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Achromatische Linse für die Abbildung mit Elektronenstrahlen Während
im Lichtmikroskop untersuchte Objekte im allgemeinen mit polychrom,atisch@em Licht
bestrahlt werden können, weil die öptischen Linsen geringe chromatische Fehler aufweisen,
die zudem korrigierbar sind, sind die Linsen der Elektronenoptik in ihrer Brennweite
stark von der Geschwindigkeit der Elektronen, die hier der Farbe entspricht, abhängig.
Man hat in der Elektronenoptik aber glücklicherweise praktisch immer einfarbige
Strahlung, d. h. Elektronen gleicher Geschwindigkeit, weil die Elektronen alle durch
die gleiche Anodenspannung auf ihre Endgeschwindigkeit beschleunigt werden. Es fallen
daher die durch den chromatischen Charakter der Linsen gegebenen Beschränkungen
meist nicht wesentlich ins Gewicht.
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Eine bestimmte Gruppe von Untersuchungsobjekten macht indessen von
dieser Regel Dino. Ausnahme. Es sind dies Objekte von einigermaßen erheblicher Dicke,
die im Elektronenmikroskop mittels Durchstrahlungsverfahrens untersucht werden sollen.
Hierbei- wird die ursprüngliche Geschwindigkeit der bestrahlenden Elektronen inhomogen.
Die gleiche Erscheinung tritt .auch bei dem sog. Rückstrah; lungsverfahren ein,
weil die Reflexion der Elektronen nur unvollkommen elastisch ist, so daß verschieden
große Geschwindigkeitsverluste .auftreten. Entsprechend streut die Geschwindigkeit
der reflektierten Elektronen um einen gegenüber der Grundgeschwindigkeit geringen
Wert.
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Es, sind nun in der Elektronenoptik bereits achromatische Linsen bekannt,
mit deren Hilfe sich die Schwierigkeiten vermindern lassen, die durch die verschiedeneGeschwindigkeit
der Elektronen verursacht werden. Die bekannten Optiken dieser Art bestehen aus
zwei Linsen, von welchen die eine :eine magnetische Sammellinse ist, während die
andere eine elektrische Zerstreuungslinse darstellt und aus Netzen aufgebaut ist.
Beide Linsen sind an gleicher oder nahezu gleicher Stelle anger ordnet. Die bekannten
Fehler von Netzoptiken machen derartige Linsen zur sauberen Abbildung von Gegenständen
ungeeignet. Man erhält wesentlich bessere Ergebnisse, wenn man gemäß der Erfindung
zum Aufbau der achromatischen Linse eine elektrische Zerstreuungslinse anwendet,
die aus einer sich über den Strahlquerschnitt erstreckenden, rotationssymmetrisch
verlaufenden, homogenen, leitenden, von den Elektronen be- oder durchstrahlten Fläche,
die selbst das Objekt oder den Objektträger bildet, und einer . oder mehreren ringförmigen
koaxialen Elektroden besteht. Der öffnungsfehle.reiner solchen linse wirkt dem
Öff-
nungsfehler der zugehörigen magnetischen Linse entgegen, so da,ß sich
die beiden Fehler zum Teil aufheben. Die Linse gemäß der Erfindung weist deshalb
eine besonders kleine chromatische und sphärische -Aberration auf.
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Wird bei der Linse gemäß der Erfindung nur @einie Ringelektrode verwendet,
so muß deren Potential zur Erzeugung einer Zerstreuungslinse gegenüber dem Potential
der sich über den Strahlquerschnitterstreckenden Elektrode positiv sein, wenn es
sich um die
Beeinflussung von Elektronen oder negativen Ionen handelt,
und negativ, wenn es =sich um die Beeinflussung von Positronen oder positiven Ionen
handelt. Auch bei der Verwendung mehrerer Ringelektroden (Kreis.lochscheib:en, Zylinder,
Wulstflächen) kann die Verteilung der Potentiale auf diese Elektroden immer so erfolgen,
daß die Wirkung :einer Zerstreuungslinse entsteht. Die Verwendung mehrerer Ringelektroden
kann zweckmäßig sein, wenn die optische Qualität der elektrischen Linse beeinflußt
werden soll.
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Damit das Magnetfeld möglichst an der gleichen Stelle wirkt wie das
elektrische, kann der objektseitige Polschuh der magnetischen Linse als Ringelektrode
der elektrischen Linse benutzt werden. Arbeitet man mit Rückstrahlungsverfahren,
so kann auch die andere sich über den Strahlquerschnitt @erstreckende Elektrode
:aus ferromagnetischem Material hergestellt werden.
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Will man das elektrische und das magnetische Feld unabhängig voneinander
zur Beeinflussung der optischen Güte formen können, so kann @es zweckmäßig sein,
außer den als Magnetpolschu:he dienenden Metallkörpern besondere Elektroden als
Träger der elektrischen Potentiale anzuordnen.
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Zur Erzielung starker Vergrörerungen ist es notwendig, daß die resultierende
Brennweite der achromatischen Linse klein ist. Dies ist nur möglich, wenn auch die
einzelnen Brennweiten klein sind. Zur Erzeugung einer kleinen Brennweite der elektrischen
Zerstreuungslinse muß man entweder Potentiale anwenden, welche von wesentlicher
Größe sind gegenüber der Grundgeschwindigkeit der Elektronen (dieser Weg bietet
unter Umständen hochspannungstechnische Schwierigkeiten), oder man mu.ß die brechenden
äqLÜpotentalen Flächen des elektrischen Zerstreuungsfeldes stark krümmen. Zu diesem
Zweck wird man die sich über den Strahlquerschnitt erstreckende Fläche mit der Konvexseite
zum Bild hin rotationssymmetrisch wölben. Bei der Verwendung elektronendurchlässiger
Folien für diese Elektrode kann man die Wölbung durch höheren Druck auf der dem
Bild abgewendeten Seite erzielen. Die ringförmige Elektrode wird man der anderen
extrem zu nähern trachten. 4 Will man irgendwelche Gegenstände im Durchstrahlungsverfahren
untersuchen, so muß die sich über den Strahlquerschnitt erstrekkende Elektrode ebenfalls
wie das Objekt für die Elektronen durchlässig sein. Diese Folie kann, vom Objekt
aus gesehen, bildseitig oder zur Strahlenquelle hin angeordnet sein, falls nicht
die Folie selbst das Untersuchungsobjekt ist, in dem das zu untersuchende Material
in. diese Form gebracht wurde. Wenn man das Objekt in einen Raum anderen Druckes
halten will, als er im Abbildungsraum herrscht. so muß man beide Räume durch eine
elektrinendurchläs.sige Folie voneinander trennen. Diese Folie kann gleichzeitig
als sich über den Strahlquerschnitterstreckende Folie dienen. Diese Möglichkeiten
bestehen in gleicher Weise für die Anwendung des Durchstrahlungs- und Rückstrahlungsverfahrens.
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Für manche elektronenoptischen Probleme benötigt man, ähnlich, wie
dies in der Optik gelegentlich auftritt, Zylinderlinsen. Die beschriebenen Maßnahmen
lassen sich in völlig analoger Weise auch für diesen Fall verwenden, wenn das magnetische
Feld und das elektrische Feld zur gleichen Mittelebene zylindersymmetrisch ausgebildet
werden. Zu diesem Zwecke- müssen sowohl Polschuhe als Elektroden zylindersymmetrisch
sein. Die beschriebene :achromatische Linse ist- von Wert nicht nur für Korpuskulars.trahlmikroskope,
sondern auch für andere elektronenoptische. Apparate. Es kann z. B. beim Spektrographen
notwendig sein, - Strahlen verschiedener Geschwindigkeit in gleicher Weise zu fokussieren.