Предметный столик растрового электронного микроскопа

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН 18 0137/20 ТЕНИ кии ин 3.гЫф ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИПРИ ГКНТ СССР Н А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(71) Каунасский политехничеститут им. Антанаса Снечкуса и Сумкое производственное объединение(53) 621.385 (088,8)156) Авторское свидетельство СССР1 1018175, кл. Н 01,Т 37/20, 98Проспект Жирмы Сап Сеап, Сападе Бсапппд Со Ий, Бахоп Мау, ВаН 111. Сгае 1 ВгСап, 1984, р,4.154) ПРЕДМЕТНЬЙ СТОЛИК РАСТРОВОГОЭЛЕКТРОННОГО МИКРОСКОПА57) Изобретение относится к элекровакуумным приборам и может бытьиспользовано для управления полож ием объектов в растровом электрон ном микроскопе, Цель иэобретения - повьппение эффективности - достигается путем исключения вневакуумной части приводов механизмов перемещения объектодержателя и повышениястабильности его перемещения. Предметный столик растрового электронного микроскопа содержит дисковыйобъектодержатель 1, ось которого через шарикоподпипники 2 установленана каретке 3, которая через париковые направляющие 4 соп, яжена с кареткой 5. В устройстве осуществляется жесткая синхронизация импульсовуправления с работой основного генератора, что существенно повьппаетстабильность щаговых перемещенийпредметного столика, 1 з.п, А-лы,4152233Изобретение относится к электроннолучевых приборов и может быть использовано для управления положениемГобъектов в растровом электронноммикроскопе,Цель изобретения - повьппение эффективности за счет исключения вневакуумной части приводов механизмов перемещения объектодержателя. 1 ОПоставленная цель достигается также за счет повышения стабильности шаговых перемещений объектодержателя.На Фиг, 1 изображена схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг.1; на Фиг. 3 - схемаразделения электродов пьезокерамических стержней на сегменте, их коммутация, а также представлена схема блоков питания и управления, их соедине.20ние между собой и подключенные кэлектродам пьезокерамических стержней; на Фиг.4 - характерные осциллограммы напряжений источника импульсов.25Устройство содержит дисковыйобъектодержатель 1, ось которого через шарикоподшипники 2 установленав каретке 3 (для перемещения по координате Х), которая через шариковыенаправляющие 4 сопряжена с кареткой5 (для перемещения по координатеУ), в нижней части которой под углом 90 к первой паре направляющихустановлена вторая пара шариковыхнаправляющих 6, посредством которойона сопряжена с корпусом 7 столика,причем в верхней части каретки 3 установлен стержневой пьезокерамический элемент 8, который фрикционно 40сопряжен с нижней частью объектодержателя. Нижняя сторона каретки 3Фрикционно сопряжена со вторым стержневым пьезокерамическим элементом 9,и размещена по направлению Х на верхней части каретки 5, нижняя частькоторой Фрикционно сопряжена состержневым пьезокерамическим элементом 10, установленным по направлениюУ в корпусе , Механизм вращенияпредметного столика состоит из каретки, пьезокерамического элемента иобъектодержателя, механизм перемещения по координате Х состоит из каретки 5 пьезокерамического элемента и55каретки 3, а механизм перемещения покоординате У - соответственно из корпуса , пьезокерамического элементаи каретки 5. На всех торцовых частях стержневых пьезокерамических элементах прикреплены постоянные магниты 11.Один из электродов всех стержневых пьезокерамических элементов можетбыть разделен на равные четыре сегменты 2,13, 14 и 15, которые по диагонали электрически соединены междусобой, и одна пара диагонально соединенных сегментов через переключатель16 (направления перемещения) соединена с выходом электронного устройства17 питания и управления приводомпредметного столика, состоящего изпоследовательно соединенных между собой основного генератора переменноготока 18, двоичного счетчика 19,преобразователя кода 20, преобразователякод - амплитуда 21 и выходного каскада с трансформаторным выходом 22, атакже из дополнительного генераторапрямоугольных импульсов 23 (с управляемой частотой следования и регулируемой скважностью), выход которогосоединен с входом установки нуля двоичного счетчика 19,Устройство работает следующим образом.В. исходном положении объектодержатель 1 и каретки 3 и 5 находятсяв заторможенном состоянии под действием сил трения между фрикционно сопряженными поверхностями соответственных пар: пьезокерамического элемента 8 и объектодержателя, пьезокерамического элемента 9 и каретки 3,а также пьезокерамического элемента1 О и каретки 5 а двоичный счетчик19 также находится в заторможенномсостоянии.При поступлении от дополнительного генератора переднего Фронта прямоугольного импульса (Фиг,4,осц. 24)начинается счет импульсов (осцил.25),поступающих на счетный вход от основного генератора 18, На выходахтрех разрядов двоичного счетчика 19появляются импульсы (Фиг,4, осц.26,27,28), которые поступают на преобразователь кода 20, для Формированияступенчатого синусоидного сигнала(Фиг 4, осц. 29,30,31) созместно спреобразователем код - амплитуда21, на выходе которого получаетсясигнал ступенчатой Формы (осц.32),огибающая которого близка к синусоидальной форме. Форма генерируемогосигнала приближается к синусоидальной (Фиг,4, осц.33) при увеличении20 5 152231количества разрядов двоичного счетчика. Частоту основного генератораРсн определяют по Формуле(1) 5где И - количество разрядов двоичного счетчика;Р - рабочая частота пьезокерамического элемента. 10Сигнал ступенчатой Формы (близкойк синусоидальной) поступает на конечный усилитель 22 с трансФорматорнымвыходом, с которого поступает на сегменты 13,14 или 12,15 в зависимости 15от положения переключателя (направления перемещения) 16, под действиемкоторого в стержневых пьезокерамических элементах возбуждаются продольные и изгибные колебания, результирующие колебания которых на рабочихконцах пьезокерамических элементовимеет эллипсообразную Форму,Под действием этих колебаний,например между рабочим концом стержневого пьезокерамического элемента8 и Фрикционно с ним сопряженногоцилиндрического объектодержателя 1,последний осуществляет вращательноедвижечие в ту или другую сторону, в 30зависимости от направления траектории эллипсообразных результирующихколебаний .на рабочем конце пьезоэлемента, который в свою очередь зависит от положения переключателя 16(направления перемещения), Величинаосуществляемых перемещений и частотаих повторения регулируется путем установки длительности прямоугольногоимпульса на выходе блока 23, так как 40величина отдельных щаговых перемещений Я определяется по Формуле.21 й ч лЯ = --- ь (г)2 Ы " ф 8 бряжение от устройства 17 питанияпоступает на соответствующие пьезокерамические элементы 9 и 10, а постоянный Фрикционный контакт между пьезоэлементами и перемещаежщи объектамиосуществляется при помощи постоянныхмагнитов 11, упруго закрепленных наторцах стержневых пьезоэлементов внепосредственной близости от поверхностей перемещаемых объектов (соответственно объектодержателя и кареток).Создание вибродвижущей силы непосредственно в направляющих предметного столика, находящегося в вакууме,управляемой дистанционно при помощиэлектронного блока питания и управления, позволяет исключить виевакуумнуюмеханическую часть предметного столика, что существенно упрощает герметизацию предметного столика. Формирование питающего и управляющего напряжения при помощи элементов вычислительной техники позволяет осуществитьжесткую синхронизацию импульсов управления с работой основного генератора, что существенно повышает стабильность щаговых микроперемещенийпредметного столика,Формула изобретенияПредметный столик растровогоэлектронного микроскопа, содержащийкорпус, механизм вращения и механизмы перемещения по координатам Х и У,снабженные каретками, дисковый объектодержатель, ось которого установлена на подшипниках в каретке механизма перемещения по координате Х,которая установлена с возможностью линейного перемещения по первой паре шариковых направляющих относительно кагде Ч - координата перемещений;- длительность импульса .возбуждения;- время.Величина шага, определенная выражением (2), справедлива, когда продолжительность импульса возбуждения позволяет достичь установившегося режима колебаний стержневого пьезокерамического элемента. Аналогично происходит направление перемещения кареток по координатам Х и 1. Только в этом случае нап 45 50 55 ретки механизма перемещения по координате У, снабженной второй парой шариковых направляющих, ортогональнойпервой паре и установленной с возможностью линейного перемещения относительно корпуса, причем механизмы перемещения соединены с приводами, о тл и ч а ю щ и Й с я тем, что, сцелью повышения зФФективйости, каждый из приводов выполнен в вицестержневого пьезокерамического элемента с двумя электродами, причемп=рвый из элементов установлен накаретке механизма перемещения по координате Х, Фрикционно соединен сдисковым объектодержателем и ориенти,рован в направлении секущей дисково;го объектодержателя, второй установлен на каретке механизма перемещенияпо координате У, фрикционно соединенс кареткой механизма перемещения покоординате Х и ориентирован вдоль еенаправляющих, а третий установленна корпусе, фрикционно соединен с ка Ореткой механизма перемещения по координате У и ориентирован вдоль ее направляющих, при этом электроды стержневых пьезокерамических элементовснабжены клеммами для подключения к генератору. прямоугольных электрических импульсов. 2, Столик по п.1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что один электрод каждого из стержневых пьезокерамических элементов подключен к общей шине, а другой электрод разделен на четыре равные электроизолированные части, которые по диагонали электрически попарно соединены между собой, причем одна из пар электродов снабжена клеммами для подключения к фазовому выходу генератора прямоугольных импульсов.1522318 Составитель Д.РауТехред Л.Олийнык . Корректо Т.Малец Редактор М.Недолуженк аказ СССР И ноизводственно-издательский комбинат Патент , г. Укгор Гагарина, 1 6973/52 Тираж 696 Государственного комитета по изобре-.е 3035, Москва, Ж, Раушск Подписноеям и открытиям при ГКнаб., д, 4/5