Устройство управления током магнитной линзы электронного микроскопа Советский патент 1983 года по МПК H01J37/14 

Изобретение относится к электроннооптическому приборостроению, в частности к системам питания магнитных электронных линз электронйрзондовых приборов для исследования и обработки объектов.

Известно устройство для управления током магнитной линзы электронного микроскопа, содержащее запоминающее устройство (ЗУ), преобразователь тока линзы в код, схему сравнения (кодов ЗУ преобразователя) и усилитель мощности,. соединенный с обмоткой линзы l .

Недостатками данного устройства являются ограниченный диапазон регулировки тока линзы, определяемый только записанными в ЗУ величинами тока для -определенных векторов и рабочих параметров электронного микроскопа (степень увеличения, режим работы, ускоряющее напряжение), отсутствие возможности оперативного занесения в ЗУ режимов (величин токов) , определенных в ходе работы. Это снижает производительность работы электронного микроскопа.

Кроме того, данное устройство не позволяет производить корректировку режима работы линзы, вызываемую Необходимостью устранения влияния долговременной нестабильности параметров электронной линзы (старение материала, климатические условия и т.д.).

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство управления током магнитной линзы электронного микроскопа, содержащее запоминающее устройство, регистр переноса, соединенный первым входом через переключатель с генератором импульсов, вторым и третьим входами - с блоком реверса тока, а выходами параллельного кода -. с входами цифро-аналогового преобразователя (ЦАП), а также усилитель мощности, подключенный к обмотке линзы.. Устройство обеспечивает возможность более тонкой подстройкой тока линзы и устранения влияния долговременной нестабильности парамет. ров линзы за счет наличия в нем потенциометра, осуществляющего плав.ную подстройку тока в ряде малых диапазонов, на которые разбит весь диапазон изменения тока линзы 2 .

Однако при этом снижается быстродействие устройства: для установки необходимого режима требуется значительное время, так как настройку приходится производить в пределах всего диапазона изменения тока линзы

кроме того, данное устройство не обеспечивает возможность запоминания в процессе работы режимов работы линзы для их повторного использования, что снижает оперативность ра--.

боты микроскопа, а следовательно, и его производительность.

Целью изобретения является повышение быстродействия управления током магнитной линзы электронного микроскопа.

Указанная цель достигается тем, что устройство управления током магнитной линзы электронного микроскопа содержащее запоминагадий блок,.регист переноса, соединенный первым входом через переключатель с генератором импульсов, вторым и третьим входа-ми - с блоком реверса тока, а выходами параллельного кода - с входами ЦАП, и усилитель мощности, подключенный к обмотке линзы,, дополнительно содержит блок параллельного обмена информацией, сумматор, второй ЦАП, регистр преобразования, делител напряжения и блок коммутации, вход которого соединен с первым, выходом блока реверса тока, а выходы - с первым и вторым входами блока параллельного обмена информацией, соединенного двухсторонней связью с запоминающим блоком, а выходами и входами параллельного кода - соответственно, с входами параллельного кода регистра переноса и входами первого ЦАП, выход которого соединен с первым входом сумматора, соединенного выходом с входом усилителя мощности, а вторым входом - через делитель напряжения, с выходом второго ЦАП, подключенного входами к выходам регистра преобразования, соединенного первым входом с первым выходом переключателя, а вторым и третьим входами с вторым и третьим выходами блока реверса тока.

На чертеже показана схема устройства.Устройство управления током магнитной линзы электронного микроскопа содержит генератор 1 импульсов, . соединенный выходом с входом переключателя 2, один выход которого соединен с первым входом регистра 3 переноса, а второй - с первы. входом реверса 4 преобразования, второй и третий входы регистра 4 соединены с вторым и третьим выходами блока 5 реверса тока, включающего источник б напряжения и переключатель 7. Первый выход блока 5 реверса тока (выход источника 6 напряжения) соединен с входом блока 8 коммутации, первый и второй входы которого соединены с первым и вторым входами блока 9 параллельного обмена информацией (например, устройство параллельного обмена из состава ЭВМ Электроника 60), соединенного также двухсторонней связью с запоминающим блоком 10, а выходами и входами параллельного кода - соответственно с вхоДс1МИ

и выходами параллельного кода регистра 3, второй и третий входы которого соединены с вторым и третьим выходгили блока 5 реверса- тока, а выходы параллельного кода - с входами первого ЦАП 11, Последний должен быть прецизионным и иметь нестабильность меньше, чем предъявляется к току линзы, т.е. порядка 3 мин. Для обеспечения этого требования его ключи выполняются на герконах, резисторы берутся высокостабильные, а источник опорного напряжения термостатирован. Число разрядов ЦАП 11 определяется максимальным значением токаЗ,пд, который может быть установлен в линзе и величиной дискреты тока b3j (наименьшего приращения тока), необходимой для компенсации долговременной нестабильности магнитного потока линзы (старение материалов, климатические изменения и т.д.).

Выход первого ЦАП 11 соединен с ,первым входом сумматора 12, соединенного выходом через усилитель 13 мощности с обмоткой линзы 14, а вторым входом через делитель 15 напряжения - с выходом второго ЦАП 16. (Число разрядов ЦАП 16 определяется делением величины тока 0у на минимальные значения тока 43ц/ которое оказывает влияние на качество изображения объекта в электронном микроскопе, при этом учитывается также влияние делителя 15 напряжения, который ослабляет сигнал с выхода ЦАП 16 в 100-1000 раз). Входы ЦАП 16 соединены с выходами регистра 4 преобразования.

Устройство работает следующим, об.разом.

Переключатель 2 устанавливаюттак, что последовательность импульсов с генератора 1 импульсов поступает на первый вход регистра 3 переноса, преобразующий эту последовательность импульсов в параллельный код, в свою очередь поступающий на вход ЦАП 11 и преобразующийся в аналоговое напряжение, которое через сумматор 12 подае.тся через усилитель 13 мощности на обмотку линзы 14, в результате чего по обмотке протекает ток.

Одновременно со Второго или третьего выхода блока 5 реверса тока (путем изменения положения его переключателя 7) на второй или третий вход регистра 3 подается сигнал, который вызывает увеличение или уменьшение значения параллельного кода на выходе регистра 3, что в свою очередь вызывает увеличение или уменьшение аналогового напряжения на выходе первого ЦАП 11, а следовательно, и возрастание или уменьшение тока в обмотке линзы 14. Эту операцию проводят до тех пор, пока в обмотке не установится оптимальный ток, с точки зрения наилучшего качества изображения объекта, которое может быть достигнуто.. Затем генератор 1 импульсов с помощью переключателя 2 подключается к первому входу регистра 4, на второй или на третий входы которого подается сигнал со второго или ,трет1 его входов блока 5 реверса тока. Этот сигнал вызывает увеличение или уменьшение значения параллельного кода на выходе регистра 4 и, соответственно, аналогового напряжения на выходе второго ЦАП 16, которое поступает через делитель 15 напряжения, ослабляющий его ,в 1001000 раз, на вход сумматора 12 (ослабление сигнала обусловлено необходимостью снижения требований к нестабильности ЦАП 16 и устраняет необходимость передавать через данный ЦАП сигналы на уровне единиц микровольт, что представляет значительные трудности; это позволяет также использовать в ЦАП 16 стандартную микросхему). В сумматоре 12 этот сигнал складывается с сигналом от первого ЦАП 11 и поступает в обмотку линзы 14 „ При этом из5/1енение знака тока на выходе блока 5 реверса тока с помощью.переключателя 7 осуществляют до Тех пор, пока в обмот-ке линзы не установится оптимальный, с точки зрения наилучшего качес тва изображения объекта, ток.

В результате описанных операций в линзе устанавливается оптимальный ток для какого-либо вектора рабочих параметров электронного микроскопа (степень увеличения, ускоряющее напряжение и т.д.). .

Для того, чтобы при возвращении к этому режиму пользователю электронного микроскопа не приходилось повторять весь процесс настройки, после установки оптимального тока в линзе, с первого выхода блока 8 коммутации (путем замыкания его первого переключателя) на первый вход блока подается сигнал, в результате которого сигнал с выхода регистра 3 переноса через блок 9 параллельного обмена поступает в запоминающий блок 10, где и запоминается. При необходимости повторения какого-либо режима работы линзы для получения в. обмотке линзы 14 необходимого тока с второго выхода блока 8 коммутации (путем замыкания его второго переключателя.) подается сигнал, под действием которого через блок 9 параллельного обмена из запоминающего блока 10 на входы регистра 3 переноса подается код напряжения, который был на входе запоминающего блока на этапе предварительной установки тока в обмотке линзы 14. Для установки требуемого режима тока линзы далее необходимо только осуществить подстройку тока в обмотке линзы 14 в малом диапаэоне через цепь блок 5 ревер- са - регистр 4 - ЦАП 16 - делитель 15 напряжения - сумматор 12 - усилитель 13Моиности и, таким образом, значительно сокращается время установки и перестройки режима работы линзы. Это, в свою очередь, позволяет значительно повысить производительнс5сть электронного микроскопа. При этом повышается также качество исследований, так как при перестройке режима работы элементов злектронно-оптической системы объект меньшее время находится под облучением электронньвл пучком.

Кроме того, устройство позволяет использовать органы управления режимьм одной линзы электронного микроскопа для настройки режимов всех остальных его линз путем введения лишь переключателя обмоток и упростить систему управления электронного микроскопа в целом.

Предлагаемое устройство может быть широко использовано в устройствах питания обмоток электроннооптической системы где оно позволяет эа счет уменьшения времени установки режима линз злектроннооптической системы микроскопа повысить производительность электронного микроскопа.

УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ТОЯСОМ МАГНИТНОЙ ЛИНЗЫ ЭЛЕКТРОННОГО МИКРОСКОПА, содержащее запомннакадий блок, регистр переноса, соединенный первым входом через переключатель с генератором импульсов, вторыл и третьим входами - с блоком реверса тока, а выходами параллельного кода - с входс1ми цифро-аналогового пре.обра- зователя, и усилитель мощности, подключенный к обмотке линзы, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия управления, оно дополнительно содержит блок па раллельного обмена информацией, сумматор, вт.орой цифро-аналоговый преобрагователь, регистр преобразова.НИН, делитель напряжения и блок коммутации, вход которого соединен с первом выходом блока реверса тока, а выходы - с первым и вторьм входами блока параллельного обмена информацией, соединенного двухсторонней связью с запоминающим блоком, а выходами и входгмя параллельного кодасоответственио с входами параллельного ;кода регистра переноса и входами первого цифро-аналогового преобразователя, выход которого соединен с первым входом cyfe axopa, соединенного выходом с входом усилителя мощности, а вторые входом - через 9 делитель напряжения с выходом второго цифро-аиалогового преобразователя, подключенного .входс1ми к выходам регистра преобразования, соединенного первым входом с первьл вы;ходом переключателя, а вторым и I третьим входами - с вто{:«1М и третьим выходами блока реверса тока.