DE3620887A1

DE3620887A1 - Autonom arbeitende weltraum-mikroskopiereinrichtung

Info

Publication number: DE3620887A1
Application number: DE19863620887
Authority: DE
Inventors: Manfred Marondel
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1986-06-21
Filing date: 1986-06-21
Publication date: 1987-12-23
Also published as: DE3620887C2; FR2600428A1

Description

Die Erfindung betrifft eine autonom arbeitende Mikroskopierein richtung zum Untersuchen von Proben im Weltraum.

Die Untersuchung biologischer Proben, die den Einflüssen der Mi krogravitation und der erhöhten Strahlenbelastung im Weltraum ausgesetzt sind, erfolgt zur Zeit im wesentlichen nach der Rück kehr zur Erde, durch direkte Beobachtung durch Astronauten oder durch Kamerasysteme. Als Beispiel sei hier das makroskopische Wachstums- und Vermehrungsverhalten von Pflanzen und Tieren ange führt.

Insbesondere Untersuchungen humanbiologischer Proben, wie zum Beispiel das Verhalten des Immunsystems (Lymphozyten) im Blut eines Menschen während des Aufenthaltes im Weltraum, machen eine sofortige mikroskopische Untersuchung der den Astronauten während des Raumfluges entnommenen Blutproben notwendig. Da bei solchen Experimenten nur umfangreiche Untersuchungen des Blutes unter schiedlicher Astronauten (und nach unterschiedlicher Flugdauer) aussagekräftige Ergebnisse liefern, stellt sich die rein manuelle Durchführung der mikroskopischen Untersuchung durch die Astronau ten als zu zeitaufwendig dar.

Damit wird deutlich, daß ein Bedarf nach einer autonom arbeitenden Mikroskopiereinrichtung zum Untersuchen von Proben im Weltraum besteht, insbesondere wenn berücksichtigt wird, daß für Langzeit raumflüge (interplanetar und im Erdorbit) die genaue Kenntnis zum Beispiel der Arbeitsweise des menschlichen Immunsystems von großer Bedeutung ist.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine autonom arbeitende Welt raum-Mikroskopiereinrichtung zu entwickeln, die erzeugte Mikros kopierbilder erfaßt und in digitaler Form zur Erde sendet, wo sie mit Bildverarbeitungsanlagen aufbereitet und von Experimentatoren und/oder Raumfahrtmedizinern ausgewertet werden.

Diese Aufgabe ist durch die Kennzeichenmerkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen der Er findung sind in den Unteransprüchen aufgeführt.

Die Erfindung wird anhand der beigelegten Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der im Raumfahr zeug befindlichen erfindungsgemäßen Mikrosko pier- , Bildanalyse- und Bilddatensendeein richtungen und

Fig. 2 die bodenseitigen Bilddatenempfangs-, -ver arbeitungs- und -ausgabegeräte

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe läßt sich mit Hilfe einer Zeichnung veranschaulichen. Ein Leichtbaumikroskop 19 ist über einem Drehtisch 1 so angeordnet, daß eine der auf diesem Drehtisch 1 befestigten und kodierten Proben a, b, c, ... von dem Objektiv des Leichtbaumikroskopes 19 optisch erfaßt wird. Das von dem Mikroskop erzeugte Bild wird von einer Kamera 2 mit ladungs gekoppeltem Bildsensor (CCD-Kamera) aufgenommen und in digitale Bildsignale umgewandelt. Diese Bildsignale werden einem Bild schärfen-Analysiergerät 5 zugeleitet, mit dem der Kontrast der Objektkonturen bestimmt und das Bild abgespeichert wird. An schließend wird ein als Mikroskoptrieb dienender Schrittmotor 3 angesteuert, der den Abstand zwischen dem Mikroskopobjektiv und der zu untersuchenden Probe um einen vorher festgelegten und von der gewählten Vergrößerung abhängigen Abstand verändert. Das nun von der CCD-Kamera 2 aufgenommene Bild wird wieder dem Bildschär fen-Analysiergerät 5 zugeleitet, in einem zweiten Bildspeicher abgelegt und mit dem zuvor abgespeicherten Bild verglichen. Hat sich eine Verbesserung des Bildkontrastes und damit der Bild schärfe ergeben, so wird der Schrittmotor 3 erneut aktiviert und der Abstand zwischen Mikroskopobjektiv und Probe um den gleichen Betrag in gleicher Richtung vergrößert. Anschließend wird das nun aufgenommene dritte Bild im Bildschärfen-Analysiergerät 5 abge speichert, mit dem zweiten abgespeicherten Bild verglichen und eine Verbesserung oder Verschlechterung der Bildschärfe festge stellt. Dieser Vorgang wird solange wiederholt, bis das Bild schärfen-Analysiergerät 5 eine Verschlechterung der Bildschärfe feststellt. Ist dies der Fall, so wird das vorletzte und damit kontrastreichste Bild in digitaler Form einer Bildsignal-Aufbe reitungsanlage 6 zugeleitet und gelangt von dieser über eine Sen deeinrichtung 7 des Raumfahrzeuges zu einer Erdempfangsstation 8.

Für den Fall, daß nach der ersten Veränderung des Abstandes zwi schen Untersuchungsobjekt und Mikroskopobjektiv eine Verschlech terung des Bildkontrastes eintrat, wird mit Hilfe des Schrittmo tors 3 dieser Abstand nach dem oben beschriebenen Optimierungs verfahren solange in die entgegengesetzte Richtung verändert, bis das kontrastreichste Bild zur Übermittlung zur Erde zur Verfügung steht.

Nach dem Empfang der Bilddaten auf der Erde werden diese von an sich bekannten Bilddatenverarbeitungsanlagen zu normalen und/oder Falschfarbenaufnahmen verarbeitet, auf geeigneten Datenspeicher geräten 10, 11 abgespeichert und wahlweise als Papierkopie 12 ausgegeben, auf Kontrollmonitoren 13 abgebildet sowie auf Bild aufzeichnungsgeräten 14 aufgezeichnet und zu probenspezifischen Videofilmen zusammengefügt.

Nach dem Sendevorgang der bestmöglichen Objektabbildung erhält die Ansteuerelektronik 16 des Schrittmotors 15 ein Signal zur Positionierung des nächsten Untersuchungobjektes unter dem Mi kroskop. Damit wird die nächste Probe beobachtbar und anschlie ßend ihr bestes mikroskopiertes Bild zur Erde gesandt. Auf diese Weise lassen sich alle auf dem Drehtisch 1 befindlichen Proben in ständiger Wiederholung untersuchen, oder nach einem automatischen Auswechseln einer Probenbefestigungsplatte auf der Drehtisch scheibe mit anderen Proben zusätzliche Untersuchungsobjekte be obachten.

In einer vorteilhaften Ausgestalltung der Erfindung ist diese Mikroskopiereinrichtung mit einer automatischen Objektiv- und Filterwechseleinrichtung sowie mit einer Einrichtung zum auto matischen Wechseln und Archivieren der Probenbefestigungsplatten mit auf diesen befestigten Proben versehen. Zudem sind alle Funk tionen von der Erde aus fernsteuerbar sowie im Falle eines tech nischen Fehlers von Astronauten manuell bedienbar. Als Mikros koptyp ist ein Lichtmikroskop vorgesehen, welches für Auf- und Durchlichtuntersuchungen geeignet ist. Für diese Aufgaben verfügt es über geeignete Beleuchtungseinrichtungen 17.

Claims

1. Autonom arbeitende Mikroskopiereinrichtung zum Unter suchen von Proben im Weltraum, dadurch gekenn zeichnet, daß zu untersuchende Proben (a, b, c, ...) mit einer Probenbefestigungsplatte auf einem mit einem Schrittmotor (15) angetreibbaren Drehtisch (1) angebracht sind, daß die Proben (a, b, c, ...) unter einem Leichtbaumikroskop (19) positioniert werden, an dessen Okularseite eine das erzeugte Bild aufnehmende CCD-Kamera (2) befestigt ist, daß die digitalen Bilddaten der CCD-Kamera (2) einem Bildschärfen-Analysiergerät (5) zuleitet sind, das mit einem geeigneten Verfahren den Kontrastgehalt der abgebildeten Objektkonturen erfaßt und abspeichert, daß eine An steuerungselektronik (4) einen Mikroskoptrieb (3) zu einer von der gewählten Vergrößerung abhängigen Abstandsänderung zwischen Objekt und Mikroskopobjektiv ansteuert, daß das von der CCD-Ka mera (2) erzeugte Bild im Bildschärfen-Analysiergerät (5) einem zweiten elektronischen Bildspeicher zum Vergleich mit dem zuvor abgespeicherten Bild zugeführt wird, um in Abhängigkeit des Ver gleiches den Mikroskoptrieb (3) zur Einstellung auf optimale Bildschärfe anzusteuern und daß das so erzeugte kontrastreichste Bild zu einer Bildsignal-Aufbereitungsanlage (6) gelangt und über eine Sendeeinrichtung (7) des Raumfahrzeuges zu einer Empfangs station (8) auf der Erde übermittelt wird, daß von der Sendeein richtung (7) ein Steuersignal für die Ansteuerelektronik (16) des Schrittmotors (15) des Drehtisches (1) gesendet wird, wodurch eine andere Probe unter das Objektiv der Mikroskopiereinrichtung positioniert und beobachtbar wird.

2. Mikroskopiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die zur Erde gesendeten Bilddaten von geeigneten Datenverarbeitungsanlagen zu normalen und/oder Falschfarbenauf nahmen verarbeitet werden, und daß diese Bilder direkt und/oder nach einer Zwischenspeicherung auf geeigneten Datenträgern zur Auswertung zur Verfügung stehen.

3. Mikroskopiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß das verwendete Mikroskop ein Lichtmikroskop ist.

4. Mikroskopiereinrichtung nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweils zu untersuchenden Probe von einer geeigneten Beleuchtungseinrichtung (17) ausgeleuchtet wird.

5. Mikroskopiereinrichtung nach den Ansprüchen 1, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß das verwendete Mikroskop eine fern gesteuert arbeitende Objektiv-Wechseleinrichtung aufweist.

6. Mikroskopiereinrichtung nach den Ansprüchen 1, 3, 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß das verwendete Mikroskop eine fern gesteuert arbeitende Filter-Wechseleinrichtung aufweist.

7. Mikroskopiereinrichtung nach den Ansprüchen 1, 3, 4, 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehtisch (1) eine auto matisch auswechselbare Probenbefestigungsplatte aufweist, die je weils mit einer Anzahl von kodierten Proben bestückt ist.

8. Mikroskopiereinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 7, da durch gekennzeichnet, daß die von der Empfangsstation (8) empfan genen und von der Datenverarbeitungsanlage (9) verarbeiteten Bilddaten als digitale Daten auf Datenspeichergeräten (10) und (11) abgespeichert werden.

9. Mikroskopiereinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 8, da durch gekennzeichnet, daß die von der Empfangsstation (8) empfan genen und von der Datenverarbeitungsanlage (9) verarbeiteten Bilddaten von geeigneten Geräten als Papierbilder (12) ausgegeben werden.

10. Mikroskopiereinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 9, da durch gekennzeichnet, daß die von der Datenverarbeitungsanlage (9) verarbeiteten Bilddaten auf Videoaufzeichnungsgeräten (13) als aufeinanderfolgende Einzelbilder zu probenspezifischen Video filmen aufgezeichnet werden.

11. Mikroskopiereinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Datenverarbeitungsanlage (9) verarbeiteten Bilddaten auf Bilddarstellungsgeräten (14) wie dergegeben werden.

12. Mikroskopiereinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß alle automatischen Funktionen der Mikroskopiereinrichtung von einem übergeordneten Computer ge steuert werden, von der Erde aus fernsteuerbar sind und/oder von Astronauten manuell betätigbar werden.