WO1993006516A1 - Mikroskophandlingsystem - Google Patents

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WO1993006516A1
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Peter Zimmermann
Armin Baumann
Wolfgang Krämer
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Jenoptron Gesellschaft fur Optoelektronik und Handling mbH
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    • G—PHYSICS
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    • G01N2035/00089—Magazines

Definitions

  • the invention relates to a microscope handling system according to the preamble of claim 1.
  • DE-PS 3 705 166 describes a method and a device for the automatic loading of a microscope, in which the frequency of the cassette change is significantly reduced by the use of a rotary table equipped with cassettes.
  • the preparation handling is carried out using means of vacuum technology that are often used in circuit manufacturing for wafer handling. Due to the need to create a vacuum, the expenditure on equipment increases. At the same time, there is a risk of the sample vibrating and settling of dust on the sample due to air turbulence. In the solution offered here, too, the microscope, the microscope stage and the transport mechanism form a fixed unit. Sorting the samples parallel to the image evaluation and simple adaptation of the handling system to another microscope are therefore not possible.
  • the object of the invention is to provide a microscope handling system of the type mentioned in the preamble of claim 1, which works as time-effectively as possible and enables image evaluation parallel to the sorting process of the samples.
  • Fig. 4 is a plan view in section of a cassette
  • Fig. 5 shows a cassette in position for loading and unloading the
  • the overall arrangement of the mechanical assemblies of a device according to the invention shown in FIG. 1 essentially comprises the carousel 1 as a cassette carrier, an xy table 2 in the object plane of the microscope 3 and the transport system with the cassette pull-out mechanism 4 and the rotating arm 5 for transporting the samples 6 between the carousel 1 and the xy table 2.
  • a cassette 7 equipped with samples 6 in FIGS. 3 to 5 is used to better understand the mode of operation of the transport mechanism.
  • the cassettes 7 each consist of an inner part 8 in which the samples 6 are arranged horizontally one above the other and a casing 9 which is fastened to the carousel 1 via a guide. At the same time, the casing 9 serves as dust protection and mechanical protection.
  • the inner part 8 can be pulled out of the shell 9, which is open on one end, by means of a handle 10. In the closed state of the cassette 7, the casing 9 and the inner part 8 are connected to one another in a latching manner.
  • the cassette 7 can also be used as a storage container.
  • the carousel 1 allows the individual cassettes 7 to be rotated optionally via a cassette pull-out mechanism 4. During the turning process, the labels applied to the handles 10 of the cassettes 7 are moved over a cassette identifier 11. If a cassette 7 is pivoted into the cassette pull-out mechanism 4, the inner part 8 is pulled out of the casing 9 and the desired sample 6 is positioned in relation to a first sample pusher 12 and the rotating arm 5. The first sample pusher 12 then pushes the sample 6 out of the cassette 7 onto the free end of the rotary arm 5, where the sample is clamped by two retaining springs 21. With two leaf springs 20 attached below the first sample slide 12, falling out of the samples 6 released from the casing 9 is prevented.
  • the rotating arm 5 swivels to the microscope 3 and the second sample slide 13 arranged on the rotating arm 5 pushes the sample 6 onto the xy table 2.
  • the sliding direction is preferably transverse to Longitudinal direction of the samples 6. This allows sliding distances and times to be minimized. Lying on the x-y table 2, the sample 6 is moved into the beam path of the microscope 3.
  • the microscope 3 should advantageously be an inverse microscope. According to the optical arrangement, the samples 6 can thus be taken up on rails on the side on which the specimen is located without great effort. This creates a relationship between the microscope objective and the sample 6 that is almost independent of the thickness of the specimen slides, and the microscope 3 can be pre-focused on the height of the support rails. This minimizes the time required for automatic focusing, and thus for the overall process.
  • An autofocus device 14 is attached to one of the optical outputs of the microscope 3. It supplies the control signals for the focus motor 15. If the microscope 3 is focused, the image content can be processed via the image acquisition camera (CCD camera) 16 and the image processing computer 17. Different filters can be swiveled in by two 4-way filter changers 18 combined by an electric motor. When the image acquisition is complete, the next position on the sample 6 can be approached and focused. So sample 6 is e.g. meandering scanned.
  • the xy table 2 is moved back into the transfer position and the sample 6 is pushed onto the rotating arm 5 with a third sample slide 19.
  • the rotating arm 5 is rotated and the sample 6 is pushed back into the cassette 7 with the second sample pusher 13.
  • the next sample 6 can then be approached and pushed out.
  • the rotating arm 5 sweeps over a frog identifier 22.
  • the detection of the samples 6 and Cassettes 7 with the respective identifier not only allow the assignment of the samples 6 to the evaluated image contents, but also allow a sorting of samples in the carousel 1.
  • the control commands are input via the host computer 23 and all the commands obtained are output.
  • the host computer 23 organizes the work of all computers in the system.
  • the control computer 24 coordinates and monitors all electromechanical processes that are triggered by the control electronics 27, motors and gears.
  • a system of light barriers and limit switches reports that target positions have been reached as well as errors. Due to the mechanical separation of the device for loading the microscope and the microscope arrangement, mechanical feedback e.g. Shocks and vibrations avoided.
  • a simultaneous, separate movement of the individual modules is possible, which e.g. sorting of the samples 6 within the cassettes 7 or also from one cassette 7 into another, parallel to the image acquisition method.
  • the sample and cassette positions are also coded so that each sample 6 can be assigned to a cassette 7 and each cassette 7 to a cassette position.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Mikroskophandlingsystem mit einer Mikroskopanordnung, einer Ansteuer- und Auswerteelektronik, sowie einer Vorrichtung zur Beschickung des Mikroskops, bestehend aus einem Transportsystem und einem Karussell, bestückt mit mehreren, Proben beinhaltenden Kassetten. Durch die erfindungsgemäße mechanische Trennung von Karussell, Transportsystem und Mikroskopanordnung ist eine zeitgleiche voneinander unabhängige Bewegung der einzelnen Baugruppen möglich. Dadurch lassen sich z.B. langwierige Routineuntersuchungen, bei denen eine Probenvorauswahl erforderlich ist, sehr zeiteffektiv durchführen.

Description

Beschreibung Mikroskophandlingsystem
Die Erfindung betrifft ein Mikroskophandlingsystem entsprechend dem Oberbegriff des Anspruches 1,
Es ist in der Medizin, der Biologie, der Chemie, der Metallurgie und der elektronischen Bauelementefertigung zur Durchführung von Routineuntersuchungen einsetzbar. Seine Vorteile kommen besonders dann zur Wirkung, wenn für langwierige Untersuchungen eine Probenvorauswahl anhand bestimmter Kriterien erforderlich ist.
Seit geraumer Zeit ist man.bemüht insbesondere Mikroskope, die zum automatischen Auswerten von Proben vorgesehen sind, auch möglichst rationell automatisch zu beschicken.
Eine Vorrichtung zum automatischen Beschicken eines Mikroskopes ist in der US PS 4 248 498 beschrieben. Hier wird nur eine Vorratβkassette be- und entladen, was einen häufigen manuellen Eingriff in den Prozeß zum Wechseln des Vorratsbehälters erforderlich macht. Die Mikroskopiereinheit ist in der hier beschriebenen Lösung fest mit dem Transportmechanismus und dem 3-Koordinatentisch verbunden, so daß eine einfache Adaption des Handlingsystems an ein anderes Mikroskop nicht möglich ist. Große Verschiebewege der Proben und ein relativ großer Zeitaufwand zur Fokussierung des Mikroskopobjektives führen zu einer erheblichen Leerzeit im Prozeß, in der keine Bildauswertung erfolgen kann.
In der DE-PS 3 705 166 werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zum automatischen Beschicken eines Mikroskopes beschrieben, bei denen durch die Verwendung eines mit Kassetten bestückten Drehtisches die Häufigkeit des Kassettenwechsels wesentlich verringert wird. Das Fräparate-Ηandling erfolgt mit aus der Schaltkreisherstellung beim Waferhandling oftmals verwendeten Mitteln der Vakuumtechnik. Durch die Notwendigkeit der Vakuumerzeugung steigt der apparative Aufwand. Gleichzeitig entsteht die Gefahr der Vibration der Probe und des Absetzens von Staub auf der Probe durch die Luftverwirblung. Auch in der hier angebotenen Lösung bilden das Mikroskop, der Mikroskoptisch und der Transportmechanismus eine feste Einheit, Eine Sortierung der Proben parallel zur Bildauswertung, sowie eine einfache Adaption des Handlingsystems an ein anderes Mikroskop sind daher nicht möglich.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Mikroskophandlingsystem der im Oberbegriff des Anspruches 1 genannten Art zu schaffen, das möglichst zeiteffektiv arbeitet und eine Bildauswertung parallel zum Sortierprozeß der Proben ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Mikroskophandlingsystem entsprechend Anspruch 1 gelöst. Eine zusätzliche vorteilhafte Wirkung ist, daß nunmehr die Adaption des Handlingsystems an ein anderes Mikroskop auf einfache Art und Weise möglich ist.
Vorteilhafte Ausführungen des erfindungsgemäßen Mikroskophandlingsystems sind in den Unteransprüchen 2 bis 9 angeführt.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Mikroskophandlingsystems in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Darin zeigt: Fig. 1 die Gesamtanordnung der mechanischen Baugruppen,
Fig. 2 ein Blockschaltbild,
Fig. 3 die Seitenansicht einer Kassette in Schnittdarstellung,
Fig. 4 die Draufsicht einer Kassette in Schnittdarstellung und
Fig. 5 eine Kassette in Position zum Be- und Entladen der
Proben. Die in Figur 1 dargestellte Gesamtanordnung der mechanischen Baugruppen einer erfindungsgemäßen Vorrichtung umfaßt im Wesentlichen das Karusell 1, als Kasettenträger, einen x-y- Tisch 2 in der Objektebene des Mikroskops 3 und das Transportsystem mit der Kassettenauszugmechanik 4 und dem Dreharm 5 zum Transport der Proben 6 zwischen dem Karusell 1 und dem x-y- Tisch 2.
Zum besseren Verständnis der Wirkungsweise des Transportmechanismus dient die Darstellung einer Kasette 7 , bestückt mit Proben 6 in den Figuren 3 bis 5.
Die Kassetten 7 bestehen je aus einem Innenteil 8, in dem die Proben 6 waagerecht übereinander angeordnet liegen und einer Hülle 9, die über eine Führung am Karussell 1 befestigt ist, Gleichzeitig dient die Hülle 9 als Staubschutz und mechanischer Schutz. Über einen Griff 10 kann das Innenteil 8 aus der, auf einer Stirnseite geöffneten, Hülle 9 herausgezogen werden. Im geschlossenen Zustand der Kassette 7 sind die Hülle 9 und das Innenteil 8 rastend miteinander verbunden. Die Kassette 7 kann so auch als Aufbewahrungsbehälter genutzt werden.
Das Karussell 1 gestattet es, wahlweise die einzelnen Kassetten 7 über eine Kassettenauszugsmechanik 4 zu drehen. Während des Drehvorganges werden die an den Griffen 10 der Kassetten 7 aufgebrachten Etiketten über einen Kassettenidentifikator 11 bewegt. Ist eine Kassette 7 in die Kassettenauszugsmechanik 4 eingeschwenkt, wird das Innenteil 8 aus der Hülle 9 herausgezogen und die gewünschte Probe 6 zu einem ersten Probenschieber 12 und dem Dreharm 5 positioniert. Der erste Probenschieber 12 schiebt dann die Probe 6 aus der Kassette 7 auf das freie Ende des Dreharmes 5, wo die Probe von zwei Haltefedern 21 geklemmt wird. Mit zwei unterhalb des ersten Probeschiebers 12 angebrachten Blattfedern 20 wird dabei ein Herausfallen der von der Hülle 9 freigegebenen Proben 6 verhindert. Die Verwendung eines Dreharmes 5 zum Transport der Proben 6 ermöglicht mit kleinen Verschiebebewegungen große Wege zurückzulegen. Kurze Schiebewege widerum erlauben die Verwendung einfacher Führungs- und Transportsysteme, ohne daß die Gefahr des Verkantens oder Verklemmens der Füuhrungssysteme für die Schieber und die Proben 6 besteht.
Nachdem der x-y-Tisch 2 des Mikroskopes 3 in die Obergabeposition gefahren ist, schwenkt der Dreharm 5 zum Mikroskop 3 und der auf dem Dreharm 5 angeordnete zweite Probenschieber 13 schiebt die Probe 6 auf den x-y-Tisch 2. Die Schieberichtung ist dabei vorzugsweise quer zur Längsrichtung der Proben 6. Dadurch können Schiebewege und-zeiten minimiert werden. Auf dem x-y-Tisch 2 liegend wird die Probe 6 in den Strahlengang des Mikroskops 3 gefahren.
Im hier beschriebenen Ausführungsbeispiel soll vorteilhafterweise das Mikroskop 3 ein inverses Mikroskop sein. Entsprechend der optischen Anordnung können so die Proben 6 ohne große Aufwände auf der Seite , auf der sich das Präparat befindet, auf Schienen aufgenommen werden. Damit ist ein von der Dicke der Objektträger nahezu unabhängiger Bezug zwischen Mikroskopobjektiv und Probe 6 geschaffen und das Mikroskop 3 kann auf die Höhe der Auflageschienen vorfokussiert werden. So wird die für das automatische Fokussieren, und somit für den Gesamtprozeß, erforderliche Zeit minimiert. Eine Autofokuseinrichtung 14 ist an einem der optischen Ausgänge des Mikroskopes 3 angesetzt. Sie liefert die Steuersignale für den Fokusmotor 15. Ist das Mikroskop 3 fokussiert, kann über die Bildeinzugskamera ( CCD-Kamera ) 16 und den Bildverarbeitungsrechner 17 der Bildinhalt verarbeitet werden. Hierbei können elektromotorisch verschiedene Filter durch zwei 4-fach-Filterwechsler 18 kombiniert eingeschwenkt werden. Ist der Bildeinzug abgeschlossen, kann die nächste Position auf der Probe 6 angefahren und fokussiert werden. So wird die Probe 6 z.B. mäanderfδrmig abgetastet.
Nach Abschluß der Auswertung der Probe 6 wird der x-y-Tisch 2 wieder in die übergabeposition gefahren und mit einem dritten Probenschieber 19 die Probe 6 auf den Dreharm 5 geschoben. Der Dreharm 5 wird gedreht und die Probe 6 mit dem zweiten Probenschieber 13 in die Kasette 7 zurückgeschoben. Danach kann die nächste Probe 6 angefahren und ausgeschoben werden. Bei jeder Schwenkbewegung überstreicht der Dreharm 5 einen Frobenidentifikator 22. Die Erkennung der Proben 6 und Kassetten 7 mit dem jeweiligen Identifikator erlaubt nicht nur die Zuordnung der Proben 6 zu den ausgewerteten Bildinhalten, sondern sie gestatten auch eine Probensortierung im Karussell 1.
Ober den Hostrechner 23 erfolgt die Eingabe der Steuerbefehle, und die Ausgabe aller gewonnenen Befehle. Der Hostrechner 23 organisiert die Arbeit aller Rechner im System. Der Steuerrechner 24 koordiniert und überwacht alle elektromechanischen Vorgänge, die über die Ansteuerelektronik 27, Motore und Getriebe ausgelöst werden. Hierbei meldet ein System von Lichtschranken und Endlageschaltern das Erreichen von Sollpositionen sowie Fehler. Durch die mechanische Trennung der Vorrichtung zur Beschickung des Mikroskopes und der Mikroskopanordnung wird eine mechanische Rückkopplung z.B. Stöße und Schwingungen vermieden. Außerdem ist somit eine zeitgleiche, voneinander getrennte Bewegung der einzelnen Baugruppen möglich, was z.B. eine Sortierung der Proben 6 innerhalb der Kassetten 7 oder auch von einer Kassette 7 in eine andere, parallel zum Bildeinzugsverfahren ermöglicht. Zu diesem Zweck sind außer den Proben 6 und Kassetten 7 auch die Proben- und Kassettenplätze codiert, so daß jede Probe 6 einer Kassette 7 und jede Kassette 7 einem Kassettenplatz zugeordnet werden kann.
Ober den Hostrechner 23 erfolgt die Verwaltung der Kassetten 7, der Proben 6 der Proben- und Kassettenplätze. Entsprechend der vorgegebenen Parameter kann daher ein Sortierprozeß automatisch entsprechend dem Ergebnis der Auswertung der Bildinhalte durchgeführt werden.
Durch die Verwendung des Dreharms 5 als Transportmittel können mit geringem konstruktiven Aufwand auf dem Transportweg, nämlich tangential zum Schwenkbereich des Dreharmes 5, mehrere Zwischenlagerplätze 25 oder Behälter 26 angeordnet werden. Die Sortierarbeit kann dadurch rationeller gestaltet werden. Nichtverwendungsfähige Proben 6 können bequem z.B. in einem Sammelbehälter ausgesondert werden. Dieser kann auch unmittelbar am X-Y-Tisch 2 gegenüber dem dritten Probenschieber 19 angebracht sein, wodurch eine nochmalige ΰbergabe an den Dreharm 5 nicht erforderlich ist. Eine Haube mit Sicherheitskontakt über dem Karussell 1 verhindert, daß während, des Sortierungsprozesses Kassetten 7 ausgetauscht werden können. Wurde die Haube geöffnet, so fährt das Karussell 1 nach dem Schließen der Haube nochmals alle Kassettenplätse an und ordnet den Plätzen die aktuellen Daten der Kassetten 7 entsprechend ihrer Etiketten zu.

Claims

Patentansprüche
1. Mikroskophandlingsystem mit einer Mikroskopanordnung, einer Ansteuer- und Auswerteelektronik und einer Vorrichtung zur Beschickung des Mikroskops, bestehend aus einem Transportsystem und einem Karussell (1), bestückt mit mehreren, Proben (6) beinhaltenden, Kassetten (7) , dadurch gekennzeichnet,
daß das Transportsystem aus einer Kassettenauszugsmechanik
(4) zur vertikalen Positionierung der in den Kassetten (7) befindliche. Proben (6) und einem vom Karussell (1) und der
Mikroskopanordnung mechanisch getrenntem Dreharm (5) besteht, so daß eine zeitgleiche voneinander unabhängige
Bewegung der einzelnen Baugruppen möglich ist ,
daß Identifikatoren zur Erkennung der Proben und
Probenplätze vorhanden sind und
daß eine Rückkopplung der Auswerteelektronik auf die
Vorrichtung zur Beschickung des Mikroskops vorhanden ist.
2. Mikroskophandlingsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Identifikator für die Erkennung der Proben unterhalb des Schwenkbereiches des Dreharmes angeordnet ist.
3. Mikroskophandlingsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß ein Kassettenidentifikator (11) zur Erkennung der Kassetten vorhanden ist.
4. Mikroskophandlingsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß der Kassettenidentifikator (11) unterhalb des Karussells (1) angeordnet ist.
5. Mikroskophandlingsystem nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß ein Identifikator zur Erkennung der Kassettenplätze vorhanden ist.
6. Mikroskophandlingsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
daß tangential zum Schwenkbereich des Dreharmes Zwischenlagerplätze (25) und/oder Behälter (26) angeordnet sind.
7. Mikroskophandlingsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet dadurch,
daß die Kassettenauszugsmechanik (4) mindestens eine Blattfeder (20) aufweist, welche die freigegebenen Proben (6) sichert.
8. Mikroskophandlingsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,
daß das zur Mikroskopanordnung gehörende Mikroskop ein inverses Mikroskop ist.
9. Mikroskophandlingsystem nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet,
daß die Kassetten (7) zur Aufbewahrung der Proben (6) geeignet sind.
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