DD253093B1

DD253093B1 - Optisches system fuer ein hochaufloesendes lichtrastermikroskop

Info

Publication number: DD253093B1
Application number: DD29483886A
Authority: DD
Inventors: Frank E Hoehne; Fritz Kuhlmann; Wolfgang Schuett
Original assignee: Univ Rostock
Priority date: 1986-10-01
Filing date: 1986-10-01
Publication date: 1989-03-15
Also published as: DD253093A1

Description

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein optisches System für ein hochauflösendes Lichtrastermikroskop, das die Untersuchung von mikroskopischen Präparaten mit extrem hoher Auflösung gestattet.

Charakterisierung des bekannten Standes der Technik

Lichtrastermikroskope mit und ohne Laser sind bekannt, seine Schlüsselelemente sind neben den Lasern elektromechanische Scanner, d. h. hochpräzise Spiegel-Galvanometer, deren Positioniergenauigkeit und Reproduzierbarkeit einen Bildaufbau von 512 χ 512 Bildpunkten (optimal 1024 χ 1024) erlaubt, sowie Mikroskopie-Objektive, die den Laserstrahl zu einem beugungsbegrenzten Fleck auf dem Objekt fokussieren (Wilke, V., Feinwerktechnik & Meßtechnik 94 [1986/2], S. 103/104). In der GB-PS 1595422 (G 02 B 21/00) ist ein Lichtrastermikroskop beschrieben, bei dem das zu untersuchende Objekt rasterförmig durch einen feststehenden Lichtfokus hindurch bewegt wird. Die vom Objekt ausgehende Strahlung wird dabei mittels einer Optik auf einen Punktdetektor fokussiert. Mit einer solchen konfokalen Anordnung läßt sich dabei eine höhere Auflösung als in der herkömmlichen Lichtmikroskopie erreichen.

In der DE-OS 3447467 (A 1 /G 02 B 36/10) ist ein Laser-Abtastmikroskop beschrieben, bei dem die zellenförmige Abtastung durch die Bewegung der Objektivlinse vorgenommen wird.

Der Nachteil dieser Verfahren besteht darin, daß zwei Objektpunkte, die dichter als ein Abstand liegen, bei dem die Lichtverteilung in der Bildebene, die Punktbildverwaschungsfunktion, nur noch ein gemeinsames Maximum hat, nicht mehr aufgelöst werden können.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin, ein optisches System für ein hochauflösendes Lichtrastermikroskop zu entwickeln, mit der noch zwei Objektpunkte aufgelöst werden können, deren Abstand unter dem liegt, bei dem die Lichtverteilung in der Bildebene nur noch ein gemeinsames Maximum hat.

Wesen der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein adaptierbares optisches System für ein hochauflösendes Lichtrastermikroskop, bestehend aus ei пег Anordnung einer kohärent strahlenden Lichtquelle, vorzugsweise einem Laser, einer Aufweitungsoptik und Sammellinse, einer Lochblende und einer Linse, mit der das von der Lochblende durchgelassene Licht auf das elektro-mechanisch gerasterte Objekt abgebildet wird, und einer optischen Vorrichtung, die das vom Objekt durchgelassene oder remittierte Licht in deren Bildebene abbildet, das eine für die Lichtrastermikroskopie extremale Auflösung gestattet, zu schaffen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß hinter der Bildebene eine Fourier-Optik in das optische System eingebracht wird, in deren Fourier-Ebene das fouriertransformierte Bild des punktförmig bestrahlten Objektbereichs multipliziert

mit der fouriertransformierten Punktbildverwaschungsfunktion entsteht. Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß in dieser Fourierebene ein geeignetes Filter angebracht wird, das im wesentlichen die reziproke Punktbildverwaschungsfunktion simuliert. Nach anschließender Rücktransformation mittels einer weiteren Fourieroptik wird das gefilterte Bild des punktförmig beleuchteten Objektbereichs mit einer an sich bekannten Bildaufnahmevorrichtung aufgenommen. Dadurch wird erreicht, daß die im wesentlichen durch das Faltungsintegral der Objektfunktion und der Punktbildverwaschungsfunktion des Gesamtsystems bestimmte Lichtverteilung in der Bildebene auch für eng benachbarte Objektpunkte derart entfaltet wird, daß selbst für Intensitätsverteilungen mit nur einem zentralen Maximum noch eine Auflösung möglich wird. Der Vorteil eines erfindungsgemäß mit einem adaptierbaren optischen System ausgerüsteten Lichtrastermikroskopes gegenüber den bisher bekannten Lichtrastermikroskopen besteht darin, hiermit submikroskopische Strukturen auflösen zu können.

Ausführungsbeispiel

Anhand von zwei Ausführungsbeispielen wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1: eine schematische Darstellung einer möglichen Ausführungsanordnung für das Lichtrastermikroskop in Durchlicht Fig. 2: eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform für das Lichtrastermikroskop in Auf licht.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 wird das von einer Lichtquelle !,vorzugsweise einem Laser, erzeugte Licht von einer Aufweitungsoptik 2 und einer anschließenden Sammellinse 3 auf eine Lochblende 4 fokussiert. Mit der Linse 5 wird das durch die Lochblende 4 hindurchgelassene Licht auf das zu untersuchende Objekt 6 fokussiert. Das'Objekt 6 ist mit einer elektromechanischen Rastereinheit 16 derart mechanisch verbunden, daß das Objekt, von einem Steuerrechner 14 elektronisch gesteuert, rasterförmig durch den Lichtfokus der Linse 5 hindurch bewegt werden kann. Mit einer weiteren Linse 7 wird das Bild des mit dem Lichtfokus durchstrahlten Objektes in die Bildebene 8 abgebildet. Hinter der Bildebene 8 ist zum Zwecke der Fouriertransformation eine Fourier-Transformationsoptik 9 angeordnet, in deren Fourier-Ebene ein Filter 10 vorzugsweise ein Vander-Lugt-Filter, angebracht ist.

Hinter dem Filter 10 ist eine weitere Fourier-Transformationsoptik 11 angeordnet, in deren Fourier-Ebene das rücktransformierte Bild des vom Lichtfokus durchstrahlten Objektbereiches entsteht. Mit einer an sich bekannten elektronischen Bildaufnahmevorrichtung 12 wird das gefilterte Bild in eine Bildspeichervorrichtung 13 abgespeichert. Zum Zwecke der Weiterverarbeitung des Bildes ist die Bildspeichervorrichtung 13 mit dem Steuerrechner 14 und zur Darstellung des gesamten abgerasterten Objektes mit dem Monitor 15 verbunden.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 wird das von einer Lichtquelle !',vorzugsweise einem Laser, erzeugte Licht von einer Aufweitungsoptik 2' und einer anschließenden Sammellinse 3' auf eine Lochblende 4' fokussiert. Mit der Linse 5' wird das durch die Lochblende 4' hindurchgelassene Licht auf das zu untersuchende Objekt 6' fokussiert. Das Objekt ist mit einer elektromechanischen Rastereinheit 16'derart mechanisch verbunden, daß das Objekt, von einem Steuerrechner 14'elektronisch gesteuert, rasterförmig durch den Lichtfokus der Linse 5' hindurch bewegt werden kann.

Vor dem Objekt 6' ist ein Teilerspiegel 17 angeordnet, mit dem das vom Objekt remittierte Licht auf eine Linse 7' abgelenkt wird. Mit der Linse T wird das Bild des mit dem Lichtfokus bestrahlten Objektes in die Bildebene 8' abgebildet. Hinter der Bildebene 8' ist zum Zwecke der Fouriertransformation eine Fourier-Transformationsoptik 9' angeordnet, in deren Fourier-Ebene ein Filter 10', vorzugsweise ein Vander-Lugt-Filter, angebracht ist.

Hinter dem Filter 10' ist eine weitere Fourier-Transformationsoptik 11' angeordnet, in deren Fourier-Ebene das rücktransformierte Bild des vom Lichtfokus bestrahlten Objektbereiches entsteht. Mit einer an sich bekannten elektronischen Bildaufnahmevorrichtung 12' wird das gefilterte Bild in eine Bildspeichervorrichtung 13' abgespeichert. Zum Zwecke der Weiterverarbeitung des Bildes ist die Bildspeichervorrichtung 13' mit dem Steuerrechner 14' und zur Darstellung des gesamten abgerasterten Objektes mit dem Monitor 15' verbunden.

In Betracht gezogene Druckschriften:

DE-OS 3447467 (G 02 B, 26/10)

Z. „Feinwerktechnik & Meßtechnik" 9 (1986) 2, Seiten 103 + 104

Claims

1. Optisches System für ein hochauflösendes Lichtrastermikroskop, bestehend aus einer kohärent strahlenden Lichtquelle, vorzugsweise einem Laser, von dem das ausgehende Licht mittels einer Aufweitungsoptik und einer Sammellinse auf eine Lochblende angeordneten Linse, mit der das durch die Lochblende hindurchtretende Licht auf das hinter der Linse angeordnete zu untersuchende Objekt, das mit einer elektromechanischen Rastereinheit mechanisch verbunden ist, fokussiert wird, und eine hinter dem Objekt angeordneten weiteren Linse, mit der das durch das Objekt hindurchtretende Licht in die Bildebene fokussiert wird und bei dem sowohl eine Bildaufnahmevorrichtung mit einer elektronischen Bildspeichervorrichtung als auch die elektronische Bildspeichervorrichtung und die elektromechanische Rastereinheit mit einem Steuerrechner elektrisch verbunden sind, wobei zum Zwecke der Bilddarstellung ein über den Steuerrechner mit Bildinformationen des Bildspeichers beaufschlagter Monitor benutzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß hinter der Bildebene (8) eine aus einer Fourier-Transformationsoptik (9) und einer Fourier-Transformationsoptik (11) bestehendes optisches System angeordnet und in der Fourier-Ebene der Fourier-Transformationsoptik (9) ein Filter (10) vorgesehen ist.

2. Optisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Filter (10) ein Hochpaßfilter, vorzugsweise eine Ringblende, sind.

3. Optisches System nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Filter (10) Vander-Lugt-Filter sind, die die reziproke Punktbildverwaschungsfunktion des optischen Systems simulieren.