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Mit permanentmagnetischer Erregung arbeitende regelbare Optik für
Elektronenmikroskope Bei Elektronenmikroskopen, die mit mehreren im Strahlengang
hintereinanderliegenden LinsenspaS-ten .arbeiten, ist es üblich, Einrichtungen vorzusehen,
mit denen man die Endbildvergrößerung regeln kann. Besonders vorteilhaft sind in
diesem Zusammenhang solche Anordnungen, bei denen diese Regelung erfolgen kann,
ohne daß sich dabei die beleuchtete Fläche des Endbildes verändert. Das kann man
dadurch erreichen, d.aß man das Projektiv, also die letzte im Strahlengang vor dem
Endbild liegende Linse, mit konstanter Brennweite betreibt, während für die Vergrößerungsregelung
nun zwischen dem Objektiv und diesem Projektiv noch eine regelbare Optik eingeschaltet
ist. Anordnungen dieser Art sind bei mit elektromagnetischen Linsen arbeitenden
Elektronenmikroskopen in der Form bekanntgeworden, daß man im Strahlengang hintereinander
vier Linsenspalte angewendet hat, wobei jede Linse einzeln :hinsichtlich der Brechkraft
regelbar ausgebildet ist, indem jede für sich eine besondere regelbare Erregerwicklung
besitzt. Die Regelmöglichkeit .des Objektivs dient hierbei zur Scharfstellung des
Bildes.
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Die Erfindung betrifft eine mit permanentmagnetischer Erregung arbeitende
regelbare Optik für Elektronenmikroskope, bei der vier Linsenspalte im Strahlengang
hintereinanderliegen. Erfindungsgemäß dient zur Erregung einer solchen Optik ein
gemeinsamer, die mittleren Linsen rohrförmig umhüllender Permanentmagnet. Auf diese
Weise kommt man zu einer regelbaren, mit Permanentmagneterregung .arbeitenden Optik,
die sich durch besondere Einfachheit im Aufbau des Magnetsystems auszeichnet. Die
Anordnung des Permanentmagneten
bei der Erfindung wird man vorzugsweise
so wählen, @daß .die Pole des Magneten mit den gleichnamigen Polschuhen des Objektivs
und der ersten Regellinse bzw. des Projektivs und der zweiten Regellinse verbunden
sind. Zur Vergrößerungsregelung selbst wird bei der vorgeschriebenen Anordnung gemäß
der weiteren Erfindung ein vorzugsweise scheibenförmiger Regelkörper ,aus magnetischem
Material ,angeordnet, der eine bewegliche starre Brücke zwischen den mittleren Polschuhen
der beiden Regellinsen und dem mittleren Bereich des Magneten bildet. Dieser Regelkörper
und die den Regelvorgang mitbestimmenden Teile des Magnetkreises werden bei einer
solchen Anordnung vorzugsweise so gewählt, daß das vom Objektiv in einer ganz bestimmten
Bildebene entworfene erste Zwischenbild mit Hilfe der beiden Regellinsen in jeder
Reglerstellung annähernd an dieselbe Stelle, nämlich in die Dingebene des Projektivs;
geworfen wird, so daß das Projektiv selbst nun, ohne daß an dieser Linse eine Regelung
erforderlich ist, das Endbild auf dem Leuchtschirm bzw. der fotografischen Schicht
entwirft.
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.Die Scharfstellung des Bildes kann man bei einer solchen Optik auf
verschiedene Weise bewirken. So kann man zu diesem Zweck beispielsweise eine kontinuierliche
Änderung der Strahlspannung durchführen. Man kann aber auch gemäß der weiteren Erfindung
dem Objektiv oder dem Proj-ektiv noch einen :besonderen Regelkörper zuordnen, :der
für die Scharfstellzwecke benutzt werden kann. Wendet man einen derartigen Regelkörper
für Objektiv und Projektiv zugleich an, so wird man diese Regelanordnung mit Vorzug
so durchbilden, daß die beiden Regelkörper gleichsinnige Bewegungen in den zugeordneten
Teilen des Magnetkreises durchführen, so daß die Symmetrie des ganzen Magnetkreises
während des Regelvorganges nicht gestört wird. =Ein derartiger, dem Objektiv oder
dem Projektiv zugeordneter Regler kann fernerhin auch noch dazu benutzt werden,
das Linsensystem an veränderliche Strahlspannungen anzupassen. Will man mit ein-cm
derartigen Regler Scharfstellung und Anpassung an die veränderliche Strah:lspannung
durchführen, so wird man die Reglerantriebe zweckmäßig so .ausbilden, daß ein Grobtrieb
für die Anpassung an die veränderliche Strahlspannun.g und ein Feintrieb für die
Scharfstellung benutzt werden.
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Weitere für die Erfindung wesentliche Merkmale .ergeben sich aus dem
im folgenden behandelten Ausführungsbeispiel. In Fig. i ist schematisch ein Längsschnitt
durch eine mit vier Linsenspalte arbeitende Optik eines Elektronenmikroskops gezeichnet.
Mit i ist das Objektiv, mit 2 die erste Regellinse, mit 3 die zweite Regellinse
und mit 4 das Projektiv der Linsenanordnung bezeichnet. Für die gemeinsame Erregung
aller .dieser vier Linsenspalte dient ein rohrförmiger, die beiden mittleren Linsen
2 und 3 umhüllender Penrnanentmagnet 5. ,Der Nordpol dieses Permanentmagneten ist
mit den gleichnamigen Polschuhen 6 und 7 des Objektivs i und der ersten Regellinse
2 verbunden, während der Südpol dieses Magneten mit den gleichnamigen Polschuhen
8 und 9 der zweiten Rege1dinse 3 bzw. des Projektivs verbunden ist. In seinem mittleren
Bereich kann der Permanentmagnet 5 durch eine ringförmige Brücke io mit dem Außenmantel
ii des ganzen Linsensystems verbunden sein. Mit 12 ist ein oberer Abschlußdeckel
dieses Außenmantels !bezeichnet, der zugleich den oberen objektseitigen Polschuh
des Objektivs bildet. 13 ist ein .unterer Absch:lußdeckel des Systems, der den .unteren
endbildseitigen Polschuh 14,des Projektivs trägt.
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Die beiden mittleren Polschuhe 15 und 16 der beiden Regellinsen 2
und 3 werden gebildet durch die Enden eines zylindrischen, aus magnetischem Material
bestehenden rohrförmigen Körpers 17. Zwischen den Polschuhen der einzelnen Linsen
können in an sich bekannter Weise in ider Figur nicht dargestellte Abstandstücke
aus unmagnetischern Material, beispielsweise Messingringe, angeordnet sein, und
die Anordnung kann beispielsweise so durchgebildet sein, daß die Polschuhe der einzelnen
Linsen zusammen mit diesen unmagnetischen Zwischenstücken die Vakuumwand des Elektronenmikroskops
im Bereich der Linse bilden.
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Zur Vergrößerungsregelung ist beim Gegenstand der Erfindung ein scheibenförmiger
Regelkörper 18 aus magnetischem Material vorgesehen, -der eine in .der Achsrichtung
des Elektronenmikroskops zwischen den beiden Endlagen i9: und 2o kontinuierlich
hin .und her bewegliche Brücke zwischen dem rohrförmigen Teil 17 der Regellinsen
und dem mittleren Bereich des Permanentmagneten 5 bildet. Der Antrieb der Regler
des Regelkörpers 18 erfolgt mit Hilfe einer Gewindespindel 2-,1, die über ein Kegelräderpaar
22 und eine nach außen geführte Wedle 23 von Hand angetrieben werden kann.
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Die Wirkungsweise des Reglers 18 ist in .den Fig. 2 und 3 deutlich
gemacht. In Fig. 2 ist der Fall dargestellt, daß sich der Regelkörper in der obersten
Endstellung i9 befindet. In dieser Stellung wird die höchste Vergrößerung des Systems
erreicht. In Fig. 3 ist das Stra@hlengangbild für die untere Regelstellung 2o gezeichnet,
in der das System die kleinste Vergrößerung hat. In diesen den Strahlengang abbildenden
Fig. 2 und 3 ist mit 31 die Objektlage bezeichnet, mit 32 ist die Endbildschirmlage
wiedergegeben, die strichpunktierten Linien i bis 4 ;geben die jeweilige Lage des
wirksamen Linsenbereiches.der vier Linsen wieder, und mit 33, 34 und 35 bzw. 33»,
34' und 35' sind die jeweiligen Lagen der zwischen den Linsen entstehenden Zwischenbilder
wiedergegeben. Im Fall :der in Fig. 2 dargestellten Reg:lerstellung ist die Brennweite
der ersten .Regellinse 2 groß und die der zweiten Regellinse 3 klein, während umgekehrt
im Fall der unteren, in Fig. 4 wiedergegebenen Reglerstellung, die Brennweite der
ersten Regellinse klein und die der zweiten groß ist. Hieraus ergibt sich das .aus
den Fig. 2 und 3 ersichtliche Wandern des zwischen erster .und zweiter Regellinse
entstehenden Zwischenbildes.
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Bei der Veränderung der Linsenstärke der Regellinsen 2 und 3 durch
Verschieben des Regelkörpers 18
werden die Brennweiten dieser Linsen
in einer festen Gesetzmäßigkeit geregelt, indem .die Summe der Linsenerregungen
gleich der abgegebenen magnetischen Spannung des Permanentmagneten 5 ist. Es kann
daher nicht erwartet werden, @d.aß bei jeder Stellung .des Reglers i8 die Summe
der Bildweite b2 der ersten Regellinse und der Dingweite g3 der zweiten Regellinse
gleich dem Linsenabstand e der beiden Regellinsen ist. Eine rechnerische Untersuchung
dieser Verhältnisse hat das in Fig. 4 dargestellte Ergebnis. Wenn man es z. B. so
einrichtet, daß in den 'beiden Grenzlagen i9 und 2o des Regelkörpers iß die Summe
b2 -I- g3 = b2 -f- 93'
= e ist, so erhält man in der Nähe der Mittelstellung
des Regelkörpers i8 einen Wert, der in einem bestimmten Fall zu etwa 3/4 e errechnet
wurde. Das bedeutet, @daß bei der Vergrößerungsregelung die Bildschärfe zunächst
verlorengeht. Sie kann nach einem .der üblichen Verfahren entweder durch Spannungsregelung
oder durch Regelung der Magnetstärke wiederhergestellt werden. Da diese Regelverfahren
in sämtlichen vier Linsenspalten wirksam werden, so genügt eine verhältnismäßig
geringe Regelweite (beispielsweise 2%) zur Scharfstellung.