DE8700101U1

DE8700101U1 - Centrifuge microscope

Info

Publication number: DE8700101U1
Application number: DE8700101U
Authority: DE
Original assignee: Deutsche Forschungs und Versuchsanstalt fuer Luft und Raumfahrt eV DFVLR
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 1987-01-03
Filing date: 1987-01-03
Publication date: 1987-02-19

Description

VON KREISLER..' STCMGMWAlO: EISHOLD FUES VON KREISLER KELLER SELTING WERNERVON KREISLER..' STCMGMWAlO: EISHOLD FUES VON KREISLER KELLER SELTING WERNER

PATENTANWÄLTEPATENT ATTORNEYS

Dr.-Ing. von Kreisler t 1973 Dr.-Ing. K. W. Eishold 11981Dr.-Ing. von Kreisler t 1973 Dr.-Ing. K. W. Eishold 11981

Dr.-Ing. K. SchönwaldDr.-Ing. K. Schönwald Anmelder in; %■}'%.*""*,, &ldquor; ., Applicant in; %■}'%.*""*,, &ldquor; ., Deutsche Forschungs- und Dip-Chem. Alek von Kre.slerGerman Research and Dip-Chem. Alek von Kre.sler

. . - . -.H Dipl.-Chem. Carola Keller. . - . -.H Dipl.-Chem. Carola Keller

Versuchsanstalt für Dipl,lng.G. SeifingResearch Institute for Dipl.lng.G. Seifing

Luft- und Raumfahrt'e.V. Dr. H.-K. Werner Linder HöheAviation and Space Travel'e.V. Dr. H.-K. Werner Linder Höhe

5000 Köln 905000 Cologne 90

DEICHMANNHAUS AM HAUPTBAHNHOFDEICHMANNHAUS AT THE MAIN TRAIN STATION

D-SOOO KCfLN 1D-SOOO KCfLN 1

Sg-SkSg-Sk

2. Januar 1987
ZentrifugenmiS.roskopJanuary 2, 1987
Centrifuge microscope

Die Erfindung betrifft ein Zentrifugenmikroskop nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a centrifuge microscope according to the preamble of patent claim 1.

Zentrifugenmikroskope werden dazu benutzt, Versuche, die unter wählbaren Schwerkraftbedingungen stattfinden, zu beobachten. Hierzu wird in einer Zentrifuge ein Mikroskop angeordnet, an dessen Objektträger die zu untersuchende Probe befestigt wird. Das von dem Mikroskop erzeugte Bild kann über ein Fernsehsystem vom Zentrifugenrotor auf eine stationäre Beobachtungseinrichtung übertragen. Das Bild liegt daher nur als Videobild vor, das gegenüber dem Originalbild einen geringeren Informationsgehalt hat. Die Beobachtung der zeitlichen Veränderung einer Probe in einem künstlich erzeugten Schwerefeld erfordert häufig eine höhere Genauigkeit als bei übertragung eines Videobildes erreichbar ist.Centrifuge microscopes are used to observe experiments that take place under selectable gravity conditions. To do this, a microscope is placed in a centrifuge, and the sample to be examined is attached to its slide. The image produced by the microscope can be transmitted from the centrifuge rotor to a stationary observation device via a television system. The image is therefore only available as a video image, which has less information content than the original image. Observing the temporal change of a sample in an artificially generated gravitational field often requires a higher level of accuracy than can be achieved by transmitting a video image.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Zentrifugenmikroskop der eingangs genannten Art zu schaffen,The invention is based on the object of creating a centrifuge microscope of the type mentioned above,

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das mit optischen Mitteln ein stationäres Bild der Probe liefert.which uses optical means to provide a stationary image of the sample.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.This object is achieved according to the invention with the features of patent claim 1.

Nach der Erfindung ist entlang der Drehachse des Rotors ein Dove'sches Prisma angeordnet, das mit der halben Drehgeschwindigkeit des Rotors rotiert. Ein Dove'sches Prisma ist ein geradsichtiges Prisma, d.h. Eingangsstrahl und Aussgangsstrahl verlaufen entlang einsr gemeinsamen Geraden. Darüber hinaus hat das Dove'sehe Prisma die Eigenschaft, daß es bei rotierendem einfallenden Bild am Ausgang ein stehendes Bild liefert, wenn es mit der halben Drehgeschwindigkeit des einfallenden Bildes um seine optische Achse rotiert. Diese Eigenschaft wird erfindungsgemäß ausgenutzt, um das von dem rotierenden Mikroskop erzeugte Bild stationär betrachten zu können.According to the invention, a Dove prism is arranged along the axis of rotation of the rotor, which rotates at half the speed of rotation of the rotor. A Dove prism is a straight-sighted prism, i.e. the input beam and output beam run along a common straight line. In addition, the Dove prism has the property that it produces a stationary image at the output when the incident image is rotating, if it rotates around its optical axis at half the speed of rotation of the incident image. This property is exploited according to the invention in order to be able to view the image produced by the rotating microscope in a stationary manner.

Das erfindungsqemäße Zentrifugenmikroskop eignet sich insbesondere zur Durchführung präparativer und lichtoptischer Untersuchungen in einem durch Rotation erzeugten Gravitationsfeld. Beispielsweise können ZeIlfunktionen und abiotische Vorgänge, wie z.B. Kristallwachstum, in einem künstlich erzeugten Gravitationsfeld beobachtet werden. Das Zentrifugenmikroskop ist auch für Untersuchungen im schwerkraftlosen Weltenraum geeignet, wenn geringe Gravitationskräfte erzeugt werden sollen, wobei dann der Rotor mit einer entsprechend geringen Drehzahl rotiert.The centrifuge microscope according to the invention is particularly suitable for carrying out preparative and light-optical investigations in a gravitational field generated by rotation. For example, cell functions and abiotic processes, such as crystal growth, can be observed in an artificially generated gravitational field. The centrifuge microscope is also suitable for investigations in gravity-free space when low gravitational forces are to be generated, in which case the rotor rotates at a correspondingly low speed.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.Advantageous embodiments and further developments of the invention can be found in the subclaims.

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Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. In the following, an embodiment of the invention is explained in more detail with reference to the drawings.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 eine Draufsicht auf das Zentrifugenmikroskop bei abgenommenem üeckei undFig. 1 a top view of the centrifuge microscope with the cover removed and

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II vonFig. 2 a section along the line II-II of

Figur 1.Figure 1.

Das dargestellte Zentrifugenmikroskop weist einen scheibenförmigen Rotor 10 auf, der um eine vertikale Achse rotiert und von dem Motor 11 angetrieben wird. Um den Rotor 10 herum ist der Stator 12 angeordnet, in dem der Rotor mit Lagern 13 gelagert ist.The centrifuge microscope shown has a disk-shaped rotor 10 which rotates about a vertical axis and is driven by the motor 11. The stator 12 is arranged around the rotor 10, in which the rotor is mounted with bearings 13.

Der Rotor 10 trägt eine Lichtquelle 14, deren Licht auf einen ebenfalls am Rotor befestigten Spiegel 15 gerichtet ist. Der Spiegel 15 lenkt dieses Licht über einen Kondensor 16 auf das Mikroskop 17. Der Objektträger 18 des Mikrokops 17 ist radial zur Drehachse des Rotors 10 angeordnet. Das Licht fällt von dem Kondensor 16 durch den Objektträger 18 hindurch auf das Objektiv 19 und wird von dem weiteren Spiegel 20 zur Rotormitte gelenkt, wo es die vertikale Rotorachse schneidet. Der Strahlengang von der Lichtquelle 14 bis zur Rotorachse verläuft in einer zum Boden des Rotors 10 parallelen Ebene. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel befinden sich alle Komponenten 14 bis 20, die der Lichtstrahl passiert, in einem gemeinsamen Quadranten des Rotors 10, auf den sie befestigt sind.The rotor 10 carries a light source 14, the light of which is directed onto a mirror 15 that is also attached to the rotor. The mirror 15 directs this light onto the microscope 17 via a condenser 16. The slide 18 of the microscope 17 is arranged radially to the axis of rotation of the rotor 10. The light falls from the condenser 16 through the slide 18 onto the objective 19 and is directed by the further mirror 20 to the center of the rotor, where it intersects the vertical rotor axis. The beam path from the light source 14 to the rotor axis runs in a plane parallel to the bottom of the rotor 10. In the present embodiment, all components 14 to 20 through which the light beam passes are located in a common quadrant of the rotor 10 to which they are attached.

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In dem Punkt, in dem das von dem Mikroskop 17 erzeugte Bild die Drehachse des Rotors 10 schneidet, befindet sich ein weiterer Spiegel 21, der das Bild rechtwinklig nach oben ablenkt und entlang der Drehachse weiterleitet. Das Bild fällt auf die schräge Eingangsfläche 23 des Dove'sehen Prismas 22, dessen optische Achse mit der Drehachse zusammenfällt. Aus der ebenfalls schrägen Austrittsfläche 24 des Prismas 22 tritt das Bild axial aus. Danach wird das Bild der stationären Beobachtungseinrichtung 25 zugeführt, die einen entlang der Drehachse angeordneten Strahlenteiler 26 enthält. Der Strahlenteiler splittet das Bild in zwei Bilder auf, von denen eines einem Okular 27 und das andere einer Videokamera 28 zugeführt wird. Die Strahlen jedes Bildes werden über eine Linse 29 bzw. 30 parallelisiert. Zwischen der Linse 30 und dem Okular 27 kann ein Prisma 31 vorgesehen sein.At the point where the image produced by the microscope 17 intersects the axis of rotation of the rotor 10, there is another mirror 21 which deflects the image upwards at a right angle and forwards it along the axis of rotation. The image falls on the inclined input surface 23 of the Dove prism 22, whose optical axis coincides with the axis of rotation. The image emerges axially from the likewise inclined output surface 24 of the prism 22. The image is then fed to the stationary observation device 25, which contains a beam splitter 26 arranged along the axis of rotation. The beam splitter splits the image into two images, one of which is fed to an eyepiece 27 and the other to a video camera 28. The rays of each image are parallelized via a lens 29 or 30. A prism 31 can be provided between the lens 30 and the eyepiece 27.

Das Dove'sehe Prisma 22 ist in Draufsicht rechteckig bzw. quadratisch und seine Stirnflächen sind in der in Figur 2 dargestellten Weise unter 45° abgeschrägt, so daß .sich eine rechteckige lange Seitenfläche 32, eine dieser gegenüberliegende rechteckige kurze Seitenfläche 33 und zwei einander deckungsgleiche parallele trapezförmige Seitenflächen 34 ergeben.The Dove prism 22 is rectangular or square in plan view and its end faces are beveled at 45° in the manner shown in Figure 2, so that a rectangular long side face 32, a rectangular short side face 33 opposite this and two congruent parallel trapezoidal side faces 34 are formed.

Das Dove'sehe Prisma 22 ist in einem ringförmigen Halter 35 befestigt, der in dem Deckel 36 des Stators 12 drehbar gelagert ist. Ein Getriebe 37 dient dazu, den Halter 35 mit der halben Rotordrehzahl um die Rotorachse herum zu drehen. Das Getriebe 37 weist ein vom Rotor 10 aufragendes koaxiales Rohr 38 auf, in dem der Spiegel 21 befestigt ist und das eine zum Spiegel 20The Dove prism 22 is fastened in an annular holder 35, which is rotatably mounted in the cover 36 of the stator 12. A gear 37 serves to rotate the holder 35 around the rotor axis at half the rotor speed. The gear 37 has a coaxial tube 38 extending from the rotor 10, in which the mirror 21 is fastened and which has a

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gerichtete Öffnung 39 aufweist. Das Rohr 38, das am oberen Ende offen ist, ist mit einem äußeren Zahnkranz 40 versehen. In die Verzahnung des Zahnkranzes 40 greift die Verzahnung des Zahnrades 41 ein. Das Zahnrad 41 ist an einer Welle 42 befestigt, die mit parallel zur Rotorachse verlaufender Achse im Deckel 36 gelagert ist. Auf der Welle 42 ist oberhalb des Zahnrades 41 ein weiteres Zahnrad 43 befestigt, das mit einem Verzahnungsring 44 des Halters 35 kämmt. Das übersetzungsverhältnis des Getriebes 37 ist so gewählt, daß der Halter 35 mit der halben Drehzahl des Rotors 10 in derselben Drehrichtung wie dieser rotiert. Anstelle des Getriebes 37, das aus Zahnrädern zusammengesetzt ist, kann auch ein Riementrieb benutzt werden, vorzugsweise mit stufenlos variablem übersetzungsverhältnis. Ein Riementrieb hat den Vorteil, daß Rotationsstöße des Rotors abgeschwächt auf das Prisma übertragen werden. Außerdem kann durch Feineinstellung des Übersetzungsverhältnisses erreicht werden, daß am Okular 27 bzw. an der Videokamera 28 ein stehendes Bild erzeugt wird.directed opening 39. The tube 38, which is open at the upper end, is provided with an external gear ring 40. The teeth of the gear 41 engage in the teeth of the gear ring 40. The gear 41 is attached to a shaft 42, which is mounted in the cover 36 with an axis running parallel to the rotor axis. On the shaft 42, above the gear 41, another gear 43 is attached, which meshes with a gear ring 44 of the holder 35. The gear ratio of the gear 37 is selected so that the holder 35 rotates at half the speed of the rotor 10 in the same direction of rotation as the latter. Instead of the gear 37, which is composed of gears, a belt drive can also be used, preferably with a continuously variable gear ratio. A belt drive has the advantage that rotational shocks from the rotor are transmitted to the prism in a weakened manner. In addition, by finely adjusting the transmission ratio, a stationary image can be produced at the eyepiece 27 or at the video camera 28.

Das Mikroskop 17 ist mit einem Halter 45 auf dem scheibenförmigen Rotor 10 derart befestigt, daß sich der Objektträger in der Nähe des Randes des Rotors befindet. Der Objektträger 18 ist an einem Kreuzschlitten 46 angebracht, der gesteuerte Bewegungen entlang dreier rechtwinklig zueinander verlaufender Achsen ausführen kann. Ein Motor 47 bewegt den Objektträger 18 tangential zur Rotorachse, ein weiterer Motor 48 ist für Bewegungen des Objektträgers radial zur Rotorachse vorgesehen und ein (nicht dargestellter) weiterer Motor dient zur Verstellung d«?o Objektträgers 18 in vertikaler Richtung. Alle drei Motore sind durch externe Signale steuerbar, so daß eier Objektträger 18, der dasThe microscope 17 is attached to the disk-shaped rotor 10 by a holder 45 in such a way that the specimen slide is located near the edge of the rotor. The specimen slide 18 is attached to a cross slide 46 which can carry out controlled movements along three axes running at right angles to one another. A motor 47 moves the specimen slide 18 tangentially to the rotor axis, another motor 48 is provided for movements of the specimen slide radially to the rotor axis and another motor (not shown) serves to adjust the specimen slide 18 in the vertical direction. All three motors can be controlled by external signals so that a specimen slide 18 which

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zu untersuchende Objekt trägt, in die für die Untersuchung geeignete Position gebracht werden kann.the object to be examined can be brought into a position suitable for the examination.

Das Zentrifugenmikroskop erlaubt es, an der Beobachtungseinrichtung 25 ein stehendes Bild zu erzeugen, das dem von dem mitrotierenden Mikroskop 17 aufgenommenen Bild entspricht.^c Durch die -Synchronisierung der Drehungen von Rotor und Prisma erhält man bei jeder Rotordrehzahl ein stationäres stehendes Bild, das auf optischem Wege, also ohne elektronische Umformung, erzeugt w;.rde.The centrifuge microscope makes it possible to produce a stationary image on the observation device 25 which corresponds to the image recorded by the co-rotating microscope 17. ^c By synchronizing the rotations of the rotor and prism, a stationary image is obtained at any rotor speed, which is produced optically, i.e. without electronic conversion.

Claims

EXPECTATIONS

1. Centrifuge microscope with

a rotor (10) carrying a microscope (17),

and a stationary observation device (25) reproducing the image produced by the microscope (17),

characterized,
that a Dove prism (22) is arranged along the axis of rotation of the rotor (10), which rotates at half the rotational speed of the rotor (10), that the image is fed axially to the prism (22) and that the observation device (25) is directed axially towards the prism (22).

2. Centrifuge microscope according to claim 1, characterized in that the rotor (10) is coupled to a gear (37) which drives a holder (35) for the prism (22) with a gear ratio of 2:1.

3. Centrifuge microscope according to claim 1 or 2, characterized in that a beam splitter (26) is arranged in the beam path behind the prism (22), which feeds an image to each of two observation devices (27, 28).

4. Centrifuge microscope according to one of claims 1 to 3, characterized in that the slide (18) of the microscope (17) is aligned substantially radially to the rotor axis.

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5. Centrifuge microscope according to one of claims 1 to 4, characterized in that the object carrier (18) of the microscope (17) is attached to a cross table (46) which can be moved in a controlled manner in several degrees of freedom.

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