Uber die Entstehung 

 des Kontrastes im elektronenmikroskopischen Bild 



B. V. BORRIES t UND F. LeNZ 



Rheinisch- Westfdlisches Inst it ut fiir Obermikroskopie, Di'isseUhif, mid Inst it tit fiir 

 Elektionenoptik unci Feinmechanik der Technischen Hochschule Aachen 



Ziisanvnenfassiini,'. — Es wild iiber neuere Fortschritte 

 in den Vorsteliungen iiber die eiei<tronenmikioskopische 

 Bildentstehung berichtet. Die innerhaib und am Rande 

 genau und iingenau foi<.ussierter Bilder amorpher oder 

 kristalliner Korper auftretenden Kontraste lassen sich 

 unter einheitlichen Gesichtspunkten als Folge von koiia- 

 renter und inkohiiienter Streuung der Elektronen an den 

 Objektatomen betrachten. Der Zusammenhang zwischen 

 der kohiirenten Streuung, dem inneren Potential der Kor- 

 per, das auch in relativ einheitlichen Objekten ortlich 

 betriichtlichen Schwankungen unterworfen sein kann, 

 und dem Phasenkontrast wird erortert. Beispiele fiir 

 reinen Phasenkontrast, reinen Amplitudenkontrast und 

 gemischten Kontrast werden gezeigt und diskutiert. 



(Der endgiiltige Text dieses Vortrages, der als Uber- 

 sichtsvortrag auf der Ersten Europiiischen Konferenz der 

 Elektronenmikroskopie in Stockholm, September 1956 

 gehalten wurde, wurde nach dem Tode von Herrn Prof. 

 V. Borries formuliert. Uber den Inhalt und seine Darstel- 

 lungsweise haben jedoch noch zu Lebzeiten von Herrn 

 Prof. V. Borries viele ausfiihrliche Diskussionen zwischen 

 den beiden Verfassern stattgefunden.) 



Mein verehrter Lehrer Bodo von Borries hat sich 

 wiihrend seines wissenschaftlichen Lebens immer 

 wieder mit den Fragen der Bildentstehung und des 

 Kontrastes beschiiftigt. In der Tat ist es notig, daB 

 der Anwender des Elektronenmikroskops richtige 

 Vorsteliungen von der Bildentstehung hat, damit er 

 die erhaltenen Elektronenbilder richtig deuten und 

 die viclfiiltigen technischen Mittel zur Verbesserung 

 des Autlosungsvermogens und des Kontrastes richtig 

 anwenden kann. Nun sind aber die Anwender des 

 Elektronenmikroskops nicht immer Physiker und 

 fast nie theoretische Physiker. Man wird von ihnen 

 daher nicht erwartcn diirfen, daB sie die Theorie 

 der Bildentstehung in der Form verwerten, wie sie 

 die theoretischen Physiker liefern. Hier hat von 

 Borries, der selbst ja auch seiner Ausbildung nach 

 kein Physiker, sondern Elektrotechniker war, immer 

 wieder nach Wegen gesucht, das Verstiindnis der 

 Bildentstehung in anschaulicher Weise frei von 

 komplizierten Berechnungen dem Anwender zu- 

 giinglich zu machen. In den zahlreichen Unterhal- 

 tungen, die wir wenige Wochen vor seinem Tode 

 iiber Form und Inhalt des von ihm fiir die Stock- 

 holmer Tagung angekiindigten Ubersichtsvortrags 

 batten, hat er immer wieder den Standpunkt ver- 

 treten, daB es vor allem auf eine anschauliche, aber 

 dennoch in ihren wesentlichen Ziigen richtige, auch 

 fiir die Nichtphysiker unter den Anwendern ver- 

 stiindliche Darstellung unserer heutigen Vorstel- 

 iungen von der Bildentstehung ankomme. 



Eine solche Darstellung folgt wohl am besten der 

 historischen Entwicklung dieser Vorsteliungen, die 



von der Analogic zur Lichtoptik ihren Ausgang 

 nahmen. in der Lichtmikroskopie geht die Theorie 

 der Bildentstehung eines nicht selbst leuchtenden 

 Objektes folgendermaBen vor: Aus den als bekannt 

 vorausgesetzten Eigenschaften des Beleuchtungssy- 

 stems folgt die Intensitiits- und spektrale Verteilung 

 des auf das Objekt auffallenden Lichtes. Kennt man 

 ferner die Verteilung des Absorptionskoeffizienten 

 und des Brechungsindex im Objekt, so kann die 

 durch das Objekt bewirkte Modifikation des be- 

 strahlenden Lichtes berechnet werden. Man kann 

 nun das aus dem Objekt austretende Licht auf seinem 

 weiteren Wege durch Linsen, Blenden und andere 

 optische Elemente bis zur Bildebene bin rechnerisch 

 verfolgen und erhiilt so die Verteilung der Helligkeit 

 im Bild als Funktion der Objekteigenschaften, d. h. 

 also die Antwort auf die Frage der Bildentstehung. 

 Handelt es sich dabei um die genau fokussierte 

 Abbildung eines durchstrahlten Objektes, werden 

 nicht allzukleine Blenden verwandt und sind die 

 Objekteinzelheiten hinreichend groB gegen die Wel- 

 lenliinge des abbildenden Lichtes, so ist in der Licht- 

 mikroskopie die Helligkeitsverteilung im Bild im 

 wesentlichen durch die Verteilung des Absorptions- 

 koeffizienten im Objekt bestimmt. Die Untersu- 

 chungen der Kontrastentstehung im elektronen- 

 mikroskopischen Bild begannen daher konsequenter- 

 weise mit einer Abschiitzung der Elektronenabsorp- 

 tion im Objekt. Uber die Absorption, d. h. die Ver- 

 ringerung der Elektronenzahl beim Durchgang durch 

 das Objekt lagen aber schon in der Friihzeit der Elek- 

 tronenmikroskopie experimentelle Ergebnisse vor 

 [12], denen zufolge die Absorption bei der Kontrast- 

 entstehung nur eine ganz untergeordnete Rolle 

 spielen konnte. Zu einer besseren Deutung der Kon- 

 trastentstehung kommt man dagegen, wenn man 

 annimmt [15], daB ein Teil der Strahlelektronen 

 durch Streuung an den Objektatomen in so groBe 

 Winkel abgelenkt wird, daB sie ,,keinen Beitrag zur 

 Helligkeit des Bildpunktes" mehr leisten, sei es, weil 

 sie hinter eine Kontrastblende fallen, sei es, weil sie 

 wegen der Bildfehler der Objektivlinse den durch 

 die ungestreuten Elektronen gezeichneten Bildpunkt 

 verfehlen. Auf Grund dieser Vorsteliungen laBt sich 

 eine anschauliche Deutung des Bildkontrastes auf- 

 bauen [4], die weitgehend mit dem BegrifT des auf 

 Bahnen bewegten geladenen Massenpunktes aus- 

 kommt und zur Kontrastbestimmung lediglich nach 

 den Gesetzen der klassischen Mechanik berechnen 

 muB, wie groB die mittlere Anzahl geladener Mas- 



