DE102018123933B4

DE102018123933B4 - Positioniervorrichtung und Mikrotom

Info

Publication number: DE102018123933B4
Application number: DE102018123933.5A
Authority: DE
Inventors: Josef Biberger; Matthias Knappich; Matthaeus Dembert; Lars Ehrhardt; Judith Kimling; Stefan Lengweiler; Nils Anspach; Frank Hitzel; Glenn E. Nielsen
Original assignee: Carl Zeiss Microscopy GmbH
Current assignee: Carl Zeiss Microscopy GmbH
Priority date: 2018-09-27
Filing date: 2018-09-27
Publication date: 2020-12-24
Anticipated expiration: 2038-09-28
Also published as: DE102018123933A1

Abstract

Positioniervorrichtung (1), umfassend:ein Basiselement (3);ein durch eine Stellvorrichtung (9) mit dem Basiselement (3) verbundenes Mittelelement (5);eine durch ein Linearlager mit dem Mittelelement (5) verbundene Plattform (7),wobei das Linearlager eine im Wesentlichen eindimensionale translatorische Bewegung der Plattform (7) relativ zu dem Mittelelement (5) entlang einer Linearbewegungsrichtung (LBR) ermöglicht,wobei die Stellvorrichtung (9) dazu konfiguriert ist, das Mittelelement (5) relativ zu dem Basiselement (3) zu bewegen;eine Messvorrichtung (13), welche dazu konfiguriert ist, wenigstens eine Koordinate der Lage der Plattform (7) zu bestimmen; undeine Steuerung, welche dazu konfiguriert ist, die Stellvorrichtung (9) basierend auf der bestimmten wenigstens einen Koordinate zu steuern;wobei die Messvorrichtung (13) dazu konfiguriert ist, von der Plattform (7) mehrere Lichtstrahlen (23) so auszusenden, dass die mehreren Lichtstrahlen (23) von einer Spiegelanordnung (19) jeweils zu verschiedenen, an der Plattform (7) angeordneten Lichtdetektoren (17) reflektiert werden;wobei die wenigstens eine Koordinate der Lage der Plattform (7) basierend auf Signalen bestimmt wird, die von den Lichtdetektoren (17) erzeugt werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Positioniervorrichtungen und Mikrotome, die solche Positioniervorrichtungen umfassen.
Mikrotome werden in verschiedenen Bereichen zur Präparation von Objekten verwendet, welche nach deren Präparation mittels verschiedener Techniken analysiert werden können. Die Analyse eines präparierten Objekts erfolgt beispielsweise mittels Lichtmikroskopen, Partikelstrahlmikroskopen und anderen Arten von Mikroskopen.
Mikrotome sind Vorrichtungen zum Abtrennen einer dünnen Schicht von einem Körper. Gegenstand der Analyse kann die abgetrennte Schicht oder der verbleibende Körper nach dem Abtrennen der Schicht oder sowohl die Schicht als auch der verbleibende Körper nach dem Abtrennen der Schicht sein. Die Mikrotome gemäß der vorliegenden Erfindung sind insbesondere dazu geeignet, zu analysierende Objekte zu erzeugen, wobei das zu analysierende Objekt der verbleibende Körper bzw. eine präparierte Oberfläche des verbleibenden Körpers ist, der nach dem Abtrennen einer dünnen Schicht durch das Mikrotom entsteht.
Um eine dünne Schicht von einem Körper mit einem Mikrotom abzutrennen, muss der Körper relativ zu einer Schneidvorrichtung bewegt werden. Wenn diese Bewegung nicht mit sehr hoher Präzision durchgeführt wird, weisen die von dem Körper abgetrennten Schichten eine ungleichmäßige Dicke auf.
DE 10 2012 106 846 A1 offenbart ein Mikrotom zum Herstellen von Dünnschnitten, das einen Probenhalter, eine Schneideeinheit und eine Antriebseinheit zum Erzeugen einer Zustellbewegung zwischen dem Probenhalter und der Schneideeinheit zum Einstellen der Schnittdicke der Dünnschnitte umfasst. Die Zustellung wird unter Verwendung eines Messsignals eines kapazitiven Sensors gesteuert.
DE 10 2008 016 165 B4 offenbart ein Mikrotom, bei dem ein Linearmotor zur Durchführung einer Relativbewegung zwischen einem zu schneidenden Objekt und einem Messer für einen Schneidvorgang verwendet wird.
DE 10 2006 041 208 A1 offenbart ein Vibrationsmikrotom mit einer Vorrichtung zur Messung eines Höhenschlags eines Schneidmessers des Vibrationsmikrotoms.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Positioniervorrichtung bereitzustellen, die eine möglichst präzise Bewegungsführung ermöglicht. Ferner ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Mikrotome bereitzustellen, welche wiederholt Schichten von einem Körper hochpräzise abtrennen können.
Gelöst wird die Aufgabe durch die Positioniervorrichtungen und das Mikrotom gemäß den unabhängigen Ansprüchen. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
Die vorliegende Erfindung löst die Aufgabe der Bereitstellung einer Positioniervorrichtung, die eine möglichst ideale Linearbewegung erlaubt, dadurch, dass wenigstens eine Koordinate der Lage eines Elements eines herkömmlichen Lineartisches unter Verwendung eines Messsystems erfasst wird und ferner eine mit dem Lineartisch starr verbundene Stellvorrichtung vorgesehen ist, die die Abweichung des Elements des Lineartisches von einer idealen Linearbewegung auf Basis der erfassten Lage des Elements des Lineartisches durch eine geeignete Bewegung kompensiert. Je nach Anwendung können eine oder mehrere Koordinaten der Lage des Elements des Lineartisches erfasst werden und die Stellvorrichtung kann dann dazu konfiguriert sein, die Bewegungen in den durch diese Koordinaten repräsentierten Richtungen (Translationen und/oder Drehungen) so zu bewirken, dass ein Element der Positioniervorrichtung eine korrigierte Linearbewegung vollzieht.
Die Messvorrichtung ist dazu konfiguriert, mehrere Lichtstrahlen so auszusenden, dass die mehreren Lichtstrahlen von einer Spiegelanordnung jeweils zu verschiedenen, Lichtdetektoren reflektiert werden. Die wenigstens eine Koordinate der Lage wird basierend auf Signalen bestimmt wird, die von den Lichtdetektoren erzeugt werden.
Positioniervorrichtung gemäß einer ersten Variante
Gemäß einer ersten Variante umfasst eine Positioniervorrichtung ein Basiselement; ein durch eine Stellvorrichtung mit dem Basiselement verbundenes Mittelelement; eine durch ein Linearlager mit dem Mittelelement verbundene Plattform; eine Messvorrichtung und eine Steuerung. Das Linearlager ermöglicht eine im Wesentlichen eindimensionale translatorische Bewegung der Plattform relativ zu dem Mittelelement entlang einer Linearbewegungsrichtung. Die Stellvorrichtung ist dazu konfiguriert, das Mittelelement relativ zu dem Basiselement zu bewegen. Die Messvorrichtung ist dazu konfiguriert, wenigstens eine Koordinate der Lage der Plattform zu bestimmen. Die Steuerung ist dazu konfiguriert, die Stellvorrichtung basierend auf der bestimmten wenigstens einen Koordinate zu steuern.
Hierin bezeichnet „Lage“ die sechs Freiheitsgrade eines Objekts (auch als „Bewegungsfreiheitsgrade“ bezeichnet), nämlich drei translatorische Freiheitsgrade („Position“) und drei rotatorische Freiheitsgrade („Orientierung“). Eine „Koordinate“ der Lage eines Objekts bezeichnet den Wert eines (beliebigen) der sechs Freiheitsgrade eines Objekts in einem Koordinatensystem. Eine „eindimensionale translatorische Bewegung“ ist eine Bewegung entlang eines einzigen translatorischen Freiheitsgrads.
Vorliegend eignet sich zur Unterscheidung einzelner Koordinaten der Lage ein Koordinatensystem, welches an der Linearbewegungsrichtung orientiert ist: eine Ortskoordinate in Richtung der Linearbewegungsrichtung, zwei Ortskoordinaten in Richtungen quer, insbesondere senkrecht, zu der Linearbewegungsrichtung, eine Orientierungskoordinate um die Linearbewegungsrichtung und zwei Orientierungskoordinaten um die Richtungen quer, insbesondere senkrecht, zu der Linearbewegungsrich tung.
Aufgrund fertigungsbedingter Toleranzen der mechanischen Komponenten (beispielsweise mechanisches Spiel, Fertigungstoleranzen, etc.) kann das Linearlager keine eindimensionale translatorische Bewegung durchführen. Das Linearlager stellt daher lediglich eine „im Wesentlichen“ eindimensionale translatorische Bewegung entlang einer Linearbewegungsrichtung bereit. Dies bedeutet, dass das Linearlager im Vergleich zu der in der Linearbewegungsrichtung ermöglichten Bewegung in Richtungen quer, insbesondere senkrecht, zu der Linearbewegungsrichtung eine auf den Umfang der fertigungsbedingten Toleranzen beschränkte Bewegung zulässt und dass Drehungen nur im Umfang der fertigungsbedingten Toleranzen erfolgen.
Die Stellvorrichtung ist dazu vorgesehen, die Abweichung der Lage der Plattform von einer durch die Steuerung definierten Solllage der Plattform für wenigstens einen Freiheitsgrad zu reduzieren, indem die Stellvorrichtung eine entsprechende Bewegung gemäß einem Steuersignal der Steuerung durchführt. Das Steuersignal repräsentiert die Bewegung, die die Stellvorrichtung durchführen soll, um die Abweichung zu reduzieren, wobei das Steuersignal von der Steuerung basierend auf Messwerten bestimmt wird, die von der Messvorrichtung bereitgestellt werden.
Gemäß einer Ausführungsform der ersten Variante der Positioniervorrichtung ist die Messvorrichtung dazu konfiguriert, die wenigstens eine Koordinate der Lage der Plattform während der durch das Linearlager ermöglichten Bewegung der Plattform relativ zu dem Mittelelement wiederholt zu bestimmen.
In dieser Ausführungsform ist die Messvorrichtung so gestaltet, dass Messungen von Messwerten, die zur Bestimmung der wenigstens einen Koordinate der Lage der Plattform dienen, wiederholt durchgeführt werden können, während eine durch das Linearlager ermöglichte Bewegung entlang der Linearbewegungsrichtung erfolgt. Somit kann auch die Abweichung der Lage der Plattform von ihrer Solllage (bezüglich der wenigstens einen Koordinate) reduziert werden, während die Plattform eine durch das Linearlager ermöglichte Bewegung entlang der Linearbewegungsrichtung relativ zu dem Mittelelement vollzieht.
Mit anderen Worten ist die Messvorrichtung dazu konfiguriert, einen ersten Wert der wenigstens einen Koordinate der Lage der Plattform zu bestimmen, während die Plattform relativ zu dem Mittelelement eine erste Stellung aufweist, und ist ferner dazu konfiguriert, einen zweiten Wert der wenigstens einen Koordinate der Lage der Plattform zu bestimmen, während die Plattform relativ zu dem Mittelelement eine zweite Stellung aufweist, die von der ersten Stellung verschieden ist.
Gemäß der ersten Variante der Positioniervorrichtung ist die Messvorrichtung dazu konfiguriert, von der Plattform mehrere Lichtstrahlen so auszusenden, dass die mehreren Lichtstrahlen von einer Spiegelanordnung jeweils zu verschiedenen, an der Plattform angeordneten Lichtdetektoren reflektiert werden; wobei die wenigstens eine Koordinate der Lage der Plattform basierend auf Signalen bestimmt wird, die von den Lichtdetektoren erzeugt werden.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Positioniervorrichtung eine oder mehr Lichtquellen, insbesondere Laserdioden, umfassen, welche die Lichtstrahlen erzeugen. Die eine oder mehr Lichtquellen können an der Plattform angeordnet sein.
Die Lichtstrahlen werden von der Plattform ausgesendet, von der Spiegelanordnung reflektiert und von der Spiegelanordnung zu den Lichtdetektoren gelenkt, wo die Lichtstrahlen detektiert werden. Die Lichtdetektoren erzeugen jeweils ein Signal, welches von dem Messsystem oder der Steuerung zur Bestimmung der wenigstens einen Koordinate der Lage der Plattform verwendet wird. Hierdurch kann die wenigstens eine Koordinate der Lage der Plattform relativ zu der Spiegelanordnung bestimmt werden, wobei die Spiegelanordnung beispielsweise starr bezüglich des Basiselements angeordnet ist.
Die Spiegelanordnung kann beispielsweise zwei plane Spiegelflächen umfassen, welche im Wesentlichen parallel zu der Linearbewegungsrichtung orientiert sind. Hierdurch werden die Lichtstrahlen auch während der durch das Linearlager ermöglichten Bewegung entlang der Linearbewegungsrichtung fortwährend auf die Lichtdetektoren gerichtet, wodurch die wenigstens eine Koordinate der Lage der Plattform ebenfalls während der durch das Linearlager ermöglichten Bewegung entlang der Linearbewegungsrichtung fortwährend bestimmt werden kann.
Gemäß einer Ausführungsform der ersten Variante der Positioniervorrichtung ist das Messsystem dazu konfiguriert, die wenigstens eine Koordinate der Lage der Plattform basierend auf Auftrefforten zu bestimmen, an welchen die Lichtstrahlen auf die Lichtdetektoren treffen.
Die Orte, an welchen die Lichtstrahlen auf die Lichtdetektoren treffen, ändert sich in Abhängigkeit der Bewegung, die die Plattform in Freiheitsgraden vollzieht, die von dem translatorischen Freiheitsgrad entlang der Linearbewegungsrichtung verschieden sind. Beispielsweise wirken sich Verkippungen (Drehungen um die Linearbewegungsrichtung und um Richtungen quer zu der Linearbewegungsrichtung) und Verlagerungen (Translationen entlang Richtungen quer zu der Linearbewegungsrichtung) dahingehend aus, dass sich die Auftrefforte der Lichtstrahlen auf die Lichtdetektoren verändern. Hingegen sind die Lichtquellen, die Spiegelanordnung und die Lichtdetektoren so angeordnet, dass sich eine Translation der Plattform entlang der Linearbewegungsrichtung nicht auf die Auftrefforte auswirkt. Daher können die Auftrefforte zur Bestimmung der wenigstens einen Koordinate der Lage der Plattform verwendet werden.
Der Auftreffort kann je nach Art des verwendeten Lichtdetektors verschieden definiert sein. Der Auftreffort ist beispielsweise der Ort der höchsten Intensität eines Lichtstrahls auf einer Detektionsfläche eines Lichtdetektors. Alternativ kann der Auftreffort als der Schwerpunkt der ortsaufgelösten Intensitätsverteilung eines Lichtstrahls auf einer Detektionsfläche eines Lichtdetektors definiert sein.
Die Lichtdetektoren können Mehrsegment-Fotodioden umfassen oder ortsauflösende Lichtdetektoren sein.
Beispielsweise weisen die Lichtdetektoren jeweils eine Detektionsfläche auf, welche zwei separate lichtempfindliche Bereiche umfasst; und der Lichtdetektor ist dazu konfiguriert, ein Differenzsignal auszugeben, welches die Differenz der Intensitäten repräsentiert, die in den verschiedenen Bereichen detektiert werden. Somit kann eine Koordinate des Auftrefforts des Lichtstrahls auf die Detektionsfläche angegeben werden. In einem weiteren Beispiel weist jeder Lichtdetektor vier lichtempfindliche Bereiche auf, wodurch zwei Koordinaten der Position des Auftrefforts des Lichtstrahls auf die Detektionsfläche bestimmt werden können.
Gemäß einer Ausführungsform der ersten Variante der Positioniervorrichtung ist die Messvorrichtung dazu konfiguriert, die wenigstens eine Koordinate der Lage der Plattform bezüglich des Mittelelements zu bestimmen. Hierbei kann die Abweichung der durch das Linearlager bereitgestellten Bewegung von einer eindimensionalen translatorischen Bewegung der Plattform relativ zu dem Mittelelement direkt in Bezug auf einen oder mehrere Freiheitsgrade erfasst werden. Die Stellvorrichtung kann auf Basis der erfassten Abweichung bzw. auf Basis der in Bezug auf das Mittelelement erfassten wenigstens einen Koordinate der Lage der Plattform so gesteuert werden, dass die Abweichung kompensiert wird.
Beispielsweise umfasst das Messsystem eine oder mehrere Lichtquellen, die einen oder mehrere Lichtstrahlen von der Plattform auf das Mittelelement richten. Die Lichtstrahlen werden von dem Mittelelement zu der Plattform zurückgelenkt, wo sie von einem oder mehreren Lichtdetektoren detektiert werden.
Gemäß einer Ausführungsform der ersten Variante der Positioniervorrichtung ist die Steuerung dazu konfiguriert, die Stellvorrichtung basierend auf der bestimmten wenigstens einen Koordinate der Lage der Plattform so zu steuern, dass die wenigstens eine Koordinate der Lage der Plattform auf einen vorbestimmen, einstellbaren Wert geregelt wird.
In dieser Ausführungsform wird die von dem Messsystem bestimmte wenigstens eine Koordinate der Lage der Plattform in einer Regelung dazu verwendet, die Stellvorrichtung so anzusteuern, dass die Plattform eine in der Steuerung vordefinierte, einstellbare Solllage (in Bezug auf die Koordinate) annimmt bzw. sich dieser annähert. Auf diese Weise können die fertigungsbedingten Toleranzen der mechanischen Komponenten des Linearlagers kompensiert werden, sodass die Plattform eine annähernd eindimensionale translatorische Bewegung vollziehen kann.
Positioniervorrichtung gemäß einer zweiten Variante
Gemäß einer zweiten Variante umfasst eine Positioniervorrichtung ein Basiselement; ein durch ein Linearlager mit dem Basiselement verbundenes Mittelelement; eine durch eine Stellvorrichtung mit dem Mittelelement verbundene Plattform; eine Messvorrichtung und eine Steuerung. Das Linearlager ermöglicht eine im Wesentlichen eindimensionale translatorische Bewegung des Mittelelements relativ zu dem Basiselement entlang einer Linearbewegungsrichtung. Die Stellvorrichtung ist dazu konfiguriert, die Plattform relativ zu dem Mittelelement zu bewegen. Das Messsystem ist dazu konfiguriert, wenigstens eine Koordinate der Lage des Mittelelements zu bestimmen. Die Steuerung ist dazu konfiguriert, die Stellvorrichtung basierend auf der bestimmten wenigstens einen Koordinate zu steuern.
Das Linearlager entspricht dem Linearlager der ersten Variante mit dem Unterschied, dass die durch das Linearlager ermöglichte Bewegung nicht wie in der ersten Variante zwischen der Plattform und dem Mittelelement, sondern zwischen dem Mittelelement und dem Basiselement vermittelt wird. Die Stellvorrichtung entspricht der Stellvorrichtung der ersten Variante mit dem Unterschied, dass die durch die Stellvorrichtung ermöglichte Bewegung nicht wie in der ersten Variante zwischen dem Mittelelement und dem Basiselement, sondern zwischen der Plattform und dem Mittelelement vermittelt wird. Das Messsystem entspricht dem Messsystem der ersten Variante mit dem Unterschied, dass die wenigstens eine Koordinate nicht wie in der ersten Variante eine Koordinate der Lage der Plattform, sondern eine Koordinate des Mittelelements ist. Die Steuerung entspricht im Wesentlichen der Steuerung der ersten Variante.
Gemäß einer Ausführungsform der zweiten Variante der Positioniervorrichtung ist die Messvorrichtung dazu konfiguriert, die wenigstens eine Koordinate der Lage des Mittelelements während der durch das Linearlager ermöglichten Bewegung des Mittelelements relativ zu dem Basiselement wiederholt zu bestimmen. In dieser Ausführungsform ist die Messvorrichtung so gestaltet, dass Messungen von Messwerten, die zur Bestimmung der wenigstens einen Koordinate der Lage des Mittelelements dienen, wiederholt durchgeführt werden können, während eine durch das Linearlager ermöglichte Bewegung entlang der Linearbewegungsrichtung erfolgt. Somit kann auch die Abweichung der Lage der Plattform von ihrer Solllage (bezüglich der wenigstens einen Koordinate) reduziert werden, während das Mittelelement eine durch das Linearlager ermöglichte Bewegung entlang der Linearbewegungsrichtung relativ zu dem Basiselement vollzieht.
Mit anderen Worten ist die Messvorrichtung dazu konfiguriert, einen ersten Wert der wenigstens einen Koordinate der Lage des Mittelelements zu bestimmen, während das Mittelelement relativ zu dem Basiselement eine erste Stellung aufweist, und ist ferner dazu konfiguriert, einen zweiten Wert der wenigstens einen Koordinate der Lage des Mittelelements zu bestimmen, während das Mittelelement relativ zu dem Basiselement eine zweite Stellung aufweist, die von der ersten Stellung verschieden ist.
Gemäß der zweiten Variante der Positioniervorrichtung ist die Messvorrichtung dazu konfiguriert, von dem Mittelelement mehrere Lichtstrahlen so auszusenden, dass die mehreren Lichtstrahlen von einer Spiegelanordnung jeweils zu verschiedenen, an dem Mittelelement angeordneten Lichtdetektoren reflektiert werden; wobei die wenigstens eine Koordinate der Lage des Mittelelements basierend auf Signalen bestimmt wird, die von den Lichtdetektoren erzeugt werden.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Positioniervorrichtung eine oder mehr Lichtquellen, insbesondere Laserdioden, umfassen, welche die Lichtstrahlen erzeugen. Die eine oder mehr Lichtquellen können an dem Mittelelement angeordnet sein.
Die Lichtstrahlen werden von dem Mittelelement ausgesendet, von der Spiegelanordnung reflektiert und von der Spiegelanordnung zu den Lichtdetektoren gelenkt, wo die Lichtstrahlen detektiert werden. Die Lichtdetektoren erzeugen jeweils ein Signal, welches von dem Messsystem oder der Steuerung zur Bestimmung der wenigstens einen Koordinate der Lage des Mittelelements verwendet wird. Hierdurch kann die wenigstens eine Koordinate der Lage des Mittelelements relativ zu der Spiegelanordnung bestimmt werden, wobei die Spiegelanordnung beispielsweise starr bezüglich des Basiselements angeordnet ist.
Die Spiegelanordnung kann beispielsweise zwei plane Spiegelflächen umfassen, welche im Wesentlichen parallel zu der Linearbewegungsrichtung orientiert sind. Hierdurch werden die Lichtstrahlen auch während der durch das Linearlager ermöglichten Bewegung entlang der Linearbewegungsrichtung fortwährend auf die Lichtdetektoren gerichtet, wodurch die wenigstens eine Koordinate der Lage des Mittelelements ebenfalls während der durch das Linearlager ermöglichten Bewegung entlang der Linearbewegungsrichtung fortwährend bestimmt werden kann.
Gemäß einer Ausführungsform der zweiten Variante der Positioniervorrichtung ist das Messsystem dazu konfiguriert, die wenigstens eine Koordinate der Lage der Plattform basierend auf Auftrefforten zu bestimmen, an welchen die Lichtstrahlen auf die Lichtdetektoren treffen. Auf die demensprechende Beschreibung zur ersten Variante wird verwiesen.
Die Lichtdetektoren können Mehrsegment-Fotodioden umfassen oder ortsauflösende Lichtdetektoren sein.
Gemäß einer Ausführungsform der zweiten Variante der Positioniervorrichtung ist die Messvorrichtung dazu konfiguriert, die wenigstens eine Koordinate der Lage des Mittelelements bezüglich des Basiselements zu bestimmen. Hierbei kann die Abweichung der durch das Linearlager bereitgestellten Bewegung von einer eindimensionalen translatorischen Bewegung der Plattform relativ zu dem Basiselement direkt in Bezug auf eine oder mehrere Freiheitsgrade erfasst werden. Die Stellvorrichtung kann auf Basis der erfassten Abweichung bzw. auf Basis der in Bezug auf das Basiselement erfassten wenigstens einen Koordinate der Lage des Mittelelements so gesteuert werden, dass die Abweichung in Bezug auf deren Auswirkung auf die Plattform kompensiert wird.
Gemäß einer Ausführungsform der zweiten Variante der Positioniervorrichtung ist die Steuerung dazu konfiguriert, die Stellvorrichtung basierend auf der bestimmten wenigstens einen Koordinate der Lage des Mittelelements so zu steuern, dass die wenigstens eine Koordinate der Lage der Plattform auf einen vorbestimmen, einstellbaren Wert geregelt wird.
In dieser Ausführungsform wird die von dem Messsystem bestimmte wenigstens eine Koordinate der Lage des Mittelelements in einer Regelung dazu verwendet, die Stellvorrichtung so anzusteuern, dass die Plattform eine in der Steuerung vordefinierte, einstellbare Solllage (in Bezug auf die Koordinate) annimmt bzw. sich dieser annähert. Auf diese Weise können die fertigungsbedingten Toleranzen der mechanischen Komponenten des Linearlagers kompensiert werden, sodass die Plattform eine annähernd eindimensionale translatorische Bewegung vollziehen kann.
Hierzu kann die Steuerung zur Steuerung der Stellvorrichtung eine Vorschrift auswerten, die die Wirkung der Bewegung des Mittelelements auf die Bewegung der Plattform definiert.
Positioniervorrichtung gemäß einer dritten Variante
Gemäß einer dritten Variante umfasst eine Positioniervorrichtung ein Basiselement; ein durch ein Linearlager mit dem Basiselement verbundenes Mittelelement; eine durch eine Stellvorrichtung mit dem Mittelelement verbundene Plattform; eine Messvorrichtung und eine Steuerung. Das Linearlager ermöglicht eine im Wesentlichen eindimensionale translatorische Bewegung des Mittelelements relativ zu dem Basiselement entlang einer Linearbewegungsrichtung. Die Stellvorrichtung ist dazu konfiguriert, die Plattform relativ zu dem Mittelelement zu bewegen. Die Messvorrichtung ist dazu konfiguriert, wenigstens eine Koordinate der Lage der Plattform zu bestimmen. Die Steuerung ist dazu konfiguriert, die Stellvorrichtung basierend auf der bestimmten wenigstens einen Koordinate zu steuern.
Das Linearlager entspricht dem Linearlager der ersten Variante mit dem Unterschied, dass die durch das Linearlager ermöglichte Bewegung nicht wie in der ersten Variante zwischen der Plattform und dem Mittelelement, sondern zwischen dem Mittelelement und dem Basiselement vermittelt wird. Die Stellvorrichtung entspricht der Stellvorrichtung der zweiten Variante und entspricht damit der Stellvorrichtung der ersten Variante mit dem Unterschied, dass die durch die Stellvorrichtung ermöglichte Bewegung nicht wie in der ersten Variante zwischen dem Mittelelement und dem Basiselement, sondern zwischen der Plattform und dem Mittelelement vermittelt wird. Das Messsystem entspricht dem Messsystem der ersten Variante. Die Steuerung entspricht im Wesentlichen der Steuerung der ersten Variante.
Gemäß einer Ausführungsform der dritten Variante der Positioniervorrichtung ist die Messvorrichtung dazu konfiguriert, die wenigstens eine Koordinate der Lage der Plattform während der durch das Linearlager ermöglichten Bewegung des Mittelelements relativ zu dem Basiselement wiederholt zu bestimmen. In dieser Ausführungsform ist die Messvorrichtung so gestaltet, dass Messungen von Messwerten, die zur Bestimmung der wenigstens einen Koordinate der Lage des Mittelelements dienen, wiederholt durchgeführt werden können, während eine durch das Linearlager ermöglichte Bewegung entlang der Linearbewegungsrichtung erfolgt. Somit kann auch die Abweichung der Lage der Plattform von ihrer Solllage (bezüglich der wenigstens einen Koordinate) reduziert werden, während das Mittelelement eine durch das Linearlager ermöglichte Bewegung entlang der Linearbewegungsrichtung relativ zu dem Basiselement vollzieht.
Mit anderen Worten ist die Messvorrichtung dazu konfiguriert, einen ersten Wert der wenigstens einen Koordinate der Lage der Plattform zu bestimmen, während das Mittelelement relativ zu dem Basiselement eine erste Stellung aufweist, und ist ferner dazu konfiguriert, einen zweiten Wert der wenigstens einen Koordinate der Lage der Plattform zu bestimmen, während das Mittelelement relativ zu dem Basiselement eine zweite Stellung aufweist, die von der ersten Stellung verschieden ist.
Gemäß der dritten Variante der Positioniervorrichtung ist die Messvorrichtung dazu konfiguriert, von der Plattform mehrere Lichtstrahlen so auszusenden, dass die mehreren Lichtstrahlen von einer Spiegelanordnung jeweils zu verschiedenen, an der Plattform angeordneten Lichtdetektoren reflektiert werden; wobei die wenigstens eine Koordinate der Lage der Plattform basierend auf Signalen bestimmt wird, die von den Lichtdetektoren erzeugt werden.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Positioniervorrichtung eine oder mehr Lichtquellen, insbesondere Laserdioden, umfassen, welche die Lichtstrahlen erzeugen. Die eine oder mehr Lichtquellen können an der Plattform angeordnet sein.
Die Lichtstrahlen werden von der Plattform ausgesendet, von der Spiegelanordnung reflektiert und von der Spiegelanordnung zu den Lichtdetektoren gelenkt, wo die Lichtstrahlen detektiert werden. Die Lichtdetektoren erzeugen jeweils ein Signal, welches von dem Messsystem oder der Steuerung zur Bestimmung der wenigstens einen Koordinate der Lage der Plattform verwendet wird. Hierdurch kann die wenigstens eine Koordinate der Lage der Plattform relativ zu der Spiegelanordnung bestimmt werden, wobei die Spiegelanordnung beispielsweise starr bezüglich des Basiselements angeordnet ist.
Die Spiegelanordnung kann beispielsweise zwei plane Spiegelflächen umfassen, welche im Wesentlichen parallel zu der Linearbewegungsrichtung orientiert sind.
Hierdurch werden die Lichtstrahlen auch während der durch das Linearlager ermöglichten Bewegung entlang der Linearbewegungsrichtung fortwährend auf die Lichtdetektoren gerichtet, wodurch die wenigstens eine Koordinate der Lage der Plattform ebenfalls während der durch das Linearlager ermöglichten Bewegung entlang der Linearbewegungsrichtung fortwährend bestimmt werden kann.
Gemäß einer Ausführungsform der dritten Variante der Positioniervorrichtung ist das Messsystem dazu konfiguriert, die wenigstens eine Koordinate der Lage der Plattform basierend auf Auftrefforten zu bestimmen, an welchen die Lichtstrahlen auf die Lichtdetektoren treffen.
Die Orte, an welchen die Lichtstrahlen auf die Lichtdetektoren treffen, ändern sich in Abhängigkeit der Bewegung, die die Plattform in Freiheitsgraden vollzieht, die von dem translatorischen Freiheitsgrad entlang der Linearbewegungsrichtung verschieden sind. Beispielsweise wirken sich Verkippungen (Drehungen um die Linearbewegungsrichtung und um Richtungen quer zu der Linearbewegungsrichtung) und Verlagerungen (Translationen entlang Richtungen quer zu der Linearbewegungsrichtung) dahingehend aus, dass sich die Auftrefforte der Lichtstrahlen auf die Lichtdetektoren verändern. Hingegen sind die Lichtquellen, die Spiegelanordnung und die Lichtdetektoren so angeordnet, dass sich eine Translation der Plattform entlang der Linearbewegungsrichtung nicht auf die Auftrefforte auswirkt. Daher können die Auftrefforte zur Bestimmung der wenigstens einen Koordinate der Lage der Plattform verwendet werden.
Der Auftreffort kann je nach Art des verwendeten Lichtdetektors verschieden definiert sein. Der Auftreffort ist beispielsweise der Ort der höchsten Intensität eines Lichtstrahls auf einer Detektionsfläche eines Lichtdetektors. Alternativ kann der Auftreffort als der Schwerpunkt der ortsaufgelösten Intensitätsverteilung eines Lichtstrahls auf einer Detektionsfläche eines Lichtdetektors definiert sein.
Die Lichtdetektoren können Mehrsegment-Fotodioden umfassen oder ortsauflösende Lichtdetektoren sein.
Gemäß einer Ausführungsform der dritten Variante der Positioniervorrichtung ist die Steuerung dazu konfiguriert, die Stellvorrichtung basierend auf der bestimmten wenigstens einen Koordinate der Lage der Plattform so zu steuern, dass die wenigstens eine Koordinate der Lage der Plattform auf einen vorbestimmen, einstellbaren Wert geregelt wird.
In dieser Ausführungsform wird die von dem Messsystem bestimmte wenigstens eine Koordinate der Lage der Plattform in einer Regelung dazu verwendet, die Stellvorrichtung so anzusteuern, dass die Plattform eine in der Steuerung vordefinierte, einstellbare Solllage (in Bezug auf die Koordinate) annimmt bzw. sich dieser annähert. Auf diese Weise können die fertigungsbedingten Toleranzen der mechanischen Komponenten des Linearlagers kompensiert werden, sodass die Plattform eine annähernd eindimensionale translatorische Bewegung vollziehen kann.
Allgemeine Eigenschaften der Positioniervorrichtung
In den bisher beschriebenen Ausführungsformen der Positioniervorrichtungen umfasste das Messsystem wenigstens eine Lichtquelle und wenigstens einen Lichtdetektor und die Bestimmung der wenigstens einen Koordinate der Lage der Plattform oder des Mittelelements basierte auf den von den Lichtdetektoren erzeugten Signalen bzw. auf den Auftrefforten der Lichtstrahlen auf den Lichtdetektoren.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf derartige Messsysteme beschränkt. Geeignet sind vielmehr alle Messsysteme, die dazu konfiguriert sind, wenigstens eine Koordinate der Lage der Plattform bzw. des Mittelelements zu bestimmen.
Ein beispielhaftes alternatives Messsystem umfasst einen oder mehrere Sensoren, insbesondere Lichtsensoren, kapazitive Sensoren, Interferometer oder dergleichen. Die Sensoren sind dazu konfiguriert ein Signal auszugeben, welches von der wenigstens einen Koordinate der Lage der Plattform bzw. des Mittelelements abhängig ist. Das bedeutet, dass sich das Signal der Sensoren ändert, wenn sich die Koordinate ändert. Von dieser Definition kann die Koordinate der Translation entlang der Linearbewegungsrichtung ausgenommen sein.
In den hierin erläuterten Ausführungsformen bezeichnet die „wenigstens eine Koordinate der Lage“ eine, zwei, drei, vier, fünf oder sechs Koordinaten aus der folgenden Menge von Koordinaten: eine Ortskoordinate in einer Richtung quer, insbesondere senkrecht, zu der Linearbewegungsrichtung, eine Ortskoordinate entlang der Linearbewegungsrichtung, einen Orientierungskoordinate um die Linearbewegungsrichtung, einen Orientierungskoordinate um eine Richtung quer, insbesondere senkrecht, zu der Linearbewegungsrichtung.
Mikrotom
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Mikrotom einen Objekthalter zum Halten eines Objekts; eine Schneidvorrichtung mit einer Schneidfase; und eine Positioniervorrichtung. Das Mikrotom ist so eingerichtet, dass eine durch das Linearlager der Positioniervorrichtung ermöglichte Bewegung entlang der Linearbewegungsrichtung bewirkt, dass der Objekthalter relativ zu der Schneidfase in der Linearbewegungsrichtung bewegt wird, wodurch eine Schicht von dem Objekt abgetrennt werden kann.
Die Positioniervorrichtung dient dazu, eine möglichst ideale eindimensionale translatorische Bewegung zwischen der Schneidfase und dem Objekthalter in der Linearbewegungsrichtung bereitzustellen, wodurch ein hochpräziser Schnitt an einem auf dem Objekthalter angeordneten Objekt vorgenommen werden kann. Ferner kann die Positioniervorrichtung zum Bewegen des Objekts zwischen der Schneidfase und einem Ort verwendet werden, an dem das Objekt analysiert wird.
Hierzu kann der Objekthalter direkt an der Plattform der Positioniervorrichtung angeordnet sein, d. h. starr mit der Plattform der Positioniervorrichtung verbunden sein. Alternativ kann die Schneidvorrichtung direkt an der Plattform der Positioniervorrichtung angeordnet sein, d. h. starr mit der Plattform der Positioniervorrichtung verbunden sein.
Die Schneidfase bezeichnet diejenige Kante der Schneidvorrichtung, die zum Abschneiden einer Schicht von dem Objekt verwendet wird. Die Schneidfase kann gerade oder gekrümmt sein. Die Schneidfase liegt in einer Schar von Schneidebenen, wenn die Schneidfase gerade ist. Die Schneidfase liegt in einer Schneidebene, wenn die Schneidfase gekrümmt ist. Eine tangential an die Schneidefase angelegte Gerade, die in der Schneidebene liegt, wird als Tangente an die Schneidfase bezeichnet.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Mikrotom ferner eine Zustellvorrichtung, welche dazu konfiguriert ist, den Objekthalter relativ zu der Schneidfase in einer Vertikalrichtung zu positionieren bzw. zu bewegen, wobei die Vertikalrichtung quer, insbesondere senkrecht, zu der Linearbewegungsrichtung orientiert ist. Hierdurch kann der Schnitt durch die Bewegung der Plattform entlang der Linearbewegungsrichtung durchgeführt werden, während die Zustellvorrichtung die Dicke der abzutrennenden Schicht einstellt.
Die Zustellvorrichtung kann mechanisch starr mit der Plattform der Positioniervorrichtung verbunden sein. Mit der Zustellvorrichtung kann wiederum entweder der Objekthalter oder die Schneidvorrichtung starr verbunden sein.
Alternativ kann die Zustellvorrichtung starr mit dem Basiselement der Positioniervorrichtung verbunden sein.
Die Positioniervorrichtung bzw. das Mikrotom kann ferner einen von der Steuerung gesteuerten Linearbewegungsaktuator aufweisen, welcher dazu konfiguriert ist, die durch das Linearlager der Positioniervorrichtung ermöglichte Bewegung entlang der Linearbewegungsrichtung durchzuführen. Bei Verwendung einer Positioniervorrichtung gemäß der ersten Variante ist der Linearbewegungsaktuator dementsprechend dazu konfiguriert, die Plattform der Positioniervorrichtung relativ zu dem Mittelelement der Positioniervorrichtung entlang der Linearbewegungsrichtung mittels des Linearlagers zu bewegen. Bei Verwendung einer Positioniervorrichtung gemäß der zweiten oder dritten Variante ist der Linearbewegungsaktuator dementsprechend dazu konfiguriert, das Mittelelement der Positioniervorrichtung relativ zu dem Basiselement der Positioniervorrichtung entlang der Linearbewegungsrichtung mittels des Linearlagers zu bewegen. Hierdurch kann der Objekthalter und mithin das von dem Objekthalter gehaltene Objekt durch den Linearbewegungsaktuator relativ zu der Schneidfase entlang der Linearbewegungsrichtung bewegt werden, während die Positioniervorrichtung während dieser Bewegung mittels der Stellvorrichtung eine annähernd eindimensionale translatorische Bewegung bereitstellt.
Die Messvorrichtung der Positioniervorrichtung umfasst beispielsweise eine oder mehr Lichtquellen und einen oder mehr Lichtdetektoren. Die Lichtquellen können an der Plattform angeordnet sein, während die Lichtdetektoren an dem Mittelelement angeordnet sind und vice versa. Alternativ können die Lichtquellen an dem Mittelelement angeordnet sein, während die Lichtdetektoren an dem Basiselement angeordnet sind und vice versa. Insbesondere ist bevorzugt, dass die Lichtquellen so angeordnet sind, dass die von den Lichtquellen ausgegebenen Lichtstrahlen im Wesentlichen parallel zu der Schneidfase orientiert sind oder mit der Schneidfase fluchten. Dies verbessert die Genauigkeit der Bestimmung der wenigstens einen Koordinate der Plattform bzw. des Mittelelements und damit auch die Genauigkeit der Bestimmung der wenigstens einen Koordinate des Objekts relativ zu der Schneidfase. Ferner wird hierdurch die Implementierung der Steuerung vereinfacht.
Weiter bevorzugt sind die Lichtquellen und die Lichtdetektoren so angeordnet, dass die Lichtstrahlen wenigstens vorübergehend auf die Detektionsflächen der Lichtdetektoren gerichtet sind, wenn sich die Schneidfase in unmittelbarer Nähe des Objekts befindet (d. h. während des Schneidvorgangs).
Das bedeutet, dass der von der jeweiligen Lichtquelle ausgegebene Lichtstrahl auf die Detektionsfläche eines der Lichtdetektoren gerichtet ist, kurz bevor und/oder während mittels der Schneidvorrichtung eine Schicht von dem Objekt abgetrennt wird. Hierdurch wird sichergestellt, dass die durch das Linearlager bedingten Toleranzen kompensiert werden, kurz bevor und/oder während unter Verwendung der Schneidvorrichtung eine Schicht von dem Objekt abgetrennt. Dies erhöht daher die Genauigkeit des Schneidvorgangs.
Weiter bevorzugt ist, dass die Lichtquellen und die Lichtdetektoren so angeordnet sind, dass eine Tangente an die Schneidfase von den Lichtdetektoren einen Abstand aufweist, der höchstens 5 cm oder höchstens 1 cm beträgt, wenn sich die Schneidfase in unmittelbarer Nähe des Objekts befindet (d. h. während des Schneidvorgangs). Weiter bevorzugt ist, dass die Lichtdetektoren so angeordnet sind, dass die Tangente an die Schneidfase die Detektionsflächen der Lichtdetektoren durchsetzt, wenn sich die Schneidfase in unmittelbarer Nähe des Objekts befindet (d. h. während des Schneidvorgangs). Hierdurch wird sichergestellt, dass der Abstand der Detektionsfläche in einer Richtung, die zu der Tangente an die Schneidfase senkrecht orientiert ist, gering ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform durchsetzt eine Tangente an die Schneidfase die Plattform der Positioniervorrichtung, während sich die Schneidfase in unmittelbarer Nähe des Objekts befindet (d. h. während des Schneidvorgangs). Hierdurch wird die Genauigkeit der Kompensation der Toleranzen des Linearlagers verbessert.
Durch die unvermeidbaren Toleranzen des Linearlagers kann es vorkommen, dass die Schneidvorrichtung relativ zu dem Objekt um die Linearbewegungsrichtung verdreht ist (Rollen). Wenn diese Verdrehung nicht ausgeglichen wird, kann dies zur Folge haben, dass eine Schicht von ungleichmäßiger Dicke von dem Objekt abgetragen wird. Um dies zu verhindern, ist die Steuerung dazu konfiguriert, die Stellvorrichtung der Positionierungsvorrichtung so zu steuern, dass die Koordinate der Plattform, die diese Verdrehung repräsentiert, einen vorbestimmten Sollwert annimmt, bei welchem die Schneidfase relativ zu dem Objekt eine vorbestimmte gewünschte Orientierung aufweist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Positioniervorrichtung so konfiguriert sein, dass die durch das Linearlager ermöglichte Bewegung zwischen der Plattform und dem Mittelelement bzw. zwischen dem Mittelelement und dem Basiselement entlang der Linearbewegungsrichtung wenigstens 1 cm, insbesondere wenigstens 2 cm, bewegt. Diese Translation wird zum einen dazu verwendet, den Schneidvorgang durchzuführen, und zum anderen, um das präparierte Objekt an einen Ort zu bewegen, an welchem das präparierte Objekt analysiert werden kann.
Nachfolgend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezug zu den beiliegenden Zeichnungen im Detail beschrieben.

1 zeigt eine Ausführungsform einer Positioniervorrichtung gemäß einer ersten Variante.
2A bis 2K zeigen Auftrefforte von Lichtstrahlen auf Lichtdetektoren der Positioniervorrichtung in verschiedenen Situationen.
3 zeigt eine Ausführungsform einer Positioniervorrichtung gemäß einer zweiten Variante.
4 zeigt eine Ausführungsform einer Positioniervorrichtung gemäß einer dritten Variante.
5 zeigt schematisch eine Ausführungsform eines Mikrotoms im Querschnitt in der LBR-VR-Ebene in einem ersten Zustand.
6 zeigt schematisch die in 5 dargestellte Ausführungsform im Querschnitt in der LBR-VR-Ebene in einem zweiten Zustand.
7 zeigt schematisch die in 5 dargestellte Ausführungsform im Querschnitt in der QR-VR-Ebene in dem ersten Zustand.

1 zeigt eine Positionierungsvorrichtung 1 gemäß der ersten Variante. Die Positionierungsvorrichtung 1 umfasst ein Basiselement 3, ein Mittelelement 5 und eine Plattform 7. Das Mittelelement 5 ist durch eine Stellvorrichtung 9 mit dem Basiselement 3 verbunden. Die Plattform 7 ist durch ein Linearlager mit dem Mittelelement 5 verbunden. Das Linearlager selbst ist in 1 nicht gezeigt, wird aber dadurch angedeutet, dass das Mittelelement 5 zwei Schienen 11 aufweist, welche von dem Linearlager als Führung verwendet werden, um eine im Wesentlichen eindimensionale translatorische Bewegung der Plattform 7 relativ zu dem Mittelelement 5 entlang einer Linearbewegungsrichtung LBR zu ermöglichen.
Das Linearlager beschränkt die Bewegungsfreiheit der Plattform 7 in Bezug auf das Mittelelement 5 im Wesentlichen auf einen einzigen Freiheitsgrad, nämlich die Translation entlang der Linearbewegungsrichtung LBR. Translationen entlang einer Vertikalrichtung VR und einer Querrichtung QR sind auf den Umfang der fertigungsbedingten Toleranzen des Linearlagers begrenzt. Ferner sind Drehungen um die Linearbewegungsrichtung (Rollen), um die Vertikalrichtung VR (Gieren) und um die Querrichtung QR (Nicken) auf den Umfang der fertigungsbedingten Toleranzen des Linearlagers begrenzt. Mit anderen Worten stellt das Linearlager in den Grenzen seiner fertigungsbedingten Toleranzen eine eindimensionale translatorische Bewegung entlang der Linearbewegungsrichtung LBR zwischen der Plattform 7 und dem Mittelelement 5 bereit.
Die Stellvorrichtung 9 ist dazu konfiguriert, das Mittelelement 5 relativ zu dem Basiselements 3 zu bewegen. Die Stellvorrichtung 9 kann beispielsweise einen oder mehrere Hexapods umfassen, welche die Lage des Mittelelements 5 bezüglich des Basiselements 3 hochpräzise einstellen kann/können. Die Stellvorrichtung 9 stellt je nach Anwendungsbereich der Positioniervorrichtung 1 einen oder mehr steuerbare Bewegungsfreiheitsgrade bereit. Da die Positioniervorrichtung 1 in dem vorliegenden Beispiel alle fünf Bewegungsfreiheitsgrade, die von der Translation entlang der Linearbewegungsrichtung LBR verschieden sind, korrigieren soll, ist die Stellvorrichtung 9 vorliegend dazu konfiguriert, diese fünf Bewegungsfreiheitsgrade bereitzustellen (Translationen entlang der Vertikalrichtung VR und der Querrichtung QR sowie Drehungen um die Linearbewegungsrichtung LBR, die Vertikalrichtung VR und die Querrichtung QR).
Die Positioniervorrichtung 1 umfasst ferner eine Messvorrichtung 13, welche dazu konfiguriert ist, Koordinaten für die oben bezeichneten fünf Freiheitsgrade (Translationen entlang der Vertikalrichtung VR und der Querrichtung QR sowie Drehungen um die Linearbewegungsrichtung LBR, die Vertikalrichtung VR und die Querrichtung QR) der Lage der Plattform 7 zu bestimmen. Zu diesem Zweck umfasst die Messvorrichtung 13 vier Laserdioden 15, vier Lichtdetektoren 17 und eine Spiegelanordnung 19 mit zwei Spiegeln 21. Die Laserdioden 15 und die Lichtdetektoren 17 sind verteilt an der Plattform 7 angeordnet. Die zwei Spiegel 21 der Spiegelanordnung 19 sind entlang der Linearbewegungsrichtung LBR orientiert. Die Laserdioden 15, Lichtdetektoren 17 und Spiegel 21 sind so angeordnet, dass von den Laserdioden 15 ausgesendete Lichtstrahlen 23 auf die Spiegelanordnung 19 treffen und von dort auf verschiedene Lichtdetektoren 17 zurückreflektiert werden.
In dem in 1 gezeigten Beispiel sind die Lichtdetektoren 17 ortsauflösende Lichtdetektoren, die eine Mehrzahl fotosensitiver Detektionsbereiche aufweisen. Beispielsweise sind die Lichtdetektoren 17 4-Quadranten-Fotodioden. Die Lichtdetektoren 17 erzeugen Messsignale, die einer in den Figuren nicht dargestellten Steuerung der Positionierungsvorrichtung 1 zugeführt werden. Die Steuerung kann Aufgaben der Messvorrichtung ausführen, beispielsweise die Koordinaten der oben bezeichneten fünf Freiheitsgrade der Plattform 7 unter Verwendung der von den Lichtdetektoren 17 bereitgestellten Signale bestimmen. Die Steuerung ist ferner dazu konfiguriert, die Stellvorrichtung 9 in Abhängigkeit der zuvor bestimmten Koordinaten der oben bezeichneten fünf Freiheitsgrade der Plattform 7 zu steuern. Das Prinzip zur Bestimmung der Koordinaten der fünf oben bezeichneten Freiheitsgrade der Plattform 7 wird später mit Bezug zu 2 erläutert.
Durch die spezielle Anordnung der Laserdioden 15, der Lichtdetektoren 17 und der Spiegelanordnung 19 sind die Strahlengänge der Lichtstrahlen 23 im Wesentlichen invariant gegenüber einer Translation in der Linearbewegungsrichtung LBR. Daher ist die Messvorrichtung 13 dazu konfiguriert, die Koordinaten der fünf oben genannten Freiheitsgrade der Plattform 7 wiederholt während der durch das Linearlager ermöglichten Bewegung der Plattform 7 relativ zu dem Mittelelement 5 zu bestimmen. Das bedeutet, dass die Messvorrichtung 13 dazu konfiguriert ist, die Koordinaten der fünf oben genannten Freiheitsgrade der Plattform 7 für verschiedene Stellungen der Plattform 7 relativ zu dem Mittelelement 5 hinsichtlich einer Translation entlang der Linearbewegungsrichtung LBR zu bestimmen.
Die 2A bis 2K dienen der Erläuterung des Prinzips, das der Bestimmung der Koordinaten der fünf oben genannten Freiheitsgrade der Plattform 7 zugrunde liegt.
2A zeigt Auftrefforte 25 der Lichtstrahlen 23 auf die Lichtdetektoren 17, während die Plattform 7 in einer Sollposition angeordnet ist. Die Laserdioden 15 senden die Lichtstrahlen 23 so aus, dass die an der Spiegelanordnung 19 reflektierten Lichtstrahlen jeweils auf ein Zentrum eines der Lichtdetektoren 17 trifft.
2B und 2C zeigen die Situationen, in welchen die Plattform 7 bezüglich der Solllage in positiver (VR+) bzw. negativer (VR-) Richtung entlang der Vertikalrichtung VR verschoben ist. Hierdurch treffen die Lichtstrahlen 23 an anderen Auftrefforten 25 auf die Lichtdetektoren 17, als dies für die in 2A dargestellte Situation der Fall ist. Die Kombination der Auftrefforte 25 in 2B und die Kombination der Auftrefforte 25 in 2C unterscheiden sich voneinander und jeweils von allen anderen in den 2A bis 2K gezeigten Konfigurationen der Auftrefforte.
2D und 2E zeigen die Situationen, in welchen die Plattform 7 bezüglich der Solllage in positiver (QR+) bzw. negativer (QR-) Querrichtung QR verschoben ist. Die Kombination der Auftrefforte 25 in 2D und die Kombination der Auftrefforte 25 in 2E unterscheiden sich voneinander und jeweils von allen anderen in den 2A bis 2K gezeigten Konfigurationen der Auftrefforte.
Die 2F und 2G zeigen die Situationen, in welchen die Plattform 7 bezüglich der Solllage in positiver Richtung (Nicken+) bzw. negativer Richtung (Nicken-) um die Querrichtung QR verdreht ist. Die Kombination der Auftrefforte 25 in 2F und die Kombination der Auftrefforte 25 in 2G unterscheiden sich voneinander und jeweils von allen anderen in den 2A bis 2K gezeigten Konfigurationen der Auftrefforte.
Die 2H und 21 zeigen die Situation, in welchen die Plattform 7 bezüglich der Solllage in positiver Richtung (Rollen+) bzw. negativer Richtung (Rollen-) um die Linearbewegungsrichtung LBR verdreht sind. Die Kombination der Auftrefforte 25 in 2H und die Kombination der Auftrefforte 25 in 21 unterscheiden sich voneinander und jeweils von allen anderen in den 2A bis 2K gezeigten Konfigurationen der Auftrefforte.
Die 2J und 2K zeigen die Situationen, in welchen die Plattform 7 gegenüber der Solllage in positiver Richtung (Gieren+) und negativer Richtung (Gieren-) um die Vertikalachse VR verdreht ist. Die Kombination der Auftrefforte 25 in 2J und die Kombination der Auftrefforte 25 in 2K unterscheiden sich voneinander und jeweils von allen anderen in den 2A bis 2K gezeigten Konfigurationen der Auftrefforte.
Dadurch, dass für jede der durch die oben genannten fünf Freiheitsgrade definierten Bewegungen die Kombination der Auftrefforte voneinander verschieden ist, können mit Bezug auf die Solllage Koordinaten für die oben genannten fünf Freiheitsgrade der Plattform 7 basierend auf den Auftrefforten der Lichtstrahlen auf die Lichtdetektoren bestimmt werden. Die in den 2A bis 2K gezeigten Situationen sind jedoch gegenüber der Translation der Plattform 7 entlang der Linearbewegungsrichtung LBR invariant, so dass einerseits die Translation der Plattform 7 entlang der Linearbewegungsrichtung LBR mit dem vorliegenden Messsystem nicht erfasst werden kann, andererseits die Koordinaten für die fünf oben genannten Freiheitsgrade der Plattform 7 unabhängig von der Ortskoordinate der Plattform 7 in der Linearbewegungsrichtung LBR bestimmt werden können.
Wieder bezugnehmend auf 1 kann die Steuerung dazu konfiguriert sein, die Stellvorrichtung 9 basierend auf den von der Messvorrichtung 13 bestimmten Koordinaten der fünf oben genannten Freiheitsgrade der Plattform 7 so zu steuern, dass die Plattform 7 kontinuierlich in der Solllage positioniert und orientiert wird.
3 zeigt eine Ausführungsform einer Positioniervorrichtung 1A gemäß der zweiten Variante. Die Positioniervorrichtung 1A umfasst ein Basiselement 3A, ein Mittelelement 5A und eine Plattform 7A. Das Basiselement 3A ist mit dem Mittelelement 5A über ein nicht dargestelltes Linearlager verbunden. Das Linearlager wird lediglich durch die zwei Schienen 11A angedeutet, welche als Führung für das Linearlager dienen. Das Linearlager entspricht in seiner Funktion dem im Zusammenhang mit 1 erläuterten Linearlager und ermöglicht eine im Wesentlichen eindimensionale translatorische Bewegung des Mittelelements 5A relativ zu dem Basiselement 3A entlang der Linearbewegungsrichtung LBR.
Die Plattform 7A ist mit dem Mittelelement 5A über eine Stellvorrichtung 9A verbunden, welche dazu konfiguriert ist, die Plattform 7A relativ zu dem Mittelelement 5A zu bewegen.
Die Positioniervorrichtung 1A umfasst ferner eine Messvorrichtung 13A, welche im Wesentlichen der Messvorrichtung 13 der in 1 dargestellten Ausführungsform entspricht, wobei im Unterschied dazu die Lichtstrahlen 23A von dem Mittelelement 5A ausgehen und die Lichtdetektoren 17A an dem Mittelelement 5A angeordnet sind. Dementsprechend sind die Laserdioden 15A und die Lichtdetektoren 17A an dem Mittelelement 5A angeordnet.
Die Messvorrichtung 13A ist dazu konfiguriert, die Koordinaten aller fünf Freiheitsgrade des Mittelelements 5A zu bestimmen, die sich von dem Freiheitsgrad der Translation in der Linearbewegungsrichtung LBR unterscheiden. Hierzu wird auf das in Zusammenhang mit den 2A bis 2K beschriebene Prinzip verwiesen.
Eine in 3 nicht gezeigte Steuerung ist dazu konfiguriert, die von der Messvorrichtung 13A bestimmten Koordinaten dieser fünf Freiheitsgrade des Mittelelements 5A dazu zu verwenden, die Stellvorrichtung 9A so zu steuern, dass die Lage der Plattform 7A hinsichtlich dieser Freiheitsgrade auf eine Solllage geregelt wird. Hierzu kann in der Steuerung der Wirkungszusammenhang zwischen der Lage des Mittelelements 5A und der Plattform 7A hinterlegt sein, so dass die Steuerung die aktuelle Lage der Plattform 7A unter Verwendung dieses Wirkzusammenhangs aus der bestimmten Lage des Mittelelements 5A bzw. aus den von der Messvorrichtung 13A bestimmten Koordinaten der fünf Freiheitsgrade bestimmen kann. Somit kann die Stellvorrichtung 9A von der Steuerung so gesteuert werden, dass während der Bewegung des Mittelelements 5A relativ zu dem Basiselement 3A entlang der Linearbewegungsrichtung LBR mittels des Linearlagers die Plattform 7A kontinuierlich auf ihre in der Steuerung hinterlegte Solllage eingestellt (positioniert und orientiert) wird.
4 zeigt eine Positioniervorrichtung 1B gemäß der dritten Alternative. Die Positioniervorrichtung 1B entspricht im Wesentlichen der Positioniervorrichtung 1A in 3 mit dem Unterschied, dass durch die Messvorrichtung 13B nicht Koordinaten der Lage des Mittelelements 5A, sondern Koordinaten der Lage der Plattform 7B bestimmt werden.
Die Messvorrichtung 13B ist dazu konfiguriert, Koordinaten aller fünf Freiheitsgrade der Plattform 7B zu bestimmen, die von dem Freiheitsgrad der Translation entlang der Linearbewegungsrichtung LBR verschieden sind, wobei wie bei den in den 1 und 3 gezeigten Positioniervorrichtungen 1 und 1A die Linearbewegungsrichtung LBR durch das Linearlager definiert ist, welches in der Positioniervorrichtung 1B eine im Wesentlichen eindimensionale translatorische Bewegung des Mittelelements 5B relativ zu dem Basiselement 3B ermöglicht.
Die fertigungsbedingten Toleranzen des Linearlagers führen bei der Positioniervorrichtung 1B dazu, dass bei Bewegung des Mittelelements 5B relativ zu dem Basiselement 3B durch das Linearlager das Mittelelement 5B relativ zu dem Basiselement 3B Translationen entlang der Vertikalrichtung VR und Querrichtung QR und Drehungen um die Linearbewegungsrichtung LBR, die Querrichtung QR und die Vertikalrichtung VR im Rahmen der fertigungsbedingten Toleranzen vollzieht. Diese Bewegungen wirken sich auch auf die Lage der Plattform 7B aus. Die Stellvorrichtung 9B, welche dazu konfiguriert ist, die Plattform 7B relativ zu dem Mittelelement 5B zu bewegen, wird von der Steuerung so gesteuert, dass die Auswirkung der durch die fertigungsbedingten Toleranzen bedingten Bewegungen kompensiert werden kann. Dies wird dadurch erreicht, dass die Messvorrichtung 13B die Koordinaten der Freiheitsgrade der Plattform 7B bestimmt, die von dem Freiheitsgrad der Translation entlang der Linearbewegungsrichtung LBR verschieden sind, und diese von der Messvorrichtung 13B bestimmten Koordinaten von der Steuerung zur Steuerung der Stellvorrichtung 9B verwendet werden, so dass die Plattform 7B hinsichtlich dieser Freiheitsgrade fortlaufend auf eine Sollposition eingestellt (positioniert und orientiert) wird.
5 zeigt schematisch eine Ausführungsform eines Mikrotoms 100 im Querschnitt in einer LBR-VR-Ebene in einem ersten Zustand. Das Mikrotom 100 umfasst einen Objekthalter 102, welcher dazu konfiguriert ist, ein Objekt 104 zu halten. Das Mikrotom 100 umfasst ferner eine Schneidvorrichtung 106 mit einer Schneidfase 108 (vgl. 6) zum Abtrennen einer Schicht von dem Objekt 104.
Das Mikrotom 100 umfasst ferner eine Positioniervorrichtung 101 gemäß der ersten Variante. Die Positioniervorrichtung 101 umfasst ein Basiselement 103, ein Mittelelement 105 und eine Plattform 107. Das Mittelelement 105 kann relativ zu dem Basiselement 103 durch eine Stellvorrichtung 109 bewegt werden. Die Plattform 107 kann mittels eines Linearlagers 121 (vgl. 7) relativ zu dem Mittelelement 105 im Wesentlichen nur entlang einer Linearbewegungsrichtung LBR bewegt werden. In den übrigen Bewegungsfreiheitsgraden ist die Bewegung auf fertigungsbedingte Toleranzen des Linearlagers 121 begrenzt. Die Positioniervorrichtung 101 umfasst ferner eine Messvorrichtung 113, welche in Zusammenhang mit 7 beschrieben wird.
Das Mittelelement 105 ist an dem Basiselement 103 durch ein Lager um eine Drehachse 122 drehbar gelagert, welche parallel zu der Querrichtung QR und damit senkrecht zu der VR-LBR-Ebene orientiert ist. Am anderen Ende des Mittelelements 105 weist die Positioniervorrichtung 101 zwei Aktuatoren 131 auf, welche dazu konfiguriert sind, das Mittelelement 105 relativ zu dem Basiselement 103 zu bewegen. In dem vorliegenden Beispiel umfasst die Stellvorrichtung 109 das Lager, welches die Drehung um die Drehachse 129 bereitstellt, sowie die zwei Aktuatoren 131. Die Aktuatoren 131 sind an dem Basiselement 103 angeordnet und stützen das Mittelelement 105.
Das Mikrotom 100 umfasst ferner eine Zustellvorrichtung 141 zum Einstellen der Dicke der von dem Objekt 104 mittels der Schneidvorrichtung 106 abzutrennenden Schicht. Zu diesem Zweck ist die Zustellvorrichtung 141 dazu konfiguriert, den Objekthalter 102 relativ zu der Schneidfase 108 entlang einer Vertikalrichtung VR zu bewegen, welche im Wesentlichen senkrecht zu der Linearbewegungsrichtung LBR orientiert ist.
Die Zustellvorrichtung 141 ist an der Plattform 107 angeordnet. In dem vorliegenden Beispiel umfasst die Zustellvorrichtung 141 einen an der Plattform 107 um eine erste Schwenkachse 143 schwenkbar gelagerten Schwenkarm 145 und einen Aktuator 147, welcher dazu konfiguriert ist, den Schwenkarm 145 relativ zu der Plattform 107 um die erste Schwenkachse 143 zu schwenken. Da das Objekt 104 über den Objekthalter 102 mit dem Schwenkarm 145 (starr) verbunden ist und die Länge des Schwenkarms 145 (entlang der LBR-Richtung) sehr viel größer als der maximale Hub des Aktuators 147 (entlang der VR-Richtung) ist, führt die Betätigung des Aktuators 147 im Wesentlichen zu einer Translation des Objekts 104 relativ zu der Schneidfase 108 entlang der Vertikalrichtung VR.
Wie in 5 beispielhaft dargestellt, kann die erste Schwenkachse 143 im Wesentlichen senkrecht zu der Linearbewegungsrichtung LBR orientiert sein. Ferner kann die erste Schwenkachse 143 im Wesentlichen parallel zu der Schneidfase 108 orientiert sein, welche in den 5 und 6 jeweils senkrecht zur Zeichenebene orientiert ist.
5 zeigt das Mikrotom 100 in einem Zustand unmittelbar vor dem Abtrennen einer Schicht von dem Objekt 104 unter Verwendung der Schneidvorrichtung 106. Zum Abtrennen der Schicht von dem Objekt 104 wird die Plattform 107 entlang der Linearbewegungsrichtung LBR relativ zu dem Mittelelement 105 durch einen in den Figuren nicht dargestellten Linearbewegungsaktuator mittels des Linearlagers 121 bewegt, so dass die Schneidfase 108 der Schneidvorrichtung 106 durch das Objekt 104 bewegt wird, wodurch die Schicht von dem Objekt 104 abgetrennt wird. Zum Einstellen der Dicke der abzutrennenden Schicht wird die Zustellvorrichtung 141 entsprechend gesteuert. Während des Schneidvorgangs, d. h. während des Bewegens der Plattform 107 entlang der Linearbewegungsrichtung LBR von dem in 5 dargestellten Zustand in den in 6 dargestellten Zustand wird die Zustellvorrichtung 141 beispielsweise so angesteuert, dass der Aktuator 147 einen konstanten unveränderten Hub während des Schneidprozesses aufweist. Mit anderen Worten wird die Zustellvorrichtung 141, insbesondere der Aktuator 147 so gesteuert, dass das Objekt 104 relativ zu der Plattform 107 nicht bewegt wird, während der Schneidvorgang durchgeführt wird.
Nach dem Abtrennen der Schicht von dem Objekt 104 ist das Objekt 104 präpariert und kann unter Verwendung einer Analysevorrichtung analysiert werden. Eine in 6 dargestellte Analysevorrichtung 149, beispielsweise ein Elektronenstrahlmikroskop, kann zum Analysieren des Objekts 104 verwendet werden. Nach Durchführung des Schneidprozesses wird das Objekt in einen Arbeitsbereich der Analysevorrichtung 149 bewegt und dort analysiert.
Nach der Analyse des Objekts 104 unter Verwendung der Analysevorrichtung 149 kann die Plattform 107 in die in 5 dargestellte Position zurückbewegt werden, eine weitere Schicht von dem Objekt 104 unter Verwendung der Schneidvorrichtung 106 abgetrennt werden und das erneut präparierte Objekt 104 erneut mit der Analysevorrichtung 149 analysiert werden. Diese Schritte können wiederholt werden, bis eine vordefinierte Dicke des Objekts 104 abgetragen und analysiert wurde.
Zum Überführen des Mikrotoms 100 von dem in 6 gezeigten Zustand in den 5 gezeigten Zustand kann, um eine Berührung des Objekts 104 mit der Schneidvorrichtung 106 zu vermeiden, die Hubvorrichtung 141 so gesteuert werden, dass ein Abstand zwischen dem Objekt 104 und der Schneidvorrichtung 106 entlang der Vertikalrichtung VR ausreichend groß ist, um eine Berührung zu vermeiden. Der Abstand sollte größer null sein. Der Abstand kann auch durch eine entsprechende Steuerung der Stellvorrichtung 109 (d. h. der Aktuatoren 131) eingestellt werden.
7 zeigt einen Querschnitt in der QR-VR-Ebene an der LBR-Position der Schneidfase 108. Die Messvorrichtung 113 der Positioniervorrichtung 101 umfasst zwei Lichtquellen 161, 163 und zwei Lichtdetektoren 165, 167. Die Lichtquelle 161 ist an dem Mittelelement 105 angeordnet und dazu konfiguriert, einen konvergenten Lichtstrahl 169 in Richtung des Lichtdetektors 165 auszugeben, welcher an der Plattform 107 angeordnet ist. Die Lichtquelle 163 ist an der Plattform 107 angeordnet und dazu konfiguriert, einen konvergenten Lichtstrahl 171 in Richtung des Lichtdetektors 167 auszugeben, welcher an dem Mittelelement 105 angeordnet ist. Dies sind lediglich beispielhafte Anordnungen der Elemente der Messvorrichtung 113.
Wie in dem Inset, welches eine Darstellung in der LBR-VR-Ebene zeigt, dargestellt, weisen die Lichtdetektoren 165, 167 beispielsweise eine Detektionsfläche 173 auf, welche zwei separate lichtempfindliche Bereiche aufweist. Alternativ können die Lichtdetektoren 165, 167 eine Detektionsfläche 175 aufweisen, welche vier separate lichtempfindliche Bereiche aufweist.
Die Lichtdetektoren 165, 167 geben jeweils Signale aus, welche den Auftreffort der jeweiligen Lichtstrahlen 169, 171 repräsentieren, an welchem der jeweilige Lichtstrahl 169, 171 auf die Detektionsfläche 173, 175 trifft. Die Signale repräsentieren insbesondere die VR-Koordinate des Auftrefforts. Auf Grundlage dieser Signale ist die Messvorrichtung 113 dazu konfiguriert, wenigstens eine Koordinate der Lage der Plattform 107 relativ zu dem Mittelelement 105 zu bestimmen. Eine in den Figuren nicht dargestellte Steuerung kann auf Basis der bestimmten wenigstens einen Koordinate die Aktuatoren 131 der Stellvorrichtung 109 steuern, um die durch das Linearlager 121 bedingte Lageungenauigkeit des Objekts 104 bezüglich des Mittelelements 105 und damit auch bezüglich der Schneidfase 108 zu korrigieren.
Wie in 7 dargestellt, sind die Messeinrichtungen (Lichtstrahlquelle 161 und Lichtdetektor 165 einerseits, Lichtstrahlquelle 163 und Lichtdetektor 167 andererseits) auf verschiedenen Seiten der Schneidvorrichtung 106 angeordnet. Hierdurch kann die Lage des Objekts 104 bzw. die Lage der Plattform 107 relativ zu dem Mittelelement 105 zuverlässig und genau bestimmt werden.
Vorteilhaft für die Genauigkeit des Schneidprozesses ist es, wenn die Lichtquellen 161, 163 so ausgerichtet sind, dass die Lichtstrahlen 169, 171 parallel zu der Schneidfase 108 orientiert sind, insbesondere mit der Schneidfase 108 fluchten, so wie dies in 7 dargestellt ist.
In 7 ist dieselbe Situation dargestellt wie in 5, d. h. die Situation, in welcher die Schneidfase 108 in unmittelbarer Nähe zu dem Objekt 104 angeordnet ist. D. h. die 5 und 7 zeigen die Situation kurz vor bzw. während des Schneidprozesses. Wenn sich, wie in den 5 und 7 gezeigt, die Schneidfase 108 in unmittelbarer Nähe des Objekts 104 befindet, ist es vorteilhaft, dass die Lichtstrahlquellen 161, 163 und die Lichtdetektoren 165, 167 so angeordnet sind, dass die Lichtstrahlen 169, 171 auf die Detektionsflächen 43, 45 der Lichtdetektors 165, 167 gerichtet sind. Hierdurch kann die wenigstens eine Koordinate der Plattform 107 und damit die wenigstens eine Koordinate des Objekts 104 während des Schneidprozesses von der Messvorrichtung bestimmt und zur Korrektur der Lage des Objekts 104 bzw. der Plattform 107 verwendet werden, die durch die Stellvorrichtung 109 bewirkt wird.
Wie in 7 gezeigt, durchsetzt eine Tangente an die Schneidfase 177 die Detektionsflächen der Lichtdetektoren 165, 167, während sich die Schneidfase 108 in unmittelbarer Nähe des Objekts 104 befindet. Dies erleichtert die Implementierung der Steuerung der Stellvorrichtung 109.
Durch die Konfiguration der Positioniervorrichtung 101 mit zwei separat steuerbaren Aktuatoren 131 der Stellvorrichtung 109 ist die Steuerung der Positioniervorrichtung 101 dazu konfiguriert, sowohl den Rollwinkel der Plattform 107 (Drehung um Linearbewegungsrichtung LBR, d. h. Drehung in der Zeichenebene der 7) als auch die Position entlang der Vertikalrichtung VR auf einen gewünschten Wert zu regeln.
In dem in Zusammenhang mit den 5 bis 7 dargestellten beispielhaften Mikrotom 100 ist die Schneidvorrichtung 106 starr mit dem Basiselement 103 der Positioniervorrichtung 101 verbunden und der Objekthalter 102 ist über die Zustellvorrichtung 141 starr mit der Plattform 107 der Positioniervorrichtung 101 verbunden. Alternative Anordnungen sind möglich. Beispielsweise können die Schneidvorrichtung 106 und der Objekthalter 102 vertauscht sein, sodass die Schneidvorrichtung 106 (über die Zustellvorrichtung 141) starr mit der Plattform 107 der Positioniervorrichtung 101 verbunden ist und der Objekthalter 102 starr mit dem Basiselement 103 der Positioniervorrichtung 101 verbunden ist. Ferner kann auch die Anordnung der Zustellvorrichtung 141 anders sein. Beispielsweise ist die Zustellvorrichtung 141 starr mit dem Basiselement 103 der Positioniervorrichtung 101 verbunden.
In dem in Zusammenhang mit den 5 bis 7 dargestellten beispielhaften Mikrotom 100 werden zwei Freiheitsgrade der Plattform 107 (Rollwinkel und Position in der Vertikalrichtung) durch die Messvorrichtung 113 bestimmt. Je nach Anwendung kann die Messvorrichtung 113 mehr oder weniger und/oder andere Freiheitsgrade der Plattform 107 oder des Mittelelements 105 bestimmen und die Steuerung kann auf Grundlage dieser bestimmten Freiheitsgrade die Lage der Plattform bzw. des Mittelelements 105 korrigieren.

Claims

Positioniervorrichtung (1), umfassend: ein Basiselement (3); ein durch eine Stellvorrichtung (9) mit dem Basiselement (3) verbundenes Mittelelement (5); eine durch ein Linearlager mit dem Mittelelement (5) verbundene Plattform (7), wobei das Linearlager eine im Wesentlichen eindimensionale translatorische Bewegung der Plattform (7) relativ zu dem Mittelelement (5) entlang einer Linearbewegungsrichtung (LBR) ermöglicht, wobei die Stellvorrichtung (9) dazu konfiguriert ist, das Mittelelement (5) relativ zu dem Basiselement (3) zu bewegen; eine Messvorrichtung (13), welche dazu konfiguriert ist, wenigstens eine Koordinate der Lage der Plattform (7) zu bestimmen; und eine Steuerung, welche dazu konfiguriert ist, die Stellvorrichtung (9) basierend auf der bestimmten wenigstens einen Koordinate zu steuern; wobei die Messvorrichtung (13) dazu konfiguriert ist, von der Plattform (7) mehrere Lichtstrahlen (23) so auszusenden, dass die mehreren Lichtstrahlen (23) von einer Spiegelanordnung (19) jeweils zu verschiedenen, an der Plattform (7) angeordneten Lichtdetektoren (17) reflektiert werden; wobei die wenigstens eine Koordinate der Lage der Plattform (7) basierend auf Signalen bestimmt wird, die von den Lichtdetektoren (17) erzeugt werden.
Positioniervorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei die Messvorrichtung (13) dazu konfiguriert ist, die wenigstens eine Koordinate der Lage der Plattform (7) während der durch das Linearlager ermöglichten Bewegung der Plattform (7) relativ zu dem Mittelelement (5) wiederholt zu bestimmen.
Positioniervorrichtung (1) nach Anspruch 2, wobei die Messvorrichtung (13) dazu konfiguriert ist, einen ersten Wert der wenigstens einen Koordinate der Lage der Plattform (7) zu bestimmen, während die Plattform (7) relativ zu dem Mittelelement (5) eine erste Stellung aufweist; wobei die Messvorrichtung (13) dazu konfiguriert ist, einen zweiten Wert der wenigstens einen Koordinate der Lage der Plattform (7) zu bestimmen, während die Plattform (7) relativ zu dem Mittelelement (5) eine zweite Stellung aufweist, die von der ersten Stellung verschieden ist.
Positioniervorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Spiegelanordnung (19) zwei plane Spiegelflächen (21) umfasst, welche im Wesentlichen parallel zu der Linearbewegungsrichtung (LBR) orientiert sind; und/oder wobei die Lichtdetektoren (17) Mehrsegment-Fotodioden umfassen und/oder ortsauflösende Lichtdetektoren sind.
Positioniervorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die wenigstens eine Koordinate der Lage der Plattform (7) basierend auf Auftrefforten (25) bestimmt wird, an welchen die Lichtstrahlen (23) auf die Lichtdetektoren (17) treffen.
Positioniervorrichtung (1; 101) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Messvorrichtung (13) dazu konfiguriert ist, die wenigstens eine Koordinate der Lage der Plattform (7; 107) bezüglich des Mittelelements (5; 105) zu bestimmen.
Positioniervorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Steuerung dazu konfiguriert ist, die Stellvorrichtung (9) basierend auf der bestimmten wenigstens einen Koordinate der Lage der Plattform (7) so zu steuern, dass die wenigstens eine Koordinate der Lage der Plattform (7) auf einen vorbestimmen, einstellbaren Wert geregelt wird.
Positioniervorrichtung (1A), umfassend: ein Basiselement (3A); ein durch ein Linearlager mit dem Basiselement (3A) verbundenes Mittelelement (5A); eine durch eine Stellvorrichtung (9A) mit dem Mittelelement (5A) verbundene Plattform (7A), wobei das Linearlager eine im Wesentlichen eindimensionale translatorische Bewegung des Mittelelements (5A) relativ zu dem Basiselement (3A) entlang einer Linearbewegungsrichtung (LBR) ermöglicht, wobei die Stellvorrichtung (9A) dazu konfiguriert ist, die Plattform (7A) relativ zu dem Mittelelement (5A) zu bewegen; eine Messvorrichtung (13A), welche dazu konfiguriert ist, wenigstens eine Koordinate der Lage des Mittelelements (5A) zu bestimmen; und eine Steuerung, welche dazu konfiguriert ist, die Stellvorrichtung (9A) basierend auf der bestimmten wenigstens einen Koordinate zu steuern; wobei die Messvorrichtung (13A) dazu konfiguriert ist, von dem Mittelelement (5A) mehrere Lichtstrahlen (23A) so auszusenden, dass die mehreren Lichtstrahlen (23A) von einer Spiegelanordnung (19A) jeweils zu verschiedenen, an dem Mittelelement (5A) angeordneten Lichtdetektoren (17A) reflektiert werden; wobei die wenigstens eine Koordinate der Lage des Mittelelements (5A) basierend auf Signalen bestimmt wird, die von den Lichtdetektoren (17A) erzeugt werden.
Positioniervorrichtung (1A) nach Anspruch 8, wobei die Messvorrichtung (13A) dazu konfiguriert ist, die wenigstens eine Koordinate der Lage des Mittelelements (5A) während der durch das Linearlager ermöglichten Bewegung des Mittelelements (5A) relativ zu dem Basiselement (3A) wiederholt zu bestimmen.
Positioniervorrichtung (1A) nach Anspruch 9, wobei die Messvorrichtung (13A) dazu konfiguriert ist, einen ersten Wert der wenigstens einen Koordinate der Lage des Mittelelements (5A) zu bestimmen, während das Mittelelement (5A) relativ zu dem Basiselement (3A) eine erste Stellung aufweist; wobei die Messvorrichtung (13A) dazu konfiguriert ist, einen zweiten Wert der wenigstens einen Koordinate der Lage des Mittelelements (5A) zu bestimmen, während das Mittelelement (5A) relativ zu dem Basiselement (3A) eine zweite Stellung aufweist, die von der ersten Stellung verschieden ist.
Positioniervorrichtung (1A) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei die Spiegelanordnung (19A) zwei plane Spiegelflächen (21A) umfasst, welche im Wesentlichen parallel zu der Linearbewegungsrichtung (LBR) orientiert sind; und/oder wobei die Lichtdetektoren (17A) Mehrsegment-Fotodioden umfassen und/oder ortsauflösende Lichtdetektoren sind.
Positioniervorrichtung (1A) nacheinem der Ansprüche 8 bis 11, wobei die wenigstens eine Koordinate der Lage des Mittelelements (5A) basierend auf Auftrefforten (25) bestimmt wird, an welchen die Lichtstrahlen (23A) auf die Lichtdetektoren (17A) treffen.
Positioniervorrichtung (1A) nach einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei die Messvorrichtung (13A) dazu konfiguriert ist, die wenigstens eine Koordinate der Lage des Mittelelements (5A) bezüglich des Basiselements (3A) zu bestimmen.
Positioniervorrichtung (1A) nach einem der Ansprüche 8 bis 13, wobei die Steuerung dazu konfiguriert ist, die Stellvorrichtung (9A) basierend auf der bestimmten wenigstens einen Koordinate der Lage des Mittelelements (5A) so zu steuern, dass die wenigstens eine Koordinate der Lage der Plattform (7A) auf einen vorbestimmen, einstellbaren Wert geregelt wird.
Positioniervorrichtung nach Anspruch 14, wobei die Steuerung zur Steuerung der Stellvorrichtung (9A) eine Vorschrift auswertet, die die Wirkung der Bewegung des Mittelelements (5A) auf die Bewegung der Plattform (7A) definiert.
Positioniervorrichtung (1B), umfassend: ein Basiselement (3B); ein durch ein Linearlager mit dem Basiselement (3B) verbundenes Mittelelement (5B); eine durch eine Stellvorrichtung (9B) mit dem Mittelelement (5B) verbundene Plattform (7B), wobei das Linearlager eine im Wesentlichen eindimensionale translatorische Bewegung des Mittelelements (5B) relativ zu dem Basiselement (3B) entlang einer Linearbewegungsrichtung (LBR) ermöglicht, wobei die Stellvorrichtung (9B) dazu konfiguriert ist, die Plattform (7B) relativ zu dem Mittelelement (5B) zu bewegen; eine Messvorrichtung (13B), welche dazu konfiguriert ist, wenigstens eine Koordinate der Lage der Plattform (7B) zu bestimmen; und eine Steuerung, welche dazu konfiguriert ist, die Stellvorrichtung (9B) basierend auf der bestimmten wenigstens einen Koordinate zu steuern; wobei die Messvorrichtung (13B) dazu konfiguriert ist, von der Plattform (7B) mehrere Lichtstrahlen (23B) so auszusenden, dass die mehreren Lichtstrahlen (23B) von einer Spiegelanordnung (21B) jeweils zu verschiedenen, an der Plattform (7B) angeordneten Lichtdetektoren (17B) reflektiert werden; wobei die wenigstens eine Koordinate der Lage der Plattform (7B) basierend auf Signalen bestimmt wird, die von den Lichtdetektoren (17B) erzeugt werden.
Positioniervorrichtung (1B) nach Anspruch 16, wobei die Messvorrichtung (13B) dazu konfiguriert ist, die wenigstens eine Koordinate der Lage der Plattform (7B) während der Bewegung des Mittelelements (5B) relativ zu dem Basiselement (3B) wiederholt zu bestimmen.
Positioniervorrichtung (1B) nach Anspruch 17, wobei die Messvorrichtung (13B) dazu konfiguriert ist, einen ersten Wert der wenigstens einen Koordinate der Lage der Plattform (7B) zu bestimmen, während das Mittelelement (5B) relativ zu dem Basiselement (3B) eine erste Stellung aufweist; wobei die Messvorrichtung (13B) dazu konfiguriert ist, einen zweiten Wert der wenigstens einen Koordinate der Lage der Plattform (7B) zu bestimmen, während das Mittelelement (5B) relativ zu dem Basiselement (3B) eine zweite Stellung aufweist, die von der ersten Stellung verschieden ist.
Positioniervorrichtung (1B) nach einem der Ansprüche 16 bis 18, wobei die Spiegelanordnung (19B) zwei plane Spiegelflächen (21B) umfasst, welche im Wesentlichen parallel zu der Linearbewegungsrichtung (LBR) orientiert sind; und/oder wobei die Lichtdetektoren (17B) Mehrsegment-Fotodioden umfassen und/oder ortsauflösende Lichtdetektoren sind.
Positioniervorrichtung (1B) nach einem der Ansprüche 16 bis 19, wobei die wenigstens eine Koordinate der Lage der Plattform (7B) basierend auf Auftrefforten (25) bestimmt wird, an welchen die Lichtstrahlen (23B) auf die Lichtdetektoren (17B) treffen.
Positioniervorrichtung (1B) nach einem der Ansprüche 16 bis 20, wobei die Steuerung dazu konfiguriert ist, die Stellvorrichtung (9B) basierend auf der bestimmten wenigstens einen Koordinate der Lage der Plattform (7B) so zu steuern, dass die wenigstens eine Koordinate der Lage der Plattform (7B) auf einen vorbestimmen, einstellbaren Wert geregelt wird.
Positioniervorrichtung (1; 1A; 1B) nach einem der Ansprüche 1 bis 21, wobei das Messsystem (13; 13A; 13B) wenigstens einen kapazitiven Sensor und/oder wenigstens ein Interferometer umfasst.
Positioniervorrichtung (1; 1A; 1B) nach einem der Ansprüche 1 bis 22, wobei die wenigstens eine Koordinate eine Ortskoordinate in einer Richtung (VR, QR) quer, insbesondere senkrecht, zu der Linearbewegungsrichtung (LBR) und/oder eine Ortskoordinate entlang der Linearbewegungsrichtung (LBR) und/oder einen Orientierungswinkel um die Linearbewegungsrichtung (LBR) und/oder einen Orientierungswinkel um eine Richtung (VR, QR) quer, insbesondere senkrecht, zu der Linearbewegungsrichtung (LBR) umfasst.
Mikrotom (100), umfassend: einen Objekthalter (102) zum Halten eines Objekts (104); eine Schneidvorrichtung (106) mit einer Schneidfase (108); eine Positioniervorrichtung (101) nach einem der Ansprüche 1 bis 23; wobei das Mikrotom so eingerichtet ist, dass eine durch das Linearlager der Positioniervorrichtung (101) ermöglichte Bewegung entlang der Linearbewegungsrichtung (LBR) bewirkt, dass der Objekthalter (102) relativ zu der Schneidfase (108) in der Linearbewegungsrichtung (LBR) bewegt wird.
Mikrotom (100) nach Anspruch 24, wobei entweder der Objekthalter (102) oder die Schneidvorrichtung (106) an der Plattform (107) der Positioniervorrichtung (101) angeordnet ist.
Mikrotom (100) nach Anspruch 24, ferner umfassend: eine mit der Plattform (101) der Positioniervorrichtung (101) mechanisch starr verbundene Zustellvorrichtung (141), welche dazu konfiguriert ist, entweder den Objekthalter (102) oder die Schneidvorrichtung (106) in einer zu der Linearbewegungsrichtung (LBR) im Wesentlichen senkrecht orientierten Vertikalrichtung (VR) relativ zu der Plattform (107) zu bewegen.
Mikrotom (100) nach Anspruch 24, ferner umfassend: eine mit dem Basiselement (103) der Positioniervorrichtung (101) mechanisch starr verbundene Zustellvorrichtung (141), welche dazu konfiguriert ist, entweder den Objekthalter (102) oder die Schneidvorrichtung (106) in einer zu der Linearbewegungsrichtung (LBR) im Wesentlichen senkrecht orientierten Vertikalrichtung (VR) relativ zu der Plattform (107) zu bewegen.