DE3008404A1 - Verfahren und einrichtung zum erzeugen von elektronenstrahl-beugungsbildern - Google Patents

Description

BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen von Elektronenstrahl-Beugungsbildern, bei dem ein zu untersuchendes Objekt mittels eines Elektronenstrahls bestrahlt und die durch das Objekt gebeugten Elektronen des Elektronenstrahls mittels einer integrierenden Abbildungseinrichtung oder eines integrierenden Abbildungsmaterials, insbesondere einer photographischen Schicht, abgebildet werden, wobei ein Objekt verwendet wird, das durch einen mittels einer vorbestimmten Spannung beschleunigten Elektronenstrahl, welcher die zum Erzeugen einer Abbildung erforderliche Energiedichte besitzt, wesentlich verändert wird.

Außerdem betrifft die Erfindung eine Einrichtung zur Durchführung des vorgenannten Verfahrens, mit einer Elektronenstrahleinrichtung zum Erzeugen eines fokussierten Elektronenstrahls, sowie mit einem Objektträger für das zu untersuchende Objekt im Wege des fokussierten Elektronenstrahls in einer quer, insbesondere senkrecht zum Elektronenstrahl verlaufenden Ebene, und mit einer integrierenden Abbildungseinrichtung oder einem integrierenden Abbildungsmaterial, insbesondere einer photographischen Schicht, zum Abbilden der durch das Objekt gebeugten Elektronen des Elektronenstrahls; wobei der fokussierte Elektronenstrahl und das Objekt relativ zueinander bewegbar sind und/oder die Einrichtung eine elektrisch steuerbare Elektronenstrahlunterbrechungs- oder -ausschwenkeinrichtung aufweist.

Es ist seit langem bekannt, Elektronenstrahl-Beugungsbilder zu erzeugen, um die Struktur von Kristallen oder polykristallinem Material zu bestimmen. Denn die beim Durchgang von Elektronenstrahlen durch Kristalle oder

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durch polykristalline Materie sowie bei der Reflexion an Kristallen auftretenden Interferenzen, insbesondere Laue-Interferenzen an Einkristallen sowie Debye-Scherrer-Ringe an polykristallinen! Material, lassen genauere Rückschlüsse über den strukturellen Aufbau der untersuchten Materialien zu.

Während nun die Untersuchung der Struktur von anorganischen, insbesondere mineralischen, Materialien mittels Elektronenstrahl-Beugungsbildern unverfälschte Ergebnisse über den Kristallaufbau dieser Materialien erbracht hat, haben sich bei der Untersuchung der Struktur von organischen und biologischen Substanzen, oder allgemein gesagt von periodisch geordneten Natur- und Kunststoffen, die verhältnismäßig empfindlich sind und eine relativ schlechte Wärmeleitfähigkeit aufweisen, mittels Elcktronenstrahl-Beugungsbildern insbesondere insofern erhebliche Schwierigkeiten ergeben, als durch das Bestrahlen dieser Substanzen mit Elektronen der zur Erzeugung einer Abbildung erforderlichen Energiedichten beträchtliche Strukturveränderungen auftreten, die nachstehend allgemein als Strahlenschäden bezeichnet werden, über derartige unerwünschte Strukturveränderungen ist in der Fachliteratur mehrfach berichtet worden, so insbesondere von L. Reimer in der Zeitschrift "Lab. Invest." 14, 1o82 (1965),von K. Stenn und G.F. Bahr in der Zeitschrift "J. Ultrastruct. Res." 31, 526 (197o),und von R.M. Glaeser, in B.M. Siegel und D.R. Beaman (Eds.) in dem Buch "Physical Aspects of Electron Microscopy and Microbeam Analysis", Seite 2o5, erschienen bei Wiley and Sons New York 1975, sowie von W. Baumeister, M. Hahn und U.P. Fringeli in der"Zeitschrift für Naturforschung" 31c, 746 (1976).

Wie G. Siegel in der "Zeitschrift für Naturforschung"

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27a, 325 (1972) durch Untersuchungen festgestellt hat, wird die kristalline Ordnung eines Paraffinkristalls bereits bei einer Stromdichte des Elektronenstrahls von 8 Elektronen pro Quadrat-SngstrÖm und bei einer Beschleunigungsspannung des Elektronenstrahls von 1oo kV beträchtlich verändert. Ähnliche Untersuchungen an Adenosin-Kristallen, über die R.M. Glaeser in der Zeitschrift "J. Ultrastruct. Res." 36, 466 (1971) berichtet hat, haben gezeigt, daß die kristalline Ordnung eines Adenosin-Kristalls bereits bei einer Stromdichte des Elektronenstrahls von 6 Elektronen pro Quadrat-Ängström und einer Beschleunigungsspannung von 8o kV fast völlig zerstört wird.

Die Problematik, die sich im Hinblick auf diese Ergebnisse bei der Erzeugung von Elektronenstrahl-Beugungsbildern mittels photographischer Filme ergibt, wird deutlich, wenn man bedenkt, daß eine Stromdichte von 1 Elektron pro Quadrat-,um erforderlich ist, um mit Hilfe von Elektronen die Schwärzung eines photographischen Films zu erreichen. Das bedeutet, daß es bei einer Auflösung von 5 Angström, die einer looooofachen Vergrößerung entspricht, notwendig ist, das Objekt, also die zu untersuchende organische oder biologische Substanz, mit 1oo Elektronen pro Quadrat-Sngström zu bestrahlen, wenn der Primärelektronenstrahl in der Objektebene einen Durchmesser in der Größenordnung von 1 ,um hat.

Aufgrund dieser Verhältnisse konnten bisher nur von relativ unempfindlichen Substanzen Elektronenstrahl-Beugungsbilder erhalten werden, ohne daß es zu merklichen Veränderungen der ursprünglichen Struktur dieser Substanzen kam. Hingegen werden durch die vorerwähnten beträchtlichen Strukturveränderungen Untersuchungen an empfindlicheren Substanzen mit Hilfe von Elektronenstrahl-Beugungsbildern besonders problematisch, weil sie keine ge-

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naueren Rückschlüsse mehr über die ursprüngliche, unveränderte Struktur dieser Substanzen, die erforscht werden sollen, zulassen.

Da die unerwünschten Strukturveränderungen darauf zurückzuführen sind, daß die Energie, die den untersuchten organischen und biologischen Substanzen durch den Elektronenstrahl zugeführt wird, von diesen Substanzen nicht schnell genug an die Umgebung abgeführt werden kann, besteht eine Möglichkeit, trotz der oben dargelegten Verhältnisse Elektronenstrahl-Beugungsbilder dieser empfindlichen Substanzen zu erhalten, darin, die Substanzen bei ihrer Untersuchung auf eine sehr tiefe Temperatur abzukühlen, und zwar mittels flüssigem Helium auf eine Temperatur von 4°K, wie das bei einem vom Forschungslaboratorium der Siemens AG, München entwickelten 4oo kV-Elektronenmikroskop mit supraleitender Objektivlinse geschieht und worüber J. Dietrich, F. Fox, E. Knapek, G. Lefranc, R. Nachtrieb, R. Weyl und H. Zerbst in der Zeitschrift "Ultramicroscopy" 2, 241 (1977)berichtet haben. Hierzu ist jedoch ein sehr großer technischer Aufwand erforderlich.

Mit der vorliegenden Erfindung sollen ein Verfahren und eine Einrichtung zum Erzeugen von Elektronenstrahl-Beugungsbildern zur Verfügung gestellt werden, mit denen empfindliche periodisch geordnete Natur- und Kunststoffe, also insbesondere organische und biologische Substanzen, untersucht werden können, ohne daß wesentliche Strahlenschäden auftreten, bei denen also die ursprüngliche Struktur der untersuchten Substanzen im wesentlichen unverändert erhalten bleibt, so daß die erzielten Elektronenstrahl-Beugungsbilder zuverlässige Rückschlüsse über die unverfälschte Struktur dieser Substanzen ermögliche, und zwar unter Vermeidung einer aufwendigen

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Tiefstkühlung des untersuchten Objekts.

Um das zu ermöglichen, wird das eingangs genannte Verfahren erfindungsgemäß in der Weise durchgeführt, daß man eine oder mehrere in ihrer Ausdehnung dem Querschnitt des Elektronenstrahls entsprechende Stellen des Objekts intermittierend mit einem mittels der vorbestimmten Spannung beschleunigten Elektronenstrahl bestrahlt, der eine Elektronendichte hat, welche unterhalb derjenigen Elektronendichte liegt, bei der das Objekt wesentlich verändert wird, und daß man die Bestrahlung über eine so lange Zeitdauer durchführt, daß die über diese Zeitdauer integrierte Elektronendichte des Elektronenstrahls wenigstens gleich der für das Erzeugen einer Abbildung erforderlichen Elektronendichte wird.

Ganz grob gesagt, besteht das erfindungsgemäße Verfahren also darin, daß man das empfindliche Objekt nicht, wie sonst üblich, kurzzeitig bestrahlt, sondern daß es im Verlaufe von einigen Stunden durch einen Elektronenstrahl von sehr geringer Strahlstromdichte an einer oder mehreren Stellen intermittierend bestrahlt wird. Hierdurch wird die zum Erzeugen einer Abbildung des gebeugten Elektronenstrahls nötige Elektronenenergie trotz einer Fokussierung im Laufe der Zeit aufgebracht.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens tastet man einen vorbestimmten zusammenhängenden Flächenbereich des Objekts mit dem Elektronenstrahl ein oder mehrere Male ab, indem man den Elektronenstrahl in einem vorbestimmten Muster über den zusammenhängenden Flächenbereich des Objekts wandern läßt. Die intermittierende Bestrahlung wird also in diesem Falle in der Weise erzielt, daß der Elektronenstrahl nacheinander einzelne Stellen des genannten Flächenbereichs abtastet und gegebenenfalls an die einzelnen Stellen ein oder mehrere Male zurückkehrt.

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Mit dieser Abtastung kann das Objekt flächendeckend vom Elektronenstrahl abgetastet werden.

Obwohl die verschiedensten Abtastmuster möglich sind, beispielsweise eine spiralförmige Abtastung, eine aus konzentrischen Kreisen, Quadraten oder Rechtecken bestehende Abtastung und dergl., wird das erfindungsgemäße Verfahren vorzugsweise so ausgeführt, daß man den Elektronenstrahl in einem mäanderförmigen Muster über den zusammenhängenden Flächenbereich des Objekts wandern läßt. Dadurch wird einerseits üblichen technischen Ausführungsformen des Objektträgers, bei denen dieser in zwei senkrecht zueinander stehenden Richtungen verschiebbar ist, am besten Rechnung getragen, und andererseits braucht der Elektronenstrahl nicht während des Bestrahlens unterbrochen zu werden.

Im Prinzip kann das Abtasten des Objekts mittels des Elektronenstrahls sowohl dadurch geschehen, daß man den Elektronenstrahl wandern läßt und das Objekt ortsfest hält, oder, daß man den Elektronenstrahl ortsfest hält und das Objekt wandern läßt. Da im allgemeinen zum Erzeugen von Elektronenstrahl-Beugungsbildern verfügbare Elektronenmikroskope verwendet werden, bei denen schwerwiegende Eingriffe erforderlich wären, wenn man den Elektronenstrahl wandern lassen wollte, ist es zu bevorzugen, das erfindungsgemäße Verfahren in der Weise auszuführen, daß man das Objekt durch einen in seinem Verlauf ortsfesten Elektronenstrahl nach dem vorbestimmten, vorzugsweise mäanderförmigen Muster quer, insbesondere senkrecht, zum Elektronenstrahl bewegt.

Denn bei allen kommerziellen Elektronenmikroskopen besteht die Möglichkeit, das Objekt mit Hilfe einer Verstellung des Objekttisches zu bewegen, und zwar erfolgt

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dieses bei den erwähnten Elektronenmikroskopen mittels zweier Handspindeln in zwei senkrecht zueinander stehenden Richtungen.

Bei einer mäanderförmigen Abtastung wird die eine Spindel der Objekttischverstellung von einem eingestellten Anschlag zu einem anderen eingestellten Anschlag gefahren und dort gestoppt. Dann wird mit der anderen Spindel ein definierter Längenschritt ausgeführt, und dann wird die erstere Spindel nun in umgekehrter Drehrichtung so weit gedreht, daß der Objekttisch wieder zu dem Ausgangspunkt zurückläuft. Dieser Vorgang wird so lange fortgesetzt, bis die andere Spindel, welche die kleinen Bewegungsschritte ausführt, selbst an ihrer voreingestellten Endstellung angelangt ist. Hier wird die Drehrichtung dieser anderen Spindel sofort umgekehrt, und der gesamte Abtastvorgang läuft nun, wie eben beschrieben, jedoch in umgekehrter Richtung zurück. Die Vorzugsrichtung der Abtastung, also die Richtung, in der die längeren Wege des mäanderförmigen Musters verlaufen, kann gewünschtenfalls um 9o° gedreht werden, wozu die Spindelantriebe der Objekttischverstellung einfach vertauscht werden, was aufgrund ihres gleichartigen Aufbaus ohne weiteres möglich ist.

Das Verfahren nach der Erfindung läßt sich aber auch so ausführen, daß man erfindungsgemäß das Objekt und den Elektronenstrahl relativ zueinander ortsfest läßt und das Auftreffen des Elektronenstrahls auf ein und dieselbe Stelle des Objekts periodisch unterbricht, wozu man vorzugsweise den Elektronenstrahl periodisch aus dem Bereich des Objekts ausschwenkt, was sich bei jedem kommerziell erhältlichen elektronenmikroskop in einfacher Weise ausführen läßt, weil derartige Elektronenmikroskope im allgemeinen einen elektrisch steuerbaren Ausschwenk-

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mechanismus für den Elektronenstrahl besitzen.

Eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens unter einer Relativbewegung zwischen dem zu untersuchenden Objekt und dem fokussierten Elektronenstrahl ist, ausgehend von einer Einrichtung der eingangs genannten Art, erfindungsgemäß gekennzeichnet durch eine einen vorbestimmten zusammenhängenden Flächenbereich des Objekts mit dem Elektronenstrahl ein oder mehrere Male abtastende Verstelleinrichtung, die den Elektronenstrahl in einem vorbestimmten Muster über dem zusammenhängenden Flächenbereich wandern- läßt.

Vorzugsweise ist eine solche Verstelleinrichtung vorgesehen, die den Elektronenstrahl in dem oben erwähnten mäanderförmigen Muster über den Flächenbereich wandern läßt.

Wenn man mit der Einrichtung das Verfahren in der Weise durchführen will, daß der Objektträger bewegt und der Elektronenstrahl ortsfest gehalten wird, umfaßt die Einrichtung eine Objektträgerverstelleinrichtung zum Bewegen des Objektträgers in einer quer, insbesondere senkrecht, zum fokussierten Elektronenstrahl verlaufenden Bewegungsebene. Diese Objektträgerverstelleinrichtung weist, wie bereits oben angedeutet wurde, eine erste Welle auf, durch deren Drehung der Objektträger über eine erste Antriebsverbindung in einer ersten Koordinatenrichtung, beispielsweise in der x-Richtung, in der Bewegungsebene verstellbar ist, sowie eine zweite Welle, durch deren Drehung der Objektträger über eine zweite Antriebsverbindung in einer zweiten Koordinatenrichtung, beispielsweise der y-Richtung, in der Bewegungsebene verstellbar ist. Erfindungsgemäß zeichnet sich diese Einrichtung aus durch eine an die erste Welle angekoppelte erste Antriebseinrichtung zum selbsttätigen Antreiben der ersten Welle und eine an die zweite Welle angekoppel-

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te zweite Antriebseinrichtung zum selbsttätigen Antreiben der zweiten Welle, sowie eine an die erste Welle angekoppelte erste Sensoreinrichtung zum Ermitteln der jeweiligen Position des Objektträgers in der ersten Koordinatenrichtung und eine an die zweite Welle angekoppelte zweite Sensoreinrichtung zum Ermitteln der jeweiligen Position des Objektträgers in der zweiten Koordinatenrichtung, und durch eine mit beiden Antriebs- und Sensoreinrichtungen verbundene Steuereinrichtung zum programmierten Steuern der beiden Antriebseinrichtungen in Abhängigkeit von Signalen der beiden Sensoreinrichtungen.

Die beiden Antriebseinrichtungen können je einen Elektromotor aufweisen, der über ein Getriebe und eine Rutschkupplung an die jeweilige Welle der Objektträgerverstelleinrichtung angekoppelt ist.

Außerdem kann der Elektromotor an einen Tachogenerator angekoppelt sein, und er kann zusammen mit letzterem an eine die Geschwindigkeit des Elektromotors konstant haltende sowie die Drehrichtung des Elektromotors umschaltende Motorregelschaltung angeschaltet sein.

Damit man den Objektträger zwischendurch gewünschtenfalls von Hand verstellen kann, trotzdem aber die dabei bewirkte Verstellung von der Sensoreinrichtung "wahrgenommen" wird, sind die Antriebseinrichtungen vorzugsweise unabhängig von den Sensoreinrichtungen von der jeweiligen Welle abkoppelbar.

Eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung, bei dem der Elektronenstrahl und das zu untersuchende Objekt relativ zueinander ortsfest gehalten werden, ist, ausgehend von einer Einrichtung der eingangs genannten Art, die eine elektrisch steuerbare Elek-

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tronenstrahlunterbrechungs- oder -ausschwenkeinrichtung besitzt, gekennzeichnet durch eine an die Elektronenstrahlunterbrechungs- oder -ausschwenkeinrichtung angekoppelte Intervalltastschaltung zum periodischen Unterbrechen oder Ausschwenken des fokussierten Elektronenstrahls aus dem Bereich des Objekts, wobei die Intervalltastschaltung eine erste Steuerschaltung zum Einstellen der Zeitdauer der Unterbrechungs- bzw. Ausschwenkperiode, während welcher der fokussierte Elektronenstrahl jeweils unterbrochen oder ausgeschwenkt wird, und eine zweite Steuerschaltung zum Einstellen der Zeitdauer der Bestrahlungsperiode, während welcher eine vorbestimmte Stelle des Objekts mit dem fokussierten Elektronenstrahl bestrahlt wird, umfaßt.Auf diese Weise sind die Einschwenkzeit des Elektronenstrahls bzw. die Bestrahlungszeit und die Ausschwenkzeit des Elektronenstrahls bzw. die Dunkeloder Erholzeit in weiten Grenzen voneinander unabhängig einstellbar und bestimmen in ihrer Summe die Periodendauer der Tastung einer vorbestimmten Stelle des Objekts mittels des Elektronenstrahls.

Bei beiden oben beschriebenen, grundsätzlichen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Einrichtung, nämlich der Ausführungsform, in welcher eine Relativbewegung zwischen Objekt und Elektronenstrahl erfolgt, und bei der Ausführungsform, in der Objekt und Elektronenstrahl ortsfest zueinander gehalten werden, kann eine an die Elektronenstrahleinrichtung sow·'a an die Steuereinrichtung bzw. an die Intervalltastschaltung angekoppelte, zeitlich gesteuerte Abschalteinrichtung zum Unterbrechen des fokus- · sierten Elektronenstrahls oder zu dessen Ausschwenken aus dem Bereich des Objekts und gegebenenfalls zum Abschalten der Antriebseinrichtungen vorgesehen sein.

Die vorstehend genannten sowie weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden nachfolgend anhand einiger be-

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sonders bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 8 der Zeichnung näher erläutert; es zeigen:

Fjg. 1 eine schematische Darstellung eines Elektronenmikroskops mit einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Einrichtung nach der Erfindung, womit das erfindungsgemäße \ferfahren zum Erzeugen von Elektronenstrahl-Beugungsbildern ausgeführt werden kann;

Fig. 2 eine seitliche Aufrißansicht einer an eine Welle einer Objektverstelleinrichtung des Elektronenmikroskops angekoppelten Antriebs- und Sensoreinrichtung;

Fig. 3 ein Blockschaltbild einer besonders bevorzugten Ausführungsform einer Einrichtung nach der Erfindung ;

Fig. 4 ein Blockschaltbild einer Motorregler- und Steuerschaltung für eine der beiden Wellen der Objektverstelleinrichtung für den Objektträger eines Elektronenmikroskops;

Fig. 5 eine in nähere Einzelheiten gehende Schaltung für die Regelung der Drehgeschwindigkeit des Elektromotors der Antriebseinrichtung nach Fig. 2;

Fig. 6 eine genauere Ausführung einer Schaltung für die Steuerung der beiden Antriebseinrichtungen für die beiden Wellen einer Objektträgerverste]1-einrichtung;

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Fig. 7 ein Schaltbild einer zeitlich gesteuerten Abschalteinrichtung und einer Intervalltastschaltung zum periodischen Ausschwenken des fokussierten Elektronenstrahls aus dem Bereich des zu untersuchenden Objekts; und

Fig. 8 eine schematische Darstellung einer Aufsicht auf das Objekt und den Abtastverlauf einer mäanderförmigen Abtastung des Objekts mittels Elektronenstrahl.

Es sei zunächst der grundsätzliche Aufbau einer bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung anhand der Fig. 1 erläutert. Mit 1 ist ein Elektronenmikroskop üblicher Art bezeichnet, das im allgemeinen bei entsprechendem Strahlengang für Beugung unter Ausschaltung der abbildenden Linsen zum Erzeugen von Elektronenstrahl-Beugungsbildern verwendet wird. Dieses Elektronenmikroskop 1 weist in seinem oberen Teil innerhalb eines evakuierbaren Gehäuses 2 eine Elektronenstrahleinrichtung 3 zum Erzeugen eines fokussierten Elektronenstrahls 4 auf.

Im wesentlichen umfaßt die Elektronenstrahleinrichtung 3 in üblicher Weise eine Elektronenquelle 5, eine lochblendenförmige Anode 6, einen ersten Kondensor 7, einen zweiten Kondensor 8, eine im Bereich des zweiten Kondensors 8 vorgesehene Blende 9 und ein Ablenksystem 1o.

Es sei an dieser Stelle erwähnt, daß als Elektronenstrahleinrichtung 3 nicht unbedingt das Elektronenstrahlsystem eines Elektronenmikroskops verwendet werden muß, sondern daß im Prinzip jede andere Elektronenstrahleinrichtung geeignet ist, die es ermöglicht, einen fokussierten Elektronenstrahl mit einer geringen Strahlstromdichte von weniger als einigen Elektronen pro Quadrat-Sngström bei Be-

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schleunigungsspannungen von 5o kV und mehr zu erzeugen, vorzugsweise Strahlstromdichten von weniger als 1 Elektron pro Quadrat-Sngeström. Besonders zu bevorzugen sind Strahlstromdichten von weniger als o_#1 Elektron pro Quadrat-ßngström, beispielsweise eine Strahlatromdichte von 2,5 χ 1o Klektronen pro Quadrat-Ängström.

Die in Fig. 1 dargestellte Einrichtung umfaßt weiterhin einen Objektträger 11, wie er üblicherweise in Elektronenmikroskopen verwendet wird. Dieser Objektträger 11, auf dem sich das zu untersuchende Objekt 12 (siehe auch Fig. 8) über einer Öffnung 13, durch welche die vom Objekt 12 gebeugten Elektronen hindurchtreten können, befindet, weist einen Objekttisch 14 auf, der in einer quer, insbesondere senkrecht, zum Elektronenstrahl 4 verlaufenden Ebene bewegbar ist. Diese Ebene ist in Fig. 8 die Zeichnungsebene .

Zum Bewegen des Objektträgers 11 bzw. des Objekttisches ist eine insgesamt mit 15 bezeichnete Objektträgerverstelleinrichtung vorgesehen, die eine erste Welle A aufweist, durch deren Drehung der Objekttisch 14 in einer ersten Koordinatenrichtung, nämlich in der x-Richtung (siehe Fig. 8), in der Bewegungsebene verstellbar ist. Weiterhin besitzt die Objektträgerverstelleinrichtung 15 eine zweite Welle B, durch deren Drehung der Objekttisch 14 in einer zweiten Koordinatenrichtung, die vorzugsweise senkrecht zur ersten Koordinatenrichtung ist, nämlich in der y-Richtung (siehe Fig. 8) in der Bewegungsebene verstellbar ist. Die erste und zweite Welle A bzw. B werden auch als Objekttischverstellspindeln oder kurz als Spindeln bezeichnet.

Die beiden Wellen A und B sind über je eine in konventioneller Weise ausgebildete Antriebsverbindung mit dem Objetträger 11 verbunden, wobei jede dieser Antriebsverbin-

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düngen im wesentlichen eine Zahnstange 16 und Zahnräder 17 aufweist, durch welche die Drehbewegung der beiden Wellen A und B jeweils in eine Translationsbewegung des Objekttisches 14 umgewandelt wird. Die Wellen A und B sind durch vakuumdichte Stopfbuchsen 18 durch das Gehäuse 2 nach außen hin durchgeführt, dort in Lagerböcken 19 gelagert und mittels Handgriffen 2o manuell verdrehbar.

In geeigneter Entfernung unterhalb des Objekttisches 14 ist eine integrierende Abbildungseinrichtung oder ein integrierendes Abbildungsmaterial 21, vorzugsweise in der Form eines photographischen Films oder eine photographischen Platte, vorgesehen, worauf mittels der vom Objekt 12 gebeugten Elektronen des Elektronenstrahls 4 ein Elektronenstrahl-Beugungsbild erzeugt wird.

Zum selbsttätigen Verstellen des Objekttisches 14 so, daß ein zusammenhängender Flächenbereich 22 (siehe Fig. 8) in einem mäanderförmigen Muster 23 vom Elektronenstrahl 4 ein oder mehrere Male abgetastet wird, ist an die erste Welle A eine erste Antriebseinrichtung 24 angekoppelt, welche diese Welle selbsttätig antreibt. In entsprechender Weise ist an die zweite Welle B eine zweite Antriebseinrichtung 25 zum selbsttätigen Antreiben dieser Welle angekoppelt. Außerdem ist eine an die erste Welle A angekoppelte erste Sensoreinrichtung 26 zum Ermitteln der jeweiligen Position des Objekttisches 14 in der x-Richtung vorgesehen, sowie eine an die zweite Welle B angekoppelte zweite Sensoreinrichtung 27 zum Ermitteln der jeweiligen Position des Objektträgers in der y-Richtung. Diese Sensoreinrichtungen 26 und 27 können beispielsweise mechanische Zählwerke sein, deren Ablesewerte jeweils die Position des Objekttisches 14, bezogen auf einen willkürlichen Nullpunkt in der x-Richtung und in der y-Richtung angeben.

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Weiterhin ist eine über elektrische Leitungen 28 und 29 (die erstere Leitung ist teilweise nicht sichtbar, da sie, bezogen auf die Ansicht der Fig. 1, hinter dem Gehäuse 2 vorbeigeführt ist) mit den beiden Antriebs- und Sensoreinrichtungen 24, 25 bzw. 26, 27 verbundene Steuereinrichtung 3o zum programmierten Steuern der beiden Antriebseinrichtungen 24 und 25 in Abhängigkeit von Signalen der beiden Sensoreinrichtungen 26 und 27 vorgesehen.

Wie man aus Fig. 1, jedoch deutlicher noch aus Fig. 2 ersieht, ist zur Ankopplung der Antriebseinrichtungen 24, 25 und der Sensoreinrichtungen 26, 27 an die zugehörige Welle A bzw. B auf diesen Wellen je ein in der Achsrichtung langgestrecktes Ritzel 31 drehfest angebracht, mit dem ein an der Ausgangswelle 32 der Antriebseinrichtung 24 bzw. 25 drehfest angebrachtes Antriebszahnrad 33 kämmt. In entsprechender Weise kämmt mit dem gleichen Ritzel 31 jeweils ein drehfest auf der Eingangswelle 34 des mechanischen Zählers 35 der zugehörigen Sensoreinrichtung 26 bzw. 27 drehfest angebrachtes Zahnrad 36.

Das Ritzel 31 ist in Achsrichtung der Welle A bzw. B verschiebbar, und zwar so weit, wie durch gestrichelte Linien in Fig. 2 angedeutet ist, daß zwar das Antriebszahnrad 33 außer Eingriff mit dem Ritzel 31 gebracht werden kann, jedoch das Zahnrad 36 weiter in kämmendem Eingriff mit dem Ritzel 31 bleibt. Dadurch wird erreicht, daß die Beziehung zwischen der Drehposition der Wellen A und B bzw. der Position des Objekttisches 14 und den Umdrehungszählern 35 der Sensoreinrichtungen 26 und 27 stets erhalten bleibt, auch wenn eine manuelle Verstellung der Wellen A und B über die Handgriffe 2o vorgenommen wird und die Antriebseinrichtungen 24 und 25 außer Betrieb gesetzt werden.

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Die Antriebs- und Sensoreinrichtungen für die beiden Wellen A und B sind gleichartig aufgebaut, so daß es genügt, den Aufbau der Antriebs- und Sensoreinrichtung für die Welle A anhand der Fig. 2 zu erläutern. Die Antriebseinrichtung 24 bzw. 25 und die zugehörige Sensoreinrichtung 26 bzw. 27 sind auf einem gemeinsamen Rahmen 37 angebracht, der mittels nicht dargestellter Schrauben an dem jeweiligen Lagerbock 19 der Welle A bzw. B befestigbar ist, so daß die Einrichtung nach der Erfindung durch eine einfache Montage an einem vorhandenen Elektronenmikroskop angebracht werden kann, ohne daß an diesem Elektronenmikroskop wesentliche bauliche Eingriffe und Änderungen erforderlich sind.

Im einzelnen umfaßt jede der beiden Antriebseinrichtungen 24 und 25 je einen Elektromotor 38, der über ein Untersetzungsgetriebe 39 und eine Rutschkupplung 4o mit der Ausgangswelle 32 verbunden ist. Weiterhin ist an dem Elektromotor 38 zur Drehzahlregelung ein Tachogenerator 41 angebracht .

Um eine kontinuierliche Bewegung zu erhalten, wurde als Elektromotor 39 ein Gleichstrommotor verwendet, der gegenüber einem Schrittmotor insbesondere den Vorzug hat, daß er etwas weniger elektronischen Aufwand zu seiner Ansteuerung erfordert. Im Beispielsfall wurde ein Motor mit einer Nennspannung von 4,5 V und einer Nenndrehzahl von 6ooo Umdrehungen/min gewählt. Da die im Beispielsfall geforderte Drehzahlvariation von 1 : 3o verhältnismäßig sehr groß ist, wurde über den Tachogenerator 41 eine Drehzahlregelung des Elektromotors 38 vorgesehen. Der Tachogenerator 41 hatte im Beispielsfall eine Ausgangsspannung von 1,4 V/1000 Umdrehungen/min. Als Getriebe wurde.in dem Ausführungsbeispiel ein solches mit einer Untersetzung von 54,6 : 1 verwendet. Bei der Nenndrehzahl des Elektromotors 38 von 6ooo Umdrehungen/min und dem gewählten Getriebe würde die Drehzahl der Welle A bzw. B 11o Umdrehungen/min

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betragen. Es sollten aber nur Drehzahlen der Wellen A und B von —.,-, = 60 Umdrehungen pro Minute erzielt werden. Infolgedessen wird der Elektromotor 38 in dem Ausführungsbeispiel nur bis zur halben Nenndrehzahl ausgefahren, so daß genügend Beschleunigungs- und Kraftreserven vorhanden sind. Die Anlaufzeitkonstante des Elektromotors 38 mit dem Tachogenerator 41 betrug 2o ms und ist daher bei der erfindungsgemäßen Einrichtung vernachlässigbar.

Die Rutschkupplung 4o zwischen dem Elektromotor 38 bzw. dem Untersetzungsgetriebe 39 einerseits und dem Antriebszahnrad 32 dient dazu, Beschädigungen zu verhindern, falls bei einer Pehlfunktion ein mechanischer Anschlag erreicht wird.

Es sei schließlich noch erwähnt, daß das Ritzel 31 auf den Wellen A und B auch deswegen genügend lang ausgeführt werden muß, weil sich die Wellen bei ihrer Drehung auf- und abwärts bewegen.

Die Sensoreinrichtungen 26 und 27 umfassen außer je einem mechanischen Umdrehungszähler 35 je eine Reflexionslichtschrankenanordnung 42. Diese Reflexionslichtschrankenanordnung 42 wird von dem Umdrehungszähler 35 in der nachstehend beschriebenen Weise betätigt und gibt Steuersignale an die Steuereinrichtung 3o ab, aufgrund deren der Elektromotor 38 gesteuert wird, wie weiter unten anhand der Fig. 4 und 6 näher erläutert ist.

In einem Ausführungsbeispiel wurde als Umdrehungszähler ein dreistelliger Zähler der Art verwendet, wie er beispielsweise in Tonbandgeräten zur Bandlängenzählung vorgesehen ist; ein solcher Umdrehungszähler hat eine Auflösung von 1/1ο Umdrehung. Entsprechend dem dreistelligen Umdrehungszähler 35 umfaßt die Reflexionslichtschranken-

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anordnung 42 drei Reflexionslichtschranken, die bei zwei vorbestimmten Ablesewerten des ümdrehungsZählers 35 betätigt werden und jeweils die Drehrichtung des Elektromotors 38 über die Steuereinrichtung 3o umschalten, so daß also der Elektromotor 3 8 die angekoppelte Welle A oder B immer zwischen zwei durch die vorbestimmten Ablesewerte der Umdrehungszähler 35 bestimmten Drehpositionen hin- und herdreht. Beispielsweise wurden auf den Zählscheiben 43A, 44A und 45A des ÜmdrehungsZählers 35 für die Welle A (siehe Fig. 6) sowie auf den Zählscheiben 43B, 44B und 45B des Umdrehungszählers 35 für die Welle B in den Positionen οο,ο und 2o,o auf dem Umfang dieser Zählscheiben reflektierende Elemente, beispielsweise kreisförmige, weiße Scheiben von 4 mm Durchmesser, aufgebracht, während der übrige Teil des Umfangs dieser Zählscheiben geschwärzt war. Diese reflektierenden Elemente 46, die in Fig. 6 aus Darstellungsgründen übertrieben groß gezeichnet sind, betätigen in einer weiter unten näher erläuterten Weise die zugehörigen drei Reflexions Lichtschranken der jeweiligen Reflexionslichtschrankenanordnung 42 und geben entsprechende elektrische Steuersignale ab. Registrieren die drei Reflexionslichtschranken der Sensoreinrichtung 26 für die Welle A gleichzeitig drei reflektierende Elemente 46, so wird deren Bewegung gestoppt, und die Welle B wird zur Ausführung einer zeitlich begrenzten Drehung veranlaßt. Registrieren dann die drei Reflexionslichtschranken der zur Welle B gehörenden Reflexionslichtschrankenanordnung 42 gleichzeitig drei reflektierende Elemente 46, so wird die Welle B gestoppt und deren Drehrichtung unmittelbar umgekehrt.

Es sei nun näher auf das in Fig. 4 gezeigte regelungstechnische Blockschaltbild eingegangen. In der Fig. 4 ist nur der Regel- und Steuerkreis für die Welle A gezeigt, die durchgehend von Anschlag zu Anschlag läuft, d. h. die lan-

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geren Wegstrecken 23a der mäanderförmigen Bewegung (siehe Fig. 8) bewirkt. Der Regel- und Steuerkreis für die Welle B, welche kleinere Wegstrecken 23b der mäanderförmigen Bewegung bewirkt, ist im Prinzip gleich aufgebaut. Ein Zeitglied 47, welches vom Umdrehungszähler 35 der Welle A getriggert wird, gibt die Zeitdauer für den jeweiligen Lauf der Welle B vor.

Der Regelkreis 48 für die Konstanthaltung der Drehgeschwindigkeit des Motors 38 besteht im wesentlichen aus einem Proportional-Integral-Regler 49, der nachstehend auch aus PI-Regler bezeichnet wird, und dessen Integral-Anteil, der durch den Kondensator 5o (siehe Fig. 5) in der Rückführungsleitung 51 des Regelverstärkers 52 gebildet wird, beim Stillstand kurzgeschlossen wird (durch den Schalter 53 in Fig. 5), um zu verhindern, daß kleinste Offset-Spannungen (d. h. Eingangsfehlerspannungen) des Regelverstärkers 52 den Elektromotor 38 in Gang setzen. Die Regelgröße erreicht bei großer Soll-Istwert-Abweichung am Ausgang des Reglers nahezu das Versorgungsspannungs-Potential. Das würde den Elektromotor 38 natürlich überlasten, was durch eine Begrenzungsschaltung 54 für die Motorbetriebsspannung in der Rückführung des Regelverstärkers 52 verhindert wird.

Dem Elektromotor 38 ist ein Leistungsverstärker 55 vorgeschaltet. Dieser Leistungsverstärker 55 besteht, wie die Fig. 5 zeigt, aus einem integrierten Operationsverstärker 56 und einer nachfolgenden Transistor-Leistungsstufe 57.

Da die vom Tachogenerator 41 abgegebenen Spannung entsprechend der internen Polzahl und der Drehzahl dieses Tachogenerators pulsiert, muß diese Spannung durch einen Tiefpaß 58, der vorzugsweise eine Zeitkonstante von Io ms besitzt, geglättet werden, bevor die Regeldifferenz vom

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Soll-Wert im Regelverstärker 52 gebildet wird. Der Soll-Wert für die Drehgeschwindigkeit wird über ein Potentiometer 59 eingestellt. Dabei wird dieses bereits mit einer von einer Drehrichtungslogik 6o bestimmten Polarität beaufschlagt. In Fig. 6 ist die Drehrichtungslogik für die Welle A mit 6oA und die Drehrichtungslogik für die Welle B mit 6oB bezeichnet; an dieser Stelle sei im übrigen darauf hingewiesen, daß ein Zusatz von A oder B zu einem Bezugszeichen jeweils bedeutet, daß es sich um ein Bauteil oder eine Baueinheit handelt, die für die Betätigung der Welle A bzw. B vorgesehen istfloch ist dieser Zusatz, wie sich aus der bisherigen Beschreibung schon ersehen läßt, nicht notwendigerweise immer angebracht, nämlich in den Fällen, in denen eine Unterscheidung nicht unbedingt erforderlich ist. Die Abschaltung für den Stillstand erfolgt durch einen Choppertransistor 61 mit sehr geringer Restspannung.

In Fig. 4 ist zwischen dem Ausgang des Umdrehungszählers 35 sowie dem Eingang des Zeitglieds 47 einerseits und dem PI-Regler 49 sowie einerAbschalteinrichtung 62 für den Stillstand des Elektromotors 38, andererseits eine Verriegelungslogik 63 geschaltet, die außerdem mit einer Zeitabschalteinrichtung 64 verbunden ist, die im einzelnen im linken Teil der Fig. 7 in einer bevorzugten Ausfuhrungsform dargestellt ist. Bei 65 erfolgt die Sollwert-Eingabe für die Drehzahl des Elektromotors 38, und zwar über eine Umpolschaltung 66 (siehe auch Fig. 5). Bei 67 geht eine Leitung zu dem Regel- und Steuerkreis für die Welle B.

Im einzelnen arbeitet der Regel- und Steuerkreis für die Welle A nach Fig. 4 so, daß dann, wenn der Umdrehungszähler 35 einen der beiden vorbestimmten Ablesewerte erreicht hat, ein Signal von der zugeordneten Reflexionslichtschrankenanordnung 42 an die Verriegelungslogik 63 gegeben wird, die daraufhin den Elektromotor 38 über die Ab-

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schalteinrichtung 62 den PI-Regler 49 stoppt. Dieses Signal gelangt gleichzeitig zur Drehrichtungslogik 6o,so daß es die Drehrichtung des Elektromotors 38 über die Umpolschaltung 66 umkehrt. Außerdem gelangt dieses Signal noch zu dem Zeitglied 47, von dem aus es über die Leitung 67 zum Regel- und Steuerkreis für die Welle B weitergegeben wird, wo es einen vorbestimmten Drehschritt der Welle B, welcher einem kurzen Wegverlauf 23b (siehe Fig. 8) des mäanderförmigen Weges 23 entspricht, ausführt. Wenn dieser Schritt ausgeführt ist, kann wieder ein neuer längerer Wegverlauf 23a durch den Motor 38 über die Welle A bewirkt werden.

Es sei hier darauf hingewiesen, daß in der Fig. 4 mehr ein grundsätzliches Blockschaltbild dargestellt ist, während die Fig. 5 und 6 eine genauere Schaltung zeigen, in der auch noch die Erzeugung von Bremssignalen vorgesehen ist, die in dem mehr prinzipiellen Blockschaltbild der Fig. 4 nicht mit enthalten ist, woraus sich gewisse Abweichungen ergeben.

Es sei nun die genauere Ausführungsform einer Steuerschaltung und deren Funktion anhand der Fig. 6 in Verbindung mit der Fig. 5 näher erläutert:

Wie bereits weiter oben beschrieben worden ist, unterscheiden die Reflexionslichtschranken reflektierende Elemente 46, beispielsweise weiße Kreise, auf schwarzem Grund. Zu diesem Zweck weist jede der Reflexionslichtschranken je eine Lumineszenzdiode 68 auf, die Infrarotlicht auf den Umfang der ihr zugeordneten schwarzen Zählscheibe 43A,B bzw. 44A,B bzw. 45A,B strahlt. Ein in geeigneter Weise angeordneter Phototransistor 69 für jede Lumineszenzdiode 68, der mit je einem zweiten Transistor 7o zum Zwecke der Stromverstärkung in einer Darlington-Stufe geschaltet ist, empfängt kein Signal, wenn die schwarze Umfangsoberfläche der

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Zählscheiben das Infrarotlicht absorbiert, und er empfängt ein Infrarot-Lichtsignal, wenn dieses von einem reflektierenden Element 46 reflektiert wird. Zu diesem Zweck ist jede der Lumineszenzdioden 68 und ihr zugehöriger Phototransistor 69 unter einem Winkel zueinander angeordnet, in dessen Schnittpunkt sich die Umfangsoberflache der zugehörigen Zählscheibe befindet. Um eine gute Unterscheidung zu erhalten, kommt es darauf an, daß die schwarze Umfangsoberflache der Zählscheiben das Infrarotlicht gut absorbiert, wozu sie beispielsweise mit Photolack beschichtet sein kann, und daß die Reflexionselemente 46 gut reflektieren.

Je ein Schalttransistor 71 und eine Schmitt-Triggerstufe 72 formen aus den von dem jeweiligen Phototransistor 69 bewirkten Stromänderungen einen exakten logischen Null-Eins-Übergang. Je drei dieser Lichtschranken gehören zu einem Umdrehungszähler, deren logische Signale an einem NAND-Tor 73A bzw. 73B verknüpft werden. Falls gleichzeitig drei reflektierende Elemente 46 erscheinen, entspricht das, wie bereits oben dargelegt, einem der beiden vorbestimmten Ablesewerte des UmdrehungsZählers 35 für die Welle A oder für die Welle B " Infolgedessen tritt am Ausgang

des NAND -Tors 73A bzw. 73B dann, wenn der zugehörige Umdrehungszähler 39 an einem der beiden vorbestimmten Ablesewerte angelangt ist, ein Spannungssprung von einer logischen Eins (ca. 5 V) nach einer logischen Null (ca. ο V) auf. Dieser Ausgang 74A bzw. 74B ist gleichzeitig der Eingang der entsprechenden Drehrichtungslogik 6oA bzw. 6oB. Durch den zuletzt erwähnten Spannungssprung wird das am Eingang der Drehrichtungslogik liegende Flip-Flop 75A bzw. 75B umgeschaltet, wodurch über die Ausgänge 76A, 77A bzw. 76B, 77B der Drehrichtungslogik 6oA bzw. 6oB ein Signal abgegeben wird, welches eine Drehrichtungsänderung des zugehörigen Elektromotors 38 für die Welle A bzw. für die Welle B- bewirkt.

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Gleichzeitig wird, wenn der vorerwähnte Spannungssprung am Ausgang 74A erscheint, das an diesen Ausgang ebenfalls angeschlossene Zeitglied 47 aktiviert, welches die jeweilige Laufzeit der Welle B bestimmt, so daß der Elektromotor 38 für die Welle B eine definierte Drehung, um beispielsweise 27°, ausführt, die jeweils einer kurzen Strecke 23b (siehe Fig. 8) des mäanderförmigen Wegverlaufs 23 entspricht. Währenddessen ist am Ausgang 78A, an dem ein Start- oder Stoppsignal für den Elektromotor erscheint, der die Welle A antreibt, ein den Elektromotor stoppendes Signal vorhanden, d. h. dieser Ausgang ist gesperrt. Das Signal, welches den Elektromotor, der die Welle B antreibt, veranlaßt, zu laufen, tritt am Ausgang 78B auf, der der Start- und Stoppausgang für diesen Elektromotor ist.

Weiterhin ist ein zweites Zeitglied 8o dem ersten Zeitglied 47 nachgeschaltet, das an dem Ausgang 79A und 79B ein verzögertes Bremssignal abgibt, und zwar wird am Ausgang 79A zum gegebenen Zeitpunkt ein Bremssignal für den Elektromotor 38 abgegeben, der die Welle A antreibt, während am Ausgang 79B zum gegebenen Zeitpunkt ein Bremssignal für den Elektromotor 38 erscheint, der die Welle B antreibt. Diese Bremssignale treten um einen gewissen Zeitabstand von zum Beispiel 5 ms verzögert gegenüber den Start- bzw. Stoppsignalen an den Ausgängen 78A bzw. 78B auf und dienen dazu, Überschneidungen zwischen dem Anlaufen und Bremsen der Wellen A und B, die durch Relaisverzögerungen auftreten könnten, zu vermeiden, wozu die Signale an den Ausgängen 78A,B und 79A, B in folgender doppelten Weise miteinander korrespondieren:

(1) Wenn der Elektromotor für die Welle A über den Ausgang 78A ein Startsignal eihält, dann erhält der Elektromotor für die Welle B über den Ausgang 79B ein Bremssignal, wobei das Startsignal am Ausgang 78A, während

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- 3ο -

dessen Auftreten der Elektromotor für die Welle A läuft, um etwa 5 ms verzögert ist, damit der Elektromotor für die Welle A erst dann anläuft, wenn auch tatäschlich der Elektromotor, der die Welle B antreibt, gebremst ist bzw. stillsteht. Entsprechendes gilt für ein Startsignal am Ausgang 78B und für ein Bremssignal am Ausgang 79A.

(2) Wenn der Elektromotor, der die Welle B antreibt, laufen soll, d. h. ein Startsignal am Ausgang 78B auftritt, dann ist dieses Startsignal gegenüber dem Abschalten des Bremssignals, das am Ausgang 79B auftritt, um etwa 5 ms verzögert, damit dieses Bremssignal für den der Welle B zugeordneten Motor auch sicher verschwunden ist, wenn das Startsignal für diesen Motor am Ausgang 78B auftritt. Entsprechendes gilt für das Startsignal am Ausgang 78A und das Bremssignal am Ausgang 79A für den Elektromotor, der die Welle A antreibt.

Die vorerwähnte Verzögerungszeit von beispielsweise 5 ms ist durch das RC-Glied 81, das in dem Zeitglied 8o vorgesehen ist, fest eingestellt. Dagegen kann die Laufzeit des Drehschritts, um den die Welle B jeweils verdreht wird und der einer kleinen Wegstrecke 23b (siehe Fig. 8) des mäanderförmigen Wegverlaufs 23 entspricht, durch das Potentiometer 82 des RC-Glieds 83, das in dem Zeitglied 47 vorgesehen ist, auf einen gewünschten Wert eingestellt werden.

Die Ausgänge 76A, 77A, 78A und 79A sind mit den in Fig. 5 gleich bezeichneten Eingängen der Motorsteuer- und Regelschaltung für den Elektromotor 38 verbunden, welcher die Welle A antreibt. Entsprechend sind die Ausgänge 76B, 77B, 78B und 79B mit den entsprechenden, gleich bezeichneten Eingängen einer zweiten Motorsteuer- und Regelschaltung der in Fig. 5 gezeigten Art verbunden, und die Bezeichnung

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dieser Eingänge ist daher in Fig. 5 in Klammern angegeben.

Die Schaltung nach Fig. 6 hat außerdem einen Eingang 84 (siehe auch Fig. 4), über den ein Abschaltsignal eingegeben werden kann, durch welches die Elektromotoren 38 für beide Wellen A und B nach Ablauf einer vorbestimmten Zeit von beispielsweise 2 Stunden, nach der die Bestrahlung des Objekts aufhören soll, automatisch abgeschaltet werden. Dieses Abschaltsignal wird an dem ebenfalls mit 84 bezeichneten Ausgang der Zeitabschalteinrichtung 64, die in einer beispielsweisen Ausführungsform in Fig. 7 gezeigt ist, erhalten. Diese Zeitabschalteinrichtung 64 kann auch in anderer Weise ausgeführt sein, wesentlich ist, daß es allgemein eine Schaltung oder Einrichtung ist, die zu einem, voreinstellbaren Zeitpunkt ein Abschaltsignal an einem Abschaltsignalausgang, der im vorliegenden Fall der Ausgang 84 ist, abgibt.

Im einzelnen ist die Zeitabschalteinrichtung 64 gemäß dem linken Teil der Fig. 7 mittels einer integrierten elektronischen Uhrenschaltung 85 mit voreinstellbarer "Weckzeit" aufgebaut, an die eine Zeitbasiseingangsschaltung 86 angeschlossen ist, der über eine nicht dargestellte Sekundärwicklung eines Netztransformators die Netzfrequenz von 5o Hz an dem Zeitbasiseingang 87 als Zeitbasis zugeführt wird. Auf der Frontplatte des Steuergeräts 3o (siehe Fig. 1) kann über eine entsprechende, aber nicht dargestellte, Anzeigeeinrichtung sowohl die laufende Zeit als auch die "Weckzeit" alternativ angezeigt werden. Zum Zwecke einer solchen Zeitanzeige ist an die Uhrenschaltung 85 eine Zeitanzeigeschaltung 88 angeschlossen, die unter anderem über Schalter 89 bis 93 mit einer Bedienungseinrichtung 94 mit der Uhrenschaltung 85 verbunden ist. Die Funktionsweise dieser Schalter wird weiter unten näher erläutert.

Es sei noch erwähnt, daß am Ausgang 95 der Uhrenschaltung

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ein Sekundentaktsignal erscheint, durch das auf der Anzeigeskala für die Zeitanzeige eine Leuchtdiode 9 6 zu Kontrollzwecken im Sekundentakt zum Aufleuchten gebracht wird. Am Ausgang 97 erscheint das "Wecksignal", das bei der verwendeten Uhrenschaltung ein Wechselstromsignal ist und daher in einem nachgeschalteten RS-Flip-Flop 98 zu einem Dauersignal gemacht wird, das dann als Abschaltsignal am Ausgang 84 erscheint. Beim Auftreten des Abschaltsignals wird außerdem eine Leuchtdiode 99 zum Aufleuchten gebracht, die dem Benutzer anzeigt, daß die Anlage abgeschaltet worden ist.

Da das erwähnte Abschaltsignal, das über den Ausgang 84 in die Schaltung nach Fig. 6 eingegeben wird, dort nur eine Abschaltung der Elektromotoren für die Wellen A und B bewirkt, nicht jedoch ein Ausschwenken des Elektronenstrahls 4 aus dem Bereich der untersuchten Objekts 12, wird das Abschaltsignal über die in Fig. 7 strichpunktiert eingezeichnete Leitung 99, sofern nicht gleichzeitig noch in der Einrichtung eine Intervalltastschaltung 1oo, wie sie im rechten Teil der Fig. 7 dargestellt ist, vorgesehen ist, der Strahlausschwenksteuerschaltung der Elektronenstrahleinrichtung zugeführt, um den Elektronenstrahl auszuschwenken.

Nach Ablauf der vorgegebenen "Weckzeit" und bei eingestellter "Weckfunktion" der Zeitabschalteinrichtung 64 werden infolgedessen alle Funktionen der Einrichtung nach der Erfindung zum Stillstand bzw. in Ruheposition gebracht.

Die Intervalltastschaltung 1oo, die auch als Strahlausblendungsschaltung bezeichnet werden kann und zur intermittierenden Bestrahlung des Objekts 12 ohne Veränderung der Relativlage zwischen dem Objekt 12 und dem Elektronenstrahl 4 dient, umfaßt eine erste Steuerschaltung 1o1 und eine zweite Steuerschaltung 1o2, die an die Strahlausschwenksteuerschaltung 1o3 über den einen Eingang eines NAND-Tors 1o4, dessen anderer Eingang mit dem Ausgang 84

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des RS-Flip-Flops 98 verbunden ist, angeschaltet sind. Die Steuerschaltungen 1oo und 1o2 sind zwei als monostabile Kippstufen geschaltete intergrierte Zeitgeber, die so geschaltet sind, daß sie sich gegenseitig am Ende ihrer jeweils an den Potentiometern 1o5 bzw. 1o6 eingestellten Zeit triggern. Die Steuerschaltung 1o1 bestimmt die Ausschwenkzeit des Elektronenstrahls, so daß also mit dem Potentiometer 1o5 diese Ausschwenkzeit eingestellt werden kann, während die Steuerschaltung 1o2 die Bestrahlungszeit bestimmt und infolgedessen mit dem Potentiometer 1o6 die Bestrahlungszeit eingestellt werden kann. Durch das nachgeschaltete NAND-Tor 1o4 wird erreicht, daß der Elektronenstrahl nach Auftreten des Abschaltsignals am Ausgang 84 im ausgeschwenkten Zustand bleibt.

Auf der Frontplatte der Steuereinrichtung 3o (siehe Fig. 1) sind außer der erwähnten, nicht dargestellten Skala für die wahlweise Anzeige der laufenden Zeit oder der "Weckzeit", einem Netzschalter und Anschlußbuchsen für die Antriebsund Sensoreinrichtungen 24 bis 27 sowie für das Verbinden der Anschlüsse 1o7 und 1o8 (siehe Fig. 7) mit der Elektronenstrahleinrichtung 3 vorzugsweise im wesentlichen folgende Bedienungs- und Anzeigeelemente vorgesehen:

(1) Einstellknöpfe der Potentiometer 1o5 und 1o6 zum Einstellen der Elektronenstrahlausschwenkzeit und der Bestrahlungszeit, sowie eine Leuchtdiode 1o9 (siehe Fig. 7) ,die anzeigt,ob .sich die Intervalltastschaltung 100 in de] Bestrahlungsphase befindet, da sie mit dem Ausgang der Intervalltastschaltung 1oo verbunden ist; außerdem ein Aus-Ein-Schalter 1o9 (siehe Fig. 7) für die Intervalltastschaltung.Die Leuchtdiode 109 leuchtet nur bei eingeschwenktem Strahl auf und ist bei ausgeschwenktem Strahl dunkel.Das durch diesen Vorgang entstehende (relativ langsame) Blinken zeigt natürlich an, daß die Intervalltastung eingeschaltet ist.

(2) Die Schalter 89 bis 93, die folgende Funktion haben: Bei Betätigung des S4,^}}e.rs S5 erscheint auf der An-

3 QO 8 4

zeigeskala der Zeitabschalteinrichtung 84 die eingestellte Abschaltzeit; der Schalter 9o ermöglicht das Einstellen der Uhrzeit; mit dem Schalter 91 werden die Stunden, mit dem Schalter 92 die Minuten-Einer und bei gleichzeitiger Betätigung der Schalter 91 und 92 die Minuten-Zehner eingestellt; schließlich wird das eigentliche Einschalten mit dem Schalter 9 durchgeführt, da nur beim Einschalten dieses Schalters am Ausgang 97 zur programmierten Zeit ein Abschaltsigrial auftritt. Außerdem ist die Lumineszenzdiode auf der Frontplatte vorgesehen, die nach Erreichen der voreingestellten Abschaltzeit aufleuchtet; sowie weiterhin eine Drucktaste 11o (siehe Fig. 7), die über das RS-Flip-Flop 98 die Zeitabschaltung wieder rückgängig machen kann.

(3) Je ein Einstellknopf für das Potentiometer 59 (siehe Fig. 5) der Motorsteuer- und Regelschaltung für den Elektromotor, der die Welle A antreibt und für den Elektromotor, der die Welle B antreibt, wodurch die Drehgeschwindigkeit der beiden Elektromotoren 38 eingestellt werden kann; außerdem Tastenschalter 111A, ; 112A sowie 111B, 112B (siehe Fig. 6), die an die Flip-Flops 75A bzw. 75B angeschlossen sind und mit denen die Drehrichtung der beiden Elektromotoren für die Wellen A und B vorgewählt werden kann (Uhrzeigersinn oder Gegenuhrzeigersinn).

In Fig. 3 ist schließlich die gesamte Einrichtung gemäß den Fig. 5 bis 7 als Blockschaltbild dargestellt. Hierin ist mit 112 die in Fig. 6 gezeigte Steuerschaltung bezeichnet, die mit je einem Motorsteuer- und Regelkreis 113A und 113B der in Fig. 5 gezeigten Art für die Steuerung und Regelung des Elektromotors 38A für die Welle A und des Elektromotors 38B für die Welle B verbunden ist, wobei die

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zugehörigen Tachogeneratoren 41A und 41B mit eingezeichnet sind. Weiterhin ist die Zeitabschalteinrichtung 64 eingezeichnet, die über den Ausgang 84 mit der Steuerschaltung 112 verbunden ist sowie über die Leitung 114 (siehe auch Fig. 7) mit der Intervalltastschaltung 1oo_f die ihrerseits über die Leitung 115 mit der Strahlausschwenksteuerschaltung 1o3 verbunden ist. Im Falle des Weglassens der Intervalltastschaltung 1oo fällt auch die Leitung 114 weg, und die Strahlausschwenksteuerschaltung 1o3 wird über die in Fig. 7 strichpunktiert gezeichnete Leitung 99 direkt mit der Zeitabschalteinrichtung 64 verbunden.

Mit dem Verfahren und der Einrichtung nach der Erfindung konnte der Periodizität von Peptidoglycan, der Stützsubstanz von Bakterienzellwänden, erfolgreich untersucht werden, wie im einzelnen in einer Veröffentlichung der Erfinder H. Formanek und R. Rauscher in der Zeitschrift "Ultramicroscopy" 4 (1979), 337-342 beschrieben ist, deren Inhalt durch diese Bezugnahme ausdrücklich mit zum Offenbarungsinhalt der vorliegenden Anmeldung gemacht wird.

Abschließend sei noch darauf hingewiesen, daß in den Fig. 5 bis 7 genauere Angaben über verwendete Bausteine und Bemessungen von Bauelementen gemacht sind, die mit zum Inhalt der Offenbarung der vorliegenden Anmeldung gehören.

Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern läßt sich in vielfältiger Weise, insbesondere im Rahmen des Gegenstandes der Patentansprüche, verwirklichen.

Abschließend sei noch erwähnt,daß der Durchmesser des Elektronenstrahls in der Objektebene vorzugsweise zwischen o,5 und 2/um betrug, und daß die fc>trahlausschwenkzeit zwischen 1 und 1o see. und die Bestrahlungsperiode zwischen o,2 und 2 see.in der Intervalltastschaltung variiert v/erden konnte.

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-st

Leerseite

Claims (15)

1. kraus &

   PATENTANWi-LTE

   DR. WALTER KRAUS DIPLOMCHEMIKER · DR.ING. ANNEKATE WEISERT DIPL.-ING. FACHRICHTUNG CHEMIE IRMGARDSTRASSE 15 · D-8OOO MÜNCHEN 71 · TELEFON 089/797077-797078 · TELEX 05-212156 kpat d

   TELEGRAMM KRAUSPATENT

   2473 JS/BR

   G. RAUSCHER , 8000 München 50
   H. FORMANEK , 8046 Garching

   Verfahren und Einrichtung zum Erzeugen von Elektronenstrahl-Beugungsbildern

   PATENTANSPRÜCHE

   Iy Verfahren zum Erzeugen von Elektronenstrahl-Beugungsbildern, bei dem ein zu untersuchendes Objekt mittels eines Elektronenstrahls bestrahlt und die durch
   das Objekt gebeugten Elektronen des Elektronenstrahls
   mittels einer integrierenden Abbildungseinrichtung oder eines integrierenden Abbildungsmaterials, insbesondere
   mittels einer photographischen Schicht, abgebildet werden, wobei ein Objekt verwendet wird, das durch einen
   mittels einer vorbestimmten Spannung beschleunigten
   Elektronenstrahl, welcher die zum Erzeugen einer Abbildung erforderliche Energiedichte besitzt, wesentlich
   verändert wird, dadurch gekennzeichnet ,
   daß man eine oder mehrere in ihrer Ausdehnung dem Querschnitt des Elektronenstrahls entsprechende Stellen des Objekts (12) intermittierend mit einem mittels der vor-

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   bestimmten Spannung beschleunigten Elektronenstrahls (4) bestrahlt, der eine Elektronendichte hat, welche unterhalb derjenigen Elektronendichte liegt, bei der das Objekt (12) wesentlich verändert wird;- und daß. man die Bestrahlung über eine so lange Zeitdauer durchführt, daß die über diese Zeitdauer integrierte Elektronendichte des Elektronenstrahls wenigstens gleich der für das Erzeugen einer Abbildung erforderlichen Elektronendichte wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß man einen vorbestimmten zusammenhängenden Flächenbereich (22) des Objekts (12) mit dem Elektronenstrahl (4) ein oder mehrere Male abtastet, indem man den Elektronenstrahl (4) in einem vorbestimmten Muster (23) über dem zusammenhängenden Flächenbereich (22) des Objekts (12) wandern läßt.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß man den Elektronenstrahl (4) in einem mäanderförmigen Muster (23) über dem zusammenhängenden Flächenbereich (22) des Objekts (12) wandern läßt.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet , daß man einen quadratischen oder rechteckigen Fläehenbereich (22) abtastet.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 2,3 oder 4, dadurch gekennzeichnet , daß man das Objekt (12) durch einen in seinem Verlauf ortsfesten Elektronenstrahl (4) nach dem vorbestimmten Muster (23) quer, insbesondere senkrecht, zum Elektronenstrahl (4) bewegt.
6. 6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η -

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   zeichnet , daß man das Objekt (12) und den Elektronenstrahl (4) relativ zueinander ortsfest läßt und das Auftreffen des Elektronenstrahls (4) auf ein und dieselbe Stelle des Objekts (12) periodisch unterbricht.
7. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß man den Elektronenstrahl (4) periodisch aus dem Bereich des Objekts (12) ausschwenkt.
8. 8. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, mit einer Elektronenstrahleinrichtung zum Erzeugen eines fokussierten Elektronenstrahls; sowie mit einem Objektträger für das zu untersuchende Objekt im Wege des fokussierten Elektronenstrahls in einer quer, insbesondere senkrecht, zum Elektronenstrahl verlaufenden Ebene; und mit einer integrierenden Abbildungseinrichtung oder einem integrierenden Abbildungsmaterial, insbesondere einer photographischen Schicht, zum Abbilden der durch das Objekt gebeugten Elektronen des Elektronenstrahls; wobei der fokussierte Elektronenstrahl und das Objekt relativ zueinander bewegbar sind, gekenn ζ ei chne t durch eine einen vorbestimmten zusammenhängenden Flächenbereich (22) des Objekts (12) mit dem Elektronenstrahl (4) ein oder mehrere Male abtastende Verstelleinrichtung (24, 25, 3o), die den Elektronenstrahl (4) in einem vorbestimmten Muster (23) über den zusammenhängenden Flächenbereich (22) wandern läßt.
9. 9. Einrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine den Elektronenstrahl (4) in einem mäanderförmigen Muster (23) über den zusammenhängenden Flächenbereich wandern lassende Verstelleinrichtung (24, 25, 3o).

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   -A-
10. 10. Einrichtung nach Anspruch 8 oder 9_r mit einer Objektträgerverstelleinrichtung zum Bewegen des Objektträgers in einer quer, insbesondere senkrecht, zum fokussierten Elektronenstrahl verlaufenden Bewegungsebene, wobei die Objektträgerverstelleinrichtung eine erste Welle aufweist, durch deren Drehung der Objektträger über eine erste Antriebsverbindung in einer ersten Koordinatenrichtung in der Bewegungsebene verstellbar ist, sowie eine zweite Welle, durch deren Drehung der Objektträger über eine zweite Antriebsverbindung in einer zweiten Koordinatenrichtung in der Bewegungsebene verstellbar ist, gekennzeichnet durch eine an die erste Welle (A) angekoppelte erste Antriebseinrichtung (24) zum selbsttätigen Antreiben der ersten Welle (A) und eine an die zweite Welle (B) angekoppelte zweite Antriebseinrichtung (25) zum selbsttätigen Antreiben der zweiten Welle (B); sowie eine an die erste Welle (A) angekoppelte erste Sensoreinrichtung (26) zum Ermitteln der jeweiligen Position des Objektträgers (11) in der ersten Koordinatenrichtung und eine an die zweite Welle (B) angekoppelte zweite Sensoreinrichtung (27) zum Ermitteln der jeweiligen Position des Objektträgers (11) in der zweiten Koordinatenrichtung; und durch eine mit beiden Antriebs- und Sensoreinrichtungen verbundene Steuereinrichtung (3o) zum programmierten Steuern der beiden Antriebseinrichtungen (24, 25) in Abhängigkeit von Signalen der beiden Sensoreinrichtungen (26, 27).
11. 11. Einrichtung nach Anspruch 1o, dadurch gekennzeichnet , daß jede der beiden Antriebseinrichtungen (24, 25) einen Elektromotor (38) aufweist, der über ein Getriebe (39) und eine Rutschkupplung (4o) an die jeweilige Welle (A, B) der Objektträgerverstelleinrichtung (15) angekoppelt ist.

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12. 12. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß der Elektromotor (38) außerdem an einen Tachogenerator (41) angekoppelt ist und zusammen mit letzterem an eine die Geschwindigkeit des Elektromotors (38) konstant haltende sowie die Drehrichtung des Elektromotors umschaltende Motorregelschaltung (48) angekoppelt ist.
13. 13. Einrichtung nach Anspruch 1o, 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet , daß die Antriebseinrichtungen (24, 25) unabhängig von den Sensoreinrichtungen (26, 27) von der jeweiligen Welle (A, B) abkoppelbar sind.
14. 14. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, 6 oder 7 mit einer Elektronenstrahleinrichtung zum Erzeugen eines fokussierten Elektronenstrahls? sowie mit einem Objektträger für das zu untersuchende Objekt im Wege des fokussierten Elektronenstrahls in einer quer, insbesondere senkrecht, zum Elektronenstrahl verlaufenden Ebene; mit einer integrierenden Abbildungseinrichtung oder einem integrierenden Abbildungsmaterial, insbesondere einer photographischen Schicht, zum Abbilden der durch das Objekt gebeugten Elektronen des Elektronenstrahls; und mit einer elektrisch steuerbaren Elektronenstrahlunterbrechungsoder -ausschwenkeinrichtung, gekennzeichnet durch eine an die Elektronenstrahlunterbrechungs- oder -ausschwenkeinrichtung zu deren Steuerung angekoppelte Intervalltastschaltung (1oo) zum periodischen Unterbrechen oder Ausschwenken des fokussierten Elektronenstrahls (4) aus dem Bereich des Objekts (12), wobei die Intervalltastschaltung (1oo) eine erste Steuerschaltung (1o1) zum Einstellen der Zeitdauer der ünterbrechungs- bzw. Ausschwenkperiode, während welcher der fokussierte Elektronenstrahl (4) jeweils unterbrochen oder ausgeschwenkt wird, und eine zweite Steuer-

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    schaltung (1o2) zum Einstellen der Zeitdauer der Bestrahlungsperiode, während welcher eine vorbestiirante Stelle des Objekts (12) mit dem fokussierten Elektronenstrahl (4) bestrahlt wird, umfaßt.
15. 15. Einrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 14, gekennzeichnet durch eine an die Elektronenstrahleinrichtung (3) sowie an die Steuereinrichtung (3o) bzw. an die Intervalltastschaltung (1oo) angekoppelte, zeitlich gesteuerte Abschalteinrichtung ( 64- ) zum Unterbrechen des fokussierten Elektronenstrahls (4) oder zu dessen Ausschwenken aus dem Bereich des Objekts (12) und gegebenenfalls zum Abschalten der Antriebseinrichtungen (24, 25) .

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