DE939396C

DE939396C - Low-distortion electrical lens system for corpuscular beam apparatus, especially electron microscopes

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Publication number: DE939396C
Application number: DET9234A
Authority: DE
Original assignee: Trueb Taeuber & Co A G Zuerich (schweiz)
Current assignee: Trueb Taeuber & Co A G Zuerich (schweiz)
Priority date: 1953-04-30
Filing date: 1954-03-23
Publication date: 1956-02-23
Also published as: CH312422A; FR1105876A

Description

Überall dort, wo eine Abbildung mit relativ großem Bildwinkel durch Strahlen von kleiner Apertur stattfindet, macht sich der sphärische Fehler der elektrischen Linsen als Verzeichnung im Bilde bemerkbar. Dies ist vor allem der Fall bei modernen Elektronenmikroskopen kurzer Bauart, wo die Distanz zwischen Projektivlinse und Leuchtschirm oder Photoplatte möglichst klein gewählt wird.Wherever imaging takes place with a relatively large angle of view through beams with a small aperture, the spherical error of the electric lenses becomes noticeable as a distortion in the image. This is especially the case with modern short-type electron microscopes, where the distance between Projective lens and fluorescent screen or photo plate is chosen to be as small as possible.

Eine bekannte Art, diese Verzeichnung' zu vermeiden, besteht in der Hintereinanderschaltung zweier Linsen zu einem Projektivlinsensystem, wobei die Daten dieser Linsen so gewählt werden, daß deren Verzeichnungen sich im Endbild kompensieren.A well-known way of avoiding this distortion consists of connecting two lenses in series to form a projective lens system, where the data of these lenses are chosen so that their distortions compensate each other in the final image.

Es sei L_a (Fig. i) die erste Linse mit der Brennweite f_a, Z₆ die zweite Linse mit der Brennweite f_b und S der Leuchtschirm oder die photographische Schicht, Die Distanz zwischen den beiden Linsen beträgt d; zwischen Z₆ und Leuchtschirm S liegt der Abstand D. Die Strahlen fallen in die Linse L_a mit einer sehr kleinen Apertur und näherungsweise parallel ein. Ihre Apertur soll für das Weitere vernachlässigt werden, und es sei vorausgesetzt, daß sie parallel einfallen. Ebenso sollen die Linsen L_a und Z₆ als dünn angenommen werden.Let L _a (FIG. I) be the first lens with the focal length f _a , Z ₆ the second lens with the focal length f _b and S the luminescent screen or the photographic layer. The distance between the two lenses is d; The distance D lies between Z ₆ and the luminescent screen S. The rays enter the lens L _a with a very small aperture and are approximately parallel. Their aperture should be neglected for the rest, and it is assumed that they are incident in parallel. The lenses L _a and Z _{6 should also} be assumed to be thin.

Ein im Abstand ν von der Hauptachse einfallender Strahl würde von einer aberrationsfreien Linse L_a so gebrochen, daß er die Hauptachse im Abstand f_a schneiden und mit dem Abstand p von der Hauptachse in die Linse Z₆ eintreten würde. Durch die sphärische Aberration wird die Brennweite dieser Linse für diesen Strahl zu fd verkürzt. Der Strahl tritt mit dem Abstand φ' in die Linse Z₅ ein. VonAn incident beam at a distance ν from the main axis would be refracted by an aberration-free lens L _{a in} such a way that it would intersect the main axis at a distance f _a and enter _{lens Z 6} at a distance p from the main axis. The spherical aberration shortens the focal length of this lens for this beam to fd. The beam enters the lens Z ₅ at the distance φ ' . from

einer aberrationsfreien LinseX₆ würde dieser Strahl so gebrochen, daß er mit dem Abstand q von der Hauptachse den Leuchtschirm S treffen würde; durch die sphärische Aberration wird dieser Abstand zu q' verkleinert.With an aberration-free lens X ₆ , this beam would be refracted in such a way that it would hit the fluorescent screen S at a distance q from the main axis; the spherical aberration reduces this distance to q ' .

Das Endbild wird verzeichnungsfrei, wenn q' eine lineare Funktion von r ist. Aus den geometrischen BeziehungenThe final image becomes distortion-free if q 'is a linear function of r . From the geometric relationships

»6»6

D+u_b'D + u _b '

und der Linsenforniel für die mit sphärischer Aberration behaftete Linse L_b (deren Brennweite für den betrachteten Strahl f _b sei)and the lens shape for the lens L _b afflicted with spherical aberration (the focal length of which for the beam under consideration is f _b )

dd 11 DD. II. •d• d II. «6«6 hH %'% ' ηη /Y/ Y D +D + ■+"■ + " DD. fafa fafa

Damit — von r unabhängig wird, muß der ganze mit r² So that - becomes independent of r , the whole with r ²

multiplizierte Ausdruck in (3) Null werden. So ergibt sichmultiplied expression in (3) become zero. So it turns out

Ist die Beziehung (4) zwischen f_a und f_b erfüllt, so ist q' eine lineare Funktion von r und somit das Endbild verzeichnungsfrei.If the relationship (4) between f _a and f _{b is} fulfilled, then q 'is a linear function of r and thus the final image is free of distortion.

Bekannt ist die spezielle Lösung dieser Gleichung (4) mit den WertenThe special solution to this equation (4) with the values is known

f _β = d und /"„ =f _β = d and / "" =

DdDd

(5)(5)

Dies ergibt ein verzeichnungsfreies Endbild mit festen Brennweiten f_a und f _h und damit nur für eine feste Vergrößerung. Der große Vorteil z. B. der elektromagnetischen Linsen, nämlich die einfache Veränderungsmöglichkeit ihrer Brennweite und Vergrößerung, entfällt in diesem Falle.This results in a distortion-free final image with fixed focal lengths f _a and f _h and thus only for a fixed magnification. The big advantage z. B. the electromagnetic lenses, namely the simple possibility of changing their focal length and magnification, is omitted in this case.

Die vorliegende Erfindung bezweckt die Ermöglichung variabler Vergrößerung eines verzeichnungsarmen elektrischen Linsensystems. Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die Brennweiten der Linsen in einem beliebigen Bereich wenigstens näherungsweise die Gleichung (4) erfüllen, so daß für nahezu parallel in das System einfallende Strahlen kleiner Apertur eine variable, näherungsweise verzeichnungs-■ freie Vergrößerung erzeugt wird. Die vollständige Steuerung der Brennweiten zweier Linsen nach der Gleichung (4) für alle Werte von f ist ein mit einfachen Mitteln nicht zu bewältigendes Problem. Wenn aber innerhalb eines gewissen Bereiches die Funktion f j = f_b \f_a) die Beziehung (4) näherungsweise erfüllt, so ist der Zweck der Erfindung erreicht, nämlich eine annähernd verzerrungsfreie variable Endbildvergrößerung.] '■'"■-.The present invention aims to enable variable magnification of a low distortion electric lens system. According to the invention, this is achieved in that the focal lengths of the lenses in any range at least approximately satisfy equation (4), so that a variable, approximately distortion-free magnification is generated for almost parallel rays of small aperture into the system. The complete control of the focal lengths of two lenses according to equation (4) for all values of f is a problem that cannot be overcome with simple means. If, however, within a certain range the function f j = f _b \ f _a ) approximately fulfills relation (4), the purpose of the invention is achieved, namely an approximately distortion-free variable final image enlargement.] '■'"■ -.

Zur näheren Erläuterung soll die Beziehung (4) für ein praktisches Beispiel ausgewertet werden. Fig. 2 ist abzuleiten, daß
q' D+d For a more detailed explanation, the relationship (4) should be evaluated for a practical example. Fig. 2 can be deduced that
q 'D + d

-\ 7Π - \ 7Π

D-dD-d

rr fa ' Ufa 'u fa'Kfa'K ^{V/V /}

Die Konstante der sphärischen Aberration gibt die Beziehung zwischen der Brennweite f für achsennahe Strahlen und der Brennweite f- (r) für einen Strahl mit dem Achsenabstand r. Für elektrische Linsen mit variabler Brennweite ist die DarstellungThe constant of the spherical aberration gives the relationship between the focal length f for on-axis rays and the focal length f- (r) for a ray with axis distance r. For electric lenses with variable focal length, the illustration is

f (r)= jf-(r-Ä-r«) (2)f (r) = jf- (r-Ä-r «) (2)

am bequemsten, da die so definierte Konstante k unabhängig von der Brennweite ist. Angewendet auf die Geometrie in Fig. ι ergibt sichmost convenient, since the constant k defined in this way is independent of the focal length. Applied to the geometry in FIG

U^fa-fr—h-r⁹), Durch Einsetzen dieser Beziehungen in (i) folgt U ^ fa-fr-hr ⁹ ), substituting these relationships in (i) it follows

k_b-D(f_a —k _b -D (f _a -

d-fgd-fg

(3)(3)

stellt eine beispielsweise Ausführungsform eines für den Zweck der Erfindung geeigneten Systems von > zwei elektromagnetischen Linsen dar. Die für die obere Linse L_a und die untere Linse L₆ getrennten Wicklungen W_a und W_b sind in diesem Beispiel in einem gemeinsamen Gehäuse M aus magnetischem Material untergebracht. Der Mittelschluß des Gehäuses M führt zum gemeinsamen mittleren Polschuh des Polschuheinsatzes E. Die beiden Linsen könnten ebensogut in allen ihren Teilen getrennt verwendet werden.represents an example embodiment of a system of> two electromagnetic lenses suitable for the purpose of the invention. The separate windings W _a and W _b for the upper lens L _a and the lower lens L ₆ are in this example in a common housing M made of magnetic material Material housed. The middle connection of the housing M leads to the common middle pole piece of the pole piece insert E. The two lenses could just as well be used separately in all their parts.

Zwei in dieser Anordnung verwendete Linsen L_a und L_b ergaben bei Ausmessung für die Konstanten der sphärischen Aberration Two lenses L _a and L _b used in this arrangement, when measured, gave the constants of spherical aberration

k_a = 0,0217 mm-², h = 0,0315 mm-² . k _a = 0.0217 mm- ² , h = 0.0315 mm- ² .

Die Distanzen der Anordnungen waren D = 280 mm und d = 30 mm. Diese Werte in Gleichung (4) eingesetzt, ergeben die Kurve f_b (f_a), welche in Fig. 3 dargestellt ist. Die erzeugte Endbildvergrößerung errechnet sich nach (3) zuThe distances between the arrangements were D = 280 mm and d = 30 mm. Inserting these values in equation (4) results in the curve f _b (f _a ), which is shown in FIG. 3. The generated final image enlargement is calculated according to (3)

D + dD + d

D_D_

τ lh\ τ lh \

f f ^x · \^υ)ff ^x \ ^υ )

IaTtIaTt

da ja der Rest der Gleichung (3) identisch Null gemacht wurde. Die für die Wertpaare (f_a, f_b) der ausgemessenen Linsen errechneteEndbildvergrößerung (F) ist ebenfalls in Fig. 3 eingezeichnet.since the rest of equation (3) was made identically zero. The final image magnification (F _{) calculated for the value pairs (f a} , f _b ) of the measured lenses is also shown in FIG.

Aus dieser Darstellung ist sofort ersichtlich, daß nur der mittlere Teil der Kurve für die vorliegende Erfindung von wesentlichem Interesse ist. Im rechten, flachen Teil der .Kurve läßt sich nur eine annähernd konstante Vergrößerung erzielen; dort liegt auch der bisher bekannte Spezialfall (5). Im linken, steilen (nicht gezeichneten) Teil der Kurve wird f_b rasch sehr groß, d. h. bei großen Vergrößerungen ist die Verzeichnung der ersten Linse allein so klein, daß eine Kompensation des Fehlers unnötig wird, wie das aus der Praxis bekannt ist. Die Erfindung ist deshalb vorFrom this illustration it is immediately apparent that only the middle part of the curve is of essential interest to the present invention. In the right, flat part of the curve, only an approximately constant magnification can be achieved; there is also the previously known special case (5). In the left, steep (not shown) part of the curve, f _b quickly becomes very large, ie with large magnifications the distortion of the first lens alone is so small that a compensation of the error becomes unnecessary, as is known from practice. The invention is therefore before

allem für relativ kleine, aber variable Vergrößerung von Interesse.of interest especially for relatively small but variable magnifications.

Das weitere Problem besteht nun darin, daß eine Schaltung für die gemeinsame Steuerung der beiden Linsenströme i_a und i_b gefunden wird, welche bewirkt, daß sich f_a und f_b gleichzeitig in solcher Weise verändern, daß sie in dem interessierenden Bereich näherungsweise die Beziehung (4) erfüllen. Im Prinzip erfüllt jede Schaltung, welche f_b verkleinert, während f_a vergrößert wird, diese Forderung. Der Korrekturgrad der Verzeichnung im Endbild hängt jedoch stark von der durch die Schaltung gegebenen Kurvenform fb (fa) ab.The further problem is that a circuit for the common control of the two lens currents i _a and i _{b is} found which causes f _a and f _{b to change} simultaneously in such a way that they approximate the relationship in the region of interest (4) meet. In principle, every circuit which reduces f _b while increasing f _a fulfills this requirement. The degree of correction of the distortion in the final image depends heavily on the curve shape fb (fa) given by the circuit.

Im folgenden sollen zwei solche Schaltungen als Beispiele angegeben werden, welche der Erfindung entsprechen.In the following, two such circuits will be given as examples which embody the invention correspond.

Schaltung I (Fig. 4): Es bedeuten W_a und W_b die Widerstandswerte der beiden Linsenwicklungen, E eine Gleichspannungsquelle von vernachlässigbarem Innenwiderstand. Die Reguliervorrichtung besteht aus zwei Potentiometern R_a und R_b mit gemeinsamem Abgriff. Die Stellung des Abgriffes wird von einem Ende der Widerstände aus mit der Zahl m gemessen, wo der ganze Weg des Abgriffes der Zahl 1 entspricht. Dann giltCircuit I (Fig. 4): W _a and W _{b denote} the resistance values of the two lens windings, E a direct voltage source of negligible internal resistance. The regulating device consists of two potentiometers R _a and R _b with a common tap. The position of the tap is measured from one end of the resistors with the number m , where the entire path of the tap corresponds to the number 1. Then applies

£=*«· Wa + (1—w)Kai = H
Setzt man noch£ = * «· Wa + (1-w) Kai = H
You still bet

R_b R _b

= n- R₁,= n- R ₁ ,

(7)(7)

so wirdso will

W_n + nR_h W _n + nR _h

nEnE

ni„ni "

Weiter setzt manYou continue to bet

A = A =

W_a W _a + + nR_b no _b ++ nW_b nW _b
nEnE

"B — "B -

so daßso that

H =H =

A-IA-I

(9)(9)

(10)(10)

Aus dieser Beziehung i_b (i_a) soll die Beziehung f_b (f_a) hergeleitet werden. Für magnetische Linsen im Bereich vernachlässigbarer Sättigung giltThe relationship f _b (f _a ) should be derived from this relationship i _b (i _a ). The following applies to magnetic lenses in the range of negligible saturation

(II)(II)

Setzt man entsprechendIf you set accordingly

V₁' = V₁ +V ₁ '= V ₁ +

d)-k_a d) -k _a

fafa

Der Ausdruck in der eckigen Klammer ist aber nach (4) nichts anderes als (/"j¹—f_b). Der für jede Vergröße-However, according to (4), the expression in square brackets is nothing other than (/ "j ¹ - f _b ).

so erhält man aus (10):we get from (10):

Yc₁₁K'Yc ₁₁ K '

(12)(12)

Dies ist die Funktion f_b ^T (f_a) für die Schaltung I. Sie enthält zwei unabhängige Konstanten^ und B, so daß die beiden Kurven fj (f_a) und f_b (f_a), d. h. Formel (4), sich in zwei frei wählbaren Punkten überschneiden. This is the function f _b ^T (f _a ) for circuit I. It contains two independent constants ^ and B, so that the two curves fj (f _a ) and f _b (f _a ), ie formula (4), are mutually exclusive intersect in two freely selectable points.

Für das schon erwähnte Beispiel der ausgemessenen Linsen L_a und L_b wurde erhaltenFor the example already mentioned, the measured lenses L _a and L _b were obtained

c_a = 0,059 mm-¹ Amp.-², C₆ = 0,056 mm-¹ Amp.-². c _a = 0.059 mm- ¹ Amp.- ^2, C ₆ = 0.056 mm ¹ Amp.-. ²

Setzt man in (12) für f_b ^x die zwei aus Fig. 3 entnommenen Werte von f_b für f_a — 12 mm und f_a ■ = 20 mm ein, so ergeben sich zwei Gleichungen für A und B, aus welchen die Werte hervorgehen If the two values of f _b taken from FIG. 3 for f _a - 12 mm and f _a = 20 mm are inserted in (12) for f _b ^x , then two equations for A and B result from which the values emerge

A =4,90 Amp.-¹, B =3,31. A = 4.90 amps. ^-1 , B = 3.31.

Mit diesen Werten erhält man aus (9), wenn die Widerstände W_a und TF₆ mit den gemessenen Werten 10 Ω und 8 Ω eingesetzt werden, für die Schaltelemente der Schaltung IWith these values one obtains from (9), if the resistors W _a and TF ₆ with the measured values 10 Ω and 8 Ω are used, for the switching elements of the circuit I.

R_a = 5,4 Ω , R_b = 18 Ω . R _a = 5.4 Ω, R _b = 18 Ω.

Die für die so dotierte Schaltung I aus (12) errechnete Funktion fj- (f_a) ist zusammen mit der Funktion fb {fa) ^nacn (4) ^m Fig· 5 dargestellt. Aus diesem Diagramm ist ersichtlich, daß die Schaltung I eine mit nicht allzu großer Verzeichnung behaftete Vergrößerung im Bereich von f_a = 10 mm bis f_a = 20 mm erlaubt, wobei die Verzeichnung innerhalb dieses Bereiches an zwei Stellen ganz verschwindet, nämlich für die vorgegebenen Werte f_a — 12 mm und f_a = 20 mm.The calculated for the so-doped circuit I from (12) function FJ (f _a) is displayed together with the function fb {fa) ^NaCN (4) ^m · Fig. 5 From this diagram it can be seen that the circuit I _{permits a} magnification in the range from f a = 10 mm to f _a = 20 mm with not too great a distortion, whereby the distortion disappears completely in two places within this range, namely for the specified ones Values f _a - 12 mm and f _a = 20 mm.

Die durch diese Schaltung I erzeugten Vergrößerungen berechnen sich (für achsennahe Strahlen, d. h. für r ->- 0) nach (6) zuThe magnifications generated by this circuit I are calculated (for rays close to the axis, ie for r -> - 0) according to (6)

DdDd

fafa

(13)(13)

Die numerischen Werte sind in Fig. 5 ebenfalls eingetragen. The numerical values are also entered in FIG.

Es bleibt noch die Bestimmung der restlichen Verzeichnung. Der Koeffizient K der Verzeichnung ist gegeben durch die relative Differenz der Vergrößerung V am Bildrand und der Vergrößerung V in der Bildmitte, alsoIt remains to determine the remaining distortion. The coefficient K of the distortion is given by the relative difference between the magnification V at the edge of the image and the magnification V in the center of the image

K = K =

Nach (3) und (13) istAccording to (3) and (13) is

Vi-V₁ V₁ Vi-V ₁ V ₁

(14)(14)

— ι- ι

rung größte abgebildete Radius r entspricht dem Leuchtschirmdurchmesser I (im genannten BeispielThe largest illustrated radius r corresponds to the screen diameter I (in the example mentioned

40 mm), dividiert durch die entsprechende Vergrößerung (wobei wir F₁' näherungsweise durch F₁ ersetzen) . Für dieses r = -ψ- ist die Konstante K bei jeder Vergrößerung zu berechnen; sie wird also40 mm), divided by the corresponding magnification (where we _{approximately replace F 1} 'by F ₁ ). For this r = -ψ- the constant K has to be calculated for each enlargement; so she will

&- ⁼ —τΓβ—ψ—ψΎ~ ' ^^ftI —'^⁶) ' & - ⁼ —τΓβ— ψ - ψΎ ~ ' ^ ^ftI -' ^ ⁶ ) '

Für das Beispiel f J (f_a) aus Fig. 5 ergeben sich folgende Zahlenwerte für K (um die Verzeichnung in °/₀ anzügeben, wurde K mit 100 multipliziert):For the example f J (f _a ) from Fig. 5 the following numerical values result for K (in order to indicate the distortion in ° / ₀ , K was multiplied by 100):

f_a: 10 12 14 16 18 20 22 24 mm f _a : 10 12 14 16 18 20 22 24 mm

100if: -3 Ό 3 5 5 0 -20 -70°/o100if: -3 Ό 3 5 5 0 -20 -70 ° / o

(Positive Werte bedeuten kissenförmige, negative tonnenförmige Verzeichnung.)(Positive values mean pincushion, negative barrel distortion.)

Die Tabelle zeigt, daß mit Hilfe der Schaltung I im vorliegenden Beispiel das beschriebene Linsensystem so gesteuert werden kann, daß innerhalb des Vergrößerungsbereiches F = 10 bis F = 24 die Vergrößerung durch eine einzige mechanische Verstellung kontinuierlich variabel ist, wobei die Verzeichnung 5 % nicht übersteigt.
Der hier betrachtete Koeffizient K berücksichtigt nur die isotrope Verzeichnung der magnetischen Linsen; in Wirklichkeit kommt die bei magnetischen Linsen immer vorhandene anisotrope oder Drehverzeichnung dazu. Sie darf hier vernachlässigt werden, weil sie bei weitem nicht in dem Maße störende Werte erreicht wie die isotrope Verzeichnung. Wenn insbesondere die Spulenströme in den beiden Wicklungen W_a und Wij entgegengesetzt gerichtet sind, so hebt sich die Drehverzeichnung bis auf eine schwache S-Verzeichnung auf. Außerdem ist das System in diesem Falle weitgehend verdrehungsfrei, besonders bei kleinen Vergrößerungen, ~vro f_t und f_a ähnliche Größen annehmen.The table shows that with the aid of circuit I in the present example, the lens system described can be controlled so that within the magnification range F = 10 to F = 24 the magnification is continuously variable by a single mechanical adjustment, the distortion not exceeding 5% .
The coefficient K considered here only takes into account the isotropic distortion of the magnetic lenses; In reality, there is also the anisotropic or rotational distortion that is always present in magnetic lenses. It can be neglected here because it does not reach the same level of disruptive values as isotropic distortion. If, in particular, the coil currents in the two windings W _a and Wij are directed in opposite directions, the rotational distortion is canceled out except for a weak S distortion. In addition, in this case the system is largely free of twisting, especially in the case of small magnifications, ~ vro f _t and f _a assume similar sizes.

Schaltung" II (Fig. 6): Diese Schaltung enthält drei unabhängige Konstanten und gestattet daher eine bessere Annäherung der Beziehung (4). Die Reguliervorrichtung besteht aus zwei Regulierwiderständen R_a und R_t, deren elektrisch getrennte Abgriffe mechanisch gemeinsam geführt werden. R_a wirkt dabei als Vorschaltwiderstand zu W_a, R_t als Shunt zu W_t; r und -/ sind zwei feste Widerstände. Der Abstand der Abgriffe von R_a und 2?„ von ihrem einen Ende wird durch die Zahlm gemessen. Die analog dem Beispiel von Schaltung I durchgeführte Rechnung führt mit R_b = η · R_a aufCircuit "II (Fig. 6): This circuit contains three independent constants and therefore allows a better approximation of relation (4). The regulating device consists of two regulating resistors R _a and R _t , the electrically separated taps of which are mechanically guided together. R _a acts as a series resistor to W _a , R _t as a shunt to W _t ; r and - / are two fixed resistors. The distance between the taps of R _a and 2? "from one end is measured by the number m. The analogous to the example The calculation carried out by circuit I lists with R _b = η · R _a

mitwith

η ■ Eη ■ E

Β —Β -

w_b+_.w _b + _.

r-W_b n-E² rW _b nE ²

DarausFrom it

ι —ι -

Als Bezugspunkte sollen diesmal die drei f ₆-Werte für f_a = 12, 18 und 24 mm aus Fig. 3 gewählt werden. So erhält man ; "This time, the three f ₆ values for f _a = 12, 18 and 24 mm from FIG. 3 are to be selected as reference points. So you get; "

A =o,732^:Amp.-¹, A = o, 732 ^: amp. ^-1 ,

C = 0,123 Amp.-² C = 0.123 amps. - ²

und weiter . ' .and further . '.

r= 3,75Ω, η = 1,69, f = 2,05 O .r = 3.75 Ω, η = 1.69, f = 2.05 O.

Die Werte von R_a und R_b (außer ihrem durch η gegebenen Verhältnis) gehen bei dieser Schaltung nicht in die Rechnung ein; sie können so gewählt werden, daß die minimale Vergrößerung mit genügend kleiner Verzeichnung nicht unterschritten werden kann. Dann ist in diesem Beispiel der ganze regulier-r bare Bereich im vorgegebenen Maße verzeichnungsarm.The values of R _a and R _b (apart from their ratio given by η ) are not included in the calculation in this circuit; they can be chosen so that the minimum magnification with sufficiently small distortion cannot be undershot. Then, in this example, the entire controllable area is low in distortion to the specified extent.

Die Resultate für das Beispiel des oben betrachteten Linsensystems in Verbindung mit der Schaltung Il sind in Fig. 7 eingetragen. Die entsprechenden Restverzeichnungen sindThe results for the example of the lens system considered above in connection with the circuit II are entered in FIG. 7. The corresponding residual distortions are

f_a: 10 12 14 -16 18 20 22 24 mm 100if: 2,8 ο -2,0-1,1 0 1,4 1,5 0% f _a : 10 12 14 -16 18 20 22 24 mm 100if: 2.8 ο -2.0-1.1 0 1.4 1.5 0%

Die Schaltung II erlaubt im Vergrößerungsbereich 9,4 bis 24 durch eine einzige mechanische Regulierung erzielbare kontinuierliche Vergrößerungen, deren Zerrung 2 °/₀ nicht überschreitet. ·The circuit II allows in the magnification range 9.4 to 24, achievable by a single mechanical regulation, continuous enlargements, the distortion of which does not exceed _{2 ° / 0.} ·

Die experimentellen Resultate bestätigen diese Ergebnisse der Theorie. Immerhin können gewisse Abweichungen in den als optimal berechneten Werten für die Schaltelemente festgestellt werden. Dies kann durch mehrere in der Theorie nicht berücksichtigte Komplikationen erklärt werden:The experimental results confirm these results of the theory. After all, certain can Deviations are found in the values calculated as optimal for the switching elements. This can can be explained by several complications not considered in the theory:

1. Der Einfall der Strahlen in die Linse L_a ist nicht genau parallel und ändert sich mit F.1. The incidence of the rays in the lens L _a is not exactly parallel and changes with F.

2. Die Linsen können nicht genau als dünne Linsen behandelt werden.2. The lenses cannot be treated exactly as thin lenses.

3. Zum Teil mit 2. zusammenhängend sind c und k nicht genau konstant.3. Partly connected with 2. c and k are not exactly constant.

Die Abweichungen von den theoretischen Resultaten sind jedoch geringfügig und übersteigen einige Prozente nicht. Die letzte Justierung der Systeme kann mit Hilfe der verschiedenen Widerstandswerte leicht experimentell erfolgen, wenn man sich an Hand der Theorie deren Einfluß auf die Kurven und damit auf die Verzeichnung klarmacht.However, the deviations from the theoretical results are slight and exceed a few percent not. The final adjustment of the systems can easily be made with the help of the various resistance values be done experimentally, if one looks at the theory its influence on the curves and thus on the distortion makes clear.

Es sei hier noch bemerkt, daß nirgends die Voraus-Setzung gemacht ist, daß eine ■ der beiden Linsenebenen" zwischen der Ebene der anderen Linse und ihrem Brennpunkt liegt; aus Fig. 3 ist ersichtlich, daß für ein nicht unwesentliches Stück der Kurve f _δ (f_a) die Brennweiten beider Linsen kleiner sind als die Distanz d (= 30 mm) zwischen den beiden Linsenibenen. It should here be noted that nowhere is the pre-setting is made that a ■ the two lens planes "located between the plane of the other lens and its focal point; of Figure 3 can be seen that f is a not insignificant piece of the curve _δ. (f _a ) the focal lengths of both lenses are smaller than the distance d (= 30 mm) between the two lens planes.

Für das Linsensystem eignen sich auch elektrostatische Linsen mit variabler Brennweite, d. h. mit veränderlicher Spannung an der Mittelelektrode.Electrostatic lenses with variable focal length are also suitable for the lens system; H. with variable voltage at the center electrode.

Claims

PATENT CLAIMS: V

ι. Low-distortion electrical lens system for corpuscular radiation apparatus, in particular Electron microscopes, ~ characterized.

that the focal lengths of the lenses in any range at least approximately the equation

- Dd ft =

D + d
meet in which

f _a = focal length of the lens L _a , f _b = focal length of the lens L _b , k _a - constant,
k _b = constant,

d = distance between lenses L _a and L _t , D - distance between lens L _b and the fluorescent screen,

so that for almost parallel incidence in the system Small aperture rays produce a variable, approximately distortion-free magnification will.

2. Lens system according to claim 1, characterized in that that the lenses are electromagnetic lenses and control their focal lengths by controlling their lens streams.

3. Lens system according to claim 1, characterized in that that the variation of the approximately distortion-free magnification is achieved with a single mechanical regulation.

4. Lens system according to claim 1, characterized in that the lens streams according to the equation

1 +1 +

(C ■ i_a*(C ■ i _a *

are controlled, so that with the correct choice of the constants A, B, C equation according to claim 1 is strictly fulfilled.

5. Lens system according to claim 1, characterized in that that the windings of the two lenses are surrounded by a common housing made of magnetic material and the two adjacent pole pieces of the lenses are not separated.

6. Lens system according to claim 1, characterized in that that the two lenses are completely separated from each other.

7. Lens system according to claims 1, 2 and 6, characterized in that the lens system can be swiveled out of the beam path.

8. Lens system according to claims 1, 2 and 6, characterized in that at least one of the both lenses can be swiveled out of the beam path individually.

For this purpose 2 sheets of drawings