DE966493C

DE966493C - Fine movement for electron microscopes to move the object

Info

Publication number: DE966493C
Application number: DEZ1845A
Authority: DE
Inventors: Heinrich Sonnberger
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 1951-04-25
Filing date: 1951-04-25
Publication date: 1957-08-14

Description

(WiGBl. S. 175)(WiGBl. P. 175)

AUSGEGEBEN AM 14. AUGUST 1957ISSUED AUGUST 14, 1957

Z 1845 VIII c J 3igZ 1845 VIII c J 3ig

Für die Objektfeinbewegung bei Elektronenmikroskopen, bei der eine Verschiebung des Objekts mit Hilfe eines als Objektträger dienenden Stabes erfolgt, sind bekanntlich wegen der hier angewandten starken Vergrößerungen sehr hohe Übersetzungen erforderlich, um beispielsweise eirie bestimmte Stelle des Objekts in das Gesichtsfeld bringen zu können. Die bisher für diese Übersetzungen verwandten Mittel, wie Justierschrauben, ίο Gelenkhebel, Schneckenräder u. dgl., kranken alle an dem Umstand, daß die dazu nötigen Gelenke, Führungslager, Gleitflächen usw. wegen der unvermeidlichen Schmierschichten keine genauen reproduzierbaren Bewegungen ermöglichen. Auch bei einer kraftschlüssigen Übertragung von Bewegungen über Kontaktstellen läßt sich dies nicht erreichen, weil solche Stellen ebenfalls Zufälligkeiten an den Kontaktflächen ausgesetzt sind. Um eine Verschiebung des Objekts mit Hilfe eines als Objektträgers dienenden Stabes zu bewirken, gelangt man erfindungsgemäß zu einer besseren Lösung, indem der Stab einseitig mittels eines oder mehrerer fest eingespannter, federnder Bleche gelagert ist, derart, daß er lediglich Verschiebebewegdngen in Richtung seiner Achse quer zur Richtung des Elektronenstrahls sowie Kippbewsgungen um diese Achse ausführen kann, während er an seinem anderen freien Ende durchFor the fine movement of objects in electron microscopes, in which the object is shifted done with the help of a rod serving as a slide, are known because of the here applied high magnifications, very high gear ratios are required, for example in order to eirie to be able to bring a certain point of the object into the field of view. The one so far for these translations related means, such as adjusting screws, ίο articulated levers, worm wheels and the like, all get sick the fact that the joints, guide bearings, sliding surfaces, etc. required for this are unavoidable Smear layers do not allow precise reproducible movements. Also at a force-fit transmission of movements via contact points, this cannot be achieved, because such places are also exposed to randomness on the contact surfaces. To a To bring about displacement of the object with the help of a rod serving as a slide, arrives you according to the invention to a better solution by the rod on one side by means of a or a plurality of firmly clamped, resilient metal sheets is mounted in such a way that it only provides displacement movements in the direction of its axis transverse to the direction of the electron beam and tilting movements can run around this axis while he is at his other free end by

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die Gefäßwandungen des Elektronenmikroskops hindurch unter nachgiebiger Vakuumdichtung herausgeführt und mit einem mittels an sich bekannter Bandfedergelenke gelagerten Steuermechanismus verbunden ist, derart, daß bei jeder Einstellung des Steuermechanismus eine dieser Einstellung entsprechende, eindeutig reproduzierbare Lage des Objekts im elektronenmikroskopischen Strahlengang zu bewirken ist. An Stelle der sonst ίο üblichen Gelenke und Achsen oder Gleit- und Kontaktflächen werden erfindungsgemäß ausschließlich elastische Bleche verwendet, die trotz der festen Einspannung infolge ihrer geringen Dicke sich etwas verbiegen lassen. Solche Federgelenke gestatten zwar nur geringe Ausschläge, die aber im vorliegenden Falle durchaus genügen. Sie bieten den großen Vorteil, daß sie völlig spielfrei und ohne Abnutzung arbeiten und von allen Zufälligkeiten einer Schmierschicht oder Kontaktfläche unabhängig sind. Eine vorteilhafte Ausführungsform der einseitigen Einspannung des Objektträgerstabes erfolgt "in der Mitte einer am Rand allseitig eingespannten federnden Membran. Der mit dem anderen freien Ende des Stabes verbundene Steuerungsmechanismus wird zweckmäßig durch einen starren Hebel betätigt, der um zwei senkrecht zueinander angeordnete Bandfedergelenkanordnungen beweglich ist. Damit wird eine feste Drehachse für den Hebel gebildet. Auf diese Weise erhält man ein Federgelenk, das sogar verhältnismäßig große Ausschläge zuläßt, ohne daß die Lage der Drehachse eine Veränderung erfährt. Die Verbindung des starren Hebels mit dem Objektträger erfolgt zweckmäßig durch eine Membran, die in der Ver-Schiebungsrichtung des Hebels starr ist, jedoch senkrecht dazu kleine Bewegungen zuläßt. Auf diese Weise wird eine Klemmung der Objektträgerführung durch den Ausschlag des Hebels vermieden. Auf diese Weise kann man das Objekt auch mit demselben Hebel beliebig nach allen Richtungen innerhalb seiner Ebene verschieben. Auch eine Bewegungsmöglichkeit des Objekts in Richtung der optischen Achse läßt sich mit einem solchen starren Hebel mit Federgelenken auf die 4-5 gleiche Weise erreichen.the vessel walls of the electron microscope through under a flexible vacuum seal led out and with a control mechanism mounted by means of known ribbon spring joints is connected in such a way that each time the control mechanism is adjusted, one of these adjustments corresponding, clearly reproducible position of the object in the electron microscope Is to cause beam path. Instead of the usual joints and axles or sliding and contact surfaces according to the invention only elastic sheets are used, which despite the solid Restraint due to their small thickness can be bent a little. Allow such spring joints only slight fluctuations, but in the present case they are quite sufficient. they offer the great advantage that they work completely free of play and without wear and tear and from all coincidences a smear layer or contact surface are independent. An advantageous embodiment the one-sided clamping of the slide rod takes place "in the middle one at the edge on all sides restrained resilient membrane. The control mechanism connected to the other free end of the rod is conveniently operated by a rigid lever that is perpendicular to each other by two arranged ribbon spring hinge assemblies is movable. This creates a fixed axis of rotation for formed the lever. In this way you get a spring joint that is even relatively large Permits deflections without the position of the axis of rotation undergoing any change. The connection the rigid lever with the specimen slide is expediently carried out by a membrane that moves in the direction of displacement of the lever is rigid, but allows small movements perpendicular to it. In this way there is a clamping of the slide guide avoided by the deflection of the lever. In this way you can move the object in any direction with the same lever move within its plane. Also a possibility of moving the object in the direction the optical axis can be with such a rigid lever with spring joints on the 4-5 reach in the same way.

Die Erfindung ist in der Zeichnung durch ein Ausführungsbeispiel veranschaulicht, bei dem das Objekt innerhalb seiner Ebene sich nach allen Richtungen verschieben läßt, wobei angenommen ist, daß der mit dem Objektträger in Verbindung stehende starre Hebel in beliebiger bekannter Weise, z. B. unmittelbar von Hand, betätigt wird. Die Zeichnung stellt einen entlang der optischen Achse des Elektronenmikroskops verlaufenden Schnitt durch den Teil des Elektronenmikroskops dar, an dem die Feinbewegung angebaut ist.The invention is illustrated in the drawing by an embodiment in which the Object within its plane can be moved in all directions, assumed is that the rigid lever associated with the slide in any known Way, e.g. B. is operated directly by hand. The drawing represents one along the optical Section through the part of the electron microscope running through the axis of the electron microscope to which the fine movement is attached.

Ein den mittleren Teil eines Elektronenmikroskops bildendes Gehäuse α trägt in seinem unteren, etwas erweiterten Teil seinen waagerecht angeordneten Objektträgerstab b. Der Stab b besitzt zu diesem Zweck in der mit AA bezeichneten optischen Achse des Mikroskops ein Ouerstück h_v das mit den nötigen Bohrungen versehen ist und zur Aufnahme eines Objekts c dient. Der Stab b ist auf seiner linken Seite fest verbunden mit einer Membran d, die am Rand mit dem Gehäuse a ringsum dicht verschraubt ist. Auf der rechten Seite ist der Stab b an einem Ansatz e_t eines Führungsteiles e befestigt, das sich seinerseits auf ein U-förmig gebogenes Blech f abstützt. Das Blech / ist mit seinen beiden Schenkeln f_t am Gehäuse a festgeschraubt und gestattet infolge seiner geringen Dicke kleine Bewegungen des Teiles e sowohl in Richtung des Stabes b als auch senkrecht zur Zeichenebene, während es in Richtung der Achse AA starr ist. Der Ansatz e_x ist mit dem Gehäuse α durch ein elastisches Rohrstück e.₂ verbunden und bildet damit einen dichten Abschluß gegenüber dem Gehäuse a. Das Führungsteil e trägt auf seiner oberen Seite fest damit verbunden eine Membran g, in deren Mitte ein nach unten ragender Hebel h mit Hilfe eines Mutterstückes Zi₁ befestigt ist. Der Hebel h ragt durch eine Bohrung des Führungsteiles e hindurch und dient zur Bewegung des Objekts. Das Mutterstück Ji₁ besitzt auf der oberen Seite zwei zueinander senkrechte schräge Flächen, auf denen zwei Blechstreifen I₁ und i_z mit entsprechenden Klemmscheiben festgeschraubt sind. Die oberen Enden der Blechstreifen sind in gleicher Weise an der Unterseite einer Zwischenscheibe k befestigt, die durch zwei Nuten k_x und k_% ebenfalls zwei zueinander senkrechte Anschraubflächen für die beiden Bleche^ und i₂ darbietet. Die beiden zueinander senkrechten Blechstreifen I₁ und i_% bilden somit das federnde Gelenk, um das der Hebel h bei einem Ausschlag in der Zeichenebene sich bewegt. Auf der oberen Seite der Zwischenscheibe k befinden sich, senkrecht zu den Nuten ^₁ und k₂ der Unterseite, weitere Nuten k₃ und k_it in denen in gleicher Weise wie die Bleche I₁ und i₂ zwei weitere Paare von federnden Blechen m_i und m₂ angeschraubt sind. Die oberen Enden der Bleche Wi₁ und »₂ sind ihrerseits in entsprechenden Nuten a₂ eines mit ■dem Gehäuse α verbundenen Armes O₁ befestigt. Da der Hebel h durch das Federgelenk i_x und i₂ in der zur Zeichenebene senkrechten. Richtung starr mit der Zwischenscheibe k verbunden ist, kann der Hebel h nunmehr bei einem Ausschlag senkrecht zur Zeichenebene um eine durch die beiden Feder- no gelenkew^ und m₂ verkörperte Achse BB bewegt werden. In diesem letzteren Falle wird mit dem Hebel h auch das Führungsteil e senkrecht zur Zeichenebene mitgenommen, da es durch das Federblech f nachgiebig gehalten ist. Bei einer solchen Bewegung wirkt die Verbindungsstelle zwischen dem Objektträgerstab b und der Membran d als Drehpunkt, so daß hierdurch das Objekt senkrecht zur Zeichenebene verschoben wird. Wird der Hebel h in der Zeichenebene bewegt, so bildet die Zwischenscheibe k ein feststehendes Teil, so daß der Hebel h um das Federgelenk I₁ und i₂ ausschlägt und daher seine Bewegung unmittelbar auf den Objektträgerstab b überträgt. Auf diese Weise kann man mit Hilfe des Hebels Ji das Objekt c innerhalb seiner Ebene nach jeder beliebigen Rieh- A housing α forming the middle part of an electron microscope carries its horizontally arranged slide rod b in its lower, somewhat enlarged part. For this purpose, the rod b has an Ouerstück h _{v in} the optical axis of the microscope labeled AA , which is provided with the necessary bores and is used to hold an object c . The rod b is firmly connected on its left side to a membrane d, which is screwed tightly all around at the edge with the housing a. On the right-hand side, the rod b is attached to a projection e _{t of} a guide part e , which in turn is supported on a U-shaped sheet f . The sheet metal / is screwed with its two legs f _{t to} the housing a and, due to its small thickness, allows small movements of the part e both in the direction of the rod b and perpendicular to the plane of the drawing, while it is rigid in the direction of the axis AA. The approach e _x is with the housing α by an elastic piece of pipe e. ₂ connected and thus forms a tight seal with respect to the housing a. The upper side of the guide part e has a membrane g, firmly connected to it, in the center of which a downwardly projecting lever h is fastened with the aid of a nut _{piece Zi 1.} The lever h protrudes through a hole in the guide part e and is used to move the object. The nut piece Ji ₁ has two mutually perpendicular inclined surfaces on the upper side, on which two sheet metal strips I ₁ and i _z are screwed with corresponding clamping disks. The upper ends of the sheet metal strips are fastened in the same way to the underside of an intermediate disk k which, through two grooves k _x and k _%, also presents two mutually perpendicular screw surfaces for the two sheets ^ and i ₂ . The two mutually perpendicular sheet metal strips I ₁ and i _% thus form the resilient joint around which the lever h moves when it deflects in the plane of the drawing. On the upper side of the intermediate disk k , perpendicular to the grooves ^ ₁ and k _{2 of} the underside, there are further grooves k ₃ and k _it in which, in the same way as the sheets I ₁ and i _2, two further pairs of resilient sheets m _i and m _{2 are} screwed on. The upper ends of the metal sheets Wi ₁ and » ₂ are in turn fastened in corresponding grooves a _{2 of} _{an arm O 1} connected to the housing α. Since the lever h through the spring joint i _x and i ₂ in the plane perpendicular to the plane of the drawing. Direction is rigidly connected to the intermediate disk k , the lever h can now be moved at a deflection perpendicular to the plane of the drawing around an axis BB _{embodied by the two spring joints and m 2} . In this latter case, the lever h also takes the guide part e along perpendicularly to the plane of the drawing, since it is resiliently held by the spring plate f. With such a movement, the connection point between the specimen slide rod b and the membrane d acts as a fulcrum, so that the specimen is thereby displaced perpendicular to the plane of the drawing. If the lever h is moved in the plane of the drawing, the intermediate disk k forms a stationary part, so that the lever h deflects around the spring hinge I ₁ and i ₂ and therefore transmits its movement directly to the specimen slide rod b. In this way, with the help of the lever Ji , one can move the object c within its plane according to any

tung einstellen, ohne daß in der gesamten Anordnung ein toter Gang eintreten kann.set device without a dead gear can occur in the entire arrangement.

Claims

Patent claims:

i. Fine object movement for electron microscopes, in which a displacement of the object takes place with the help of a rod serving as a slide, characterized in that the The rod is supported on one side by means of one or more firmly clamped resilient sheets, such that it only moves in the direction of its axis transverse to the direction of the Electron beam as well as tilting movements around this axis direction can perform while he at its other free end through the vessel walls of the electron microscope led out under a flexible vacuum seal and with a means known per se Ribbon spring hinges mounted control mechanism is connected in such a way that at each Setting of the control mechanism is a setting that corresponds to this setting and is clearly reproducible Position of the object in the electron-optical beam path is to be effected.

2. Fine object movement according to claim i, characterized in that the rod is unilateral is mounted in the middle of a membrane clamped on all sides at the edge.

3. Fine movement according to claim 1, characterized in that the control mechanism is actuated by means of a lever which is rotated around two flat spring hinge assemblies arranged perpendicular to one another is movable.

4. fine movement according to claim 1, characterized in that the slide on the Side of the lever is held by a resilient plate that points in the direction of the optical Axis is rigid, but allows small movements perpendicular to it.

Considered publications:
German patent application ρ 55795 VIIIc / 2ig; French Patent No. 897500;
VDI magazine Vol. 83, 1939, pp. 1189 to 1196.

1 sheet of drawings