-
Objektschleuse für Korpuskularstrahlapparate, insbesondere Elektronenmikroskope
Um bei Korpuskularstrahlapparaten, beispielsweise Elektronenmikroskopen, einen raschen
Objektwechsel ohne Unterbrechung des Vakuumbetriebes durchführen zu können, ist
es üblich, Objektschleusen anzuwenden, für welche schon die verschiedenartigsten
Konstruktionen verwendet worden sind. Eine Objektschleuse, die sich in der Praxis
sehr gut bewährt hat, besteht beispielsweise aus einem drehbaren Hahnküken, das
eine Querbohrung zur Aufnahme der Objektpatrone besitzt. Man kann dieses Hahnküken
durch Drehen an einem äußeren Griff aus der Betriebsstellung, in der .das Objekt
in den Strahlengang gebracht ist, in,die Beschickungsstellung überführen, in -der
das Objekt -dadurch gewechselt wird, daß man es durch eine Öffnung im Gehäuse der
Schleuse hindurch in .die erwähnte Querbohrung einführt. Derartige Schleusen erfordern,
da sie mit Fett als Dichtungsmittel arbeiten, im Betrieb eine sorgfältige Überwachung.
Bei anderen bekannten Schleusenkonstruktionen bat man das Fett als Dichtungsmittel
dadurch ganz beseitigt, daß eine besondere Schleusenkammer zur Anwendung kommt,
die durch zwei mit Gummidichtungen arbeitende Abschlußklappen wahlweise mit der
Außenluft oder mit dem Hochvakuum des Korpuskularstrahlapparates verbunden werden
kann. Um die Objektpatrone von der Außenseite her in die Schleusenkammer und von
dort weiter in die Betriebsstellung zu befördern, sind verwickelte Hebelkonstruktionen
erforderlich, diezwangsläufig bei Betätigung .der erwähnten Schleusenkammerklappen
mitgesteuert werden müssen.
-
Es sind fernerhin Objektschleusen für Korpuskularstranlapparate mit
einer Schleusenkammer bekannt, die durch einen äußeren Trieb quer zur
Strahlachse
aus ihrer Betriebsstellung, in der -das Objekt in den Strahlengang gebracht ist,
in die Beschickungsstellung übergeführt werden kann, in der ,das Objekt .gewechselt
wird. Hierbei befindet sich die Objektpatrone, wenn sie in der Betriebsstellung
ist, im Innern der Querbohrung eines stabförmigen, quer zur Strah.lachse hin und
her schiebbaren Schleusenkörpers. Bei Objektschleusen für Elektronenmikroskope ist
es erforderlich, das Objekt selbst :dem wirksamen Linsenbereich des Objektes weitgehend
zu nähern. Das ist bei :den zuletzt erwähnten bekannten Schleusen nicht möglich,
da hier ,die Patrone innerhalb des Schleusenraumes in der Betriebsstellung bleibt.
Die Erfindung hat im Gegensatz ,dazu eine solche Anordnung zum Gegenstand, bei der
es möglich ist, :das Objekt dicht an den wirksamen. Linsenbereich, also beispielsweise
an das Polschuhsystem heranzubringen, was für :die Herstellung übermikroskopischer
Aufnahmen von besonderer Bedeutung ist. Das wird beim Gegenstand der Erfindung dadurch
erreicht, daß die Schleusenkammer aus einer Büchse besteht, .die eine Bohrung zur
Aufnahme der Objektpatrone besitzt, wobei an der einen Seite der Büchse ein Trieb
zu ihrem 0uerverstellen und an der gegenüberliegenden Seite ein Trieb zum Herausdrehen
der Patrone aus der Bohrung der Büchse angeordnet ist. Mit Hilfe des zuerst genannten
Triebes werden also beim Gegenstand der Erfindung die Bewegungen der Schleusenkammer
durchgeführt, in deren Endlage jeweils die Schleusenkammer mit der Außenluft bzw.
mit dem Hochvakuumraum in Verbindung gebracht ist. Der andere Trieb dagegen dient
dazu, die Patrone aus der Bohrung der Büchse herauszudrehen, wodurch sie beispielsweise
in den unmittelbar oberhalb des Objektivs befindlichen Objekttisch hineingedreht
werden kann. Durch diese Mittel kommt man zu einer besonders betriebssicheren, einfach
zu bedienenden Schleusenkonstruktion. Insbesondere wird :durch die Aufteilung der
beiden Betätigungsorgane derart, daß der zum Querverstehen dienende Trieb auf der
einen Seite und der zum Herausdrehen der Patrone dienende Trieb auf der anderen
Seite der Büchse angeordnet ist, die Möglichkeit geschaffen, diese beiden Betätigungen
. verschiedenen Händen des Bedienenden zuzuordnen, was eine sichere Handhabung :gewährleistet.
Die für ,die Erfindung wesentliche Anordnung der beiden Triebe ergibt eine übersichtliche,
sehr einfache Konstruktion und bringt auch noch den Vorteil, :daß es, wie das Ausführun.gsbeispiel
zeigt, hierbei leicht möglich ist, einen Schleusenkörper selbst als bewegliches
Schleusentor auszubilden. Bei Anwendung der Erfindung kann man eine- Objektschleuse
bauen, die mit Trockendichtungen arbeiten kann und die trotzdem hinsichtlich der
Bewegung der Objektpatrone besonders einfache und sicher arbeitende Verstelleinrichtungen
haben kann, so daß sie insoweit alle Vorteile der eingangs erwähnten, mit Fettschliffen
arbeitenden Schleusen in sich vereinigt.
-
Die bei der Erfindung angewendete Schleusenkammer kann aus einer Büchse
bestehen, die eine Bohrung zur Aufnahme der Objektpatrone besitzt. An der einen
Seite dieser Büchse wird man dann den Trieb zu ihrem Querverstellen und an der gegenüberliegenden
Seite einen Trieb zum Herausdrehen der Patronen aus der Bohrung der Büchse anordnen.
Mit Hilfe des zuerst genannten Triebes werden also beim Gegenstand der Erfindung
die Bewegungen der Schleusenkammer durchgeführt, in deren Endlage jeweils die Schleusenkammer
mit der Außenluft bzw. mit dem Hochvakuumrau.m in Verbindung gebracht ist. Man kann
für die Bewegung der Schleusenkammer eine einfache, quer zur Strahlachse verlaufende
Bewegung vorsehen. Eine besonders vorteilhafte Konstruktion ergibt sich, wenn man
die Büchse gemäß der weiteren Erfindung während ihrer Querverstellung um einen Winkel
von vorzugsweise go° .dreht, so daß die Bohrung, in welche die Objektpatrone eingesetzt
wird, in der Beschickungsstellung quer zur Strahlachse steht. Eine besonders vorteilhafte
weitere Ausgestaltung,derErfindung beruht darin, daß man mechanische Verriegelungsmittel
anwendet, die die Bewegung der Patrone mit Hilfe des ihr zugeordneten Verstelltriebes
nur in der Betriebsstellung bzw. in der Beschickungsstellung zulassen.
-
Die zuletzt genannte Konstruktion ist insbesondere wichtig für solche
Ausführungsformen der Erfindung, bei :denen die Patrone aus der Bohrung der Büchse
mit Hilfe :des obenerwähnten Triebes herausgedreht werden kann. Die erwähnten Verriegelungsmittel
verhindern dann nämlich das Herausdrehen der Patrone in irgendeiner Zwischenstellung.
-
Weitere für die Erfindung wesentliche Merkmale ergeben sich aus dem
im folgenden behandelten Ausführungsbeispiel. Fig. i zeigt einen Längsschnitt, Fig.
2 einen Querschnitt durch eine Objektschleuse für ein Elektronenmikroskop.
-
Der wesentliche Bestandteil dieser Objektschleuse ist eine quer zur
Strahlachse verschiebbare und gleichzeitig um go° verdrehbare Schleusenkammer, die
aus einer Büchse i besteht und eine Bohrung 2 zur Aufnahme einer Patronenhalterung
3 besitzt. An .dem unteren Ende .des Patronen-'halters 3 ist die Objektpatrone q.
lösbar befestigt. In Fig. i ist die Schleusenkammer in -der Betriebsstellung dargestellt,
d. h. in einer Stellung, .in welcher die Bohrung :2 mit der Strahlachse 5 zusammenfällt,
so daß die Elektronenstrahlen das am unteren Ende in der Patrone q. gehalterte Objekt
durchstrahlen können. In dieser Lage befindet sich .das Objekt allerdings noch in
einer sehr großen Entfernung von dem unterhalb des Schleusengehäuses- 6 befindlichen,
:in der Figur nicht dargestellten Objektiv :des Elektronenmikroskops. Für die Abbildung
selbst kann die Objektpatrone aus der Bohrung 2 heraus mit Hilfe eines von außen
zu bedienenden Triebes in Richtung auf .das Objektiv nach unten herausgedreht werden.
Diese Bewegungen werden mit Hilfe des Drehknopfes 7 .durchgeführt, der seine Bewegungen
über das Zahngetriebe 8, g auf die gezahnte Hülse io der Patronenhalterung überträgt,
Zur Abdichtung des
Drehgriffes 7 dient ein in das Gehäuse 6 eingebauter
S'imm-erring ii.
-
Die Bewegungen der Büchse i werden mit Hilfe .des Handgriffes 12 durchgeführt
und durch die Deckelstücke 13, 14 unter Verwendung der Gummidichtungen 15, 16 nach
.innen geführt. Mit der Drehachse 17 des Handgriffes ist ein Führungsstift 18 verbunden,
der mit zwei gemäß Fig. 3 geschnittenen Führungsnuten 19, 2o zusammenarbeitet.
Die Führungsnut ig befindet sich in der feststehenden Hülse 21 und die Nut 2o in
der relativ dazu beweglichen Hülse 12 des Handgriffes. Durch das Zusammenarbeiten
der beiden Nuten ig und. 2o mit dem Führungsstift 18 wird beim Drehen des Handgriffes
12 die gewünschte schraubenförmige Bewegung der Büchse i -aus der in der Fig. i
dargestellten Lage in die Beschickungsstellung durchgeführt, in welcher die Bohrung
2 der Büchse i einer Öffnung 22 im Gehäuse 6 genau gegenübersteht. Diese Öffnung
22 kann mit Hilfe ,des Verschlußdeckels 23 nach außen hin abgesperrt werden. Auch
an .dieser Stelle ist zur Abdichtung ein Gummiring 24 verwendet. Beim Öffnen :des
Verschlußdeckels 23 kann man die Objektpatrone 4 mit Hilfe des Handgriffes 7 aus
der Bohrung 2 und durch die Öffnung 22 hindurch so weit aus dem Gehäuse 6 herausschrauben,
daß der Objektwechsel bequem durchführbar ist. In der Beschickungsstellung legt
sich die Gummidichtung 25 der Büchse i fest gegen .die ringförmige Anschlagfläche
26 des Gehäuses 6, so daß damit eine einwandfreie Abdichtung der Schleusenkammer
gegenüber dem Hochvakuumraum des Mikroskops gegeben ist.
-
Bei der dargestellten Konstruktion ist die Bewegung der Patrone mit
Hilfe des Drehgriffes 7 durch mechanische Verriegelungsmittel so verriegelt, daß
ein Herausschrauben .der Patrone aus der Bohrung :2 .nur in der in Fig. i dargestellten
Betriebsstellung bzw. in,der eben beschriebenen Beschickungsstellung möglich ist,
während eine Betätigung des Drehgriffes 7 in allen Zwischenlagen verhindert ist.
Diese Verriegelung ergibt sich durch die Anwendung desFührungsstiftes 27 und .der
ihm zugeordneten Nut 28, die sich im inneren Hülsenteil 3o befindet. Es besteht
somit keinerlei Gefahr, daß man in irgendeiner Zwischenstellung die Patrone aus
der Bohrung :2 herausschrauben kann, wodurch eine Beschädigung des Patronenkopfes
bzw. der mit ihm in Berührung kommenden Konstruktionsteile möglich wäre.
-
Während es sich bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel um
eine Objektschleuse handelt, bei der die Schleusenkammer um einen Winkel von go°
,gedreht wird, kann man :den Erfindungsgedanken fauch in anderer Form verwirklichen,
bei der die Schleusenkammerteile selbst im wesentlichen nur eine Verschiebebewegung
quer zur optischen Achse machen. Man kann beispielsweise gemäß der weiteren Erfindung,die
Schleusenkammer aus zwei quer zur Strahlrichtung beweglichen Teilen bilden, die
idurch geeignete Trockendichtungen hindurchbewegt werden können. Vorzugsweise wird
man die beiden Teile so ausbilden, .daß sie für :das Aus- und Einschleusen ineinandergesteckt
werden. Dadurch ist es möglich, das Schleusenvolumen selbst sehr klein zu halten
und mit einem oder gegebenenfalls zwei hintereinanderliegenden Simmerringen die
erforderliche Abdichtung für d.ie Schleusbewegungen und während des Betriebes zu
machen. Derartige quer bewegliche O'bjektschleuseinrichtungen können mit Vorteil
so aufgebaut werden, daß derjenige Teil, welcher zur Objekthaltung dient, ,gleich
zwei oder gegebenenfalls sogar mehrere Objektträgerblenden hält. Man kann dann,
ohne erneut schleusen zu müssen, mehrere verschiedenartige Objekte unmittelbar nacheinander
im Elektronenmikroskop untersuchen. Wenn man bei Anordnungen dieser Art den die
Objekte tragenden Teil :der Schleusenkammer so ausbildet, daß er nicht nur in der
Richtung des Ein- und Ausschleusens quer zur Strahl.achse verstellbar ist, sondern
daß er auch eine Schwenkbewegung um die Mitte :der diesem Teil zugeordneten Trockendichtung
ausführen kann, dann ist es möglich, die für das Absuchendes Objektes erforderlichenObjektbewegungen
mit diesem Halter selbst .durchzuführen, so daß die gesamte Vers.telleinrichtung
für die Objekte sehr einfach wird.
-
Eine Ausführungsform der Erfindung für eine solche aus zwei quer zur
Strahlrichtung beweglichen Teilen bestehende Objektschleuse ist in den Fig. 4 und
5 in einem Längsschnitt und in einem Querschnitt schematisch dargestellt. Die rohrförmige
Mikroskopwandung 41 besitzt im Bereich der Obj ektschleuse eine Querbohrung 42,
in der .die beiden Teile 43 und. 44 quer zur Strah.lachse verschiebbar angeordnet
sind. Im Teil 44 befindet sich auf der linken Seite eine Bohrung 45, welche die
Schleusenkammer bildet. Mit 46 sind zwei Simmerringe bezeichnet, welche Iden Teil
44 nach außen hin abdichten. Ein entsprechender Simmerrin.g 47 ist dem Teil 43 zugeordnet.
An seinem rechten Ende trägt der Halter 43 zwei Objektträgerblenden 48, die wahlweise
zur Untersuchung in .die Strah.lachse eingestellt werden können. Um das Auffinden
des jeweils zu untersuchenden Objektes zu erleichtern, ist ein Rastgesperre 49 vorgesehen,
,das in entsprechende Nuten So des Halters 43 einrasten kann. Um das Objekt bei
der elektronenmikroskopischen Untersuchung absuchen zu können, ist außer .der Bewegungsmöglichkeit
quer zur Strahlachse in Richtung des Pfeiles 51 noch eine zweite Beweglichkeit in
einer senkrecht dazu liegenden Richtung mit Hilfe der Schwenkeinrichtung 52 vorgesehen.
Hierdurch kann nämlich (der Halter 43 zusammen mit den Objektträgerblenden um den
Angriffspunkt der Trockendichtung geschwenkt werden. Dementsprechend -ist .die Bohrung
42 hinreichend groß, um die kleinen erforderlichen Querbewegungen des Objektes durchführen
zu können.
-
Um die Objekte !auszuschließen, wird der Halter 43 nach rechts gedrückt,
bis sich der Vorsprung 53 an das linke Ende der Schleusenkammer 45 anlegt. Durch
weiteres Drücken in derselben Richtung
fährt .dann der Halter 43
zusämmen rnit dem Teil 44 ,durch die beiden Trockendichtungen 46 hindurch aus der
Mikroskopwand heraus. Die weitere Bewegung des Teiles 43 ist .dann zweckmäßig durch
einen geeigneten Anschlag gesperrt. Zum Entnehmen -der Objektträgerblenden kann
man dann den Teil 44 noch weiter nach rechts verstellen, bis er die in der Fig.
5 ersichtliche Beschickungsstellung einnimmt. Zum Hereinführen der Objekte in .den
Vakuumraum wird in umgekehrter Richtung durch Drücken am Teil ¢q. die Schleusenkammer
45 mit .den hineingefahrenen Objekten nach links verstellt, bis wiederum durch einen
geeigneten Anschlag die weitere Bewegung des Teiles q., verhindert wird. Anschließend
daran kann man dann .den Objekthalter 43 wieder in die in Fig. q. .dargestellte
Betriebslage bringen.