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An der Pumpe betriebener Korpuskularstrahlapparat Zusatz zum Patent
911527
Das Hauptpatent betrifft einen an der Pumpe betriebenen Korpuskularstrahlapparat,
vorzugsweise ein Elektronenmikroskop, dessen Innenwand zur Erzielung eines möglichst
kleinen Vakuumraumes dem Strahlengang weitgehend angepaßt ist. Auf diese Weise ist
es möglich, ein Elektronenmikroskop zu bauen, bei dem besondere Einschleusvorrichtungen
für das Objekt und gegebenenfalls auch für das photographische Material nicht erforderlich
sind. Man erhält also ein Vakuumgefäß, in das das untertauchende Objekt und unter
Umständen auch das Photomaterial direkt .durch verschließbare CSffnungen in die
Betriebsstellung eingesetzt werden kann: Mikroskope dieser Art sind sehr einfach
im konstruktiven Aufbau. Bei der im Hauptpatent beschriebenen Ausführungsform muß
jeweils beim Einbringen einer Photoplatte oder beim Einsetzen eines neuen Objektes
der ganze Vakuumraum geöffnet werden. Durch die Erfindung gelingt es, mit einfachen
Mitteln die für das Wiederevakuieren erforderliche Zeit herabzusetzen. Zu diesem
Zweck ist erfindungsgemäß der Vakuumraum durch eine von außen zu bedienende.Absperrvorrichtung
in einen das zu untersuchende Objekt und einen das
Photomaterial
aufnehmenden Teil unterteilbar. Man wird die Absperrvorrichtung vorzugsweise an
einer Stelle des Gerätes anordnen, an der der Strahlengang ohnehin schmal ist und
an der der Gesamtvakuumraum etwa in zwei gleich große Teile unterteilt wird. Als
Platz für die Absperrvorrichtung eignet sich daher insbesondere eine Stelle im Strahlengang
unmittelbar hinter der Projektionslinse: Durch die erwähnte Unterteilung läßt sich
wahlweise der das Objekt aufnehmende Teil oder der das Photomaterial aufnehmende
Teil des Vakuumgefäßes abtrennen und zum Ein- und Ausschleusen mit der Luft verbinden,
ohne daß bei diesem Vorgang jeweils das ganze Vakuumgefäß mit der Außenluft verbunden
werden müßte: An beide Teile des Vakuumraumes wird je eine Evakuierungsleitung angeschlossen.
Die Vakuumschaltung wird dabei vorteilhaft so gewählt, daß die Hauptvakuumpumpe
und die Vorvakuumpumpe am oberen, das Objekt aufnehmenden Teil angreifen können,
während am unteren Teil lediglich die Vorvakuumpumpe angeschlossen werden kann.
Auf diese Weise läßt sich eine besondere Schleuse für das Photomaterial ersparen.
Beim Gegenstand der vorliegenden Erfindung kann man somit die Photoplatte in einer
einfachen Kassette einbringen und auch das Objekt durch eine Tür im oberen Teil
des Mikroskops unmittelbar einsetzen, ohne daß die Wartezeiten wesentlich länger
werden. Bei einer Anordnung dieser Art wird man dem einen Vakuumraumteil, vorzugsweise
dem das Objekt aufnehmenden Teil, die Hauptvakuumpumpe und einen Umschalthahn zuordnen,
der diesen Teil wahlweise mit der Hochvakuumpumpe oder der Vorvakuumpumpe oder mit
der Außenluft zu verbinden gestattet, während dem anderen Vakuumraumteil ein zweiter
Umschalthahn zugeordnet wird, der diesen Teil wahlweise mit der Vorvakuumpumpe oder
mit der Außenluft zu verbinden gestattet; dabei besitzt jeder der beiden Umschalthähne
zweckmäßig auch eine Einrichtung, mit welcher die Vorvakuumpumpe in den Stellungen
des Hahnes, in denen die Vorvakuumpumpe nicht mit dem zugehörigen Vakuumraum verbunden
ist, zum nächsten Hahn bzw. zur Hochvakuumpumpe durchgeschaltet wird. Weitere für
die Erfindung wesentliche Merkmale werden in den im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen
behandelt.
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In den Fig. i a und i b ist als Ausführungsbeispiel der Erfindung
ein zweistufiges Elektronenmikroskop dargestellt, dessen Abbildungslinsen mit Dauermagneten
betrieben werden. Der obere Teil des Mikroskops wird gebildet durch den Strahlerzeuger,
-der eine von einem Wehneltzylinder i umschlossene Glühkathode besitzt. Der Kathodenschaft
ist mit Hilfe einer Kappe 2 unter Verwendung von konischen Paßflächen 3 auf einen
Isolator 4 aufgesetzt. Dieser Isolator sitzt mit konischen Paßflächen 5 auf dem
Anodenhalter 6. Mit 7 ist die Anode des Strahlerzeugers bezeichnet.
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Das gesamte Strahlerzeugungssystem sitzt auf einem Halter 8 und ist
relativ zu diesem in an sich bekannter Weise schwenkbar und quer zur Achsrichtung
des Gerätes verschiebbar angeordnet. Zur Durchführung dieser Bewegungen dienen die
Einstellungsschrauben 9 und 1o und die ihnen gegenüberliegenden Gegenfedern i i
und 12. Entsprechende Schrauben und Federn befinden sich in derselben Höhe um go°
gegenüber den dargestellten versetzt.
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Der Halter 8 besitzt an seinem unteren Ende eine konische Schlifffläche
13, die in einen entsprechenden Innenkonus des oberen Abschlußstückes 14 der Objektivlinse
paßt. An dieses Abschlußstück 14 ist die zur Vakuumpumpe führende Leitung 15 angeschlossen.
Auf der gegenüberliegenden Seite befindet sich im Abschlußstück 14 eine Öffnung
16, die dazu dient, die Objektpatrone 17 in das Mikroskop einzusetzen. Eine entsprechende
Einsatzöffnung 18 befindet sich im Halter B. Der Halter 8 ist zusammen mit dem gesamten
von ihm getragenen Strahlerzeuger gegenüber dem Teil 14 um die Gerätachse unter
Verwendung des Fettschliffs 13 drehbar. In der dargestellten Lage stehen sich die
Öffnungen 16 und 18 gegenüber, so daß man die Objektpatrone einsetzen bzw. entnehmen
kann. Nach erfolgtem Einsetzen der Patrone wird der Strahlerzeuger um 18o° gedreht,
so daß nunmehr der Schleusenraum ig nach außen hin abgeschlossen und mit der Vakuumpumpe
verbunden ist.
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Die Objektlinse des Gerätes ist mit 2o, die Projektionslinse mit 21
bezeichnet. Der zwischen beiden Linsen befindliche Teil 22 der Vakuumwand bildet
sowohl am oberen als auch am unteren Ende gemäß der Erfindung ein Stück des Magnetkreises
der Linse. Bei der Objektivlinse 2o schließt sich an das untere Stück 23 ein Teil
24 an, der aus unmagnetschem Material besteht. Darauf ist das obere Abschlußstück
14 der Linse gesetzt. Der Magnetkreis der Objektivlinse ist durch ein äußeres permanentmagnetisches
Mantelstück25 geschlossen, das aus einem parallel zur Linsenachse liegenden zylindrischen
Teil 26 und einem im wesentlichen senkrecht zur Linsenachse liegendenTei127 besteht.
Das Mantelstück 25 sitzt dicht auf den Teilen 23 und 14, so daß der Magnetkreis
gut geschlossen ist. An das untere Ende 28 des Wandteiles 22 schließt sich ein aus
unmagnetischem Material bestehendes Zwischenstück 29 der Projektionslinse und daran
das untere Abschlußstück 3o dieser Linse an. Den äußeren Abschluß bildet hier der
permanentmagnetische Mantel 31, welcher ähnlich aufgebaut ist wie der Mantel
25 der Objektivlinse.
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Die aneinander befestigten Teile 14, 24, 22, 29 und 30 besitzen
oben bei 32 bzw. unten bei 33 in einem Sitz gedrehte zylindrische Paßflächen, in
welche die zu je einem Einsatzkörper vorher fest zusammengesetzten Polschuhsysteme
beider Linsen mit je einer entsprechenden zylindrischen Paßfläche eingesetzt sind.
Die Paßflächen 32 und 33 könnten auch leicht konisch ausgebildet sein, wesentlich
aber ist, daß sie dafür sorgen, daß beide Polschuhsysteme genau in einer optischen
Achse liegen. Man erreicht dies z. B., indem man die beiden Paßflächen gleichzeitig
mit einem Bohrdorn ausdreht: Das Polschuhsystem der Objektivlinse besteht aus dem
oberen
Polschuh 34, dem unteren Polschuh 35 und dem unmagnetischen
Zwischenstück 36. In ähnlicher Weise ist der Polschuheinsatzkörper der Projektionslinse
21 aus dem oberen Polschuh .37, dem unteren Polschuh 38 und dem unmagnetischen Zwischenstück
39 zusammengesetzt.
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Die Objektpatrone 17 ist in einem Halter 4o eingesetzt, der mit Hilfe
von Druckschrauben 41 und Gegenfedern 42 quer zur Strahlachse verschoben werden
kann. Eine entsprechende Druckschraube und Gegenfeder befindet sich um 9o° gegenüber
den dargestellten versetzt. Der Zwischenbildleuchtschirm 43 kann mit Hilfe eines
Handgriffs 44 durch eine in der Vakuumwand befindliche Öffnung 45 ausgewechselt
werden. Mit 46 ist die Verschlußschraube für die Öffnung 45 bezeichnet. Diese Schraube
verschließt die Öffnung beim Festziehen mit Hilfe des Gummiringes 47. Durch ein
Schauglas 48 kann das Zwischenbild und durch ein Schauglas 49 das Endbild betrachtet
werden. Das untere Abschlußstück 3o der Projektionsspule ist mit Schrauben 5o am
Unterteil 51 des Mikroskops befestigt. Um beim Ein- und Ausschleusen des Objektes
bzw. beim Auswechseln des Zwischenbildleuchtschirmes nicht den gesamten Mikroskopinnenraum
mit der Außenluft in Verbindung bringen zu müssen, ist eine Abschlußkappe 52 vorgesehen,
um den unteren Teil 53 des. Vakuumraumes, der das größte Volumen des Gerätes besitzt,
vom mittleren Teil 54 des Vakuumraumes abschließen zu können. Der Betätigungstrieb
55 der Klappe 52 ist in der aus der Figur ersichtlichen Weise durch eine bewegliche
Gummischeibe 56 abgedichtet. linse i i i aufsitzt. Die Projektionslinse ist ihrerseits
auf den Teil 112 des Mikroskops aufgesetzt, der den Aufnahmeraum 113 für die Kassette
114 und einen aufklappbaren Leuchtschirm 115 bildet. Zum Einsetzen und Entnehmen
der Kassette wird die Klappe i 16, die mit einer Trockendichtung 117 versehen ist,
geöffnet. Mit i 18 ist ein drehbarer Absperrhahn hezeichnet, der den oberen Teil
io5, i i9 des Vakuumraumes vom unteren Teil 113 dicht abzuschließen gestattet. Die
Innenwände der Teile i io und 112 sind als Konusse derart ausgebildet, daß der Vakuumraum
möglichst klein gehalten wird, um bei dem beschriebenen Gerät ohne besondere Schleuseneinrichtungen
für Objekt und Platte auskommen zu können.
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An den Objektaufnahmeraum io5 ist eine Leitung i2o angeschlossen,
deren linkes Ende als Bahnkörper 121 für einen Umschalthahn 122 dient. Mit 123 ist
die Hauptvakuumpumpe bezeichnet. Dem unteren Vakuumraumteil 113 ist ein entsprechender
Bahnkörper 124 zugeordnet mit einem Umschalthahn 125 und einer über die Leitung
126 angeschlossenen Vakuumpumpe 128. Mit 127 ist eine Verbindungsleitung zwischen
den beiden Bahnkörpern 121 und 124 bezeichnet. Bei der dargestellten Schaltlage
ist die Hauptvakuumpumpe 123 über die Rohrleitung 12o direkt an dem Teil io5 des
Mikroskops angeschlossen und die Vorvakuumpumpe 128 über die Leitungen 126, 127
und 137 sowie über die Hahnkörper 122 und 125 mit der Hauptvakuumpumpe 123 verbunden.
Aus den Fig. 2 und 3 sind die Lufteinlaßöffnungen 129 und 130, die Kanäle 131 und
132, welche zum Oberteil io5 bzw. zum Unterteil 113 des Mikroskops führen,. und
die Kanäle 133 und 134, welche die Vorvakuumpumpe mit der Hauptvakuumpumpe zu verbinden
gestattet, ersichtlich.
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Der Umschalthahn iz5 hat außer der dargestellten Lage folgende Einstellmöglichkeiten:
Durch Drehen um 9o° in der Pfeilrichtung (Fig. 3) kann der Teil 113 des Mikroskops
mit der Vorvakuumpumpe verbunden werden. Durch weiteres Drehen um 9o° in derselben
Richtung kann der Teil 113 des Mikroskops mit der Außenluft verbunden werden. Bei
dieser Einstellung ist die Vorvakuumpumpe über den Kanal 134 wieder mit der Leitung
127 verbunden und kann bei entsprechender Einstellung des Hahnes 122 mit der Hauptvakuumpumpe
verbunden sein. Eine Rückdrehung um 9o° gestattet dann, den Mikroskopteil 113 an
die Leitung 126 anzuschließen und auf Vorvakuum zu evakuieren, ohne daß durch die
dabei auftretende vorübergehende Verschlechterung des Vorvakuumraumes der Druck
auf der Vorvakuumseite der Hauptpumpe unzulässig ansteigt. Entsprechendes gilt bei
der Betätigung des Hahnes 122.
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In den Fig. 4 bis 6 ist ein dem Raum 113 zugeordneter Hahn dargestellt,
der die gestellten Bedingungen zu erfüllen gestattet. Soweit die Einzelteile mit
denen in Fig. i und 2 übereinstimmen, sind die gleichen Bezugszeichen verwendet.
Wesentlich für die dargestellte konstruktive Ausführung ist es, daß von dem Punkt
vollen Luft-Um die im Ausführungsbeispiel dargestellte Objektivlinse hinsichtlich
ihrer Brennweite regeln zu können, ist dieser Linse ein zylindrischer Eisenmantel
57 zugeordnet, der in axialer Richtung verstellt werden kann. Zu diesem Zweck ist
er mit einem Innengewinde versehen, das mit einem auf dem Halter 58 vorgesehenen
Außengewinde zusammenarbeitet. Um äußere Beeinträchtigungen der bei den Linsen verwendeten
Dauermagnete zu verhindern, kann man diese Linsen außen mit einem Schutzmantel aus
unmagnetischem Material abschirmen. Ein derartiger Holzmantel 59 ist in der Figur
bei der Projektionslinse 21 angedeutet. Die Fig. 2 und 3 zeigen als weiteres Ausführungsbeispiel
der Erfindung schematisch einen Längsschnitt durch ein Elektronenmikroskop und die
zugeordnete Vakuumschaltung, die so ausgestaltet ist, daß an jeden Vakuumraumteil
je eine Evakuierungsleitung angeschlossen ist. Der Elektronenstrahlerzeuger ioi
bildet den oberen Teil des Mikroskops. Der Kathodenisolator io2 ist mit Hilfe eines
Abdichtungskonus 103 auf den Teil 104 der Vakuumwand aufgesetzt, der die
Objektkammer io5 bildet. Diese Objektkammer ist durch eine mit einer Trockendichtung
io6 versehenen Klappe 107 von außen her zugänglich. Die Objektpatrone io8
kann nach Öffnen dieser Klappe eingesetzt bzw. entnommen werden. Nach unten hin
schließt sich die Objektivlinse iog und daran ein Vakuumwandteil i io an, der mit
seinem unteren Ende auf der Projektionsdrucks,
nämlich von der Lufteinlaßstelle
130 aus in abgesperrtem Zustand die Luft nicht längs des Hahnumfanges, wo
infolge der Riefelbildung die größte Gefahr der Undichtheit besteht, in die Bohrungen
i32 und damit in den Hochvakuumraum gelangen kann. Das ist dadurch vermieden, daß
beiderseits zwischen der Stelle, an der sich in abgesperrtem Zustand die mit dem
Hochvakuumraum i 13 verbundenen Bohrungen 132 befinden einerseits und dem
Lufteinlaß 13o andererseits auf dem gleichen Umfang die beiden Vakuumanschlüsse
126 und 12,7 liegen, in denen etwa eindringende geringe Luftmengen abgesaugt werden.
Damit keine Riefen an diesen Anschlüssen vorbei in die Hochvakuumöffnung laufen
können, wird die eigentliche Lufteinlaßöffnung 136 im Hahnkörper 124 kleiner gemacht
als die Vorvakuumanschlüsse 126 und 127.
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Es empfiehlt sich, den Hahn 125 mit dem Verschluß 118 unterhalb des
Projektivs so zu verriegeln, daß der Hahn nur in die Lufteinlaßstellung gestellt
werden kann, wenn der Verschluß geschlossen ist. Die Verriegelung wird weiterhin
vorzugsweise so durchgebildet, daß der Verschluß 118 nur geöffnet werden kann, wenn
der Hahn 125 so eingestellt ist, daß der Raum 113 durch ihn abgesperrt ist. Zu diesem
Zweck wird der Hahn 125 kurz unterhalb des Verschlusses i 18 angeordnet.
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Der Umschalthahn 122 hat außer der in der Fig. 2 dargestellten Einstellmöglichkeit,
in welcher die Vorvakuumpumpe mit der Hauptvakuumpumpe verbunden und diese Pumpe
mit dem Teil 105 des Mikroskops verbunden ist, noch folgende andere Einstellmöglichkeiten:
Durch Drehen des Hahnes 122 um 9o° in der Pfeilrichtung wird der Raum io5 des Mikroskops
an die Leitung 127 angeschlossen, er kann damit bei entsprechender Einstellung des
Hahnes 125 mit der Vorvakuumpumpe verbunden werden. Durch weiteres Drehen um 9o°
wird der Teil 105 des Mikroskops mit dem Lufteinlaßkanal 129 verbunden. In dieser
Stellung ist die Hauptvakuumpumpe vom Raum io5 abgesperrt und über die Leitung 137
wiederum an die Leitung 127 angeschlossen.
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In den Fig. 7 und 8 ist eine konstruktive Ausführungsform eines dem
Raum 105 zugeordneten Umschalthahnes dargestellt, der die gestellten Bedingungen
zu erfüllen gestattet. Soweit die Einzelteile mit denen in Fig. i und 2 übereinstimmen,
sind die gleichen Bezugszeichen verwendet. Auch in diesem Falle ist der Hahn so
ausgestaltet, daß die Vakuumkanäle weitgehend gegen das Eindringen von Luft geschützt
sind.