DE102019119560A1

DE102019119560A1 - Mikrotom

Info

Publication number: DE102019119560A1
Application number: DE102019119560.8A
Authority: DE
Inventors: Josef Biberger; Judith Kimling
Original assignee: Carl Zeiss Microscopy GmbH
Current assignee: Carl Zeiss Microscopy GmbH
Priority date: 2019-07-18
Filing date: 2019-07-18
Publication date: 2021-01-21
Also published as: US11474004B2; US20210018405A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Mikrotom (101a) mit einem Basiselement (3), einem Mittelelement (5), welches durch ein Gelenk (107) beweglich mit dem Basiselement (3) verbunden ist, einem ersten Schneidvorrichtungselement (11), einem zweiten Schneidvorrichtungselement (13), einer ersten Aktuatorvorrichtung (17), welche dazu konfiguriert ist, das erste Schneidvorrichtungselement (11) relativ zu dem Mittelelement (5) in einer Zustellungsrichtung (19) zu bewegen, um hierdurch eine Zustellung des Objekts (15) zu dem Messer einzustellen, einer Messvorrichtung (121), welche dazu konfiguriert ist, eine Position des Mittelelements (5) oder des ersten Schneidvorrichtungselements (11) in der Zustellungsrichtung (19) relativ zu einer Referenz zu messen, und einer Steuerung (125), welche dazu konfiguriert ist, die erste Aktuatorvorrichtung (17) basierend auf der durch die Messvorrichtung (121) gemessenen Position zu steuern. Hierdurch wir die Wirkung des mechanischen Spiels des Gelenks (107) auf das erste Schneidvorrichtungselement (11) kompensiert.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Mikrotome zum Abtrennen einer dünnen Schicht von einem Objekt.
Mikrotome werden in verschiedenen technischen 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.
Ein Problem mit einem herkömmlichen Mikrotom ist, dass aufgrund mechanischen Spiels der Elemente des Mikrotoms, die zum Durchführen eines Schneidvorgangs relativ zueinander bewegt werden, die Genauigkeit des Schneidvorgangs gemindert ist. Beispielsweise ist die Dicke einer abgetrennten Schicht nicht gleichmäßig. Ein weiteres Problem ist die Reproduzierbarkeit der Genauigkeit des Schneidvorgangs, die aufgrund des mechanischen Spiels der Elemente des Mikrotoms von Schneidvorgang zu Schneidvorgang unterschiedlich sein kann.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Mikrotom bereitzustellen, welches eine reproduzierbare und hohe Genauigkeit eines Schneidvorgangs gewährleistet.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch ein Mikrotom, welches umfasst: ein Basiselement; ein Mittelelement, welches durch ein Schwenkgelenk um eine Schwenkachse schwenkbar mit dem Basiselement verbunden ist; ein erstes Schneidvorrichtungselement und ein zweites Schneidvorrichtungselement, welche voneinander verschiedene Elemente einer Schneidvorrichtungselementgruppe sind, wobei die Schneidvorrichtungselementgruppe aus einem Messer zum Abschneiden einer Schicht von einem Objekt und einem Objekthalter zum Halten des Objekts besteht; eine erste Aktuatorvorrichtung, welche mit dem Mittelelement und dem ersten Schneidvorrichtungselement verbunden ist und dazu konfiguriert ist, das erste Schneidvorrichtungselement relativ zu dem Mittelelement in einer Zustellungsrichtung zu bewegen, um hierdurch eine Zustellung des Objekts zu dem Messer einzustellen; eine Messvorrichtung, welche dazu konfiguriert ist, eine Position des Mittelelements in der Zustellungsrichtung relativ zu einer Referenz zu messen; und eine Steuerung, welche dazu konfiguriert ist, die erste Aktuatorvorrichtung basierend auf der durch die Messvorrichtung gemessenen Position zu steuern; wobei das Mikrotom so konfiguriert ist, dass durch eine Schwenkbewegung des Mittelelements relativ zu dem Basiselement um die Schwenkachse ein Schneidvorgang durchgeführt werden kann.
Gemäß dem Mikrotom gemäß dem ersten Aspekt kann ein Schneidvorgang durchgeführt werden, indem das Mittelelement relativ zu dem Basiselement um die Schwenkachse bewegt wird, wodurch das erste Schneidvorrichtungselement, welches über die erste Aktuatorvorrichtung mit dem Mittelelement verbunden ist, relativ zu dem zweiten Schneidvorrichtungselement, welches mit dem Basiselement verbunden sein kann, bewegt wird. Die Auswirkung des mechanischen Spiels des Schwenkgelenks auf die Position und/oder Orientierung des Mittelelements in der Zustellungsrichtung wird durch die Messvorrichtung erfasst, indem die Position in der Zustellungsrichtung und/oder Orientierung des Mittelelements bezüglich der Referenzgemessen wird. Die Referenz wird beispielsweise durch das Basiselement gebildet oder ist in Bezug auf das Basiselement starr angeordnet. Eine starre Verbindung zwischen zwei Elementen oder eine starre Anordnung zweier Elemente zueinander bedeutet, dass zwischen diesen Elementen kein kontrolliert gesteuerter Bewegungsfreiheitsgrad besteht.
Die Auswirkung des mechanischen Spiels auf die Position und/oder Orientierung des ersten Schneidvorrichtungselements in der Zustellungsrichtung wird sodann von der Steuerung und der ersten Aktuatorvorrichtung kompensiert, indem die Steuerung die erste Aktuatorvorrichtung in Abhängigkeit der gemessenen Position und/oder Orientierung des Mittelelements steuert. Die Aktuatorvorrichtung verändert infolge der Steuerung die Position und/oder Orientierung des ersten Schneidvorrichtungselements relativ zu dem zweiten Schneidvorrichtungselement, wodurch das über die erste Aktuatorvorrichtung auf das erste Schneidvorrichtungselement übertragene mechanische Spiel des Schwenkgelenks kompensiert werden kann. Hierdurch kann die Position und/oder Orientierung des ersten Schneidvorrichtungselements relativ zu dem zweiten Schneidvorrichtungselement reproduzierbar und genau eingestellt werden.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch ein Mikrotom, welches umfasst: ein Basiselement, ein Mittelelement und ein Gelenk, wobei das Gelenk eine geführte Bewegung des Mittelelements relativ zu dem Basiselement ermöglicht; ein erstes Schneidvorrichtungselement und ein zweites Schneidvorrichtungselement, welche voneinander verschiedene Elemente einer Schneidvorrichtungselementgruppe sind, wobei die Schneidvorrichtungselementgruppe aus einem Messer zum Abschneiden einer Schicht von einem Objekt und einem Objekthalter zum Halten des Objekts besteht; eine erste Aktuatorvorrichtung, welche dazu konfiguriert ist, das erste Schneidvorrichtungselement relativ zu dem zweiten Schneidvorrichtungselement in einer Zustellungsrichtung zu bewegen, um hierdurch eine Zustellung des Objekts zu dem Messer einzustellen; eine Messvorrichtung, welche dazu konfiguriert ist, eine Position des ersten Schneidvorrichtungselements in der Zustellungsrichtung relativ zu einer durch ein Referenzelement bereitgestellten Referenz zu messen; eine Steuerung, welche dazu konfiguriert ist, die erste Aktuatorvorrichtung basierend auf der durch die Messvorrichtung gemessenen Position zu steuern; eine zweite Aktuatorvorrichtung, welche dazu konfiguriert ist, das Referenzelement in der Zustellungsrichtung relativ zu dem Basiselement zu bewegen; wobei das Mikrotom so konfiguriert ist, dass durch die durch das Gelenk geführte Bewegung des Mittelelements relativ zu dem Basiselement ein Schneidvorgang durchgeführt werden kann.
Mit dem Mikrotom gemäß dem zweiten Aspekt kann ein Schneidvorgang durchgeführt werden, indem eine durch das Gelenk geführte Bewegung des Mittelelements relativ zu dem Basiselement durchgeführt wird, wodurch das erste Schneidvorrichtungselement, welches entweder über die erste Aktuatorvorrichtung mit dem Mittelelement verbunden ist oder starr mit dem Mittelelement verbunden ist, relativ zu dem zweiten Schneidvorrichtungselement, welches mit dem Basiselement verbunden sein kann, bewegt wird. Die Bewegung kann eine durch ein Schwenkgelenk geführte Schwenkbewegung des Mittelelements relativ zu dem Basiselement um eine Schwenkachse oder eine durch eine Translationsvorrichtung geführte Translationsbewegung des Mittelements relativ zu dem Basiselement in einer Translationsbewegungsrichtung sein.
Die erste Aktuatorvorrichtung kann kinematisch zwischen dem ersten Schneidvorrichtungselement und dem Mittelelement angeordnet sein, um das erste Schneidvorrichtungselement relativ zu dem Mittelelement in der Zustellungsrichtung bewegen zu können, wodurch die Zustellung des ersten Schneidvorrichtungselements relativ zu dem zweiten Schneidvorrichtungselement eingestellt werden kann.
Alternativ kann die erste Aktuatorvorrichtung kinematisch zwischen dem Mittelelement und dem Basiselement angeordnet sein, um das Mittelelement relativ zu dem Basiselement in der Zustellungsrichtung bewegen zu können, wodurch die Zustellung des ersten Schneidvorrichtungselements relativ zu dem zweiten Schneidvorrichtungselement eingestellt werden kann. In diesem Fall kann das Gelenk kinematisch zwischen der ersten Aktuatorvorrichtung und dem Basiselement oder zwischen der ersten Aktuatorvorrichtung und dem Mittelelement angeordnet sein.
Das mechanische Spiel des Gelenks wirkt sich auf die Position und Orientierung des ersten Schneidvorrichtungselements aus, welches über die erste Aktuatorvorrichtung oder direkt mit dem Mittelelement verbunden ist. Die Position in der Zustellungsrichtung und/oder Orientierung des ersten Schneidvorrichtungselements relativ zu der Referenz wird durch die Messvorrichtung gemessen. Die Steuerung kann die erste Aktuatorvorrichtung in Abhängigkeit der gemessenen Position und/oder Orientierung so steuern, dass die Position in der Zustellungsrichtung und/oder Orientierung des ersten Schneidvorrichtungselements einer durch die Referenz vordefinierten Position in der Zustellungsrichtung und/oder Orientierung entspricht. Somit kann die Auswirkung des mechanischen Spiels des Gelenks auf die Position und/oder Orientierung des ersten Schneidvorrichtungselements kompensiert werden und die Position und/oder Orientierung des ersten Schneidvorrichtungselements relativ zu dem zweiten Schneidvorrichtungselement reproduzierbar und genau eingestellt werden. Das Referenzelement, und damit die Referenz, kann durch die zweite Aktuatorvorrichtung auf eine gewünschte Position und/oder Orientierung eingestellt werden, wodurch die durch die Referenz vordefinierte Position in der Zustellungsrichtung und/oder Orientierung und damit die gewünscht Zustellung eingestellt werden kann.
Die Bewegungsrichtung der Bewegung des Mittelements relativ zu dem Basiselement, die durch das Gelenk geführt wird und mit der ein Schneidvorgang durchgeführt werden kann, kann quer, insbesondere orthogonal, zu der Zustellungsrichtung orientiert sein.
Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch ein Mikrotom, welches umfasst: ein erstes Schneidvorrichtungselement und ein zweites Schneidvorrichtungselement, welche voneinander verschiedene Elemente einer Schneidvorrichtungselementgruppe sind, wobei die Schneidvorrichtungselementgruppe aus einem Messer zum Abschneiden einer Schicht von einem Objekt und einem Objekthalter zum Halten des Objekts besteht; eine erste Aktuatorvorrichtung, welche einen ersten Aktuator und einen zweiten Aktuator umfasst; wobei der erste Aktuator ein erstes Element, ein zweites Element und einen Antrieb umfasst, wobei der Antrieb des ersten Aktuators dazu konfiguriert ist, das erste Element des ersten Aktuators relativ zu dem zweiten Element des ersten Aktuators entlang einer Zustellungsrichtung zu bewegen; wobei der zweite Aktuator ein erstes Element, ein zweites Element und einen Antrieb umfasst, wobei der Antrieb des zweiten Aktuators dazu konfiguriert ist, das erste Element des zweiten Aktuators relativ zu dem zweiten Element des zweiten Aktuators entlang der Zustellungsrichtung zu bewegen; wobei das zweite Element des ersten Aktuators mit dem ersten Schneidvorrichtungselement starr in Bezug auf die Zustellungsrichtung verbunden ist; wobei das erste Element des ersten Aktuators starr mit dem zweiten Element des zweiten Aktuators verbunden ist; wobei das Mikrotom so konfiguriert ist, dass durch eine Bewegung des ersten Elements des zweiten Aktuators in einer zu der Zustellungsrichtung quer orientierten Schneidrichtung ein Schneidvorgang durchgeführt werden kann.
In dem Mikrotom gemäß dem dritten Aspekt wird die Zustellung unter Verwendung von zwei kinematisch gekoppelten Aktuatoren realisiert, von welchen einer einen kleinen Verstellweg entlang der Zustellungsrichtung mit hoher Geschwindigkeit und Präzision und der andere einen großen Verstellweg entlang der Zustellungsrichtung mit vergleichsweise geringerer Geschwindigkeit und Präzision bereitstellen kann.
Durch die Kombination der zwei verschiedenen Aktuatoren in einer zusammenwirkenden kinematischen Kette stellt die Aktuatorvorrichtung einen großen Verstellweg entlang der Zustellungsrichtung bereit, sodass viele Schichten von dem Objekt abgetrennt werden können und auch der Rücklauf hierdurch eingestellt werden kann. Kleine Bewegungen entlang der Zustellungsrichtung können durch den ersten Aktuator schnell mit hoher Präzision ausgeführt werden, wodurch etwaige beim Schneidvorgang auftretende Relativbewegungen des ersten und zweiten Schneidvorrichtungselements zueinander, bedingt durch beispielsweise mechanischem Spiel der diesem Elemente zueinander bewegenden Teile des Mikrotoms, kompensiert werden können. Herkömmliche einzelne Aktuatoren, die diese Eigenschaften bereitstellen, benötigen einen großen Bauraum. Im Gegensatz dazu kann die Aktuatorvorrichtung des Mikrotoms gemäß dem dritten Aspekt die Eigenschaften mit kleinerem Bauraum und durch kostengünstigere Bauteile bereitstellen.
Ein vierter Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Partikelstrahlsystem, wobei das Partikelstrahlsystem umfasst: ein Mikrotom zur Präparation eines zu analysierenden und/oder zu bearbeitenden Objekts und eine Partikelstrahlvorrichtung zum Analysieren und/oder Bearbeiten des präparierten Objekts.
Das Mikrotom kann eines der hierin beschriebenen Mikrotome sein. Die Partikelstrahlvorrichtung kann eine oder mehrere Elektronenstrahlvorrichtungen und/oder eine oder mehrere Ionenstrahlvorrichtungen umfassen. Die Ionenstrahlvorrichtung kann als Rasterionenmikroskop ausgebildet sein. Beispielsweise umfasst die Partikelstrahlvorrichtung ein Rasterelektronenmikroskop. Gemäß einem weiteren Beispiel umfasst die Partikelstrahlvorrichtung ein Rasterelektronenmikroskop zur Analyse eines Objekts und eine Ionenstrahlvorrichtung zum Bearbeiten des Objekts. Die Partikelstrahlvorrichtung kann einen gemeinsamen Arbeitsbereich haben, in welchem ein Objekt mittels einer Elektronenstrahlvorrichtung und/oder einer Ionenstrahlvorrichtung analysiert und/oder bearbeitet werden kann.
Das Partikelstrahlsystem kann eine Vakuumkammer umfassen, in welcher das Objekt während der Analyse und/oder Bearbeitung durch die Partikelstrahlvorrichtung angeordnet ist. Das Mikrotom kann in der Vakuumkammer oder außerhalb der Vakuumkammer angeordnet sein.
Das Partikelstrahlsystem kann ferner einen Positioniertisch umfassen, welcher einen oder mehrere translatorische und/oder rotatorische Freiheitsgrade bereitstellen kann. Das Mikrotom kann auf dem Positioniertisch angeordnet sein, sodass das Mikrotom mittels des Positioniertisches relativ zu der Vakuumkammer bewegt werden kann.
Ein mittels des Mikrotoms präpariertes Objekt kann durch die von dem Mikrotom selbst bereitgestellten Bewegungsfreiheitsgrade in einen Arbeitsbereich der Partikelstrahlvorrichtung überführt werden. Alternativ kann das präparierte Objekt (zusammen mit dem Mikrotom) durch die von dem Positioniertisch bereitgestellten Bewegungsfreiheitsgrade in den Arbeitsbereich der Partikelstrahlvorrichtung überführt werden.
Beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand von Figuren näher erläutert. Korrespondierende Elemente in verschiedenen Ausführungsformen werden mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Mikrotoms gemäß dem ersten Aspekt von der Seite.
2 zeigt eine schematische Darstellung des in 1 dargestellten Mikrotoms von oben während eines Schneidvorgangs.
3 zeigt eine schematische Darstellung des in 1 dargestellten Mikrotoms von oben vor einem Schneidvorgang.
4 zeigt eine schematische Darstellung eines ersten Mikrotoms gemäß dem zweiten Aspekt von der Seite.
5 zeigt eine schematische Darstellung eines zweiten Mikrotoms gemäß dem zweiten Aspekt von der Seite während eines Schneidvorgangs.
6 zeigt eine schematische Darstellung des in 5 gezeigten zweiten Mikrotoms von der Seite vor einem Schneidvorgang.
7 zeigt eine schematische Darstellung des in den 5 und 6 gezeigten zweiten Mikrotoms im Querschnitt während eines Schneidvorgangs.
8 zeigt eine schematische Darstellung eines dritten Mikrotoms gemäß dem zweiten Aspekt im Querschnitt während eines Schneidvorgangs.
9 zeigt eine schematische Darstellung eines Lichtdetektors, welcher in Mikrotomen gemäß dem zweiten Aspekt eingesetzt werden kann.
10 zeigt eine schematische Darstellung einer ersten Aktuatorvorrichtung, welche in Mikrotomen gemäß dem ersten bis dritten Aspekt eingesetzt werden kann.
11 zeigt eine schematische Darstellung eines Partikelstrahlsystems gemäß dem vierten Aspekt.

Eine Ausführungsform eines Mikrotoms 1 gemäß dem ersten Aspekt wird nachfolgend im Zusammenhang mit den 1 bis 3 erläutert. 1 zeigt das Mikrotom 1 von der Seite in der x-z-Ebene, die 2 und 3 zeigen das Mikrotom 1 von oben, d. h. entlang der negativen z-Richtung, in der x-y-Ebene.
Das Mikrotom 1 umfasst ein erstes Schneidvorrichtungselement 11 und ein zweites Schneidvorrichtungselement 13, welche voneinander verschiedene Elemente einer Schneidvorrichtungselementgruppe sind. Die Schneidvorrichtungselementgruppe besteht aus einem Messer zum Abschneiden einer Schicht von einem Objekt 15 und einem Objekthalter zum Halten des Objekts 15. In dem in den 1 bis 3 gezeigten Beispiel ist das erste Schneidvorrichtungselement 11 der Objekthalter, an welchem das Objekt 15 platziert ist, und das zweite Schneidvorrichtungselement 13 ist das Messer. Alternativ kann das erste Schneidvorrichtungselement 11 das Messer sein, während das zweite Schneidvorrichtungselement 13 der Objekthalter ist. Ein Schneidvorgang bezeichnet den Zeitraum, in welchem das Messer das Objekt 15 durchdringt, um eine Schicht von dem Objekt 15 abzutrennen.
Das Mikrotom 1 umfasst ferner ein Basiselement 3 zum Abstellen des Mikrotoms 1 auf einer Arbeitsoberfläche (nicht gezeigt) oder zum Montieren des Mikrotoms 1 an einem Tisch oder dergleichen. In dem in den 1 bis 3 gezeigten Beispiel ist das zweite Schneidvorrichtungselement 13 an dem Basiselement 3 angeordnet, welches das zweite Schneidvorrichtungselement 13 in seiner Position und Orientierung bezüglich des Basiselements 3 fixiert. Beispielsweise ist das zweite Schneidvorrichtungselement 13 starr mit dem Basiselement 3 verbunden.
Das Mikrotom 1 umfasst ferner ein Mittelelement 5, welches durch ein Schwenkgelenk 7 um eine Schwenkachse 9 schwenkbar mit dem Basiselement 3 verbunden ist. Die 2 und 3 zeigen das Mittelelement 5 in zwei verschiedenen Stellungen bezüglich des Basiselements 3, welche durch Schwenken des Mittelelements 5 relativ zu dem Basiselement 3 um die Schwenkachse 9 erreichbar sind. Zur Bewegung des Mittelelements 5 relativ zu dem Basiselement 3 um die Schwenkachse 9 kann das Mikrotom 1 einen Antrieb (nicht gezeigt) umfassen, welcher die Bewegung ausführen kann. Wie in 1 gezeigt, kann das Mikrotom 1 ist so konfiguriert sein, dass keine anderen Gelenke oder Freiheitsgrade zwischen dem Basiselement 3 und dem Mittelelement 5, abgesehen von mechanischem Spiel, vorgesehen sind.
Das Mikrotom 1 umfasst ferner eine erste Aktuatorvorrichtung 17, welche mit dem Mittelelement 5 und dem ersten Schneidvorrichtungselement 11 verbunden ist und dazu konfiguriert ist, das erste Schneidvorrichtungselement 11 relativ zu dem Mittelelement 5 in einer Zustellungsrichtung 19 zu bewegen, um hierdurch eine Zustellung des Objekts 15 zu dem Messer einzustellen. Wie in 1 gezeigt, kann die erste Aktuatorvorrichtung 17 das Mittelelement 5 und das erste Schneidvorrichtungselement 11 direkt miteinander verbinden, d. h. es sind keine weiteren gesteuerten Bewegungsfreiheitsgrade zwischen dem Mittelelement 5 und der ersten Schneidvorrichtungselement 11 vorhanden.
Wie in den 1 bis 3 beispielhaft gezeigt, umfasst die Aktuatorvorrichtung 17 einen starr mit dem Mittelelement 5 verbundenen ersten Teil 17-1 und einen relativ zu dem ersten Teil 17-1 wenigstens in der Zustellungsrichtung 19 durch einen Antrieb (nicht gezeigt) bewegbaren zweiten Teil 17-2. Die Aktuatorvorrichtung 17 kann jedoch auch aus mehr als zwei Teilen bestehen und weitere Bewegungsfreiheitsgrade bereitstellen. Wie in 1 beispielhaft gezeigt, kann das erste Schneidvorrichtungselement 11 starr mit dem zweiten Teil 17-2 verbunden sein. Wie in 1 beispielhaft gezeigt, können die Schwenkachse 9 und die Zustellungsrichtung 19 zueinander parallel sein.
Das Mikrotom 1 ist so konfiguriert, dass durch eine Schwenkbewegung des Mittelelements 5 relativ zu dem Basiselement 3 um die Schwenkachse 9 ein Schneidvorgang durchgeführt werden kann. 2 zeigt das Mikrotom 1 während eines Schneidvorgangs durch eine Schwenkbewegung entgegen dem Uhrzeigersinn, bei welchem das Messer von dem Objekt 15 eine Schicht abtrennt, indem das Objekt 15 relativ zu dem Messer (d. h. das erste Schneidvorrichtungselement 11 relativ zu dem zweiten Schneidvorrichtungselement 13) bewegt wird. 3 zeigt das Mikrotom 1 vor dem Schneidvorgang.
Das Mikrotom 1 umfasst ferner eine Messvorrichtung 21, welche dazu konfiguriert ist, eine Position des Mittelelements 5 in der Zustellungsrichtung 19 relativ zu einer Referenz zu messen. Wie in 1 beispielhaft gezeigt, kann die Messvorrichtung 21 ein erstes Messvorrichtungselement 27 und ein zweites Messvorrichtungselement 29 umfassen, welche voneinander verschiedene Elemente einer Messvorrichtungselementgruppe sind. Die Messvorrichtungselementgruppe kann beispielsweise einen Lichtstrahlemitter und einen Lichtdetektor umfassen, sodass die Messvorrichtung 21 eine optische Messvorrichtung ist. Alternativ kann die Messvorrichtungselementgruppe beispielweise eine erste Kondensatorplatte und eine zweite Kondensatorplatte umfassen, sodass die Messvorrichtung 21 eine kapazitive Messvorrichtung ist. Wie in 1 beispielhaft gezeigt, kann das erste Messvorrichtungselement 27 starr mit dem Mittelelement 5 verbunden sein und das zweite Messvorrichtungselement 29 kann starr mit dem Basiselement 3 verbunden sein.
Wie in 1 beispielhaft gezeigt, kann das erste Messvorrichtungselement 27 der Lichtstrahlemitter sein, welcher einen durch einen Pfeil schematisch dargestellten Lichtstrahl aussendet, und das zweite Messvorrichtungselement 29 kann der Lichtdetektor sein. Alternativ kann das erste Messvorrichtungselement 27 der Lichtdetektor und das zweite Messvorrichtungselement 29 kann der Lichtstrahlemitter sein. Die Messvorrichtung 21 kann dazu konfiguriert sein, ein Messsignal auszugeben, welches die Position des auf den Lichtdetektor treffenden Lichtstrahls repräsentiert. Demensprechend kann die Position des Mittelelements 5 in der Zustellungsrichtung 19 basierend auf der von dem Lichtdetektor detektierten Position bestimmt werden.
Das Mikrotom 1 umfasst ferner eine Steuerung 25, welche dazu konfiguriert ist, die erste Aktuatorvorrichtung 17 basierend auf der durch die Messvorrichtung 21 gemessenen Position zu steuern. Hierzu kann die Steuerung 25 kommunikationstechnisch mit der Messvorrichtung 21 und der ersten Aktuatorvorrichtung 17 verbunden sein (nicht dargestellt). Beispielsweise ist die Steuerung 25 dazu konfiguriert, die erste Aktuatorvorrichtung 17 basierend auf der gemessenen Position so zu steuern, dass ein Abstand zwischen dem ersten Schneidvorrichtungselement 11 und dem zweiten Schneidvorrichtungselement 13 in der Zustellungsrichtung 19, der von der Position des Mittelelements 5 relativ zu dem Basiselement 3 abhängig ist, einen vorbestimmten Abstand, der von der Steuerung 25 vorbestimmt wird, einnimmt. Es ist zu beachten, dass das mechanische Spiel zwischen dem Mittelelement 5 und dem Basiselement 3 an sich durch die Steuerung 25 nicht minimiert wird. Es wird jedoch die Auswirkung des mechanischen Spiels auf das erste Schneidvorrichtungselement 11 kompensiert, indem die erste Aktuatorvorrichtung 17 basierend auf der gemessenen Position so gesteuert wird, dass die erste Aktuatorvorrichtung 17 das mechanische Spiel des Schwenkgelenks 7 kompensiert.
2 zeigt das Mikrotom 1 von oben, d. h. entlang der negativen z-Richtung, in der x-y-Ebene, während eines Schneidvorgangs. Wie in 2 beispielhaft gezeigt, kann die Messvorrichtung 21 dazu konfiguriert sein, während des Schneidvorgangs die Position des Mittelelements 5 in der Zustellungsrichtung 19 relativ zu der Referenz zu messen. In dem in 2 gezeigten Beispiel emittiert der Lichtstrahlemitter (erstes Messvorrichtungselement 27) den durch den Pfeil dargestellten Lichtstrahl, welcher während des Schneidvorgangs auf den Lichtdetektor (zweites Messvorrichtungselement 29) trifft. Da das zweite Messvorrichtungselement 29 in Form des Lichtdetektors starr mit dem Basiselement 3 verbunden ist, kann das Basiselement 3 als Referenz betrachtet werden. Dementsprechend wird die Referenz durch das Basiselement 3 gebildet. Das zweite Messvorrichtungselement 29 kann ebenfalls als Referenz betrachtet werden. Demensprechend ist die Referenz bezüglich des Basiselements 3 starr angeordnet.
3 zeigt das Mikrotom 1 vor dem Schneidvorgang, d. h. das Mittelelement 5 ist relativ zu dem Basiselement 3 um die Schwenkachse 9 verschwenkt. Daher sind alle mit dem Mittelelement 5 verbundenen Elemente (erste Aktuatorvorrichtung 17, erstes Schneidvorrichtungselement 11, Objekt 15, erstes Messvorrichtungselement 27) ebenfalls verschwenkt.
Eine Ausführungsform eines ersten Mikrotoms 101a gemäß dem zweiten Aspekt wird nachfolgend im Zusammenhang mit 4 erläutert. 4 zeigt das Mikrotom 101a von der Seite in der x-z-Ebene.
Das Mikrotom 101a umfasst ein erstes Schneidvorrichtungselement 11 und ein zweites Schneidvorrichtungselement 13, welche voneinander verschiedene Elemente einer Schneidvorrichtungselementgruppe sind. Die Schneidvorrichtungselementgruppe besteht aus einem Messer zum Abschneiden einer Schicht von einem Objekt 15 und einem Objekthalter zum Halten des Objekts 15. In dem in 4 gezeigten Beispiel ist das erste Schneidvorrichtungselement 11 der Objekthalter, an welchem das Objekt 15 platziert ist, und das zweite Schneidvorrichtungselement 13 ist das Messer. Alternativ kann das erste Schneidvorrichtungselement 11 das Messer sein, während das zweite Schneidvorrichtungselement 13 der Objekthalter ist.
Das Mikrotom 101a umfasst ferner ein Basiselement 3 zum Abstellen des Mikrotoms 1 auf einer Arbeitsoberfläche (nicht gezeigt) oder zum Montieren des Mikrotoms 1 an einem Tisch oder dergleichen. In dem in 4 gezeigten Beispiel ist das zweite Schneidvorrichtungselement 13 an dem Basiselement 3 angeordnet, welches das zweite Schneidvorrichtungselement 13 in seiner Position und Orientierung bezüglich des Basiselements 3 fixiert. Beispielsweise ist das zweite Schneidvorrichtungselement 13 starr mit dem Basiselement 3 verbunden.
Das Mikrotom 101a umfasst ferner ein Mittelelement 5 und ein Gelenk 107, welches eine geführte Bewegung des Mittelelements 5 relativ zu dem Basiselement 3 ermöglicht. Insbesondere ist das Mittelelement 5 durch das Gelenk 107 beweglich mit dem Basiselement 3 verbunden. In dem in 4 gezeigten Beispiel ist das Gelenk 107 ein Schwenkgelenk 107a, welches das Mittelelement 5 um eine Schwenkachse 109 schwenkbar mit dem Basiselement 3 verbindet. Zur Bewegung des Mittelelements 5 relativ zu dem Basiselement 3 um die Schwenkachse 109 kann das Mikrotom 101a einen Antrieb (nicht gezeigt) umfassen, welcher die geführte Bewegung ausführen kann. Wie in 4 gezeigt, kann das Mikrotom 101a so konfiguriert sein, dass keine anderen Gelenke oder Freiheitsgrade zwischen dem Basiselement 3 und dem Mittelelement 5, abgesehen von mechanischem Spiel, vorgesehen sind.
Das Mikrotom 101a umfasst ferner eine erste Aktuatorvorrichtung 17, welche dazu konfiguriert ist, das erste Schneidvorrichtungselement 11 relativ zu dem zweiten Schneidvorrichtungselement 13 in einer Zustellungsrichtung 19 zu bewegen, um hierdurch eine Zustellung des Objekts 15 zu dem Messer einzustellen. In dem in 4 gezeigten Beispiel ist die erste Aktuatorvorrichtung 17 kinematisch zwischen dem Mittelelement 5 und dem ersten Schneidvorrichtungselement 11 angeordnet, wodurch das erste Schneidvorrichtungselement 11 relativ zu dem Mittelelement 5 in der Zustellungsrichtung durch die erste Aktuatorvorrichtung 17 bewegt werden kann. Die erste Aktuatorvorrichtung 17 ist in diesem Beispiel mit dem Mittelelement 5 und dem ersten Schneidvorrichtungselement 11 verbunden. Wie in 4 gezeigt, kann die erste Aktuatorvorrichtung 17 das Mittelelement 5 und das erste Schneidvorrichtungselement 11 direkt miteinander verbinden, d. h. es sind keine weiteren gesteuerten Bewegungsfreiheitsgrade zwischen dem Mittelelement 5 und der ersten Schneidvorrichtungselement 11 vorhanden.
Wie in 4 beispielhaft gezeigt, umfasst ist die Aktuatorvorrichtung 17 einen starr mit dem Mittelelement 5 verbundenen ersten Teil 17-1 und einen relativ zu dem ersten Teil 17-1 wenigstens in der Zustellungsrichtung 19 durch einen Antrieb (nicht gezeigt) bewegbaren zweiten Teil 17-2. Die Aktuatorvorrichtung 17 kann jedoch auch aus mehr als zwei Teilen bestehen und weitere Bewegungsfreiheitsgrade bereitstellen. Wie in 4 beispielhaft gezeigt, kann das erste Schneidvorrichtungselement 11 starr mit dem zweiten Teil 17-2 verbunden sein. Wie in 4 beispielhaft gezeigt, können die Schwenkachse 109 und die Zustellungsrichtung 19 zueinander parallel sein.
Das Mikrotom 101a ist so konfiguriert, dass durch eine Schwenkbewegung des Mittelelements 5 relativ zu dem Basiselement 3 um die Schwenkachse 109 ein Schneidvorgang durchgeführt werden kann, ähnlich den Darstellungen der 2 und 3.
Das Mikrotom 101a umfasst ferner eine Messvorrichtung 121, welche dazu konfiguriert ist, eine Position in der Zustellungsrichtung 19 und/oder Orientierung des ersten Schneidvorrichtungselements 11 (oder eines mit dem ersten Schneidvorrichtungselement 11 starr verbundenen Elements) relativ zu einer Referenz zu messen, welche durch ein Referenzelement 23 bereitgestellt wird. Die Messvorrichtung 121 kann ähnlich der Messvorrichtung 21 aufgebaut sein. Beispielsweise umfasst die Messvorrichtung 121 das erste Messvorrichtungselement 27 und das zweite Messvorrichtungselement 29. Wie in 4 beispielhaft gezeigt, kann das erste Messvorrichtungselement 27 starr in Bezug auf das erste Schneidvorrichtungselement 11 angeordnet sein. Beispielsweise kann das erste Messvorrichtungselement 27 starr mit dem ersten Schneidvorrichtungselement 11 oder mit einem mit dem ersten Schneidvorrichtungselement 11 starr verbundenen Element, beispielsweise dem zweiten Teil 17-2 der ersten Aktuatorvorrichtung 17, verbunden sein. Das Referenzelement 23 kann durch das zweite Messvorrichtungselement 29 bereitgestellt sein. Demensprechend kann die Position in der Zustellungsrichtung 19 und/oder Orientierung des ersten Schneidvorrichtungselements 11 relativ zu dem zweiten Schneidvorrichtungselement 13 basierend auf der von der Messvorrichtung detektierten Position und/oder Orientierung bestimmt werden.
Das Mikrotom 101a umfasst ferner eine zweite Aktuatorvorrichtung 103, welche dazu konfiguriert ist, die Referenz bzw. das Referenzelement 23 in der Zustellungsrichtung 19 relativ zu dem Basiselement 3 zu bewegen. Hierdurch kann die Zustellung des Objekts 15 zu dem Messer variabel vorgegeben werden.
Das Mikrotom 101a umfasst ferner eine Steuerung 125, welche dazu konfiguriert ist, die erste Aktuatorvorrichtung 17 basierend auf der durch die Messvorrichtung 121 gemessenen Position und/oder Orientierung zu steuern. Hierzu kann die Steuerung 125 kommunikationstechnisch mit der Messvorrichtung 121 und der ersten Aktuatorvorrichtung 17 verbunden sein (nicht dargestellt). Beispielsweise ist die Steuerung 125 dazu konfiguriert, die erste Aktuatorvorrichtung 17 basierend auf der gemessenen Position und/oder Orientierung so zu steuern, dass die Position des ersten Schneidvorrichtungselements 11 in der Zustellungsrichtung 19 eine durch die Referenz vordefinierte Position in der Zustellungsrichtung 19 annimmt und/oder die durch die Referenz vordefinierte Orientierung einnimmt. Es ist zu beachten, dass das mechanische Spiel zwischen dem Mittelelement 5 und dem Basiselement 3 an sich durch die Steuerung 125 nicht minimiert wird. Es wird jedoch die Auswirkung des mechanischen Spiels auf das erste Schneidvorrichtungselement 11 kompensiert, indem die erste Aktuatorvorrichtung 17 basierend auf der gemessenen Position und/oder Orientierung so gesteuert wird, dass das erste Schneidvorrichtungselement 11 die durch die Referenz vordefinierte Position in der Zustellungsrichtung 19 und/oder die durch die Referenz vordefinierte Orientierung einnimmt.
Eine Ausführungsform eines zweiten Mikrotoms 101b gemäß dem zweiten Aspekt wird nachfolgend im Zusammenhang mit den 5 bis 7 erläutert. 5 zeigt das Mikrotom 101b von der Seite in der x-z-Ebene während eines Schneidvorgangs. 6 zeigt das Mikrotom 101b von der Seite in der x-z-Ebene vor einem Schneidvorgang. 7 zeigt das Mikrotom 101b im Querschnitt in der x-y-Ebene in dem in 5 gezeigten Zustand.
Das Mikrotom 101b entspricht dem Mikrotom 101a mit dem Unterschied, dass das Gelenk 107 eine Translationsbewegungsvorrichtung 107b ist, welche eine geführte Translationsbewegung des Mittelelements 5 relativ zu dem Basiselement 3 in einer Translationsbewegungsrichtung 111 ermöglicht. Insbesondere ist das Mittelelement 5 in der Translationsbewegungsrichtung 111 translatierbar mit dem Basiselement 3 verbunden. Beispielsweise ist die Translationsbewegungsvorrichtung 107b ein Kugel- oder ein Rollenlager. Das Mikrotom 101b kann so konfiguriert sein, dass keine anderen Gelenke oder Freiheitsgrade zwischen dem Basiselement 3 und dem Mittelelement 5, abgesehen von mechanischem Spiel, vorgesehen sind. Das Mikrotom 101b ist so konfiguriert, dass durch eine Translationsbewegung des Mittelelements 5 relativ zu dem Basiselement 3 in der Translationsbewegungsrichtung 111 (in den 5 und 6 von links nach rechts) ein Schneidvorgang durchgeführt werden kann. Wie in den 5 bis 7 beispielhaft gezeigt, kann die Zustellungsrichtung 19 orthogonal zu der Translationsbewegungsrichtung 111 orientiert sein. Das Messer ist in den 5 und 6 nicht dargestellt, da es durch die zweite Aktuatorvorrichtung 103 und das Referenzelement 23 verdeckt wird. Das Messer ist jedoch in 7 dargestellt.
In dem in den 5 bis 7 gezeigten Beispiel ist die erste Aktuatorvorrichtung 17 kinematisch zwischen dem Mittelelement 5 und dem ersten Schneidvorrichtungselement 11 angeordnet, wodurch das erste Schneidvorrichtungselement 11 relativ zu dem Mittelelement 5 in der Zustellungsrichtung durch die erste Aktuatorvorrichtung 17 bewegt werden kann.
Die erste Aktuatorvorrichtung 17 kann weitere Freiheitsgrade bereitstellen, insbesondere zur Einstellung der Orientierung des ersten Schneidvorrichtungselements 11 relativ zu dem zweiten Schneidvorrichtungselement 13. Hierzu kann die Messvorrichtung 121 dazu konfiguriert sein, eine oder mehr Koordinaten der Orientierung des ersten Schneidvorrichtungselements 11 zu erfassen. Diese erfassten Koordinaten der Orientierung können von der Steuerung 125 ausgewertet werden. Basierend darauf kann die Steuerung die erste Aktuatorvorrichtung 17 so steuern, dass die Orientierung des ersten Schneidvorrichtungselements 11 relativ zu dem zweiten Schneidvorrichtungselement 13 hinsichtlich der Freiheitsgrade der erfassten Koordinaten der Orientierung auf einen gewünschten Wert eingestellt wird.
Eine Ausführungsform eines dritten Mikrotoms 101c gemäß dem zweiten Aspekt wird nachfolgend im Zusammenhang mit 8 erläutert. 8 zeigt das Mikrotom 101c im Querschnitt in der x-y-Ebene.
Das Mikrotom 101c entspricht im Wesentlichen dem Mikrotom 101b, dargestellt in den 5 bis 7. Im Unterschied zu dem Mikrotom 101b ist in dem Mikrotom 101c das erste Schneidvorrichtungselement 11 direkt (und nicht über die erste Aktuatorvorrichtung 17 oder andere steuerbare Bewegungsfreiheitsgrade) mit dem Mittelelement 5 verbunden. Des Weiteren ist die erste Aktuatorvorrichtung 17 kinematisch zwischen dem Mittelelement 5 und dem Basiselement 3 angeordnet und ist dementsprechend dazu konfiguriert, das Mittelelement 5 relativ zu dem Basiselement 3 in der Zustellungsrichtung zu bewegen, wodurch die Zustellung des Messers zu dem Objekt 15 eingestellt werden kann.
Des Weiteren ist das Gelenk 107 (d. h. die Translationsbewegungsvorrichtung 107b) kinematisch zwischen der ersten Aktuatorvorrichtung 17 und dem Mittelelement 5 angeordnet. Dementsprechend ermöglicht das Gelenk 107 eine geführte Bewegung zwischen der ersten Aktuatorvorrichtung 17 und dem Mittelelement 5, wodurch auch eine geführte Bewegung zwischen dem Mittelelement 5 und dem Basiselement 3 bereitgestellt wird.
Alternativ kann das Gelenk 107 (d. h. die Translationsbewegungsvorrichtung 107b) kinematisch zwischen der ersten Aktuatorvorrichtung 17 und dem Basiselement 3 angeordnet sein (nicht gezeigt). Dementsprechend ermöglicht das Gelenk 107 eine geführte Bewegung zwischen der ersten Aktuatorvorrichtung 17 und dem Basiselement 3, wodurch auch eine geführte Bewegung zwischen dem Mittelelement 5 und dem Basiselement 3 bereitgestellt wird.
Wie in dem in 8 dargestellten Beispiel gezeigt, ist das erste Messvorrichtungselement 27 im Gegensatz zu den in den 4 bis 7 gezeigten Beispielen an einem Element angeordnet, welches mit dem ersten Schneidvorrichtungselement 11 starr verbunden ist, nämlich an dem Mittelelement 5. Das Referenzelement 23 ist, wie auch in den in den 4 bis 7 gezeigten Beispielen, über die zweite Aktuatorvorrichtung 103 mit dem Basiselement 3 starr verbunden.
Eine bevorzugte Ausführungsform eines Mikrotoms gemäß dem zweiten Aspekt wird nachfolgend mit Bezug zu 9 erläutert. 9 zeigt einen Lichtdetektor 51 einer Messvorrichtung 121 eines Mikrotoms gemäß dem zweiten Aspekt. In dem in 4 gezeigten Mikrotom 101a liegt die in 9 dargestellte Bildebene in der y-z-Ebene. In den in den 7 und 8 gezeigten Mikrotomen 101b und 101c liegt die in 9 dargestellte Bildebene in der x-z-Ebene.
Der Lichtdetektor 51 umfasst mehrere voneinander getrennt auswertbare Detektionsflächensegmente 53 und 55, welche durch eine gemeinsame Grenze 57 voneinander auswertungstechnisch getrennt sind. Die Grenze 57 hat beispielsweise die Form einer geraden oder einer gekrümmten Linie. Der Lichtdetektor 51 kann beispielsweise durch eine Zweisegmentdiode mit entsprechender Geometrie oder einen Bilddetektor mit entsprechender Auswertung nach Segmenten gebildet sein.
Die Referenz kann durch die Grenze 57 gebildet sein. Hierbei ist die Steuerung 125 dazu konfiguriert ist, die erste Aktuatorvorrichtung 17 so zu steuern, dass der von einem Lichtstrahlemitter der Messvorrichtung 121 emittierte Lichtstrahl während eines Schneidvorgangs auf die Grenze 57 trifft. Hierdurch wird der Abstand zwischen dem ersten Schneidvorrichtungselement 11 und dem zweiten Schneidvorrichtungselement 13 entsprechend der Form der Grenze 57 gesteuert. Durch die Festlegung der Grenze 57 kann somit die Gestalt einer von dem Objekt 15 abgetrennten Schicht eingestellt werden.
Ein Mikrotom 101d gemäß dem dritten Aspekt sowie eine bevorzugte Ausführungsform eines Mikrotoms gemäß dem ersten und zweiten Aspekt werden mit Bezug zu 10 erläutert.
Das Mikrotom 101d umfasst ein erstes Schneidvorrichtungselement 11 und ein zweites Schneidvorrichtungselement 13, welche voneinander verschiedene Elemente einer Schneidvorrichtungselementgruppe sind, wobei die Schneidvorrichtungselementgruppe aus einem Messer zum Abschneiden einer Schicht von einem Objekt 15 und einem Objekthalter zum Halten des Objekts 15 besteht. In dem in 10 gezeigten Beispiel ist das erste Schneidvorrichtungselement 11 der Objekthalter, auf welchem das Objekt 15 angeordnet ist, und das zweite Schneidvorrichtungselement 13 ist das Messer.
Das Mikrotom 101d umfasst ferner eine Aktuatorvorrichtung 17, die der ersten Aktuatorvorrichtung in den Mikrotomen gemäß dem ersten und zweiten Aspekt entspricht. Die Aktuatorvorrichtung 17 umfasst einen ersten Aktuator 61 und einen zweiten Aktuator 63, welche miteinander kinematisch gekoppelt sind.
Der erste Aktuator 61 umfasst ein erstes Element 61-1, ein zweites Element 61-2 und einen nicht dargestellten Antrieb. Der Antrieb des ersten Aktuators 61 ist dazu konfiguriert, das erste Element 61-1 des ersten Aktuators 61 relativ zu dem zweiten Element 61-2 des ersten Aktuators 61 entlang der Zustellungsrichtung 19 zu bewegen.
Der zweite Aktuator 63 umfasst ein erstes Element 63-1, ein zweites Element 63-2 und einen nicht dargestellten Antrieb. Der Antrieb des zweiten Aktuators 63 ist dazu konfiguriert, das erste Element 63-1 des zweiten Aktuators 63 relativ zu dem zweiten Element 63-2 des zweiten Aktuators 63 entlang der Zustellungsrichtung 19 zu bewegen.
Das zweite Element 61-2 des ersten Aktuators 61 ist mit dem ersten Schneidvorrichtungselement 11 (oder einem mit dem ersten Schneidvorrichtungselement 11 starr verbundenen Element) wenigstens in Bezug auf die Zustellungsrichtung 19 starr verbunden ist. Das erste Element 61-1 des ersten Aktuators 61 ist starr mit dem zweiten Element 63-2 des zweiten Aktuators 63 verbunden. Das erste Element 63-1 des ersten Aktuators 61 ist wenigstens in Bezug auf die Zustellungsrichtung 19 starr mit dem Basiselement 3 oder dem Mittelelement 5 verbunden.
Das Mikrotom 101d ist so konfiguriert, dass durch eine Bewegung des ersten Elements 63-1 des zweiten Aktuators 63 in einer zu der Zustellungsrichtung 19 quer orientierten Schneidrichtung ein Schneidvorgang durchgeführt werden kann.
Der erste Aktuator 61 kann eine schnelle, hochpräzise Bewegung innerhalb eines kleineren Verstellwegs entlang der Zustellungsrichtung 19 bereitstellen und der zweite Aktuator 63 kann eine im Vergleich zu dem ersten Aktuator 61 langsamere Bewegung mit geringerer Präzision und größerem Verstellweg entlang der Zustellungsrichtung 19 bereitstellen.
Durch die Kombination der zwei verschiedenen Aktuatoren 61 und 63 in einer zusammenwirkenden kinematische Kette stellt die Aktuatorvorrichtung 17 einen hohen Verstellweg entlang der Zustellungsrichtung 19 bereit. Kleine Bewegungen entlang der Zustellungsrichtung 19 können durch den ersten Aktuator 61 schnell mit hoher Präzision ausgeführt werden. Größere Bewegungen entlang der Zustellungsrichtung 19 können durch den zweiten Aktuator 63 langsamer mit geringerer Präzision ausgeführt werden. Im Vergleich zu einem einzigen Aktuator, der diese Eigenschaften bereitstellt, kann die Aktuatorvorrichtung 17 mit kleinerem Bauraum und durch kostengünstigere Bauteile realisiert werden.
11 zeigt eine schematische Darstellung eines Partikelstrahlsystems 200 gemäß dem vierten Aspekt. Das Partikelstrahlsystem 200 umfasst ein Mikrotom 201, welches in dem in 11 gezeigten Beispiel das Mikrotom 101b der 6 ist. Das Mikrotom 201 kann jedoch jedes der in dieser _Anmeldung beschriebenen Mikrotome sein. Zur Vereinfachung der Beschreibung wird angenommen, dass das erste Schneidvorrichtungselement 11 ein Objekthalter ist, auf welchem ein in 11 nicht gezeigtes Objekt angeordnet ist, welches mittels des Mikrotoms 201 präpariert wird.
Das Partikelstrahlsystem 200 umfasst ferner eine Partikelstrahlvorrichtung 202, welche in dem in 11 gezeigten Beispiel eine Elektronenstrahlvorrichtung 204 und eine Ionenstrahlvorrichtung 206 umfasst. Die Elektronenstrahlvorrichtung 204 erzeugt einen Elektronenstrahl 208, welcher beispielsweise zum Analysieren eines präparierten Objekts verwendet werden kann. Die Ionenstrahlvorrichtung 206 erzeugt einen Ionenstrahl 210, welcher beispielsweise zur Bearbeitung des Objekts verwendet werden kann. Die Elektronenstrahlvorrichtung 204 und die Ionenstrahlvorrichtung 206 können einen gemeinsamen Arbeitsbereich haben, welcher in 1 dem Bereich um den Schnittpunkt der gestrichelten Linien entspricht.
Das Partikelstrahlsystem 200 umfasst ferner eine Vakuumkammer 212, in welcher das Objekt während der Analyse und/oder Bearbeitung durch die Partikelstrahlvorrichtung 202 und während der Präparation mittels des Mikrotoms 201 angeordnet ist.
Ein mittels des Mikrotoms 201 präpariertes Objekt kann durch die von dem Mikrotom 201 selbst bereitgestellten Bewegungsfreiheitsgrade in einen Arbeitsbereich der Partikelstrahlvorrichtung 202 überführt werden. Beispielweise können das Schwenkgelenk 7 des Mikrotoms 1, das Schwenkgelenk 107a des Mikrotoms 101a oder die Translationsbewegungsvorrichtung 107b des Mikrotoms 101b dazu verwendet werden, das präparierte Objekt in den Arbeitsbereich der Partikelstrahlvorrichtung 202 zu bewegen. Alternativ kann das präparierte Objekt zusammen mit dem Mikrotom 201 durch einen Positioniertisch 214 in den Arbeitsbereich der Partikelstrahlvorrichtung 202 bewegt werden.

Claims

Mikrotom (1), umfassend: ein Basiselement (3); ein Mittelelement (5), welches durch ein Schwenkgelenk (7) um eine Schwenkachse (9) schwenkbar mit dem Basiselement (3) verbunden ist; ein erstes Schneidvorrichtungselement (11) und ein zweites Schneidvorrichtungselement (13), welche voneinander verschiedene Elemente einer Schneidvorrichtungselementgruppe sind, wobei die Schneidvorrichtungselementgruppe aus einem Messer zum Abschneiden einer Schicht von einem Objekt (15) und einem Objekthalter zum Halten des Objekts (15) besteht; eine erste Aktuatorvorrichtung (17), welche mit dem Mittelelement (5) und dem ersten Schneidvorrichtungselement (11) verbunden ist und dazu konfiguriert ist, das erste Schneidvorrichtungselement (11) relativ zu dem Mittelelement (5) in einer Zustellungsrichtung (19) zu bewegen, um hierdurch eine Zustellung des Objekts (15) zu dem Messer einzustellen; eine Messvorrichtung (21), welche dazu konfiguriert ist, eine Position des Mittelelements (5) in der Zustellungsrichtung (19) relativ zu einer Referenz zu messen; und eine Steuerung (25), welche dazu konfiguriert ist, die erste Aktuatorvorrichtung (17) basierend auf der durch die Messvorrichtung (21) gemessenen Position zu steuern; wobei das Mikrotom (1) so konfiguriert ist, dass durch eine Schwenkbewegung des Mittelelements (5) relativ zu dem Basiselement (3) um die Schwenkachse (9) ein Schneidvorgang durchgeführt werden kann.
Mikrotom (1) nach Anspruch 1, wobei die Steuerung (25) dazu konfiguriert ist, die erste Aktuatorvorrichtung (17) basierend auf der gemessenen Position so zu steuern, dass ein Abstand zwischen dem ersten Schneidvorrichtungselement (11) und dem zweiten Schneidvorrichtungselement (13) in der Zustellungsrichtung (19) einen vorbestimmten Abstand einnimmt.
Mikrotom (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Referenz bezüglich des Basiselements (3) starr angeordnet ist oder durch das das Basiselement (3) gebildet ist; und/oder wobei die Zustellungsrichtung (19) parallel zu der Schwenkachse (9) orientiert ist.
Mikrotom (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Messvorrichtung (21) ein erstes Messvorrichtungselement (27) und ein zweites Messvorrichtungselement (29) umfasst, welche voneinander verschiedene Elemente einer Messvorrichtungselementgruppe sind, wobei die Messvorrichtungselementgruppe einen Lichtstrahlemitter und einen Lichtdetektor oder eine erste Kondensatorplatte und eine zweite Kondensatorplatte umfasst; wobei das erste Messvorrichtungselement (27) an dem Mittelement (5) angeordnet ist und das zweite Messvorrichtungselement (29) an dem Basiselement (3) angeordnet ist.
Mikrotom (101a; 101b; 101c), umfassend: ein Basiselement (3), ein Mittelelement (5) und ein Gelenk (107), wobei das Gelenk (107) eine geführte Bewegung des Mittelelements (5) relativ zu dem Basiselement (3) ermöglicht; ein erstes Schneidvorrichtungselement (11) und ein zweites Schneidvorrichtungselement (13), welche voneinander verschiedene Elemente einer Schneidvorrichtungselementgruppe sind, wobei die Schneidvorrichtungselementgruppe aus einem Messer zum Abschneiden einer Schicht von einem Objekt (15) und einem Objekthalter zum Halten des Objekts (15) besteht; eine erste Aktuatorvorrichtung (17), welche dazu konfiguriert ist, das erste Schneidvorrichtungselement (11) relativ zu dem zweiten Schneidvorrichtungselement (13) in einer Zustellungsrichtung (19) zu bewegen, um hierdurch eine Zustellung des Objekts (15) zu dem Messer einzustellen; eine Messvorrichtung (121), welche dazu konfiguriert ist, eine Position des ersten Schneidvorrichtungselements (11) oder eines mit dem ersten Schneidvorrichtungselement (11) starr verbundenen Elements in der Zustellungsrichtung (19) relativ zu einer durch ein Referenzelement (23) bereitgestellten Referenz zu messen; eine Steuerung (125), welche dazu konfiguriert ist, die erste Aktuatorvorrichtung (17) basierend auf der durch die Messvorrichtung (121) gemessenen Position zu steuern; eine zweite Aktuatorvorrichtung (103), welche dazu konfiguriert ist, das Referenzelement (23) in der Zustellungsrichtung (19) relativ zu dem Basiselement (3) zu bewegen; wobei das Mikrotom (101a; 101b) so konfiguriert ist, dass durch die durch das Gelenk (107) geführte Bewegung des Mittelelements (5) relativ zu dem Basiselement (3) ein Schneidvorgang durchgeführt werden kann.
Mikrotom (101a; 101b; 101c) nach Anspruch 5, wobei die Steuerung (125) dazu konfiguriert ist, die erste Aktuatorvorrichtung (17) basierend auf der gemessenen Position so zu steuern, dass die Position des ersten Schneidvorrichtungselements (11) in der Zustellungsrichtung (19) eine durch die Referenz vordefinierte Position in der Zustellungsrichtung (19) annimmt.
Mikrotom (101a; 101b) nach Anspruch 5 oder 6, wobei zwischen dem Basiselement (3) und dem Mittelelement (5), abgesehen von dem Gelenk (107), keine weiteren geführten Bewegungsfreiheitsgrade bestehen; und/oder wobei das Basiselement (3) und das Mittelelement (5) durch das Gelenk (107) direkt miteinander verbunden sind.
Mikrotom (101a; 101b) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei die erste Aktuatorvorrichtung (17) dazu konfiguriert ist, das erste Schneidvorrichtungselement (11) relativ zu dem Mittelelement (5) in der Zustellungsrichtung (19) zu bewegen, um hierdurch eine Zustellung des Objekts (15) zu dem Messer einzustellen.
Mikrotom (101a) nach einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei das Gelenk (107) ein Schwenkgelenk (107a) ist, welches das Mittelelement (5) um eine Schwenkachse (109) schwenkbar mit dem Basiselement (3) verbindet, und wobei das Mikrotom (101a) so konfiguriert ist, dass durch eine Schwenkbewegung des Mittelelements (5) relativ zu dem Basiselement (3) um die Schwenkachse (109) ein Schneidvorgang durchgeführt werden kann.
Mikrotom (101a) nach Anspruch 9, wobei die Zustellungsrichtung (19) parallel zu der Schwenkachse (9) orientiert ist.
Mikrotom (101b) nach einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei das Gelenk (107) eine Translationsbewegungsvorrichtung (107b) ist, welche das Mittelelement (5) in einer Translationsbewegungsrichtung (111) translatierbar mit dem Basiselement (3) verbindet, und wobei das Mikrotom (101b) so konfiguriert ist, dass durch eine Translationsbewegung des Mittelelements (5) relativ zu dem Basiselement (3) in der Translationsbewegungsrichtung (111) ein Schneidvorgang durchgeführt werden kann.
Mikrotom (101b) nach Anspruch 11, wobei die Zustellungsrichtung (19) orthogonal zu der Translationsbewegungsrichtung (111) orientiert ist.
Mikrotom (101c) nach einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei das Gelenk (107) kinematisch zwischen der ersten Aktuatorvorrichtung (17) und dem Basiselement (3) oder zwischen der ersten Aktuatorvorrichtung (17) und dem Mittelelement (5) angeordnet ist.
Mikrotom (101c) nach Anspruch 13, wobei die erste Aktuatorvorrichtung (17) dazu konfiguriert ist, das Mittelelement (5) relativ zu dem Basiselement (3) in der Zustellungsrichtung (19) zu bewegen, um hierdurch eine Zustellung des Objekts (15) zu dem Messer einzustellen;
Mikrotom (101a; 101b; 101c) nach einem der Ansprüche 5 bis 14, wobei die Messvorrichtung (121) ein erstes Messvorrichtungselement (27) und ein zweites Messvorrichtungselement (29) umfasst, welche voneinander verschiedene Elemente einer Messvorrichtungselementgruppe sind, wobei die Messvorrichtungselementgruppe einen Lichtstrahlemitter und einen Lichtdetektor oder eine erste Kondensatorplatte und eine zweite Kondensatorplatte umfasst; wobei das erste Messvorrichtungselement (27) bezüglich des ersten Schneidvorrichtungselements (11) starr angeordnet ist und das zweite Messvorrichtungselement (29) das Referenzelement (23) umfasst.
Mikrotom (101a; 101b; 101c) nach Anspruch 15, wobei der Lichtdetektor (51) voneinander getrennt auswertbare Detektionsflächensegmente (53, 55) umfasst, wobei eine zwischen zwei aneinander grenzenden Detektionsflächensegmenten (53, 55) gebildete Grenze (57) eine gekrümmte Linie oder eine gerade Linie ist.
Mikrotom (101a; 101b; 101c) nach Anspruch 16, wobei die Referenz durch die Grenze (57) gebildet ist.
Mikrotom (1; 101a; 101b; 101c; 101d) nach einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei die erste Aktuatorvorrichtung (17) einen ersten Aktuator (61) und einen an den ersten Aktuator (61) gekoppelten zweiten Aktuator (63) umfasst, wobei der erste Aktuator (61) eine schnelle, hochpräzise Bewegung bereitstellt und wobei der zweite Aktuator (63) eine im Vergleich zu dem ersten Aktuator (61) langsamere Bewegung mit geringerer Präzision bereitstellt.
Mikrotom (1; 101a; 101b; 101c) nach einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei die Messvorrichtung (21) dazu konfiguriert ist, die Position unmittelbar vor und/oder während des Schneidvorgangs zu messen.
Mikrotom (1; 101a; 101b; 101c; 101d), umfassend: ein erstes Schneidvorrichtungselement (11) und ein zweites Schneidvorrichtungselement (13), welche voneinander verschiedene Elemente einer Schneidvorrichtungselementgruppe sind, wobei die Schneidvorrichtungselementgruppe aus einem Messer zum Abschneiden einer Schicht von einem Objekt (15) und einem Objekthalter zum Halten des Objekts (15) besteht; eine erste Aktuatorvorrichtung (17), welche einen ersten Aktuator (61) und einen zweiten Aktuator (63) umfasst; wobei der ersten Aktuator (61) ein erstes Element (61-1), ein zweites Element (61-2) und einen Antrieb umfasst, wobei der Antrieb des ersten Aktuators (61) dazu konfiguriert ist, das erste Element (61-1) des ersten Aktuators (61) relativ zu dem zweiten Element (61-2) des ersten Aktuators (61) entlang einer Zustellungsrichtung (19) zu bewegen; wobei der zweite Aktuator (63) ein erstes Element (63-1), ein zweites Element (63-2) und einen Antrieb umfasst, wobei der Antrieb des zweiten Aktuators (63) dazu konfiguriert ist, das erste Element (63-1) des zweiten Aktuators (63) relativ zu dem zweiten Element (63-2) des zweiten Aktuators (63) entlang der Zustellungsrichtung (19) zu bewegen; wobei das zweite Element (61-2) des ersten Aktuators (61) mit dem ersten Schneidvorrichtungselement (11) starr in Bezug auf die Zustellungsrichtung (19) verbunden ist; wobei das erste Element (61-1) des ersten Aktuators (61) starr mit dem zweiten Element (63-2) des zweiten Aktuators (63) verbunden ist; wobei das Mikrotom (1; 101a; 101b; 101c) so konfiguriert ist, dass durch eine Bewegung des ersten Elements (63-1) des zweiten Aktuators (63) in einer zu der Zustellungsrichtung (19) quer orientierten Schneidrichtung ein Schneidvorgang durchgeführt werden kann.
Mikrotom (1; 101a; 101b; 101c; 101d) nach Anspruch 20, wobei der erste Aktuator (61) eine schnelle, hochpräzise Bewegung in der Zustellungsrichtung (19) bereitstellt, und wobei der zweite Aktuator (63) eine im Vergleich zu dem ersten Aktuator (61) langsamere Bewegung mit geringerer Präzision in der Zustellungsrichtung (19) berei tstell t.
Mikrotom (101a; 101b; 101c; 101d) nach Anspruch 20 oder 21, ferner umfassend: eine Messvorrichtung (121), welche dazu konfiguriert ist, eine Position des ersten Schneidvorrichtungselements (11) oder eines mit dem ersten Schneidvorrichtungselement (11) starr verbundenen Elements (61-2) in der Zustellungsrichtung (19) relativ zu einer Referenz zu messen; und eine Steuerung (125), welche dazu konfiguriert ist, die erste Aktuatorvorrichtung (17) basierend auf der durch die Messvorrichtung (121) gemessenen Position zu steuern.