JP5351074B2 - Sample holder and scanning transmission electron microscope - Google Patents
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本発明は、試料が載置される試料載置部をピエゾ素子によりXYZ軸方向に駆動するXYZ駆動機構を有した試料ホルダおよびこの試料ホルダを有する走査型透過電子顕微鏡に関する。 The present invention relates to a sample holder having an XYZ driving mechanism for driving a sample mounting portion on which a sample is mounted in the XYZ axial directions by a piezo element, and a scanning transmission electron microscope having the sample holder.
走査型透過電子顕微鏡においては、電子ビームを走査するのではなく、試料ホルダに載置された試料をピエゾ素子を用いて、X、Y、Z軸方向に走査することにより、高分解観察を可能としている(特許文献1参照)。 In scanning transmission electron microscopes, high-resolution observation is possible by scanning the sample placed on the sample holder in the X, Y, and Z axis directions using a piezo element instead of scanning the electron beam. (See Patent Document 1).
しかし、上記走査型透過電子顕微鏡に用いられる試料ホルダは、電子ビームの光軸と直交する方向の軸を中心に傾斜させることができないので、試料を傾斜した状態での共焦点暗視野STEM像、3次元断層像を得ることができない問題点がある。 However, since the sample holder used in the scanning transmission electron microscope cannot be tilted around the axis in the direction orthogonal to the optical axis of the electron beam, the confocal dark field STEM image with the sample tilted, There is a problem that 3D tomographic images cannot be obtained.
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、その課題は、試料が傾斜した状態で、共焦点暗視野STEM像、3次元断層像を得られる試料ホルダおよび走査型透過電子顕微鏡を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and its task is to provide a sample holder and a scanning transmission electron microscope capable of obtaining a confocal dark field STEM image, a three-dimensional tomographic image in a state where the sample is inclined. There is to do.
上記課題を解決する請求項1に係る発明は、試料が載置される試料載置部をピエゾ素子によりXYZ軸方向に駆動するXYZ駆動機構を有した試料ホルダにおいて、前記試料ホルダの軸方向をX軸、電子ビームの光軸方向をZ軸、前記X軸、前記Z軸と直交する方向をY軸とした場合、前記試料載置部に設けられ、前記試料載置部の試料を前記Y軸を中心として傾斜させる傾斜機構と、該傾斜機構を駆動するモータと、該モータの出力軸と前記傾斜機構との間に配置され、前記XYZ駆動機構の動きが前記傾斜機構を介して前記モータへ伝達するのを遮断するクラッチと、を有し、前記XYZ駆動機構は、前記試料載置部に接続され、駆動電圧の印加による収縮動作作用により前記試料載置部をX軸方向に駆動し、駆動電圧の印加による首振り作用により前記試料載置部をY軸、Z軸方向に駆動するチューブピエゾ素子を有し、前記モータの出力軸は前記チューブピエゾ素子の円筒内に配置されており、前記傾斜機構は、前記試料が載置され、Y軸を中心に回転可能に設けられた試料傾斜台と、X-Z平面上で回転可能に設けられ、X-Z平面上で前記試料傾斜台に接続される第1アーム、X-Z平面上で前記第1アームと異なる方向へ延出する第2アームを有するベルクランクと、前記試料傾斜台の回転端部、前記ベルクランクの第1アームのうちのどちらか一方に設けられたピンと、前記試料傾斜台の回転端部、前記ベルクランクの第1アームのうちの他方に設けられ、前記ピンが嵌合する長穴と、前記モータによって前記X軸を中心として回転駆動され、Y-Z平面側の端面が傾斜面となった斜面カム,前記ベルクランクの第2アームを前記斜面カムのカム面に押し当てる付勢手段からなる駆動部とからなり、前記クラッチは、前記モータの出力軸、前記傾斜機構の傾斜カムに設けられた入力軸のうちのどちらか一方の軸の端面に形成されたすり割り溝と、前記モータ側の出力軸、前記傾斜機構の傾斜カムに設けられた入力軸のうちの他方の軸に形成され、前記すり割り溝に対して周方向に遊びをもって嵌合する接続部とからなることを特徴とする試料ホルダである。 The invention according to claim 1, which solves the above problem, is a sample holder having an XYZ driving mechanism for driving a sample mounting portion on which a sample is mounted in the XYZ axial directions by a piezo element. When the X axis, the optical axis direction of the electron beam is the Z axis, and the X axis, and the direction perpendicular to the Z axis is the Y axis, the sample placement section is provided with the sample on the sample placement section. A tilt mechanism that tilts about an axis, a motor that drives the tilt mechanism, an output shaft of the motor, and the tilt mechanism, and the movement of the XYZ drive mechanism moves through the tilt mechanism to the motor. And the XYZ drive mechanism is connected to the sample mounting unit and drives the sample mounting unit in the X-axis direction by a contraction operation by applying a driving voltage. , The sample placement portion by a swinging action by applying a drive voltage A tube piezo element that drives in the Y-axis and Z-axis directions, the output shaft of the motor is arranged in a cylinder of the tube piezo element, and the tilt mechanism is configured to place the sample on the Y-axis. A sample tilting table that is rotatable about the XZ plane, a first arm that is rotatably provided on the XZ plane and connected to the sample tilting table on the XZ plane, and is different from the first arm on the XZ plane A bell crank having a second arm extending in a direction, a rotation end of the sample tilting table, a pin provided on one of the first arms of the bell crank, and a rotation end of the sample tilting table , Provided on the other one of the first arms of the bell crank, and driven to rotate around the X-axis by the motor and the slot into which the pin fits, and the end surface on the YZ plane side becomes an inclined surface Slope cam, second arm of the bell crank And a drive unit comprising urging means that presses the cam against the cam surface of the inclined cam, and the clutch is one of an output shaft of the motor and an input shaft provided on the inclined cam of the inclined mechanism. A slit formed on the end surface of the shaft of the motor, an output shaft on the motor side, and an input shaft provided on the tilt cam of the tilt mechanism. It is a sample holder characterized by comprising a connecting portion that fits with play in the direction .
XYZ駆動機構のピエゾ素子を駆動して、試料をX、Y、Z軸方向に走査する場合には、クラッチを切って、前記XYZ駆動機構の動きが前記モータへ伝達するのを遮断する。
傾斜機構を用いて試料を傾斜させる場合には、クラッチをつないで、前記モータの動力を前記傾斜機構へ伝達する。
When the piezo element of the XYZ drive mechanism is driven to scan the sample in the X, Y, and Z axis directions, the clutch is disengaged to block the movement of the XYZ drive mechanism from being transmitted to the motor.
When tilting the sample using the tilt mechanism, the clutch is connected to transmit the power of the motor to the tilt mechanism.
請求項2に係る発明は、試料が載置される試料載置部をピエゾ素子によりXYZ軸方向に駆動するXYZ駆動機構を有した試料ホルダにおいて、前記試料ホルダの軸方向をX軸、電子ビームの光軸方向をZ軸、前記X軸、前記Z軸と直交する方向をY軸とした場合、前記試料載置部に設けられ、前記試料載置部の試料を前記Y軸を中心として傾斜させる傾斜機構と、該傾斜機構を駆動するモータと、該モータの出力軸と前記傾斜機構との間に配置され、前記XYZ駆動機構の動きが前記傾斜機構を介して前記モータへ伝達するのを遮断するクラッチと、を有し、前記XYZ駆動機構は、前記試料載置部に接続され、駆動電圧の印加による収縮動作作用により前記試料載置部をX軸方向に駆動し、駆動電圧の印加による首振り作用により前記試料載置部をY軸、Z軸方向に駆動するチューブピエゾ素子を有し、前記モータの出力軸は前記チューブピエゾ素子の円筒内に配置されており、前記傾斜機構は、前記試料が載置され、Y軸を中心に回転可能に設けられた試料傾斜台と、X-Z平面上で回転可能に設けられ、X-Z平面上で前記試料傾斜台に接続される第1アーム、X-Z平面上で前記第1アームと異なる方向へ延出する第2アームを有するベルクランクと、前記試料傾斜台の回転端部、前記ベルクランクの第1アームのうちのどちらか一方に設けられたピンと、前記試料傾斜台の回転端部、前記ベルクランクの第1アームのうちの他方に設けられ、前記ピンが嵌合する長穴と、外周面におねじが形成され、前記モータによって、X軸を中心として回転駆動されるねじ部材,内周面にめねじが形成され、前記ねじ部材が螺合し、回転が禁止されたナット部材,前記ベルクランクの第2アームを前記ねじ部材の端面に押し当てる付勢手段からなる駆動部とからなり、前記クラッチは、前記モータの出力軸、前記傾斜機構の傾斜カムに設けられた入力軸のうちのどちらか一方の軸の端面に形成されたすり割り溝と、前記モータ側の出力軸、前記傾斜機構の傾斜カムに設けられた入力軸のうちの他方の軸に形成され、前記すり割り溝に対して周方向に遊びをもって嵌合する接続部とからなることを特徴とする試料ホルダである。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a sample holder having an XYZ driving mechanism for driving a sample mounting portion on which a sample is mounted in a XYZ axial direction by a piezo element, wherein the axial direction of the sample holder is an X axis, an electron beam When the optical axis direction is the Z axis, the X axis, and the direction perpendicular to the Z axis is the Y axis, the sample is placed on the sample mounting section, and the sample on the sample mounting section is tilted around the Y axis An inclination mechanism, a motor for driving the inclination mechanism, an output shaft of the motor and the inclination mechanism, and the movement of the XYZ drive mechanism is transmitted to the motor via the inclination mechanism. The XYZ drive mechanism is connected to the sample placement unit, and drives the sample placement unit in the X-axis direction by a contraction operation by applying a drive voltage to apply the drive voltage. The sample placement part is driven in the Y-axis and Z-axis directions by the swing action of And the output shaft of the motor is disposed in a cylinder of the tube piezo element, and the tilt mechanism is provided so as to be rotatable about the Y axis on which the sample is placed. A sample tilting table, a first arm rotatably provided on the XZ plane, connected to the sample tilting table on the XZ plane, and a second arm extending in a different direction from the first arm on the XZ plane. A bell crank, a rotation end of the sample tilting table, a pin provided on one of the first arms of the bell crank, a rotation end of the sample tilting table, and a first arm of the bell crank Provided on the other of them, a screw hole is formed on the outer peripheral surface of the long hole into which the pin fits, a screw member that is driven to rotate around the X axis by the motor, and a female screw is formed on the inner peripheral surface The screw member is screwed, A nut member that is prohibited from rolling, and a drive unit that includes a biasing means that presses the second arm of the bell crank against the end surface of the screw member, and the clutch includes an output shaft of the motor and an inclination of the inclination mechanism A slot formed on an end surface of one of the input shafts provided on the cam, an output shaft on the motor side, and the other of the input shafts provided on the tilt cam of the tilt mechanism. A sample holder comprising a connecting portion formed on a shaft and fitted with play in the circumferential direction with respect to the slit groove .
請求項3に係る発明は、請求項1または2記載の試料ホルダを有することを特徴とする走査型透過電子顕微鏡である。 The invention according to claim 3 is a scanning transmission electron microscope comprising the sample holder according to claim 1 or 2 .
請求項1−3に係る発明によれば、前記試料載置部の試料を前記Y軸を中心として傾斜させる傾斜機構と、該傾斜機構を駆動するモータと、前記XYZ駆動機構の動きが前記傾斜機構を介して前記モータへ伝達するのを遮断するクラッチとを有することにより、クラッチを切って、前記XYZ駆動機構の動きが前記傾斜機構を介して前記モータへ伝達するのを遮断することにより、XYZ駆動機構のピエゾ素子を駆動して、試料をX、Y、Z軸方向に走査できる。 According to the first to third aspects of the invention, the tilt mechanism that tilts the sample of the sample mounting portion around the Y axis, the motor that drives the tilt mechanism, and the movement of the XYZ drive mechanism is the tilt. By having a clutch that cuts off transmission to the motor via a mechanism, by disengaging the clutch and blocking transmission of movement of the XYZ drive mechanism to the motor via the tilt mechanism, The sample can be scanned in the X, Y, and Z axis directions by driving the piezo element of the XYZ drive mechanism.
また、クラッチをつないで、前記モータの動力を前記傾斜機構へ伝達することにより、傾斜機構を用いて試料を傾斜できる。よって、試料が傾斜した状態で、共焦点暗視野STEM像、3次元断層像が得られる。 Further, the sample can be tilted using the tilt mechanism by connecting the clutch and transmitting the power of the motor to the tilt mechanism. Therefore, a confocal dark field STEM image and a three-dimensional tomographic image can be obtained with the sample tilted.
前記傾斜機構は、前記試料が載置され、Y軸を中心に回転可能に設けられた試料傾斜台と、X-Z平面上で回転可能に設けられ、X-Z平面上で前記試料載置部に接続される第1アーム、X-Z平面上で前記第1アームと異なる方向へ延出する第2アームを有するベルクランクと、前記試料傾斜台の回転端部、前記ベルクランクの第1アームのうちのどちらか一方に設けられたピンと、前記試料傾斜台の回転端部、前記ベルクランクの第1アームのうちの他方に設けられ、前記ピンが嵌合する長穴と、を有することにより、ベルクランクの第1アーム長を長く設定することで、傾斜機構の傾斜角の微調整が容易となる。逆に、ベルクランクの第1アーム長を短く設定することで、傾斜機構の傾斜速度を上げることができ、短時間で試料を傾斜させることができる。 The tilt mechanism is provided with a sample tilt table on which the sample is mounted and is rotatable about the Y axis, and is rotatably provided on the XZ plane, and is connected to the sample mount on the XZ plane. The first arm, the bell crank having a second arm extending in a different direction from the first arm on the XZ plane, the rotating end of the sample tilting table, or the first arm of the bell crank Meanwhile a pin provided on the specimen rotation stage of the rotating end portion, provided on the other of the first arm of the bell crank, by having a long hole in which the pin is fitted, the bell crank By setting the length of one arm long, fine adjustment of the tilt angle of the tilt mechanism is facilitated. Conversely, by setting the first arm length of the bell crank to be short, the tilt speed of the tilt mechanism can be increased and the sample can be tilted in a short time.
請求項1、請求項3に係る発明によれば、前記傾斜機構は、前記試料が載置され、Y軸を中心に回転可能に設けられた試料傾斜台と、X-Z平面上で回転可能に設けられ、X-Z平面上で前記試料傾斜台に接続される第1アーム、X-Z平面上で前記第1アームと異なる方向へ延出する第2アームを有するベルクランクと、前記モータによって前記X軸を中心として回転駆動され、Y-Z平面側の端面が傾斜面となった斜面カム,前記ベルクランクの第2アームを前記斜面カムのカム面に押し当てる付勢手段からなる駆動部とからなることにより、スムーズな傾斜機構の作動を得ることができる。 According to the first and third aspects of the invention, the tilting mechanism is provided so as to be rotatable on the XZ plane, and a sample tilting table on which the sample is placed and rotatably provided about the Y axis. A bell crank having a first arm connected to the sample tilting table on the XZ plane, a second arm extending in a direction different from the first arm on the XZ plane, and the X axis by the motor. And an inclined cam whose end surface on the YZ plane side is an inclined surface, and a drive unit comprising a biasing means that presses the second arm of the bell crank against the cam surface of the inclined cam. Operation of a tilting mechanism can be obtained.
請求項2、請求項3に係る発明によれば、前記傾斜機構は、前記試料が載置され、Y軸を中心に回転可能に設けられた試料傾斜台と、X-Z平面上で回転可能に設けられ、X-Z平面上で前記試料傾斜台に接続される第1アーム、X-Z平面上で前記第1アームと異なる方向へ延出する第2アームを有するベルクランクと、 外周面におねじが形成され、前記モータによって、X軸を中心として回転駆動されるねじ部材,内周面にめねじが形成され、前記ねじ部材が螺合し、回転が禁止されたナット部材,前記ベルクランクの第2アームを前記ねじ部材の端面に押し当てる付勢手段からなる駆動部とからなることにより、スムーズな傾斜機構の作動を得ることができる。 According to the inventions according to claim 2 and claim 3 , the tilt mechanism is provided so as to be rotatable on the XZ plane, and a sample tilting table on which the sample is placed and rotatably provided around the Y axis. A bell crank having a first arm connected to the sample tilting table on the XZ plane, a second crank extending in a direction different from the first arm on the XZ plane, and a screw formed on the outer peripheral surface. A screw member that is driven to rotate about the X-axis by the motor, a female screw is formed on the inner peripheral surface, the screw member is screwed together, and the rotation is prohibited; the second arm of the bell crank By comprising the drive part which consists of a biasing means which presses against the end surface of the said screw member, the action | operation of a smooth inclination mechanism can be obtained.
請求項1−請求項3に係る発明によれば、前記クラッチは、前記モータの出力軸、前記傾斜機構の傾斜カムに設けられた入力軸のうちのどちらか一方の軸の端面に形成されたすり割り溝と、前記モータ側の出力軸、前記傾斜機構の傾斜カムに設けられた入力軸のうちの他方の軸に形成され、前記すり割り溝に対して周方向に遊びをもって嵌合する接続部とからなることにより、傾斜機構を駆動するモータを用いて、クラッチの駆動、すなわち、クラッチをつないだり、切ったりすることができる。 According to the first to third aspects of the present invention, the clutch is formed on the end surface of one of the output shaft of the motor and the input shaft provided on the tilt cam of the tilt mechanism. A connection formed on the other side of the slit, the output shaft on the motor side, and the input shaft provided on the tilt cam of the tilt mechanism , and fitted with play in the circumferential direction with respect to the slot By using the motor, the clutch can be driven, that is, the clutch can be connected or disconnected using the motor that drives the tilt mechanism.
図1−図8を用いて本発明の実施の形態を説明する。
(走査型透過電子顕微鏡)
図8を用いて、本実施形態の走査型透過電子顕微鏡の構成を説明する。図8は本実施形態の走査型透過電子顕微鏡の構成図である。図において、電子銃1から出た電子ビームは、収束レンズ3によって、試料ホルダ5の試料載置部に載置された試料上に最小プローブ径となるようにフォーカスされる。
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
(Scanning transmission electron microscope)
The configuration of the scanning transmission electron microscope of this embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a configuration diagram of the scanning transmission electron microscope of the present embodiment. In the figure, the electron beam emitted from the electron gun 1 is focused by the converging lens 3 on the sample placed on the sample placing portion of the sample holder 5 so as to have a minimum probe diameter.
ピエゾ素子を用いたXYZ駆動機構7により、試料載置部に載置された試料がX軸、Y軸、Z軸方向走査される。試料を透過した電子ビームは、結像レンズ9によって透過電子検出器11上の絞り13に再びフォーカスする。 The sample placed on the sample placement unit is scanned in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions by the XYZ drive mechanism 7 using a piezoelectric element. The electron beam transmitted through the sample is again focused on the stop 13 on the transmission electron detector 11 by the imaging lens 9.
なお、本実施形態では、図に示すように、試料ホルダ5の軸方向がX軸、電子ビームの光軸方向をZ軸方向、X軸、Y軸と直交する方向をY軸としている。
透過電子検出器11上の絞り13にフォーカスされた電子ビームは、絞り13で中央部の一部のみが透過し、透過電子検出器11で検出される。
In the present embodiment, as shown in the drawing, the axial direction of the sample holder 5 is the X axis, the optical axis direction of the electron beam is the Z axis direction, and the direction orthogonal to the X axis and the Y axis is the Y axis.
The electron beam focused on the diaphragm 13 on the transmission electron detector 11 is transmitted through only a part of the central portion by the diaphragm 13 and detected by the transmission electron detector 11.
試料は、XYZ駆動機構7により、試料面平行方向(XY軸方向)に走査される。XY各点における透過電子の強度を読み込み、コンピュータによってXY位置情報と透過電子の強度から画像として出力することにより、共焦点暗視野STEM像を得る。 The sample is scanned in the direction parallel to the sample surface (XY axis direction) by the XYZ drive mechanism 7. A confocal dark field STEM image is obtained by reading the transmitted electron intensity at each XY point and outputting it as an image from the XY position information and the transmitted electron intensity by a computer.
また、1枚画像を取得するごとに、XYZ駆動機構7により試料をZ軸に移動し、各Z位置における走査像を取得することにより、三次元画像を得る。
(試料ホルダの全体構成)
図3、図4を用いて、試料ホルダ5の全体構成を説明する。図3は本実施形態の試料ホルダの斜視図、図4は図3のA方向からみた断面図である。これらの図において、試料ホルダ5の一方の端部側には、試料が載置される試料載置部21と、試料載置部21の試料をY軸を中心として傾斜させる傾斜機構23と、試料載置部21の試料をX軸方向、Y軸方向、Z軸方向に駆動するXYZ駆動機構24とが設けられている。試料ホルダ5の他方の端部側には、傾斜機構23を駆動するモータ25が設けられている。
Further, each time one image is acquired, the sample is moved to the Z axis by the XYZ drive mechanism 7, and a scanning image at each Z position is acquired to obtain a three-dimensional image.
(Overall configuration of sample holder)
The overall configuration of the sample holder 5 will be described with reference to FIGS. FIG. 3 is a perspective view of the sample holder of the present embodiment, and FIG. 4 is a cross-sectional view seen from the direction A in FIG. In these drawings, on one end side of the sample holder 5, a
さらに、傾斜機構23と、XYZ駆動機構24との間には、XYZ駆動機構24の動きが傾斜機構23を介してモータ25へ伝達するのを遮断するクラッチ27が設けられている。
(XYZ駆動機構)
図1、図2を用いてXYZ駆動機構24の説明を行う。図1は本実施形態の試料ホルダの斜視図である図3のB部分の拡大図、図2は図1の断面図である。
Further, a clutch 27 is provided between the
(XYZ drive mechanism)
The XYZ drive mechanism 24 will be described with reference to FIGS. 1 is a perspective view of the sample holder of the present embodiment, and is an enlarged view of a portion B in FIG. 3, and FIG. 2 is a cross-sectional view of FIG.
これらの図において、試料載置部21は、XY平面上に開口31aを有する枠体31と、枠体31の開口内に設けられ、枠体31に対してY軸を中心に回転可能に設けられ、後述する傾斜機構によって駆動される試料傾斜台33とからなっている。
In these drawings, the
図2に示すように、枠体31の基部側には、第1ピエゾ素子取り付け部材35が取り付けられている。また、第1ピエゾ素子取り付け部材35とX軸方向に間隔を介して配置された第2ピエゾ素子取り付け部材37が試料ホルダ5に取り付けられている。
As shown in FIG. 2, a first piezo
第1ピエゾ素子取り付け部材35と、第2ピエゾ素子取り付け部材37との間には、一端側が第1ピエゾ素子取り付け部材35に取り付けられ、他端側が第2ピエゾ素子取り付け部材37に取り付けられ、X軸方向に延出する円筒状のチューブピエゾ素子39が設けられている。
Between the first piezo
このチューブピエゾ素子39は、駆動電圧の印加による収縮動作作用により、第1ピエゾ素子取り付け部材35を介して試料載置部21をX軸方向に駆動するようになっている。また、駆動電圧の印加による首振り作用により、第1ピエゾ素子取り付け部材35を介して試料載置部21をY軸、Z軸方向に駆動するようになっている。
(傾斜機構)
図1、図2、図5、図6を用いて傾斜機構23の説明を行う。図5は傾斜機構の作動を説明する図、図6は図1のC方向部分断面矢視図である。
The tube
(Tilt mechanism)
The
これらの図において、試料傾斜台33には、下方に行くほど径が小さくなる穴33aが形成され、この穴33aに試料が載置される。
また、図6に示すように、試料傾斜台33は、枠体31に取り付けられるピン32を用いて、Y軸を中心に回転可能となっている。また、ピン32は、穴33aの中心軸と交差するように設けられている。試料傾斜台33の回転端部には、長穴33bが形成されている。
In these drawings, a hole 33a whose diameter decreases as it goes downward is formed in the sample tilting table 33, and the sample is placed in the hole 33a.
As shown in FIG. 6, the sample tilting table 33 can be rotated around the Y axis by using a pin 32 attached to the frame 31. The pin 32 is provided so as to intersect the central axis of the hole 33a. An
図2、図5に示すように、枠体31には、X-Z平面上で、ピン40を用いて回転可能に設けられたベルクランク41が回転可能に設けられている。このベルクランク41は、試料載置部21側に延びるる第1アーム部41aと、X-Z平面上で第1アーム部41aと異なる方向へ延出する第2アーム部41bとを有している。
As shown in FIGS. 2 and 5, the frame body 31 is provided with a bell crank 41 rotatably provided on the XZ plane using a pin 40. The bell crank 41 includes a first arm portion 41a extending toward the
ベルクランク41の第1アーム部41aには、試料傾斜台33の長穴33bに嵌合するピン43が設けられている。よって、後述する駆動部によって、ベルクランク41が回転されると、試料傾斜台33は、ピン32を中心に上下方向に傾動することとなる。
The first arm portion 41 a of the bell crank 41 is provided with a pin 43 that fits into the
図2に示すように、第1ピエゾ素子取り付け部材35、第2ピエゾ素子取り付け部材37の中央部には、X軸方向に延びる穴35a、37aが形成されている。
ここで、傾斜機構のベルクランク41を回転駆動する駆動部を説明する。枠体31には、第1ピエゾ素子取り付け部材35の穴35aに対向する穴31bが形成されている。第1ピエゾ素子取り付け部材35の穴35aには、カム部材51がX軸を中心に回転可能に設けられている。このカム部材51は、第1ピエゾ素子取り付け部材35の穴35aに回転可能に嵌合する嵌合部51aと、嵌合部51aに連接され、枠体31の穴31bを挿通し、端面が外部に露出する斜切り円柱状のカム本体部51bと、嵌合部51aに連接され、モータ25方向に延出し、断面形状が略小判形の接続部51cとからなっている。カム本体部51bの外部に露出した端面51dは、YZ平面に対して傾斜した面となっている。
As shown in FIG. 2, holes 35 a and 37 a extending in the X-axis direction are formed at the center of the first piezo
Here, the drive part which rotationally drives the bell crank 41 of an inclination mechanism is demonstrated. A hole 31 b is formed in the frame 31 so as to face the
ベルクランク41の第2アーム部41bは、後述する付勢手段により、カム部材51の端面51dに押し当てられている。よって、カム部材51が回転すると、ベルクランク41が回転し、試料傾斜台33は、ピン32を中心に上下方向に傾動する。すなわち、カム部材51のカム本体部51bは、端面51dがカム面となった傾斜カムとして機能する。
The second arm portion 41b of the bell crank 41 is pressed against the
本実施形態例の付勢手段は、中間部がベルクランク41のピン40に巻回され、一方の端部側が枠体31に係止され、他方の端部側が試料傾斜台33に係止されたスプリング53である。このスプリング53の付勢力により、試料傾斜台33が長穴33bが形成された側の端部が下降し、ベルクランク41の第2アーム部41bがカム本体部(斜面カム)51bの端面(カム面)51dに押し当てられる。なお、本実施形態例では、ベルクランク41の第2アーム部41bには、ルビー球45が設けられ、このルビー球45が、カム本体部(斜面カム)51bの端面(カム面)51dに押接するようになっている。
In the biasing means of this embodiment, the intermediate portion is wound around the pin 40 of the bell crank 41, one end side is locked to the frame body 31, and the other end side is locked to the sample tilting table 33. Spring 53. Due to the urging force of the spring 53, the end of the sample tilting table 33 on the side where the
また、基端部がねじ55を用いて枠体31に取り付けられ、先端側がカム部材51のカム本体部51bの周面に押接する板ばね57により、カム部材51のX軸を中心とする回転が規制されている。
(クラッチ)
図2、図6、図7を用いて説明する。図7は図2のクラッチを説明する斜視図である。
The
(clutch)
This will be described with reference to FIGS. FIG. 7 is a perspective view for explaining the clutch of FIG.
これらの図において、モータ25の出力軸61は傾斜機構方向に延び、その端面にはすり割り溝61aが形成されている。このすり割り溝61aに、カム部材51の接続部51cが遊嵌している。図7に示すように、すり割り溝61aの内壁面において、周側の面は、すり割り溝61aの幅が中央部に比べて周側が広くなるように、中央部側の面に対して傾斜した面とされている。よって、接続部51cと、すり割り溝61aとの嵌合は、出力軸61の周方向に大きな遊びがある嵌合となっている。
In these drawings, the
そして、接続部51cがすり割り溝61aの内壁面に当接していない状態では、クラッチが切れた状態であり、XYZ駆動機構の動きが傾斜機構を介してモータ25へ伝達されない。また、すり割り溝61aの内壁面が接続部51cに当接している状態では、クラッチがつながった状態であり、モータ25の回転駆動力が、傾斜機構へ伝達される。
(作動)
ここで、上記構成の作動を説明する。
When the connecting
(Operation)
Here, the operation of the above configuration will be described.
1. 試料をX、Y、Z軸方向に走査する場合は、まず、カム部材51の接続部51cがすり割り溝61aの内壁面に当接しているかいないかを確認する。カム部材51の接続部51cがすり割り溝61aの内壁面に当接している場合には、モータ25を駆動して、出力軸61を回転しカム部材51の接続部51cがすり割り溝61aの内壁面に当接していない状態(クラッチを切った状態)とする。そして、XYZ駆動機構のチューブピエゾ素子39を駆動して、試料をX、Y、Z軸方向に走査する。
1. When scanning the sample in the X, Y, and Z axis directions, first, it is confirmed whether or not the connecting
2. 試料をY軸を中心として傾斜させる場合には、モータ25を駆動する。すると、接続部51cがすり割り溝61aの内壁面に当接し(クラッチをつないだ切った状態)、モータの回転駆動力は、傾斜機構へ伝達され、試料がY軸を中心として傾斜する。
2. When tilting the sample about the Y axis, the motor 25 is driven. Then, the connecting
このような構成によれば、以下のような効果が得られる。
(1) クラッチを切って、XYZ駆動機構の動きが傾斜機構を介してモータへ伝達するのを遮断することにより、XYZ駆動機構のチューブピエゾ素子39を駆動して、試料をX、Y、Z軸方向に走査できる。
According to such a configuration, the following effects can be obtained.
(1) By disengaging the clutch and blocking the movement of the XYZ drive mechanism from being transmitted to the motor via the tilt mechanism, the tube
また、クラッチをつないで、モータ25の動力を傾斜機構へ伝達することにより、傾斜機構を用いて試料を傾斜できる。
よって、試料が傾斜した状態で、共焦点暗視野STEM像、3次元断層像が得られる。
In addition, by connecting the clutch and transmitting the power of the motor 25 to the tilt mechanism, the sample can be tilted using the tilt mechanism.
Therefore, a confocal dark field STEM image and a three-dimensional tomographic image can be obtained with the sample tilted.
(2) ベルクランク41の第1アーム部41aの長さ(クランク長)を長く設定することで、傾斜機構の傾斜角の微調整が容易となる。逆に、ベルクランク41の第1アーム部41aの長さ(クランク長)を短く設定することで、傾斜機構の傾斜速度を上げることができ、短時間で試料を傾斜させることができる。 (2) By making the length (crank length) of the first arm portion 41a of the bell crank 41 longer, fine adjustment of the tilt angle of the tilt mechanism is facilitated. Conversely, by setting the length (crank length) of the first arm portion 41a of the bell crank 41 short, the tilt speed of the tilt mechanism can be increased and the sample can be tilted in a short time.
(3) 第1アーム部41a、第2アーム部41bを有するベルクランク41と、傾斜カムであるカム部材51と、ベルクランク41の第2アーム部41bをカム部材51のカム面である端面51dに押し当てるスプリング(付勢手段)53とを有することにより、スムーズな傾斜機構の作動を得ることができる。
(3) The bell crank 41 having the first arm portion 41a and the second arm portion 41b, the
(4) クラッチは、すり割り溝61aと、すり割り溝61aに対して周方向に遊びをもって嵌合する接続部51cとからなることにより、傾斜機構を駆動するモータ25を用いて、クラッチの駆動、すなわち、クラッチをつないだり、切ったりすることができる。
(4) The clutch includes a
なお、本発明は、上記実施形態に限定するものではない。上記実施形態では、以下のような変形が可能である。
(1) 上記実施形態例では、試料傾斜台33に長穴33b、ベルクランク41に長穴33bに係合するピン43を設けたが、逆に、ベルクランク41に長穴、試料傾斜台33に長穴に係合するピンを設けてもよい。
In addition, this invention is not limited to the said embodiment. In the above embodiment, the following modifications are possible.
(1) In the above embodiment, the sample tilt table 33 is provided with the
(2) 上記実施形態例では、モータ25の出力軸61にすり割り溝61a、カム部材51にすり割り溝61aに遊嵌する接続部51cを設けたが、逆に、カム部材51にすり割り溝、モータ25の出力軸61にすり割り溝に遊嵌する接続部を設けてもよい。
(2) In the above embodiment, the
(3) 上記実施形態例では、傾斜機構のベルクランク41を駆動する駆動部として、傾斜カムを用いたが、図9に示すような構造でもよい。図9は傾斜機構を駆動する駆動部の他の形態を説明する図である。 (3) In the above embodiment, the tilt cam is used as the drive unit for driving the bell crank 41 of the tilt mechanism. However, the structure shown in FIG. 9 may be used. FIG. 9 is a diagram for explaining another form of the drive unit for driving the tilting mechanism.
カム部材51の嵌合部51aの周面には、おねじが形成されている。一方、回転が禁止された第1ピエゾ素子取り付け部材35の穴35aの内壁面には、嵌合部51aに形成されたおねじが螺合するめねじが形成されている。
A male screw is formed on the peripheral surface of the
よって、モータ25によりカム部材51が回転駆動されると、カム部材51はX軸に沿って移動し、ベルクランク41を回転させる。
Therefore, when the
21 試料載置部
23 傾斜機構
24 XYZ駆動機構
25 モータ
41 ベルクランク
51 カム部材
51c 接続部
53 スプリング
61 出力軸
61a すり割り溝
21
Claims (3)
前記試料ホルダの軸方向をX軸、
電子ビームの光軸方向をZ軸、
前記X軸、前記Z軸と直交する方向をY軸とした場合、
前記試料載置部に設けられ、前記試料載置部の試料を前記Y軸を中心として傾斜させる傾斜機構と、
該傾斜機構を駆動するモータと、
該モータの出力軸と前記傾斜機構との間に配置され、前記XYZ駆動機構の動きが前記傾斜機構を介して前記モータへ伝達するのを遮断するクラッチと、
を有し、
前記XYZ駆動機構は、
前記試料載置部に接続され、駆動電圧の印加による収縮動作作用により前記試料載置部をX軸方向に駆動し、駆動電圧の印加による首振り作用により前記試料載置部をY軸、Z軸方向に駆動するチューブピエゾ素子を有し、
前記モータの出力軸は前記チューブピエゾ素子の円筒内に配置されており、
前記傾斜機構は、
前記試料が載置され、Y軸を中心に回転可能に設けられた試料傾斜台と、
X-Z平面上で回転可能に設けられ、X-Z平面上で前記試料傾斜台に接続される第1アーム、X-Z平面上で前記第1アームと異なる方向へ延出する第2アームを有するベルクランクと、
前記試料傾斜台の回転端部、前記ベルクランクの第1アームのうちのどちらか一方に設けられたピンと、
前記試料傾斜台の回転端部、前記ベルクランクの第1アームのうちの他方に設けられ、前記ピンが嵌合する長穴と、
前記モータによって前記X軸を中心として回転駆動され、Y-Z平面側の端面が傾斜面となった斜面カム,前記ベルクランクの第2アームを前記斜面カムのカム面に押し当てる付勢手段からなる駆動部とからなり、
前記クラッチは、
前記モータの出力軸、前記傾斜機構の傾斜カムに設けられた入力軸のうちのどちらか一方の軸の端面に形成されたすり割り溝と、
前記モータ側の出力軸、前記傾斜機構の傾斜カムに設けられた入力軸のうちの他方の軸に形成され、前記すり割り溝に対して周方向に遊びをもって嵌合する接続部とからなる
ことを特徴とする試料ホルダ。 In a sample holder having an XYZ driving mechanism for driving a sample mounting portion on which a sample is mounted in the XYZ axial directions by a piezoelectric element,
The axial direction of the sample holder is the X axis,
The optical axis direction of the electron beam is the Z axis,
When the direction perpendicular to the X axis and the Z axis is the Y axis,
An inclination mechanism that is provided in the sample mounting portion and tilts the sample of the sample mounting portion around the Y axis;
A motor for driving the tilt mechanism;
A clutch that is disposed between the output shaft of the motor and the tilt mechanism, and that blocks movement of the XYZ drive mechanism from being transmitted to the motor via the tilt mechanism;
Have,
The XYZ drive mechanism is
The sample mounting unit is connected to the sample mounting unit, and the sample mounting unit is driven in the X-axis direction by a contraction operation by applying a driving voltage. It has a tube piezo element that is driven in the axial direction,
The output shaft of the motor is arranged in a cylinder of the tube piezo element,
The tilt mechanism is
A sample tilting table on which the sample is placed and rotatably provided around the Y axis,
A bell crank having a first arm rotatably provided on the XZ plane and connected to the sample tilting table on the XZ plane; and a second arm extending in a different direction from the first arm on the XZ plane;
A pin provided on one of the rotating end of the sample tilting table and the first arm of the bell crank;
An elongated hole that is provided on the other end of the rotating end of the sample tilting table and the first arm of the bell crank;
Drive comprising: a slope cam whose end surface on the YZ plane side is an inclined surface, and a biasing means for pressing the second arm of the bell crank against the cam surface of the slope cam, which is driven to rotate about the X axis by the motor. And consists of
The clutch is
A slit formed on an end surface of one of the output shaft of the motor and the input shaft provided on the tilt cam of the tilt mechanism;
An output shaft on the motor side and a connecting portion that is formed on the other shaft of the input shafts provided on the tilt cam of the tilt mechanism and that fits in the circumferential direction with play in the slit groove. A sample holder characterized by.
前記試料ホルダの軸方向をX軸、
電子ビームの光軸方向をZ軸、
前記X軸、前記Z軸と直交する方向をY軸とした場合、
前記試料載置部に設けられ、前記試料載置部の試料を前記Y軸を中心として傾斜させる傾斜機構と、
該傾斜機構を駆動するモータと、
該モータの出力軸と前記傾斜機構との間に配置され、前記XYZ駆動機構の動きが前記傾斜機構を介して前記モータへ伝達するのを遮断するクラッチと、
を有し、
前記XYZ駆動機構は、
前記試料載置部に接続され、駆動電圧の印加による収縮動作作用により前記試料載置部をX軸方向に駆動し、駆動電圧の印加による首振り作用により前記試料載置部をY軸、Z軸方向に駆動するチューブピエゾ素子を有し、
前記モータの出力軸は前記チューブピエゾ素子の円筒内に配置されており、
前記傾斜機構は、
前記試料が載置され、Y軸を中心に回転可能に設けられた試料傾斜台と、
X-Z平面上で回転可能に設けられ、X-Z平面上で前記試料傾斜台に接続される第1アーム、X-Z平面上で前記第1アームと異なる方向へ延出する第2アームを有するベルクランクと、
前記試料傾斜台の回転端部、前記ベルクランクの第1アームのうちのどちらか一方に設けられたピンと、
前記試料傾斜台の回転端部、前記ベルクランクの第1アームのうちの他方に設けられ、前記ピンが嵌合する長穴と、
外周面におねじが形成され、前記モータによって、X軸を中心として回転駆動されるねじ部材,内周面にめねじが形成され、前記ねじ部材が螺合し、回転が禁止されたナット部材,前記ベルクランクの第2アームを前記ねじ部材の端面に押し当てる付勢手段からなる駆動部とからなり、
前記クラッチは、
前記モータの出力軸、前記傾斜機構の傾斜カムに設けられた入力軸のうちのどちらか一方の軸の端面に形成されたすり割り溝と、
前記モータ側の出力軸、前記傾斜機構の傾斜カムに設けられた入力軸のうちの他方の軸に形成され、前記すり割り溝に対して周方向に遊びをもって嵌合する接続部とからなる
ことを特徴とする試料ホルダ。 In a sample holder having an XYZ driving mechanism for driving a sample mounting portion on which a sample is mounted in the XYZ axial directions by a piezoelectric element,
The axial direction of the sample holder is the X axis,
The optical axis direction of the electron beam is the Z axis,
When the direction perpendicular to the X axis and the Z axis is the Y axis,
An inclination mechanism that is provided in the sample mounting portion and tilts the sample of the sample mounting portion around the Y axis;
A motor for driving the tilt mechanism;
A clutch that is disposed between the output shaft of the motor and the tilt mechanism, and that blocks movement of the XYZ drive mechanism from being transmitted to the motor via the tilt mechanism;
Have
The XYZ drive mechanism is
The sample mounting unit is connected to the sample mounting unit, and the sample mounting unit is driven in the X-axis direction by a contraction operation by applying a driving voltage. It has a tube piezo element that is driven in the axial direction,
The output shaft of the motor is arranged in a cylinder of the tube piezo element,
The tilt mechanism is
A sample tilting table on which the sample is placed and rotatably provided around the Y axis,
A bell crank having a first arm rotatably provided on the XZ plane and connected to the sample tilting table on the XZ plane; and a second arm extending in a different direction from the first arm on the XZ plane;
A pin provided on one of the rotating end of the sample tilting table and the first arm of the bell crank;
An elongated hole that is provided on the other end of the rotating end of the sample tilting table and the first arm of the bell crank;
Screw member formed on the outer peripheral surface and rotated by the motor around the X axis, and female screw formed on the inner peripheral surface, the screw member screwed together, and the nut member prohibited from rotating , And a driving portion comprising a biasing means for pressing the second arm of the bell crank against the end face of the screw member,
The clutch is
A slit formed on an end surface of one of the output shaft of the motor and the input shaft provided on the tilt cam of the tilt mechanism;
An output shaft on the motor side and a connecting portion that is formed on the other shaft of the input shafts provided on the tilt cam of the tilt mechanism and that fits in the circumferential direction with play in the slit groove. A sample holder characterized by.
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