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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Erkennung der Position eines auf einem Träger aufgezeichneten elektrophoretischen Bildes nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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In der DE-AS 19 41 905 ist ein Lichtschrankengitter mit einer Anzahl nebeneinander angeordneter periodisch betriebener Lichtsender offenbart, die nacheinander innerhalb einer vorgegebenen Periode aktiv geschaltet werden. Damit entsteht ein sogenannter Lichtvorhang, über den die Lage oder die Größe von Gegenständen in einer überwachten Fläche festgestellt werden kann. Dieses bekannte Lichtschrankengitter ist jedoch zur Positionserkennung für auf Träger aufgezeichnete elektrophoretische Bilder nicht geeignet, da bei derartigen Bildern die Kontraste teilweise nicht sehr ausgeprägt sind. Bekanntlich sind darüber hinaus die Ausgangssignale von Dioden unterschiedlich und es ergeben sich auch Unterschiede auf den Übertragungswegen.
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Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, eine Vorrichtung der gattungsgemäßen Art anzugeben, mit der bei ihrer Anwendung zur Positionserkennung elektrophoretischer Bilder Unterschiede in den lichtemittierenden Elementen und/oder auf den Übertragungswegen eliminiert werden können.
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Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs spezifizierten Speichermittel gelöst.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt
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Fig. 1 eine schematische Darstellung eines bekannten Probendetektors;
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Fig. 2 einen Träger mit elektrophoretischen Bildern, wie er zwischen den lichtemittierenden Elementen verschoben wird;
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Fig. 3 eine Prinzipskizze der Vorrichtung gemäß der Erfindung;
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Fig. 4 im Diagramm die zeitliche Folge derAktivierung der lichtemittierenden Elemente;
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Fig. 5 in einem weiteren Diagramm ein Beispiel von Ausgängen aus einem lichtemittierenden Element in dem Zeitpunkt, in dem die lichtemittierenden Elemente wie in Fig. 4 dargestellt aktiv geschaltet sind;
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Fig. 6 ein weiteres Diagramm, welches die Ausgangssignale eines Vorverstärkers zeigt, und zwar entsprechend den Ausgangssignalen nach Fig. 5;
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Fig. 7a ein Beispiel der Vorverstärkerausgänge gemäß einem Abtastzustand, bei dem keine Proben identifiziert werden;
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Fig. 7b ein Beispiel von Vorverstärkerausgängen gemäß einem Abtastzustand, bei dem eine Probe identifiziert wird;
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Fig. 8 ein Blockschaltbild zur Verarbeitung der Ausgangssignale der Vorrichtung gemäß der Erfindung;
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Fig. 9 ein Diagramm, welches die Ausgangssignale der einzelnen Elemente des Blockschaltbildes gemäß Fig. 8 zeigt.
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Ehe die Figuren im einzelnen erläutert werden, soll zum allgemeinen Hintergrund der vorliegenden Erfindung folgendes ausgeführt werden.
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Bei der Elektrophorese werden Proben auf einen aus Zelluloseacetat-Papier oder ähnlichem Material bestehenden Träger aufgebracht. Durch elektrisches Beaufschlagen dieses Trägers werden sodann fraktionierte Muster dieser Proben gebildet. Schließlich wird der Träger gefärbt, entfärbt und transparent gemacht, und zwar durch Eintauchen in eine Klärflüssigkeit. Mittels eines Kolorimeters werden anschließend die fraktionierten Muster quantitativ analysiert. Zur automatischen quantitativen Analyse mittels dieses Kolorimeters wird der Träger mit den Proben zwischen einer Lichtquelle und einem Photodetektor verschoben, beziehungsweise verfahren. Die Lichtquelle und der Photodetektor werden in einer Richtung senkrecht zur Bewegungsrichtung des Trägers bewegt, um die Probe photometrisch abtasten zu können. Ein derartiges photometrisches Gerät erfordert einen Probendetektor, der eine Probe auf dem Träger exakt erfaßt. Erst dann, wenn sich die Probe exakt zwischen der Lichtquelle und dem Photodetektor befindet, kann sie der photometrischen Analyse ausgesetzt werden.
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Fig. 1 zeigt einen bekannten Probendetektor. Dargestellt ist ein Träger 1, auf dem eine Mehrzahl fraktionierter Muster 2 zu untersuchender Proben aufgebracht sind. Die genannten Muster befinden sich in etwa konstanten Abständen auf dem Träger 1. Es ist ferner eine photoelektrische Lichtquelle 3 dargestellt, die aus einer Linse 4, einem Linsensystem 5, einem Filter 6 und einer geschlitzten Platte 7 besteht. Ferner ist ein photoelektrischer Detektor 8 vorgesehen, der im einzelnen aus einer geschlitzten Platte 9 und einem Photodetektorelement 10 besteht. Stellvertretend für ein ganzes Bündel ist eine optische Faser 11 dargestellt. Die Enden dieser optischen Fasern befinden sich im gebündelten Zustand unter dem Träger beziehungsweise unter der Trägerbahn, und zwar senkrecht zur Bewegungsrichtung des Trägers 1. Dies ist insbesondere aus Fig. 2 zu ersehen.
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An den Eingangsenden der optischen Fasern 11 befindet sich eine Lampe 12. Eine Mehrzahl von Photodetektorelementen 13 ist auf der zweiten Seite des Trägers 1 angeordnet, und zwar derart, daß die einzeln Photodetektorelemente 13 von Licht beaufschlagt werden können. Dieses Licht wird von der Lampe 12 ausgestrahlt und über die optischen Fasern 11 übertragen. Die optischen Fasern 11, die Lampe 12 sowie die Photodetektorelemente 13 bilden den Probendetektor als Ganzes.
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Wird der Träger 1 zwecks Photometrie der Proben in dem - vorher beschriebenen - photometrischen Gerät verschoben (vergl. Pfeil A), so tritt das Licht, das durch die optischen Fasern 11 übertragen wird, durch den Träger 1 und wird von den gegenüberliegenden Photodetektorelementen 13 aufgenommen. In diesen Photodetektorelementen 13 werden sodann hohe Ausgangssignale generiert, wenn ein transparenter Teil 1 a eines Trägers 1 der Position des Probendetektors entspricht; demgegenüber werden niedrige Ausgangssignale dann erzeugt, wenn eine auf dem Träger 1 aufgebrachte Probe 2 der genannten Position entspricht. Es ist mithin möglich, die Photometrie einer Probe 2 dadurch durchzuführen, daß der Träger 1 angehalten wird und die Probe 2 auf dem Träger 1 erfaßt wird. Hierzu ist eine Verschiebung der photometrischen Einheit, die aus Lichtquelle 3 und photometrischem Detektor 8 besteht, in Richtung senkrecht zur Bewegungsrichtung des Trägers 1 zusätzlich erforderlich.
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Bei einem bekannten Probendetektor ist es erforderlich, den Photodetektorelementen einen Vorverstärker zuzuordnen, um die von den Photodetektorelementen generierten Signale verarbeiten zu können. Dabei handelt es sich im allgemeinen um teure Vorverstärker, die eine hohe Eingangsimpedanz sowie einen geringen Ausgangspegel für die Signalverarbeitung bei höherer Geschwindigkeit haben. Aus diesem Grund sind die bekannten Probendetektoren sehr teuer. Um hier eine gewisse Abhilfe zu schaffen, ist es notwendig, einen einzigen Vorverstärker bei bekannten Probedetektoren einzusetzen. Zu diesem Zweck muß jedoch ein Einzeldetektorelement verwendet werden, das eine hinreichend große Lichtempfindlichkeit aufweist, um die Endbereiche vieler optischer Fasern gleichzeitig erfassen zu können.
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Größere Lichtempfindlichkeit bedingt jedoch auch eine größere Fläche, wodurch wiederum aufgrund des sogenannten Dunkelstroms die analytische Genauigkeit verschlechtert wird. Auch ist es empfehlenswert, einen einzelnen Vorverstärker in Kombination mit einer Mehrzahl von Photodetektorelementen einzusetzen. Ein derartiges Verfahren beziehungsweise eine derartige Anordnung erfordert jedoch einen Regelkreis, der ein Photodetektorelement auswählt, das an den Verstärker angeschlossen ist.
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Ein Probendetektor gemäß der vorliegenden Erfindung beziehungsweise eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs ist in Fig. 3 dargestellt.
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Gemäß Fig. 3 ist ein Träger 1 dargestellt, auf dem eine Vielzahl von Proben 2 (fraktionierte Muster eines Serums) in bestimmten, insbesondere gleichmäßigen Abständen aufgebracht sind. Es ist ferner ein optisches Faserbündel 30 dargestellt, das aus einer Vielzahl von optischen Einzelfasern 31, 32 besteht. Diese Einzelfasern weisen jeweils Lichtausgangsenden 31 a, 32 a auf, die derart angeordnet sind, daß sie von Lichtquellen übernommenes und übertragenes Licht senkrecht zur Fläche des Trägers austreten lassen. Die genannten Lichtausgangsenden 31 a, 32 a sind senkrecht zur Bewegungsrichtung des Trägers 1 nebeneinander (x-Richtung) angeordnet.
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Ein zweites optisches Faserbündel 40, das ebenfalls aus einer Mehrzahl optischer Einzelfasern 41, 42 besteht, hat wiederum Lichteingangsenden 41 a, 42 a. Diese Lichteingangsenden 41 a, 42 a liegen den Lichtausgangsenden 31 a, 32 a der erstgenannten optischen Einzelfasern 31, 32 des ersten optischen Faserbündels 30 gegenüber. Somit wird das aus den Lichtausgangsenden 31 a, 32 a der einzelnen optischen Faser 31, 32 des ersten optischen Faserbündels 30 austretende Licht von den Lichteingangsenden 41 a, 42 a der einzelnen optischen Fasern 41, 42 des zweiten optischen Faserbündels 40 aufgenommen. Die Lichtausgangsenden 31 a, 32 a des ersten Faserbündels 30 und die Lichteingangsenden 41 a, 42 a des zweiten Bündels sind zweckmäßigerweise derart angeordnet, daß sie so nahe wie möglich einander gegenüber liegen. Damit wird verhindert, daß Streulicht von außen den Lichtpegel verändert. An den Lichteingangsenden 31 b, 32 b der Einzelfasern 31, 32 des ersten optischen Faserbündels 30 sind lichtemittierende Elemente, insbesondere lichtemittierende Dioden 51, 52 angeordnet. Im Bereich der Lichtausgangsenden 41 b, 42 b des zweiten optischen Faserbündels 40 ist ein Photodetektorelement 60 mit einem nachgeschalteten Vorverstärker 61 angeordnet.
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Die Lichtquelle 3 für die eigentliche Photometrie besteht - analog zu der von Fig. 1 - aus einer Lampe 4, einem Linsensystem 5, einem Filter 6 und einer Schlitzplatte 7. Auch der photometrische Detektor 8 ist im wesentlichen der gleiche wie jener nach Fig. 1, so daß sich eine weitere Beschreibung erübrigt.
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Im folgenden soll die Abeitsweise des Probendetektors gemäß der oben beschriebenen erfindungsgemäßen Konzeption erläutert werden.
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Zunächst werden die einzelnen lichtemittierenden Dioden 51, 52 nacheinander mit hoher Frequenz aktiviert. Gleichzeitig wird der Träger 1 in der durch den Pfeil A veranschaulichten Richtung verschoben.
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Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 umfaßt einen Probendetektor mit 8 lichtemittierenden Dioden 51 und bis 58; das bedeutet, daß das erste und zweite optische Faserbündel 30, 40 jeweils aus 8 optischen Einzelfasern besteht. Es versteht sich von selbst, daß die optischen Faserbündel auch aus mehr oder weniger optischen Einzelfasern zusammengesetzt sein können.
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Sind alle lichtemittierenden Dioden 51 bis 58 nacheinander aktiviert worden, so beginnt ein neuer Zyklus mit der lichtemittierenden Diode 51. Die von den Dioden ausgestrahlte Lichtenergie wird durch die optischen Einzelfasern 31, 32 des ersten optischen Faserbündels 30 übertragen; an den Lichtausgangsenden 31 a, 32 a wird die übertragene Lichtenergie abgegeben und durch den Träger 1 hindurch den Lichteingangsenden 41 a, 42 a der entsprechenden optischen Einzelfasern 41, 42 des zweiten optischen Faserbündels 40 zugeführt. An den Lichtausgangsenden 41 b, 42 b des zweiten optischen Faserbündels 40 tritt die übertragene Lichtenergie aus und wird von dem Photodetektorelement 60 aufgenommen.
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Die Intensität der vom Photodetektorelement 60 aufgenommenen Lichtenergie entspricht der Konzentration der Probe 2, die sich auf dem Träger 1 befindet. Die von dem Photodetektorelement 60 abgegebenen Ausgangssignale basieren somit auf den Intensitäten der aufgenommenen Lichtenergie und lassen sich - vergl. Fig. 5 - diagrammatisch darstellen.
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Die Ausgangssignale des Photodetektors 60 werden sodann vom Vorverstärker 61 zusammengefaßt, der die gemäß Fig. 6 dargestellten Ausgangssignale abgibt.
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Da der Träger 1 in dem gemäß Fig. 3 dargestellten Beispiel transparent ist, haben die Lichtstrahlen, die durch den von Proben 2 freien Breich hindurchtreten, relativ große Intensität; sie erzeugen damit hohe Ausgangssignale im Vorverstärker 61.
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Wird hingegen eine Probe 2 zwischen die Lichtaustritts- beziehungsweise Lichteintrittsenden der beiden optischen Faserbündel 30, 40 bewegt, so werden die Intensitäten der von dem Photodetektorelement 60 aufgenommenen Lichtstrahl der Konzentration der Probe entsprechend gedämpft. Dabei wird der Ausgang des Vorverstärkers signalmäßig reduziert.
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Fig. 7a zeigt das Ausgangssignal des Vorverstärkers, das einem von Proben freien Teil des Substrats 1 entspricht (Signalpegel a 1); das Ausgangssignal des Vorverstärkers, das den Bereichen entspricht, auf denen eine Probe identifiziert wird, ist in Fig. 7b dargestellt (vergl. Signalpegel a 2). In Fig. 7a und 7b ist jeweils in Form einer gestrichelten Linie a ein Schwellwertsignal dargestellt, das - gemäß der zeichnerischen Darstellung - so dimensioniert ist, daß das vorgenannte Ausgangssignal a 1 größer ist als dieses Schwellwertsignal a und daß mindestens eines der Ausgangssignale a 2 geringer ist als das Schwellwertsignal a. Somit läßt sich beurteilen, ob eine Probe auf dem Träger vorhanden ist oder nicht; das Schwellwertsignal a wird dabei gewissermaßen als Normierungssignal betrachtet.
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Dies bedeutet - mit anderen Worten ausgedrückt - folgendes: Es gibt eine Zeitspanne beziehungsweise einen Zeitintervall, bei welchem die gesamte durch alle optischen Fasern hindurchtretende Lichtenergie Ausgangssignale generiert, die höher sind als der Schwellwertpegel a; es gibt ferner einen Zeitintervall, bei dem ein Ausgangssignal generiert wird, welches geringer ist als der eingestellte Schwellwert a. Zwischen diesen Zeitintervallen tritt somit eine Sprungfunktion beziehungsweise ein Wendepunkt auf.
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Dieser entspricht dem Zeitpunkt, in welchem eine auf den Träger vorhandene Probe gerade zwischen den Enden der in Reihen angeordneten optischen Fasern angelangt ist. Obwohl der Träger bewegt wird, wird das von jener Lichtquelle generierte Ausgangssignal dann geringer als der vorbestimmte Schwellwert a, wenn sich zwischen den Lichtausgangs- beziehungsweise Lichteintrittsenden der in Reihen angeordneten optischen Fasern eine Probe befindet. Der Zeitpunkt, bei welchem die Ausgangssignale, die von den durch alle optischen Fasern hindurchgetretenen Lichtmengen erzeugt wird, größer als der vorgegebene Schwellwert a sind, entspricht jenem Zeitpunkt, in welchem die Probe aus dem Einflußbereich der optischen Fasern herausbewegt ist. Somit ist es möglich, beide Kanten einer Probe zu identifizieren.
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Wird die Anwesenheit einer Probe in der vorgenannten Weise erkannt, so läßt sich der Träger anhalten, um die identifizierte Probe genau an der Position des photometrischen Gerätes zu positionieren. Dies geschieht letztlich in Abhängigkeit von den Abständen der optischen Fasern relativ zum photometrischen Gerät; auch ist die Bewegungsgeschwindigkeit des Trägers zu berücksichtigen.
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In den Fig. 7a und 7b sind die Ausgangssignale unter der Annahme wiedergegeben, daß sie dann konstant sind, wenn ein transparenter Bereich des Trägers ohne Probe zwischen den Enden der optischen Faserbündel zu liegen kommt. Diese Ausgangssignale schwanken jedoch in der Praxis mehr oder weniger aufgrund der Tatsache, daß die Intensität der von den einzelnen lichtemittierenden Dioden ausgesandten Lichtstrahlen unterschiedlich sind, und daß die Übertragungseigenschaften der einzelnen optischen Fasern 31, 32 und 41, 42 mehr oder weniger voneinander abweichen. Eine genaue Beurteilung läßt sich somit dann angeben, wenn die den einzelnen lichtemittierenden Dioden entsprechenden Ausgänge vor der Identifizierung der Proben aufleuchten. Genaue Ausgangssignale (entsprechend dem Schwellwert a gemäß Fig. 7a und 7b) für die einzelnen optischen Fasern werden somit auf der Grundlage gemessener Werte bestimmt. Diese Werte werden sodann als faserspezifische Normwerte gespeichert, um letztlich eindeutig über die An- oder Abwesenheit von Proben entscheiden zu können. Durch die Voreinstellung der faserspezifischen Normwerte gemäß der vorbeschriebenen Art und Weise lassen sich nicht nur die Energieunterschiede der von den einzelnen Dioden abgegebenen Lichtstrahlen korrigieren, sondern es lassen sich auch Übertragungsunterschiede der einzelnen optischen Fasern korrigieren. Auch lassen sich die Schwankungen des gesamten Detektorsystems kompensieren, und zwar einschließlich der sogenannten Drift der elektrischen Schaltkreise usw. Insgesamt betrachtet ergibt sich somit eine bessere Genauigkeit der Probenidentifikation.
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Bei der Erfassung der Probenpositionen mit einem Probendetektor der vorgenannten Konzeption lassen sich die ermittelten Daten auch mit einem Computerprogramm verarbeiten. Im folgenden soll ein Ausführungsbeispiel beschrieben werden, bei dem Bildsignale eingespeist werden, die durch photoelektrische Umwandlung der von dem Photodetektorelement aufgefangenen Lichtstrahlen generiert wurden. Diese Bildsignale wurden über den Ansteuerungszyklus der lichtemittierenden Dioden gewonnen, die synchron in einem Rechner verarbeitet werden.
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Fig. 8 zeigt in einem Blockschaltbild eine Anordnung zum Einspeisen der genannten Bildsignale in den Rechner. Hierbei werden die Bildsignale, die der photoelektrischen Umwandlung mit dem Photodetektorelement 60 unterworfen werden, von einemVorverstärker 61 verstärkt. Dessen Ausgänge werden von einem Analog-/ Digital-Umsetzer 62 in Digitalsignale umgewandelt und in einem Rechner 63 abgespeichert. Es ist ferner ein Oszillator 64 vorgesehen, der mit der Bilddetektorsteuerung des Rechners 63 betrieben wird. Die Ausgänge des Rechners 63 werden von einem Konverter 65 in Signale umgewandelt, mit denen die einzelnen lichtemittierenden Dioden aufeinanderfolgend aktiviert werden und in einen Treiberschaltkreis 66 eingespeist werden. Dieser Treiberschaltkreis 66 steuert den Zyklus der lichtemittierenden Dioden.
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Die Ausgangssignale des Oszillators 64 werden zusätzlich einem Multivibrator 67 eingespeist, welcher seinerseits ausgangsseitig mit dem Analog-/Digital-Umwandler verbunden ist. Dieser Analog-/Digital-Umwandler 62 generiert nach der Aufnahme eines Ausgangssignals des Multivibrators 67 ein Analog-/Digital-Umwandler-Endsignal und gibt dieses an den Rechner 63 ab. Da die lichtemittierenden Dioden aufeinanderfolgend aktiviert werden, stehen jeweils synchron die zu verarbeitenden Daten zur Verfügung.
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Fig. 9 zeigt ein Zeitdiagramm, aufgrund dessen das aus jeder Stufe des Blockschaltbildes nach Fig. 8 gewonnene Signal erläutert wird. In Fig. 9 ist ein Bezugssymbol A dargestellt, das den Oszillations(takt-)signalen des Oszillators 74 entspricht. Das Bezugszeichen B bezeichnet die Ausgangssignale des Multivibrators 67, der jeweils synchron zur negativen Flanke des Oszillationssignals A aktiviert wird. Die Bezugszeichen C 1 bis C 8 bezeichnen die Ansteuersignale für die einzelnen lichtemittierenden Dioden. Diese einzelnen Signale werden jeweils auf der Grundlage des Oszillationssignals A und des Konverters 65 gewonnen. Die von den lichtemittierenden Dioden abgegebenen Lichtstrahlen werden vom Photodetektorelement 60 aufgefangen und hier durch photoelektrische Konversion in Lichtsignale umgewandelt; diese Signale werden sodann im Vorverstärker 61 verstärkt (Signal D). Dieses Signal D wird in Abhängigkeit vom Analog-/Digital-Umwandlungs-Endsignal E dem Rechner zugeführt. Damit ergeben sich die den einzelnen lichtemittierenden Dioden entsprechenden Ausgangssignale als Ansteuersignale für den Rechner.
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Aus der vorstehenden Beschreibung ergibt sich, daß der erfindungsgemäße Probendetektor einen einzigen Vorverstärker in Verbindung mit einem einzigen Photodetektorelement fordert; dies bedingt somit nur relativ geringe Herstellungskosten. Mit dem erfindungsgemäßen Probendetektor wird eine sehr hohe Erkennungsgenauigkeit gewährleistet, da nur eine schmale photoempfindliche Fläche auf dem Photodetektorelement benötigt wird. Durch die Anwendung einer größeren Anzahl optischer Fasern vermag der erfindungsgemäße Probendetektor darüber hinaus leicht auch die Breite und beide Kanten der Proben erfassen, und zwar auch dann, wenn diese Proben relativ groß sind. Auch lassen sich Proben leicht und genau dann noch identifizieren, wenn der Träger von seiner Bewegungsrichtung abweicht oder beispielsweise geneigt geführt ist. Da der Probendetektor optische Faserbündel sowohl auf der Lichtseite als auch auf der Detektorseite aufweist, wird eine größere Flexibilität der Anordnung der Lichtquelle und des Photodetektorelements ermöglicht. Mit dem vorgeschlagenen Probendetektor ist eine genaue Positionserfassung selbst dann möglich, wenn diese Proben auf dem Träger in relativ kurzen Abständen angeordnet sind. Dies resultiert daraus, daß die Enden der optischen Faserbündel einerseits und das photometrische Gerät andererseits sehr dicht beieinander angeordnet sein können.
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Ein besonderer Vorzug des erfindungsgemäßen Probendetektors it darin zu sehen, daß Einflüsse, die auf Unterschiede in den Übertragungswegen der einzelnen optischen Fasern ihre Ursache haben, eliminiert werden können. Auch werden Schwankungen der Ausgangssignale kompensiert, die im elektronischen Ansteuersystem begründet sind.