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Mit elektrostatischen Linsen arbeitendes Elektronenmikroskop Es sind
mit elektrostatischen Linsen arbeitende Elektronenmikroskope bekannt. Die dabei
verwendeten elektrostatischen Linsen haben konstante Vergrößerung, weil ihre Brennweite
konstant ist. Hieraus ergibt sich der Nachteil, daß man mit Elektronenmikroskopen
dieser Art nur eine ganz bestimmte durch die angewendeten- Linsen bedingte Vergrößerung
hat. In vielen Fällen ist es aber erwünscht, mit verschiedenen Vergrößerungen zu
arbeiten. Die mit elektromagnetischen Linsen arbeitenden Elektronenmikroskope gestatten
es, diese Aufgabe einwandfrei zu lösen. Die Erfindung zielt darauf ab, auch für
die mit elektrostatischen Linsen arbeitenden Elektronenmikroskope mit einfachen
Mitteln eine Veränderung der Vergrößerung zu ermöglichen. Dieses Ziel wird erfindungsgemäß
dadurch erreicht, daß mindestens drei elektrostatische Linsen vorgesehen werden,
deren Abmessungen und Vergrößerungen so gewählt sind, daß man, ohne Veränderungen
im Vakuum vornehmen zu müssen, durch Umschaltungen in den Spannungsanschlüssen der
Linsen wahlweise verschiedene zwei- oder mehrstufige Vergrößerungen einstellen kann.
Auf diese Weise gelingt es, bei geeigneter Wahl der Einzelvergrößerungen der Linsen
mit einfachen Mitteln ein Elektronenn-dkroskop zu bauen, bei dem die für das praktische
Arbeiten erwünschten Vergrößerungen mit leichten Mitteln eingestellt werden können.
Die
Einzelvergrößerungen der Linsen werden bei der Erfindung vorzugsweise
voneinander verschieden gewählt. Das ganze Linsensystem wird so eingerichtet, daß
die größte, vorzugsweise durch Einschalten aller Linsen einstellbare Vergrößerung
der förderlichen Vergrößerung entspricht, d. h. derjenigen Vergrößerung,
bei der die kleinste aufgelöste Strecke 0,3 mm lang ist, so daß sie mit dem
bloßen Auge gut unterschieden werden kann.
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Man kann bei der praktischen Ausgestaltung der Erfindung beispielsweise
drei elektrostatische Linsen vorsehen, die jeweils die konstante Vergrößerung v,
v2 und v, haben. Wenn man in diesem Falle alle drei Linsen einschaltet, so ergibt
sich die Gesamtvergrößerung zu Va = v, - % - v., schaltet
man nur die erste und die letzte Linse ein, so ergibt sich die Gesamtvergrößerung
Vb = (VI + V2) - V., schaltet man die erste und
zweite Linse ein, so ist Dieb Gesamtvergrößerung Vc = (v,
+ v,) - vl. Man kann also drei verschiedene Vergrößerungen erzielen,
die frei wählbar sind. Um den beim Arbeiten mit dem Elektronenmikroskop in Frage
kommenden Bereich gut zu überstreichen, ergibt sich eine befriedigende Lösung, wenn
man die Ano rdnung so wählt und bemißt, daß Va = 30 000,
Vb = 12 ooo, Vc = 5000 ist. Um diese Bedingungen zu erfüllen,
muß man jedoch eine der ärei Vergrößerungen Vj, v, und v, in der Nähe von iooo wählen,
was wegen der bislang nur erreichten Brennweiten von etwa 4 bis 8 mm zur
Zeit noch nicht erreichbar ist. Mit den zur Zeit bereits erreichten Brennweiten
von elektrostatischen Linsen erhält man eine recht brauchbare Lösung, wenn man
Va = 30 000, Vb = 5000 und Vc = 9,oo wählt. Diese zweitgenannten
Bedingungen können annähernd erfüllt werden mit vl = 7, v. = 63, v.
70. In diesem Falle wird die Länge der ersten Vergrößerungsstufe des elektrostatischen
Elektronenmikroskops nur gleich 7 - f, wobei f die Brennweite
der Linse der ersten Stufe ist. Diese erste Vergrößertingsstufe kann mit dem Objektiv
zu einer konstruktiven Einheit verbunden werden.
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F-in Ausführungsbeispiel der Erfindung ist schematisch in der Figur
dargestellt. Die vom Elektronenstrahlerzeuger i herkommenden Elektronen durchstrahlen
das Objekt 2 und fallen dann in das Objektiv, welches aus einer Mittelelektrode
3 und zwei auf gleichem Potential befindlichen Elektroden 4 und
5
besteht. Auf dem Schirm 6 entsteht bei, dieser Anordnung das erste
Zwischenbild. Die Elektronenstrahlen treten dann in die erste Projektionslinse ein,
welche aus einer Mittelelektrode 7 und den beiden a.uf gleichem Potential
befindlichen Elektroden 8
und 9 besteht. Durch diese Linse wird auf
dem Schirm io das zweite Zwischenbild erzeugt. Die Elektronenstrahlen fallen dann
durch die zweite Projektionslinse 11, 12, 13 und erzeugen auf dem Leuchtschirm bzw.
der photographischen Platte 14 das Endbild. Die Schaltung der Linsen ist in der
Ab-
bildung für dreistufige Vergrößerung gezeichnet.
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Arbeitet man nur mit zweistufiger Vergrößerung, so hat das abbildende
Strahlenbündel an der Stelle des Objektivs 3, 4, 5 einen Durchmesser
von beispielsweise o,7 mm bei einer Objektblendengröße von o,i mm. Da das Loch der
Mittelelektrode 7 der zweiten Linse leicht einen Durchmesser von :i mm erhalten
kann, stört diese Linse im ausgeschalteten Zustand die zweistufige Abbildung nicht.
Bei der zweistufigen Abbildung entsteht an der Stelle io das Zwischenbild, welches
dann von der Projektionsase 11, 12, 13 entsprechend weiter vergrößert wird.
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Zum Übergang von der dreistufigen auf die zweistufige Vergrößerung
und umgekehrt ist lediglich ein Zu- und Abschalten der entsprechenden Linse, also
beispielsweise der Linse 7, 8, 9 erförderlich. Das Zuschalten einer Linse
geschieht dadurch, daß die Mittelelektrode mit der Kathode oder einer kathodennahen
Spannung verbunden wird. Das Abschalten geschieht entsprechend durch Verbinden der
Mittelelektrode mit Erde. Für diese Umschaltungen wird der Schalter 16 benutzt.
Beim Übergang von der dreistufigen Vergrößerung auf die zweistufige Vergrößerung,
welche durch Abschalten der Linse 7, 8, 9 erfolgt, wird das Objekt in der
Strahlrichtung bis an die Stelle 15 verschoben. Es ist bei dem gemäß der Erfindung
ausgebildeten Elektronenmikroskop also erforderlich, daß die in den Vakuumraum eingeschleuste
Objektpatrone relativ zum Elektronenstrahl in der Strahlrichtung verschiebbar angeordnet
wird. Dies ist ohnehin zur Scharfstellung nötig. Man wird die Anordnung auch so
durchbilden, daß eine Relativverschiebung quer zur Strahlrichtung möglich ist, um
den jeweils zu vergrößernden Objektausschnitt beliebig einstellen zu können.
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Eine größere Zahl von gut realisierbaren und über den ganzen Bereich
passend gewählten Vergrößerungen gewinnt man, wenn man vier Vergrößerungslinsen
anordnet. Ihren jeweiligen Ort wird man so wählen, daß die Linse im ausgeschalteten
Zustand keine Bildfefdbeschränkung ergibt.
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In der Figur ist zwischen dem Objekt und dem letzten Zwischenbildschirm
io der Strahlengang für die dreistufige Vergrößerung ausgezeichnet, während der
Strhlengang für die zweistufige Vergrößerung gestrichelt dargestellt ist. In der
letzten Vergrößerungsstufe ist der Randstrahl des Endbildes ausgezeichnet, während
punktiert dargestellt ist, wie groß in beiden Fällen das Endbild würde, wenn nicht
der Zwischenbildschirin io als Bildfeldbegrenzung wirkte.