Электронный микроскоп Советский патент 1981 года по МПК H01J37/26 

(54) ЭЛЕКТРОННЫЙ МЖРОСКОП

Изобретение относится к электронной микроскопии и может быть использовано при разработке просвечивающих электронных микроскопов, в том числе и с растровыми приставками. Известен просвечивающий электронный микроскоп, содержащий осветитель ную систему, объективную линзу, столик объектов, устройства наблюдения и регистрации изображения Dl Однако этот микроскоп обладает недостаточно высокой разрешающей спо обностью, не позволяющей производить исследования структур на атомарном уровне.Зарегистрированное на фотопластинке изображение анализиру.ется на оптическом анализаторе вне этого микроскопа, после чего производится соответствующая фокусировка его.Наличие промежуточной ступени ан лиза изображения (на фотопластинке) ;дает дополнительные ошибки ухудщающие разрешение. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является электронный микроскоп,содержащий осветительную систему, объектйвную линз.у, отклоняющую систему, систему формирования и увеличения изображения, диафрагму и датчик электронов, подключенный к блоку обработки сигнала, выход которого соединен с генератором развертки. Разрешающая способность известного микроскопа находится на высоком уровне за счет наличия в нем электронно-оптической системы формирования и увеличения изображения со второй отклоняющей системой, позволяющих производить анализ изображения непосредственно в самом микроскопе i, Однако входящая в состав микроскопа диафрагма, представляющая диск с одним осевым отверстием не может обеспечить высокое разрешение так как при требуемом для этой цели ма.лом диаметре отверстия диафрагмы снизкается уровень сигнала на вькоде датчика электронов из-за уменьшения количества электронов, проходящих в единицу времени через это отверстие,

Цель изобретения повышение разрешающей способности электронного микроскопа.

Указанная цель достигается тем, что в электронном микроскопе, содержащем осветительную систему, объективную линзу, отклоняющую систему, систему формирования .и увеличения изображения, диафрагму и датчик эл ектронов, пoдклIOчeJ ный к блоку обработ ки сигнала, вьгход которого соединён с генератором развертки, в диафрагме выполнены сквозные отверстия, равномерно расположенные по линии -напра пения ска шрования в количестве, про порциональном уровню сигнала датчика и обратно пропорциональном квадрату диаметра отверстий.

На фиг. 1 приведена схема электроного микроскопа; на фиг. 2 и 3 - варианты выполнения отверстий в диафрагме.

Электронный микроскоп содержит расположенные по его оптической оси осветительную систему 1, формирующую электронный луч 2, столик 3 объектов объективнз о линзу 4, подключенную к источнику 5 питания, отклоняющую систему 6 с генератором 7 развертки, за которой расположена дополнительная система 8 формирования и увеличения изображения, состоящая из нескольких линз, неподвижная диафрагма 9 со сквными отверстиями 10 одинакового диаметра, равномерно расположеннь1ми по линии, совпадающей с направлением ска1шрсвания изображения. В качестве Диафрагмы 9 могут быть использованы микроканальные пластины и стекловолоконные диски. За неподвижной диафрагмой 9 расположен датчик 11 электронов, содержаищй сцинтиллятор и-фотоэлектронный ут-шожитель. Выход датчика 11 электронов соединен со входом блока 12 обработки сигнала, выхо которого и генератор 7 развертки: электрически соединены общими цепями синхронизации.

Электронньш микроскоп работает следующим образом.

Сформированный осветительной системой 1 электронный луч 2 освещает исследуемый объект, расположенный на

столике 3 объектов. Объективная лин за 4 и дополнительная система 8 формирования и увеличения изображения / формируют увеличенное изображение объекта в плоскости диафрагмы 9. Анализируемые участки сформированного изображения сканируются последовательно относительно всех отверстий 10 диафрагмы 9 с помощью отклоняющей системы 6, подключенной к генератору 7 развертки. Сканирование анализируемых участков изображения относительно отверстий производится с постоянной скоростью, обусловленной расположением отверстий, находящих- ся на одинаковом расстоянии, полинии, совпадающей с направлением сканирования. При этом в зависимости от расположения отверстий оно производится по прямой линии или по окружности.

При сканировании электронное изображение раскладывается на элементы, величина которых определяется диаметром отверстий 10 в диафрагме 9 и общим увеличением электронно-оптический системы. Так как разрешающая способность электронного микроскопа улучшается с уменьшением диаметра диафрагмы 9 при. постоянном увеличении его электронно-оптической систем диаметр отверстий диафрагмы 9 выполняется, исходя из предельной разрешающей способности микроскопа (приведенное значение) с учетом его увеличения М., т.е di-d.Электроны, прошедшие отверстия 10 диафрагмы 9, попадают на датчик 11, который формирует аналоговый сигнал (ток i), пропорциональный количеству электронов, приходящихся на элемент изображения в плоскости ди- афраг1 а1 9. При этом аналоговый сигна для всех пространственных структур изображения, имеющих пространственный период гармонических решето (на которые- может быть разложено изоражение) , кратный расстоянию между отверстиями диафрагмы, приобретает максимальное значение, так как пропорционален числу отверстий диафрагмы п и площади отверстия.

Таким образом, число отверстий выбирается из соотношения п G: ki/d где k - коэффициент пропорциональности, определяющий чувствительность датчика электронов. Полученный аналоговый сигнал подается на вход блока 12 обработки сигнала, в котором сигнал усиливается и анализируется пр частотам анали затором, представляющим набор электриче.ских фильтров, работаюпцсс на оп ределенном диапазоне частот. Анализируемый спектр частот исследуемого объекта, отображенный на экране индикатора, позволяет точно определить разрешающую способность микроскопа, фокусировку изображения, астигматизм сферическую аберрацию, причем получаемый спектр частот более удобен для обработки вследствие увеличения амплитуды сигнала и уменьшения шумового фона за счет изменения соотношения сигнал/шум, пропорционального величине . Сигнал с выхода анализатора блока 12 обработки сигнала даее поступает на исполнительное уст ройство, формирующее сигнал управления. Соединение блока 12 обработки с генератором 7 развертки обеспечивает синхронную со сканированием обработку изображения объекта. Вследствие повьшения величины сум марного сигнала на выходе датчика электронов .электронного микроскопа возможно, разложение электронного из ражения объекта на элементы, соответствующие предельному разрешению современных просвечивающих электронHbtx микроскопов (0,1 нм). Анализ и коррекция изображения непосредственно в самом микроскопепозволяет не только повысить его разрешение, но и способствуют повышению процента выхода фотоснимков электронного изображения объекта с гарантированным разрешением. Формула, изобретения Электронный микроскоп, содержащий осветительную систему, объективную линзу, отклоняющую систему, систему формирования и увеличения изображения, диафрагму и датчик электронов, подключенный к блоку обработки сигнала, выход которого соединен с генератором развертки, отличающийся тем, что, с целью повышения разрешающей способности микроскопа, в диафрагме выполнены сквозные отверстия, равномерно расположенные по линии направления сканирования, в количестве, пропорциональном уровню сигнала датчика и обратно пропорциональном квадрату диаметра отверстий i Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Хоке П. Электронная оптика и электронная микроскопия. М., Мир, 1974, с. 2Г. 2.Авторское свидетельство СССР № 524258, кл. Н 01 J 37/26, 1975 (прототип) .