DE-102011002030-B4 - Verfahren und Mikroskop zur Erzeugung einer variablen Hell-Dunkelfeld-Beleuchtung

Abstract

Verfahren zur Erzeugung einer kontrastreichen Hell-Dunkelfeld-Abbildung im Mikroskop, umfassend folgende Verfahrensschritte: - Beleuchten eines Objekts mit Licht aus einem Kondensor so, dass ein Lichtbündel das Objekt in Art einer Hellfeldbeleuchtung durchdringt, und ein zweites Lichtbündel nach Passage durch das Objekt in Art einer Dunkelfeldbeleuchtung am Objektiv vorbeigeleitet wird, - Zusammenführen des durch die Hellfeldbeleuchtung entstandenen Hellfeld-dominierten Bildes und des durch gestreutes Licht in Art einer Dunkelfeldbeleuchtung entstandenen Dunkelfeld-dominierten Bildes in der Ebene des Zwischenbildes; - Erzeugen eines Summationsbildes durch Interferenz beider sich überlagernder Hell- und Dunkelfeld-dominierter Bilder in der Zwischenbildebene; - Betrachten des so als variables Hell-Dunkelfeldbild entstandenen Überlagerungsbildes in an sich bekannter Weise mittels eines Okulars, wobei nach dem Verfahren das Beleuchtungslicht mittels eines Polarisators polarisiert ist und jedes Lichtbündel mittels eines zugeordneten Analysators bezüglich seiner Intensität und somit Anteil am Summationsbild abschwächbar ist.

Inventors

• Timm Piper
• Jörg Piper

Assignees

• Jörg Piper
• Timm Piper

Dates

Publication Date

20260507

Application Date

20110413

Claims (20)

1. Verfahren zur Erzeugung einer kontrastreichen Hell-Dunkelfeld-Abbildung im Mikroskop, umfassend folgende Verfahrensschritte: - Beleuchten eines Objekts mit Licht aus einem Kondensor so, dass ein Lichtbündel das Objekt in Art einer Hellfeldbeleuchtung durchdringt, und ein zweites Lichtbündel nach Passage durch das Objekt in Art einer Dunkelfeldbeleuchtung am Objektiv vorbeigeleitet wird, - Zusammenführen des durch die Hellfeldbeleuchtung entstandenen Hellfeld-dominierten Bildes und des durch gestreutes Licht in Art einer Dunkelfeldbeleuchtung entstandenen Dunkelfeld-dominierten Bildes in der Ebene des Zwischenbildes; - Erzeugen eines Summationsbildes durch Interferenz beider sich überlagernder Hell- und Dunkelfeld-dominierter Bilder in der Zwischenbildebene; - Betrachten des so als variables Hell-Dunkelfeldbild entstandenen Überlagerungsbildes in an sich bekannter Weise mittels eines Okulars, wobei nach dem Verfahren das Beleuchtungslicht mittels eines Polarisators polarisiert ist und jedes Lichtbündel mittels eines zugeordneten Analysators bezüglich seiner Intensität und somit Anteil am Summationsbild abschwächbar ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , dass die Lichtbündel vor der Passage des Beleuchtungslichts durch das Objekt getrennt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2 , dadurch gekennzeichnet , dass die vor der Passage des Objekts getrennten Lichtbündel unmittelbar nach der Aperturblende des Kondensors und vor dessen Linsensystem mittels eines Lichtringes abgeteilt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 3 , dadurch gekennzeichnet , dass das Projektionsbild des Lichtringes in Bezug auf den optisch wirksamen Eintrittsquerschnitt des Objektivs eingestellt wird, wobei der optisch wirksame Durchmesser des Objektivquerschnitts an die Geometrie der beleuchtenden Strahlenbündel weitergehend angepasst wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4 , dadurch gekennzeichnet , dass das Projektionsbild des Lichtringes in Bezug auf den optisch wirksamen Eintrittsquerschnitt des Objektivs durch Veränderung des Abstands einer Kondensorlinse von dem Objekt mittels Heben oder Senken oder durch Veränderung der Brennweite des als Zoom ausgebildeten Kondensorslinsensystems angepasst wird.
6. Verfahren nach Anspruch 4 , dadurch gekennzeichnet , dass das Projektionsbild des Lichtringes in Bezug auf den optisch wirksamen Eintrittsquerschnitt des Objektivs durch Einstellung einer Aperturblende des Kondensors oder einer vorzugsweise rechtwinklig zur optischen Achse des Mikroskops verschiebbar angeordneten Blende im Kondensor eingestellt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6 , dadurch gekennzeichnet , dass der Lichtring, wie beim Phasenkontrast üblich, etwa in die hintere Objektivbrennebene projiziert wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 , dadurch gekennzeichnet , dass die Lichtbündel nach der Passage des Beleuchtungslichts durch das Objekt getrennt werden.
9. Verfahren nach Anspruch 8 , dadurch gekennzeichnet , dass als Objektiv ein Spiegelobjektiv vorgesehen ist, dessen zentrischer Fangspiegel mit lichtundurchlässiger Rückseite den Eintritt des zentralen Teils des Beleuchtungslichts in das Objektiv unterbindet.
10. Mikroskop mit Beleuchtungsapparat, Objekttisch mit Objekt, Tubus mit Okular und Objektiv zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 , dessen Beleuchtungsapparat mit einem Kondensor mit einer mindestens eine Blendenöffnung aufweisenden Kondensorblende versehen ist und der mit dem Objektiv zur Erzeugung einer Hell-Dunkelfeld-Beleuchtung eingerichtet ist, wobei im Kondensor einer Aperturblende (2) nachgeschaltet eine Ringblende mit einem in einem Lichtringträger (4) angeordneten Lichtring (4.1) vorgesehen ist, wobei das dessen Innenbereich passierende Licht (8.1) das Objekt (5.1) in Art einer Hellfeldbeleuchtung durchleuchtet und zur Erzeugung eines Hellfeld-dominierten Bildes in der Ebene des Zwischenbildes von dem Objektiv (7) aufgenommen zur Ebene des Zwischenbildes (ZWB) gelangt, und wobei das den Außenbereich des Lichtringes (4.1) passierende Licht (8.3) in Art einer Dunkelfeldbeleuchtung unter einem so spitzen Winkel an das Objekt (5.1) geführt ist, dass dieses Lichtbündel (8.3) nach Objektpassage außerhalb des Objektivs (7) weiter verlaufend nicht zur Aufhellung des Bilduntergrundes beiträgt, während das am Objekt (5.1) gestreute und/oder reflektierte Licht als Streulichtbündel (8.2) zur Erzeugung eines Dunkelfeldbild-dominierten Bildes über das Objektiv (7) zur Ebene des Zwischenbildes (ZWB) gelangt, so dass in der Ebene des Zwischenbildes das auf der nullten Beugungsordnung basierende Hellfeldbild-dominierte Bild und das ohne Beteiligung des Beugungsmaximums der nullten Ordnung gebildete Dunkelfeld-dominierte Bild überlagernd zum Summationsbild interferieren, wobei die Öffnung des Lichtringes (4.1) nach Größe und Breite so dimensioniert ist, dass sich der eine Anteil des Beleuchtungslichts in den Randbereich des optisch wirksamen Objektivquerschnittes projiziert, während der andere Anteil außerhalb des Objektivquerschnittes liegt, dadurch gekennzeichnet , dass der Kondensor mit einem Polarisationsfilter (2.1) als Polarisator versehen ist und die Außen- und/oder Innenzone des Lichtringes (4.1) mit einem ringförmigen oder jeweils mit einem teilringförmigen Polarisationsfilter ausgelegt ist, mit denen die Polarisationsebene jedes der Lichtbündel der beiden Lichtkomponenten unabhängig von Intensität oder Polarisationsebene der anderen variierbar ist.
11. Mikroskop nach Anspruch 10 , dadurch gekennzeichnet , dass der Lichtringträger (4) mehrere Lichtringe (4.1) aufweist und zum auswählbaren Einstellen verdrehbar oder verschiebbar angeordnet ist, wobei die Lichtringe (4.1) nach Größe und Breite ihrer Öffnungen so groß dimensioniert sind, dass sich deren innere Zonen in den Randbereich des optisch wirksamen Querschnitts des jeweiligen Objektivs projizieren, während die äußeren Anteile der Lichtringe außerhalb dieses Querschnittes liegen.
12. Mikroskop nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet , dass für eine moderate Schrägbeleuchtung der Lichtring (4.1) aus seiner zentrischen Lage rechtwinklig zur optischen Achse (OAG) verschiebbar und somit hin zu einer exzentrischen Lage verlagerbar ist.
13. Mikroskop nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet , dass jedes der Lichtbündel einzeln in Bezug auf seine Färbung veränderbar und so in seinem Anteil am Summationsbild farblich veränderbar ist, und / oder dass die Außen- und/oder Innenzone des Lichtringes (4.1) mit einem ringförmigen oder jeweils mit einem teilringförmigen Spektralfilter ausgelegt ist, mit denen die Farbgebung jedes der Lichtbündel der beiden Lichtkomponenten unabhängig von Intensität oder Farbgebung der anderen variierbar ist.
14. Mikroskop nach einem der Ansprüche 10 bis 13 , dadurch gekennzeichnet , dass unterhalb des im Kondensor vorgesehenen Polarisationsfilters (2.1) ein zweiter Polarisationsfilter im Kondensor integriert ist, wobei beide Polarisationsfilter unabhängig voneinander drehbar gelagert sind.
15. Mikroskop nach einem der Ansprüche 10 bis 14 , dadurch gekennzeichnet , dass der Einfall des Beleuchtungslichts durch Verlagerung des Lichtringträgers (4) mit Lichtring (4.1) rechtwinklig zur optischen Achse (OAG) oder durch Einleitung eines zweiten Lichtbündels auf Basis eines Doppelkondensors zwischen konzentrisch und exzentrisch bzw. schräg wechselbar ist.
16. Mikroskop nach Anspruch15, dadurch gekennzeichnet , dass bei Schrägbeleuchtung der Einfallswinkel der beiden Lichtbündel des Beleuchtungslichts gleichgerichtet und/oder unabhängig von dem der anderen stufenlos veränderbar ist.
17. Mikroskop nach einem der Ansprüche 10 bis 16 , dadurch gekennzeichnet , dass der Kondensor zum Anpassen der exakten Projektionsgröße des jeweiligen Lichtringes an den jeweiligen Querschnitt des Objektivs (7) in der Höhe verstellbar ausgebildet ist, wobei vorzugsweise der Kondensor zum Anpassen der exakten Projektionsgröße des jeweiligen Lichtringes (4.1) an den jeweiligen optisch wirksamen Querschnitt des Objektivs (7) mit einem als Zoom-System mit variabler Schnittweite ausgebildeten Linsensystem versehen ist.
18. Mikroskop nach einem der Ansprüche 10 bis 17 , dadurch gekennzeichnet , dass im Objektiv (7) in oder unmittelbar nahe der hinteren Brennebene eine Blende vorgesehen ist, die mindestens eine, vorzugsweise zwei von einem Mittelsteg (12) getrennte Blendenöffnungen (11) aufweist.
19. Mikroskop nach Anspruch 18 , dadurch gekennzeichnet , dass die Blende als Blendenschieber, vorzugsweise als Doppelblendenschieber (10), ausgebildet ist, der rechtwinklig zur optischen Achse (OAG) verschiebbar ist.
20. Mikroskop nach Anspruch 19 , dadurch gekennzeichnet , dass die Breite des Mittelstegs (12) zwischen den Blendenöffnungen (11) des Blendenschiebers bzw. Doppelblendenschiebers (10) mindestens gleich der Breite des Bildes des Lichtringes (4.1), dieses überdeckend, ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung eines mikroskopischen Bildes eines Objekts mit Hellfeld-/Dunkelfeld-Beleuchtung, wobei die Beleuchtungsintensitäten von Hellfeldbild und von Dunkelfeldbild unabhängig voneinander stufenlos variierbar sind, sie betrifft weiter ein Mikroskop mit Beleuchtungsapparat, Objekttisch mit Objekt, sowie Tubus mit Okular und Objektiv, bei dem der einen Kondensor mit einer zumindest eine außerhalb der optischen Achse gelegene Blendenöffnung aufweisenden Kondensorblende umfassende Beleuchtungsapparat und bei dem das Objektiv zur Erzeugung sowohl einer Hellfeld-Beleuchtung wie auch einer Dunkelfeld-Beleuchtung eingerichtet sind, und bei dem Hell- und Dunkelfeldbild überlagert werden. Die Beleuchtung von Objekten spielt in der Mikroskopie für Auflösung und Bilderzeugung eine entscheidende Rolle. Ausgehend von der allgemein bekannten, auf die Erzeugung eines Hellfeldbildes ausgerichteten Köhler'schen Beleuchtungsapparatur wurde die Dunkelfeldbeleuchtung eingeführt, die in Bezug auf Auflösung und Bilderzeugung gegenüber der Hellfeldtechnik Vorteile bietet. Aus DE 10 2006 027 961 A1 ist ein Mikroskop bekannt, bei dem zur Kontraststeigerung von Bildern im Phasenkontrast eine verbesserte Strukturdarstellung dadurch erreicht wird, dass die Licht Durchtrittsöffnung auf einer Ringblende der Blendenanordnung im Kondensor kreissektorförmig ausgebildet ist und das Objekt mit einem auf dem Mantel eines Hohlkegels liegenden, sektorförmig begrenzten Lichtbündel schräg beleuchtet wird, wobei der dem Kreissektor zugeordnete Zentriwinkel höchstens 90° beträgt. Weiter ist aus DE 10 2007 029 814 A1 ein Mikroskop bekannt, bei dem zur besseren Kontrastierung bei verbesserter Helligkeit, erhöhter Tiefenschärfe und gesteigertem Auflösungsvermögen die Beleuchtungseinrichtung eine Blende mit zentraler Blendenöffnung und peripherer Ringspaltöffnung aufweist. Das Objekt wird damit mit einem Zentrallicht-Strahlenbündel und einem Peripherlicht-Strahlenbündel beleuchtet. Nach Durchgang der Strahlenbündel durch das Objekt wird im Objektiv oder unmittelbar dahinter zumindest ein Teil entweder des Zentrallicht-Strahlenbündels oder des Peripherlicht-Strahlenbündels mit einem lichtabsorbierenden Element geschwächt. So können verschiedene Beleuchtungsvarianten stufenlos ineinander überführt und so ein Bildcharakter und eine Bildinformation erreicht werden, die konventionellem Dunkelfeld, Phasenkontrast, Interferenzkontrast und Hellfeld ähneln und zu verbesserten Detaildarstellungen führen. Schließlich ist aus DE 10 2009 003 682 A1 ein Mikroskop bekannt, bei dem für Phasenkontrastdarstellungen aus dem von einer Lichtquelle ausgehenden Strahlengang mittels einer Kondensorblende mit segmentartigem Lichtdurchlass ein oder mehrere konzentrisch zur optischen Achse auf dem Mantel eines Hohlkegels liegende Strahlenbündel zur „schrägen“ oder aus mehreren Raumrichtungen erfolgenden Objektbeleuchtung ausgeblendet werden, wobei die vom Objekt ausgehenden direkten und indirekten bilderzeugenden Lichtanteile mittels Objektiv in einem Zwischenbild abgebildet und mit einem Okular betrachtbar sind. Um damit auch Objekte in sich schwach abzeichnenden Konturen darstellen zu können, weisen die auf der Phasenplatte vorgesehenen Segmente Bereiche unterschiedlicher optischer Dichte im Bereich eines Zentriwinkels von höchstens 180° auf, so dass das aus einer oder aus mehreren diskreten Richtungen „schräg“ zur optischen Achse kommende einfallende Licht mit dem Hintergrundlicht interferierend die Darstellung auch solcher Einzelheiten des Objekts ermöglicht, die bei herkömmlicher Phasenkontrastbeleuchtung unbefriedigend kontrastiert sind. Nachteilig ist der Einsatz besonderer lichtschwächender Mittel, die besondere Einsätze oder Objektive benötigen. Aus dem Stand der Technik ist gemäß der US 2007/0014002 A1 ein Cardioid-Kondensor zur Dunkelfeldbeleuchtung, der sich von einem herkömmlichen Dunkelfeld-Kondensor im Prinzip dadurch unterscheidet, dass an der Kondensor-Unterseite ein ringförmiger Lichtdurchlass vorgesehen ist, sodass der zentrale Bereich von der Öffnungsfläche der Kondensor-Unterseite lichtundurchlässig abgedeckt wird. Hinsichtlich der Zielsetzungen der US-amerikanischen Lehre soll eine Auflösungsverbesserung bei höchstauflösenden und höchstvergrößernden optischen Systemen dienen, wobei zusätzlich durch die in der Z-Achse eingegrenzte Ringlicht-Beleuchtung bei räumlich ausgedehnten Objekten störende Überlagerungen durch unscharf abgebildete Objektstrukturen verringern soll. Hierzu soll das beleuchtende Ringlicht in der Z-Achse so eingegrenzt sein, dass höher oder tiefer liegende Objektanteile gar nicht beleuchtet werden, folgerichtig auch nicht zu unscharf abgebildeten Überlagerungseffekten beitragen können. Als weiterer Stand derTechnik wird in diesem Zusammenhang noch auf die DE 10 2007 029 814 A1 sowie die DE 25 42 075 A1 hingewiesen. Um solche besondere Zusatzmittel zu vermeiden und noch vorhandene Mängel der Auflösun