DE1283558B

DE1283558B - Heating and cooling system for microscopic preparation holders

Info

Publication number: DE1283558B
Application number: DE1966D0049392
Authority: DE
Inventors: Dr Rer Nat Willi Halle; Otto Ristau
Original assignee: Akademie der Wissenschaften der DDR
Current assignee: Akademie der Wissenschaften der DDR
Priority date: 1966-02-18
Filing date: 1966-02-18
Publication date: 1968-11-21

Description

Heiz- und Kühlsystem für mikroskopische Präparatehalter Die Erfindung betrifft ein Heiz- und Kühlsystem für mikroskopische Präparatehalter, wie Objektträger, Deckgläschen, Kammern für Mikrurgie, Kultivierungs- und Durchströmungsgefäße u. a., an einem Mikroskop. Insbesondere bei Verwendung von hochauflösenden Trockenobjekten oder unter Anwendung von Immersionsflüssigkeiten, die die Oberfläche des Präparatehalters mit dem Mikroskopobjektiv und/ oder die Unterseite des Präparatehalters mit dem Kondensator verbinden, ist eine mikroskopische Beobachtung möglich. Dieses System beheizt und/oder kühlt Mikroskoptische und/oder Mikroskopobjektive und ermöglicht Beobachtungen mikroskopischer Objekte bei weitestgehend konstanten Temperaturen sowohl in der Objektebene über der Tischöffnung als auch auf dem Mikroskoptisch.Heating and cooling system for microscopic slide holders The invention relates to a heating and cooling system for microscopic slide holders, such as microscope slides, Cover slips, chambers for micrurgy, cultivation and flow-through vessels, etc. a., on a microscope. Especially when using high-resolution dry objects or by using immersion liquids on the surface of the specimen holder with the microscope objective and / or the underside of the specimen holder with the Connect capacitor, microscopic observation is possible. This system heats and / or cools microscope tables and / or microscope objectives and enables Observation of microscopic objects at largely constant temperatures both in the object plane above the table opening and on the microscope table.

Bei einer bekannten Heiz- und Kühleinrichtung für mikroskopische Präparatehalter liegen eine elektrisch beheizbare Schlange und eine Rohrschlange nebeneinander in einem Mikroskoptisch und sind mit der Deckplatte des Tisches verbunden, während das Objektiv eine Objektivkammer besitzt, in der sich z. B. ebenfalls eine elektrisch beheizbare Schlange und eine Rohrschlange befinden. Tisch und Objektiv lassen sich mit wärme- oder kälteerzeugenden, gasförmigen und flüssigen Stoffen beheizen und kühlen. Die Steuerung der Temperatur der elektrisch heizbaren Schlange erfolgt hierbei mit Kontaktthermometern oder Bimetallelementen.In a known heating and cooling device for microscopic specimen holders an electrically heated coil and a pipe coil lie next to each other in a microscope stage and are connected to the top of the table while the lens has a lens chamber in which z. B. also an electrical one heatable coil and a pipe coil are located. Table and lens can be heat with heat- or cold-generating, gaseous and liquid substances and cool. The temperature of the electrically heated coil is controlled here with contact thermometers or bimetal elements.

Bei dieser Heiz- und Kühleinrichtung liegen Heiz-und Kühlschlange nicht in unmittelbarer Nähe des Präparatehalters bzw. der Objektebene. Dadurch treten Temperaturdifferenzen zwischen der Tischoberfläche und der vom Mikroskopobjektiv erfaßten Objektebene auf. In der Objektebene, auf dem Präparatehalter und auf dem Tisch läßt sich unabhängig von der Raumtemperatur eine im allgemeinen ausreichende Temperaturkonstanz erzielen, wenn die das Mikroskop umgebende Raumtemperatur annähernd konstant bleibt. Durch das Temperaturgefälle ist es jedoch in den meisten Fällen unmöglich, bei Veränderungen der Raumtemperatur um z. B. 1° C die Veränderungen der Temperatur in der Objektebene unter 0,3° C zu halten.In this heating and cooling device there are heating and cooling coils not in the immediate vicinity of the specimen holder or the object plane. Step through it Temperature differences between the table surface and that of the microscope objective detected object level. In the object plane, on the specimen holder and on the Table can be a generally sufficient regardless of the room temperature Achieve constant temperature when the room temperature surrounding the microscope is approximately remains constant. However, due to the temperature gradient, it is in most cases impossible, if the room temperature changes by z. B. 1 ° C the changes keep the temperature in the object plane below 0.3 ° C.

Zweck der Erfindung ist es, ein Heiz- und Kühlsystem für mikroskopische Präparatehalter zu schaffen, bei dem die Temperaturkonstanz sowohl auf dem Präparatehalter als auch in der vom Objektiv erfaßten Objektivebene verbessert wird, bei gleichzeitiger uneingeschränkter Verwendbarkeit aller bekannten Mikroskoptypen, optischen Systeme, Nebenapparate, Zusatzgeräte, Hilfs- und Beleuchtungseinrichtungen u. a. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein universell verwendbares Heiz- und Kühlsystem für mikroskopische Präparatehalter zu schaffen, bei dem keine Temperaturdifferenzen zwischen der Tischoberfläche bzw. der Auflagefläche des Präparatehalters und der Objektebene auftreten und bei dem eine bestimmte, willkürlich zu wählende Temperatur unabhängig von der das Mikroskop umgebenden Raumtemperatur für lange Zeit mit ausreichender Genauigkeit sowohl auf dem Tisch und auf dem Präparatehalter als auch in der vom Mikroskopobjektiv erfaßten Objektebene konstant zu halten ist. Die elektrische Beheizung sowie die Heizung und/oder Kühlung des Präparatehalters mittels wärme- oder kälteerzeugender gasförmiger und/oder flüssiger Stoffe sowie die Temperaturregelung sollen in unmittelbarer Nähe der Objektebene erfolgen.The purpose of the invention is to provide a heating and cooling system for microscopic To create preparation holder in which the temperature is constant on both the preparation holder as well as in the objective plane covered by the objective is improved, while at the same time unlimited usability of all known microscope types, optical systems, Ancillary devices, additional devices, auxiliary and lighting equipment, etc. The invention is based on the task of a universally usable heating and cooling system for to create microscopic slide holders with no temperature differences between the table surface or the support surface of the specimen holder and the Object level occur and at which a certain, arbitrarily selected temperature regardless of the room temperature surrounding the microscope for a long time with sufficient Accuracy both on the table and on the specimen holder as well as in the from Microscope objective detected object plane is to be kept constant. The electric heating as well as the heating and / or cooling of the preparation holder by means of heat or cold generators gaseous and / or liquid substances as well as the temperature control should be in the immediate Close to the object level.

Die Aufgabe wird bei einem System zum Heizen und Kühlen mikroskopischer Präparatehalter auf einem Mikroskoptisch, bestehend aus einer auf das Mikroskopobjektiv aufsteckbaren, elektrisch beheizten bzw. mit gasförmigen oder flüssigen Stoffen heiz-und kühlbaren Objektivkammer und einer im Mikroskoptisch nebeneinander angeordneten und mit der Deckplatte des Tisches verbundenen Heiz- und Kühlschlange, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß im Mikroskoptisch ein auswechselbarer Einsatz angeordnet ist, in dem in bekannter Weise ein elektrisches Heizelement und eine Rohrschlange nebeneinanderliegen und mit der Deckplatte des Einsatzes verbunden sind, wobei am Heizelement und an der Lochblende in unmittelbarer Nähe der Objektebene Temperaturfühler (Halbleiterwiderstände bzw. Metalldraht-Widerstandsthermometer oder Thermoelemente) angeordnet sind, die in Einfach- und/oder Kompensationsschaltung mittels elektronischer Bauelemente, z. B. Verstärker, als Stellglieder die Heizleistung regeln und Temperaturschreiber betätigen. Der Durchmesser des Einsatzes ist dem der Bohrung für die Halterung der zentralen Tischlochblende im Mikroskoptisch angepaßt. Zweckmäßig ist es ferner, die Temperaturfühler sowohl an dem elektrischen Heizelement in der Objektivkammer als auch an der elektrisch beheizten Schlange des Mikroskoptisches anzubringen. Die im Einsatz angeordnete Rohrschlange ist vorteilhafterweise mit der im Mikroskoptisch gelegenen Rohrschlange und/oder mit einer um den Kondensor gelegenen Rohrschlange verbunden, wobei Sperrhähne zur Regelung des Zustromes gasförmiger und flüssiger Heiz- und Kühlmittel zwischengeschaltet sind.The task becomes more microscopic with a system for heating and cooling Specimen holder on a microscope stage, consisting of one on the microscope objective attachable, electrically heated or with gaseous or liquid substances heatable and coolable lens chamber and one arranged next to one another in the microscope table and heating and cooling coil connected to the cover plate of the table, according to the invention solved in that an exchangeable insert is arranged in the microscope table, in which, in a known manner, an electrical heating element and a pipe coil lie next to one another and connected to the cover plate of the insert, on and on the heating element the aperture plate in the immediate vicinity of the object level temperature sensor (semiconductor resistors or metal wire resistance thermometers or thermocouples) are arranged, the in single and / or compensation circuit using electronic components, z. B. Amplifiers, as actuators, regulate the heating power and temperature recorders actuate. The diameter of the insert is that of the hole for holding the adapted to the central table aperture diaphragm in the microscope stage. It is also useful the temperature sensors on both the electrical heating element in the lens chamber as well as to be attached to the electrically heated snake of the microscope table. The coil arranged in the insert is advantageously identical to that in the microscope stage located pipe coil and / or with a pipe coil located around the condenser connected, with stopcocks to regulate the inflow of gaseous and liquid Heating and cooling medium are interposed.

Ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt. Es zeigt F i g. 1 die Draufsicht auf den Mikroskoptisch mit auswechselbarem, heiz- und kühlbarem Einsatz, teilweise im Schnitt, F i g. 2 den Mikroskoptisch im Schnitt nach F i g.1, F i g. 3 die Objektivkammer.An embodiment of the subject matter of the invention is in Drawing shown schematically. It shows F i g. 1 the top view of the microscope stage with exchangeable, heatable and coolable insert, partly in section, FIG. 2 the microscope stage in section according to F i g.1, F i g. 3 the lens chamber.

Gemäß F i g.1 und 2 ist in dem Mikroskoptisch 1 der auswechselbare, heiz- und kühlbare Einsatz 2 angeordnet. Im Inneren des Einsatzes 2 liegen ein isoliertes, elektrisches Heizelement 3 und eine Rohrschlange 4 nebeneinander. Der Einsatz 2 ist rund, besteht zweckmäßigerweise aus einem gut wärmeleitenden Material, beispielsweise Kupfer, und ist aus einem Stück gefertigt. Für die Durchlichtmikroskopie ist im Einsatz 2 eine zentrale Lochblende 5 angebracht. Ist der Einsatz 2 in einem Mikroskoptisch für die Auflichtmikroskopie eingesetzt, so entfällt die Lochblende 5. Der Durchmesser des Einsatzes 2 entspricht bei den gebräuchlichsten Mikroskoptypen dem der Bohrung für die Halterung der zentralen Tischlochblende im Mikroskoptisch 1. Die Halterung der zentralen Tischlochblende kann aber auch dem Durchmesser des Einsatzes 2 angepaßt werden. Im Einsatz 2 sind über den elektrischen Heizelementen 3 und an der Lochblende 5 Temperaturfühler 6 befestigt, deren Anschlüsse 7 seitlich aus dem Einsatz hinausführen. Der Mikroskoptisch 1 weist radial eine Vertiefung auf, in der die Verlängerungen 8 der Rohrschlange 4, die elektrischen Zuleitungen 9 für das Heizelement 3 und die Anschlüsse 7 für die Temperaturfühler 6 eingebettet sind. Dadurch sind Verschiebungen des Präparatehalters auf dem Einsatz 2 und/oder auf dem Mikroskoptisch 1 in allen Richtungen möglich. Eine Bodenplatte 10 als unterer Abschluß des Einsatzes 2 ist im allgemeinen nicht erforderlich.According to FIGS. 1 and 2, the exchangeable, heatable and coolable insert 2 is arranged in the microscope stage 1. Inside the insert 2, an insulated, electrical heating element 3 and a coil 4 lie next to one another. The insert 2 is round, is expediently made of a material that conducts heat well, for example copper, and is made in one piece. A central perforated diaphragm 5 is fitted in the insert 2 for transmitted light microscopy. If the insert 2 is used in a microscope stage for reflected light microscopy, the pinhole 5 is omitted Diameter of the insert 2 can be adjusted. In the insert 2, temperature sensors 6 are fastened above the electrical heating elements 3 and on the perforated diaphragm, the connections 7 of which lead out of the insert at the side. The microscope stage 1 has a radial recess in which the extensions 8 of the pipe coil 4, the electrical supply lines 9 for the heating element 3 and the connections 7 for the temperature sensors 6 are embedded. This enables the specimen holder to be displaced on the insert 2 and / or on the microscope stage 1 in all directions. A base plate 10 as the lower end of the insert 2 is generally not required.

An den elektrischen Heizelementen 3 der Objektivkammer 11 (F i g. 3) und des Mikroskoptisches 1 sind ebenfalls Temperaturfühler 6 angeordnet. Die Rohrschlange 4 im Einsatz 2 ist bei Bedarf über Zwischenstücke mit der im Mikroskoptisch 1 gelegenen zu verbinden. Jede Rohrschlange 4 ist aber auch unabhängig voneinander mit der (nicht dargestellten) Zufuhrleitung für gasförmige oder flüssige Heiz- und Kühlmittel zu verbinden, wobei Sperrhähne in der Zufuhrleitung zwischengeschaltet sind. Um den Kondensor können ebenfalls ein Heizelement oder eine Kühlschlange angeordnet sein.On the electrical heating elements 3 of the lens chamber 11 (F i g. 3) and the microscope stage 1 are also temperature sensors 6 arranged. the Coiled pipe 4 in insert 2 can be connected to the microscope stage via intermediate pieces if required 1 located to connect. However, each coil 4 is also independent of one another with the (not shown) supply line for gaseous or liquid heating and To connect coolant, with stopcocks interposed in the supply line are. A heating element or a cooling coil can also be arranged around the condenser be.

Die Steuerung der Heizleistung und die Temperaturregelung erfolgen mittels elektronischer Bauelemente, z. B. Verstärkereinrichtungen. Als Stellglied für die Heizleistung wird eine Transduktordrossel bzw. ein Thyristor verwendet, so daß die Regelschwankungen des Heizsystems klein gehalten werden. Insbesondere gelingt das durch Anpassen des Zeitverhaltens des Verstärkers an die Eigenschaften der Regelstrecke, z. B. Proportion-Differential-Verhalten (PD-Verhalten) des Verstärkers.The control of the heating power and the temperature regulation take place by means of electronic components, e.g. B. Amplifier devices. As an actuator a transductor choke or a thyristor is used for the heating power, so that the control fluctuations of the heating system are kept small. In particular this is achieved by adapting the time response of the amplifier to the properties the controlled system, e.g. B. Proportion-differential behavior (PD behavior) of the amplifier.

Mit dem Erfindungsgegenstand wird ein Temperaturgefälle von der Tischperipherie zum Tischzentrum verhindert, wodurch eine verbesserte Temperaturkonstanz auf dem Einsatz, dem Präparatehalter und in der Objektebene sowohl bei einer konstanten Raumtemperatur als auch bei Veränderungen der Raumtemperatur erzielt wird. Die Temperaturschwankung in der Objektebene beträgt unabhängig von der das Mikroskop umgebenden Raumtemperatur weniger als ±0,15° C"wenn die Raumtemperatur annähernd konstant bleibt, während bei einer Schwankung der Raumtemperatur um ± 1ö C die Temperaturschwankung in der Objektebene bei Verwendung eines hochauflösenden Trockenobjektivs ± 0,15° C und weniger und bei Verwendung eines Immersionsobjektivs ± 0,2° C und weniger beträgt.With the subject matter of the invention, there is a temperature gradient from the table periphery to the center of the table, resulting in improved temperature constancy on the Use, the specimen holder and in the object plane both at a constant Room temperature as well as changes in room temperature is achieved. The temperature fluctuation in the object plane is independent of the room temperature surrounding the microscope less than ± 0.15 ° C "if the room temperature remains approximately constant while if the room temperature fluctuates by ± 1 ° C, the temperature fluctuation in the Object plane when using a high-resolution dry objective ± 0.15 ° C and less and, when using an immersion objective, is ± 0.2 ° C and less.

Darüber hinaus ist die universelle Verwendbarkeit aller bisher bekannten Mikroskoptypen, optischen Systeme, Nebenapparate, Zusatzgeräte, Hilfs, und Beleuchtungseinrichtungen gewährleistet.In addition, the universal usability of all previously known Microscope types, optical systems, auxiliary devices, additional devices, auxiliary and lighting devices guaranteed.

Die Anbringung von jeweils zwei oder mehreren Temperaturfühlern, z. B. im Einsatz, ermöglicht eine bessere Kompensation von Außeneinflüssen.The attachment of two or more temperature sensors, e.g. B. in use, enables a better compensation of external influences.

Vorteilhafte Wirkungen lassen sich weiterhin durch die vielseitigen Kombinationsmöglichkeiten, die den jeweiligen Beobachtungs- und Untersuchungsbedingungen leicht angepaßt werden können, erzielen, z. B. schnelle Temperaturveränderungen und exakt meßbare Temperaturschübe, wenn die Tischschlange mit einem Heiz- oder Kühlmittel durchströmt wird, während der Einsatz und das Objektiv bei bestimmten Temperaturen gehalten werden. Außerdem kann der Tisch z. B. bei einer anderen konstanten Temperatur gehalten werden wie Einsatz und Objektiv zusammen.Beneficial effects can still be achieved through the versatile Combination options that suit the respective observation and examination conditions can be easily adapted, achieve e.g. B. rapid temperature changes and precisely measurable temperature surges when the table snake with a heating or Coolant is flowed through during the use and the lens at certain Temperatures are maintained. In addition, the table can e.g. B. at another constant The same temperature as the insert and lens are kept together.

Die weiteren Vorteile der auswechselbaren Einsätze für mikroskopische Beobachtungen bei schnell zu verändernden Temperaturen ergeben sich dadurch, daß der Mikroskoptisch unverändert in seiner Lage bleibt; somit entfallen Nachzentrierung von Tisch und Kondensor, Neueinstellung der Beleuchtungseinrichtung usw. Da Beheizung und/oder Kühlung von Objektiv und Einsatz getrennt regelbar sind, wird in jedem Falle in der Objektebene die gleiche Temperatur erreicht wie auf dem Präparatehalter bzw. auf dem Einsatz. Für bestimmte Temperaturversuche können auch mehrere Einsätze mit verschieden großen Lochblenden bereitgehalten werden. Der Einsatz kann auch für jeden anderen Mikroskoptisch verwendet werden.The other advantages of the interchangeable inserts for microscopic Observations at rapidly changing temperatures result from the fact that the microscope stage remains unchanged in its position; This eliminates the need for re-centering of table and condenser, readjustment of the lighting equipment, etc. There is heating and / or cooling of lens and insert can be regulated separately, is in each Trap reaches the same temperature in the specimen plane as on the specimen holder or on the insert. Several inserts can be used for certain temperature tests be kept ready with different sized perforated diaphragms. The use can also can be used for any other microscope stage.

Ein weiterer Vorteil des Heiz- und Kühlsystems liegt in der kontinuierlichen, stetigen Regelung der Heizleistung, die mit Kontaktthermometern oder Bimetallelementen nicht zu erzielen ist.Another advantage of the heating and cooling system is the continuous, continuous control of the heating power, which is achieved with contact thermometers or bimetal elements cannot be achieved.

Claims

Claims; 1. Heating and cooling system for microscopic slide holders, such as microscope slides, cultivation vessels, etc. consisting of one on the microscope objective attachable, electrically heated or with gaseous or liquid substances heatable and coolable lens chamber and one im Microscope stage side by side arranged heating and cooling coil connected to the top plate of the table, thereby marked that in the microscope stage (1) there is an exchangeable, heated and coolable insert (2) is located in which an electrical heating element in a known manner (3) and a coil (4) lie next to each other and with the cover plate of the insert (2) are connected, with the heating element (3) and the aperture plate (5) in the immediate Near the object level temperature sensors (6) are arranged in a single circuit and / or compensation circuit by means of electronic components, e.g. B. Amplifier with transductor choke or thyristor as actuators that regulate the heating output and operate the temperature recorder.

2. Heating and cooling system according to claim 1, characterized characterized in that the diameter of the insert (2) is that of the bore for the holder the central table aperture in the microscope stage (1) is adapted.

3. Heating and cooling system according to claim 1, characterized in that the temperature sensors (6) are connected to the electrical Heating elements (3) of the lens chamber (11) and the microscope table (1) are arranged are.

4. Heating and cooling system according to claim 1, characterized in that the im Insert (2) arranged pipe coil (4) with the one in the microscope stage (1) Coiled pipe and / or connected to a coiled pipe located around the condenser is and stopcocks to regulate the inflow of gaseous and liquid heating and Coolant are interposed. Publications considered: German Auslegeschrift No. 1130 615; Journal of Scientific Microscopy and Microscopic Technik, 64 (7), pp. 384 to 394, 1960.