DE69913889T2 - Aufnahmevorrichtung für Proben - Google Patents

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17CVESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C3/00Vessels not under pressure
    • F17C3/02Vessels not under pressure with provision for thermal insulation
    • F17C3/08Vessels not under pressure with provision for thermal insulation by vacuum spaces, e.g. Dewar flask
    • F17C3/085Cryostats

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Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf einen Probenhalter für einen Kryostaten-Einsatz, insbesondere aber nicht ausschließlich auf einen Probenhalter für einen von oben einzuführenden Kryostaten-Einsatz.
  • Herkömmlicherweise werden Probenhalter für Kryostaten-Einsätze aus Löt- und/oder Schweißrohren, Platten und scheibenförmigen Hitzeschildern auf einem Vakuum-Flansch aufgebaut. Ein häufig verwendeter Kryostaten-Typ ist der von oben zu beladende Typ, bei welchem der Probenhalter in einem Kryostaten-Einsatzrohr sitzt, welches an einem Ende einen Flansch zur Verbindung mit einem entsprechenden Flansch des Probenhalters aufweist und am anderen Ende geschlossen ist. Wenn das Einsatzrohr und der Probenhalter eingepasst werden um den Einsatz zu bilden, kann der Raum im Innern des Einsatzes evakuiert und der Einsatz in die Oberseite eines von oben zu beladenden Kryostaten eingeführt werden. Kryostaten dieser Art sind ausgelegt, um einen Einsatz mit einem festem Durchmesser z. B. 38 mm (1,5 Zoll), 51 mm (2 Zoll) und 50 mm aufzunehmen. Bei Magnet-Kryostaten ist der Durchmesser gewöhnlich durch die Abmessung der supraleitenden Magnetspule vorgegeben, d. h. durch den Spulen-Innendurchmesser bei einer konventionellen Magnetspulen-Anordnung mit vertikaler Bohrung.
  • Von oben zu beladende Kryostaten mit dieser Art von Einsätzen, werden im Allgemeinen als nicht ideal zur Durchführung von experimentell anspruchsvollen optischen Messungen betrachtet. Es ist jedoch bekannt, experimentell einfache optische Messungen wie Photolumineszenz-Messungen in von oben zu beladenden Kryostaten mit Hilfe von Lichtleitfasern durchzuführen. Die optischen Signale werden über eine Lichtleitfaser zur Probe hin- und von der Probe weggeführt. Die Lichtleitfaser erstreckt sich über eine vakuumdichte Durchführung im Probenhalter-Flansch in den Einsatz hinein und in die unmittelbare Nähe der Probe, welche in der Nähe der Basis des Probenhalters angebracht ist. Für optische Messungen mit höherer experimenteller Komplexität ist eine Lichtleitfaser-basierte Anregung und Signalsammlung meist ungünstig. In diesem Fall werden im Allgemeinen Kryostaten mit Seitenfenstern bevorzugt, so dass gewöhnliche Freiraumoptik verwendet werden kann. Bei Magnet-Kryostaten wird eine Anordnung mit geteilter Magnetspule benötigt, wenn Zugang über Seitenfenster gewünscht wird. Magnet-Kryostaten mit geteilter Spule sind um ein Mehrfaches kostspieliger als äquivalente Magnet-Kryostaten mit vertikaler Spule. In Magnet-Kryostaten mit vertikaler Spule bietet häufig ein einzelnes, auf der Unterseite angebrachtes Fenster einen begrenzten externen optischen Zugang.
  • Die Schrift JP-A-62 264 603 offenbart einen Tieftemperatur-Kryostaten mit einem Vakuum-Flansch, welcher ein Paar hängende Stangen und ein Paar hängende Stangen für Magnetspulen trägt.
  • Die erfindungsgemäße Probenhaltervorrichtung basiert auf einem konventionellen optischen Stangenbau-Schienensystem, welches sich zumindest auf die Vakuumseite eines Vakuum-Flansches des Probenhalters erstreckt. Das Stangenbausystem erstreckt sich vorzugsweise auch auf die Luftseite des Vakuum-Flansches um ein zusammenhängendes Stangenbausystem zu bilden, welches sich auf beide Seiten des Vakuum-Flansches erstreckt. Zur optischen Kommunikation durch den Vakuum-Flansch, weist dieser ein Fenster auf. Ein auf einer Stangenanordnung basierender und mit optischen Freiraumkomponenten vervollständigter Probenhalter kann in ein Kryostaten-Einsatzrohr eingebracht werden und erlaubt es somit eine breite Palette von optischen Messungen bei niedriger Temperatur durchzuführen.
  • In der bevorzugten Ausführungsform basiert der Probenhalter-Flansch auf einem Standard-Vakuumflansch, in welchen auf der Vakuumseite eine Gruppe von vier Blindbohrungen zum Aufnehmen von Stangen einer Stangenanordnung, gemäß dem Quadratgitter eines konventionellen Stangenbausystems, gebohrt wurden. Stangenhalter können auf viele verschiedene, von Blindbohrungen sich unterscheidende Arten realisiert werden, z. B. als Hülsen, welche sich von dem Hauptkörper des Vakuum-Flansches weg erstrecken. Vorzugsweise ist eine korrespondierende Gruppe von Blindbohrungen gemäß demselben Quadratgitter auf der Luftseite des Flansches vorgesehen, um weitere Stangen von Stangenanordnungen aufzunehmen, wobei die Bohrungen auf der Luft- und Vakuumseite des Flansches in koaxialen Paaren angeordnet sind, mit einer Bohrung von jedem Paar auf jeder Seite des Flansches.
  • In der bevorzugten Ausgestaltung werden als Stangen auf der Vakuumseite anstatt den massiven Stangen konventioneller Stangenbausysteme, dünnwandige rostfreie Stahlrohre verwendet, welche eine viel geringere thermische Masse als massive Stangen aufweisen. Das Innere der Rohre kann auch geschützte Zuleitungskanäle für elektrische Leitungen oder Lichtleitfasern bilden, welche über Seitenlöcher in den Rohrwänden in das Rohrinnere gelangen können. Um in ein Einsatzrohr mit einem Innendurchmesser von 49,6 mm zu passen, werden konventionelle, quadratische Stangenplatten an ihren Ecken maschinell bearbeitet, um diese dem gebogenen Profil eines einfachen Kreises, dessen Mittelpunkt auf oder nahe bei der optischen Hauptachse des Stangenbausystems liegt, anzupassen.
  • Da der Probenhalter auf einem Stangenbausystem beruht, kann der Probenhalter die Flexibilität eines Stangenbausystems bieten. Optische Komponenten wie Linsen, Irisblenden, Filter und Polarisatoren, können nach Belieben verschoben, hinzugefügt oder entfernt werden. Doppelstangenplatten können eingebaut werden, um es zu gestatten, die Stangenanordnung in abtrennbare Module aufzuteilen. Beispielsweise kann das unters te Modul, welches ein Probenhaltermodul sein kann, abgenommen und später wieder angebracht und neu justiert werden. Ein Modul, wie beispielsweise ein Optikmodul, kann dann oberhalb des Probenhaltermoduls positioniert werden. Das Optikmodul kann durch ein anderes Optikmodul ersetzt werden, um eine andere Art optischer Messung durchzuführen. Wenn das Stangenbausystem auf die Luftseite des Flansches erstreckt wird, kann eine Kamera, wie beispielsweise eine CCD-Kamera, auf einer Stangenplatte befestigt werden, um durch das Fenster, welches der Vakuum-Flansch bereitstellt, in das Einsatzrohr hineinzublicken. Auch andere optische Detektionsmittel können auf der Luftseite befestigt werden, beispielsweise Photovervielfacher, CCD-Array-Detektoren, Multikanal-Platten usw.
  • Stangenbausysteme sind für auf optischen Tischen aufbauende Systeme bekannt.
  • Ein kommerziell erhältliches System stammt von dem US-Unternehmen Thor Labs., Inc., New Jersey. Dieses System basiert auf einem Quadratgitter aus vier parallelen Stangen mit einem Durchmesser von 6 mm. Die Stangenachsen liegen auf einem Quadrat mit 30 mm Seitenlänge. Entlang der Stangen sind Stangenplatten mit einem entsprechenden Quadratgitter aus vier Bohrungen, durch welche die Stangen verlaufen können, befestigt. Die Bohrungen sind in den jeweiligen Eckbereichen der Platten angeordnet, welche äußere quadratische Abmessungen von 40,6 mm haben. Die Scheiben können Gewindelöcher mit einem Standarddurchmesser von 1,035 Zoll, d. h. ungefähr 25 mm, und Standardgewinde wie RMS-Mount-Gewinde und optische C- Mount-Gewinde aufweisen. Optische Komponente können dann in diesen Gewindelöchern befestigt werden.
  • Ein anderes kommerziell erhältliches Stangenbausystem, welches etwas kleiner ist, stammt von dem deutschen Unternehmen Spindler & Hoyer und hat den Markennamen "Mikrobank". Es basiert auf einem Quadratgitter mit 16 mm Seitenlänge. Die äußeren Seitenlängen der Stangenplatten betragen 25 mm und die durchgängigen Gewindelöcher, zur Aufnahme von optischen Komponenten mit einem Durchmesser von 15 mm, besitzen einen Durchmesser von 16 mm. Der Durchmesser der Stangen beträgt 4 mm.
  • Ein drittes kommerziell erhältliches Stangenbausystem stammt von dem US-Unternehmen AF Optical Company of Irvine, Kalifornien, und hat den Markennamen "MICROPTIC". Dieses System basiert auf ringförmigen Stangenplatten, welche 10 mm dick sind und einen Außendurchmesser von 49,25 mm und einen Innendurchmesser von entweder 25 oder 30 mm haben. Jede Stangenplatte weist vier, auf einem Quadratgitter basierende Löcher auf, welche zur Aufnahme von Stangen mit 6 mm Durchmesser dimensioniert sind.
  • Auch Stangenbausysteme, welche auf von Quadratgittern verschiedenen, mehreckigen Gittern basieren, können verwendet werden z. B. dreieckige, rechteckige, fünfeckige oder sechseckige Gitter. Überdies muss die Anzahl der verwendeten Stangen nicht gleich der Seitenzahl des Polygons sein. Beispielsweise können in dem Quadratgitter drei anstatt vier Stangen verwendet werden. Dies bietet freien Zugang zu einer Seite der Stangenanordnung, so dass optische Komponenten leicht seitlich in eine Stangenplatte eingesetzt oder aus dieser entfernt werden können. Beispielsweise kann ein Polarisator in eine Stangenplatte eingesetzt und dann entfernt werden, wenn dieser nicht länger benötigt wird. Die Stangenplatte kann für eine mögliche zukünftige Verwendung belassen werden. Außerdem ist ein System welches drei Stangen verwendet exakt definiert. Es ist weder überdefiniert, d. h. hyperstatisch, noch unterdefiniert, d. h. hypostatisch.
  • Weitere Aspekte der Erfindung werden in den angefügten Ansprüchen exemplarisch erläutert.
  • Zum besseren Verständnis der Erfindung und um deren Umsetzung zu demonstrieren wird die Erfindung im Folgenden durch Aus führungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, in welchen:
  • 1 eine seitliche Querschnittsansicht eines Vakuum-Flansch-Teils eines Probenhalters gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
  • 2 eine seitliche Querschnittsansicht eines Teils des Probenhalters des ersten Ausführungsbeispieles darstellt, welches auf der Luftseite des Vakuum-Flansch-Teil von 1 angebracht ist;
  • 3 eine seitliche Querschnittsansicht eines Teils des Probenhalters des ersten Ausführungsbeispieles darstellt, welcher auf der Vakuumseite des Vakuum-Flansches von 1 angebracht ist und ein Optik- und ein Probenhaltermodul umfasst;
  • 4 eine Draufsicht einer Stangenplatte des ersten Ausführungsbeispieles zeigt;
  • 5 eine seitliche Querschnittsansicht eines Kryostaten-Einsatzrohres zur Aufnahme des Probenhalters des ersten Ausführungsbeispiels zeigt; und
  • 6 eine seitliche Querschnittsansicht eines Optikmoduls eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung zeigt.
  • 1 zeigt in seitlicher Querschnittsansicht einen Vakuum-Flansch 10 einer Probenhaltervorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Der Vakuum-Flansch 10 besitzt eine Gruppe von vier Stangenhaltern in Form von Blindbohrungen 13 auf der Vakuumseite des Flansches 10. Die Anordnung der Bohrungen definiert ein Quadratgitter. Der Vakuum-Flansch 10 hat eine weitere Gruppe von vier Stangenhaltern, ebenfalls in Form von Blindbohrungen 8, auf der Luftseite des Flansches, deren Anordnung ein weiteres Quadratgitter definiert. Die jeweiligen Quadrate haben in Draufsicht einen gemeinsamen Mittelpunkt, welcher die optische Hauptachse des Probenhalters definiert.
  • Die Blindbohrungen 8 und 13 der beiden Gruppen von Blindbohrungen sind in Paaren angeordnet, mit einer Bohrung von jedem Paar auf jeder Seite des Flansches. Die Blindbohrungen von jedem Paar Blindbohrungen sind ausgerichtet um die jeweiligen Stangen auf jeder Seite des Flansches 10 koaxial zu halten.
  • Eine Gruppe von drei oder vier Stangen 12 werden in die jeweiligen Blindbohrungen 13 eingesetzt und erstrecken sich parallel zueinander vom Flansch 10 weg gemäß dem Quadratgitter und bilden den Rahmen des optischen Stangenbau-Schienensystems.
  • Eine Befestigungsplatte für optische Komponenten 16, eine sogenannte Stangenplatte, ist an die Unterseite des Vakuum-Flansches 10 angeschraubt (Schrauben sind nicht dargestellt). Weitere Stangenplatten können nach Wunsch vorgesehen und von den Stangen 12 geführt befestigt werden.
  • Der untere Teil des Flansches 10 hat zum Verbinden mit einem Einsatzrohr einen aufgeweiteten Teil 11, um mittels eines O-Rings 15, der von einem Aluminiumring 14 getragen wird, eine vakuumdichte Abschließung zu formen. Der Ring 14 wird von einer Vertiefung 17 in der Unterseite des Flansches 10 aufgenommen.
  • In der Oberseite des Vakuum-Flansches 10 befindet sich eine Stangenplatte 9, welche auf dem Vakuum-Flansch aufgeschraubt ist (Schrauben sind nicht dargestellt), um mittels eines ringförmigen Kanals 7 und eines O-Rings 6, welcher durch den Kanal 7 fixiert wird, eine vakuumdichte Abschließung zu formen. Die Stangenplatte 9 hat ein zentrales durchgehendes Gewindeloch in welchem ein Fenster 3 platziert wird, welches durch ein Paar Gewinderinge 4 und 5 gehalten wird. Ein vakuumdichte Abschließung wird durch eine Zementierung um die Ringe 4 und 5 mit einer Klebedichtmasse, wie Epoxyd-Harz, gebildet.
  • Der Vakuum-Flansch weist eine vakuumdichte Durchführung 1 für elektrische Zuleitungen und eine weitere vakuumdichte Durchführung 2 für Lichtleitfasern auf. Diese Durchführungen sind in 1 schematisch mit gestrichelten Linien dargestellt.
  • 2 zeigt ein Luftseiten-Modul 20 des Stangenbausystems, mit drei oder vier Stangen 22, welche in den Blindbohrungen 8 des in 1 dargestellten Flansches 10 sitzen. Die Stangen 22 erstrecken sich parallel zueinander vom Flansch weg und parallel zu den Stangen auf der Vakuumseite des Flansches um ein zusammenhängendes Stangenbausystem, welches sich durch den Vakuum-Flansch 10 hindurch erstreckt, zu bilden. Die Stangen sind somit in koaxialen Paaren angeordnet. Dies ist eine günstige Anordnung, jedoch würde auch jede andere Anordnung genügen, welche eine durchgängige optische Achse aufweist. Beispielsweise könnte das Quadratgitter der Stangen auf einer Seite des Flansches um jeden Winkel relativ zum Quadratgitter der Stangen auf der anderen Seite des Flansches verdreht sein, z. B. um 45°.
  • Das Luftseiten-Modul 20 ist um eine CCD-Kamera 27, welche an einem Zoomhalter 28 befestigt ist, und ein Linsenrohr 29, welches eine Linse 30 zum Fokussieren von Licht auf den CCD-Kamera-Chip enthält, herum aufgebaut. Das Linsenrohr 29 ist an eine verkippbare Stangenplatte 26 einer Kippstufe 21 geschraubt, welche eine weitere Stangenplatte 24 aufweist, welche an den Stangen 22 befestigt ist. Die Verkippung wird durch eine Anordnung mit einer Standard-Rändel- oder Flügelschraube 23 und einem Gelenk 25 bewirkt. Die Kamera 27 kann daher dazu verwendet werden, entlang der optischen Achse durch das Fenster 3 auf die Vakuumseite des Flansches zu blicken. Der Zoomhalter 28, das Linsenrohr 29 und die Kippstufe 21 sind alle standardmäßige, kommerziell erhältliche Stangenbausystem-Komponenten.
  • 3 zeigt einen unteren Teil des Probenhalters der 1 und 2, umfassend zwei abtrennbare Stangenbau-Module 40 und 60, basierend auf jeweils einem Stangensatz 42 und 62. Das Modul 40 ist an die Enden der Stangen 12 angebracht, welche sich, wie weiter oben unter Bezugnahme auf 1 beschrieben, vom Vakuum-Flansch 10 aus erstrecken. Das Modul 60 ist an dem unteren Ende des Moduls 40 angebracht.
  • In dem Modul 40 sind optische Komponenten eines optischen Nahfeld-Scanning-Mikroskops (near-field scanning optical microscope, NSOM) untergebracht. Es wird im Folgenden als das Optikmodul bezeichnet. Das Modul 60 trägt einen Probenhalter 67, welcher auf einer xyz-Positionierungs-Vorrichtung 68 befestigt ist. Diese ist wiederum auf einer Basisplatte 70 befestigt, welche eine weitere Stangenplatte des Stangenbausystems ist.
  • Die optischen Komponenten des Optikmoduls 40 übernehmen die Funktionen der Probenanregung, der Signalsammlung und der externen Beobachtung der Probe und des Probenbereiches durch die Kamera 27, wie oben unter Bezugnahme auf 2 beschrieben. Die Probenanregung wird über die Einmoden-Lichtleitfaser 53 durchgeführt, welche in einer Nahfeld-Apertur dem Probenhalter 67 gegenüberliegend endet. An die Einmoden-Lichtleitfaser 53 ist ein Schenkel einer Quarz-Stimmgabel 55 angebracht, welche mit ihrer Basis auf einer Platine 58 (printed circuit board, PCB) angebracht ist, welche ein Signalvorverarbeitungs-Schaltkreis zum Vorverarbeiten des AC-Signals, welches von den Elektroden der Stimmgabel 55 empfangen wird, aufweist. Um die Beobachtung durch die Kamera 27 zu ermöglichen, ist auf der Platine weiterhin eine Leuchtdiode 59 (light emitting diode, LED) zum Beleuchten der auf dem Probenhalter 67 angebrachten Probe angebracht. Die LED 59 ist im Schatten der Platine 58 angebracht um eine Sättigung der Ka mera 27 zu vermeiden. Die Platine 58 ist an einem Befestigungskörper 57 angebracht, welcher selbst an einer Stangenplatte 54 angebracht ist. Eine weitere Stangenplatte ist unterhalb der Stangenplatte 54 positioniert und umfasst einen Ellipsenspiegel 56 zur Signalsammlung aus dem Bereich seines unteren Fokalpunkt, welcher im Bereich der Spitze der Einmoden-Lichtleitfaser 53 liegt. Ein Linsenhalter 47, in welchem eine achromatische Linse 48 befestigt ist, wird auf Höhe des oberen Fokalpunktes des Ellipsenspiegels 56 positioniert. Die Linse 48 hat ein Loch durch ihre optische Achse, in welches eine Multimoden-Lichtleitfaser 50 in einer axial verschiebbaren Ferrule 52 eingepasst ist. Die Apertur der Lichtleitfaser 50 wird im oberen Fokalpunkt des Ellipsenspiegels 56 positioniert um Probensignal aus dem Probenbereich zu sammeln, wie in 3 durch die gestrichelten Linien dargestellt. Die Linse 48 ist ungefähr gewählt, um Licht aus dem Probenbereich, wie durch die strichpunktierten Linien dargestellt, zu kollimieren, um das Licht aus dem Probenbereich auf die Linse 30 der Luftseiten-Einheit 20 zu lenken. Die Linsenhalterung 47 ist in das Stangenbausystem mittels einer weiteren Stangenplatte 46 eingepasst, welche zusammen mit einer anderen Stangenplatte 45 eine Doppel-Stangenplatte 44 bildet, welche die an den Vakuum-Flansch 10 angebrachten Stangen 12 und die Stangen 42 des Moduls 40 verbinden. Das Modul 40 kann vom Vakuum-Flansch 10 durch Lösen der Doppel-Stangenplatte 44 abgetrennt werden. Am unteren Ende des Moduls 40 verbindet eine weitere Doppel-Stangenplatte 64 die Stangen 42 des Moduls 40 und die Stangen 62 des weiteren Moduls 60. Die weitere Doppel-Stangenplatte 64 umfasst eine Stangenplatte 65, welche mit den Stangen 42 verbunden ist und eine Stangenplatte 66, welche mit den Stangen 62 verbunden ist.
  • Die Doppel-Stangenplatten-Anordnungen 44 und 64 dienen somit als Stangengruppen-Verbindungsmechanismen, durch welche die jeweiligen optischen Achsen benachbarter Stangengruppen neu justiert werden können und welche zudem eine günstige Abtrennung benachbarter Stangengruppen-Anordnungen ermöglicht.
  • Die obige Beschreibung der optischen und mechanischen Komponenten der Module 40 und 60 wird nur als Beispiel für die Art von auf Stangenanordnungen basierenden Systemen gegeben, welche im Format eines Probenhalters für röhrenförmige Kryostaten-Einsätze aufgebaut sein können. Viele andere Arten von optischen Systemen, welche im Stangenbauformat realisiert werden können, können ohne Weiteres vorgesehen sein.
  • Eine Abwandlung wird nun unter Bezugnahme auf 6 beschrieben. 6 zeigt ein weiteres Optikmodul 80 zur Durchführung konfokaler Mikroskopie, welches das NSOM-Optikmodul 40 aus 3 ersetzen kann. Das konfokale Optikmodul 80 umfasst einen Stangensatz (nicht dargestellt), eine Stangenplatte 86 mit einem durch Klemmringe 91 und 92 gesicherten FC-Adapter 90 und einer FC-Kupplung 82 mit einer zugeordneten Lichtleitfaser 98. Ein Linsenrohr 87 ist an der Stangenplatte 86 angebracht und trägt eine Objektlinse 89 und eine Fokussierlinse 88.
  • Um das Stangenbausystem von dem in den 1 bis 3 gezeigten Aufbau, welcher zur Nahfeld-Scanning-Mikroskopie dient, abzuändern, wird das Probenbefestigungs-Modul 60 gefolgt von dem NSOM-Optikmodul 40 abgenommen. Das konfokale Optikmodul 80 wird anschließend mittels der Doppel-Stangenplatte 44 an die Flansch-Stangen 12 angebracht und das Probenhalter-Modul wieder befestigt. In wenigen Schritten kann der Probenhalter somit umkonfiguriert werden, um eine andere Art der Mikroskopie durchzuführen.
  • Weitere Variationen beinhalten den Austausch der Objektivlinse 89 durch eine Massenimmersionslinse um Massenimmersions-Mikroskopie durchzuführen und den Austausch der Objektivlinse 89 durch ein Standard-Mikroskop-Objektiv, welches im Linsenrohr mittels eines RSM-Adapters angebracht wird, um konventionelle Mikroskopie durchzuführen. Im Allgemeinen wird die Freiheit die durch das Stangenbausystem-Format geboten wird es gestatten, alle Arten von optischen Systemen in den Probenhalter einzubauen, welche keine der optischen oder mechanischen Komponenten, der in den 3 und 6 gezeigten Beispielen, enthalten.
  • Im Allgemeinen sind zwei beliebige Module der modularen Stangenanordnung durch jeweilige Stangengruppen-Verbindungsmechanismen in Form von Doppelstangenplatten 44, 64 lösbar verbunden. Diese sind einstellbar zwischen einem festgestellten Zustand, in welchem die jeweils benachbarten Gruppen von Stangen, z. B. 12 & 42 und 42 & 62 im Fall von 3, in ihrer Position relativ zueinander fixiert sind und einem nicht festgestellten Zustand, in welchem die jeweils benachbarten Stangengruppen relativ zueinander, in einer zur optischen Achse senkrechten Ebene, um eine Position axialer Ausrichtung der jeweils benachbarten Stangengruppen herum, verschiebbar sind. Die Doppelstangenplatten umfassen erste und zweite verschiebbare Stangenplatten 45 & 46, und 65 & 66, welche an Endabschnitten der jeweils benachbarten Stangengruppen befestigt sind. Die verschiebbaren Stangenplatten sind einstellbar zwischen einem festgestellten Zustand in welchem die verschiebbaren Stangenplatten in der Position relativ zueinander fixiert sind und einem nicht festgestellten Zustand, in welchem die verschiebbaren Stangenplatten in der Ebene der Stangenplatten relativ zueinander verschiebbar sind, um dadurch die relative koaxiale Ausrichtung zwischen den benachbarten Stangengruppen einzustellen.
  • 4 zeigt eine Draufsicht der Stangenplatte 54. Die Stangenplatten 45, 46, 65 und 66 auf der Vakuumseite des Flansches 10 sind ähnlich. Die Stangenplatte hat vier Bohrungen 70 durch welche die Stangen verlaufen können. Ein durchgehendes Gewindeloch 74 mit Innendurchmesser Φ verläuft durch das Zentrum der Stangenplatte und kann dazu verwendet werden, Komponenten mittels Gewinderingen zu befestigen. Die Stangenplatte 54 basiert auf einer kommerziell erhältlichen Standard-Stangenplatte, deren vier Ecken 71 (dargestellt mit strichpunktierten Linien) maschinell bearbeitet wurden, um vier bogenförmige Eckpartien 72 zu bilden. Diese liegen auf dem Bogen eines einzelnen Kreises mit Durchmesser φ, dessen Mittelpunkt auf oder in der Nähe der optischen Achse des zusammengesetzten Systems liegen wird. Die Doppelstangenplatten, auf welche oben Bezug genommen wurde, sind ebenfalls kommerziell erhältliche Standardartikel mit der Ausnahme, dass die beiden Stangenplatten maschinell bearbeitete Ecken, wie unmittelbar zuvor beschrieben, aufweisen. Beim Einbringen in ein Einsatzrohr befinden sich die bogenförmigen Bereiche 72 der Stangenplatten in unmittelbarer Nähe zur inneren Oberfläche des Einsatzrohres, jedoch werden zwischen der inneren Oberfläche des Einsatzrohres und den geraden Bereichen des äußeren Rands der Stangenplatten vier Lücken gebildet, welche sich zwischen den bogenförmigen Teilen erstrecken. Diese Lücken können zur Durchführung von elektrischen Leitungen und optische Lichtleitfasern auf der Außenseite des Probenhalters verwendet werden. In einer alternativen Ausführungsform könnte der äußere Rand der Stangenplatten zirkular sein oder einen bogenförmigen Bereich, welcher sich über den Hauptteil eines Kreises, d. h. über mehr als 180 Grad erstreckt und einen geraden Kreissehnen-Bereich, welcher die Enden des bogenförmigen Bereichs verbindet, aufweisen.
  • 5 ist eine seitliche Querschnittsansicht eines Kryostaten-Einsatzrohres 100 zur Aufnahme der oben beschriebenen Probenhalter. Das Einsatzrohr 100 besitzt eine konventionelle Konstruktion mit einem Flansch 111 an einem Ende zur Verbindung mit dem Flansch 11 des in 1 dargestellten Vakuum-Flansches 10. Das Einsatzrohr 100 hat einen langen, röhrenförmigen Körperabschnitt 112, welcher in einem geschlossenen Unterseitenbereich endet. Der röhrenförmige Körperabschnitt 112 hat einen Innendurchmesser φ + δ von 50 mm. Der Außendurchmesser φ der Stangenplatten, welche in das Einsatzrohr 100 eingebracht werden müssen, ist etwas kleiner, um einen losen Drucksitz in dem Rohr zu bilden, um den Probenhalter seitlich zu lokalisieren. Das Einsatzrohr umfasst weiterhin ein Standard-Evakuierungsventil und ein Standard-Druckentspannungsventil, wobei keines von beiden dargestellt ist. Diese Ventile sind an einem oberen Bereich des röhrenförmigen Körperabschnitts 112 zu dem Flansch 111 hin befestigt.

Claims (12)

  1. Probenhaltervorrichtung für einen Kryostateneinsatz, wobei die Vorrichtung einen Vakuum-Flansch (10) mit einer Luftseite und einer Vakuumseite umfasst, gekennzeichnet durch eine Gruppe von wenigstens drei Stabhaltern (13), die an der Vakuumseite des Flansches angeordnet sind und ein polygonales Gitter definieren, und eine Gruppe von wenigstens drei Stäben (12), die von den vakuumseitigen Stabhaltern gehalten werden, so dass sie sich in Einklang mit dem polygonalen Gitter parallel zueinander von dem Flansch weg erstrecken.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Vakuum-Flansch eine weitere Gruppe von wenigstens drei Stabhaltern (8) aufweist, die an der Luftseite des Flansches angeordnet sind und ein weiteres polygonales Gitter definieren, wobei die jeweiligen Polygone ein gemeinsames Zentrum aufweisen, und wobei eine weitere Gruppe von wenigstens drei Stäben (22) vorhanden ist, die von den luftseitigen Stabhaltern gehalten werden, so dass sie sich in Einklang mit dem weiteren polygonalen Gitter parallel zueinander und parallel zu den Stäben (12) an der Vakuumseite des Flansches von dem Flansch weg erstrecken, und wobei der Vakuum-Flansch ein Fenster (3) aufweist, welches innerhalb des polygonalen Gitters verläuft, um einen optischen Zugriff durch den Vakuum-Flansch zu ermöglichen.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Vorrichtung eine Kamera (27) umfasst, die an der luftseitigen Gruppe der Stäbe angebracht ist und dem Fenster (3) zugewandt ist, um durch den Flansch hindurch zu blicken.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Stabhalter (8, 13) der beiden Gruppen von Stabhaltern in Paaren mit jeweils einem von jedem Paar auf beiden Seiten des Flansches angeordnet sind, wobei die Stabhalter jedes Paars ausgerichtet sind um jeweilige Stäbe (22, 12) koaxial auf beiden Seiten des Flansches zu halten.
  5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die wenigstens eine weitere Gruppe von wenigstens drei Stäben (42, 62) umfasst, die so angeordnet sind, dass sie sich jenseits der Enden und parallel zu der erstgenannten Gruppe von Stäben (12) erstrecken, wobei benachbarte Paare der Gruppen der Stäbe durch jeweilige Stabgruppen-Verbindungsmechanismen (44, 64) lösbar miteinander verbunden sind, wobei die jeweiligen Stabgruppen-Verbindungsmechanismen (44, 64) zwischen einem verriegelten Zustand, in welchem die jeweiligen benachbarten Gruppen von Stäben in ihrer Relativposition zueinander fixiert sind, und zwischen einem unverriegelten Zustand, in welchem die jeweiligen benachbarten Gruppen von Stäben relativ zueinander in einer Ebene senkrecht zu den Verlaufsachsen der Stäbe um eine Position einer axialen Ausrichtung der jeweiligen benachbarten Gruppen von Stäben verlagerbar sind, einstellbar sind.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei der oder jeder Stabgruppen-Verbindungsmechanismus (44, 64) eine Doppelplattenanordnung mit ersten und zweiten Gleitplatten (44, 45; 65, 66) umfasst, welche an Endabschnitten der jeweiligen benachbarten Gruppen von Stäben befestigt sind, wobei die Gleitplatten zwischen einem verriegelten Zustand, in welchem die Gleitplatten in ihrer Relativposition zueinander fixiert sind, und einem entriegelten Zustand, in welchem die Gleitplatten in der Ebene der Gleitplatten relativ zueinander vergleitbar sind, um dadurch die relative koaxiale Ausrichtung zwischen den benachbarten Gruppen von Stäben einzustellen, einstellbar sind.
  7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die wenigstens eine Optikkomponente-Befestigungsplatte (54) umfasst, die geführt auf der Gruppe oder einer der Gruppen von Stäben bei jeweils wenigstens drei Randbereichen der wenigstens einen Optikkomponente-Befestigungsplatte befestigt ist, wobei die Optikkomponente-Befestigungsplatte (54) ein Pass element (74) zum Befestigen einer optischen Komponente innerhalb der betreffenden Gruppe von Stäben aufweist.
  8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Gruppe oder eine der Gruppen von Stäben (62) einen Teil eines Probenbefestigungsmoduls (60) bildet, welches eine Probenbefestigung (67) aufweist, die durch diese Gruppe von Stäben getragen wird.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei das Probenbefestigungsmodul (60) ein Positioniergerät (68) zur Positionierung der Probenbefestigung in wenigstens einer Achse aufweist, wobei das Positioniergerät durch die Gruppe von Stäben des Probenbefestigungsmoduls getragen wird und seinerseits die Probenbefestigung trägt.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, sofern rückbezogen auf Anspruch 5, wobei eine andere der Gruppen von Stäben (42) einen Teil des optischen Moduls (40) bildet, um optische Studien an der an der Probenbefestigung angebrachten Probe durchzuführen.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei das optische Modul (40) näher an dem Vakuum-Flansch (10) angeordnet ist als das Probenbefestigungsmodul (60).
  12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, welche konfiguriert ist, eine Rasterprobenmikroskopie oder eine konfokale Mikroskopie oder eine Massenimmersionsmikroskopie durchzuführen.
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