DE906737C - Anordnung zum vergroesserten Abbilden von Gegenstaenden mittels Elektronenstrahlen - Google Patents

Description

Da die Elektronenstrahlen im feldfreien Raum ähnlich den Lichtstrahlen geradlinig verlaufen, so kann man sie ebenso wie Lichtstrahlen dazu benutzen, einen Gegenstand vergrößert abzubilden. Es ist zu diesem Zweck bekannt, ein Elektronenstrahlenbündel durch eine Magnetspule hindurchtreten zu lassen. Die Strahlen werden durch das magnetische Feld der Spule zu der mit der Spulenachse zusammenfallenden Strahlenachse gedrängt, so daß die Strahlen in einem Brennfleck oder in einer Brennlinie, bei homogenen Strahlen in einem Brennpunkt zusammenlaufen. Die Magnetspule wirkt also auf die Elektronenstrahlen ebenso ein wie eine Konvergenzlinse in der Optik auf die Lichtstrahlen, und man kann daher mit der Magnetspule auch Gegenstände vergrößert abbilden. Beispielsweise kann man eine vergrößerte Abbildung einer Glühkathode dadurch erbalten, daß man die von der Glühkathode ausgehenden Elektronenstrahlen durch die Magnetspule hindurchtreten läßt. Gemäß der Erfindung werden zum vergrößerten Abbilden von Gegenständen mittels Elektronenstrahlen, die von dem Gegenstand direkt oder indirekt ausgehen oder ihn durchdringen, elektrostatisch aufgeladene Blenden verwendet, die die Elektronenstrahlen symmetrisch umgeben und die im Raum der Blendenöffnung¹ zum Zwecke einer elektronenoptischen Linsenwirkung eine * radiale

Von der Patenisucherin ist als der Er tinder angegeben worden:

Di.-Ing. Reinhold Rüdenberg, Belmont, Mass. (V. St. A.)

Feldstärke erzeugen, die proportional dem Abstand von der Blendenachse ist. Eine derartige, mit Hilfe eines elektrostatischen Feldes wirkende Elektronenlinse hat vor der bekannten elektromagnetischen Linse den Vorzug, daß die Elektronenstrahlen nicht nur konvergent sondern auch divergent abgelenkt werden können.

Die Erfindung ist an Hand der Ausführungsbeispiele der Zeichnung näher erläutert. Fig. ι zeigt ίο die als Platte ausgebildete elektrostatische Elektronenlinse im Querschnitt und den Verlauf der durch die Öffnung der Linse hindurchtretenden Elektronenstrahlen. Das elektrostatische Feld ist durch seine Kraftlinien wiedergegeben. Die Aufladung der Blende ist negativ angenommen. Wenn die Elektronen eines Kathodenstrahlbündels durch die Blende strömen, so werden sie von ihr abgestoßen. Sie werden daher aus ihrer .-ursprünglichen Bahn, die parallel verlaufend angenommen ist, nach ao innen abgelenkt und zu einem konvergenten Bündel mit dem Brennpunkt ο vereinigt, den sie divergent wieder verlassen. Da die radiale Komponente der Feldstärke der Blende in ihrer Achse Null ist und nach außen zunächst linear zunimmt, so werden die as einzelnen Elektronen um so stärker aus ihrer Bahn abgelenkt, je weiter sie von der Strahlen- und Blendenachse entfernt sind. Hierdurch wird bewirkt, daß sich sämtliche Strahlen an der gleichen Brennstelle vereinigen. Um diese Proportionalität der radialen Feldstärke vom Achsenabstand mit ausreichender Genauigkeit zu verwirklichen, ist es zweckmäßig, die Blendenöffnung erheblich größer als die ursprüngliche Strahlenstärke zu machen oder dem Feld durch eine bestimmte Elektrodenform die geeignete Gestalt zu geben.

Wenn man die Spannung der Blende nicht negativ, sondern positiv wählt, so werden die einzelnen Elektronen eines Strahles zur Blende hin gezogen. Man erhält dann, wie Fig. 2 zeigt, aus einem parallel verlaufenden Strahlenbündel ein divergentes Bündel. Während also die negative Blende wie eine Konvexlinse der Optik wirkt, arbeitet die positive Blende wie eine Konkavlinse. Auf diese Weise ausgebildete Lupen, Mikroskope und Fernrohre lassen eine in der Größenordnung beträchtlich stärkere Vergrößerung zu als die optischen Instrumente, deren Auflösungsvermögen durch die Wellenlänge des Lichts eingeschränkt ist. Diese Einschränkung fehlt bei Lupen, die mit Elektronenstrahlen arbeiten.

Da die Ablenkung jedes einzelnen Elektrons von

seiner Geschwindigkeit abhängt, so erhält man nur dann einen scharfen Brennpunkt, wenn man mit homogenen Kathodenstrahlen arbeitet. Es empfiehlt sich daher, das Strahlenbündel homogen zu machen, bevor man den zu vergrößernden Gegenstand dem Strahl aussetzt. Die Homogenität des Strahles kann man auf bekannte Weise erzielen, z. B. indem man den Strahl durch mehrere auf gleichem Potential befindliche Geschwindigkeitsblenden schickt.

Fig. 3 zeigt ein weiteres Beispiel für die Homogenisierung des Strahlenbündels. Von der Kathode k geht ein divergentes und inhomogenes Strahlenbündel aus. Dieses Bündel wird durch eine elektrostatische Blende a_t aufgefangen und nahezu parallel gerichtet. Die geladene Blende a₂ konzentriert das Strahlenbündel. An der Brennstelle O₁, die den Strahlen des Bündels mit gewünschter Geschwindigkeit entspricht, ist eine Lochblende c angeordnet. Die Blende c kann aufgeladen oder auf Nullpotential gehalten sein. Da das Strahlenbündel auch Strahlen anderer Geschwindigkeit enthält, würde sich beim Fehlen der Blende c kein scharfer Brennpunkt 0 ausbilden; vielmehr würden die einzelnen zu den Strahlen verschiedener Geschwindigkeit gehörenden Brennpunkte längs einer größeren Strecke der Strählenachse verteilt sein. Durch die enge Lochblende c werden jedoch sämtliche Strahlen abgefangen, deren Brennpunkt an einer anderen Stelle als bei 0 liegt. Infolgedessen tritt durch die Blende c ein divergentes Bündel, das nur oder vorwiegend Strahlen einer bestimmten Geschwindigkeit enthält.

Das die Blende c verlassende divergente homogene Strahlenbündel wird durch eine weitere Blende a₃ parallel gerichtet. Hinter der Blende a_s wird der zu vergrößernde Gegenstand d in den Strahlengang gebracht und durch eine vierte geladene Blende Ct₁ gemäß Fig." 1 vergrößert.

Die bisher beschriebenen Ausführungsbeispiele eignen sich in erster Linie für das Vergrößern von Schattenbildern. Der zu vergrößernde Gegenstand d (Fig. 3) kann z. B-. aus einer zu beobachtenden dünnen Schicht bestehen, die den Elektronenstrahl mehr oder weniger geschwächt hindurchläßt. Anordnungen nach der Erfindung sind jedoch auch für Fälle anwendbar, in denen der zu beobachtende Gegenstand selbst Quelle von Elektronenstrahlen, entweder direkt erzeugten oder auch reflektierten Strahlen oder Sekundärstrahlen, ist. Es ist in diesem Falle möglich, mit Hilfe von geladenen Blenden too Bilder zu erzielen, die den reellen Bildern der Optik entsprechen. Es lassen sich auch Mikroskope und Fernrohre im Sinne der Erfindung ausführen, die auf derartigen Abbildungen, beruhen.

Claims (2)

Patentansprüche·. 1o5

1. Anordnung zum vergrößerten Abbilden von Gegenständen mittels Elektronenstrahlen, die von dem Gegenstand direkt oder indirekt ausgehen oder ihn durchdringen, gekennzeichnet durch elektrostatisch aufgeladene Blenden, die die Elektronenstrahlen symmetrisch umgeben und die im Raum der Blendenöffnung zum Zwecke einer elektronenoptischen Linsefrwirkung eine radiale Feldstärke erzeugen, die proportional dem Abstand von der Blendenachse ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung der elektrostatischen Blende erheblich größer ist als der Querschnitt des die Blendenöffnung durchdringenden Elektronenstrahlenbündels.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen

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