DE3785932T2

DE3785932T2 - Optische abbildungsvorrichtung mit hoher auflösung.

Info

Publication number: DE3785932T2
Application number: DE87907607T
Authority: DE
Inventors: Richard Ansorge; Adrian Lyons; John Rushbrooke; Patricia Tomkins
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1986-11-26
Filing date: 1987-11-20
Publication date: 1993-11-25
Anticipated expiration: 2007-11-21
Also published as: EP0327588A1; EP0327588B1; ATE89665T1; JP2622567B2; DE3785932D1; AU8238587A; WO1988004045A1; JPH02500613A; AU592913B2

Description

Gebiet der Erfindung

Diese Erfindung betrifft ein optisches Bildbearbeitungs- und wiedergabegerät mit hoher Empfindlichkeit, insbesondere zur Detektion bei niedriger Lichtstärke, insbesondere auf dem Gebiet der Biomedizin zur Detektion und zum Messen sehr kleiner Mengen von durch mit geeigneten Reagenzien behandelte diagnostische Proben ausgestrahltem Licht. Zum Beispiel erzeugen Blutserum oder andere Körperflüssigkeiten bei Vermischen mit aus monoclonalen Antikörpern abgeleiteten bestimmten Reagenzien in Gegenwart von bestimmten Antikörpern oder dergleichen eine Photonenemission. Das Prinzip gilt allgemein für Gewebeabschnitte und elektrophoretische Gele und dergleichen.

Vorgeschichte der Erfindung

Die Detektion von Photonenemission von chemischen Reaktionen mit geringer Stärke auf dem Gebiet der Biochemie hat steigende Bedeutung erlangt, da Techniken entwickelt wurden, die das Mischen von einem oder mehreren Reagenzien mit Blutserum oder anderen Körperflüssigkeiten einschließen, um zu bestimmen, ob oder ob nicht und in welchem Ausmaß Antikörper oder Antigene oder dergleichen in der Körperflüssigkeit vorliegen, abhängig davon, ob oder ob nicht und in welcher Stärke eine Photonenemission im Anschluß an das Vermischen der Reagenzien mit den Körperflüssigkeiten auftritt. Diese Techniken sind zur Massen-Untersuchung von Krankheiten, wie zum Beispiel bestimmten Krebsarten und schließlich AIDS, entwikkelt worden.
Bei solchen Techniken werden die zu prüfenden flüssigen Proben jeweils in Vertiefungen in einer im typischen Fall aus Kunststoff hergestellten lichtundurchlässigen Schale eingegeben. Eine typische Schale enthält 96 solche Vertiefungen jeweils von 6 mm Durchmesser und einem Abstand von 9 mm. Die 96 Vertiefungen bilden eine 12·8-Anordnung. Jede Vertiefung läßt das Durchführen eines einzigen Versuchs mit einer bestimmten Kombination von Reagenz und Probe zu. Die 96 Vertiefungen zusammen ermöglichen damit das Durchführen von bis zu 96 Prüfungen gleichzeitig mit vielen möglichen Kombinationen von verschiedenen Prüfungen für ein Individuum oder die gleiche Prüfung für verschiedene Individuen.
Das bei mit einer Emission von Photonen arbeitenden diagnostischen Techniken auftretende Hauptproblem ist das mit den meisten dieser Reaktionen verbundene sehr geringe Ausmaß an Photonenemission. Das Signal/Geräusch-Verhältnis der meisten herkömmlichen elektronischen Photonendetektoren ist für das Detektieren dieser niedrigen photonischen Emissionen weit zu gering, und es sind Versuche zum Verbessern der Empfindlichkeit der herkömmlichen Photonendetektoren unternommen worden, wie zum Beispiel cryogene Kühltechniken zum Herabsetzen der elektrischen Aktivität des Detektors (und damit des Geräuschs) auf eine annehmbare Höhe, damit der Detektor dann auf sehr niedrige Photonenemissionen anspricht.
Solche Vorrichtungen besitzen jedoch immer noch nicht die gewünschte Empfindlichkeit, da der Kopplungswirkungsgrad zwischen der Lichtabgabe aus den einzelnen Vertiefungen und dem Photonendetektor zur Schwäche neigt. Zusätzlich neigen die normalerweise als solche Detektoren verwandten ladungsgekoppelten Vorrichtungen bei der mit lumineszierenden Proben-Messungen verbundenen Wellenlänge (im typischen Fall 420 Nanometer) zu einem sehr niedrigen Wirkungsgrad (im typischen Fall in der Größenordnung von 30 %).
Die Verwendung von Schichten zum Umwandeln der Wellenlänge zum Erzielen eines höheren Wirkungsgrades ist mit beträchtlichen Problemen verbunden.
Bei anderen Vorschlägen wurden Bildbearbeitungs-Photonendetektoren verwandt, deren Ausgangsspannung den X,Y-Koordinaten, an denen ein Photonenereignis detektiert wurde, entsprechende digitale Signale enthält. Diese Vorrichtungen arbeiten jedoch auf einer zufallsbedingten Probenbildungsbasis, neigen zur Sättigung und werden in Gegenwart von starken Lichtquellen gegenüber schwachen Lichtquellen unempfindlich. Solche Vorrichtungen eignen sich daher nicht zur allgemeinen Anwendung zum Prüfen von Probenschalen, bei denen eine beträchtliche Ungleichheit zwischen der Photonenemission von der einen und der anderen Vertiefung vorliegen kann.
Auf anderen Gebieten, die eine Lichtdetektion auf niedriger Höhe verlangen, wie zum Beispiel eine Gelelektrophorese, sind bekannte Vorschläge auch von Nachteil.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt damit in der Ausbildung eines Gerätes mit einem verbesserten Photonenemissionsdetektor, der einen weiten dynamischen Bereich umfaßt und doch auf ein Ausgangssignal bei Gegenwart von sehr niedrigen Photonenemissionen ansprechen kann und dieses erzeugt.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung liegt in der Ausbildung eines lumineszierenden Probenmeßsystems, das zur Verwendung bei der Detektion von Virusinfektionen und Krebszellen, insbesondere in bei der Histologie gefundenen Gewebeabschnitten, auf sehr niedrige Photonenemissionsstärken ansprechen kann.
Es kommt hinzu, daß der Operator bei der mikroskopischen Untersuchung einer Probe auf einem Mikroskop-Probenhalter selbst bei geringer Verstärkung zu jedem Zeitpunkt nur einen sehr kleinen Teil der Probe sieht und damit die gesamte Probe abtasten muß, um damit eine oder mehrere Stellen von besonderem Interesse zu finden, die dann bei hoher Verstärkung in größerer Ausführlichkeit untersucht werden können. Das Abtasten der gesamten Probe durch den Operator auf diese weise erfordert Zeit und ist teuer. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt daher in der Ausbildung eines Bildquantifizierers, der bei der Lösung dieses Problems hilft.
Das Bildbearbeitungs- und -wiedergabegerät dieser Erfindung ist auf den Gebieten der Fluoreszenzmikroskopie, Lumineszenzmikroskopie, Interferometrie, Spektroskopie, der digitalen Bildbearbeitung und -wiedergabe mit Röntgenstrahlen und der Gelelektrophorese zum Beispiel, wie auch in verwandten Gebieten, bei denen eine optische Bildbearbeitung bei hoher Empfindlichkeit verlangt wird, von allgemeiner Anwendbarkeit.
Aus dem Stand der Technik ist das U.S.-Patent Nr. 4 389 670 bekannt, in dem ein optisches Gerät zur Bildbearbeitung und -wiedergabe mit einem Bildverstärker offenbart wird, der sich zur Aufnahme der von verschiedenen Stellen von Interesse in der Probe ausgehenden Photonenemission auf verschiedenen Gebieten seiner Eingangsaufnahmeplatte optisch an einen Probenhalter ankoppeln läßt. Bei dem bekannten Gerät ist die Eingangsaufnahmeplatte des Bildverstärkers physikalisch und optisch unmittelbar mit dem Probenhalter gekoppelt.

Zusammenfassende Beschreibung der Erfindung

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein optisches Bildbearbeitungs- und wiedergabegerät mit hoher Auflösung zum Detektieren der Emission von Photonen von einer in einem Probenhalter enthaltenen Probe mit einem Bildverstärker mit einer faseroptischen Aufnahmeplatte zur Aufnahme von Licht von der Probe vorgesehen, mit an den Ausgang des Bildverstärkers angekoppelten photoelektrischen Detektionsmitteln zum Erzeugen von elektrischen Ausgangssignalen in Abhängigkeit von der an den entsprechenden unterschiedlichen Gebieten der Aufnahmeplatte aufgenommenen Photonenemission und mit einem Signalverarbeitungsmittel, um die jeweiligen Ausgangssignale auf die die Emission der Photonen hervorruf enden Stellen der vom Probenhalter getragenen Probe zurückzuführen, gekennzeichnet durch ein faseroptisches Mittel zum optischen Ankoppeln der verschiedenen Probengebiete an die faseroptische Aufnahmeplatte des Bildverstärkers, wobei das faseroptische Mittel mit der Probe und mit der Aufnahmeplatte, über die bei Gebrauch die optische Kopplung stattfindet, verschiedene physikalische Grenzlinien aufweist.
Als Anwendungen der Erfindung wird das folgende betrachtet, nämlich (a) ein Bildquantifizierer, mit dem eine Probe durch einen Bildverstärker und ein Mikroskop betrachtet werden kann, (b) ein Photonendetektor zum Messen der Lichtemission von einer Vielzahl von diskreten Reaktionsstellen und (c) ein Gerät zum Messen einer Anzahl von Kolonnen von linienförmigen Strahlungsquellen wie bei der Gelelektrophorese.
In dem zuerst genannten Beispiel enthält ein Bildquantifizierer einen Probenhalter, der die Betrachtung der enthaltenen Probe durch einen Bildverstärker und ein Mikroskop zuläßt.
Mittel können vorgesehen sein zum Regeln der Beleuchtung der Probe während der Betrachtung durch den Bildverstärker, um damit dessen Sättigung zu verhindern.
Bei Verwendung zum Betrachten von selbstlumineszierenden Proben können sämtliche anderen äußeren Lichtquellen ausgeschlossen werden.
Wenn zur herkömmlichen mikroskopischen Betrachtung der Probe hohe Lichtstärken verlangt werden, kann die Hochspannungsversorgung des Bildverstärkers selbsttätig abgeschaltet oder ein Verschluß zum Abschalten des Lichts verwandt werden.
Das Signalverarbeitungsmittel enthält vorzugsweise Mittel zum Digitalisieren der von der CCD erhaltenen Signale und Mittel zum Abspeichern der digitalisierten Signale. Die abgespeicherten Signale können auf vielfältige weise unter Verwendung von Computergraphik zum Betreiben einer Displayvorrichtung ausgelesen werden. Zusätzlich zu der Darstellung einer zweidimensionalen Ansicht der gesamten Probe zum Beispiel können die gespeicherten Signale auch dazu verwandt werden, daß eine Displayvorrichtung Histogramme von Abschnitten der Probe zeigt.
Die abgespeicherten Signale können auch zum Steuern einer mikroskopischen Zentriervorrichtung ausgelesen werden, wodurch ein Mikroskop selbsttätig auf eine Stelle von Interesse in der Probe zentriert wird.
Falls es bevorzugt wird, daß der Operator mögliche Stellen von Interesse auswählt, kann eine von den verarbeiteten Signalen angetriebene Displayvorrichtung einen Teil der Probe oder die gesamte Probe darstellen, so daß der Operator die Koordinaten einer Stelle von Interesse erkennen und das Mikroskop mit der Hand oder aufandere weise sofort zur Zentrierung auf diese Stelle verschieben kann und diese unter hoher Leistung betrachtet, ohne daß dabei die gesamte Probe mit dem Mikroskop zum Auswählen der Stelle mit niedriger Leistung abgetastet werden muß.
Eine faseroptische Kupplung kann zum Ankoppeln der Ausgangsseite des Bildverstärkers an die CCD verwendet werden.
Bei einer praktischen Anordnung kann der Bildverstärker die zu prüfende Fläche in eine große Zahl von Einheitsflächen in der Größenordnung von 50·50 u auflösen, während die CCD Pixel mit einer Fläche in der Größenordnung von 22·22 u aufweist, so daß Licht von einer Einheitsfläche der Probe im Durchschnitt auf über etwa 4 bis 5 Pixel der CCD gestreut wird.
Die CCD kann eine kleinere lichtaufnehmende Fläche als der Bildverstärker aufweisen. In diesem Fall wird eine verkleinernde Faseroptik mit abnehmendem Querschnitt zum Ankoppeln des Bildverstärkers an die CCD verwandt.
Eine verfügbare Option liegt in der Substitution eines 1 : 1 faseroptischen Kopplers, so daß die Gesamtauflösung erhöht wird, so daß Einheitsflächen von etwa 30·30 u nacheinander detektiert, dargestellt und geprüft werden können, obgleich die Möglichkeit der Betrachtung eines Bildes der gesamten Probe damit verloren geht.
Bei einer Ausführungsform kann diese Substitution eine Option darstellen, wobei ein normaler verkleinernder Bildkoppler oder der 1:1-Koppler bei Bedarf ausgewählt wird.
Das auf der CCD angesammelte Bild wird vorzugsweise unter Verwendung des CCIR-Standards mit TV-Abtastgeschwindigkeiten ausgelesen. Die Probenbildungszeit kann jedoch zum Beispiel bis auf eine Sekunde erhöht werden, falls das mit der TV-Abtastgeschwindigkeit erzielte Signal ein nicht ausreichendes Signal/Geräuschverhältnis aufweist.
Das erfindungsgemäße Gerät eignet sich zum Detektieren und Zählen von von jeder Einheitsfläche der Probe emittierten einzelnen Photonen mit einer von der wirksamen Durchlässigkeit des faseroptischen Probenhalters und der Wirksamkeit der Photokathode des Bildverstärkers abhängigen Detektionswahrscheinlichkeit. Bei einem Bildverstärker mit einer Photonenverstärkung in der Größenordnung von 10&spplus;&sup4;, einem Wirkungsgrad der faseroptischen Mittel von etwa 20 % und einem CCD- Wirkungsgrad von etwa 30 % werden beim Detektieren eines Photons etwa 8.000 Elektronen erzeugt. Zum Vergleich sei gesagt, daß das CCD-Pixelgeräusch bei TV-Abtastgeschwindigkeiten und bei Raumtemperatur bei etwa 200 Elektronen liegt, und da das auf ein einziges Photon zurückgehende Licht über etwa vier Pixel gestreut wird, beträgt die Gesamtgeräuschhöhe weniger als 1/10 des aufgrund eines einzigen Photons entstehenden Signals. Das Signal/Geräuschverhältnis kann durch Kühlen der CCD weiter verbessert werden.
Falls die Lichtemission so hohe werte wie 10&spplus;&sup6; Photonen pro Sekunde pro Einheitsfläche der Probe erreicht, kann eine Sättigung auftreten. Bei dieser Höhe liegt das Signal/Geräuschverhältnis in der Größenordnung von 600.
Der Probenhalter kann eine faseroptische Bodenplatte mit einer flachen Vertiefung aufweisen und damit die Prüfung von Flüssigkeitsproben ermöglichen. Der Probenhalter kann auch eine auf der unteren Platte angeordnete obere Glasplatte aufweisen. Hierzu wird ein Stellring verwandt. Dieser stellt eine ausreichende Berührung zwischen der Probe und der unteren Platte sicher. Die beiden Platten werden dann zusammengeklemmt und so angeordnet, daß sie durch ein Mikroskop von oben betrachtet werden können und Detektion und Messung durch den Bildquantifizierer von unten erfolgt.
Beispiel (b) hängt im Normalfall mit einem Photonendetektor zusammen, der noch auf eine sehr schwache Photonenemission anspricht und im typischen Fall einen Bildverstärker enthält, der sich so aufstellen läßt, daß er auf diskreten Gebieten seiner Eingangsfläche eine Photonenemission von jeder der vielen Reaktionsstellen aufnehmen kann, wobei ein photoelektrischer Sensor an den Ausgang des Bildverstärkers angekuppelt wird, um damit einen elektrischen Ausgangsstrom als ein Signal zu erzeugen, das von der am Eingang des Bildverstärkers aufgenommenen Photonenemission abhängt, von jeder der mit ihm zusammenwirkenden Reaktionsstellen, und Schaltungsmittel zum Speichern der elektrischen Ausgangsströme als getrennte Ausgangssignale in einer Art und weise, die eine Bezugnahme dieser getrennten Ausgangssignale auf die sie bewirkenden Reaktionsstellen zuläßt, wobei die dadurch von der Vorrichtung erhältlichen Ausgangssignale der Photonenemission entsprechen, die, falls sie überhaupt vorhanden ist, bei jeder der einzelnen Reaktionsstellen detektiert wird.
Jede der Reaktionsstellen kann getrennt an die Eingangsplatte des Bildverstärkers über Lichtleitmittel angekoppelt werden, die sich zum Ankoppeln jeder Stelle an ein diskretes Gebiet der Eingangsplatte des Bildverstärkers eignen. Falls erwünscht, kann der Querschnitt jedes Lichtleiters vom Eingangsende bis zur Eingangsplatte leicht abnehmen, so daß er auf dieser Eingangsplatte eine kleinere Fläche einnimmt.
Ein solches Lichtleitmittel ist besonders bei einer Eingangsplatte des Bildverstärkers zweckmäßig, die in ihrer Fläche kleiner als die Gesamtfläche des Probenhalters, wie zum Beispiel einer Reaktionsvertiefungen aufweisenden Schale, ist.
Die Lichtleiter nehmen somit in ihrem Querschnitt zwischen ihren mit dem Probenhalter (Schale) verbundenen Eingangsenden und ihren mit der Eingangsplatte des Bildverstärkers verbundenen Ausgangsenden ab.
Dies ist natürlich wichtig, da die Photonenemission jeder Zelle von der Photonenemission angrenzender Zellen vollständig getrennt gehalten wird, und zu diesem Zweck können die Lichtleiter überzogen oder auf andere weise mit einem lichtundurchlässigen Material abgedeckt werden, das zum Erhöhen der inneren Reflexion im Lichtleiter mit Vorteil eine lichtreflektierende, nach innen weisende Oberfläche aufweisen kann. Alternativ können die Lichtleiter mit einem lichtdurchlässigen Material mit niedrigerem Brechungsindex beschichtet werden, um damit das Licht in der Art einer optischen Faser mit höherem Wirkungsgrad zu transportieren.
Vorzugsweise ist die die Vertiefungen enthaltende Schale mit einem im typischen Fall aus einem Kunststoff bestehenden transparenten Film überzogen, um damit die Zellen voneinander und auch vom übrigen Teil des Gerätes zu isolieren.
Im typischen Fall ist eine perforierte lichtundurchlässige Dichtung zwischen einer Lichtleiteranordnung und der beschichteten Schale angeordnet, um damit jede Vertiefung und ihren zugehörigen Lichtleiter von den benachbarten Vertiefungen zu isolieren. Die Dichtung kann zum Beispiel aus einem Schaumgummi bestehen.
Der photoelektrische Detektor oder Sensor ist im typischen Fall eine ladungsgekoppelte Vorrichtung, wie zum Beispiel die von Thomson hergestellte TH7852. Diese Vorrichtungen stellen eine Anordnung aus aktiven Sensoren (oder Pixeln) dar, und in der erwähnten Vorrichtung kann man sich die Anordnung als eine geradlinige Matrix mit 144 Reihen mit 208 Pixeln in jeder Reihe vorstellen.
Der Bildverstärker ist im typischen Fall ein mehrstufiger verkleinernder Bildverstärker mit hoher Verstärkung. Im typischen Fall hat die Vorrichtung am Eingang eine Frontplatte mit einem Durchmesser von 80 mm, aber am Ausgang einen Durchmesser von nur 7 min.
Die Funktion eines solchen Verstärkers liegt in der Erhöhung der nach Maßgabe der Ankunft von Photonen am Eingang am Ausgang verfügbaren Anzahl von Photonen. Die Verkleinerung wird vorzugsweise so gewählt, daß die Gesamtgröße der Anordnung der Lichtquellen am Eingang des Verstärkers auf die Größe der lichtempfindlichen Fläche des photoelektrischen Detektors oder Sensors herabgesetzt wird. Ein Verstärker mit Bildverkleinerung würde daher so ausgewählt, daß er an seinem Ausgang einen Durchmesser entsprechend dem Durchmesser am Eingang des photoelektrischen Detektors aufweist.
Eine ladungsgekoppelte Vorrichtung kann so betrieben werden, daß sie die während eines Zeitabschnittes aufgenommenen Photonen unter Bildung eines elektrischen Ausgangssignals, das der durch den Detektor an dessen Eingang aufgenommenen Photonenabstrahlung entspricht, integriert. Jedes einzelne Pixel kann als ein getrennter Detektor angesehen werden, oder vorzugsweise werden Pixelgruppen so aufgefaßt, als ob sie über der Oberfläche der Anordnung mehrere getrennte Detektoren ausbilden, wobei jede Gruppe aus einer Anzahl von aneinander angrenzenden Pixeln besteht.
Jedes Pixel in jeder dieser Gruppen kann einzeln adressiert werden, oder jede Pixelgruppe wird als Ganzes adressiert, und ein Ausgangssignal wird durch Zusammenfassen der Ausgangssignale jedes in der Gruppe enthaltenen einzelnen Pixels gebildet. Die Zusammenfassung kann durch Mittelwertbildung oder Summierung erfolgen.
Die mit einer ladungsgekoppelten Vorrichtung zusammenwirkende Schaltungsanordnung ermöglicht einen weiten Bereich von zu verwendenden Integrationszeiten, und es wird angenommen, daß die Prüfzeit, während derer die Photonenabstrahlung gemessen wird, so kurz wie wenige Millisekunden oder so lang wie wenige Sekunden ist.
Die Schaltungsanordnung enthält vorzugsweise eine Signalintegrationseinrichtung und eignet sich zur Korrektur von pixelabhängigen Schwarzniveaus und zum Ausführen von Flachfeldkorrekturen während der Bildausgabe, wobei das von einer einzigen Lichtquelle kommende Gesamtlicht durch Summierung der Anteile vom Pixel oder von den Pixeln in einer Pixelgruppe erzielt wird, das oder die auf das Licht aus dem bestimmten Gebiet anspricht oder ansprechen.
Im typischen Fall kann ein Hochgeschwindigkeits-Analog-Digital-Umsetzer (FADC) eingebaut werden, um damit einen der mit jedem Pixel verbundenen elektrischen Ladung entsprechenden digitalen Signalwert zu erzeugen. Eichtabellen können in Speichern mit direktem Zugriff abgelegt werden, und eine Fließbandstrategie kann verwandt werden, damit die Elektronik jedes Pixel in einem Auslösezyklus nacheinander mit Geschwindigkeiten von gegenwärtig bis zu zehn Millionen Pixeln pro Sekunde verarbeitet.
Herkömmlich strahlen lumineszierende biochemische Proben Licht im blauen Teil des Spektrums (in der Größenordnung von 420 Nanometern Wellenlänge) aus, wobei der Wirkungsgrad der Photokathode des Bildverstärkers im typischen Fall in der Größenordnung von 20 % liegt. In Zusammenwirken mit einem typischen Verlust von 50 % bei der Übertragung zwischen den einzelnen Zellen und dem Bildverstärker bedeutet dies, daß ein von dem Reagenz ausgestrahltes einzelnes Photon eine Chance von 10 % hat, am Bildverstärker ein Ausgangssignal zu erzeugen.
Bei Verwendung eines Bildverstärkers mit einem Photonengewinn von 35.000 und bei Verwendung einer ladungsgekoppelten Vorrichtung als photoelektrischer Detektor mit einem Mengenwirkungsgrad von 25 % für die vom Bildverstärkerphosphor abgestrahlten Photonen liegt die Anzahl der in der ladungsgekoppelten Vorrichtung erzeugten Signalelektronen im Durchschnitt bei annähernd 3.500 für jedes einfallende Photon.
Mit einer Pixelgröße von im typischen Fall 30·28 Mikron auf der ladungsgekoppelten Vorrichtung und mit annähernd 120 Pixeln in jeder mit einer der Photonenquellen in der Reaktionsschale zusammenwirkenden Gruppen bedeutet dies einen Durchschnitt von 30 Signalelektronen pro einfallendem Photon in jedem der 120 Pixel in der Gruppe.
Falls erwünscht kann das Abgabegeräusch pro Pixel durch Peltier-Kühlung oder dergleichen auf weniger als 25 Elektronen herabgesetzt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform, falls die Detektionswahrscheinlichkeit 10 % beträgt, kann das von einem Photon erzeugte Licht (falls überhaupt) (dies wird Fall n=1 genannt) auf etwa 20 der möglichen 350 Pixel begrenzt werden, wobei jede Reaktionsstelle (bei Anwendung einer Auflösung von 15 Linienpaaren pro Millimeter) betrachtet wird. Das mit dem Signal verbundene Abgabegeräusch ist die Quadratwurzel der Zahl der Pixel (das heißt die Quadratwurzel von 20) multipliziert mit dem Elektronenabgabegeräusch pro Pixel (das heißt 25), was zu einem Wert von annähernd 112 führt. Dies führt zu einem Signal/Geräuschverhältnis von 300 im Fall (n=1), wobei man sich daran erinnert, daß ein detektiertes Photon 35.000 Signalelektronen erzeugt.
Bei medizinischen Anwendungen ist ein falsches negatives Ergebnis hochgradig unerwünscht, und es ist deshalb wichtig, die Wahrscheinlichkeit, daß keine Photonen detektiert werden, zu bestimmen. Bei Anwendung der Poisson-Statistik kann gezeigt werden, daß bei einer 10%igen Detektionswahrscheinlichkeit, das heißt, daß, falls (n=46), eine Wahrscheinlichkeit von weniger als 1 % besteht, daß keine Photonen detektiert werden. Bei (n=69) beträgt die Wahrscheinlichkeit 0,1 %. In diesem Zusammenhang sind bei Messungen mit niedriger Geschwindigkeit Integrationszeiten von einer Sekunde oder mehr möglich.
Falls n groß ist, werden viele Photonen detektiert, und annähernd die gleiche Lichtmenge tritt in jedes der mit jeder Reaktionsstelle zusammenwirkenden 120 Pixel ein. Im Durchschnitt nimmt jedes Pixel pro detektiertem Photon 30 Elektronen auf. Die Sättigungscharakteristika der ladungsgekoppelten Vorrichtung muß daher betrachtet werden, und falls angenommen werden kann, daß eine Sättigung bei werten von 300.000 Elektronen pro Pixel auftritt, können Werte von n bis zu etwa 10.000 Elektronen gemessen werden. Diese Grenze ist jedoch unabhängig von der Integrationszeit, und falls eine Integrationszeit von wenigen Millisekunden (im typischen Fall 4 Millisekunden) verwandt wird, würde dies der genauen Messung eines Flusses von 2,5 Millionen einfallenden Photonen pro Sekunde entsprechen.
Zum Erzielen des größten dynamischen Bereiches können während der Betrachtung einer bestimmten Gruppe von Reaktionsstellen sowohl kurze als auch lange Integrationszeiten verwandt werden. Bei Verwendung eines photoelektrischen Detektors zum Beispiel der Bauart TH7852, der gute Antiüberstrahlungseigenschaften aufweist, werden Elektronensignale von Stellen mit hoher Dichte größtenteils an einer Ausbreitung auf zugehörige Gebiete der ladungsgekoppelten Vorrichtung, die Stellen mit geringer Dichte betrachten, gehindert.
Falls ein Nebensprechen noch weiter herabgesetzt werden soll, können computergesteuerte Verschlüsse zum automatischen Abdecken von Stellen mit hoher Dichte während eines langen Integrationszyklus verwandt werden.
Bei Verwendung von solchen Techniken kann ein dynamischer Bereich in der Größenordnung von 54.000 (das heißt 2.500.000/ 46) erreicht werden.
Die Erfindung hat einen entscheidenden Vorteil gegenüber früheren Konstruktionen von Detektoren für niedrige Lichtstärken mit Verwendung von cryogengekühlten ladungsgekoppelten Anordnungen. Hauptsächlich liegt dies an der Ausschaltung der Notwendigkeit der Verwendung einer Linse und dem Einbau der unmittelbaren Kopplung zwischen den lichterzeugenden Reaktionsstellen und der Eingangsfrontplatte eines Bildverstärkers, was die Photonenkopplung zwischen den Quellen und dem Verstärker erhöht und die Zahl der für die Zufuhr zum Detektor verfügbaren Photonen vergrößert. Bei Verwendung einer Linse zum Einfangen der Photonenabstrahlung von einer Reaktionsstelle und bei unmittelbarer Zuleitung zu einer solchen Anordnung kann die tatsächliche Photonenaufnahme in einem typischen Fall 1.300-mal schlechter als der für die vorliegende Erfindung vorausgesagte wert von 0,1 sein. Eine direkte Bilderzeugungs- und -bearbeitungsvorrichtung, die gemäß der vorliegenden Erfindung die direkte Kopplung und einen Bildverstärker nicht verwendet, könnte daher sehr lange Integrationszeiten in der Größenordnung von zehn Minuten beanspruchen.
In Anbetracht der erhöhten Empfindlichkeit eines erfindungsgemäßen Detektors mit einer schnellen Datenreduktion und Gesamtmeßzeiten von weniger als 10 Sekunden für eine Schale mit 96 Proben können zeitabhängige Aspekte der einzelnen Reaktionen aufgrund von multiplen Meßfolgen überwacht werden, die Zeit verbrauchende Wiederholungen der Grundmessung enthalten, die bei Vornahme mit hoher Geschwindigkeit (zum Beispiel im Abstand von wenigen Millisekunden) auch das Studium von Systemen mit schnellem Zeitverfall ermöglicht und bei Wiederholung mit größeren Zeitabständen (zum Beispiel nach wenigen Minuten) auch die Beobachtung von langanhaltenden Änderungen zuläßt.
Zum Verbessern der Lichtausbeute von jeder einzelnen Vertiefung sieht die Erfindung auch die Aluminisierung der Böden und/oder der Wände der Vertiefungen in der Schale vor.
Wie bei dem dritten Beispiel (c) verwirklicht wird, kann die Erfindung auch zum Hessen von dünnen Abschnitten entweder unmittelbar oder über eine dazwischenliegende faseroptische Kupplung verwandt werden. Anstelle des Beispiels einer Schale mit 96 Vertiefungen unabhängiger Photostellen kann eine Zahl (zum Beispiel sechs) von Säulen von linienförmigen Strahlungsquellen wie bei der Gelelektrophorese unter Verwendung von geeignet abgeänderten Lichtleitern gemessen werden. Damit können zum Beispiel 200 geformte Führungen mit 1 mm Durchmesser am Ausgangsende und einer Rechteckfläche von 1·10 mm² am Quellenende, wo sie zum Abdecken einer Säulenfläche von 200·10 mm² dicht gepackt sind, verwandt werden. Dort, wo sichtbare Photonen aus der Quelle austreten, zum Beispiel wo ein Szintillator in das Quellenmaterial eingeschlossen ist, können diese geformten Führungen aus einfachem Kunststoff oder Glas bestehen. Dort, wo die Emission von der Probe Röntgenstrahlen, Gammastrahlen oder geladene Partikel umfaßt, können die geformten Enden selbst aus einem geeigneten szintillierenden Werkstoff gefertigt sein.
Die Erfindung kann auch zum Messen von in Zellen mit Mikroströmung auftretenden Reaktionen verwandt werden.
Die erhöhte Empfindlichkeit ermöglicht nicht nur das Detektieren von sehr niedrigen Photonenabstrahlungen und deren Messung am ersten Platz, sondern ermöglicht auch die gleichzeitige Messung einer großen Zahl von Proben in einer sehr kurzen Zeitspanne. Dies ist eine fundamentale Voraussetzung jeder Massenüberprüfungstechnik, wie sie zum Beispiel für eine Überprüfung einer gesamten Population auf eine Virusinfektion oder dergleichen verlangt wird.
Obwohl auf eine Probenmessung von 420 nm Bezug genommen wurde, sei darauf hingewiesen, daß die vorliegende Erfindung nicht auf diese Wellenlänge beschränkt ist, sondern auch zum Detektieren von sichtbarer oder unsichtbarer (das heißt UV- oder IR-) Strahlung jeder Wellenlänge verwandt werden kann. Weiter können optische Filter zwischen die Reaktionsstellen und die Frontplatte des Bildverstärkers zum Auswählen einer von den Reagenzien ausgestrahlten bestimmten Wellenlänge oder ausgestrahlter bestimmter Wellenlängen verwandt werden, falls sich dies als vorteilhaft oder notwendig erweisen sollte.
Die Erfindung wird nun an einem Beispiel unter Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Dabei ist:
Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Ausführungsform des vollständigen Gerätes,
Fig. 2 eine Teildarstellung des Gerätes in größerem Detail,
Fig. 3 die Darstellung eines abgeänderten Probenhalters,
Fig. 4 eine schematische Blockdarstellung eines vollständigen Detektorsystems gemäß der vorliegenden Erfindung,
Fig. 5 eine Seitenansicht in einem vergrößerten Maßstab des Interface zwischen den unteren Enden der Lichtleiter und den Vertiefungen in der Probenschale,
Fig. 6 eine weitere Seitenansicht auch in vergrößertem Maßstab mit Darstellung der Kupplung zwischen den einzelnen Vertiefungen und der Frontplatte eines Bildverstärkers,
Fig. 7 die Darstellung einer möglichen Kartierung einer Säule mit 8 Vertiefungen auf einen Teil einer kreisförmigen Verstärkerfrontplatte im Maßstab 1 : 1 und
Fig. 8 und 8A die Darstellung der für die Gelelektrophorese notwendigen Modifikation.

Ins einzelne gehende Beschreibung der Zeichnungen

Gemäß der Darstellung in Fig. 1 (die das vorstehend erwähnte Beispiel (a) zeigt) wird ein Probenhalter 10 durch eine Stützanordnung 12 unter einem Mikroskop 14 gehalten. Der erfindungsgemäße Bildverstärker ist so angeordnet, daß er die Probe von unten betrachtet, und enthält einen Bildverstärker 16 mit hoher Verstärkung, eine faseroptische Kupplung 18, die den Ausgang des Bildverstärkers an eine CCD 20 ankoppelt, wobei die Treiberschaltung 22 der CCD von einem Mikrocomputer 24 und einer geregelten Energieversorgung 26 gesteuert wird. Die Ausgangssignale von der CCD werden über eine Prozessorschaltung an eine Displayvorrichtung 42 und möglicherweise auch an eine Mikroskopzentriervorrichtung 44 gegeben. Die (ebenfalls nicht dargestellte) Prozessorschaltung enthält zweckmäßig einen Digitalumsetzer und einen Speicher. Das auf der CCD 20 akkumulierte Bild wird mit Fernseh-Abtastgeschwindigkeit gelesen.
Die Zentrierung einer Stelle im Blickfeld kann wie folgt erreicht werden. Das gesamte Bild wird auf der Displayvorrichtung 42 über den Steuercomputer 24 betrachtet. Ein Graphic- Zeiger wird gleichzeitig dargestellt und wird von dem Operator mit Verwendung zum Beispiel einer Maus 40 so bewegt, daß er mit der ausgewählten Stelle zusammenfällt. Der Computer erkennt dann die Lage des Zeigers und errechnet Signale, die einer x-y-Stufensteuervorrichtung 44 zugeführt werden, die dann zum Zentrieren der interessierenden Stelle entweder die Probe oder das Mikroskop verschiebt. Bei Verwendung geeigneter Bildverarbeitungssoftware ergibt sich eine automatische Zentrierung ohne Mitwirkung eines Operators, wobei bestimmte Formen durch die Software erkannt werden können.
Ein geeigneter Bildverstärker ist eine Röhre mit 18 mm Durchmesser mit einer Mikrokanalplattenverstärkung, wie sie zum Beispiel von Mullard hergestellt und verkauft wird. Eine geeignete CCD ist die GECP8600 oder EEVP8602. Diese Einheiten können mit einem faseroptischen Konus mit einem Verkleinerungsfaktor von etwa 1,7 oder mit einer 1:1-Kopplung wie von der Anwendung verlangt gekoppelt werden.
Der Probenhalter 10 (siehe auch die Fig. 2 und 3) enthält eine Bodenplatte 30 aus faseroptischem Glas in unmittelbarer Berührung mit der faseroptischen Frontplatte 32 des Bildverstärkers 16. Gemäß der Darstellung in Fig. 3 kann diese Bodenplatte 30 zum Halten von flüssigen Proben mit einer flachen Vertiefung 34 ausgebildet werden. Eine obere Glasplatte 36 ist auf die untere Platte aufgeklemmt und gewährleistet einen wirkungsvollen Kontakt der Probe mit der unteren Platte. Im Fall einer mit Vertiefungen ausgebildeten unteren Platte kann die obere Platte jedoch weggelassen werden. Diese faseroptische untere Platte ist jedoch zum Vermeiden eines Herabsetzens der Auflösung bei Übertragung des optischen Bildes zum Bildverstärker wichtig.
Das beschriebene Gerät kann Bilder mit sehr hoher Auflösung optisch darstellen, das heißt herab bis zu Probeneinheitsflächen von so wenig wie 50·50 Mikron oder sogar 30·30 Mikron, wobei selbst bei Detektion eines einzigen Photons das schlechteste Signal/Geräuschverhältnis bei etwa 10:1 liegt.
Bei Betrachtung des vorstehend erwähnten nächsten Beispiels (b) zeigt Fig. 4 ein vollständiges Detektorsystem mit einem Stütztisch 110, auf dem eine Probenschale 112 angeordnet ist. Diese besteht aus einer in Fig. 4A gezeigten Kunststofffolie, wobei das Folienmaterial in regelmäßigen Abständen über der Fläche der Folie zur Ausbildung von zylinderförmigen Vertiefungen 114 verformt ist, in die Flüssigkeitsproben eingegeben werden können.
Eine typische Schale weist zwölf Reihen mit acht Vertiefungen in jeder Reihe auf.
Im typischen Fall beträgt der Abstand zwischen den Mittelpunkten aneinander angrenzender Vertiefungen 9 mm, und der Durchmesser jeder Vertiefung beträgt annähernd 6 mm.
Bei Gebrauch werden Proben in die Vertiefungen in der Schale gegeben, und ein Reagenzmaterial wird jeder Probe zugesetzt. Bei der ins Auge gefaßten Analysenart werden die Reagenzien so ausgewählt, daß sie bei Zugabe zu den Probenflüssigkeiten in den Vertiefungen eine fluoreszierende oder phosphoreszierende oder eine andere photonische Ausstrahlung für den Fall, daß irgendein Organismus oder Virus oder Antikörper oder ein anderer Bestandteil in der Probenflüssigkeit vorhanden ist, im allgemeinen auf sehr niedrigen Höhen erzeugen. Infolge der mit einer solchen Reaktionsfähigkeit verbundenen sehr niedrigen Lichtstärken muß ein sehr empfindlicher Detektor verwandt werden, der die von jeder Probe ausgehende Photonenabstrahlung während einer vernünftigen Zeitspanne zum Erzeugen eines Ausgangssignales, das das Auftreten der Reaktion anzeigt, aufnehmen und integrieren kann. Falls eine signifikante Photonenemission am Ende eines Prüfabschnittes nicht detektiert worden ist, können die Flüssigkeit und das Reagenzmaterial als nicht reagierend betrachtet werden und umgekehrt.
Gemäß der Erfindung wird die mit sehr geringer Lichtstärke stattfindende Ausstrahlung durch Verwendung eines Bildverstärkers 116 erhöht. Im typischen Fall wird ein verkleinernder Bildverstärker mit einer Eingangsfrontplatte 118 mit im typischen Fall einem Durchmesser von 80 mm und einem Fenster 120 am Ausgang mit im typischen Fall einem Durchmesser von 7 mm verwandt. Im typischen Fall ist der Bildverstärker ein Verstärker mit hoher Verstärkung wie auch ein Verstärker mit Bildverkleinerung.
Zwischen den einzelnen Vertiefungen in der Probenschale 112 und der Eingangsfrontplatte 118 sind mehrere allgemein mit 122 bezeichnete Lichtleiter vorgesehen, die zum Koppeln der Lichtabgaben jeder Vertiefung auf ein diskretes Gebiet der Eingangsfrontplatte 118 dienen. Details der Lichtleiter 122 und Merkmale zum Entkoppeln und Vermindern des Nebensprechens dieses Teiles des Gerätes werden im Zusammenhang mit späteren Figuren in größeren Detail beschrieben werden.
Eine ladungsgekoppelte Vorrichtung (CCD) bzw. eine Kamera 124 ist lichtdicht an das Ausgangsfenster 120 des Bildverstärkers 116 angekoppelt, und die Treiberschaltung für diese CCD-Kamera ist bei 126 vorgesehen.
Die Energieversorgungen für den Bildverstärker und die CCD- Kamera sind mit 128 bezeichnet, und ein Ausgangssignal von der CCD-Treiberschaltung 126 wird gemäß der Darstellung dem Eingang eines Mikrocomputers 130 zugeführt, der die Information verarbeitet und ein Ausgangsinformationssignal für jede Vertiefung in der ursprünglichen Probenschale liefert.
Fig. 5 zeigt im Querschnitt einen Teil der Probenschale 112. Zwei Vertiefungen 132 und 134 werden in Fig. 5 gezeigt und enthalten beide eine flüssige Probe 136 bzw. 138.
Eine dünne lichtdurchlässige Kunststoffmembran 140 ist über die Oberseite der Schale gespannt und verhindert bei deren Schütteln ein zufälliges Vermischen der Proben und setzt während der Handhabung der Schale die Möglichkeit einer Infektion oder Verschmutzung herab. Im typischen Fall besteht die Membran 140 aus einem sogenannten Klebefilmmaterial.
Über der Membran 140 ist eine zusammendrückbare Gummidichtung 142 angeordnet. Diese enthält ein Schema von Öffnungen, von denen zwei bei 144 und 146 dargestellt und die mit den Vertiefungen in der Schale ausgerichtet sind. Die Öffnungen 144 und 146 sind damit mit den Vertiefungen 132 und 134 ausgerichtet. Der Gummi ist zusammendrückbar und kann zum Beispiel ein Schaumgummiwerkstoff sein. Es ist jedoch wichtig, daß der Werkstoff gegenüber Licht undurchlässig ist und wie eine komplette Sperre für die seitliche Weiterleitung von von der Oberfläche der flüssigen Proben, wie zum Beispiel 136 und 138, austretendem Licht ist.
Über der Dichtung 142 ist eine lichtundurchlässige Stützplatte 128 mit einer Vielzahl von Öffnungen angeordnet, die in Zahl und Lage der Zahl und Lage der Vertiefungen entsprechen und durch die transparente Lichtleiter durchtreten können und in denen diese Lichtleiter befestigt sind. In Fig. 5 sind zwei solcher Lichtleiter 150 und 152 dargestellt, die unter Bildung von lichtdurchlässigen Fenstern in der Unterseite der Platte 148 und in Ausrichtung mit den Vertiefungen 132 und 134 durch die Platte durchtreten.
Der Werkstoff, aus dem die Schale 112 hergestellt ist, ist gegenüber Licht undurchlässig oder, falls dies nicht zutrifft, auf einer oder beiden Seiten mit einem lichtundurchlässigen Werkstoff, wie zum Beispiel einem Anstrich, beschichtet.
Eine Verbesserung läßt sich dadurch erzielen, daß die Innenwände der Vertiefungen 132 und 134 versilbert oder auf andere weise reflektierend gemacht werden.
Bei Verwendung eines lichtundurchlässigen Werkstoffes für die Schale kann deren Außenseite anstelle der Innenseite versilbert werden, und das Versilbern dient dem doppelten Zweck der Reflexion von Licht von der Probe in Richtung auf den dazugehörenden Lichtleiter, welches im anderen Fall verlorengehen würde, und zusätzlich wird der sonst klare Kunststoff lichtundurchlässig gemacht.
Obgleich der Ausdruck "versilbert" verwandt wurde, leuchtet es ein, daß dieser Ausdruck nicht auf die Art des zum Erzeugen der reflektierenden Oberfläche verwandten Werkstoffs beschränkt ist, und eine Aluminiumbeschichtung oder -folie wie auch andere Werkstoffe können zum Erzeugen der reflektierenden Oberfläche verwandt werden.
Fig. 6 demonstriert, wie die Lichtleiter von der Platte 148 zu der Eingangsfrontplatte 118 des eine hohe Verstärkung aufweisenden Bildverstärkers 116 von Fig. 4 verlaufen. Im allgemeinen werden die Vertiefungen in einer geradlinigen Anordnung angeordnet, während die Frontplatte des Bildverstärkers 118 im allgemeinen kreisförmig ist und der Durchmesser der Frontplatte wahrscheinlich etwas kleiner als mindestens die längere Strecke der geradlinigen Anordnung der Vertiefungen ist. Unter der Annahme, daß die Gesamtfläche des Querschnitts der Lichtleiter und der Abstände zwischen diesen auf der Frontplatte nicht größer als die Fläche der Frontplatte 118 ist, und unter der Annahme, daß die Lichtleiter gemäß der Darstellung in Fig. 6 gebogen werden und falls erforderlich konisch ausgebildet werden, um dies zu erreichen, können sämtliche einzelnen Lichtleiter, wie zum Beispiel die Führungen 150 und 152, zwischen der geradlinigen Anordnung in der Platte 148 in eine allgemein kreisförmige Anordnung zum Abdecken der Frontplatte 118 verlaufen. Eine zweite, bei 154 in gestrichelten Linien gezeigte lichtundurchlässige Platte kann zum Herabsetzen eines unerwünschten Lichteintritts und zum Herabsetzen von Nebensprechen am Verstärkereingang und zur mechanischen Abstützung vorgesehen werden.
Fig. 7 zeigt den Verlauf von der allgemein rechteckförmigen Schale 112 zu der kreisförmigen Eingangsfrontplatte des Bildverstärkers 118 bei Betrachtung entlang dessen Achse. Damit wird eine allgemein mit 156 bezeichnete, rechts liegende und aus Vertiefungen bestehende Reihe gezeigt, die über Lichtleiter, wie zum Beispiel 158 und 160, zu den kreisförmigen Gebieten verläuft, die den Querschnittsflächen der oberen Enden der Lichtleiter 158, 160 usw. entsprechen und mit den Bezugszeichen 162 und 164 bezeichnet sind.
Obgleich es nicht dargestellt ist, können die Lichtleiter selbst (zum Beispiel mit einer Aluminiumbeschichtung) versilbert oder mit einem lichtdurchlässigen Werkstoff mit einem geringeren Brechungsindex überzogen werden, so daß die innere Reflexion der Lichtleiter vergrößert und ein Lichtverlust durch deren Wände vermieden wird.
Schließlich zeigen die Fig. 8 und 8A als eine Ausführungsform des vorstehend erwähnten Beispiels (c) die Anwendung der Erfindung auf die Gelelektrophorese. Eine Elektrophoreseprobe 170 mit den Abmessungen 15 cm·20 cm trägt die Information in sechs Streifen 172 von etwa 2 cm Breite. Die Streifen 172 stellen Linienquellen dar, die mit Hilfe von sechs Reihen aus zweihundert geformten Lichtleitern 174, wie diese in Fig. 8A gezeigt werden, detektiert werden. Die Lichtleiter 174 können aus Kunststoff oder Glas sein, falls ein Szintillator in der Probe enthalten ist, oder, falls die Probenstrahlung Röntgenstrahlung ist, können die geformten rechteckförmigen Enden der Leiter zum Beispiel aus einem geeigneten szintillierten Werkstoff bestehen.

Claims

1. Ein optisches Bildbearbeitungs- und wiedergabegerät mit hoher Auflösung zum Detektieren der Emission von Photonen von einer in einem Probenhalter enthaltenen Probe mit einem Bildverstärker mit einer faseroptischen Aufnahmeplatte zur Aufnahme von Licht von der Probe, mit an den Ausgang des Bildverstärkers angekoppelten photoelektrischen Detektionsmitteln zum Erzeugen von elektrischen Ausgangssignalen in Abhängigkeit von der an den entsprechenden unterschiedlichen Stellen der Aufnahmeplatte aufgenommenen Photonenemission, mit einem Signalverarbeitungsmittel, um die jeweiligen Ausgangssignale auf die die Emission der Photonen hervorruf enden Stellen der vom Probenhalter getragenen Probe zurückzuführen, gekennzeichnet durch ein faseroptisches Mittel (30; 122; 174) zum optischen Ankoppeln der verschiedenen Probengebiete an die faseroptische Aufnahmeplatte (32) des Bildverstärkers, wobei das faseroptische Mittel mit der Probe und mit der Aufnahmeplatte, über die bei Gebrauch die optische Kopplung stattfindet, verschiedene physikalische Grenzlinien aufweist.

2. Gerät nach Anspruch 1, wobei das faseroptische Mittel (3c) in die Basis des Probenhalters eingeschlossen ist.

3. Gerät nach Anspruch 2, wobei Mittel zum Regeln der Beleuchtung der Probe während der Betrachtung durch den Bildverstärker vorgesehen sind, um damit eine Sättigung des Detektors zu verhindern.

4. Gerät nach Anspruch 2, wobei das Signalverarbeitungsmittel ein Mittel zum Digitalisieren der Signale enthält und ein Mittel zum Speichern der digitalisierten Signale vorgesehen ist und die gespeicherten Signale zum Steuern einer ein Mikroskop zentrierenden Vorrichtung ausgelesen werden.

5. Gerät nach Anspruch 4, einschließlich einer von den verarbeiteten Signalen angetriebenen Wiedergabevorrichtung zum Darstellen mindestens eines Teils der Probe, um damit eine Identifizierung von interessierenden Stellen zu ermöglichen, so daß das Mikroskop zum Betrachten einer ausgewählten Stelle von Interesse unter starker Vergrößerung unter Vermeidung der Notwendigkeit einer vorhergehenden Abtastung der gesamten Probe bei niedrigerer Vergrößerung automatisch oder von Hand verschiebbar ist.

6. Gerät nach Anspruch 2, wobei der photoelektrische Detektor ein CCD-Sensor mit mindestens einer Photostelle (Pixel) für jede Einheitsfläche der Probe ist, der CCD-Sensor optisch an die Ausgangsseite des Bildverstärkers gekoppelt ist, mit elektronischen Mitteln zum zyklischen Lesen des auf dem CCD gespeicherten Bildes, mit Mitteln zum Verarbeiten der sich ergebenden elektrischen Signale und mit von den verarbeiteten Signalen antreibbaren Mitteln, um zu ermöglichen, daß ein Operator jede interessierende Stelle in der Probe identifiziert.

7. Gerät nach Anspruch 6, wobei der faseroptische Koppler ein verkleinernder Koppler ist.

8. Gerät nach Anspruch 6, wobei das Licht von irgendeiner Einheitsfläche der Probe über mehrere der CCD-Pixel gestreut wird.

9. Gerät nach Anspruch 2, wobei die faseroptische Basis des Probenhalters zum Zurückhalten von flüssigen Proben zwecks Prüfung eine flache Vertiefung aufweist.

10. Gerät nach Anspruch 9, wobei der Probenhalter zum Sicherstellen einer wirkungsvollen Berührung zwischen der Probe und der unteren Platte auch eine mit einem Positionierungsring an der unteren Platte gehaltene obere Glasplatte aufweist.

11. Gerät nach Anspruch 1, wobei die Probe zur unabhängigen Beobachtung mit einem Mikroskop aufgestellt ist.

12. Gerät nach Anspruch 1, wobei das faseroptische Mittel (122, 174) mehrere verschiedene Reaktionsstellen in der Probe getrennt an die Eingangsaufnahmeplatte des Bildverstärkers koppelt, so daß jede Stelle an ein diskretes Gebiet der Eingangsplatte des Bildverstärkers angekoppelt ist.

13. Gerät nach Anspruch 12, wobei die faseroptischen Lichtkopplungsmittel in der Querschnittsfläche wie zwischen den Eingangsenden an der Grenzlinie mit der Probe und den Ausgangsenden an der Grenzlinie mit der Eingangsaufnahmeplatte des Bildverstärkers abnehmen.

14. Gerät nach Anspruch 1, wobei der Probenhalter eine Schale mit mehreren Vertiefungen jeweils zur Probenaufnahme ist.

15. Gerät nach Anspruch 1, wobei der Bildverstärker ein mehrstufiger verkleinernder Bildverstärker mit hoher Verstärkung ist.

16. Gerät nach Anspruch 6, wobei das Signalverarbeitungsmittel ein Signalintegrationsmittel enthält und während des Bildauslesens vom Pixel abhängige Schwarzpegel korrigieren und ebene Feldkorrekturen durchführen kann, wobei das von einer einzigen Lichtquelle kommende Gesamtlicht durch Summieren der Anteile von den Pixeln in einer Gruppe von Pixeln, welche auf das Licht von der besonderen Stelle anspricht, erhalten wird.

17. Gerät nach Anspruch 6, wobei das Signalverarbeitungsmittel einen Hochgelschwindigkeits-Analog/Digitalwandler zum Erzeugen eines digitalen Signalwertes entsprechend der mit jedem Pixel verbundenen elektrischen Ladung enthält.

18. Gerät nach Anspruch 6 mit durch einen Rechner gesteuerten Verschlüssen zum automatischen Abdecken von während eines langen Integrationszyklus einen hohen Lichtstrom emittierenden Stellen.

19. Gerät nach Anspruch 12, wobei die Reaktionsstellen zum Ermöglichen einer Detektion in einer Gel-Elektrophorese mehrere Säulen von linienförmigen Strahlungsquellen enthalten.

20. Ein Verfahren zum Einstellen eines Mikroskops, das zum Betrachten einer von einem Probenhalter getragenen lumineszierenden Probe eingerichtet ist, mit den Stufen des getrennten und unabhängigen Betrachtens der Probe vom Mikroskop unter Verwendung eines Bildverstärkers und eines an den Ausgang des Bildverstärkers angeschlossenen photoelektrischen Deteketors, wobei der Bildverstärker unterschiedliche Gebiete seiner faseroptischen Eingangsaufnahmeplatte aufweist, die einzeln und unmittelbar optisch über physikalische Grenzlinien an verschiedene Stellen von Interesse in der Probe durch faseroptische Mittel angeschlossen sind, die die physikalischen Grenzlinien mit der Probe und der Aufnahmeplatte aufweisen, wobei die Lage der Stellen der Photonenemission in der Probe detektiert und elektrische Signale erzeugt werden, die die Lage der Stellen von Interesse in der Probe anzeigen, und die Relativlagen des Mikroskops und des Probenhalters eingestellt werden, um eine der detektierten Stellen im Blickfeld des Mikroskops darzustellen.