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Blendensystem Auf zahlreichen Gebieten der experimentellen Physik
besteht das Bedürfnis für reelle Blenden zur Aussonderung von Strahlenbündeln, die
in einem Querschnitt oder in - allen Querschnitten nahezu punktförmig sind. Besonders
in der Übermikroskopie ist der Mangel an solchen Blenden fühlbar geworden.
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Aus technischen und mechanischen Gründen kann man Lochblenden durch
Bohrung bei dem gegenwärtigen Stand der Technik nicht mit Öffnungen herstellen,
die einen Durchmesser von 1/z5 mm wesentlich unterschreiten. Es entspricht dies
etwa dem Durchmesser der feinsten zur Zeit herstellbaren Spinndüsen. Gebohrte Blenden
weisen ferner das Merkmal auf, daß sie in Richtung der Bohrung räumliche Ausdehnung
haben, so daß es mit ihrer Hilfe nicht gelingt, Strahlenbündel abzusondern, die
nur in einem Querschnitt sehr gut punktförmig sind, im übrigen aber stark divergieren.
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Es ist ein Verfahren bekannt, nach dem Lochblenden mit wesentlich
kleinerer wirksamer Öffnung hergestellt werden können. Nach diesem Verfahren werden
mit Hilfe feiner Nadeln Öffnungen in Metallfolien, vorzugsweise Stanniolfolien,
gestochen. Diesem Verfahren sind nach unten Grenzen gesetzt durch die Unmöglichkeit,
Nadelspitzen von erheblich kleinerer Größenordnung als i bis wenige Mikron Durchmesser
herzustellen, die genügend stabil sind. Auch die nach diesem Verfahren hergestellten
Lochblenden haben in Richtung der Öffnung
eine räumliche Ausdehnung,
die erstens durch die Dicke der zur Verwendung gelangenden Folie, ferner aber auch
durch die bei der Herstellung der Öffnung verdrängten Masseteilchen bedingt ist.
Bei dem Arbeiten mit solchen aus dünnen Folien hergestellten Blenden ist der geringen
mechanischen Festigkeit der Folien wegen große Sorgfalt erforderlich. Ein weiterer
erheblicher Nachteil dieser Blenden ist der, daß Teile der Spaltöffnung durch kleinste
Staubteilchen u. dgl. häufig verdeckt werden.
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Es ist auch aus der Patentschrift bekanntgeworden, zur Einengung und
Richtung von Strahlenbündeln natürlich vorkommende oder chemisch erzeugte ausgewählte
und vermessene Öffnungen zu verwenden. Nähere Vorschläge zur praktischen Verwirklichung
dieses Gedankens wurden jedoch nicht gemacht.
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Es ist bekannt, daß es mit Hilfe feiner Spalte gelingt, enge Strahlenbündel
abzusondern, und es ist dem Physiker geläufig, daß solche Spalte in befriedigender
Güte durch Gegenüberstellung zweier Schneiden, beispielsweise von zwei der bekannten,
zu sogenannten Sicherheitsapparaten gehörigen Rasierklingen, hergestellt werden
können. Spaltbreiten unter i bis wenige Mikron sind allerdings auch auf diesem Wege
kaum zu erzielen, da es einesteils nach bekannten Verfahren nicht gelingt, Schneiden
herzustellen, die hierfür voll befriedigen, und andererseits auch kein Verfahren
bekannt ist, mit Hilfe dessen es möglich ist, zwei Schneiden in dem erforderlichen
geringen Abstand einander genau gegenüber anzuordnen. Es ist ferner bekannt, daß
man durch Kreuzung von zwei solchen Rasierklingenspalten, bei denen jedes der beiden
den Spalt begrenzenden Klingenpaare in einer Ebene liegt, ein Blendensystem herstellen
kann, das es ermöglicht, aus der Strahlung einer beliebigen Strahlenquelle ein Bündel
annähernd quadratischen Querschnittes auszusondern. Da die Schneiden der Rasierklingen
so gestellt sind, daß sie zwar in einer Ebene parallel zu den die Klinge begrenzenden
Flächen liegen, aber die durch sie parallel zu diesen Flächen gelegte Ebene einen
Abstand, der ungefähr der halben Dicke der Klinge entspricht, von diesen Flächen
aufweist, liegen zwei auf diese Weise hergestellte, miteinander gekreuzte Spalte
mindestens um eine Klingendicke voneinander entfernt. Bei einer Klingendicke von
1/2o mm und einer Spaltbreite von i ,u haben die beiden gekreuzten Spalte also bereits
einen Abstand voneinander, der 5omal so groß ist als die Spaltbreite. Es gelingt
demgemäß nicht, mit einem solchen Spaltsystem Strahlenbündel abzusondern, die in
einem Querschnitt nahezu punktförmig sind, im übrigen aber stark divergieren.
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Es ist aber bekannt, daß es durch die Kombination zweier solcher aus
je vier Rasierklingen hergestellter Spaltsysteme, die im Strahlengang hintereinander
angeordnet sind, gelingt, ein nahezu in allen Querschnitten punktförmiges Bündel
(Nadelstrahl) aus der Strahlung einer Strahlenquelle auszusondern. Natürlich sind
den nach diesem Verfahren. hergestellten Nadelstrahlen bezüglich ihres Querschnittes
nach unten Grenzen gesetzt durch die geringste auf diesem Wege zu verwirklichende
Spaltbreite, die oben zu etwa i ,u angenommen wurde.
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Es ist aber auch ein Verfahren bekannt, daß die letztgenannte Aufgabe
in wesentlich vollkommenerer Weise löst. Nach diesem bekannten Verfahren werden
zwei zueinander senkrechte Systeme in den Strahlengang eingeschaltet, welche je
aus zwei hochpolierten Platten, die aus einem die betreffende Strahlenart absorbierenden
Material hergestellt sind, bestehen, zwischen denen eine nicht absorbierende sehr
dünne Schicht eingeschlossen ist, derart, daß das Strahlenbündel in der Schnittlinie
der beiden Ebenen der Zwischenschichten verläuft. Der Wirkungsmechanismus dieser
bekannten Anordnung ist also so, daß durch das erste System ein Strahlenbündel von
bandartiger Beschaffenheit ausgesondert wird, aus dem das zweite System wiederum
ein Strahlenbündel mit annähernd quadratischem Querschnitt aussondert. Ein Nachteil
dieser bekannten Anordnung ist der bei der Verwendung eines Elektronenstrahlenbündels
darin zu suchen, daß sich Ladungen auf den die Spalte begrenzenden Planplatten ansammeln
können. Für die Gewinnung von nur in einem Querschnitt punktförmigen, im übrigen
aber stark divergierenden Bündeln ist auch dieses Verfahren selbstredend nicht geeignet.
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Die Erfindung löst einerseits die Aufgabe der Darstellung von Strahlenbündeln
aus einer beliebigen Strahlenquelle, die in einem Querschnitt nahezu punktförmig
sind, d. h. in diesem einen Durchmesser von bis unter 5 mu haben, im übrigen aber
stark divergieren, und andererseits von solchen Strahlenbündeln, die in allen Querschnitten
nahezu punktförmig sind, d. h. einen Durchmesser von bis unter 5 mu haben, wie sie
oben als Nadelstrahl bezeichnet worden sind.
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In gleicher Weise wie das obengenannte bekannte Verfahren zur Aussonderung
eines in allen Querschnitten punktförmigen Bündels mit Hilfe von vier Planplatten
ist auch das Verfahren nach der Erfindung auf die Tatsache gegründet, daß es bei
der Verwendung geeigneter Materialien, beispielsweise von homogen geschmolzenem
Quarz, gelingt, mit bekannten Verfahren Ebenheiten herzustellen, die, abgesehen
von dem unvermeidlichen geringen Randabfall, keine Abweichung von der idealen Ebene
um mehr als 1/ioo Lichtwellenlänge etwa zeigen.
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Zum Unterschied von dem bekannten Verfahren werden jedoch nicht vier
Planplatten zu einem Blendensystem vereinigt, sondern vier Keile, deren in der Keilkante
zusammenstoßende Flächen hochgradig eben (hochpoliert) sind und die aus die betreffende
Strahlenart absorbierendem Material hergestellt sind (i und 2 bzw. 3 und q. in Abb.
i).
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Es werden dadurch zwei Spalte gebildet, daß die Schneiden je zweier
Keile einander in bekanntem Abstand gegenübergestellt sind. Die beiden so entstehenden
Spalte werden gekreuzt zueinander im Strahlengang angeordnet, und zwar erfindungsgemäß
so,
daß je eine der zwei die Schneide jedes der vier Keile begrenzenden Flächen in einer
Ebene liegen. Der wirksame Querschnitt des Blendensystems nach der Erfindung liegt
also ebenfalls in einer Ebene. Dieser Kern des Erfindungsgedankens ist in Abb. i
dargestellt. Zum Unterschied von allen bekannten reellen Blenden zur Aussonderung
enger Strahlenbündel hat der wirksame Querschnitt des beschriebenen Blendensystems
keine räumliche Ausdehnung in Richtung des Strahlenganges.
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Das Blendensystem nach der Erfindung stellt in seiner einfachsten
Ausführungsform mithin eine ideale Lochblende dar, deren Öffnung quadratischen Querschnitt
hat.
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In Abb.3 ist eine beispielsweise Ausführungsform einer nach diesen
Gesichtspunkten konstruierten Blende dargestellt, und zwar zeigt Abb. 3 a diese
Blende von vorn, Abb. 3 b von oben. i, 2, 3 und 4 bezeichnen die die Spalte begrenzenden
Keile.
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Es sind verschiedene Möglichkeiten der Anordnung je zweier Keile in
meßbarem Abstand voneinander, wie sie zur Durchführung des Erfindungsgedankens erforderlich
ist, denkbar. Beispielsweise können je zwei Keile durch eine Brücke in Form eines
schmalen, einseitig ebenen Streifens, dessen Ebene quer zum Strahlengang steht,
starr miteinander vereinigt werden. Praktisch ließe sich eine solche Anordnung bei
den geringen in Frage kommenden Spaltbreiten allerdings nur schwer verwirklichen.
Das gleiche gilt für geeignete Mikrometeranordnungen, an deren Verwendung gedacht
werden könnte.
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Die Erfindung besteht daher auch darin, einen absolut zuverlässigen
Weg für die Einstellung und Einhaltung der Spaltbreite aufzuzeigen.
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Der Grundgedanke dieses Verfahrens ist in Abb. 2 dargestellt. In Abb.
2 a insbesondere stellt 7 eine einseitig hochgradig ebene Platte dar. Auf dieser
Platte ist ein Quader 5, der zweckmäßig aus dem gleichen Material wie der Keil 3
hergestellt ist und der auf der dem Keil zugekehrten Fläche und der der hochgradig
ebenen Platte zugekehrten Fläche ebenfalls hochgradig eben ist, so angeordnet, daß
die Schneide des Keiles und die Kante, an der die beiden hochgradig ebenen Flächen
des Quaders miteinander zusammenstoßen, sich decken. Die Schneide, die mit der Quaderkante
zur Deckung gebracht wird, ist aber wesentlich, in der Regel um ein Mehrfaches länger
als die Quaderkante. Unter Zuhilfenahme der Platte 7 als Richtplatte ist es in dieser
Weise möglich, 3 und 5 starr miteinander zu vereinigen, wobei Gewähr dafür gegeben
ist, daß Quaderkante und Schneide des Keiles zusammenfallen. Die Vereinigung ist
auf verschiedene Weise, beispielsweise durch Kittung, Lötung oder auch Verschraubung,
wie in Abb. 2 a in beispielsweiser Darstellung durch 8 angedeutet, möglich. In Abb.
21) ist gezeigt, wie zwei nach dem in Abb. 2 a beschriebenen Verfahren hergestellte
Quaderkeilelemente 3-5 und 4-6 unter Verwendung einer meßbar dicken Substanzmenge
12, vorzugsweise einer Folie, die in Abb. 2 b im Schnitt gezeigt ist, starr miteinander
vereinigt werden. Diese Abb. 2 b wird durch die Abb. 3 a unter anderem ergänzt.
In Abb. 3 a sind die Quader 5 und 6 von einer anderen Seite dargestellt. Auch hier
ist die Substanzmenge 12 wieder im Schnitt zu sehen. In Abb. 3 a wird gezeigt, daß
die Dicke der Substanzmenge 12, 13 direkt die Spaltbreite bestimmt. Bei der Vereinigung
zweier Schneiden zu einem Spalt nach dem in Abb. 2 b dargestellten Verfahren zur
Herstellung eines Blendensystems nach Abb. 3 und 3 a ist dafür Sorge zu tragen,
daß die die Keile begrenzenden Flächen, auf denen die Quader angebracht sind, zum
mindesten aber die Schneiden in einer Ebene liegen. Das gelingt wieder unter Verwendung
einer einseitig hochgradig ebenen Platte als Richtplatte, und zwar besonders leicht,
wenn man die nach dem weiter unten (Abb. 5) beschriebenen Verfahren hergestellten
Quader und die jeweils einen Spalt begrenzenden Keile so anordnet, daß die Kanten
der Keile mit zwei Quaderkanten zusammenfallen, die bei dem Schleif- und Polierverfahren
nach Abb. 5 nebeneinander und in der gemeinsam geschliffenen und polierten Ebene
lagen.
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Als Substanzmenge (i2 und 13 in Abb. 3 a), deren Dicke die
Spaltbreite bestimmt, gelangen erfindungsgemäß vorzugsweise dünne Metallschichten,
die sogar als frei tragende Folien in beliebiger Stärke bis weniger als 5 mu gleichmäßig
und lochfrei, beispielsweise durch bekannte Verfahren der Kathodenzerstäubung, hergestellt
werden können und deren Dicke genau gemessen werden kann, zur Verwendung. Es ist
selbstredend auch möglich, die Vereinigung je zweier solcher Keile auf dem beschriebenen
Wege in völlig analoger Weise mit Hilfe von zwei Quadern und von zwei Folien vorzunehmen,
d. h. einen beiderseits geschlossenen Spalt herzustellen.
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Erfindungsgemäß kann das Blendensystem der Abb. 3a so ausgeführt werden,
daß jedes der beiden Spaltsysteme in Richtung des Spaltes verschoben werden kann.
Auf diese Weise ist es möglich, jeweils einen besonders geeigneten wirksamen Querschnitt
auszuwählen und hierdurch Stellen, die z. B. durch Staubteilchen u. dgl. zufällig
überdeckt sind, sicher zu vermeiden. In anderen Fällen kann es allerdings umgekehrt
gerade erwünscht sein, den einmal ausgewählten Querschnitt festzuhalten, was in
einfacher Weise durch starre Vereinigung der beiden Spaltsysteme, beispielsweise
durch Verkittung, möglich ist.
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In Abb.4 ist eine weitere Ausführungsform eines Blendensystems nach
der Erfindung dargestellt, die insbesondere dadurch gekennzeichnet ist, daß die
die Spaltbreite bedingenden Folien 12 und 13 nicht als planparallele Plättchen ausgeführt
sind, sondern in Richtung des Spaltes keilförmig verjüngt sind. Hierdurch wird es
möglich, durch Verschiebung des einen Spaltsystems gegen das andere den wirksamen
Querschnitt in weitesten Grenzen in einfachster Weise zu ändern. Bei den im Verhältnis
zu den in Frage kommenden außerordentlich
kleinen Spaltbreiten
der Blende beiläufig fünf Größenordnungen längeren freien Keilabschnitte sind die
wahren Größenverhältnisse in der Abb. q. natürlich ungeheuer stark verzerrt. Die
die Spalte begrenzenden Keile sind mit außerordentlich großer Annäherung parallel
zueinander. Daraus ergibt sich, daß der wirksame Querschnitt der in Abb. 4. dargestellten
Anordnung ebenfalls mit weitgehender Annäherung ein Rechteck darstellt.
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Die Herstellung der abstandhaltenden keilförmigen Schichten, wie sie
für die Anordnung nach der Abb. q. erforderlich sind, gelingt beispielsweise nach
dem bekanntenVerfahren der Kathodenzerstäubung, wenn man während des Zerstäubungsvorganges
einen an sich bekannten Schirm zwischen der zu desintegrierenden Kathode und der
zu bestäubenden Fläche sich mit gleichförmiger Geschwindigkeit so bewegen läßt,
daß er zunächst nur den Teil der zu bestäubenden Fläche freigibt, der die dickste
Metallauflage erhalten soll, und dann fortlaufend mehr. Die kürzeste Zeit werden
dann die Teile exponiert, die die dünnste Metallauflage erhalten sollen. Alle Teile,
die gleich dicke Metallauflagen erhalten sollen, werden gleich lange exponiert;
Teile, die beispielsweise doppelt so dicke Metallauflagen erhalten sollen, doppelt
so lange.
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Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß der der Abb. 4. zugrunde liegende
Erfindungsgedanke des divergierenden Spaltes auch auf anderem Wege verwirklicht
werden kann, beispielsweise durch Wahl anderer Abstandshalter. Auch ist es möglich,
den einen Spalt nach der Abb. 3 zu gestalten, den zweiten jedoch nach der Abb. ¢,
wodurch sich die Vorzüge der Anordnung nach Abb.3 mit denjenigen der Anordnung nach
der Abb. 4. teilweise vereinigen lassen.
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In der Abb. 6 a ist noch einmal ein Querschnitt des Systems nach der
Anordnung der Äbb. i dargestellt. In Abb. 6 b ist eine Modifikation dieses Systems
im gleichen Schnitt gezeigt, die dadurch von der Anordnung nach Abb. i unterschieden
ist,-daß zwischen den vier die Schneiden begrenzenden Flächen, die in der Anordnung
nach der Abb. i in einer Ebene liegen, eine dünne Folie 21 eingefügt ist, beispielsweise
eine dünne, durch Kathodenzerstäubung hergestellte Metallfolie oder in einer anderen
Ausführungsform eine an sich bekannte, ebenfalls sehr dünne, geschichtete Sekundärernissionskathode
etwa vom Typ Cs-Cs20-Ag. Da diese Folien außerordentlich dünn gewählt werden können,
beispielsweise bis herunter zu wenigen Millimikron, liegen die vier die Schneiden
begrenzenden Flächen praktisch noch genügend genau in der gleichen Ebene. Die Ausführungsform
mit der Metallfolie ergibt aber bei Verwendung mit Elektronenstrahlen eine sehr
bequeme Möglichkeit zur Erzeugung einer punktförmigen Röntgenstrahlenquelle, wobei
die der Elektronenstrahlenquelle abgewandte Seite der Folie als Röntgenstrahlenquelle
dient. Die Elektronenstrahlen können dabei in bekannter Weise vorkonzentriert auf
die Folie geleitet werden. Die Ausführungsform mit der Sekundäremissionskathode
bietet besondere Vorteile für die Verwendung in Anordnungen, in denen kleine Strahlungsintensitäten
mit Hilfe des an sich bekannten Prinzips der Sekundärelektronenvervielfachung dargestellt
werden sollen. Es ist bekannt, daß die Grenzempfindlichkeit von Sekundärelektronenvervielfachern
durch die Größe des Dunkelstromes der Auffangkathode bedingt ist. Der Dunkelstrom
einer Sekundäremissionskathode hängt nun aber bekanntermaßen außer von der Art der
benutzten Photoschicht und ihrer Temperatur von der Größe ihrer emittierenden Fläche
ab. Der Wärmestrom wurde beispielsweise bei Photokathoden des obengenannten Typs
mit nachfolgendem Vervielfacher zu etwa 2 X io-13 Amp./cm2 bei 20° bestimmt. Besonders
bei den bekannten Sekundärelektronenvervielfachern, bei denen die Absaugung der
Sekundärelektronen auf der Rückseite der bestrahlten Fläche erfolgt, ermöglicht
das Blendensystem nach der Erfindung in der Ausführungsform nach der Abb. 6b mit
zwischengeschalteter Sekundäremissionskathode die Verwirklichung um mehrere Größenordnungen
kleinerer Auffangkathoden als nach dem bisherigen Stand der Technik. Hierdurch wird
erfindungsgemäß der Dunkelstrom erheblich herabgesetzt, ohne daß es erforderlich
ist, die Photokathode und die ersten Verstärkerstufen in bisher .bekannter Weise
in flüssige Luft zu bringen.
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Bei den vorstehenden Ausführungen wurde stillschweigend vorausgesetzt,
daß es gelingt, die zur praktischen Verwirklichung des Blendensystems erforderlichen
Keilflächen, Quaderkanten und Ebenheiten mit ausreichender Genauigkeit herzustellen.
Das war nach dem bisherigen Stand der Technik nicht möglich. Bei der Herstellung
von Planflächen durch Schliff nach dem bekannten Dreiplattenverfahren zeigen die
so hergestellten Platten bekanntermaßen stets einen unvermeidlichen geringen Randabfall.
Aus diesem Grunde war es auch bisher nicht möglich, selbst aus Glas oder Quarz oder
ähnlichen Substanzen Keile bzw. Schneiden herzustellen, die in dem Grade ideale
Keile sind, wie es für die Durchführung des Erfindungsgedankens er- . forderiich
ist. Bei Herstellung von Schneiden und Quadern aus Metall, beispielsweise nach dem
bekannten Verfahren, wird die Verwirklichung bester Kanten auch noch durch den unvermeidlichen,
auf der Schneide beim Schleifen und Polieren entstehenden Grat erschwert. Diese
Schwierigkeit läßt sich bei der Herstellung der Keile und Quader erfindungsgemäß
dadurch umgehen, daß der Schleif-und Polierprozeß in der in Abb. 5 dargestellten
Weise durchgeführt wird. In Abb. 5 a insbesondere ist das Verfahren der Herstellung
der Keile aufgezeigt, in Abb.5b dasjenige für die Herstellung der Quader. Die Herstellung
der Keile geht hiernach so vor sich, daß zunächst eine Anzahl planparalleler Platten,
von denen in Abb. 5 a fünf dargestellt sind (14, 15, 16, 17 und 18), hergestellt
wird, die in bekannter Weise so behandelt werden, daß sie beiderseits hochgradig
eben sind. Nunmehr werden diese Platten, wie in Abb. 5 a dargestellt, gegeneinander
etwas verschoben aufeinandergelegt
und durch eine später wieder
lösbare Vorrichtung, die in Abb. 5 a durch i9 und 2o angedeutet ist, so fest aufeinandergepreßt,
daß sie beim weiteren Arbeitsgang als eine Einheit behandelt werden können. 20 mag
eine zwingenartige Klammer darstellen, i9 dagegen eine Lötstelle, die nach Anlegung
der Zwinge hergestellt wurde. Glas- und Quarzkeile können ebenfalls durch Lötung
verbunden werden, wenn an den Verbindungsstellen vor Ausführung der Lötung bzw.
vor Herstellung der hochgradig ebenen Flächen in bekannter Weise Platin eingebrannt
wird. Nach der Vereinigung wird der ganze Plattensatz in Richtung des Schnittes
x-y der Abb. 5 a angeschliffen und die Ebene, durch die der Schnitt x-y verläuft,
in bekannter Weise hochgradig eben gemacht, wobei sie wie eine Planplatte im Dreiplattenverfahren
behandelt wird. Nachdem dieser Arbeitsgang erledigt ist und die Ebene, durch die
der Schnitt x-y gelegt ist, sich bei der Prüfung als ausreichend eben erwiesen hat,
werden die Verbindungen i9 und 20 gelöst, wobei die Lötstelle beispielsweise durch
Abschleifen oder auch auf chemischem Wege u. a. entfernt werden kann. Die Keile
14 und 18 der Abb. 5 a, die schlechte Schneiden haben wegen des unvermeidlichen
Randabfalles, Schleifgrates usw., werden verworfen. Die Keile 15, 16 und 17 dagegen
sind bestens für die Verwirklichung des Erfindungsgedankens geeignet.
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In völlig analoger Weise werden die erforderlichen Quader nach Abb.
5 b hergestellt. Hier werden Quader 1q.' und 17' verworfen, während 15' und 16'
voll geeignet sind.
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Als Material für die Herstellung der beschriebenen Anordnungen sind
grundsätzlich alle Werkstoffe geeignet, die hochpoliert werden können, z. B. Metalle,
glasartige Substanzen und in besonderem Grade homogen geschmolzener Quarz. Unter
den Metallen eignen sich in ersterLinie dieEdelmetalle, beispielsweise Gold. Vor
allem, wenn äußerst kleine wirksame Querschnitte der Blendensysteme erwünscht sind,
ist homogen geschmolzener Quarz in besonders hohem Maße geeignet.
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Aus diesem Material lassen sich Platten herstellen, deren Ebenheitsgrad
größer ist, als daß die Abweichung von der idealen Ebene beim gegenwärtigen Stand
der Technik gemessen werden könnte, wobei eine Abweichung um 1/10o Lichtwellenlänge
etwa als die untere Grenze der Meßbarkeit angesehen werden kann.
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Außer der homogenen Struktur des geschmolzenen Quarzes scheint für
die besondere Eignung desselben der gegenüber Glas etwa i 5mal kleinere Ausdehnungskoeffizient
von Bedeutung zu sein.
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Ein Nachteil des Quarzes, der ihn zunächst für den vorliegenden Zweck
wenig geeignet erscheinen ließ, ist darin zu erblicken, daß er in besonders hohem
Grade für Ultraviolettlicht und auch für Röntgenstrahlen mit Ausnahme der weichen
Strahlen durchlässig ist. Es ist aber möglich, in an sich bekannter Weise das Absorptionsvermögen
des Quarzes für verschiedene Strahlung, beispielsweise Röntgenstrahlen, erfindungsgemäß
dadurch zu vergrößern, daß ihm in von der Herstellung des Bleiglases bekannter Weise
Bleiverbindungen zugesetzt werden, die Blendenteile also aus bleihaltigem Quarzglas
hergestellt werden. Das gleiche Ziel kann auch durch andere bekannte Zusätze, beispielsweise
solcher färbender Art, zu der Quarzschmelze erreicht werden.
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Bei der Aussonderung von Strahlen, die elektrische Ladung tragen,
wie beispielsweise Elektronenstrahlen, kann sich die Ansammlung von Ladungen auf
der Blende selbst störend bemerkbar machen. Sofern die Blende aus Metall hergestellt
ist, können diese Ladungen abgeleitet werden, wenn das Blendensystem erfindungsgemäß
mit einer Ableitung zur Erde versehen wird. Sofern die Blendenteile aus Glas oder
Quarz hergestellt sind, ist eine Ableitung dieser Ladungen erfindungsgemäß dann
ebenfalls möglich, wenn der Glas- bzw. Quarzschmelze in an sich bekannter Weise
Substanzen, beispielsweise Metalle, zur Erhöhung der Leitfähigkeit zugesetzt werden.
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Bei der Verwendung von Elektronenstrahlen kann es unter Umständen
zweckmäßig sein, die Blende selbst als Anode zu verwenden. Andererseits ist es bei
der Aussonderung von Elektronenstrahlen mittlerer bis hoher Geschwindigkeit auch
möglich, die Verengerung des ausgesonderten Strahlenbündels dadurch gerade besonders
zu fördern, daß die Blende negativ aufgeladen wird.
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In Abb. 7 ist die Verwendung eines Blendensystems nach der Erfindung
zur Abbildung eines mikroskopischen Objekts nach dem Prinzip der Zentralschattenprojektion
dargestellt. 2q. stellt das Blendensystem dar, von dessen wirksamem Querschnitt
ein aus der Strahlung 32 einer beliebigen Strahlenquelle ausgesondertes Strahlenbündel,
beispielsweise ein Bündel von Ultraviolettstrahlen, Röntgenstrahlen oder Elektronenstrahlen,
ausgeht. 25 ist das auf einer Trägerfolie 26 in bekannter Weise aufgebrachte Objekt,
von dem auf der Auffangfläche 27 ein vergrößertes Schattenbild entsteht. Dieses
Verfahren der Darstellung von Objektstrukturen in Zentralschattenprojektion ist
für die Verwendung von Elektronenstrahlen und Röntgenstrahlen bekannt. Die in der
Abb. 7 gezeigte Anordnung unterscheidet sich jedoch von den bekannten Anordnungen
durch Verwendung der reellen Blende nach der Erfindung in einer der beschriebenen
Ausführungsformen zur Herstellung des in einem Querschnitt punktförmigen Strahlenbündels.
Bei dem bekannten Verfahren dagegen gelangt eine punktförmige Elektronenquelle,
die mit elektronenoptischen Hilfsmitteln hergestellt wurde, zur Anwendung. Diesem
bekannten Verfahren ist das in Abb.7 dargestellte Verfahren unter anderem deswegen
überlegen, weil es hier nicht erforderlich ist, die für die Einhaltung der Schärfe
und Einstellung der Elektronensonde bei dem bekannten Verfahren erforderliche Konstanz
der Hochspannung einzuhalten bzw. ständig zu überwachen. Ein weiterer wesentlicher
Vorteil liegt darin, daß es bei der Anordnung nach der Abb. 7 im Gegensatz zu der
bekannten Anordnung auch möglich ist, Elektronenstrahlen niederer Geschwindigkeit
zur Objektdurch-
Strahlung zu verwenden. Die Sichtbarmachung des
auf der Auffangfläche 27 erzeugten Schattenbildes kann nach irgendeinem bekannten
Verfahren erfolgen, beispielsweise photographisch oder mit Hilfe eines Elektronenbildzerlegers
oder eines Elektronenstrahlabtasters oder einer anderen integrierenden Vorrichtung.
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In der Abb. 8 ist die Verwendung einer Kombination von zwei der beschriebenen
Blendensysteme zur Aussonderung eines in allen Querschnitten engen Bündels (Nadelstrahl)
aus der Strahlung einer beliebigen Strahlenquelle dargestellt, wie es für solche
Verfahren elektronenmikroskopischer, röntgenmikroskopischer und lichtmikroskopischer
Darstellung von Objektstrukturen erforderlich ist, bei denen ein Objekt mikroskopischer
Größenordnung mit Hilfe eines extrem fadenförmigen, in allen Querschnitten einheitlichen
und nahezu punktförmigen Bündels beliebiger Strahlung abgetastet wird.
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Nach diesen Verfahren ist es bei der Verwendung einer Strahlung, die
nicht elektrisch ablenkbar ist, wie beispielsweise Röntgen- oder Lichtstrahlen,
erforderlich und bei Verwendung von Elektronenstrahlen zur Abtastung manchmal zweckmäßig
und vorteilhaft, zur Erzielung der Abtastung entweder das Objekt oder statt dessen
die Blende, mit deren Hilfe das Strahlenbündel abgesondert wird, zu bewegen. Sofern
der Querschnitt des zur Abtastung verwandten Bündels sehr klein ist, d. h. also,
insbesondere wenn ein hohes Auflösungsvermögen des Rastermikroskops verlangt wird,
sind hierzu außerordentlich geringe, genau vorgeschriebene Verschiebungen des Objekts
oder der Blende erforderlich, von deren einwandfreier Ausführung die Qualität des
Bildes in hohem Grade abhängig ist.
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In der Patentschrift 485 155, S. 3, Z. ii bis 35, ist ein Verfahren
beschrieben, bei dem das Objekt an dem kurzen Arm eines doppelarmigen Hebels frei,
aber fest aufgehängt ist, während an dem langen Arm dieses Hebels ein Mechanismus
von bisher erreichbarer Genauigkeit angreift. Die Aufläge des Hebels soll dabei
in bekannter Weise durch Schneiden, Spitzen, Kugeln oder mehrere dieser Elemente
kombiniert genau genug erfolgen, so daß die Genauigkeitsgrenze nur durch die Genauigkeitsgrenze
des Antriebsmechanismus, multipliziert mit dem relativen Verhältnis der Hebelarme,
bedingt sein würde. Hierdurch soll die für die Bewegung ultramikroskopischer Teilchen
erforderliche Genauigkeit erzielt werden.
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Bei dieser bekannten Anordnung werden an die Lagerung des zweiarmigen
Hebels bzw. an die hierfür erforderlichen Elemente hohe Genauigkeitsanforderungen
gestellt. Die vorliegende Erfindung löst die Aufgabe der Erzeugung des feinen Nadelstrahles
und der Erzielung der erforderlichen Relativbewegung zwischen Objekt und Strahlenbündel
in sehr viel einfacherer und absolut zuverlässiger Weise.
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Zu diesem Zweck wird gemäß Abb. 8 durch ein Blendensystem nach der
Erfindung 24 in irgendeiner der beschriebenen Ausführungsformen aus der Strahlung
32 einer beliebigen Strahlenquelle zunächst ein in einem Querschnitt nahezu punktförmiges,
im übrigen aber stark divergierendes Bündel ausgesondert, aus dem mit Hilfe eines
weiteren erfindungsgemäßen Blendensystems ein Strahlenbündel ausgesondert wird,
das hinter diesem Blendensystem in allen Querschnitten nahezu punktförmig ist, d.
h. nicht mehr divergiert, und so mithin einen Nadelstrahl bildet, der dann zur Abtastung
des Objekts 25, das in bekannter Weise auf einer Trägerschicht 26 angebracht ist,
verwandt wird. Erfindungsgemäß wird ferner bei dieser Anordnung zur Erzeugung der
Relativbewegung zwischen Objekt und abtastendem Nadelstrahl nur die Blende 24 allein
bewegt, während Objekt und Blende 28 fest stehen. Bezeichnet man den Abstand des
Objekts 25 von der Blende 28 mit g, den Abstand der Blende 24 von der Blende 28
dagegen mit s, so bedingt eine Verschiebung der Blende 24 um D lediglich eine Verschiebung
des abtastenden Strahlenbündels auf dem Objekt um
Das Verhältnis
kann aber sehr klein gewählt werde. Hieraus ergibt sich, daß kleinen Verschiebungen
des abtastenden Strahles auf dem Objekt wesentlich größere Verschiebungen der Blende
24 entsprechen, die technisch sehr viel leichter zu verwirklichen sind als die bei
Bewegung des Objekts und feststehendem Strahlenbündel erforderlichen, außerordentlich
geringen Objektverschiebungen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren der Abtastung ist selbstverständlich
gleicherweise anwendbar für rastermikroskopische Anordnungen, bei denen es sich
um eine Darstellung nach dem Prinzip der Streuung oder Absorption handelt. Die Darstellung
des durch das Objekt hindurchgegangenen Strahlenanteils insbesondere kann nach irgendeinem
bekannten Verfahren erfolgen.
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In Abb. 8 bezeichnet 35 bzw. 35a das in der Trägerschicht 26 erzeugte,
zur Darstellung der Objektstruktur verwandte Luminiszenzlicht.
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In Abb. 9 ist schließlich noch dargestellt, daß es in anderen Anordnungen
von Rastermikroskopen auch möglich ist, mit Vorteil noch mehr als zwei Blendensysteme
nach der Erfindung hintereinander zu verwenden.
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Von dem wirksamen Querschnitt eines Blendensystems nach der Erfindung
24 geht hier wiederum ein Strahlenbündel 34 aus, aus dem mit Hilfe eines weiteren
Blendensystems 28 ein Nadelstrahl ausgesondert wird. Dieser trifft auf das Objekt
25. Es sei angenommen, daß es sich um ein Elektronenstrahlenbündel handelt, das
im Objektpunkt mehr oder minder stark gestreut wird. Durch ein weiteres Blendensystem
nach der Erfindung 30 wird aus dem gestreuten Anteil in an sich bekannter
Weise ein zentraler Anteil ausgesondert und fällt auf die Fangelektrode 3I, wo er
Sekundärelektronen auslöst. Die Fangelektrode 31 kann nach einer oben beschriebenen
Anordnung erfindungsgemäß auch im Blendensystem 30 selbst untergebracht sein.
Ein
weiteres Blendensy stem 29 mit größerem wirksamem Querschnitt
als 2,4 und 28 dient zur Voraussonderung eines Bündels aus der Strahlung 32 der
Elektronenstrahlenquelle. Es wird mit Vorteil verwandt, um eine zu starke Erwärmung
der Blendensysteme 2.4 und 28 zu verhüten. Bei der Anordnung nach Abb. 9 wird, wie
dargestellt, das Objekt selbst bewegt oder das abtastende Bündel nach Passieren
der Blende 28 durch elektrische oder magnetische Felder über das Objekt geführt.
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Die dargestellten Verwendungsmöglichkeiten des Blendensystems nach
der Erfindung zeigen nur beispielsweise Möglichkeiten, die sich erheblich vermehren
ließen. Beispielsweise ist es auch möglich, bei einem bekannten Verfahren rastermikroskopischer
Darstellung, bei dem ein abtastender Elektronenfleck durch elektronenoptisch verkleinerte
Abbildung einer reellen Blendenöffnung gebildet wird (v. A r d e n n e), an Stelle
der bekannten Blendenöffnung mit Vorteil ein Blendensvstem nach der vorliegenden
Erfindung zu verwenden.
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Die Erzeugung einer punktförmigen Röntgenstrahlenquelle beispielsweise
ist auch möglich ohne Verwendung einer Metallfolie nach Abb. 6b in der Blende. Es
wird dann zunächst ein Elektronenstrahlenbündel erzeugt, das in bekannter Weise
auf eine Antikathode geleitet wird, wo es Röntgenstrahlen erzeugt. Die Antikathode
kann in bekannter Weise mit einer Kühlvorrichtung versehen sein. Von Vorteil ist
es, wenn sie einen sogenannten, an sich bekannten Strichfokus aufweist, der beispielsweise
bei der Anordnung nach Abb. 8 nahezu in Richtung des Nadelstrahles verläuft.
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Es soll auch schließlich noch darauf hingewiesen werden, daß die erfindungsgemäße
Verwendung eines Spaltes, der insbesondere nach dem in Abb. 2 a und 21) dargestellten
erfindungsgemäßen Verfahren gebildet ist, an Stelle bisher bekannter Spaltanordnungen
ebenfalls Vorteile bietet, beispielsweise für Zwecke des Lichttonverfahrens oder
ähnliche Zwecke.