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Publication number: DEV0007515MA
Authority: DE

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

Tag der Anmeldung: 12. Juli 1954 Bekanntgemacht am 24. Mai 1956

DEUTSCHES PATENTAMT

Die Erfindung richtet sich auf eine Regeleinrichtung für elektrostatisch wirkende Anordnungen zur Kompensation des axialen Astigmatismus in Korpuskularstrahlapparaten, insbesondere Elektronenmikroskopen. Das Auflösungsvermögen eines elektronenoptischen Linsensystems wird bekanntlich durch den axialen Astigmatismus erheblich verschlechtert. Dieser Fehler kann seine Ursache in mechanischen Unrundheiten der Linsenelektroden oder in einer mechanischen Unvollkommenheit der Kontrastblende haben. Er kann aber auch durch elektrische und mechanische Störfelder, die durch Aufladung von Isolierschichten oder Aufmagnetisierung von Linsenelektroden hervorgerufen werden, verursacht sein.

Während die durch die mechanischen Unvollkommenheiten der Linsenelektroden verursachten Bildfehler im allgemeinen zeitlich konstant sind und aus diesem Grunde nur einmal korrigiert zu werden brauchen, sind die anderen genannten Fehlerquellen zeitlich veränderlich. Es muß daher möglich sein, sie während des Betriebes zu korrigieren.

Zur Kompensation des zeitlich veränderlichen axialen Astigmatismus bei elektronenoptischen Linsensystemen sind unter dem Namen »Stigmator* bereits Anordnungen bekannt, die einen zusätzlichen Astigmatismus einführen, der den des Abbildungssystems nach Größe und Richtung gerade ausgleicht. Dabei müssen Regeleinrichtungen verwendet wenden, die den durch

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den Stigmator eingeführten zusätzlichen Astigmatismus nach Größe und Richtung so zu regeln gestatten, daß die gewünschte Kompensation des Bildfehlers eintritt. Stellt mail den vorhandenen Astigmatismus in der komplexen Zahlenebene durch einen Vektor b und den zu seiner ■'Kompensation dienenden zusätzlichen Astigmatismus durch einen Vektor u dar, so lautet die Korrektionsbedingung:

O.

Aus ihr geht hervor, daß der Vektor u auf t> senkrecht stehen muß. Da die Regeleinrichtung eine sichere und bequeme Einstellung des Vektors U ermöglichen muß, ist es notwendig, eine polarkoordi-

»5 natenmäßige Einstellung für den korrigierenden Astigmatismus vorzusehen. ', Diese Forderung wird durch die Beziehung ü²'= H₁ + i · U₂ erfüllt. Es müssen also zwei Spannungen U₁ und U₂ mit entsprechenden Regelorganen vorgesehen sein, die so aus-

ao gebildet sind, daß bei Regelung an dem einen zur, Einstellung der Amplitude dienenden Regelorgan das

Verhältnis der beiden Spannungen —ί- unverändert

bleibt, während bei Regelung an dem anderen zur Einstellung des Azimuts dienenden Regelorgan die Quadratsumme Ui + ul konstant bleiben muß.

Es ist bereits vorgeschlagen worden, diese beiden Bedingungen dadurch zu erfüllen, daß ein mechanisches Kosinusgetriebe den Ablauf der Schleifer an den die Spannungen liefernden Potentiometern in entsprechender Weise steuert. Hierdurch wird jedoch die Regeleinrichtung umfangreich und teuer. Es ist ferner vorgeschlagen worden, durch eine innerhalb eines Gefäßes mit einem Elektrolyten drehbar aufgehängte Elektrodenanordnung den gestellten Bedingungen gerecht zu werden. Da Gleichspannung verwendet werden muß, treten hierbei Polarisationserscheinungen auf, die ein derartiges Elektrolyt-Potentiometer sehr unstabil und störanfällig machen.

Diese Nachteile werden bei einer Regeleinrichtung für elektrostatisch wirkende Anordnungen zur Kompensation des axialen Astigmatismus in Korpuskularstrahlapparaten, bei der Amplitude und Azimut der einzustellenden Kompensationsspannungen unabhängig voneinander an regelbaren Widerständen einzustellen sind, dadurch beseitigt, daß erfindungsgemäß eine aus festen und regelbaren Widerständen zusammengesetzte Brückenschaltung vorgesehen ist, die von einer in ihrer Amplitude regelbaren Gleichspannung gespeist ist und deren Widerstände so zueinander bemessen sind, daß bei gemeinsamer Regelung zweier oder mehrerer in Reihe liegender regelbarer Widerstände sich an diesen Spannungen ergeben, deren Abhängigkeit voneinander angenähert kreisförmig ist. Der Regelbereich der zur Einstellung des Azimuts dienenden regelbaren Widerstände kann dabei zweckmäßig einem Winkelbereich von 45° entsprechen. In diesem Falle lassen sich Schaltmittel vorsehen, die eine Umschaltung der an den regelbaren Widerständen liegenden Spannungen auf die entsprechenden Stigmatorplatten in der Weise ermöglichen, daß ein Gesamtwinkelbereich von i8o° überstrichen werden kann.

Die Erfindung wird an Hand der Abbildungen näher erläutert, von denen Abb. 1 ein Schaltschema für eine gemäß der Erfindung ausgebildete Regeleinrichtung zeigt. Die zum Betrieb des Stigmators dienende Gleichspannung wird dabei von den Klemmen ι und 2 einem zur Regelung der Amplitude dienenden Potentiometer 3 zugeführt. Die an diesem Potentiometer abgegriffene Spannung CZ₀ liegt an zwei aus den Widerständen 4, 5 und 6 bzw. 7, 8 und 9 zusammengesetzten Brückenschaltungen, in denen die Widerstände 6 und 9 regelbar sind. Die Schleifer dieser beiden gemeinsam regelbaren Widerstände liegen an Erde. Zwischen den Endpunkten der regelbaren Widerstände 6 und 9 und Erde werden die zur Einstellung des Stigmators dienenden Spannungen U₁, U₂ und — !J₁, — U₂ abgegriffen. Die Festwiderstände 4, 5, 7 und 8 haben den Widerstandswert r und die regelbaren Widerstände 6 und 9 den Widerstandswert R. Die dargestellte Schaltung führt auf folgende Verknüpfung zwischen den Spannungen U₁ und U₉:

[(R + r)² — r*] ■ U₁U₂-(R + r)« · (CZ₁ + CZ₂) · U + (R + r)² · CZ² = ο

U =

U_n

Im Koordinatensystem CZ₁, CZ₂ stellt die Verknüpfungsgleichung eine Hyperbel dar. Da die Nebenbedingungen ο < CZ₁ < U, ο < CZ₂ < CZ bestehen, ist nur der in Abb. 2 dargestellte Bogen zwischen den Punkten (o, CZ) und (U, 0) zu betrachten. Er kann αμΓΰΙι geeignete Wahl des Verhältnisses R:r, wie dies die Abb. 2 für den Wert

zeigt, der Form des gestrichelt dargestellten Kreisbogens weitgehend angeglichen werden.

Da der Vektor u von 0 bis i8o° umlaufen soll, um jede beliebige Einstellung des Stigmators zu ermöglichen, können, wie Abb. 3 zeigt, Umschalter 10 und 11 vorgesehen werden, die die einzelnen Segment-

	arc	U	45°	«1	«2
0	bis	90°	U₁	. U₂
45	bis	135°	Ui	U₂
90	bis	i8o°	-CZ₁	-U₂
135	bis	U₁	-U₂

paare AA', BB', CC, DD' wahlweise mit den regelbaren Spannungen CZ₁, CZ₂, — CZ₁, — CZ₂ verbinden. Die Umschaltung muß dann nach folgendem Schema vorgenommen werden.

Den vier Schalterstellungen sind dann eindeutig vier Kreissegmente I bis IV vom Zentriwinkel 45° zugeordnet.

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Eine vorteilhafte Anordnung der beiden Umschalter zum Azimutregler zeigt das in Abb. 4 dargestellte Beispiel. Steht der Azimutknebel 12 in der Stellung X, dann darf nur der linke Umschalter 10 geschaltet werden, steht er dagegen in der Stellung Y, so nur der rechte (11). Die römischen Ziffern I bis IV sind so angeordnet, daß der jeweilige Segmentbereich durch die doppelt angezeigte Ziffer ' angegeben wird. Im dargestellten Beispiel wäre also der Bereich III eingeschaltet.

Die Aufteilung des Winkelbereiches 0 bis 180° in vier Segmente hat den Vorteil, daß der ganze Drehbereich (meist 270⁰) des Azimutpotentiometers nur einen Winkelbereich von 45 ° für den korrigierenden Vektor umfaßt, so daß eine äußerst feine Einstellung möglich ist.

Claims

Patentansprüche:

¹I. Regeleinrichtung für elektrostatisch wirkende Anordnungen zur Kompensation des axialen Astigmatismus in Korpuskularstrahlapparaten, vorzugsweise Elektronenmikroskopen, bei der Amplitude und Aziirmt der einzustellenden Kompensationsspannungen unabhängig voneinander an regelbaren Widerständen einzustellen sind, dadurch gekennzeichnet, daß eine aus festen und regelbaren Widerständen zusammengesetzte Brückenschaltung vorgesehen ist, die von einer in ihrer Amplitude regelbaren Gleichspannung gespeist ist und deren Widerstände so zueinander bemessen sind, daß bei gemeinsamer Regelung zweier oder mehrerer in Reihe liegender regelbarer Widerstände sich an diesen Spannungen ergeben, deren Abhängigkeit voneinander angenähert kreisförmig ist.
2. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Regelbereich der zur Einstellung des Azimuts dienenden regelbaren Widerstände einem Winkelbereich von 45⁰ entspricht.
3. Regeleinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Schaltmittel vorgesehen sind, die eine Umschaltung der an den regelbaren Widerständen liegenden Spannungen auf die entsprechenden Stigmatorplatten in der Weise ermöglichen, daß ein Gesamtwinkelbereich von i8o° zu überstreichen ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen