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Mit magnetischen Polschuhlinsen ausgerüstetes Elektronenmikroskop
Bei magnetischen Linsen, wie sie beispielsweise in Elektronenmikroskopen verwendet
werden, besteht bekanntlich die Möglichkeit, durch Änderung der Feldstärke die Brennweite
der Linse zu verändern. Diese Möglichkeit hat man bisher bei Elektronenmikroskopen
dazu ausgenutzt, mit ein und derselben magnetischen Linse verschiedene Vergrößerungen
des Objektes zu erzielen. Dabei änderte sich der Erregerzustand der Polschuhe der
Linse vom Sättigungszustand bis zu sehr kleinen Induktionen. Außerdem wurde bisher
der Sättigungszustand vielfach bei den aus räumlichen Gründen erreichbaren kleinsten
Objektabständen nicht erreicht. Arbeitet man mit magnetischen Polschüh@linsen im
unigesättigten Bereich, so bringen die niemals völlig zu vermeidenden magnetischen
Inhomogenitäten Fehler bei der Abbildung. Die Erfindung geht von der Erkenntnis
aus, daß diese durch die magnetischen Inhomogenitäten bedingten Fehler zurücktreten,
wenn man stets mit gesättigten Polschuhen arbeitet. Erfindungsgemäß sind daher einer
magnetischen Polschuhlinse zur Veränderung ihrer Brennweite zwei oder mehrere Polschuhe
zugeordnet, die gegeneinander ausgetauscht werden können und von denen jeder so
bemessen ist, .daß er bei .der zugehörigen Strahlspannung gesättigt ist. Man wird
die Polschuhe vorzugsweise so dimensionieren, daß sie zwar gerade gesättigt sind,
jedoch noch ein steiles Feld erzeugen. Bei Anwendung der Erfindung geht man also
von der bisherigen Übung, ein einziges Objektiv für alle Vergrößerungen zu benutzen,
ab und
benutzt zwecks Erreichung der geeigneten Sättigung für jede
gewünschteVergrößerungein besonderes, gerade hierfür bemessenes Polschuhpaar. Arbeitet
man im Elektronenmikroskop mit verschiedener Strahlspannung, so empfiehlt es sich,
für eine geforderte Vergrößerung jeweils für einen bestimmten Strahlspannungswert
auch ein besonderes Polschuhpaar zu verwenden. Man wird also beispielsweise beim
Betrieb mit drei verschiedenen Strahlspannungen und zwei Objektivvergrößerungen
sechs verschiedene entsprechend bemessene Polschuhpaare anwenden. Unter Umständen
kann es allerdings auch gelingen, ein Polschuhpaar gleichzeitig für hohe Vergrößerung
bei kleiner Strahlspannung und für kleine Vergrößerung bei hoher Strahlspannung
richtig zu dimensionieren, so daß sich dementsprechend dann die Zahl der benötigten
Polschuhe ermäßigt. Für die Projektionslinse des Elektronenmikroskops wird man ebenfalls
mehrere auswechselbare Polschuhpaare verwenden, um auch hier verzerrungsfreie Felder
zu erhalten.
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Man wird die jeweils einer magnetischen Linse zugeordneten Polachuhpaare
gemäß der weiteren Erfindung im Vakuumraum des Mikroskops derart anordnen, daß sie
durch von außen her zu bedienende Antriebsmittel unter Vakuum ausgewechselt werden
können. Bei einer solchen Anordnung ist der Übergang von einer Vergrößerung zur
anderen in kürzester Zeit ohne Schwierigkeit durchzuführen. Man kann beispielsweise
die einzelnen Polschuhe auf einem gemeinsamen Träger montieren, der durch einen
äußeren Antrieb verstellt werden kann. Für derartige Anordnungen sind in der Zeichnung
Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
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Fig. i und 2 zeigt im Längs- und Querschnitt eine magnetische Objektivlinse
eines Elektronenmikroskops. In diesem Falle ist ein Polschuhträger vorhanden, mit
dessen Hilfe .die Polschuhe quer zur Strahlrichtung verstellt werden können. Mit
r ist die Wicklung der Objektivlinse bezeichnet. 2 ist der Eisenmantel der Linse.
Dieser Eisenmantel umschließt einen oberhalb der Wicklung i angeordneten Polschuhträger
3, auf dem drei verschiedene Polsdhu'hp.aare 4, 5 und 6 befestigt_sind. Die ausmagnetischem
Material bestehenden Polschuhe werden durch den aufs unmagnetischem Material z.
B. Messing, bestehenden Halter gehalten.- Durch eine Antriebsspindel 7, die mit
Hilfe eines in die Vakuumwand 8 eingesetzten drehbaren Schliffes 9 angetrieben werden
kann, wird der Träger 3 mit Hilfe der daran befestigten Antriebsmutter io quer zur
Richtung i i des Elektronenstrahls verstellt. In der dargestellten Betriebslage
befindet sich das Polschuhpaar 6, dem die große Brennweite zugeordnet ist, im Strahlengang.
Durch Verstellung des Trägers 3 von links nach rechts kann das Polschuhpaar 5 mit
der mittleren Brennweite und schließlich das Polschuhpaar 4 mit der kleinsten Brennweite
in Betrieb genommen werden. Der Raum 12; in welchen sich der Träger 3 erstreckt,
ist vom Wicklungsraum i durch eine Messingplatte 13 abgetrennt. Fig. 3 zeigt ein
anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei welchem der Polschuhträger so angeordnet
ist, daß die einzelnen Polschuhe in der Strahlrichtung verstellt werden können.
In diesem Ausführungsbeispiel ist eine Projektionslinse eines Elektronenmikroskops
dargestellt. Mit 21 ist die Wicklung der Linse, mit 22 der magnetische Mantel bezeichnet.
Der durch das magnetische Material frei gelassene ringförmige Innenspalt ist durch
einen Messingring 23 ausgefüllt. Mit 24 ist der Polschuhträger bezeichnet. Diesem
sind drei Polschuhpaare 25, 26 und 27 zugeordnet. Die einzelnen Polschuhe sind voneinander
.durch entsprechende Ringe 28,:29 und 3o aus nicht magnetischem Material getrennt.
Die Polschuhe und die Ringe bilden einen einheitlichen Körper. Dieser besitzt auf
seiner linken Seite eine Zahnstange 3 i, die durch ein Zahnrad 32 in der Strahlrichtung
verstellt werden kann. Das Zahnrad 32 kann durch in der Figur nicht dargestellte,
von außen her z. B. mit Hilfe eines Vakuumschliffes zu betätigende Antriebsmittel
verstellt werden. Die Brennweite der durch die Polschuhe 27 gebildeten Linse wird
vorzugsweise so bemessen, daß der Brennpunkt dieser Linse gerade in dem Bereich
zwischen den Polschuhen 25 liegt. Auf diese Weise wird sicher erreicht, daß die
Polschuhe 25, welche verhältnismäßig kleine Bohrungen haben, den Strahlengang nicht
stören. In der dargestellten Betriebslage ist das mittlere Polschuhpaar 26, dem
eine mittlere Brennweite zugeordnet ist, eingeschaltet. Durch Verstellen des Polschuhträgers
24 nach unten kann das Polschuhpaar 27 mit der größten Brennweite und durch Verstellen
des Polschuhträgers 24 nach oben kann das Polschuhpaar 25 mit der kürzesten Brennweite
in Betrieb genommen werden. Mit 33 ist eine in das Mikroskop eingebaute Scheibe
bezeichnet, die mehrere verschieden große Blendenöffnungen 34, 35 usw. besitzt.
Diese Scheibe 33 kann mit Hilfe der Kegelräder 36, 37 und des konischen Schliffes
38 von außen verdreht werden, so daß man .dem jeweils in Betrieb befindlichen Polschühpaar
die entsprechende Blende zuordnen kann.
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Um den Einfluß von Inhomogenitäten im äußeren Eisenkreis der Polschuhe
hintanzuhalten, wird man den Eisenkreis zweckmäßig so bemessen, daß an allen Stellen,
an .denen durch konstruktive Maßnahmen (Luftkanäle, Schraubenlöcher, Betätigungsschlitze
od. .dgl.) die Rotationssymmetrie des Kreises gestört ist, im Gegensatz zum Polschuhmaterial
keine Sättigung herrscht. Da bei der Erfindung von einer Änderung .der Durchflutung
zur groben Einstellung .auf die gewünschte Vergrößerung und die gewählte Strahlspannung
kein Gebrauch gemacht wird, kann man auf eine Regelbarkeit der Durchflutung über
sehr große Bereiche ganz verzichten und damit an elektrischem Aufwand sparen. Man
wird dann die verschiedenen Polschuhpaare so dimensionieren, daß nur ein Teil der
magnetischen Gesamtspannung am Linsenluftspalt liegt und ein anderer Teil an einer
Stelle, an der er optisch nicht wirksam ist. Man. erzielt dies durch Anbringen von
Spalten oder Nebenschlüssen;
bei magnetostatischen Linsen wird man
die Methode des Nebenschlusses vorziehen.
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Die zur Scharfstellung des Bildes dienende Feinregelung kann man bei
elektromagnetischen Linsen mit Hilfe eines regelbaren Nebenschlusses durchführen.