DE1035811B

DE1035811B - Adjustment drive for moving the stage in electron microscopes

Info

Publication number: DE1035811B
Application number: DES39889A
Authority: DE
Inventors: Henry Burmester
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1954-07-05
Filing date: 1954-07-05
Publication date: 1958-08-07

Description

Bei Elektronenmikroskopen werden für die Objekttischbewegung und auch für die Verstellung von im Strahlengang angeordneten Blenden mediani-sdie VersteUeinrichitungen benötigt, die von außen her durch die Vakuum wand hindurch bedient werden soMen. In vielen Fällen, handelt es sich dabei um eine Objektbewegung, die kreuztisehartig in einer Ebene quer zur Strahlachse erfolgen soll. Es sind schon verschiedene Konstruktionen bekannt, bei denen diese Querbewegungen mit Hilfe von Verstellisehrauiben durchgeführt werden, die mit ihrer Verstellachse quer zur Strahlachse Hegen. In diesem Falle müssen such die- Handgriffe für die Verstelleinrichtungen jeweils in unmittelbarer Nähe des zu verstellenden Objekte befinden. Wenn man Wert darauf legt, die Handgriffe für die Verstel !einrichtungen von Objektträgern, Blenden od. dgl. räumlich entfernt von diesen Objektträgern anzuordnen., kann man sich· solcher bekannter Verstelleinniohtungen bedienen, bei denen eine Umlenkung der Bewegungsrichtung um einen beliebigen festen Winkeil durch Vermittlung von Kniehebeln erfolgt. Diese Einrichtungen haben also den Zweck, dem Beobachter die Verstellung des in unbequemer Entfernung angeordneten Objekttisches beispielsweise mit Hilfe von Verlängerungsstangien zu erleichtern. Die bekannten Einrichtungen dieser Art gestatten es nicht, genau proportionale Bewegungen von der senkrechten Verstellstange auf den Objekttisch zu übertragen, da die wirksamen Hebelarme des Kniehebels nicht in jeder Bewegungsphase gleich lang sind, sondern sich bei der Bewegung ändern. Das ist dadurch bedingt, daß bei den bekannten Anordnungen zur Bewegungsübertragung Druckkugeln mit den Vers teil stangen verbunden sind, die mit ebenen Anlageflächen des Kniehebels zusammenarbeiten.Electron microscopes are used to move the stage and also for the adjustment of diaphragms arranged in the beam path mediani-s the adjustment devices which are operated from the outside through the vacuum wall. In In many cases, it is an object movement that crosses in a plane perpendicular to the Beam axis should take place. There are already various designs known in which these transverse movements be carried out with the help of adjustment roughening with their adjustment axis transverse to the beam axis Cherish. In this case, the handles for the adjustment devices must be sought in the immediate vicinity Close to the object to be adjusted. If you value the handles for the adjusting devices of microscope slides, diaphragms or the like. To be arranged spatially away from these object carriers, one can imagine such known adjustment devices operate in which the direction of movement is deflected by any fixed angle takes place through the mediation of toggle levers. The purpose of these facilities is to provide the observer with the Adjustment of the object table, which is arranged at an uncomfortable distance, for example with the help of extension rods to facilitate. The known devices of this type do not allow precisely proportional movements of the vertical adjusting rod to be transferred to the specimen stage, since the effective lever arms of the toggle lever are not in every phase of movement are of the same length, but change as they move. This is due to the fact that at the known arrangements for the transmission of motion pressure balls with the verse part connected rods that work together with the flat contact surfaces of the toggle lever.

Die Erfindung betrifft einen Verstelltrieb zur Bewegung des Objekttisdhes in Elektronenmikroskopen quer zur Strahlachse mit Umlenkung der Bewegungsrichtung um einen beliebigen festen Winkel durch Vermittlung von Kniehebeln. Erfindungegemäß sind die Kniehebel und die gegen diese arbeitenden Teile im Bereich der gegenseitigen Berührungspunkte so ausgebildet, daß eine proportionale Übertragung der Bewegungen der parallel zur Strahlachse liegenden Verstellschrauben durch die Kniehebel auf die Druckstangen erfolgt, die mit dem quer verstellbaren Objekttisch verbunden sind, und dabei sind alle Teile durch Gegenfedern bewegungsscMüssig gedrückt. Auf diese Weise läßt sich eine wesentliche Verbesserung des Verstelltriebes für die Objekttiscbbewegung erzielen. Dadurch, daß man nunmehr eine proportionale Übertragung der Bewegungen von der parallel zur Strablachse liegenden Verstell stange auf den Objekttisch hat, ist es möglich,The invention relates to an adjustment drive for moving the object table in electron microscopes across the beam axis with deflection of the direction of movement by any fixed angle Mediation of toggle levers. According to the invention are the toggle levers and the parts working against them in the area of mutual contact points designed so that a proportional transmission the movements of the adjustment screws lying parallel to the beam axis through the toggle levers the push rods, which are connected to the transversely adjustable object table, and thereby all parts are pressed for movement by counter springs. In this way a substantial improvement of the adjustment drive for the Achieve object table movement. Because one now has a proportional transfer of the movements from the adjusting rod, which is parallel to the axis of the beam, to the specimen table, it is possible to

VerstelltriebAdjustment drive

zur Bewegung des Objekttisches
in Elektronenmikroskopenfor moving the stage
in electron microscopes

Anmelder:Applicant:

Siemens & Halske Aktiengesellschaft,Siemens & Halske Aktiengesellschaft,

Berlin und München,
München 2, Wittelsbacherplatz 2Berlin and Munich,
Munich 2, Wittelsbacherplatz 2

Henry Burmester, Berlin-Mariendorf,
ist als Erfinder genannt wordenHenry Burmester, Berlin-Mariendorf,
has been named as the inventor

die Verschiebung selbst an einer linearen Meßskala ablesbar zu machen. Man ist daher in der Lage, einen bestimmten Objektpunkt durch Festlegung der zugeordneten Skalenteile leicht auch wieder aufzufinden, nachdem man den Objekttisch von dem betreffenden Punkt wiegbewegt hatte. Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Anordnung besteht darin, daß man die im Objekt sichtbaren Abstände nunmehr auch durch Ablesen des Bewegungsweges an der Skala messen kann. Man kann die Anordnung beispielsweise so ausführen, daß der Winkel zwischen den Armen des Kniehebels gleich dem Umlenkwinkel gemacht und die Arme mit ebenen Angriffsflächen versehen werden, an denen Verstell schraube und Druckstange mit Schneiden oder Spitzen anliegen. Die wirksamen Komponenten der Hebelarme sind in diesem Falle unabhängig von der Kippung des Kniehebels. Vorzuziehen sind jedoch AuisführungS'formen der Anordnung der vorliegenden Art, bei denen die beiden Arme des Kniehebels an den Angriffspunkten je eine nicht konkave Rotationsfläche aufweisen, deren Achsen die Endpunkte der Hebelarme enthalten und. parallel zur Hebelachse liegen und an denen auf der Seite des einen Armes die Verstellschraube, auf der Seite des anderen Armes die in Richtung ihrer Achse bewegliche Druckstange, beide mit ebener Endfläche, anliegen, dabei schließen dieto make the shift itself readable on a linear measuring scale. One is therefore able to have a Easily find a certain object point by defining the assigned scale divisions, after moving the stage from the point in question. Another benefit of the present The arrangement consists in that the distances visible in the object can now also be read off can measure the movement path on the scale. The arrangement can be carried out, for example, that the angle between the arms of the toggle lever is made equal to the deflection angle and the arms with it flat attack surfaces are provided on which adjusting screw and push rod with cutting or To the tips. The effective components of the lever arms are independent of the in this case Tilting the knee lever. However, embodiments of the arrangement of the present invention are preferred Type in which the two arms of the toggle lever each have a non-concave surface of rotation at the points of application have, the axes of which contain the end points of the lever arms and. lie parallel to the lever axis and on which on the side of one arm the adjusting screw, on the side of the other arm the in Push rod movable in the direction of its axis, both with a flat end face, are in contact, thereby closing

so beiden Endflächen den gleichen Winkel ein wie die Kniehebelarme. Die Rotationsflächen können auch zu Schneiden oder Spitzen verkümmern; der Kniehebelwinkel ist bei dieser Ausführung im Grundsatz ber liebig. Dieser wesentliche Erfindungsgedanke möge anso both end faces make the same angle as the Toggle arms. The surfaces of revolution can also wither into cutting edges or points; the knee lever angle is basically overjoyed with this execution. May this essential inventive idea

&09 580/498& 09 580/498

Fig. 1 erläutert werden. Hier ist 30 die Verstellscbraube, 31 der Kniehebel mit dem Armwinkel β und 32 die Druckstange. Die ebenen Endflächen 33 und 34 der Teile 30 bzw. 32 arbeiten gegen die Rotationsflächen 35 und 36 und schließen ebenfalls den Winkel β ein, Die Armlängen des Hebels sind in jeder Lage durch r_t und r₂ gegeben. Wird die Verstellschracrbe 30 um die Strecke S₁ bewegt, so wird der Hebel 31 um den Winkel α gekippt und die Druckstange 32 um den Weg J₂ verschoben. Wie man aus der Figur leicht erkennt, ist J₁ = ^₁ * sin cc, ^S2~^ri ' ^{sm a}~^s2 ' ^cos (/5—90°), alsoFig. 1 will be explained. Here 30 is the adjusting screw, 31 is the toggle lever with the arm angle β and 32 is the push rod. The flat end surfaces 33 and 34 of the parts 30 and 32 work against the surfaces of rotation 35 and 36 and also enclose the angle β . The arm lengths of the lever are given in each position by r _t and r ₂ . If the adjusting screw 30 is moved by the distance S ₁ , the lever 31 is tilted by the angle α and the push rod 32 is displaced _{by the distance J 2.} As one can easily see from the figure, J ₁ = ^ ₁ * sin cc, ^S 2 ~ ^r i ' ^{sm a} ~ ^s 2' ^cos (/ 5-90 °), thus

r₂ · sin α
^S2~ cos 09 — 90°)r ₂ · sin α
^S2 ~ cos 09 - 90 °)

Da β konstant ist, sind beide Strecken proportional; wenn das das Fall ist, ist aber auch die Ausgangslage der Bewegung gleichgültig. Wkd die Verstellschraube 30 nicht normal zu ihrer Endfläche verschoben, so tritt, wie man unmittelbar einsieht, nur eine weitere konstante Winkelfunktion hinzu.Since β is constant, both distances are proportional; if that is the case, however, the starting position of the movement is also indifferent. If the adjusting screw 30 is not displaced normally to its end face, then, as can be seen immediately, only a further constant angular function is added.

Der technisch einfachste Kniehebel trieb nach dem Erfindungsprinzip ist so ausgebildet, daß die beiden Arme des Kniehebels den Umlenkungswinkel einschließen und an den Angriffspunkten je eine Kugelfläche aufweisen, dabei Hegen die Verstell schraube und die Druckstange mit zu ihrer Achse normalen Endflächen an den Kugeln an. Besonders häufig wird eine rechtwinklige Umlenkung der Bewegungsrichtung in Frage kommen. Zweckmäßig wird man die Kugeln in Stahl ausführen und die Endflächen von Verstell sch raube und Druckstange mit eilner ebenen Auflage ebenfalls aus Stahl versehen. Die Eindrucktiefe der Kugel in der Gegenfläche ist dann vernachlässigbar klein. In der weiteren Ausgestaltung der Anordnung wird Rücksicht auf größte Präzision der Bewegungsvorgänge genommen. Hier sind besonders wichtig die verdrehungssichere Lagerung der Teile und die möglichste Unterdrückung toter Bewegungen. So ist es günstig, die Achslänge des Kniehebels in der gleichen Größenordnung vorzusehen wie die Länge der Hebelarme. Die Kniehebel achse wird¹ in Spitzen gelagert, dabei ist die Lagerung nachstellbar und sicherbar. Entsprechende Maßnahmen sind für die Lagerung der Schraubenspindel vorteilhaft; man wird also die Fübrungslänge der Schraubenspindel so wählen, daß sie um ein Mehrfaches größer ist als ihr Durchmesser. Ihre Spielfreiheit kann man durch eine sichtbare Gegenmutter einstellbar machen; der Totgang der Spindel wiird dadurch weitgehend unterdrückt. An der Verstellschraube kann eine Skala angebracht werden, an der die Verstellung der D-rucketange ablesbar ist. Bei der Ausführung des Kniehebels ist diese Skala linear.The technically simplest toggle lever operated according to the principle of the invention is designed so that the two arms of the toggle lever enclose the deflection angle and each have a spherical surface at the points of application, while Hegen the adjustment screw and the push rod with end surfaces normal to their axis on the balls. A right-angled deflection of the direction of movement is particularly often an option. Expediently, the balls will be made of steel and the end faces of the adjusting screw and push rod will also be made of steel with a flat support. The depth of the sphere's impression in the opposing surface is then negligibly small. In the further development of the arrangement, the greatest precision of the movement processes is taken into account. The torsion-proof storage of the parts and the greatest possible suppression of dead movements are particularly important here. It is therefore advantageous to provide the axial length of the toggle lever in the same order of magnitude as the length of the lever arms. The toggle axis is ^{stored in points 1} , while the storage is adjustable and securable. Appropriate measures are advantageous for the storage of the screw spindle; So you will choose the length of the screw spindle so that it is several times larger than its diameter. You can make your freedom of play adjustable by a visible lock nut; the backlash of the spindle is largely suppressed. A scale can be attached to the adjustment screw, on which the adjustment of the pressure rod can be read. When using the toggle lever, this scale is linear.

Wie Versuche gezeigt haben, kann das Schwenklager des Kniehebels auch durch mehrere rechtwinklig gekreuzte Blattfedern gebildet werden. Sorgt man dafür, daß sich die Teillängen der Blattfedern beiderseits des Drehpunktes etwa wie 1 :3 verhalten, so bleibt bei den kleinen Winkeln, um die der Hebel im Betrieb geschwenkt wird, der Drehpunkt mit völlig ausreichender Genauigkeit konstant.As tests have shown, the pivot bearing of the toggle lever can also be at right angles by several crossed leaf springs are formed. One ensures that the partial lengths of the leaf springs are on both sides of the fulcrum behave roughly like 1: 3, then stick to the small angles around which the lever is in Operation is pivoted, the pivot point is constant with completely sufficient accuracy.

Die Fig. 2 bis 4 zeigen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit rechtwinkligem Kniehebel.Figs. 2 to 4 show an embodiment of the Invention with a right-angled toggle lever.

Fig. 2 ist ein Aufriß der Anordnung in der Ebene des Kniehebels,Fig. 2 is an elevation of the arrangement in the plane of the toggle lever,

Fig. 3 ein Querschnitt in Richtung A-B, 3 shows a cross section in the direction AB,

Fig. 4 eine Aufsicht auf den Kniehebel und seine Befestigung.Fig. 4 is a plan view of the toggle lever and its attachment.

Der Kniehebel 1 ist an einem mit dem Mikroskop fest verbundenen Befestigungsrahmen 2 mit seiner Achse 3 und deren komischen Enden 4, 5 in Lagerbolzen 6, 7 gelagert. Das Spiel der Lagerung ist durch Madenschrauben 8, 9 einstellbar; die Einstellung ist durch weitere Madensehrauben 10, 11 und Druckstifte 12, 13 gesichert. Die Endflächen der Stifte 12, 13 sind keilförmig eingeschnitten, so daß sie den Zylinderflachen der Lagerbolzen in zwei Geraden anliegen. DieThe toggle lever 1 is attached to a fastening frame 2 firmly connected to the microscope with its Axis 3 and its strange ends 4, 5 in bearing bolts 6, 7 stored. The play of the storage can be adjusted by means of grub screws 8, 9; the setting is secured by further grub screws 10, 11 and pressure pins 12, 13. The end faces of the pins 12, 13 are cut in a wedge shape so that they lie against the cylinder surfaces of the bearing pins in two straight lines. the

ίο Endpunkte der Hebelarme sind durch die Mittelpunkte der Stahlkugeln 14, 15 gegeben. Der Hebel arbeitet einerseits gegen die Verstellschraube 16, andererseits gegen eine Druckstange 17, die in das Innere des Mikroskops führt und die Verschiebung des Objekttisches bewirkt. Sowohl die Schraube 16 wie di'e Druckstange 17 sind an ihren Enden durch Stahlplättchen 18 bzw. 19 abgedeckt. Die VersteHschraube 16 ist durch einen Lagerkörper 20 lang geführt, ein Teil der Führung ist als Gewinde 21 ausge-ίο End points of the lever arms are through the center points the steel balls 14, 15 given. The lever works on the one hand against the adjusting screw 16, on the other hand against a push rod 17, which leads into the interior of the microscope and the displacement of the stage causes. Both the screw 16 and the push rod 17 are through at their ends Steel plates 18 or 19 covered. The understanding screw 16 is guided long by a bearing body 20, part of the guide is designed as a thread 21

ao bildet. Der Sitz der Schraube im Gewinde kann durch die Gegenmutter 21 α beeinflußt werden, die ihrerseits durch den Ring 22 und die Schrauben 23 feststellbar ist. Die Verstellschraube 16 ist fest mit einem über den Lagerkörper 20 übergreifenden Zylinder 24 verbunden, der auf der konischen Fläche 25 eine Skala trägt, während die zugehörige Marke auf 20 angebracht ist. An der Schraubenwelle kann mit Hilfe der Überfangmutter 26 eine Verlängerungsstange 27 angebracht werden, die bis in Griffnähe des bedienenden Beobachters führt. Die Vers teil sch raube mit Zubehör kann bei 28 von dem Befestigungsrahmen 3 abgelöst werden.ao forms. The seat of the screw in the thread can be influenced by the counter nut 21 α , which in turn can be fixed by the ring 22 and the screws 23. The adjusting screw 16 is firmly connected to a cylinder 24 which extends over the bearing body 20 and which has a scale on the conical surface 25, while the associated mark is attached to 20. An extension rod 27 can be attached to the screw shaft with the aid of the sleeve nut 26, which extends to within reach of the operating observer. The verse part screw with accessories can be detached from the mounting frame 3 at 28.

Bei einer weiteren Aus füh rungs form der Erfindung nach Fig. 5 und 6 ist der Kniehebel 1 mit Hilfe von gekreuzten Blattfedern 29 am festen Rahmen 2 gelagert. Wie Fig. 6 zeigt, verhalten sich die Teillängen der Federn beiderseits des Drehpunktes wie 1 :3.In a further embodiment of the invention according to FIGS. 5 and 6, the toggle lever 1 is with the aid of crossed leaf springs 29 mounted on the fixed frame 2. As FIG. 6 shows, the partial lengths behave of the springs on both sides of the pivot point as 1: 3.

Claims

Patent claims:

1. Adjustment drive for moving the stage in electron microscopes across the beam axis with deflection of the direction of movement by any fixed angle through the mediation of Knee levers, characterized by the design of the knee levers and those working against them Parts in the area of mutual contact points for the proportional transfer of the Movement of the adjustment screws lying parallel to the beam axis through the toggle levers on the Push rods that are connected to the transversely adjustable object table and in which all parts are pressed with positive motion by counter springs.

2. Adjusting drive according to claim 1, characterized in that that the two arms of the toggle lever each have a non-concave surface of revolution at the points of application, the axes of which are the end points of the lever arms and are parallel to the lever axis and on those on the side of the one arm screw the adjustment screw on the side of the other arm the push rod movable in the direction of its axis, both with flat end faces, abut, and that the two end faces enclose the same angle as the Kmehebelarme.

3. Adjusting drive according to claim 2, characterized in that the two arms of the toggle oil Include the angle of deflection and score points at the attack. each have a spherical surface and that the adjusting screw and the push rod with

end faces normal to their axis rest on the balls.

4. Adjusting drive according to claim 3, characterized by redirecting the direction of movement at right angles.

5. adjustment drive according to claim 3 or 4, characterized characterized in that the balls provided on the lever arms are made of steel and the end pieces of the adjusting screw and push rod also have a flat steel support.

6. Adjusting drive according to claim 1 or one or more of the following, characterized in that that the axis length of the toggle lever is of the same order of magnitude as the length of the Lever arms.

7. Adjusting drive according to claim 1 or one or more of the following, characterized thanks to an adjustable and securable cone bearing of the toggle lever axis.

8. Adjusting drive according to claim 1 or one or more of the following, characterized in that that the guide length of the screw spindle is several times greater than its diameter.

9. Adjusting drive according to claim 1 or one of several of the following, characterized in that that the clearance of the screw spindle can be adjusted by a secure lock nut.

10. Adjusting drive according to claim 1 or one or more of the following, characterized in that that the adjustment of the push rod on a scale attached to the adjusting screw is readable.

11. Adjustment drive according to claim 1 or one or more of the following, characterized in that the pivot bearing of the toggle lever is formed by several leaf springs crossed at right angles.

12. Adjusting drive according to claim 11, characterized in that the partial lengths of the leaf springs behave roughly like 1: 3 on both sides of the pivot point (intersection point).

Considered publications:
German patents No. 891 118, 898 210,
328, 916 200;
Optik, Vol. 5, 1949, pp. 534 to 548.

1 sheet of drawings