DE102016111075B4 - Method for determining the height of a fluid level and microscope suitable therefor - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Bestimmung der Höhe eines Fluid-Pegels einer in einem Mikroskop (10) angeordneten und mit einem Fluid (8) gefüllten Kammer (7), wobei ein auf der Oberfläche des Fluids (8) schwimmendes oberes Referenzobjekt (1) und ein auf dem Boden der fluidgefüllten Kammer (7) befindliches oder auf diesen Boden gesunkenes unteres Referenzobjekt (2) in die Kammer (7) eingebracht werden oder als Bestandteile der Kammer (7) ausgeführt sind,
wobei die Kammer (7) in den Objektraum des mit einem Objektiv (6) ausgestatteten Mikroskops (10) eingebracht wird,
wobei nacheinander die Fokuslagen des oberen Referenzobjekts (1) und des unteren Referenzobjekts (2) mit dem Mikroskop bestimmt werden und aus der Differenz der bestimmten Fokuslagen die Höhe des Fluid-Pegels berechnet wird.
Method for determining the height of a fluid level of a chamber (7) arranged in a microscope (10) and filled with a fluid (8), wherein an upper reference object (1) floating on the surface of the fluid (8) and one on the Bottom of the fluid-filled chamber (7) located or sunk on this floor lower reference object (2) are introduced into the chamber (7) or are designed as components of the chamber (7),
wherein the chamber (7) is introduced into the object space of the microscope (10) equipped with a lens (6),
wherein successively the focus positions of the upper reference object (1) and the lower reference object (2) are determined with the microscope and the height of the fluid level is calculated from the difference of the determined focal positions.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Einrichtung zur Bestimmung der Höhe eines Fluid-Pegels einer in einem Mikroskop angeordneten und mit einem Fluid gefüllten Kammer, wobei die Kammer zur Einbringung in ein mit einem Objektiv ausgestattetes Mikroskop ausgebildet ist. Insbesondere sollen mit der Erfindung entsprechende Fluid-Volumina in der mit dem Fluid gefüllten Kammer berechnet werden. Hierbei stellt das Fluid selbst eine mit dem Mikroskop zu untersuchende Probe dar, oder das Fluid enthält eine mit dem Mikroskop zu untersuchende Probe.The present invention relates to a method and a device for determining the height of a fluid level of a arranged in a microscope and filled with a fluid chamber, wherein the chamber is adapted for introduction into a microscope equipped with a lens. In particular, according to the invention corresponding fluid volumes are to be calculated in the chamber filled with the fluid. In this case, the fluid itself represents a sample to be examined with the microscope, or the fluid contains a sample to be examined with the microscope.
Aus dem Stand der Technik sind spezielle Messkammern oder Eichgefäße zur Aufnahme von Suspensionen, Lösungen, Flüssigkeiten etc., im folgenden als „Fluid“ bezeichnet, in ml-Bereich bekannt, anhand derer eine exakte Bestimmung des aufgenommenen Volumens möglich ist Zu diesem Zweck sind die Kammern entsprechend geeicht und/oder markiert. Prinzipiell lassen sich solche Kammern auch im µl-Bereich herstellen. Zur Volumenbestimmung derart geringer Volumina ist ein Umfüllen in eine entsprechende Messkammer notwendig, was die Gefahr von Flüssigkeitsverlust, auch durch am ursprünglichen Gefäß durch Adhäsionseffekte verbleibende Flüssigkeit, birgt.From the prior art special measuring chambers or calibration vessels for receiving suspensions, solutions, liquids, etc., hereinafter referred to as "fluid", known in the ml range, on the basis of which an exact determination of the recorded volume is possible Chambers suitably calibrated and / or marked. In principle, such chambers can also be produced in the μl range. To determine the volume of such small volumes, a transfer to a corresponding measuring chamber is necessary, which involves the risk of fluid loss, even by the original vessel through adhesion effects remaining liquid.
Ferner sind aus der 3D-Video-Mikoskropie Möglichkeiten der dreidimensionalen Vermessung, beispielsweise Höhen- und Volumenmessung bekannt. Solche Systeme setzten einen hohen Kalibrier-, Rechen- und Bildverarbeitungsaufwand voraus. Furthermore, three-dimensional measurement, for example height and volume measurement, are known from 3D video microcosm. Such systems require a high calibration, computation and image processing overhead.
So offenbart die
Die
In der
Aufgabe der vorliegender Erfindung ist deshalb, ein Verfahren und ein Mikroskop mit einer Einrichtung zur Bestimmung der Höhe eines Fluid-Pegels, insbesondere zur Bestimmung eines Fluid-Volumens in einer mit einem Fluid gefüllten Kammer anzugeben, die die oben genannten Nachteile überwinden und insbesondere unabhängig von Eichgefäßen arbeiten können.The object of the present invention is therefore to specify a method and a microscope with a device for determining the height of a fluid level, in particular for determining a fluid volume in a chamber filled with a fluid, which overcome the abovementioned disadvantages and in particular independently Calibration vessels can work.
Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren und einem Mikroskop gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen sowie der nachfolgenden BeschreibungThis object is achieved by a method and a microscope according to the independent patent claims. Advantageous embodiments will become apparent from the respective dependent claims and the following description
Das erfindungsgemäße Verfahren dient zum Bestimmen der Höhe eines Fluid-Pegels einer in einem Mikroskop angeordneten und mit einem Fluid gefüllten Kammer. Es weist folgende Schritte auf: Es werden zwei Referenzobjekte bereitgestellt, wobei ein oberes Referenzobjekt auf der Oberfläche des Fluids schwimmt, also in der fluidgefüllten Kammer aufschwimmt. Das obere Referenzobjekt wird folglich kurz als „Schwimmer“ bezeichnet. Ein unteres Referenzobjekt befindet sich auf dem Boden der fluidgefüllten Kammer oder ist auf den Boden der fluidgefüllten Kammer abgesunken. Das zweite Objekt wird folglich auch kurz als „Anker“ bezeichnet.The inventive method is used to determine the height of a fluid level of a arranged in a microscope and filled with a fluid chamber. It comprises the following steps: Two reference objects are provided, wherein an upper reference object floats on the surface of the fluid, ie floats in the fluid-filled chamber. The upper reference object is thus referred to as "float" for short. A lower reference object is located at the bottom of the fluid filled chamber or has dropped to the bottom of the fluid filled chamber. The second object is therefore also referred to as "anchor" for short.
Das obere und/oder das untere Referenzobjekt können bereits als Bestandteile der Kammer ausgeführt sein oder in die Kammer eingebracht werden. Selbstverständlich ist auch ein Einbringen in die bereits mit dem Fluid gefüllte Kammer möglich. Es sei darauf hingewiesen, dass unter „Schwimmer“ ein Referenzobjekt verstanden wird, das auf der Oberfläche des in der Kammer befindlichen Fluids schwimmt, während unter „Anker“ ein Referenzobjekt verstanden wird, das in der mit dem Fluid gefüllten Kammer auf den Boden dieser Kammer sinkt oder sich dort fest befindet. Mit „Anker“ soll nicht gemeint sein, dass dieses Objekt für eine Verankerung im Sinne eines Schiffsankers ausgebildet ist. Wie weiter unten erläutert, kann das untere Referenzobjekt auch kein physisch ausgedehntes Objekt sein, sondern eine auf dem Kammerboden befindliche Eichmarkierung.The upper and / or the lower reference object can already be designed as components of the chamber or be introduced into the chamber. Of course, an introduction into the already filled with the fluid chamber is possible. It should be understood that "float" means a reference object that floats on the surface of the fluid in the chamber, while "anchor" means a reference object located in the fluid-filled chamber on the bottom of that chamber sinks or is stuck there. By "anchor" is not meant that this object is designed for anchoring in the sense of a ship anchor. As explained below, the lower reference object can not be a physically extended object, but a calibration mark located on the chamber floor.
Die Kammer wird in den Objektraum des mit einem Objektiv ausgestatteten Mikroskops eingebracht und dazu beispielsweise auf einen Mikroskoptisch des Mikroskops platziert. Da die vorliegende Erfindung insbesondere auf die Vermessung von Fluidvolumina in ml- und µl-Bereich abzielt, sind die hier betrachteten fluidgefüllten Kammern in der Regel ausreichend klein, um mikroskopisch betrachtet zu werden. Häufig handelt es sich bei dem betrachteten Fluid ohnehin um eine Probe, die mikroskopisch untersucht wird. Das Fluid kann auch die zu untersuchende Probe enthalten, beispielsweise lebende Zellen in Nährlösung. Im Zuge dieser Untersuchung ist eine Volumenbestimmung häufig von Interesse. Nähere Ausführungen hierzu finden sich weiter unten.The chamber is introduced into the object space of the microscope equipped with a lens and placed, for example, on a microscope stage of the microscope. Since the present invention is particularly aimed at measuring fluid volumes in the ml and μl ranges, the fluid-filled chambers contemplated herein are typically sufficiently small to be viewed microscopically. In any case, the fluid under consideration is often a sample which is examined microscopically. The fluid may also contain the sample to be tested, for example, living cells in nutrient solution. In the course of this study, a volume determination is often of interest. Further details can be found below.
Schließlich werden nacheinander die Fokuslagen des oberen Referenzobjekts, des Schwimmers, und des unteren Referenzobjekts, des Ankers, mit dem Mikroskop bestimmt. Dabei kann eine ausgewählte Grenzfläche, zum Beispiel die Unterseite des Ankers und die Oberseite des Schwimmers anfokussiert werden. Flache Bauformen des Schwimmers und des Ankers sind daher von Vorteil. Es kann zunächst die Fokuslage des oberen Referenzobjekts und anschließend die des unteren Referenzobjekts bestimmt werden oder umgekehrt. Zur Bestimmung der Fokuslage wird bei Mikroskopen, an denen Objektive mit fester Brennweite angebracht sind, entweder der Mikroskoptisch und/oder das Objektiv bzw. der ganze Objektivrevolver mit den Objektiven in Fokusrichtung (z-Richtung) verschoben, bis das betreffende Referenzobjekt im Objektivfokus liegt. Alternativ wird bei einem Objektiv mit veränderlicher Brennweite letztere verändert, bis das betreffende Referenzobjekt im Fokus liegt Die Fokuslagen des Schwimmers, also des oberen Referenzobjekts, und des Ankers, also des unteren Referenzobjekts, werden erfasst und aus der Differenz der erfassten Fokuslagen wird die Höhe des Fluid-Pegels berechnet. Dazu erfolgt die Fokusverstellung so, dass zu jeder einstellbaren Fokuslage die zugeordnete Position bekannt ist oder ermittelt werden kann und die jeweilige Fokuslage bestimmt wird. Hierfür kommen zum Beispiel Encoder für die Erfassung der Drehbewegung des Fokustriebs oder optische oder mechanische Positionsmessvorrichtungen in Frage. Bei vernachlässigbarer Ausdehnung des oberen und des unteren Referenzobjekts in Fokusrichtung ergibt sich die Höhe des Fluid-Pegels in einfacher Weise aus dem Betrag der Differenz der ermittelten Fokuslagen. Bei nicht vernachlässigbarer Ausdehnung des oberen und des unteren Referenzobjekts in Fokusrichtung sind entsprechende Korrekturen notwendig, die der Fachmann in einfacher Weise bei bekannten Abmessungen dieser Ausdehnungen vornehmen kann.Finally, the focus positions of the upper reference object, the Float, and the lower reference object, the anchor, determined with the microscope. In this case, a selected interface, for example, the underside of the anchor and the top of the float are anfokussiert. Flat designs of the float and the anchor are therefore advantageous. First, the focus position of the upper reference object and then that of the lower reference object can be determined or vice versa. In order to determine the focus position, microscopes on which fixed focal length objectives are mounted displace either the microscope stage and / or the objective or the entire objective nosepiece with the objectives in the focusing direction (z direction) until the relevant reference object lies in the objective focus. Alternatively, in the case of a variable focal length objective, the latter is changed until the relevant reference object is in focus. The focal positions of the float, ie the upper reference object, and the armature, ie the lower reference object, are detected and the difference in the detected focal positions becomes the height of the Fluid level calculated. For this purpose, the focus adjustment is performed so that the assigned position is known or can be determined for each adjustable focus position and the respective focus position is determined. For this purpose, for example, encoders for detecting the rotational movement of the focus drive or optical or mechanical position measuring devices come into question. With negligible expansion of the upper and lower reference objects in the focus direction, the height of the fluid level results in a simple manner from the amount of the difference of the determined focal positions. With not insignificant expansion of the upper and lower reference object in the focus direction corresponding corrections are necessary, which can make the expert in a simple manner with known dimensions of these dimensions.
Als Fluide kommen häufig Suspensionen oder Lösungen auf wässriger oder lipider Basis zum Einsatz. Entsprechend ist es vorteilhaft, wenn das obere und das untere Referenzobjekt hydrophob (wasserabweisend) und/oder lipophob (fettabweisend) sind. Dies verhindert eine Veränderung von oberem und unterem Referenzobjekt im Fluidmedium sowie des Fluids selbst.Suspensions or aqueous or lipid solutions are often used as fluids. Accordingly, it is advantageous if the upper and the lower reference object are hydrophobic (water repellent) and / or lipophobic (fat repellent). This prevents a change of upper and lower reference object in the fluid medium and the fluid itself.
Die vorliegende Erfindung kann mit Vorteil zur Berechnung des Fluid-Volumens in der mit dem Fluid gefüllten Kammer verwendet werden, wobei dann aus der berechneten Höhe des Fluid-Pegels bei bekannter Geometrie der Kammer das Fluid-Volumen berechnet wird. Handelt es sich bei der Geometrie der Kammer beispielsweise um einen Zylinder, so ergibt sich das Fluid-Volumen aus der bekannten Grundfläche des Zylinders (π • r2, mit r = Radius des Kreises der Grundfläche des Zylinders) multipliziert mit der berechneten Höhe des Fluid-Pegels. Bei einer quaderförmigen Kammer ergibt sich die Grundfläche aus der Breite und Tiefe des Quaders und das Fluidvolumen entsprechend aus dem Produkt aus der Höhe des Fluid-Pegels mit dieser Grundfläche. Für andere geometrische Formen (Zylinder, Pyramide etc.) sind analoge Berechnungen für den Fachmann in einfacher Weise möglich.The present invention may be used to advantage for calculating the volume of fluid in the chamber filled with the fluid, and then calculating the fluid volume from the calculated height of the fluid level with the geometry of the chamber known. If, for example, the geometry of the chamber is a cylinder, the fluid volume results from the known base area of the cylinder (π • r 2 , where r = radius of the circle of the base of the cylinder) multiplied by the calculated height of the fluid -level. In the case of a cuboidal chamber, the base area results from the width and depth of the cuboid and the fluid volume correspondingly from the product of the height of the fluid level with this base area. For other geometric shapes (cylinders, pyramids, etc.), analog calculations are readily possible for the skilled person.
Es ist vorteilhaft, wenn als oberes Referenzobjekt und als unteres Referenzobjekt solche Referenzobjekte verwendet werden, die sich in Form und/oder Farbe unterscheiden. Hierdurch können die Objekte so auf das Objektiv abgestimmt sein, dass ein sehr genaues, insbesondere µm -genaues Bestimmen des Abstands zwischen Schwimmer und Anker möglich ist. Dies kann z.B. dadurch erreicht werden, dass der Anker als ein Rechteck ausgebildet ist, wenn dieser auf dem Boden der Kammer liegt und eine minimale Höhe im µm-Bereich aufweist, während der Schwimmer kreisförmig ist und ebenfalls im schwimmenden Zustand eine Höhe im µm-Bereich aufweist.It is advantageous if the reference objects used as the upper reference object and as the lower reference object are those which differ in shape and / or color. As a result, the objects can be matched to the lens so that a very accurate, in particular μm-accurate determination of the distance between the float and anchor is possible. This can e.g. be achieved in that the anchor is formed as a rectangle when it lies on the bottom of the chamber and has a minimum height in the micron range, while the float is circular and also in the floating state has a height in the micron range.
Alternativ wird ein Objektiv mit einer möglichst minimalen Tiefenschärfe verwendet, die insbesondere unterhalb der Abmessung des oberen Referenzobjekts in Fokusrichtung liegt. Unter „Abmessung“ ist die durchschnittliche Abmessung in z-Richtung des oberen Referenzobjekts zu verstehen.Alternatively, an objective with the smallest possible depth of focus is used, which lies in particular below the dimension of the upper reference object in the focus direction. "Dimension" is the average dimension in the z direction of the upper reference object.
Es ist weiterhin von Vorteil, wenn das obere und/oder das untere Referenzobjekt mit Fluoreszenzfarbstoffen versehen werden oder sind. Auf diese Weise kann mittels eines Fluoreszenzmikroskops die Distanz zwischen oberem und unterem Referenzobjekt mikroskopisch ermittelt werden. Hierbei ist es insbesondere sinnvoll, wenn verschiedene Fluoreszenzfarbstoffe gewählt werden.It is also advantageous if the upper and / or the lower reference object are or are provided with fluorescent dyes. In this way, the distance between the upper and lower reference object can be determined microscopically by means of a fluorescence microscope. It is particularly useful here if different fluorescent dyes are selected.
Mittels der genannten Ausgestaltungen von Anker und Schwimmer ist es insbesondere möglich, das Verfahren der Distanzberechnung zwischen den beiden Referenzobjekten zu automatisieren, indem die betreffenden Referenzobjekte nacheinander angefahren werden. Bei unterschiedlicher Form der Referenzobjekte ist hierzu insbesondere die Verwendung einer Mustererkennung, bei unterschiedlicher Farbe die Verwendung einer Farberkennung und bei unterschiedlichem Fluoreszenzfarbstoff insbesondere die Verwendung einer entsprechenden Wellenlängendetektion von Vorteil.By means of the abovementioned embodiments of anchor and float, it is possible, in particular, to automate the method of calculating the distance between the two reference objects by approaching the relevant reference objects in succession. In the case of different shapes of the reference objects, in particular the use of a pattern recognition, with different colors the use of a color recognition and with different fluorescent dyes, in particular the use of a corresponding wavelength detection is advantageous.
Da, wie bereits ausgeführt, das untere Referenzobjekt als ein am Boden der fluidgefüllten Kammer befindliches Referenzobjektobjekt ausgeführt sein kann, kann es vorteilhaft sein, eine am Kammerboden befindliche Eichmarkierung als unteres Referenzobjekt zu verwenden. Das untere Referenzobjekt stellt in diesem Fall weniger ein physisch ausgedehntes Objekt dar, als vielmehr die erwähnte Eichmarkierung. Es muss dann lediglich noch ein Schwimmer verwendet werden, um die Erfindung zu implementieren. Bei standardisierten Kammern können somit die x-y-Koordinaten der Eichmarkierung (unteres Referenzobjekt) in der Kammer verwendet werden. Zur Standardisierung muss für zylinderförmige Volumenträger (beispielsweise Petrischalen) eine Eichmarkierung auf dem Boden oder an der Wand der Kammer vorgesehen werden und eine entsprechende Eichmarkierung auf der Haltevorrichtung (des Mikroskoptischs), um eine immer gleiche Ausrichtung und Positionierung der Kammer zu erzielen, sodass die x-y-Koordinaten des unteren Referenzobjekts immer eindeutig bestimmt werden können. Dies ermöglicht das automatische Anfahren des unteren Referenzobjekts mit dem Fokus des Objektivs. Für Kammern mit rechteckiger Grundfläche können ebenfalls Eichmarkierungen auf dem Kammerboden und der Haltevorrichtung angebracht werden. Alternativ werden zwei x-y-Koordinaten hinterlegt, die die beiden Möglichkeiten des Einbringens auf die Haltevorrichtung für die Position des fixen unteren Referenzobjekts abdecken.Since, as already stated, the lower reference object can be embodied as a reference object located at the bottom of the fluid-filled chamber, it may be advantageous to use a calibration mark located on the chamber floor as the lower reference object. The lower reference object in this case represents less a physically extended object than the aforementioned calibration mark. It only has to be done a float can be used to implement the invention. For standardized chambers, the xy coordinates of the calibration mark (lower reference object) can thus be used in the chamber. For standardization, a calibration mark must be provided on the bottom or on the wall of the chamber for cylindrical volume supports (eg petri dishes) and a corresponding calibration mark on the fixture (the microscope stage) in order to always achieve the same orientation and positioning of the chamber, so that the xy Coordinates of the lower reference object can always be clearly determined. This allows the automatic approach of the lower reference object with the focus of the lens. For chambers with a rectangular base also calibration marks on the chamber bottom and the holding device can be attached. Alternatively, two xy coordinates are deposited which cover the two possibilities of introduction to the fixture for the position of the fixed lower reference object.
Um Markierungen und Ausrichtungskoordinaten zu vermeiden, ist es besonders vorteilhaft, das untere Referenzobjekt mittig zu fixieren beziehungsweise direkt auf der Oberfläche des Kammerbodens zu befestigen, so dass die x-y-Position immer bekannt ist.In order to avoid markings and alignment coordinates, it is particularly advantageous to fix the lower reference object in the middle or to fix it directly on the surface of the chamber floor, so that the x-y position is always known.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn das obere und das untere Referenzobjekt über eine flexible Verbindung miteinander verbunden werden oder verbunden sind. Dies kann beispielsweise mittels einer Mikrofaser geschehen. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass Schwimmer und Anker sich immer im Gesichtsfeld des Referenzobjektivs befinden, sodass beim Umfokussieren von Anker auf Schwimmer oder umgekehrt das betreffende Objekt und sein Fokus schnell gefunden werden kann. Insbesondere kann auch ein fixer Anker auf oder in dem Boden der Kammer mit dem Schwimmer verbunden sein.Furthermore, it is advantageous if the upper and the lower reference object are connected to each other or connected via a flexible connection. This can be done for example by means of a microfiber. This ensures that the float and anchor are always within the field of view of the reference lens, so when refocusing from anchor to float, or vice versa, that object and its focus can be found quickly. In particular, a fixed anchor on or in the bottom of the chamber may be connected to the float.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Mikroskop mit einer entsprechenden Einrichtung zur Bestimmung der Höhe eines Fluid-Pegels einer in dem Mikroskop angeordneten und mit einem Fluid gefüllten Kammer aufweisend ein in der Kammer befindliches oberes Referenzobjekt, in der fluidgefüllten Kammer auf der Oberfläche des Fluids schwimmt, sowie ein in der Kammer befindliches unteres Referenzobjekt, das als Anker ausgebildet ist und sich in der fluidgefüllten Kammer auf dem Boden der Kammer befindet. Hierbei ist das Mikroskop mit einem Objektiv ausgestattet und weist einen Mikroskoptisch auf, der die fluidgefüllte Kammer im Objektraum des Mikroskops aufnimmt. Das Mikroskop umfasst eine Fokussiereinrichtung, die das Objektiv nacheinander auf das obere Referenzobjekt (Schwimmer) und das untere Referenzobjekt (Anker) fokussiert und die erste Fokuslage des oberen Referenzobjekts und die zweite Fokuslage des unteren Referenzobjekts ermittelt. Weiterhin umfasst das Mikroskop eine Recheneinheit, die aus der Differenz der beiden entsprechenden Fokuslagen des oberen Referenzobjekts und des unteren Referenzobjekts die Höhe des Fluid-Pegels berechnet. Nähere Erläuterungen zu dem erfindungsgemäßen Mikroskop sind den obigen Ausführungen zum erfindungsgemäßen Verfahren zu entnehmen und analog auf das Mikroskop zu übertragen.The invention further relates to a microscope with a corresponding device for determining the height of a fluid level of a arranged in the microscope and filled with a fluid chamber comprising a befindliches in the chamber upper reference object, floats in the fluid-filled chamber on the surface of the fluid, and a lower reference object located in the chamber, which is designed as an anchor and is located in the fluid-filled chamber at the bottom of the chamber. Here, the microscope is equipped with a lens and has a microscope stage, which receives the fluid-filled chamber in the object space of the microscope. The microscope comprises a focusing device, which focuses the objective successively on the upper reference object (float) and the lower reference object (armature) and determines the first focus position of the upper reference object and the second focus position of the lower reference object. Furthermore, the microscope comprises a computing unit which calculates the height of the fluid level from the difference between the two corresponding focal positions of the upper reference object and the lower reference object. Further explanations of the microscope according to the invention can be found in the above explanations of the method according to the invention and analogously transferred to the microscope.
Die Recheneinheit kann eine im Mikroskop vorhandene Recheneinheit oder einen Teil davon darstellen oder in dieses integriert sein. Da bei modernen Mikroskopen die Fokuslage in der Regel ohnehin elektronisch erfasst wird, ist es zur Implementierung der Erfindung meist nur erforderlich, mittels eines entsprechenden Softwaremoduls aus der Differenz der ermittelten Fokuslagen von Anker und Schwimmer die Höhe des Fluid-Pegels zu berechnen, wie oben im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ausgeführt ist.The arithmetic unit can be a microprocessor-based arithmetic unit or a part thereof or integrated into it. Since in modern microscopes, the focus position is usually detected electronically anyway, it is usually only necessary to implement the invention to calculate by means of a corresponding software module from the difference of the determined focus positions of armature and float the height of the fluid level, as above in Connected with the inventive method is executed.
Vorteilhafterweise ist das Mikroskop zur Berechnung des Fluid-Volumens in der mit dem Fluid gefüllten Kammer ausgebildet, wozu die Recheneinheit aus der berechneten Höhe des Fluid-Pegels bei bekannter Geometrie der Kammer das Fluid-Volumen berechnet. Hierzu sei auf die Ausführungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren verwiesen, um Wiederholungen zu vermeiden.Advantageously, the microscope for calculating the fluid volume is formed in the chamber filled with the fluid, for which purpose the arithmetic unit calculates the fluid volume from the calculated height of the fluid level with known geometry of the chamber. Reference should be made to the statements in connection with the method according to the invention in order to avoid repetition.
Vorteilhafterweise unterscheidet sich das obere und das untere Referenzobjekt in Form und/oder Farbe. Auch hierzu sei auf die obigen Ausführungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren verwiesen.Advantageously, the upper and lower reference object differs in shape and / or color. Again, reference is made to the above statements in connection with the method according to the invention.
Vorteilhafterweise weist das Objektiv des Mikroskops eine Tiefenschärfe auf, die unterhalb der Abmessung des oberen Referenzobjekts (Schwimmer) in Fokusrichtung liegt. Auch hierzu sei auf die Ausführungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren verwiesen, um Wiederholungen zu vermeiden.Advantageously, the objective of the microscope has a depth of focus which lies below the dimension of the upper reference object (float) in the focusing direction. Again, reference is made to the statements in connection with the method according to the invention in order to avoid repetition.
Vorteilhafterweise weisen das obere und/oder das untere Referenzobjekt jeweils Fluoreszenzfarbstoffe auf, wobei das Mikroskop als Fluoreszenzmikroskop ausgeführt ist. Nähere Erläuterungen zu dieser Ausgestaltung sind den obigen Ausführungen zur entsprechenden Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zu entnehmen.Advantageously, the upper and / or the lower reference object each have fluorescent dyes, wherein the microscope is designed as a fluorescence microscope. Further explanations of this embodiment can be found in the above statements on the corresponding embodiment of the method according to the invention.
Vorteilhafterweise weist die Kammer am Kammerboden eine Eichmarkierung als oberes Referenzobjekt auf. Das untere Referenzobjekt ist in diesem Fall nicht als physisch ausgedehntes Objekt ausgestaltet. Auch hierzu sei auf die obigen Ausführungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren verwiesen.Advantageously, the chamber has a calibration mark on the bottom of the chamber as the upper reference object. The lower reference object in this case is not designed as a physically extended object. Also to this is on the above Referred to in the context of the method according to the invention.
Schließlich ist es vorteilhaft, wenn das obere Referenzobjekt und das untere Referenzobjekt über eine flexible Verbindung miteinander verbunden sind. Die flexible Verbindung kann hierzu entweder von der Eichmarkierung am Kammerboden zu dem oberen Referenzobjekt, also dem Schwimmer, führen oder aber den Anker als physisch ausgedehntes Objekt mit dem Schwimmer verbinden. Auch bezüglich weiterer Erläuterungen zu dieser Ausgestaltung sei auf die obigen Ausführungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren verwiesen.Finally, it is advantageous if the upper reference object and the lower reference object are connected to one another via a flexible connection. For this purpose, the flexible connection can either lead from the calibration mark on the bottom of the chamber to the upper reference object, ie the float, or else connect the anchor to the float as a physically extended object. Also with regard to further explanations of this embodiment, reference is made to the above statements in connection with the method according to the invention.
Als Anwendungen der Erfindung bieten sich die Berechnungen von Verdampfungen an, wenn beispielsweise eine fluidgefüllte Petrischale als Kammer in einen Inkubator gestellt wird. Durch Ermitteln des Volumens mit Hilfe der Erfindung vor und nach der Inkubation kann das verdampfte Volumen ermittelt werden. Außerdem kann ein Volumenverbrauch durch Aufnahme von Fluid durch Mikroorganismen bestimmt werden. Weiterhin ist es möglich, ein verdampftes Volumen nach Laserapplikationen direkt zu bestimmen. Selbstverständlich eignet sich die hier vorgestellte Erfindung auch zur Messung kleinerer Fluidvolumina unabhängig von einer etwaigen mikroskopischen Untersuchung oder Behandlung der Probe, also des Fluids. Die Erfindung ist insbesondere zur Bestimmung von Volumina im ml oder µl-Bereich geeignet, jedoch sind auch größere Volumina zu ermitteln, soweit die Größe der Kammer eine erfindungsgemäße Bestimmung der Höhe des Fluid-Pegels mittels eines Mikroskops erlaubt.As applications of the invention are the calculations of evaporations, for example, when a fluid-filled Petri dish is placed as a chamber in an incubator. By determining the volume with the aid of the invention before and after the incubation, the evaporated volume can be determined. In addition, a volume consumption can be determined by absorption of fluid by microorganisms. Furthermore, it is possible to directly determine a vaporized volume after laser applications. Of course, the invention presented here is also suitable for measuring smaller volumes of fluid independently of any microscopic examination or treatment of the sample, that is to say of the fluid. The invention is particularly suitable for the determination of volumes in the ml or μl range, however, larger volumes are to be determined as far as the size of the chamber allows a determination according to the invention of the height of the fluid level by means of a microscope.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.Further advantages and embodiments of the invention will become apparent from the description and the accompanying drawings.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination given, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.
Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispieles in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.The invention is illustrated schematically with reference to an embodiment in the drawing and will be described in detail below with reference to the drawing.
Figurenlistelist of figures
-
1 zeigt schematisch das obere und das untere Referenzobjekt, die über eine Verbindung verbunden sind,1 schematically shows the upper and the lower reference object, which are connected via a connection, -
2 zeigt schematisch eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Mikroskops,2 shows schematically an embodiment of a microscope according to the invention, -
3 zeigt sehr schematisch die wesentlichen Bestandteile der Einrichtung zur Bestimmung der Höhe eines Fluid-Pegels in einer quaderförmigen Kammer in einem aufrechten Mikroskop,3 very schematically shows the essential components of the device for determining the height of a fluid level in a cuboid chamber in an upright microscope, -
4 zeigt sehr schematisch die wesentlichen Bestandteile einer Einrichtung zur Bestimmung der Höhe eines Fluid-Pegels in einer zylinderförmigen Kammer in einem inversen Mikroskop und4 shows very schematically the essential components of a device for determining the height of a fluid level in a cylindrical chamber in an inverted microscope and -
5 zeigt sehr schematisch die wesentlichen Bestandteile der Einrichtung zur Bestimmung der Höhe eines Fluid-Pegels in einer quaderförmigen Kammer in einem aufrechten Mikroskop gemäß einer anderen Ausführungsform.5 shows very schematically the essential components of the device for determining the height of a fluid level in a cuboid chamber in an upright microscope according to another embodiment.
In
Mit dem in
Hierzu wird beispielsweise zunächst auf den Anker
Der Betrag der Differenz der beiden Fokuslängen
Zur einfacheren und eindeutigen Fokussierung auf Schwimmer
In den geschilderten Ausführungsbeispielen ist davon ausgegangen worden, dass die Abmessungen von Schwimmer
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Schwimmer, oberes ReferenzobjektFloat, upper reference object
- 22
- Anker, unteres ReferenzobjektAnchor, lower reference object
- 33
- Verbindungconnection
- 44
- zweite Fokuslängesecond focus length
- 55
- erste Fokuslängefirst focus length
- 66
- Mikroskopobjektivmicroscope objective
- 77
- Kammerchamber
- 88th
- Fluid fluid
- 1010
- Mikroskopmicroscope
- 1111
- Mikroskoptischmicroscope stage
- 1212
- Fokussiereinrichtungfocusing
- 1313
- Recheneinheitcomputer unit
- 1414
- Okular eyepiece
- xx
- Breitewidth
- yy
- Tiefedepth
- rr
- Radiusradius
- hH
- Höheheight
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