verstellbar macht. In aJen Fällen, sei es also. daß die Brücke beweglich
ist, oder sei es, daß die Perinanentinagnetstäbe beweglich sind, wird man die Regelanordnung
vorzugsweise so durchbilden. daß die Brücke in der einen Endlage die beiden Pole
der Magnetsysteme, die den Polschuhen der mittleren Linse zugeordnet sind. überbrückt
(magnetisch ktirzscliließt) und daß diese Cberbrückung beim Aufwärtsregeln relativ
zu den beiden Permanentmagiiets\*stemen verschoben wird, bis die Brücke in der zweiten
Endlage die beiden anderen Pole überbrückt, die den äußeren Polschuhen der beiden
äußeren Linsen zugeordnet sind.
-
Weitere für die Erfindung wesentliche -Merkmale werden in den Ausführungsbeispielen
behandelt.
-
In 1# ig. i ist schematisch in perspektivischer Ansicht ein Abbildungslinsensvstem
dargestellt, bei <lern im Strahlengang drei Linsen hintereinanderliegen. Es handelt
sich hierbei um ein mit Permanentmagneten erregtes System der an sich bekannten
Polschuhbauart. Die obere Linse besitzt den tellerförmigen Polschuh i. Mit 2 ist
ein dem Spalt dieser Linse zugeordneter Ring aus unmagnetischem Material bezeichnet.
Der untere Polschule 3 dieser Linse bildet gleichzeitig durch sein unteres I?nde
den oberen Polschuh der Mittellinse. Dieser mittleren Linse ist ferner der unmagnetische
Ring 4 und der Polschuh 5 zugeordnet. Der Polschuh 5 bildet wiederum an seinem unteren
Ende den oberen Polschuh der Unterlinse. Dem Linsenspalt dieserUnterlinse ist der
unmagnetischeRing6 zugeordnet. Der untere Polschuh 7 der zuletzt genannten Linse
entspricht dein Teller i der Eingangslinse. Zur Erregung dieses Magnetsystems dienen
vier Perinanentniagnetstäbe, die paarweise diagonal gegenüberstehend angeordnet
sind, Und zwar sind die Stäbe 8 und 9 mit ihrem Nordpolende unten am Teller i befestigt,
während die Magnetstähe io und i i mit ihrem Südpolende auf dem Teller befestigt
sind. Von den beiden Südpolen der Stäbe 8 und 9 führt ein Joch 12, dessen Mittelteil
nach der Seite des Polschuhes 3 abgekröpft ist, zu diesem Polschuh 3, so daß also
der Magnetfluß von den Stäben 8, 9 durch den oberen Teller i, den Linsenspalt der
Oberlinse und das loch 12 zum Südpol verläuft. In entsprechender "eise ist mit den
beiden, den Nordpol bildenden Enden der Magnetstäbe io und i i ein Joch 13 verbunden,
das ebenfalls in der aus der Figur ersichtlichen `'eise abgekröpft ist, so daß ihr
Mittelbereich mit dem Polschuh 5 verbunden ist. Die beiden loche 5 und 13 umfassen
einander kettengliedartig, wodurch sich die Streuung auf ein kleines Maß herabdrücken
läßt. Die Stabmagneten io. i i dienen somit zur Erregung der unteren Linse. Die
Abmessungen der Magnetstäbe und der Jochbrücken sind so gewählt, daß die freien
Schenkelenden der beiden Jochbrücken die Endteller i und 7 nicht berühren. Die beiden
Permanentmagnetstäbe 9 und io sind durch eine in der Richtung des Pfeiles 14 drehbare
Brücke 15 gekoppelt. Eine entsprechende Brücke 16 ist den Magnetstäben 8 und i i
zugeordnet. Die beiden Brücken sind durch geeignete, in der Figur nichtdargestellte
':Mittel so miteinander gekoppelt, daß sie gleichsinnige Regelbewegungen auszuführen
gestatten. Um einen guten Übergang des Flusses von den '\Iagnetstäl>en auf die beiden
Brücken zu ermöglichen, sind die Stäbe, wie die Figur erkennen läßt, nach der den
Brücken zugekehrten Seite hin abgeflacht. In der dargestellten Stellung der Brücken
15 und 16 bilden diese einen magnetischen Nebenschluß zu dem Luftspalt der Mittellinse,
so daß in dieser Stellung die Brechkraft dieser Mittellinse den Wert Null hat. Beim
Drehen der Brücken in Richtung des Pfeiles 14 wird die magnetische Spannung am mittleren
Linsenspalt kontinuierlich vergrößert, bis sie nach Drehung der Brücken um etwa
9o° der Summe der magnetischen Spannungen beider Permanentmagnetsy steme entspricht.
In dieser Reglerstellung sind nämlich die beiden Teller i und 2 durch die Enden
17 und 18 der Brücken überbrückt, so daß nunmehr an dem mittleren Linsenspalt die
magnetische Spannung sich zusammensetzt aus der Spannung der beiden Magnetstäbe
to und i i und der Spannung der Magnetstäbe 8 und 9. Die Formgebung und räumliche
Anordnung der beiden Joche 12 und 13 macht es möglich, die Streuung der Permanentmagnetsysteme
möglichst klein zu halten.
-
Eine andere Ausführungsform der Erfindung, bei der zur Erregung der
beiden Permanentmagnetsysteme zueinander parallel und quer zur Strahlachse liegende
Permanentmagnetstäbe angewendet sind, ist in Fig. 2 schematisch angedeutet. Mit
21, 22, 23 sind die drei im Strahlengang hintereinanderliegenden Linsenspalte bezeichnet.
Der Polschuh 24 wirkt nach zwei Seiten; er bildet also gleichzeitig den unteren
Polschuh der Linse 21 und den oberen Polschuh der Linse 22. Er ist mit dem Südpol
eines stabförmigen Permanentmagneten 25 verbunden, während der Polschuh 26, der
den unteren Polschuh der Linse 22 und den oberen Polschuh der Linse 2 bildet, mit
dem Nordpol eines entsprechenden permanenten Magnetstabes 27 verbunden ist. Vom
Magnetstab 25 aus gehen die Jochteile 28, 29 zum oberen Polschuh 3o der Linse 21,
und vom Südpol des Permanentmagnetstabes 27
gehen die Jochstücke
31, 32 zum unteren Polschuh 33 der Linse 23. Der Magnetstab 25 ist somit der oberen
Linse 21 und der Magnetstab27 der unteren Linse zugeordnet. Die beiden durch die
Stäbe 25 und 27 gebildeten Magnetsysteme sind für die Erregung der Mittellinse 22
magnetisch miteinander gekoppelt über die Brücke 34, die aus Weicheisen besteht
und somit eine Kurzschlußbrücke jeweils zwischen den von ihnen berührten Teilen
der Magnetstäbe bildet. Die Brücke 34 kann in Richtung der angedeuteten Pfeile nach
rechts und links verschoben «erden. In der linken, gestrichelt angedeuteten Endlage
35 überbrückt die Brücke 34 den Südpol des Magnetstabes 25 und den Nordpol des Magnetstabes
27 und schließt damit die Linse 22 kurz, so daß die Brechkraft dieser Linse in dieser
Reglerstellung gleich 1\7u11 ist. Verstellt man die Brücke 34 nach rechts, so steigt
die Brechkraft der Mittellinse von Null aus allmählich an bis zu einem Masinialwert,
der in der Endstellung 36 erreicht wird. In dieser Stellung ist der Nordpol des
Permanentmagnetstabes 25 und der Südpol des Perinarientmagnetstabes 27 durch die
Brücke direkt verbunden, so daß nunmehr am Spalt der Linse 22 eine magnetische Spannung
herrscht, die sich gleichzeitig aus der Summe der magnetischen Spannungen beider
Permanentmagnetstäbe zusammensetzt.
-
Fig. 3 zeigt schematisch eine Anwendungsform der Erfindung, bei der
zwei quer zur Strahlachse liegende kreisförmig gebogene Permanentmagnetstäbe 4i,
42 zur Anwendung kommen. Soweit die Einzelteile mit denen in Fig. i übereinstimmen,
sind die gleichen Bezugszeichen verwendet. Der Magnet 4 1 ist durch den Halter 43
mit der Südpolseite am Teller i und durch den Halter 45 mit der N ordpolseite am
Polschuh 3 befestigt. In ähnlicher Weise ist der'lagnet42 durch den Halter44 mit
der Nordpolseite am Teller und durch den Halter 46 mit der Südpolseite am Polschuh
5 befestigt. Der Magrietluß verläuft durch diese Halter 43 bis 46. Zur Kopplung
der beiden liagnetsysteme dient eine Weicheisenbrücke 47, die zwecks Regelung der
Brechkraft der Mittellinse auf einer konzentrisch zur Strahlachse liegenden Bahn
verstellbar ist.
-
Fig.4 zeigt schließlich eine Ausführungsform der Erfindung mit feststehender
Brücke 62 und zwei relativ dazu beweglich angeordneten Stabmagneten 59, 61. Auch
hier handelt es sich um ein System mit drei im Strahlengang hintereinanderliegenden
Linsenspalten 51, 52, 53. Der Ein- und Ausgang des Systems wird gebildet
durch die tellerförmig erweiterten Polschuhe 54 und 57. Mit 55 und 56 sind die beiden
nach zwei Seiten wirkenden Polschuhe der Anordnung bezeichnet. Die Magnetstäbe 59
und 61 sind an Drehlager 58, 6o befestigt, die die Polschuhe 55 und 56 umschließen.
Zwischen den beiden drehbaren Magneten befindet sich die in Form einer Spirale gebogene
feststehende Brücke 62. Die Magnetstäbe berühren mit ihren oberen bzw. unteren Rändern
die Ränder der Teller 54 und 57 und der Brücke 62. Da die beiden Magnetstäbe unabhängig
voneinander beweglich sind, steht für den Gesamtbereich hier ein besonders großer
Verstellweg zur Verfügung. Im Fall der Fig.4 sind die den Linsenspalten zugeordneten
unmagtietischen Ringe fortgelassen, um die Polschuhe selbst zu zeigen.
-
Bei allen Ausführungsbeispielen bilden die Polschuhe zusammen mit
den unmagnetischen Zwischenringen die Vakuumwand der Röhre im Bereich des Linsensystems.
Man kann die Konstruktion auch so wählen, daß die Vakuumwand durch rohrförmige,
abwechselnd aus magnetischem und unmagnetischem Material bestehende Teile gebildet
wird, die ihrerseits die eigentlichen besonders einsetzbaren Polschule bzw. Polschuhsysteme
tragen. Um ein gutes Evakuieren sicherzustellen, kann man zwischen den beiden äußeren
Polschuhtellern einen oder mehrere besondere rohrförmige Pumpkanäle einbauen. die
parallel zu dem vom Strahl durchsetzten mittleren Kanal liegen.