DE1439875C3 - Einrichtung zum Kippen eines Objekts in einem Elektronenmikroskop - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Kippen eines in einem Elektronenmikroskop zu untersuchenden Objekts, relativ zur Elektronenstrahlachse, bestehend aus einem in den Strahlengang des Elektronenmikroskops einsetzbaren Hohlkörper mit Durchtrittsöffnungen für das Elektronenstrahlbündel, einem hülsenförmigen Objekthalter und im Objekthalter angeordneten Objektträgermittel, bei der der hülsenförmige Objekthalter sich auf gekrümmten Gleitflächen des Hohlkörpers abstützt und mittels senkrecht zur Elektronenstrahlachse verschiebbaren Verstellstiften kippbar ist.

Es ist bereits ein Präparattisch für ein Elektronenmikroskop bekannt, bei dem eine Orientierung um einen beliebigen Winkel mittels eines Kardanrahmens ermöglicht wird, der zwei in einer Ebene liegende und zueinander senkrechte Achsen aufweist. Diese Vorrichtung ist aber nur für Untersuchungen mit Elektronenbeugung geeignet, bei denen der Elektronenstrahl streifend auf die Oberfläche des Objekts einfällt.

Bei einem Elektronenmikroskop, bei dem das Objekt zur Erzielung zweier stereoskopischer Teilbilder um geeignete Winkel gegen die Achse des Mikroskops geschwenkt weiden kann, ist es bekannt, den Objektträger, auf welchem das Objekt selbst unmittelbar befestigt ist, in seinem Halter schwenkbar anzuordnen. Dabei ist der Objektträger in dem Halter durch eine gekrümmte Gleitfläche geführt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zum Kippen des Objekts zu schaffen, die einfach in ihrer Konstruktion ist und die eine große Winkelverstellung des Objekts gegenüber dem Elektronenstrahl erlaubt. Ferner soll die Einrichtung eine hohe Einstellgenauigkeit aufweisen und ermöglichen, eine gewählte Stellung ohne Schwierigkeiten und mit größter Genauigkeit zu wiederholen.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung und bei einer Einrichtung der eingangs erwähnten Art dadurch gelöst, daß der hülsenförmige Objekthalter nach Art eines Kugelgelenks im Hohlkörper gelagert ist und zur allseitigen Kippung die Verstellstifte in zwei aufeinander etwa senkrecht stehenden Richtungen angeordnet sind.

Die erfindungsgemäße Einrichtung gestattet, daß die besondere Lagerung des Objekthalters mit Objektträger eine rasche und präzise Orientierung zum Elektronenstrahl zu erzielen. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß keine Veränderungen an bereits vorhandenen Elektronenmikroskopen benötigt werden und daß das Präparat in einer normalen Beobachtungsebene gehalten werden kann, so daß" kein Verlustauflösungsvermögen eintritt.

Die Erfindung ermöglicht ferner eine schnelle und einfache Voreinstellung des Objekts außerhalb des Magnetfeldes der Magnetlinse, wodurch das Objekt dem Einfluß des Magnetfeldes entzogen wird, welches unier Umständen die magnetischen Eigenschaften eines zu untersuchenden Objekts stören oder verändern könnte.

Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel der Erfindung weist der Objekthalter einen rohrartigen Ansatz auf, der mit einem Ende einer Hülse gelenkig verbunden ist, deren anderes Ende mittels eines Kugelgelenks im Hohlkörper einstellbar gehalten ist, wobei die Hülse an der Einwirkstelle der Verstellstifte eine ringförmige, im Querschnitt runde Verdickung aufweist.

In noch weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der rohrartige Ansatz kugelförmig ausgebildet und in einem zylindrischen Abschnitt der Hülse gelagert.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnungen näher erläutert, die Ausführungsbeispiele darstellen. Dabei zeigt

F i g. 1 einen Schnitt durch eine Einrichtung entlang der Längsachse und durch die Achse eines Teils der Einstellmittel, wobei die Zeichnung die Einrichtung nicht in ihrer Ruhelage zeigt, sondern mit tubusförmigen Teilen, die mit einem das Gehäuse bildenden Hohlkörper koaxial angeordnet sind,

F i g. 2 einen Querschnitt entlang der Linie II-II der Fig. 1,

F i g. 3 einen Längsschnitt in vergrößertem Maßstab einer abgewandelten Ausführungsform der Erfindung, längs einer Ebene durch die Achse der Einrichtung, wodurch sich eine bessere Ansicht der Lage der einzelnen Teile ergibt und gezeigt wird, wie die verdrehbaren Teile gehalten sind, um es zu ermöglichen, daß das Objekt außerhalb des magnetischen Feldes der Linse gebracht werden kann,

F i g. 4 einen Teilschnitt entlang der Linie IV-IV der F i g. 3 und

F i g. 5 eine Detailansicht einer konstruktiven Lösung, um den orientierbaren Teil der Einrichtung in

einer Druckdose od. dgl. zu lagern, wobei diese konstruktive Lösung eine Ausführungsform der Haltemittel zeigt, die von den in den anderen Figuren dargestellten verschieden ist, jedoch in Übereinstimmung steht mit der erfindungsgemäßen sphärischen Lagerung des orientierbaren Gliedes.

Dieses Ausführungsbeispiel wird dann bevorzugt, wenn mit Hilfe zweier Spulenpaare ein örtliches Magnetfeld aufgebaut werden soll, das in Richtung und Orientierung zur Ebene des Objekts veränderbar ist, vorzugsweise für tiefergehendere Studien hinsichtlich der magnetischen Eigenschaften des jeweiligen Objekts.

In den Zeichnungen sind gleiche Teile durchgehend mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die erfindungsgemäße Einrichtung besteht aus einem im wesentlichen stumpfkonischen Hohlkörper 1 mit einer zylindrischen öffnung 2, die durch einen ringförmigen Vorsprung 3 unterbrochen ist, in welcher ein kugelabschnittsförmiges Gelenkstück gelagert ist. Dieses Gelenkstück 4 ist an einem Ende eines tubusförmigen Ansatzes 5 vorgesehen, der mittels eines Ringes 6 und Schrauben 7 (von denen jeweils nur eine in den Zeichnungen dargestellt ist) mit dem Hohlkörper 1 verbunden ist. Das Gelenkstück 4 und der aufnehmende kugelförmige Teil zwischen dem ringförmigen Vorsprung 3 und dem Ring 6, der dieses überlappt, bilden ein Kugelgelenk, das ermöglicht, den tubusförmigen Teil in jede beliebige Richtung relativ zur Achse des Hohlkörpers zu bewegen bzw. zu verschwenken. Auf dem Ring 6, der auf dem ringförmigen Vorsprung 3 befestigt ist, ist eine Muffe bzw. Hülse 8 gelagert, die verschraubt ist und durch einen zweiten Ring 9 mit Hilfe von Schrauben 10 (von denen nur eine in den Zeichnungen dargestellt ist) gehalten wird. Diese Muffe bildet ein Verbindungsmittel der Einrichtung mit dem Mikroskop.

Der Hohlkörper 1 ist mit Öffnungen 11, 12, 13 und 14 versehen, deren Achsen mit zwei aufeinander senkrecht stehenden Durchmessern zusammenfallen und die in derselben Ebene liegen.

In benachbarten und mit Gewinde versehenen Öffnungen 11 und 12 sind Einstellschrauben 15 und 16 für konische Spiralfedern 17 und 18 eingeschraubt, wobei das eine Ende dieser Federn mit zylindrischen Abschnitten 15 σ und 16« der genannten Schrauben in Verbindung stehen und die anderen Enden mit Schrauben 19 und 20 zusammenwirken, die in Gewindebohrungen eingeschraubt sind, die radial in der Ebene des maximalen Durchmesser eines Vorsprungs bzw. einer Ausstülpung 21 liegen. Der vorspringende Teil 21 wird im wesentlichen durch die Umdrehung eines Kreisabschnittes um die Achse des Hohlkörpers 1 gebildet. Die Öffnung 11 ist in einer Rippe 1 a angeordnet, die aus der Fläche 1 b vorspringt und einen Handgriff zur Einführung der Einrichtung in das Mikroskop bildet.

In den öffnungen 13 und 14 sind zylinderförmige Stifte 22 und 23 gleitbar angeordnet. Diese Verstellstifte 22 und 23 besitzen an ihren der Achse des Körpers 1 zugewandten Enden Köpfe 22 α und 23 a, deren Endflächen tangential an dem vorspringen Teil 21 des Hülsenteiles 5 anliegen. Es ist ersichtlich, daß die zuvor beschriebenen Verstellstifte und die Federn eine Verschwenkung der Hülse 5 in beliebigen Richtungen ermöglichen, auf die sie einwirken, nachdem die Einrichtung an die dafür im Elektronenmikroskop vorgesehene Stelle gebracht ist und nachdem die genannten Versiellstifte mit bekannten Mikrometerschrauben in Kontakt gebracht sind, die sich am Mikroskop befinden und durch welche die Verstellstifte fein eingestellt werden können.

Am unteren Ende des konischen Körpers 1 sind Schrauben 24 und 25 vorgesehen, die einen Ring 26, der einen Anschlag für die Hülse 5 bildet, mit einem zweiten konusförmigen Körper 27 mit einer Öffnung 27 α verbinden, welcher zusammen mit dem zuvorerwähnten Hohlkörper 1 den Körper der ganzen Einrichtung bildet.

Im Anschlagring 26 sind Öffnungen 28 vorgesehen, die es einerseits ermöglichen, den Ring selbst abzumontieren und die andererseits einen Luftdurchgang zur Evakuierung der Einrichtung z. B. mittels einer Vakuumpumpe bilden. Öffnungen 29 am Hülsenglied 5 und öffnungen 30 am zweiten konusförmigen Körper 27 dienen demselben Zweck.

Der Hülsenkörper 5 besitzt einen unteren zylindrischen Abschnitt 31, der mit einem Kugelabschnitt 32 zusammenwirkt, und diesen führt, wobei dieser seinerseits das obere Ende eines hülsenförmigen Objekthalters 33 bildet. Es ist ersichtlich, daß der Kugelabschnitt 32 des Objekthalters 33, der im zylindrischen Teil 31 des Hülsenkörpers 5 gelagert ist, eine Gelenkverbindung zwischen den beiden tubusförmigen Gliedern bildet.

Das zweite Ende 34 des zweiten Objekthalters 33 ist ebenfalls kugelabschnittsförmig ausgebildet und stellt ein in einem Sitz 35 in der kleineren Basis des den unteren Teil des Gesamtkörpers bildenden Kegelstumpfes gelagertes Gelenkstück dar. Das zuvor genannte Gelenkstück wird dadurch in seiner Lage gehalten, daß auf die Kanten des Sitzes eine Zugwirkung ausgeübt wird.

In einer Durchmesserebene des unteren Gelenkstückes und senkrecht zur Achse des hülsenförmigen Objekthalters ist ein Anschlag 36 vorgesehen, in dem Objektträgermittel anliegen und wobei diese Mittel durch einen offenen konischen Ring 37 in ihrer Lage gehalten werden, der Führungsmittel für seine Einstellung aufweist. Dieser Ring besitzt Öffnungen 37 a, in welche Werkzeuge zu seiner Entfernung eingreifen können.

Auf der Oberseite des zweiten hülsenförmigen Gliedes 32, und zwar zwischen den beiden Kugelabschnitten, die es bilden, ist eine ringförmige Rille 38 vorgesehen, wobei diese Rille eine weite Winkelbewegung zwischen den beiden Hülsengliedern ermöglicht.

Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Einrichtung nach dem Einsetzen in die an sich bekannten Polschuhe einer Objektivlinse ist folgend:

Wenn das Objekt eingesetzt ist, wird die Einrichtung in den vorgesehenen Sitz im Mikroskop eingefügt und dann kann der Winkel zwischen dem Elektronenstrahl und der Ebene, in der das Objekt liegt, innerhalb weiter Grenzen, durch Betätigung bekannter Mikrometerschrauben, die mit den Verstellstiften der Einrichtung zusammenarbeiten, variiert werden, wobei die Mikrometerschrauben am Mikroskopgehäuse vorgesehen sind.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach den F i g. 3 bis 5 besteht die Einrichtung ebenfalls aus einem im wesentlichen stumpf konischen Körper 1, der zum Einsetzen in ein Mikroskop entsprechend ausgebildet ist. Der genannte Hohlkörper 1 ist praktisch derselbe wie bei dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel.

Beispielsweise weist auch der Körper 1 nach Fig. 3 einen kugelförmigen Sitz 3« innerhalb des ringförmigen Vorsprunges 3 in der inneren Öffnung 2 zur Aufnahme des ersten hülsenförmigen Gliedes auf. Dieses Hülsenglied ist in dem zweiten Ausführungsbeispiel weggelassen, da es dort nicht benötigt wird. Die wesentlichen Merkmale der abgewandelten Ausführungsform sind im unteren Teil der F i g. 3 zu erkennen.

Ein Teil 44 ist bei 55 an dem oberen Hohlkörper 1 angeschraubt und reicht mittels einer konischen Wand 66 in das Innere der Einrichtung. An deren oberem Ende ist beispielsweise durch Ziehen eine spärische Lagerung 77 gebildet, in welche ein entsprechendes Gelenkstück 88 α eingesetzt ist, das mit dem einstellbaren Teil 88 verbunden und in allen Richtungen verstellbar ist.

Selbstverständlich kann dieser kugelförmige Sitz nicht nur durch Ziehen erhalten werden. Tatsächlich ist, wie in F i g. 5 dargestellt, ein kugelförmiger Teil 177 der Lagerung innerhalb eines Ringes 166 zentrisch angeordnet, wobei dieser Ring einen Teil des Körpers 1 bildet und eine zweite kugelförmige Fassung 167, die die Verlängerung der ersten Fassung darstellt, befindet sich in einem entfernbaren Ring 667, wobei der letztere mittels Schrauben 668 od. dgl. mit dem Gehäuse verbunden ist. Bei einer anderen Ausführungsform ist sogar eine Reihe von Längsschlitzen durch den Körper des Lagers vorgesehen, wobei diese Schütze längs der Ebenen durch die Längsachse verlaufen, eine größere Elastizität des Sitzes gestalten und einen Schnappeinsatz des Gelenkstückes 88 α ermöglichen, wobei sich eine größere Haftung ergibt, wenn der Teil eingefügt ist. Eine derartige Einrichtung gestattet somit, das Gelenkstück, falls notwendig, einfach herauszuziehen.

Es wurde bereits dargelegt, daß die Ebene des Objektes 136 im wesentlichen mit der geometrischen Durchmesserebene des Gelenkstückes 88 α senkrecht zur Achse des Teils 88 übereinstimmt. Daraus ergibt sich sofort, daß die Präparatebene genügend weit vom magnetischen Feld des Objektivs entfernt ist, da die konische Haltewand 66 sich gänzlich innerhalb des Hohlkörpers befindet, während der obere Teil der Einrichtung praktisch mit der Einrichtung nach dem ersten Ausführungsbeispiel übereinstimmt.

Es ist ohne weiteres ersichtlich, daß der gemeinsame Teil der Einrichtung derart ausgebildet ist, daß er für beide Ausführungsformen verwendbar ist. Während die erste Ausführungsform dazu bestimmt ist, direkt in die bekannten Polschuhe einer Mikroskoplinse eingefügt zu werden, ist das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel so ausgebildet, daß das Objekt außerhalb des Magnetfeldes gehalten wird, um somit die sogenannte »Außer-Brennpunktw-Beobachtungstechnik bei magnetischen Präparaten zu ermöglichen.

Bei der Anordnung des Objekts in einem gewissen Abstand außerhalb der Polschuhe der Linse tritt natürlich ein gewisser Verlust an Auflösungsvermögen ein, der jedoch in den meisten Fällen vernachlässigbar ist. Es wurde im vorhergehenden beschrieben, wie das verstellbare Glied 88 teilweise in dem beschriebenen Gelenksitz angeordnet ist. Aus F i g. 3 ist ersichtlich, daß innerhalb des oberen Teils des Längshohlraumes eine sehr ausgeprägte konische Öffnung 99 vorgesehen ist. Diese dient dazu, daß der Elektronenstrahl während der Einstellung des Gliedes 88 nicht gestört wird.

Dieses Teil 88 ist in allen Richtungen zusammen mit dem es tragenden Kugelgelenk auslenkbar. Es wird direkt durch Verstellstifte 122, 123 betätigt, die auf ein zweites kugelförmiges Gelenkstück 188 wirken, wobei diese Stifte radial innerhalb der Wandung des Hohlkörpers geführt und mittels an sich bekannter handbetätigbarer Einstellglieder verstellt werden, mit welchen die bekannten Elektronenmikroskope teilweise schon versehen sind. Auf den genannten Gelenkteil 188 wirken Stützscheiben 115 und 116 in Richtung der Verstellstifte 122 und 123. Diese Stützscheiben stehen andererseits wieder unter der Wirkung von Federn 117 und 118, und ihre Kopfteile 117<2 und 118 a liegen direkt gegen das kugelförmige Gelenkstück an, und werden von Stangen 111 und 112 geführt, die wiederum in entsprechenden Muffenlagern 111 a, 112 α verschiebbar sind, wobei die letzteren direkt in dem Gehausekörper 1 eingeschraubt sind.

In gleicher Weise wie beim ersten Ausführungsbeispiel sind auch bei dem zweiten Ausführungsbeispiel Führungsmittel 101 zum Einsetzen der Einrichtung in das Mikroskop und Öffnungen 130 für die Evakuierung des Innenraums der Einrichtung während der Benutzung sowie zur Einführung eines Schlüssels zum Ausschrauben der Deckschraube 44 vorgesehen.

Für den Fall, daß in der Ebene des Objekts die Erzeugung eines Hilfsmagnetfeldes gewünscht wird, weist das Kugelgelenkteil in der Objektebene eine entsprechende Breite auf, um inseitig einen kleinen Raum 808 für die Anordnung einer entsprechenden Spule freizuhalten.

Die Arbeitsweise des zweiten Ausführungsbeispieles ist leicht verständlich, denn auch hier kann durch geeignete Betätigung der Verstellstifte 122 und 123 die gewünschte Einstellung des Teils 88 gegen die Wirkung der Federn durchgeführt werden, in voller Übereinstimmung mit der Wirkungsweise der zuerst beschriebenen Einrichtung.

Um die Wirkung der Federn 117 und 118 einstellen zu können, können die Widerlager lila und 112 a, auf denen sie aufruhen, mehr oder weniger tief eingeschraubt werden.

Die Einrichtung kann auch in gewohnter Weise zur Beobachtung von Objekten mit einem Elektronenmikroskop bei tiefen Temperaturen Verwendung finden. In einem derartigen Fall ist, einerseits zur Verhinderung von Niederschlagen auf dem Objekt und zur thermischen Isolierung des Objekts selbst ein Schirm 669 (F i g. 5) mittels am Ring 667 vorgesehener Befestigungsmittel in die Einrichtung einfügbar.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zum Kippen des Objekts in einem Elektronenmikroskop relativ zur Elektronenstrahlachse, bestehend aus einem in den Strahlengang des Elektronenmikroskops einsetzbaren Hohlkörper mit Durchtrittsöffnungen für das Elektronenstrahlbündel, einem hülsenförmigen Objekthalter und im Objekthalter angeordneten Objektträgermitteln, bei der der hülsenförmige Objekthalter sich auf gekrümmten Gleitflächen des Hohlkörpers abstützt und mittels senkrecht zur Elektronenstrahlachse verschiebbaren Verstellstiften kippbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der hülsenförmige Objekthalter (33) nach Art eines Kugelgelenkes im Hohlkörper (1) gelagert ist und zur allseitigen Kippung die Verstellstifte (22, 23) in zwei aufeinander senkrecht stehenden Richtungen angeordnet sind.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Objekthalter (33) einen rohrartigen Ansatz (32) aufweist, der mit einem Ende einer Hülse (5) gelenkig verbunden ist, deren anderes Ende mittels eines Kugelgelenkes (4) im Hohlkörper (1) einstellbar gehalten ist, wobei die Hülse (5) an der Einwirkstelle der Verstellstifte (22. 23) eine ringförmige, im Querschnitt runde Verdickung (21) aufweist.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der rohrartige Ansatz (32) kugelförmig ausgebildet und in einem zylindrischen Abschnitt (31) der Hülse (5) gelagert ist.