DE2637533C2

DE2637533C2 - Positioniersystem für den Objektträger eines Mikroskopes

Info

Publication number: DE2637533C2
Application number: DE2637533A
Authority: DE
Inventors: Earl E. Minneapolis Minn. Masterson
Original assignee: Honeywell Inc
Current assignee: Honeywell Inc
Priority date: 1975-08-25
Filing date: 1976-08-20
Publication date: 1985-10-31
Also published as: GB1553899A; JPS6141216U; US4012112A; JPS5228343A; DE2637533A1

Description

Gemäß F i g. 1 weist eine Tragplatte 40 Ausnehmungen· H auf, in welche ein die Probe tragender Objektträger eingesetzt werden kann. Die Tragplatte 40 weist einen Aufsatz 42 auf, an dem sich mittelbar eine sich in x-Richtung erstreckende Schraubspindel 43 abstützt Zwei Schraubspindeln 44 und 45 sind zueinander parallel angeordnet und erstrecken sich in y-Richtung gegen eine weitere Stützfläche der Tragplatte 40. Die sich in x- und ^-Richtung erstreckenden Schraubspindeln arbeiten mit einem Paar von Rückholfedern 46 und 47 zusammen, um die Tragplatte 40 in der jr-y-Ebene zu positionieren, was im Zusammenhang mit Fig.2 später noch näher erläutert wird. Die Tragplatte 40 stützt sich auf einer verschiebbaren Keilplatte 48 ab, wobei mittels Stützflächen 49 an der Keilplatte 48 und Abstandsschrauben 50 in der Tragplatte 40 eine freie Verschiebung zwischen beiden Platten 40 und 48 möglich ist. Die Abstands ichrauben 50 bilden, wie aus F i g. 3b ersichtlich, eine Dreipunktabstützung der Tragplatte 40 auf den Stützflächen 49 der Keilplatte 48.

Eine Schraubspindel 51 arbeitet gegen eine Rückholfeder 52 und treibt die Keilplatte 48 an. Dieses Antriebssystem wird später anhand von F i g. 3 näher beschrieben. Ein Paar von Führungsrollen 53 und 54 dient der Ausrichtung der Keilplatte 48. In eine Grundplatte 58 sind Abstandsschrauben 55, 56 und 57 einschraubbar, wodurch eine Dreipunktabstützung für die Keilplatte 48 gebildet wird. Über die Abstandsschrauben 55,56 und 57 kann die Oberfläche der Keilplatte 48 so eingestellt werden, daß die.sich darauf abstützende Tragplatte 40 jederzeit parallel zur x-y-Ebene liegt

Gemäß F i g. 2 werden die in der x-Achse liegenden Schraubspindeln 44 und 45 von einem Motor 59 angetrieben, dem eine genau arbeitende Codiereinrichtung 60 zugeordnet ist Um sicherzustellen, daß beide Schraubspindeln 44 und 45 synchron rotieren, sind die beiden Schraubspindeln über Zahnräder 61 und 62 und einen Zahnriemen 63 verbunden. In gleicher Weise ist der Schraubspindel 43 für die x-Achse ein Motor 64 mit einer nicht dargestellten Codiereinrichtung zugeordnet

Die genaue Bewegung der Tragplatte in y- Richtung wird durch eine gesteuerte Rotation des Motors 59 erzielt, wodurch die Schraubspindeln 44 und 45 synchron rotieren und auf die Schraubspindeln aufgesetzte Bolzenmuttern 65 und 66 eine Bewegung in /-Richtung ausführen. Die Tragplatte 40 wird durch die Federn 46 und 47 an den Bolzenmuttern 65 und 66 anliegend gehalten, so daß die Seitenfläche 67 der Tragplatte 40 parallel zur Α-Achse gehalten wird. Wenn die Tragplatte 40 in y-Richtung hin und her Unwegt wird, so stützt sie sich mittels einer Bolzenmutter 68 an dem Aufsatz 42 ab und wird hierdtrch geführt Die Feder 47 hält die Bolzenmutter 68 an der Führungsfläche des Aufsatzes 42 anliegend. In gleicher Weise bewirkt eine Rotation der Schraubspindel 43 eine Bewegung in Ar-Richtung, indem die Bolzenmutter 68 entsprechend entlang der x-Achse verschoben wird. Durch die Feder 47 wird die Bolzenmutter 68 wiederum an der Führungsfläche des Aufsatzes 42 anliegend gehalten. Bei einer Bewegung in x-Richtung ist die Tragplatte 40 durch die Bolzenmuttern 65 und 66 geführt, die sich unter der Kraft der Feder 46 an der Führungsfläche 67 der Tragplatte 40 abstützen. Bei einer horizontalen Bewegung wird somit die Tragplatte 40 durch die Bolzenmuttern 65,66 und 68 und die zugeordneten Fühnuigsflächen 67 und 42 entsprechend geführt

Es ist somit ersichtlich, daß durch geeigneten Antrieb der Servomotoren für die x- und y-Richtung die Tragplatte 40 und damit auch der Objektträger des Mikroskopes in eine wählbare x-y-Koordinatepposition bewegt werden kann. Durch die geeignete Anordnung von Schraubspindeln, Servomotoren und Codierern und durch die Benutzung gespeicherter Daten hinsichtlich der x-y-Koordinaten kann eine extreme Positioniergenauigkeit erzielt werden. In einem verwirklichten Ausführungsbeispiel, bei welchem Codierer mit 200 Impulsen pro Umdrehung und Schraubspindeta mit 50 Gewindegängen pro 2^5 cm benutzt wurden, konnte der Objektträger reproduzierbar mit einer Genauigkeit von ±2,5 μ in jeden gespeicherten Koordinatenpunkt gefahren werden.

Gemäß den F i g. 3a bis 3c wird die Keilplatte 48 zur Bewegung des Objektträgers des Mikroskopes in z-Richtung in einer ähnlichen Weise angetrieben, wie dies für die x- bzw. y-Richtung der Fall ist Ein Servomotor 69 mit einer zugeordneten nicht dargestellten Codiereinrichtung treibt die Schraubspindel 51 für die .z-Achse an, wobei die Schraubspindel 51 über die Bolzenmutter 71 an einer Stützfläche 70 der KeilpieVte 48 unter Wirkung der Rückhohlfeder 52 anliegt Einer Verkantung der Keilplatte 48 in der x-y-Ebene wird durch die Führungsrollen 53 und 54 entgegengewirkt, inder.i die Rückholfeder 52 ein Moment um den Abstützpunkt der Bolzeniüutter 71 an der Fläche 70 erzeugt und hierbei die Keilplatte 48 an die Führungsrollen 53 und 54 drückt Die Führungsrollen 53 und 54 gestatten lediglich eine Bewegung der Keilplatte 48 parallel zur Bewegung der Schraubspindel 51.

Die Keilform der Keilplatte 48 ist am besten aus F i g. 3c ersichtlich, wobei die Dicke der Keilplatte 48 von der Endlfäche 72 zur Endfläche 73 stetig ansteigt Stützflächen 74 in Form von Stegen sind auf der Unterseite der Keilplatte 48 voi gesehen, wobei auf diesen Stützflächen die Abstandsschrauben 55,56 und 57 anliegen. Die Abstandsschrauben 55 bis 57 werden normalerweise während des Zusammenbaues der Einrichtung genau justiert so daß die Oberfläche der Keilplatte 48 sich in einer genau definierten Ebene befindet, die normalerweir= durch die Horizontalebene vorgegeben ist Aus der Keilform der Platte 48 ergibt sich, daß bei einer Bewegung der Keilplatte, hervorgerufen durch die an der Fläche 70 anliegende Bolzenmutter 71, die Oberfläehe der Keilplatte 48 angehoben oder abgesenkt wird, wobei die Oberfläche keinerlei Verkantung erfährt

Aus F i g. 3b ist das Zusammenwirken der Tragplatte 40 mit der Keilplatte 48 über zugeordnete Abstandsschrauben 50 sowie der Keilplatte 48 mit der Grundplatte 58 über zugeordnete Abstandsschrauben 55 bis 57 ersichtlich. Die entsprechenden Stützflächen können durch austauschbare Stüizschienen oder durch maschi nell bearbeitete Stützflächen gebildet werden. Sowohl die Keilplatte 48 als auch die Tragplatte 40 stützen sich jeweils auf dem darunter befindlichen Element mit einem Dreipunktlager ab. Hierdurch ist eine statisch bestimmte Lagerung gegeben, die ein Verkanten der Elemente aufeinander ausschließt.

Die drei zum Ar irieb der Schraubspindeln vorgesehenen Servomotoren können herkömmlicher Bauart sein und die den Servomotoren zugeordneten Cödiefeinrichtungen sind so ausgebildet, daß sie eine hochpräzise Verschlüsselung der jeweiligen Koordinaten des Objektträgers ergeben, wobei diese Koordinaten in dem Speicher eine- zugeordneten Mikroprozessors speicherbar sind. Aufgrund der gespeicherten Koordinatendaten ist es möglich, den Objektträger in jede gewünschte Position genau zu verstellen, so daß ein zuvor

ermitteltes interessantes Bild erneut betrachtet werden kann. Zusammen mit der Automatisierung der Mikroskopauswertung, bei der das Positioniersystem gemäß der vorliegenden Erfindung Anwendung findet, ist es möglich, mittels der Anzeigevorrichtung 35 diejenigen s Koordinaten darzustellen, die der Position des Objektträgers zugeordnet sind, so daß der Bedienungsmann spezifische Positionen beobachten und festhalten kann.

Um eine Rotation der Bolzenmuttern 65, 66, 68 und 7i zu verhindern, ist eine spezielle, in den F i g. 4a bis 4d dargestellte, Vorrichtung vorgesehen. Fig.4a zeigt in einem teilweisen Schnitt eine Ansicht der mit der Schraubspindel 43 und der Bolzenmutter 65 zusammenwirkenden Einrichtung. Die Schraubspindel 43 ist mit der Motorwelle 75 in bekannter Weise verbunden und bildet eine Fortsetzung derselben. Die Bolzenmutter 65 weist einen äußeren rechteckigen Querschnitt auf. Ein Paar Halteglieder 76 und 77 umgeben die Bolzenmutter 65 und werden an ihren äußeren Flächen mittels einer Klemmspange 78 zusammengehalten. Ein drittes Halteglied 79 ist mit einer rechteckförmigen Ausnehmung 80 versehen. Die Halteglieder 79 sowie 76 und 77 bilden zusammen eine Einrichtung, die eine Rotation der Bolzenmutter 65 verhindert

Die Haltegiieder 76, 77 und 79 sind mit einer festen Stange 81 verbunden, die ein Bestandteil des Motorgehäuses 82 bilden kann. Durch die vorstehend beschriebene Einrichtung ist die Bolzenmutter 65 in der aus den Haltegliedern gebildeten Einrichtung verschiebbar geführt, so daß sie bei einer Drehung der Schraubspindel 43 mit dieser nicht mit rotiert und lediglich eine Verschiebung erfährt

Die Bolzenmutter 65 weist eine Bohrung auf, die an beiden Enden mit Gewindeabschnitten 83 und 84 versehen ist Ein passendes Gewinde der Schraubspindel 43 greift in das Gewinde 83 ein und bewirkt bei einer Rota- 0,025 μ in Richtung der z-Achse erzielt werden, womit eine genaue Fokussierung des Objektträgers im Gesichtsfeld des Mikroskopes möglich ist. Nimmt man die z-Achse als vertikal an, so wird durch eine Auswärtsbewegung der Bolzenmutter 71 die Keilplatte 48 und somit die x-y-Ebene des Objektträgers abwärts und bei einer Einwärtsbewegung der Bolzenmutter 71, bedingt durch die Rückholfeder 52, eine Aufwärtsbewegung des Objektträgers hervorgerufen.

Mit dem Positioniersystem gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine Einstellung mit höchster Präzision erzielt werden, ohne daß es erforderlich ist, die einzelnen Teile mit hoher Präzision auszuführen. Hierdurch werden die Kosten des Systems wesentlich erniedrigt, ohne daß dies zu einem Nachteil hinsichtlich der Genauigkeit führt.

ilVII UVi) ITl'

ίΛΓΪ fei -:-

c axiale Bewegung dz- Beizen-

mutter 65. Ein einstellbarer Kontaktanschlag 85 ist in das Gewinde 84 eingeschraubt und durch eine Sicherungsschraube 86 gegen Verdrehung gesichert

Die besondere Konstruktion der Führung für die BoI-zenmulter 65 vermeidet eine genaue Anpassung der öffnung 80 an die Bolzenmutter 65, da die Halteglieder 76 und 77, die unter der Kraft der Feder 78 an der Bolzenmutter 65 anliegen, jede Relativbewegung der Bolzenmutter 65 innerhalb des Trägers verhindern.

Es ist ohne weiteres ersichtlich, daß das automatisch steuerbare Positioniersystem gemäß der vorliegenden Erfindung ein kompaktes System für die genaue Positionierung des Objektträgers eines Mikroskopes bildet Der Antrieb in der x-y-Ebene führt zu einem System, mit dem beispielsweise die unter dem Mikroskop befindliche Probe in eine Mäander-Abtastung automatisch untersucht werden kann. Eine Einstellung des Objektträgers in der z-Achse, wie sie aus den F i g. 3a bis 3c ersichtlich ist, hängt von einer Verschiebung der Keilplatte 48 ab, wobei die Verschiebung in der z-Achse eine Funktion des Neigungswinkels der Unterfläche der Keilplatte 48 ist Die Bewegung in der z-Achse wird normalerweise bei einer automatischen Fokussierung des Objektträgers in dem optischen System des Mikroskopes benutzt Es hat sich herausgestellt daß bei einer üblichen Verschiebung der Keilplatte 48 um ungefähr 2^ cm ein Neigungswinkel von 1 bis 2° der Keilplatte ausreichend ist, um den erforderlichen Fokussäerbereich des Mikroskopes zu durchmessen. Bei der Benutzung des Systems gemäß der vorliegenden Erfindung, können durch die Bewegung der Keilplatte Inkremente von

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

1 2 diese ausübt, welches die Flächen an den Führungs-Patentansprüche: rollen anliegend hält 9. Positioniersystem nach Anspruch 1 oder einem

1. Poäitioniersystem für den Objektträger eines der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß zum Mikroskopes, wobei eine den Objektträger aufneh- 5 Antrieb der Schraubenspindeln (43,44,45,51) für die mende Tragplatte durch eine Antriebsvorrichtung in Bewegung der Tragplatte (40) in eine der drei Richihren Koordinaten verschiebbar ist, und diese An- tungen (x, y. z) je ein Motor (54,64,69) vorgesehen tnebsvorrichtung umfaßt: ist, dessen Umdrehungen durch ein voa einer Codiereinrichtung (60) abgegebenes Steuersignal steu-

a) in ihrer Antriebsrichtung umkehrbare Antriebs- to erbarisL elemente zum Ausüben einer Kraft auf die

Tragplatte in Richtung der x-, y· und z-Achse,

b) elastische Mittel zum Ausüben einer Kraft auf die Tragplatte entgegen der Wirkungsrichtung

der Antriebselemente, und 15 Die vorliegende Erfindung betrifft ein Positioniersy-

c) Führungselemente zum Führen der Tragplatte stem für den Objektträger eines Mikroskopes nach dem in der x-y-Ebene und einer hierzu parallelen Gattungsbegriff des Patentanspruches 1.

Ebene bei einer Verstellung in der z-Achse, In bestimmten Anwendungsfällen, beispielsweise in

der medizinischen Technik bei der Auszählung roter

dadurch gekennzeichnet, daß zum Antrieb 20 und weißer Blutkörperchen, ist es von großer Bedeuder Tragplatte (40) in der z-Achss eine verschiebbs' tüng, den die Blutprobe in Form eines Aufstriches trare Keilplatte (48) zwischen der Tragplatte (40) und genden Objekträger unter dem Mikroskop genau posieiner Grundplatte (58) angeordnet ist, daß erste tionieren zu können. Nur wenn dies mit höchster Präzi-Stützelemente (55, 56, 57) zwischen der Keilplatte sion möglich ist, kann man beispielsweise die zu einem (48) und der Grundplatte (58) angeordnet sind, um 25 kritischen Bildausschnitt gehörenden Koordinaten nodie Oberfläche der Keilplatte (48) parallel zur tieren und später diesen Bildausschnitt für eine erneute x-y-Ebene zu führen und daß die Antriebselemente Betrachtung wieder .-eproduzieren. Schraubenspindeln (43,44,45,51) aufweisen, die sich Ein Positioniersystem der gattungsgemäßen Art ist an der Tragplatte (40) bzw. der Keilplatte (48) über aus der DE-AS 10 87 367 bekannt Dort wird der Ob-Bolzenmuttern (65,66,68,71) abstützen. 30 jektträger von einer Tragplatte aufgenommen, die

2. Positicriersystem nach Anspruch 1, gekenn- durch eine Antriebsvorrichtung sowohl in den x- und zeichnet durch zweite einstellbare Stützelemente /-Koordinaten als auch in der z-Koordinate verschieb-(50) zwischen der Keilplatte (%8) und der Tragplatte bar ist Die Antriebselemente in der x- und /-Achse (40), um die Oberfläche der Tragplatte (40) parallel umfassen Handräder, die über Ritzel auf mit einer zur x-y-Ebene einzustellen. ' 35 schrägen Kulisse versehenen Zahnstangen einwirken.

3. Positioniersystem nach den Ansprüchen 1 und 2, Die Tragplatte stützt sich über zwei Stützpunkte an dadurch gekennzeichnet daß die Stützelemente (55, einer geführten Zwischen platte ab, die sich ihrerseits 56,57; 50) jeweils eine Dreipunktabstützung bilden. mittels einer Rolle an der Kulisse der Zahnstange ab-

4. Positioniersystem nach Anspruch 1, dadurch ge- stützt In der z-Achse stützt sich-cte Tragplatte über kennzeichnet, daß die Bolzenmuttern (65,66,68,71) 40 Kugeln an einer in vier Punkten über ein Parallelogegen eine Drehung gesichert sind, so daß sie bei grammgestänge abgestützten Platte ab, wobei ebenfalls einer Drehung der Schraubenspindeln (43,44,45,51) über ein Handrad eine Zugkraft auf diese Platte ausgeeine axiale Verschiebung ausführen. übt werden kann. Eine seitliche Bewegung dieser Platte

5. Positioniersystem nach Anspruch 4, dadurch ge- führt auf Grund der speziellen Aufhängung daher auch kennzeichnet daß die Bolzenmuttern (65,66,68,71) 45 zu einer Bewegung in einer hierzu senkrechten Achse, einen eckigen äußeren Querschnitt aufweisen, und Diese Positionierung in der z-Achse ist aber als sehr daß eine gegen Drehung gesicherte Halteeinrich- aufwendig zu betrachten.

tung zwei Teile (76, 77) aufweist welche Teile die Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung,

Bolzenmuttern von außen umgreifen und durch eine ein solches Positioniersystem, insbesondere bezüglich

Federspange (78) zusammengehalten sind. 50 der Antriebselemente in der z-Achse zu vereinfachen,

6. Positioniersystem nach Anspruch 5, dadurch ge- ohne daß die Präzision für die Koordinatenstellung bekennzeichnet, daß in die Bolzenmuttern (65, 66, 68, e^;nträchtigt wird. Die Lösung dieser Aufgabe gelingt 71) auf den den Schraubenspindeln (43, 44, 45, 51) gemäß der im Patentanspruch 1 gekennzeichneten Ergegenüberliegenden Seiten Justierschrauben (85) findung. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Ereingeschraubt sind und daß Mittel (86) vorgesehen 55 findung sind den Unteransprüchen entnehmbar.

sind, um die Justierschrauben gegen Verdrehung zu Anhand eines in den Figuren der Zeichnung darge-

sichern. stellten Ausführungsbeispieles wird das erfindungsge-

7. Positioniersystem nach Anspruch 3, dadurch ge- mäße Positioniersystem im folgenden näher erläutert kennzeichnet daß die Keilplatte (48) auf ihrer Ober- Es zeigt

seite drei Stützflächen (49) und auf ihrer Unterseite 60 F i g. 1 eine Ansicht des Positioniersystems gemäß der

drei Stützstege (74) aufweist, an denen sich die Stütz- vorliegenden Erfindung in einer Explosionsdarstellung;

elemente(55,56,57;50)abstützen. Fig. 2 eine Draufsicht auf die x-y-Ebene des Positio-

8. Positioniersystem nach Anspruch 1, dadurch ge- niersystems;

kennzeichnet daß zwei Führungsrollen (53, 54) an- F i g. 3a bis 3c das Positioniersystem für die z-Achse

geordnet sind, die an zwei zueinander parallelen Flä- es gemäß der vorliegenden Erfindung; und

chen der Keilplatte (48) angreifen und daß eine Fe- F i g. 4a bis 4d eine vergrößerte Darstellung des bei

der (52) gegenüber der Bolzenmutter (71) versetzt der vorliegenden Erfindung verwendeten Antriebsmit-

an der Keilplatte (48) angreift und ein Moment auf tels.