DE102006023887B3 - Transmitted-light microscopy method involves sequentially separating the pictures in light dispersion direction with poly-chromatic source of light to time point or with wavelength-variable source of light - Google Patents

Transmitted-light microscopy method involves sequentially separating the pictures in light dispersion direction with poly-chromatic source of light to time point or with wavelength-variable source of light Download PDF

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Abstract

The method involves accomplishing a chromatic depth resolution by partially chromatic refraction power in the detection rays path, during the object representation. The pictures of the centers of the micro screen (B) or pictures of the center of the multi-illustrated screen during re-illustration into the object area experience a chromatically caused depth resolution. These pictures are separated sequentially in the light dispersion direction with a poly-chromatic source of light to a time point or with a wavelength-variable source of light. An independent claim is also included for the transmitted-light microscopy arrangement.

Description

Stand der TechnikState of technology

Die Durchfokussierung spielt bei der konfokalen Mikroskopie seit Marvin Minski, [Patentschrift US 3,013,467 vom 19. Dezember 1961] eine funktionstragende Rolle. Es wurden bereits viele Anstrengungen unternommen, die Durchfokussierung ohne mechanisch bewegte Teile zu realisieren.The Durchfokussierung plays in confocal microscopy since Marvin Minski, [Patentschrift US 3,013,467 of December 19, 1961] has a functionally important role. Many efforts have already been made to realize the focussing without mechanically moving parts.

Im Fachaufsatz von Christopher J. Mann, Lingfeng Yu, Chun-Min Lo, and Myung K. Kim: „High-resolution quantitative phase-contrast microscopy by digital holography" in OPTICS EXPRESS Vol. 13, No. 22, S. 8693–8698, 2005 wird ein holografisches, quantitatives Phasenkontrast-Mikroskopie-Verfahren beschrieben, bei dem die Objektinformationen außerhalb der Fokustiefe numerisch rekonstruiert werden. Deshalb ist für die dreidimensionale Erfassung eines Objekts vorteilhafterweise kein mechanisches Tiefen-Scannen erforderlich. Das Problem stellt hierbei jedoch das bei streuenden Proben nicht ganz vermeidbare Reststreulicht dar, dessen Einfluss hier durch die Nutzung der Informationen des Winkelspektrums zwar schon reduziert ist, bei sehr hohen Anforderungen aber dennoch etwas störend wirken kann. Außerdem ist die erreichbare Tiefenauflösung nicht in jedem Fall zufrieden stellend, beispielsweise, wenn eine Tiefenauflösung bzw. eine Auflösung der optischen Dicke von 10 nm und weniger gefordert ist.in the Review by Christopher J. Mann, Lingfeng Yu, Chun-Min Lo, and Myung K. Kim: "High-resolution quantitative phase-contrast microscopy by digital holography "in OPTICS EXPRESS Vol. 13, no. 22, pp. 8693-8698, 2005 becomes a holographic quantitative phase-contrast microscopy method described in which the object information outside the depth of focus numerically be reconstructed. That's why for the three-dimensional capture an object advantageously no mechanical depth scanning required. However, the problem here is that of scattering Samples not entirely avoidable residual scattered light, its influence here by the use of the information of the angle spectrum though is already reduced, but with very high requirements but still something disturbing can work. Furthermore is the achievable depth resolution not always satisfactory, for example, if one depth resolution or a resolution the optical thickness of 10 nm and less is required.

Im Fachaufsatz von Christopher G. Rylander, Digant P. Dave, Taner Akkin, Thomas E. Milner, Kenneth R. Diller, and Ashley J. Welch: „Quantitative phase-contrast imaging of cells with phase-sensitive optical coherence microscopy", OPTICS LETTERS Vol. 29, No. 13, S. 1509–1511, 2004 wird ein faserbasiertes optisches Kohärenz-tomografisches System auf der Basis des differentiellen Interferenzkontrastes (OCT-DIC) beschrieben. Dieses System wird zur quantitativen Vermessung von Zellbestandteilen eingesetzt, indem Änderungen des optischen Gangunterschiedes hochaufgelöst bestimmt werden. Jedoch ist es nicht möglich, Objekte in deutlich unterschiedlicher Tiefe gleichzeitig mit hoher Lateralauflösung zu erfassen, da dies die Begrenzung durch die wellenoptische Schärfentiefe verhindert.in the Review by Christopher G. Rylander, Digant P. Dave, Taner Akkin, Thomas E. Milner, Kenneth R. Diller, and Ashley J. Welch: "Quantitative phase-contrast imaging of cells with phase-sensitive optical coherence microscopy ", OPTICS LETTERS Vol. 29, no. 13, p. 1509-1511, In 2004, a fiber-based optical coherence tomographic system will be set up the basis of the differential interference contrast (OCT-DIC) described. This system is used for the quantitative measurement of cell components used by making changes the optical path difference are determined high-resolution. However, that is it is not possible Objects in distinctly different depths simultaneously with high lateral resolution as this is the limitation due to the optical depth of field prevented.

In der Schrift US 6,091,496 wird kein Ansatz für die spektral-interferometrische Durchlicht-Mikroskopie dargestellt, jedoch findet sich ein erster Hinweis zu derselben in WO2006/042696, Seite 118 unter Verwendung eines Mach-Zehnder-Interferometers mit chromatischer Längsaberration und Kompensation derselben. Hier ist jedoch keine Lehre gegeben, die Durchlicht-Mikroskopie für Phasenobjekte anzuwenden. In der Veröffentlichung von E. Papastathopoulos, K. Körner und W. Osten „Chromatically dispersed interferometry with wavelet analysis", in OPTICS LETTERS, Vol. 31, No. 5, S. 589–591, 2006, ist das Verfahren der Spektral-Interferometrie mit chromatischer Tiefenaufspaltung des Detektionsfeldes im Objektraum mit der Analyse der entstehenden Wavelet dargestellt. Dieser Ansatz wurde jedoch nicht für die Durchlicht-Mikroskopie beschrieben.In Scripture US 6,091,496 No approach for spectral interferometric transmitted light microscopy is presented, however, a first indication of this is found in WO2006 / 042696, page 118, using a Mach-Zehnder interferometer with longitudinal chromatic aberration and compensation thereof. However, there is no teaching here to apply transmitted light microscopy to phase objects. In the publication by E. Papastathopoulos, K. Körner and W. Osten "Chromatically dispersed interferometry with wavelet analysis", in OPTICS LETTERS, Vol. 31, No. 5, pp. 589-591, 2006, the spectral Interferometry with chromatic depth splitting of the detection field in the object space with the analysis of the resulting wavelet is shown, but this approach has not been described for transmitted light microscopy.

Anwendungsgebiet der Erfindungfield of use the invention

Die Erfindung zur Durchlicht-Mikroskopie kann für vielfältige Aufgaben in der Medizin und der Biologie, insbesondere zur Analyse von einzelnen, ungefärbten, unbehandelten, lebenden tierischen oder humanen Zellen sowie Kulturzellen eingesetzt werden, indem deren optische Dicke und Tiefenposition bestimmt wird. Insbesondere kann die Erfindung auch zur Analyse von Chromosomen in der Human- und Zytogenetik Anwendung finden. Beispielsweise sollen auch Bestandteile von Krebszellen hinsichtlich der optischen Dicken mit hoher Genauigkeit vermessen werden können.The The invention for transmitted-light microscopy can be used for a variety of tasks in medicine and biology, in particular for the analysis of individual, unstained, untreated, live animal or human cells as well as cultivated cells, by determining their optical thickness and depth position. Especially The invention can also be used for the analysis of chromosomes in the human and Find cytogenetics application. For example, components should also of cancer cells in terms of optical thicknesses with high accuracy can be measured.

Weiterhin kann die quantitative Bestimmung der Verteilung, der Position im Raum und der lateralen Abmessungen von opaken Mikropartikeln, beispielsweise auch von interstellarem Mikrostaub (star dust) in einem transparenten Medium erfolgen. Dieses muss zwischen Kondensor und Objektiv „eingebracht" werden. Es ist möglich, mit der Erfindung die Verteilung und die lateralen Abmessungen von Mikrofasern in einem transparenten oder auch partiell trüben Medium, wie spezielle Kunststoffe, zu bestimmen, also die Erfindung für technische Applikationen einzusetzen. Im NIR-Bereich ist die Analyse von Si-Strukturen in Transmission durchführbar, wobei wegen der sphärischen Aberration die Strukturen eine näherungsweise konstante Dicke aufweisen sollten. Es ist mit der erfinderischen Lösung auch eine Kristall-Analyse durchführbar. Erfindungsgemäß kann auch die Bestimmung von Brechzahlveränderungen in transparenten Medien in der mikroskopischen Skale lateral hochgenau und tiefenaufgelöst erfolgen. Die genannten Anwendungen können im DUV-, UV-, VIS- oder auch im NIR-Bereich erfolgen. Dabei kann auch mit Immersionstechniken in Öl, Wasser oder Glyzerin gearbeitet werden, wobei jeweils speziell abgestimmte Objektive eingesetzt werden.Farther can be the quantitative determination of the distribution, the position in the Space and the lateral dimensions of opaque microparticles, for example also of interstellar micro dust (star dust) in a transparent Medium done. This must be "inserted" between the condenser and the lens the invention, the distribution and the lateral dimensions of microfibers in a transparent or partially cloudy medium, such as special plastics, to determine, so use the invention for technical applications. In the NIR range, the analysis of Si structures in transmission feasible being because of the spherical Aberration the structures an approximately should have constant thickness. It is with the inventive solution also a crystal analysis feasible. Also according to the invention the determination of refractive index changes in the transparent media in the microscopic scale laterally highly accurate and depth resolved. The mentioned applications can in the DUV, UV, VIS or in the NIR range. It can also with immersion techniques in oil, water or glycerine are worked, each one being specially tailored Lenses are used.

Der erfinderische Ansatz ermöglicht auch die Auslesung von Volumen-Datenspeichern, die in Transmission arbeiten, indem Änderungen des Brechungsindexes im durchstrahlten Medium erfasst und ausgewertet werden.Of the innovative approach also the readout of volume data storage, which in transmission work by making changes of the refractive index in the irradiated medium detected and evaluated become.

Ziele der ErfindungGoals of invention

Das Ziel der vorliegenden Erfindung zur Durchlicht-Mikroskopie, insbesondere zur Vermessung der optischen Dicken von transparenten und partiell trüben Objekten, auch als Phasenobjekte bekannt, besteht darin, Neues für die gewerbliche Anwendung bereitzustellen.The object of the present invention for transmitted-light microscopy, in particular for Vermes Sensing the optical thicknesses of transparent and partially opaque objects, also known as phase objects, is to provide something new for commercial use.

Das Ziel ist hierbei insbesondere auch die quantitative Erfassung von dünnen Phasenobjekten, z.B. einzelne, auch ungefärbte, lebende Zellen.The The aim here is in particular the quantitative recording of thin Phase objects, e.g. single, also undyed, living cells.

Das technische Ziel der Erfindung besteht in der Erhöhung der Geschwindigkeit beim Messen der optischen Dicken und der Vergrößerung des nutzbaren Tiefenmessbereiches, insbesondere bei Verwendung von einem Abbildungssystem mit einer vergleichsweise hohen numerischen Apertur, beispielsweise im Bereich von 0,4 bis 1,25 (Wasserimmersion) oder 1,5 (Ölimmersion) auf Werte, die einem Mehrfachen der wellenoptisch gegebenen Schärfentiefe entsprechen.The technical aim of the invention is to increase the speed of Measuring the optical thicknesses and increasing the usable depth measuring range, especially when using an imaging system with a comparatively high numerical aperture, for example in the range from 0.4 to 1.25 (water immersion) or 1.5 (oil immersion) to values that correspond to a multiple of the wave-optical depth of field.

Die mit dem erfinderischen Sensor beim Messen gewonnenen optischen Signale sollen mittels Strahlungsdetektor oder gerastertem Strahlungsdetektor wie eine Zeilen- oder eine Flächenkamera, erfasst werden.The with the inventive sensor when measuring optical signals obtained should be using radiation detector or rastered radiation detector like a line or area camera become.

Ein weiteres Ziel ist, eine Lehre zur Auslesung von Volumen-Datenspeichern zu geben, die in Transmission arbeiten.One Another goal is to teach a reading of volume data storage to give who work in transmission.

Aufgabe der Erfindungtask the invention

Es sollen in der Durchlicht-Mikroskopie, insbesondere zur Prüfung von Phasenobjekten beim optischen Antasten der Objekte in verschiedenen Tiefen des Objektraumes optische Signale aus diesen Tiefen ohne das mechanische Bewegen von Komponenten – insbesondere im Objektraum – gewonnen werden, um insbesondere auch die optische Dicke oder die Veränderung der optischen Dicke von einem Objekt oder dessen Bestandteilen oder auch von mehreren Objekten bestimmen zu können. Dabei soll eine zumindest näherungsweise beugungsbegrenzte laterale Abbildung des Objekts durch ein Abbildungssystem mit vergleichsweise hoher numerischer Apertur, insbesondere auch bei der Immersionstechnik, erfolgen.It to be used in transmitted-light microscopy, in particular for testing Phase objects when optically probing the objects at different depths of the object space optical signals from these depths without the mechanical Moving components - in particular in object space - won in particular the optical thickness or the change the optical thickness of an object or its components or also be able to determine from several objects. It should be at least one approximately diffraction-limited lateral imaging of the object by an imaging system with a comparatively high numerical aperture, in particular also in immersion technology.

Damit soll die erfinderische Aufgabe gelöst werden, für das Nomarski-Phasenkontrast-Verfahren, das Differenzielle Interferenzkontrast(DIC)-Verfahren, das Hoffinann-Modulationskontrast(HMC)-Verfahren oder mittels Mikroskopen auf Basis der Zwei-Strahl-Interferometrie, insbesondere auch mittels eines Mach-Zehnder-Interferometers, hochgenaue, quantitative Messungen der optischen Dicke oder der Dicken, einschließlich Variationen derselben, von transparenten Objekten mit sehr hoher Auflösung durchzuführen. Hierbei geht es also insbesondere um eine Auflösung in der Tiefenrichtung in der Größe von wenigen Nanometern.In order to the inventive task is to be solved for the Nomarski phase contrast method, the differential Interference contrast (DIC) method, Hoffinann modulation contrast (HMC) method or by means of microscopes based on two-beam interferometry, especially by means of a Mach-Zehnder interferometer, highly accurate, quantitative measurements of optical thickness or thickness, including variations thereof, transparent objects with very high resolution. in this connection So it's all about a resolution in the depth direction in the size of a few Nanometers.

Andererseits soll beim Wellenlängen-Scan mittels einer zeitlich Wellenlägendurchstimmbaren, spektral schmalbandigen Strahlungsquelle die erfinderische Aufgabe gelöst werden, dass elektromagnetische Interferenzmodulationen über der Zeit erzeugt werden, die eine hinreichend kleine und damit technisch gut auswertbare Frequenz aufweisen, um aus diesen Informationen insbesondere die optische Dicke oder die Veränderung der optischen Dicke bestimmen zu können. Diese erfinderische Aufgabe soll insbesondere für ein konfokales differentielles Interferenz-Mikroskop, insbesondere für das Normarski-DIC-Mikroskop, also auf der Basis polarisationsoptisch generierter Lateral-Shear, sowie auch ein konfokales Zwei-Strahl-Interferenz-Mikroskop, insbesondere auch für ein konfokales Mach-Zehnder-Interferenz-Mikroskop, gelöst werden.on the other hand should during the wavelength scan using a time wave tunable, spectral narrowband radiation source solved the inventive task that electromagnetic interference modulations are generated over time, the one sufficiently small and therefore technically well evaluable Have frequency from this information in particular the optical thickness or the change to be able to determine the optical thickness. This innovative task especially for a confocal differential interference microscope, in particular for the Nomarski DIC microscope on the basis of polarization-optically generated lateral-shear, as well as a confocal two-beam interference microscope, in particular also for a confocal Mach-Zehnder interference microscope, solved become.

Beschreibung der Erfindung anhand der Merkmaledescription the invention based on the features

Das Ziel der Erfindung wird mit den nachstehenden erfinderischen Merkmalen erreicht:
Hauptmerkmal: Erfindungsgemäß wird bei einem Verfahren zur Durchlicht-Mikroskopie, insbesondere auch zur quantitativen Prüfung von einem oder mehreren Objekten oder eines Teils oder Teilen desselben oder derselben im Objektraum

  • – mit einer polychromatischen Lichtquelle im Beleuchtungsstrahlengang und mit einem Spektrometer im Detektionsstrahlengang
  • – oder mit einer Wellenlängen-durchstimmbaren Lichtquelle im Beleuchtungsstrahlengang
und mit Mitteln zur konfokalen Diskriminierung im Detektionsstrahlengang
  • – wie mehrere Mikroblenden
  • – oder eine mittels mehrerer gerasterter Mikrooptiken, wie gerasterte Mikrolinsen, mehrfach abgebildete Blende
sowie einer Kamera im Detektionsstrahlengang bei der Objektabbildung eine chromatische Tiefenaufspaltung mittels einer zumindest partiell chromatischen Brechkraft im Detektionsstrahlengang durchgeführt. So wird erreicht, dass Bilder der Mittelpunkte der Mikroblenden oder Bilder des Mittelpunktes der mehrfach abgebildeten Blende bei der Rückabbildung in den Objektraum dort eine chromatisch verursachte Tiefenaufspaltung erfahren. Damit sind diese Bilder bei einer polychromatischen Lichtquelle zu einem Zeitpunkt oder bei einer Wellenlängen-durchstimmbaren Lichtquelle sequentiell in der Lichtausbreitungsrichtung separiert, so dass Objektpunkte aus unterschiedlichen Tiefen mittels der Mikroblenden oder der Mikrolinsen erfasst werden können.The object of the invention is achieved with the following inventive features:
Main feature: According to the invention, in a method for transmitted-light microscopy, in particular also for the quantitative examination of one or more objects or a part or parts thereof or the same in the object space
  • - With a polychromatic light source in the illumination beam path and with a spectrometer in the detection beam path
  • - or with a wavelength-tunable light source in the illumination beam path
and with means for confocal discrimination in the detection beam path
  • - like several micro-apertures
  • - Or one by means of multiple rastered micro-optics, such as screened microlenses, multiple-mapped aperture
and a camera in the detection beam path in the object image, a chromatic depth splitting performed by means of an at least partially chromatic power in the detection beam path. It is thus achieved that images of the centers of the micro-apertures or images of the center of the multiple-imaged diaphragm undergo a chromatically-caused depth split in the back-imaging into the object space there. Thus, in a polychromatic light source, these images are sequentially separated in the light propagation direction at a time or at a wavelength-tunable light source, so that object points from different depths can be detected by the micro-apertures or the microlenses.

So kann ein Wert für die Tiefenposition eines scharf abgebildeten Objektpunktes eines sehr dünnen Phasenobjektes sowie dessen Änderung der optischen Dicke in Bezug zum umgebenden Medium errechnet werden. Dies kann in einem Bereich z_c erfolgen, der ein Mehrfaches der wellenoptischen Schärfentiefe betragen kann. Bei einem opaken dünnen Mikropartikel in einem transparenten Medium kann die Wellenlänge der Abschattung bestimmt werden, woraus die Kontur von Mikropartikeln bestimmt werden kann.Thus, a value for the depth position of a sharply imaged object point of a very thin NEN phase object and its change in the optical thickness in relation to the surrounding medium are calculated. This can be done in a range z_c, which can be a multiple of the optical depth of field. For an opaque thin microparticle in a transparent medium, the wavelength of the shading can be determined, from which the contour of microparticles can be determined.

Dabei kann die Quelle elektromagnetischer Strahlung breitbandig, beispielsweise im DUV UV-, im VIS- oder auch im IR-Bereich, ausgebildet sein und auch kurzgepulst werden, beispielsweise ein Kurzpulslaser, und dessen Pulse mit einer Kamera, die als Detektor dient, beispielsweise im 100 Hz-Bereich, synchronisiert werden. Dies ist für bewegte Mikroszenen von Vorteil. Andererseits kann auch ein Wellenlängen-durchstimmbarer Laser eingesetzt werden. Weiterhin kann auch eine spektral breitbandige Quelle elektromagnetischer Strahlung eingesetzt werden, beispielsweise auch ein fasergekoppelter, breitbandiger Weißlichtlaser, wobei hier ein steuerbarer Monochromator nachgeordnet ist, um die Wellenlänge durchzustimmen.there For example, the source of electromagnetic radiation can be broadband in the DUV UV, in the VIS or in the IR range to be trained and be short-pulsed, for example, a short-pulse laser, and its Pulse with a camera, which serves as a detector, for example in 100 Hz range, synchronized. This is for moving Micro scenes of advantage. On the other hand, also a wavelength tunable Lasers are used. Furthermore, a spectrally broadband can also Source of electromagnetic radiation are used, for example also a fiber-coupled, broadband white-light laser, with a controllable Monochromator is followed to tune the wavelength.

Merkmal 2. Weiterhin wird vorzugsweise bei dem erfinderischen Verfahren das Licht im Objektraum räumlich strukturiert, in dem mittels mehrerer Mikroblenden oder einer mittels mehrerer Mikrolinsen mehrfach abgebildete Makroblende ein Foki-Muster oder ein Fokuslinien-Muster im Objektraum vorbestimmt gebildet werden, und dabei im Beleuchtungsstrahlengang eine chromatische Tiefenaufspaltung dieser Foki oder Fokuslinien mittels zumindest partiell chromatischer Brechkraft durchgeführt wird, so dass diese Foki oder Fokuslinien in Lichtausbreitungsrichtung, also in der Tiefe, separiert sind. Dabei sind die zumindest partiell chromatische Brechkraft im Beleuchtungs- und die zumindest partiell chromatische Brechkraft im Detektionsstrahlengang so vorbestimmt eingebracht, dass im Objektraum der Betrag und die Richtung der chromatischen Tiefenaufspaltung der Foki oder der Fokuslinien zur Beleuchtung und im Detektionsstrahlengang der Betrag und die Richtung der chromatischen Tiefenaufspaltung der rückabgebildeten Mikroblenden oder der mehrfach abgebildeten Makroblende zumindest näherungsweise gleichgemacht sind. Dann sind im Objektraum die Bilder A' der Mittelpunkte A der Blenden BA des Beleuchtungsstrahlenganges oder die Bilder A' der Foki A und die Bilder B' der Mittelpunkte B der Blenden BB des Detektionsstrahlenganges, welche jeweils lateral und spektral korrespondieren, nämlich beispielsweise A'o_λmin-B'o_λmin und A'o_λmax-B'o_λmax, optisch konjugiert. So fallen deren Schärfeebenen im Objektraum zumindest näherungsweise zusammen. Demzufolge besteht Konfokalität von der Beleuchtung bis zur Detektion, da bei dünnen Phasenobjekten im Objektraum die Bilder A' und B' aller Wellenlängen zusammenfallen, beziehungsweise das Bild A'' unabhängig von der Wellenlänge auch mit dem Mittelpunkt B einer Mikroblende BB im Detektionsstrahlengang zusammenfällt. Durch die konfokale Diskriminierung im Detektionsstrahlengang wird das im Objektraum gegebenenfalls auftretende, probenverursachte Streulicht auf dem Weg zur Kamera stark reduziert.feature 2. Furthermore, it is preferred in the inventive method the light spatially in the object space structured, in which by means of multiple micro-apertures or a means multiple microlenses multi-mapped macroblende a Foki pattern or a focus line pattern are formed in the object space predetermined, and in the illumination beam path, a chromatic depth splitting these foci or focus lines by means of at least partially chromatic Refractive power performed so that these foci or focus lines in the light propagation direction, so in the depth, are separated. These are at least partially chromatic power in the illumination and the at least partially chromatic power in the detection beam path so predetermined introduced that in the object space the amount and direction of the chromatic depth splitting of foci or focus lines to Illumination and in the detection beam path the amount and the direction the chromatic depth splitting of the redrawn micro-apertures or the macro mapped multiple times at least approximately are equalized. Then the images A 'of the centers are in the object space A of the apertures BA of the illumination beam path or the images A 'the foci A and the pictures B 'the Midpoints B of the aperture BB of the detection beam path, which respectively laterally and spectrally correspond, namely, for example, A'o_λmin-B'o_λmin and A'o_λmax-B'o_λmax, optically conjugated. So fall their levels of sharpness in object space at least approximately together. As a result, confocality exists from lighting to lighting Detection, as with thin Phase objects in the object space, the images A 'and B' of all wavelengths coincide, respectively the picture A '' independent of the wavelength also with the center B of a micro-aperture BB in the detection beam path coincides. Due to the confocal discrimination in the detection beam path is the possibly occurring in the object space, sample-caused Scattered light on the way to the camera greatly reduced.

Weiterhin können bei dem erfinderischen Verfahren zur Vergrößerung des Tiefenmessbereiches über die wellenoptische Schärfentiefe hinaus auch nur zwei monochromatische Quellen elektromagnetischer Strahlung unterschiedlicher Wellenlänge mit Frequenzmodulation eingesetzt werden, so dass das bekannte Heterodyn-Verfahren angewendet werden kann. Mit der Strahlung einer jeden Wellenlänge wird das Objekt in einer etwas anderen Tiefe abgetastet.Farther can in the inventive method for increasing the depth measuring range over the Wave-optical depth of field In addition, only two monochromatic sources electromagnetic Radiation of different wavelengths with frequency modulation be used, so that the known heterodyne method is applied can be. With the radiation of each wavelength is the object is scanned at a slightly different depth.

Merkmal 3. Weiterhin kommt vorzugsweise bei dem erfinderischen Verfahren zur Durchlicht-Mikroskopie das Verfahren der Dunkelfeldmikroskopie zur Anwendung. Damit werden nur dünne durchscheinende Objekte oder Objektdetails von der Kamera erfasst, die das Licht auch streuen oder beugen und sich außerdem auch noch zumindest näherungsweise in der Schärfeebene einer rückabgebildeten Blende zur konfokalen Diskriminierung befinden, wobei die Schärfeebene eine von Licht einer vorbestimmten Wellenlänge des Spektrums der polychromatischen Lichtquelle oder der Wellenlängen-durchstimmbaren Lichtquelle ist. Objekte, die nicht das Licht streuen oder beugen, bleiben dunkel, da das direkt transmittierte Licht Bekannterweise hierbei nicht erfasst wird. So kann in Abhängigkeit von der Intensität im Spektrum die Position eines Objektpunktes bestimmt werden, indem die Wellenlängenposition des Maximums der Intensität bestimmt wird und aus dieser die Tiefenposition. Dazu ist jedoch eine Wellenlängen-Tiefenpositions-Referenzierung des Dunkelfeldmikroskops erforderlich, wobei der Messbereich durch den Grad der chromatischen Tiefenaufspaltung vorgegeben ist, der aus dem Betrag der chromatischen Brechkraft resultiert. Die optische Dickendifferenz eines dünnen, durchscheinenden Objekts, welches sich aus der Differenz der Brechungsindizes zum umgebenden Medium ergibt, wobei das umgebende Medium beispielsweise bei biologischen Objekten Wasser sein kann, sollte dabei nur so groß sein, das sich dadurch keine wesentlich größere optische Weglängenänderung als die wellenoptische Schärfentiefe ergibt, da dies zu einer Kontrastverschlechterung bei der Abbildung streuender oder beugender Objekte führen kann. Anderenfalls kann hier vorzugsweise auch eine objektbezogene Anpassung des Abstandes von Kondensor und Objektiv, also eine axiale Verschiebung derselben, Abhilfe schaffen, welche die optische Dickendifferenz zwischen Objekt und Umgebungsmedium ausgleicht und somit wieder eine scharfe Objektanpassung ermöglicht. Es ist aber auch möglich, die Mikroblenden im Beleuchtungsstrahlengang oder Mikroblenden im Detektionsstrahlengang axial, also in der Tiefe, zu verschieben, um die bei dickeren Phasenobjekten gestörte Konfokalität wieder herzustellen. Bei vergleichsweise dicken Phasenobjekten, wobei hier „dick" auf die wellenoptische Schärfentiefe der mikroskopischen Abbildung bezogen ist und hierbei in der Regel ein Mehrfaches derselben vorausgesetzt ist, kann durch die axiale Verschiebung von Komponenten zur Anpassung an die optische Dicke, nur das Streulicht aus dem dicken Objekt die konfokale Diskriminierung überwinden, so dass das Objekt eine höhere Intensität als das objektfreie Umfeld zur Abbildung bringt.Feature 3. Furthermore, the method of dark field microscopy is preferably used in the inventive method for transmitted light microscopy. Thus, only thin translucent objects or object details are detected by the camera, which also scatter or diffract the light and are also at least approximately in the focal plane of a reflected diaphragm for confocal discrimination, the focal plane being one of light of a predetermined wavelength of the spectrum polychromatic light source or the wavelength tunable light source. Objects that do not scatter or bend the light remain dark, since the directly transmitted light Known not be detected here. Thus, depending on the intensity in the spectrum, the position of an object point can be determined by determining the wavelength position of the maximum of the intensity and from this the depth position. However, this requires wavelength-to-depth referencing of the dark field microscope, where the range of measurement is dictated by the degree of chromatic depth splitting that results from the amount of chromatic refractive power. The optical difference in thickness of a thin, translucent object, which results from the difference of the refractive indices to the surrounding medium, wherein the surrounding medium may be water, for example in biological objects, should only be so great that this does not cause a significantly larger optical path length change than the wave-optical depth of field, as this can lead to a contrast deterioration in the imaging of scattering or diffracting objects. Otherwise, an object-related adaptation of the distance between the condenser and the objective, that is to say an axial displacement of the same, can also provide a remedy which compensates for the optical difference in thickness between the object and the surrounding medium and thus again allows a sharp object adaptation. However, it is also possible to move the micro-diaphragms in the illumination beam path or micro-diaphragms in the detection beam path axially, that is to say in the depth, in order to restore the confocality disturbed in the case of thicker phase objects. In comparatively thick phase objects, here "thick" on the wave-optical depth of field of the microscopic image is assumed and this is usually a multiple of the same, the axial displacement of components to adapt to the optical thickness, only the scattered light from the thick Object overcome the confocal discrimination, so that the object brings a higher intensity than the object-free environment for imaging.

Die Dunkelfeldmikroskopie wird zwar vor allem für die visuelle Beobachtung eingesetzt. Jedoch kann bei dem erfinderischen Verfahren über der Wellenzahl beispielsweise ein Extremum bestimmt werden, wodurch auch quantitative Aussagen über das Objekt möglich sind.The Although dark field microscopy is mainly used for visual observation used. However, in the inventive method over the Wave number, for example, an extremum can be determined, thereby also quantitative statements about the object possible are.

Merkmal 4. Weiterhin kommt vorzugsweise bei dem erfinderischen Verfahren zur Durchlicht-Mikroskopie das Verfahren der Phasenmikroskopie auf der Basis der Interferenz von elektromagnetischen Wellen zur Anwendung. Dies ermöglicht eine besonders hohe Auflösung und fotometrische Sensitivität bei der Vermessung von Objekten.feature 4. Furthermore, preferably in the inventive method for transmitted light microscopy the method of phase microscopy on the basis of interference of electromagnetic waves for use. This allows a very high resolution and photometric sensitivity the measurement of objects.

Merkmal 5: Weiterhin kommt vorzugsweise bei dem erfinderischen Verfahren zur Durchficht-Mikroskopie mit chromatischer Tiefenaufspaltung das Phasenkontrast-Verfahren, insbesondere auch das nach F. Zernike, das differentielle Phasenkontrast-Verfahren, insbesondere auch das nach G. Nomarski, auch als DIC-Verfahren (DIC: Differential interference contrast) bezeichnet, also Verfahren auf der Basis polarisations-optischer Shear-Interferometrie, das Hoffinann-HMC-Verfahren (HMC: Hoffinann modulation contrast) oder auch ein phasenmikroskopisches Verfahren nach dem Zweistrahl-Interferenz-Verfahren, insbesondere auch auf der Basis eines Mach-Zehnder-Interferometers, zur Anwendung. Dies sind eingeführte mikroskopische Verfahren, die durch die Anwendung der Erfindung für eine noch schnellere Objekterfassung, insbesondere auch zur hochgenauen Objektvermessung, genutzt werden können.feature 5: Furthermore, preferably in the inventive method for phase-contrast microscopy with chromatic depth splitting the phase-contrast method, In particular, according to F. Zernike, the differential phase-contrast method, in particular also according to G. Nomarski, also as DIC method (DIC: Differential interference contrast), ie method on the Basis polarization-optical shear interferometry, the Hoffinann HMC method (HMC: Hoffinann modulation contrast) or a phase microscopic Method according to the two-beam interference method, in particular also based on a Mach-Zehnder interferometer. This are imported microscopic procedures by the application of the invention for one even faster object detection, especially for highly accurate Object measurement, can be used.

Merkmal 6: Weiterhin wird vorzugsweise bei dem erfinderischen Verfahren zur Durchlicht-Mikroskopie ein optischer Gangunterschied OPD (OPD: optical path difference) im Strahlengang eines Phasen-Mikroskops eingeführt, der mindestens eine Wellenlänge der maximalen, detektierten Wellenlänge beträgt, vorzugsweise jedoch bis zu 100 Wellenlängen der maximalen, detektierten Wellenlänge. So werden Interferenzstreifen, insbesondere auch in Form eines Wavelets, auch als Müllersche Streifen oder Tolansky-Streifen bekannt, also Intensitätsverläufe über der Wellenlänge λ oder der Wellenzahl k, im detektierten Spektralbereich vorbestimmt gebildet. Dabei erzeugt ein dünnes und lateral kleines Phasenobjekt – beispielsweise in der Größenordnung der Ausdehnung des beugungsbegrenzten Punktbildes des Mikroskops – erfindungsgemäß eine lokale Phasenänderung in den Interferenzstreifen, also auch insbesondere in einem Wavelet. Diese lokale Phasenänderung wird ausgewertet. Ein lateral ausgedehntes Phasenobjekt, welches das Messfeld vollständig überdeckt, erzeugt eine Änderung der Frequenz im Interferenzmuster, also insbesondere auch in einem Wavelet, die über der Wellenzahl k zu einem veränderten Anstieg der Phase, also des Phasengradienten dϕ/dk führt.feature 6: It is further preferred in the inventive method for transmitted light microscopy an optical path difference OPD (OPD: optical path difference) introduced in the beam path of a phase microscope, the at least one wavelength of the maximum detected wavelength is, preferably however, up to 100 wavelengths the maximum detected wavelength. So become interference fringes, especially in the form of a wavelet, also called Müllersche Strips or Tolansky stripes known, so intensity curves over the Wavelength λ or the Wavelength k, formed in the detected spectral range predetermined. This creates a thin and laterally small phase object - for example of the order of magnitude the extension of the diffraction-limited point image of the microscope - according to the invention a local phase change in the interference fringes, thus especially in a wavelet. This local phase change is evaluated. A laterally extended phase object, which the measuring field completely covered, generates a change the frequency in the interference pattern, so in particular in one Wavelet that over the wave number k changed to one Rise of the phase, ie the phase gradient dφ / dk leads.

Insbesondere auch beim Nomarski-DIC-Verfahren können aufgrund der chromatischen Tiefenaufspaltung Zusatzinformationen gewonnen werden, indem beispielsweise über der Wellenzahl k ein Extremum bestimmt werden kann, wenn vorzugsweise ein hinreichend großer optischer Gangunterschied im DIC-Mikroskop mit polarisations-optischer Shear gegeben ist. Vorzugsweise kann dabei auch eine vergleichsweise dicke Verzögerungsplatte im DIC-Mikroskop verwendet werden, welche vorzugsweise einen optischen Gangunterschied zwischen den beiden Polarisationsrichtungen in der Größenordnung von 100 Wellenlängen der größten genutzten Wellenlänge aufweist, um die Genauigkeit der Phasenauswertestrategien zu erhöhen.Especially also with the Nomarski DIC procedure can be due to the chromatic Depth splitting additional information can be obtained by, for example, over the Wavelength k an extremum can be determined, if preferably a sufficiently large optical path difference in the DIC microscope with polarization-optical Shear is given. Preferably, a comparatively thick retardation plate be used in the DIC microscope, which is preferably an optical Gap difference between the two polarization directions in the Order of magnitude 100 wavelengths the largest used wavelength to increase the accuracy of the phase evaluation strategies.

Weiterhin ist es möglich, ein unterschiedlich in beiden Polarisations-Richtungen, die Phase schiebendes LCD im DIC-Mikroskop einzusetzen, um den optischen Gangunterschied in Sublambda-Schritten für das Phasenschiebeverfahren vorbestimmt variieren zu können.Farther Is it possible, a different in both polarization directions, the phase Insert sliding LCD in the DIC microscope to the optical path difference in sublambda steps for the phase shift method can be predetermined to vary.

Der optische Gangunterschied kann im Interferometer so eingestellt werden, dass die Interferenzstreifen über der Wellenlänge, insbesondere auch in Form eines Wavelet, mittels eines Spektrometers detektiert werden können. Vorzugsweise kann dabei also ein optischer Gangunterschied von mehreren zehn bis zu einigen Hundert Wellenlängen der größten verwendeten Wellenlänge eingestellt werden, wobei hier bei einer Applikation im nahen Infrarotbereich vorzugsweise ein Wellenlängenbereich von etwa 150 nm ausgewertet wird. Dabei ist für genaue Messungen eine Referenzierung der Wellenzahl über der Tiefe notwendig.Of the optical retardation can be adjusted in the interferometer so that the interference fringes over the wavelength, especially in the form of a wavelet, by means of a spectrometer can be detected. Preferably, therefore, an optical path difference of several tens up to several hundred wavelengths the largest used wavelength can be adjusted, in which case in an application in the near infrared range preferably a wavelength range is evaluated by about 150 nm. This is a referencing for accurate measurements the wavenumber above the Depth necessary.

Vorzugsweise kann in einem Mikroskop auf der Basis des Phasenkontrast-Verfahrens nach F. Zernike ein in Bezug auf die Lichtwellenlänge vergleichsweise dicker Phasenring eingebracht sein, der also einen optischen Gangunterschied von mehreren Wellenlängen einführt, vorzugsweise in der Größenordnung von 100 Wellenlängen der größten genutzten Wellenlänge. So können Zusatzinformationen gewonnen werden, indem bei lichtstreuenden Objekten eine Phasenvariation über der Wellenzahl – gegebenenfalls auch in Verbindung mit einer Intensitätsvariation – in einem Interferenzmuster ausgewertet werden kann.Preferably, in a microscope on the basis of the phase contrast method according to F. Zernike, a comparatively thick phase ring with respect to the light wavelength can be introduced, which Thus introduces an optical path difference of several wavelengths, preferably in the order of 100 wavelengths of the largest wavelength used. Thus, additional information can be obtained by using light-diffusing objects to evaluate a phase variation over the wavenumber-possibly also in conjunction with an intensity variation-in an interference pattern.

Im erfinderischen Verfahren markieren sich lateral kleine und dünne Phasenobjekte durch lokale Phasenänderungen in den Interferenzstreifen über der Wellenlänge λ oder der Wellenzahl k, insbesondere auch in Form eines Wavelets, in Abhängigkeit von der optischen Dicke des oder der Phasenobjekte und auch in Abhängigkeit von deren Tiefenposition sowie also auch in Abhängigkeit von deren lateraler Ausdehnung. Der nutzbare Tiefenbereich Δz_c ist auch durch die Größe der chromatischen Tiefenaufspaltung im Abbildungsstrahlengang für die Objektbündel gegeben.in the Inventive methods laterally mark small and thin phase objects through local phase changes in the interference fringe over the Wavelength λ or the Wavenumber k, in particular in the form of a wavelet, depending on the optical thickness of the phase object (s) and also in dependence from their depth position as well as depending on their lateral extent. The usable depth range Δz_c is also due to the size of the chromatic Depth splitting given in the imaging beam path for the object bundles.

Die Gewinnung der Messgröße, beispielsweise die optische Dicke des Objekts in einer bestimmten Objekttiefe, kann mittels der Auswertung der Interferenzstreifen, die auch als Müllersche Streifen bezeichnet werden, erfolgen. Dazu kann beispielsweise der Nulldurchgang der ersten Ableitung dϕ/dk der Phasenkurve ϕ(k) hochgenau ausgewertet werden.The Obtaining the measurand, for example the optical thickness of the object at a certain object depth, can by means of the evaluation of interference fringes, which also called Mullerian Strips are called. This can, for example, the Zero crossing of the first derivative dφ / dk of the phase curve φ (k) be evaluated with high accuracy.

Die Art und Weise der Auswertung der Intensität des Interferenzmusters über der Wellenlänge, beziehungsweise der Phase ϕ über der Wellenzahl k, um eine Messgröße – wie beispielsweise eine Information über eine Änderung der optischen Dicke oder der optischen Dicken des Objekts – zu erhalten, ist in dieser Schrift kein erfinderischer Gegenstand.The Method of evaluation of the intensity of the interference pattern over the Wavelength, respectively the phase φ over the wavenumber k to a measurand - such as an information about a change the optical thickness or the optical thickness of the object - to obtain is not an inventive subject matter in this document.

Weiterhin können bei einem Wellenlängen-Scan mittels einer Wellenlängendurchstimmbaren, monochromatischen Strahlungsquelle elektromagnetische Interferenzmodulationen über der Zeit erzeugt werden, die durch die Größe des im Interferometer eingestellten Gangunterschiedes und die Geschwindigkeit des Wellenlängen-Scans eine technisch gut auswertbare Frequenz aufweisen.Farther can in a wavelength scan by means of a wavelength tunable, monochromatic radiation source electromagnetic interference modulations over the Time can be generated by the size of the set in the interferometer Gait difference and the speed of the wavelength scan have a technically good evaluable frequency.

Bei dem erfinderischen Verfahren zur Durchlicht-Mikroskopie ist es vorteilhaft, bei der mikroskopischen Objektabbildung die sphärische Aberration, also den Öffnungsfehler, hinreichend gut zu korrigieren, so dass eine zumindest näherungsweise beugungsbegrenzte Abbildung erfolgen kann.at the inventive method of transmitted light microscopy, it is advantageous in the case of microscopic object imaging the spherical aberration, ie the aperture error, sufficiently well to correct, so that at least approximately Diffraction-limited mapping can be done.

Merkmal 7: Weiterhin wird vorzugsweise bei dem erfinderischen Verfahren zur Durchlicht-Mikroskopie die Phase der Interferenz, also insbesondere auch die in einem Wavelet gegebene Phase, ausgewertet. Dadurch kann eine Auflösung in axialer Richtung in der Größe von wenigen Nanometern erreicht werden, wobei dies stark von der Form des Interferenzmusters, also insbesondere auch eines Wavelets, sowie auch der Auswertestrategie abhängt. Dabei ist es auch möglich, dass eine mehrfache Phasenschiebung im Interferometer durchgeführt wird, um auch bei sehr dünnen Phasenobjekten noch sehr kleine Abweichungen von der zumindest näherungsweise geraden Phasenkurve detektieren zu können, wobei hier eine kleine lokale Abweichungen der Phase ϕ – im Sinne einer lokalen Störung des Phasenverlaufs ϕ(k), vorzugsweise mit einem lokalen Extremum – ja die Existenz eines Phasenobjektes anzeigt.feature 7: Furthermore, it is preferable in the inventive method for transmitted light microscopy the phase of the interference, so in particular also in a wavelet given phase, evaluated. This can be a resolution in axial direction in the size of a few Nanometers, this being largely dependent on the shape of the interference pattern, So in particular a wavelet, as well as the evaluation strategy depends. It is also possible a multiple phase shift is performed in the interferometer to even with very thin ones Phase objects still very small deviations from the at least approximately can detect straight phase curve, with a small local deviations of the phase φ - in the sense of a local disturbance of the Phase curve φ (k), preferably with a local extremum - yes the Existence of a phase object displays.

Merkmal 8: Weiterhin wird vorzugsweise bei dem erfinderischen Verfahren zur Durchlicht-Mikroskopie der optische Gangunterschied im Unendlich-Strahlengang oder im chromatisch schwach fokussierten Strahlengang der mikroskopischen Abbildung eingebracht. So werden Abbildungsfehler wie die sphärische Aberration minimiert oder weitgehend vermieden.feature 8: Furthermore, it is preferable in the inventive method for transmitted light microscopy the optical path difference in the infinity beam path or in chromatic weakly focused beam path of the microscopic picture brought in. Thus, aberrations such as the spherical aberration become minimized or largely avoided.

Das Verfahren der chromatischen Tiefenaufspaltung und Kompensation derselben in Verbindung mit konfokaler Diskriminierung ist für alle interferometrischen Verfahren einsetzbar, einschließlich in der digitalen Holografie in der mikroskopischen Skala.The Method of chromatic depth splitting and compensation of the same confocal discrimination is interferometric for all Method usable, including in digital holography on the microscopic scale.

Weiterhin kann es vorteilhaft kann sein, den Grad der Tiefenaufspaltung an das Messobjekt anzupassen, um dickere und auch dünnere Phasenobjekte jeweils optimal erfassen zu können.Farther it may be advantageous to indicate the degree of depth splitting to adapt the measurement object to thicker and thinner phase objects respectively to capture optimally.

Merkmal 9: Bei einer erfinderischen Anordnung zur Durchlicht-Mikroskopie, insbesondere auch mit Kondensor und Objektiv und insbesondere auch zur quantitativen Prüfung von einem Mikroobjekt im Objektraum, mit einer polychromatischen Lichtquelle im Beleuchtungsstrahlengang und mit einem Spektrometer im Detektionsstrahlengang oder einer Wellenlängen-durchstimmbaren Lichtquelle im Beleuchtungsstrahlengang, mit Mitteln zur konfokalen Diskriminierung im Detektionsstrahlengang, wie mehrere Mikroblenden, vorzugsweise ein Mikroblenden-Array, oder eine mittels mehrerer Mikrolinsen mehrfach abgebildete Makroblende sowie einer Kamera im Detektionsstrahlengang sind Mittel mit zumindest partiell chromatischer Brechkraft zur chromatischen Tiefenaufspaltung im Detektionsstrahlengang angeordnet. Diese Mittel ermöglichen eine scharfe Abbildung von Objekten oder Objektdetails aus unterschiedlichen Tiefen des Objektraumes gleichzeitig, wodurch mittels einer spektralen Analyse des Lichts mehr Informationen im Vergleich zu einem mechanisch durchgeführten Tiefen-Scan gewonnen werden sollen. Die konfokale Diskriminierung verringert sehr stark das Streulicht bei der optischen Abbildung, welches bei lichtstreuenden Proben wie biologischen Geweben oder partiell trüben Medien auftritt.Feature 9: In an inventive arrangement for transmitted-light microscopy, especially with condenser and lens and in particular for the quantitative examination of a micro object in the object space, with a polychromatic light source in the illumination beam path and with a spectrometer in the detection beam path or a wavelength-tunable light source in the illumination beam path with means for confocal discrimination in the detection beam path, such as a plurality of micro-apertures, preferably a micro-aperture array, or a multi-microlenses multiply mapped macro-aperture and a camera in the detection beam means are arranged with at least partially chromatic power for chromatic depth splitting in the detection beam path. These means enable a sharp imaging of objects or object details from different depths of the object space at the same time, whereby more information should be obtained by means of a spectral analysis of the light compared to a mechanically performed depth scan. The confocal discrimination greatly reduces the scattered light in optical imaging, which in light scattering samples such as biological Tissues or partially cloudy media occurs.

Merkmal 10: Weiterhin sind vorzugsweise bei der erfinderischen Anordnung zur Durchlicht-Mikroskopie die Mittel mit zumindest partiell chromatischer Brechkraft zur chromatischen Tiefenaufspaltung in der Fourier-Ebene, also der rückwärtigen Brennebene des Objektivs, oder in einer zu dieser optisch konjugierten Ebene angeordnet. Dadurch wird erreicht, dass der Abbildungsmaßstab bei der Detektion unabhängig von der Wellenlänge ist.feature 10: Furthermore, they are preferably in the inventive arrangement for transmitted light microscopy the means with at least partially chromatic refractive power for chromatic Depth splitting in the Fourier plane, ie the rear focal plane of the lens, or in an optical conjugate to this plane arranged. This ensures that the magnification with independent of detection from the wavelength is.

Merkmal 11: Weiterhin sind vorzugsweise bei der erfinderischen Anordnung zur Durchlicht-Mikroskopie Mittel mit zumindest partiell chromatischer Brechkraft zur chromatischen Tiefenaufspaltung im Beleuchtungsstrahlengang angeordnet. Weiterhin sind vorzugsweise Mittel zur strukturierten Beleuchtung des Objektraumes angeordnet. Mit diesen wird strukturiertes Licht, beispielsweise in Form einen Foki-Musters mit äquidistanten Fokusabständen, also eines Arrays von Lichtpunkten, erzeugt, wodurch sich das Streulicht bei der Abbildung des Objekts wesentlich reduzieren kann, da nur der Bereich des Objekts fokussiert beleuchtet wird, der auch detektiert wird. Dabei kann das Array von Lichtpunkten flächig, beispielsweise wie in DE 10 2006 007 172 A1 dargestellt, ausgebildet sein, wobei zur spektralen Detektion in dieser Anordnung eine hochpixlige Kamera eingesetzt wird. Es können beispielsweise 64 × 64 Objektpunkte gleichzeitig spektral analysiert werden.Feature 11: Furthermore, preferably in the inventive arrangement for transmitted-light microscopy, means with at least partially chromatic refractive power for chromatic depth splitting in the illumination beam path are arranged. Furthermore, means for structured illumination of the object space are preferably arranged. With these structured light, for example in the form of a Foki pattern with equidistant focal distances, ie an array of light spots generated, whereby the scattered light in the imaging of the object can significantly reduce, since only the area of the object is focused focused, the is detected. The array of light points can be flat, for example as in DE 10 2006 007 172 A1 may be formed, wherein for spectral detection in this arrangement, a hochpixlige camera is used. For example, 64 × 64 object points can be spectrally analyzed simultaneously.

Merkmal 12: Weiterhin sind vorzugsweise bei der erfinderischen Anordnung zur Durchlicht-Mikroskopie Mittel mit zumindest partiell chromatischer Brechkraft zur chromatischen Tiefenaufspaltung in der Fourier-Ebene, also der rückwärtigen Brennebene des Kondensors, oder in einer zu dieser optisch konjugierten Ebene angeordnet. Dadurch wird erreicht, dass der Abbildungsmaßstab bei der Beleuchtung unabhängig von der Wellenlänge ist.feature 12: Furthermore, they are preferably in the inventive arrangement for transmitted light microscopy Means with at least partially chromatic refractive power for chromatic Depth splitting in the Fourier plane, ie the rear focal plane of the condenser, or in a plane to this optically conjugate arranged. This ensures that the magnification with the lighting is independent from the wavelength is.

Merkmal 13: Weiterhin ist vorzugsweise bei der erfinderischen Anordnung zur Durchlicht-Mikroskopie bei der Anwendung eines Nomarski-DIC-Mikroskops mit zwei Wollastonprismen ein optischer, doppelbrechender Verzögerer (Retarder) mit einem optischen Gangunterschied zwischen den beiden Polarisationsrichtungen zur Erzeugung von Interferenz, also Interferenzstreifen über der Wellenlänge λ oder der Wellenzahl k, insbesondere auch mit Interferenzstreifen in Form eines Wavelets, angeordnet. Dabei beträgt der optische Gangunterschied des doppelbrechenden Verzögerers mindestens eine Wellenlänge der maximalen, detektierten Wellenlänge, wobei der Verzögerer vorzugsweise im Raum zwischen den beiden Wollastonprismen des Nomarski-DIC-Mikroskops angeordnet ist. Die Auslegung des optischen Verzögerers ermöglicht es, die Ortsfrequenz der Interferenzstreifen, insbesondere auch in Form eines Wavelets, so einzustellen, dass diese optimal an die spektrale Auflösung des Spektrometers angepasst ist, so dass eine Auswertung der Streifen noch technisch möglich ist.feature 13: Furthermore, it is preferable in the inventive arrangement for transmitted light microscopy using a Nomarski DIC microscope with two Wollaston prisms an optical birefringent retarder with an optical retarder Path difference between the two polarization directions Generation of interference, ie interference fringes over the Wavelength λ or the Wavelength k, in particular with interference fringes in the form of a wavelet, arranged. The optical path difference is of the birefringent retarder at least one wavelength the maximum detected wavelength, the retarder preferably in the space between the two Wollaston prisms of the Nomarski DIC microscope is arranged. The design of the optical retarder allows the spatial frequency the interference fringe, in particular also in the form of a wavelet, adjusted so that this optimally to the spectral resolution of Spectrometer is adjusted so that an evaluation of the strip still technically possible is.

Merkmal 14: Weiterhin ist vorzugsweise bei der erfinderischen Anordnung zur Durchlicht-Mikroskopie der optische, doppelbrechende Verzögerer in Form einer Kalkspatplatte (calcite plate) ausgebildet. Dieses Material weist eine besonders hohe Doppelbrechung auf.feature 14: Furthermore, it is preferable in the inventive arrangement for transmitted light microscopy the optical, birefringent retarder in the form of a calcite plate (calcite plate) formed. This material has a special high birefringence on.

Merkmal 15: Weiterhin sind vorzugsweise bei der erfinderischen Anordnung zur Durchlicht-Mikroskopie die Mittel mit chromatischer Brechkraft als diffraktiv-optische Elemente (DOEs) ausgebildet. Diese weisen eine hohe chromatische Aufspaltung auf.feature 15: Furthermore, they are preferably in the inventive arrangement for transmitted light microscopy the means with chromatic power as diffractive optical Formed elements (DOEs). These have a high chromatic Splitting up.

Merkmal 16: Weiterhin sind vorzugsweise bei der erfinderischen Anordnung zur Durchlicht-Mikroskopie die Mittel zur konfokalen Diskriminierung im Detektionsstrahlengang, wie ein Mikroblenden-Array oder auch ein Mikrolinsen-Array, hochgenau lateral verschiebbar angeordnet. So kann mittels Lateral-Scan der Mittel zur konfokalen Diskriminierung eine lückenlose laterale Abtastung eines zumindest teilweise transparenten Objekts erfolgen.feature 16: Furthermore, they are preferably in the inventive arrangement for transmitted light microscopy the means for confocal discrimination in the detection beam path, like a micro-aperture array or even a microlens array, highly accurate arranged laterally displaceable. Thus, by means of lateral scan of the Confocal discrimination means a gapless lateral scan an object that is at least partially transparent.

Merkmal 17: Weiterhin sind vorzugsweise bei der erfinderischen Anordnung zur Durchlicht-Mikroskopie die Mittel zur Strukturierung des Lichts im Beleuchtungsstrahlengang, wie ein Mikroblenden-Array oder auch ein Mikrolinsen-Array, hochgenau lateral verschiebbar angeordnet. Diese Mittel werden synchron mit den Mittel zur konfokalen Diskriminierung im Detektionsstrahlengang verschoben, so dass die laterale Zuordnung der Bilder derselben im Objektraum bei der Verschiebung und bei der Bildaufnahme mittels Kamera stets erhalten bleibt. Dabei ist es vorzugsweise auch möglich, dass durch eine Faltung des optischen Strahlenganges die Mittel zur Strukturierung des Lichts im Beleuchtungsstrahlengang und die Mittel zur konfokalen Diskriminierung im Detektionsstrahlengang starr gekoppelt werden, wobei auch der Abbildungsmaßstab im Beleuchtungs- und im Detektionsstrahlengang gleich gemacht ist, so dass nur ein einziges mechanisches Scan-System zur lateralen Verschiebung derselben Mittel notwendig ist.feature 17: Furthermore, preference is given to the inventive arrangement for transmitted light microscopy the means for structuring the light in the illumination beam path, like a micro-aperture array or even a microlens array, highly accurate arranged laterally displaceable. These funds will be in sync with the means for confocal discrimination in the detection beam path shifted so that the lateral assignment of the images of the same in the object space during the displacement and during image acquisition by means of Camera is always preserved. It is preferably also possible that by a convolution of the optical beam path, the structuring means of the light in the illumination beam path and the means of confocal Discrimination in the detection beam path are rigidly coupled, where also the magnification made equal in the illumination and in the detection beam path, so that only a single mechanical scanning system for lateral displacement same means is necessary.

Merkmal 18: Für Applikationen in der biologischen Forschung kann die optische Kopplung der erfinderischen Anordnung zur Durchlicht-Mikroskopie, also vorzugsweise ein quantitatives Phasenmikroskop, mit einer optischen, rechnergesteuerten Pinzette durchgeführt werden. So können insbesondere auch lebende Zellen im Objektraum eines Phasenmikroskops vorbestimmt und hochpräzise bewegt werden. Dabei kann mittels Phasenmikroskops eine Zelle hinsichtlich ihrer optischen Dicke oder ihrer optischen Dicken vermessen werden. Insbesondere kann auch die laterale Variation der optischen Dicke einer Zelle bestimmt werden. Außerdem ist eine Positionsbestimmung und Mikroformbestimmung von Zellen mit Hilfe einer optischen Pinzette möglich, indem beispielsweise ausgewählte Zellen in das Messvolumen zum Vermessen transportiert werden.Feature 18: For applications in biological research, the optical coupling of the inventive arrangement for transmitted light microscopy, ie preferably a quantitative phase microscope, can be performed with an optical, computer-controlled tweezers. Thus, in particular living cells in the object space of a phase microscope can be predetermined and moved with high precision. It can by means of a phase microscope a Cell can be measured in terms of their optical thickness or their optical thicknesses. In particular, the lateral variation of the optical thickness of a cell can also be determined. In addition, a position determination and microforming of cells by means of optical tweezers is possible by, for example, selected cells are transported into the measuring volume for surveying.

Weitere erfinderische Merkmale:Other inventive Characteristics:

Es kann beim Mach-Zehnder-Interferometer auf der Basis der erfinderischen Anordnung eine Phasen-Schiebung mittels mechanischem Scan im Referenzarm durchgeführt werden. Insbesondere ist bei sehr schwachen Signalen aufgrund einer hohen und stark lichtschwächenden Objektdichte dadurch eine Verbesserung des Signal-Rausch-Verhältnisses erreichbar. Diese Phasen-Schiebung kann mittels mechanischem Scan an einem Winkelspiegel, aber auch mittels eines Phase-mostly-LCDs durchgeführt werden. Dieses LCD befindet sich dann vorzugsweise in einer Zwischenbildebene ZBE im Referenzstrahlengang. Es ist aber auch möglich, durch Amplitudenteilung Interferenzen über der Wellenlänge λ in verschiedener Phasenlage gleichzeitig auf einem Detektor aufzunehmen. Dies kann vorzugsweise auch unter Nutzung des zweiten Ausganges des Mach-Zehnder-Interferometers erfolgen.It can with the Mach-Zehnder interferometer on the basis of the inventive Arrangement of a phase shift by means of mechanical scanning in the reference arm carried out become. In particular, very weak signals due to a high and strong light-weakening Object density thereby achieves an improvement of the signal-to-noise ratio. This phase shift can be achieved by means of a mechanical scan on an angle mirror, but also be carried out by means of a phase-mostly LCDs. This LCD is then preferably in an intermediate image plane ZBE in the reference beam path. But it is also possible by amplitude division Interference over the wavelength λ in different Phase record simultaneously on a detector. This can preferably also using the second output of the Mach-Zehnder interferometer respectively.

Die zu messenden Phasenobjekte sollten bei der erfinderischen Anordnung im Messvolumen eher vereinzelt angeordnet sein, können aber auch gegebenenfalls übereinander liegen, wenn die partielle Transmission einer Kugelwelle zu einem Objektpunkt im Messvolumen immer noch gegeben ist, ohne dass die Beleuchtungsapertur wesentlich verringert wird. Anderenfalls wird die Auswertung sehr viel schwieriger oder ist gar nicht mehr möglich.The to be measured phase objects should in the inventive arrangement in the measurement volume rather isolated, but can also possibly one above the other lie when the partial transmission of a spherical wave to a Object point in the measurement volume is still given without the Illumination aperture is significantly reduced. Otherwise it will the evaluation much more difficult or is no longer possible.

Weiterhin ist es möglich, mittels der erfinderischen Anordnung zusätzlich auch noch spektrale Informationen, beispielsweise im IR-Fluoreszenzlicht zur Stoffwechsel-Analyse lebender Zellen zu gewinnen, wobei dazu ein zusätzlicher Auskoppelstrahlengang in der Anordnung verwendet wird. Außerdem kann die NIR-Fourier-Transform-Spektroskopie oder die dispersive Spektroskopie zur Gewinnung weiterer Informationen mit der Durchlicht-Mikroskopie verbunden werden, indem dazu Licht aus dem Objektstrahlengang ausgekoppelt wird.Farther Is it possible, By means of the inventive arrangement additionally also spectral Information, for example, in the IR fluorescent light for metabolism analysis to gain living cells, with an additional Auskoppelstrahlengang is used in the arrangement. In addition, the NIR Fourier transform spectroscopy or dispersive spectroscopy to obtain more information be connected to transmitted light microscopy by adding light is decoupled from the object beam path.

Es kann für biologische Objekte in Wasser-Immersions-Technik im optischen System eine Numerische Apertur von über 1 realisiert werden. Auch für technische Objekte in Öl-Immersions-Technik kann im optischen System eine Numerische Apertur von über 1 realisiert werden. Bei dicken Proben, wobei dick hier beschreibt, wenn die axiale Bildverschiebung die Größenordnung der mittleren Lichtwellenlänge oder mehr erreicht, muss deshalb wegen der wellenoptischen Schärfentiefe, die bei hoher Numerischer Apertur gering ist, gegebenenfalls eine axiale Nachjustierung an einem der beiden Mikroskopobjektive zur Abstandsanpassung erfolgen, damit die Konfokalität im optischen System erhalten bleibt. Es kann dann bereits ein Öffnungsfehler bei der Abbildung auftreten, der jedoch durch ein adaptives optisches System behoben werden kann.It can for biological objects in water immersion technique in the optical system a numerical aperture of about 1 be realized. Also for technical objects in oil immersion technique can be realized in the optical system, a numerical aperture of about 1 become. For thick samples, where thick describes here, if the axial image shift the order of magnitude the mean wavelength of light or more, therefore, because of the wave-optical depth of field, which is low at high numerical aperture, optionally an axial Readjustment on one of the two microscope objectives for distance adjustment done so the confocality retained in the optical system. It may already be an opening error occur in the image, however, by an adaptive optical System can be fixed.

Weiterhin ist erfindungsgemäß bei einem erfindungsgemäßen Durchlichtmikroskop mit chromatischer Tiefenaufspaltung vorzugsweise der Kondensor mittels einer GRIN-Linse ausgebildet. Weiterhin ist erfindungsgemäß bei einem erfindungsgemäßen Durchlichtmikroskop mit chromatischer Tiefenaufspaltung vorzugsweise das Objektiv mittels einer GRIN-Linse ausgebildet. Dies führt jeweils zu einer sehr kompakten Anordnung.Farther is according to the invention at a Transmitted light microscope according to the invention with chromatic depth splitting preferably the condenser means a GRIN lens formed. Furthermore, according to the invention in a Transmitted light microscope according to the invention with chromatic depth splitting preferably the lens means a GRIN lens formed. This leads to a very compact one Arrangement.

Weiterhin ist erfindungsgemäß bei einem erfindungsgemäßen Durchlichtmikroskop mit chromatischer Tiefenaufspaltung vorzugsweise eine Kamera mit logarithmischer Kennlinie eingesetzt. Mit dieser ist in der Regel ein wesentlich größerer Helligkeitsbereich auf dem Objekt im Vergleich zu Kameras mit linearer Kennlinie erfassbar.Farther is according to the invention at a Transmitted light microscope according to the invention with chromatic depth splitting preferably a camera with logarithmic characteristic used. This is usually a much larger brightness range detectable on the object compared to cameras with linear characteristic.

Weiterhin kann bei einem erfindungsgemäßen Durchlichtmikroskop im Objektstrahlengang vorzugsweise ein System aus einem elektrisch-steuerbaren, diffraktiv-optischen Element und einer elektrisch-steuerbaren Elektrowetting-Linse angeordnet sein, welche die mittlere Brechkraft des diffraktiv-optischen Elements zumindest teilweise kompensiert. Dabei kann der Grad der chromatischen Tiefenaufspaltung mittels diffraktiv-optischen Elements verändert werden, wobei die Nachregelung der Brechkraft der Elektrowetting-Linse die Schärfeebenen und damit die Lage des Tiefenmessbereiches im Objektraum in der gleichen Tiefe hält. So kann eine optimale Anpassung des optischen Systems erreicht werden. Dies ist kann bei einer Anordnung mit Immersionsflüssigkeit im Objektraum vorteilhaft sein.Farther can in a transmitted light microscope according to the invention in the object beam path preferably a system of an electrically-controllable, diffractive optical element and an electrically-controllable electrowetting lens be arranged, which the average refractive power of the diffractive optical Elements at least partially compensated. It can the degree of Chromatic depth splitting by means of diffractive optical element changed be, with the readjustment of the refractive power of Elektrowetting lens the planes of sharpness and thus the position of the depth measuring range in the object space in the same depth holds. Thus, an optimal adaptation of the optical system can be achieved. This is possible with an arrangement with immersion liquid be beneficial in object space.

Weiterhin kann dem Detektor oder der Kamera des erfindungsgemäßen Durchlicht-Mikroskops vorzugsweise ein weiteres Zweistrahl-Interferometer vorgeordnet sein, mit welchem durch einen Scan des optischen Gangunterschieds in demselben eine spektrale Analyse der interferierenden Strahlung des Zweistrahl-Interferometers erfolgen kann.Farther may preferably the detector or the camera of the transmitted light microscope according to the invention another upstream two-beam interferometer, with which by a scan of the optical path difference in the same a spectral Analysis of the interfering radiation of the two-beam interferometer can be done.

Es ist auch möglich, für die Anwendung der Erfindung insbesondere auch ein invertiertes Mikroskop einzusetzen.It is possible, too, for the Application of the invention, in particular, an inverted microscope use.

Beschreibung der Figurendescription the figures

Die 1 stellt eine Anwendung für ein quantitatives 3D-Durchlicht-Mikroskop für dünne Phasenobjekte auf der Basis eines Mach-Zehnder-Interferometers (MZI) dar, um die optische Dicke oder die Variationen der optische Dicke eines Objekts ortsaufgelöst und hochgenau zu bestimmen. Hierbei ist die Anordnung als chromatisch-konfokales Spektral-Interferometer aufgebaut. Die Anwendung kann in der biologischen Forschung, beispielsweise zur hoch genauen Bestimmung der optischen Dicken von Zellbestandteilen in der Krebsforschung, in der medizinischen Diagnostik, aber auch für technische Applikationen genutzt werden.The 1 set an application for Quantitative 3D transmitted-light microscope for thin phase objects based on a Mach-Zehnder interferometer (MZI) to determine the optical thickness or the variations of the optical thickness of an object in a spatially resolved and highly accurate manner. Here, the arrangement is constructed as a chromatic-confocal spectral interferometer. The application can be used in biological research, for example for the highly accurate determination of the optical thicknesses of cell components in cancer research, in medical diagnostics, but also for technical applications.

Die Lichtquelle 1a ist als fasergekoppelter Weißlichtlaser ausgebildet. Das aus der Faser austretende Licht passiert einen Kollimator 2 und beleuchtet ein Mikrolinsen-Array 3, welchem ein Mikroblenden-Array 4 nachgeordnet ist, wobei die Mikroblenden jeweils in der Fokusposition der Mikrolinsen angeordnet sind. Die 1a zeigt diesen Sachverhalt für eine Mikroblende BA mit dem Blendenmittelpunkt A, welcher auch einem Fokus entspricht und auch den Ursprung einer Kugelwelle K darstellt. Das Mikrolinsen-Array 3 und das Mikroblenden-Array 4 sind miteinander fest verbunden, wobei dieser Baugruppe ein hier nicht dargestellter schneller Präzisons-x-y-Scanner zugeordnet ist, der auch eine hochgenaue laterale Startposition aufweist. Die Kugelwelle K, die hier stellvertretend für eine Vielzahl von Kugelwellen dargestellt ist, wird am Strahlteiler 5 in eine Objektwelle und eine Referenzwelle aufgeteilt. Die von einer Mikroblende BA vom Mittelpunkt A derselben ausgehende Kugelwelle wird vom Objektiv 6 kollimiert, also in eine Planwelle gewandelt, d. h. der Punkt A wird nach Unendlich abgebildet und passiert dabei ein diffraktiv-optisches Element in Form einer Fresnelschen Zonenlinse 7 mit fokussierender Wirkung. Diese Zonenlinse 7 steht zumindest näherungsweise in einer Ebene PE'10, welche zur Pupillenebene PE10 und zur Fourier-Ebene eines nachgeordneten Kondensors 10 optisch konjugiert ist. Es erfolgt mittels dieser Fresnelschen Zonenlinse 7 in Abhängigkeit von der Wellenlänge eine unterschiedliche Fokussierung. Für die mittlere Wellenlänge λ0 des Spektrums ist die Brechkraft der Fresnelschen Zonenlinse 7 mittels einer direkt nachgeordneten, schwach refraktiven Zerstreuungslinse 8 kompensiert, um nur geringe Abweichungen vom Zustand der idealen Kollimation zuzulassen, so dass für die mittlere Wellenlänge λ0 stets nur eine plane oder sehr schwach gekrümmte Wellenfront entsteht. Die nachfolgende erste Abbildungsstufe 9 bildet die Fresnelsche Zonenlinse 7 in die Fourier-Ebene F10 des Kondensors 10 ab, die mit der Pupillenebene PE10 identisch ist, so dass dort sowohl schwach divergierende, zumindest näherungsweise plane, als auch schwach konvergierende Wellen in Abhängigkeit von der Wellenlänge vorhanden sind. So erfolgt mittels der Fresnelschen Zonenlinse 7 und des Wasser-Immersions-Kondensors 10 eine chromatische Tiefenaufspaltung im Objektraum, wodurch Kugelwellen unterschiedlicher Fokussierung je nach Wellenlänge entstehen, deren Zentren in der Tiefe verschoben sind, so dass bei der Abbildung des Punktes A hier die Foki A'o_λmin bis A'o_λmin entstehen. Die rückabgebildeten Bilder B'o_λmin bis B'o_λmin des korrespondieren Punktes B der den Mittelpunkt einer konfokalen Mikroblende BB darstellt, siehe auch 1b, fallen mit den Foki A'o_λmin bis A'o_λmin zusammen. Der Kondensor 10 kann in der Tiefe und gegebenenfalls auch lateral nachjustiert werden, um die Konfokalität des Durchlicht-Mikroskops präzise sicherzustellen. Ein im Objektraum vorhandenes dünnes Phasenobjekt 11 verändert den optischen Gangunterschied, also verschiebt auch die Phase im MZI. Das Phasenobjekt 11 ist aber in der Regel optisch so dünn, dass die Konfokalität des Durchlicht-Mikroskops noch besteht, d. h. die objektverursachte optische Weglängenänderung noch unterhalb der wellenoptischen Schärfentiefe ist. Ein Wasser-Immersions-Objektiv 12 bildet das Objekt 11. Die vom Objektiv 12 erfassten Kugelwellen werden in näherungsweise plane oder schwach fokussiert oder divergierende Wellen gewandelt und treffen auf die zweite Abbildungsstufe 13, welche eine Abbildung auf das diffraktiv-optische Element in Form einer Fresnelschen Zonenlinse 14 mit divergierender Wirkung ermöglicht. Diese Fresnelsche Zonenlinse 14 steht zumindest näherungsweise in einer zur Pupillenebene und Fourier-Ebene F'12 konjugierten Ebene des Objektivs 12, also in der Ebene F''12. Der Betrag der Brechkraft dieser Fresnelschen Zonenlinse 14 ist für jede Wellenlänge zumindest näherungsweise gleich der Fresnelschen Zonenlinse 14. Die nachfolgende, direkt nachgeordnete, schwach refraktive Sammellinse 15 kompensiert wieder die mittlere Brechkraft der Fresnelschen Zonenlinse 14. Im Ergebnis des Passierens der Fresnelschen Zonenlinse 14 ist die chromatische Aufspaltung des Beleuchtungsstrahlenganges, also die Tiefenaufspaltung durch die Fresnelschen Zonenlinse 7 kompensiert. Der nachgeordnete Winkelspiegel 16 bewirkt die Umlenkung auf das Tubusobjektiv 17 mit einer Wellenfront-Inversion. Nach dem Passieren des Strahlteilers 18, der hier zur Strahlvereinigung mit den Licht aus dem Referenzstrahlengang dient, entstehen die Foki aller Wellenlängen durch die kompensierende Wirkung der Fresnelschen Zonenlinse 14 zumindest näherungsweise wieder in einer Ebene. In dieser Ebene befindet sich das zweite Mikroblenden-Array 25 zur konfokalen Diskriminierung. Die 1b stellt das Mikroblenden-Array 25 mit der Mikroblende BB dar.The light source 1a is designed as a fiber-coupled white light laser. The light emerging from the fiber passes through a collimator 2 and illuminate a microlens array 3 which is a micro-aperture array 4 is arranged downstream, wherein the micro-apertures are respectively arranged in the focus position of the microlenses. The 1a shows this situation for a micro diaphragm BA with the diaphragm center A, which also corresponds to a focus and also represents the origin of a spherical wave K. The microlens array 3 and the micro-aperture array 4 are firmly connected to each other, this assembly is associated with a not shown here fast Präzisons xy scanner, which also has a high-precision lateral start position. The spherical wave K, which is shown here representative of a plurality of spherical waves, is at the beam splitter 5 divided into an object wave and a reference wave. The spherical wave emanating from a micro-diaphragm BA from the center A thereof is emitted by the objective 6 collimated, that is converted into a plane wave, ie, the point A is imaged to infinity and passes while a diffractive-optical element in the form of a Fresnel zone lens 7 with focusing effect. This zone lens 7 is at least approximately in a plane PE'10, which to the pupil plane PE10 and the Fourier plane of a downstream condenser 10 is optically conjugated. It is done by means of this Fresnel zone lens 7 depending on the wavelength, a different focus. For the center wavelength λ0 of the spectrum, the refractive power is the Fresnel zone lens 7 by means of a directly downstream, low refractive diverging lens 8th compensated, so as to allow only slight deviations from the state of ideal collimation, so that for the central wavelength λ0 always only a plane or very weakly curved wavefront arises. The following first image stage 9 forms the Fresnel zone lens 7 in the Fourier plane F10 of the condenser 10 which is identical to the pupil plane PE10, so that there are weakly diverging, at least approximately plane, as well as weakly converging waves as a function of the wavelength. This is done by means of the Fresnel zone lens 7 and the water immersion condenser 10 a chromatic depth splitting in the object space, whereby spherical waves of different focusing depending on the wavelength arise whose centers are shifted in depth, so that in the imaging of the point A here the foci A'o_λmin to A'o_λmin arise. The redrawn images B'o_λmin to B'o_λmin of the corresponding point B which represents the center of a confocal microslice BB, see also 1b , coincide with the foci A'o_λmin to A'o_λmin. The condenser 10 can be readjusted in depth and possibly also laterally to ensure the confocality of the transmitted light microscope precisely. A thin phase object present in the object space 11 Changes the optical path difference, so shifts the phase in the MZI. The phase object 11 but is usually optically so thin that the confocality of the transmitted light microscope still exists, ie the object-induced optical path length change is still below the wavelength of the optical fiber depth. A water immersion lens 12 forms the object 11 , The from the lens 12 detected spherical waves are converted into approximately plane or weakly focused or divergent waves and meet the second imaging stage 13 showing an image on the diffractive optical element in the form of a Fresnel zone lens 14 with divergent effect. This Fresnel zone lens 14 is at least approximately in a to the pupil plane and Fourier plane F'12 conjugate plane of the lens 12 , ie in the plane F''12. The amount of refractive power of this Fresnel zone lens 14 is at least approximately equal to the Fresnel zone lens for each wavelength 14 , The following, directly downstream, weakly refractive collecting lens 15 compensates again for the average refractive power of the Fresnel zone lens 14 , As a result of passing the Fresnel zone lens 14 is the chromatic splitting of the illumination beam path, ie the depth splitting by the Fresnel zone lens 7 compensated. The subordinate angle mirror 16 causes the deflection to the tube lens 17 with a wavefront inversion. After passing the beam splitter 18 , which serves here for beam combination with the light from the reference beam path, the foci of all wavelengths arise through the compensating effect of the Fresnel zone lens 14 at least approximately in one plane again. In this level is the second micro-aperture array 25 to confocal discrimination. The 1b represents the micro-aperture array 25 with the micro-aperture BB dar.

Die in 1 am Strahlteiler 5 in den Referenzarm des MZI reflektierten Kugelwellen, bzw. das Referenzbündel, erfahren keine chromatische Aufspaltung. Die Abbildung im Referenzarm erfolgt über das langbrennweitige Objektiv 19, den Winkelspiegel 20, der eine für die Detektion der Müllerschen Streifen geeignete Einstellung des optischen Gangunterschieds im MZI ermöglicht. Beispielsweise ist mittels des Winkelspiegels 20 ein optischer Gangunterschied von 80 μm für das MZI eingestellt. Die Abbildung im Referenzarm erfolgt weiterhin über das Keilplatten-Paar 21, das zum Dispersionsausgleich dient, wobei die Keilwinkel hinreichend klein gewählt sind, sowie die Objektive 22, 23 und 24, wobei eine Zwischenabbildung in der Ebene ZBE erfolgt. Hier entsteht das Bild A'r von BA sowie auch das rückabgebildete Bild B'r des Mittelpunktes B der korrespondierenden Mikroblende BB. In der Zwischenbildebene ZBE kann für optisch dichte Proben ein Amplituden-Matching, also eine Anpassung der Intensität für die Referenzstrahlung durchgeführt werden. So stellt die Ebene ZBE also eine mögliche Position für ein LCD zwecks Amplituden-Matching und Phasen-Matching dar.In the 1 at the beam splitter 5 spherical waves reflected in the reference arm of the MZI, or the reference beam, experience no chromatic splitting. The image in the reference arm is made via the long-focal-length lens 19 , the angle mirror 20 , the one suitable for the detection of Müller's stripes setting the optical gear below in the MZI. For example, by means of the angle mirror 20 set an optical path difference of 80 microns for the MZI. The image in the reference arm continues to be via the wedge plate pair 21 , which is used for dispersion compensation, wherein the wedge angle are chosen sufficiently small, as well as the lenses 22 . 23 and 24 , wherein an intermediate image takes place in the plane ZBE. Here arises the image A'r of BA as well as the redrawn image B'r of the center B of the corresponding micro-aperture BB. In the intermediate image plane ZBE, an amplitude matching, ie an adjustment of the intensity for the reference radiation, can be carried out for optically dense samples. Thus, the plane ZBE represents a possible position for an LCD for amplitude matching and phase matching.

Die Einkopplung des Lichts aus dem Referenzarm in den Detektionsstrahlengang erfolgt über den Strahlteiler 18. In der Ebene des zweiten Mikroblenden-Arrays 25 fallen die kohärenten Foki des Objekt- und die des Referenzstrahlenganges A''o_1 A''r_1 zusammen, beispielsweise im Punkt B der Mikroblende BB zum interferierenden Fokuspunkt A''or_1. Durch das Mikroblenden-Array 25 erfolgt eine konfokale Filterung, hier beispielsweise in der Mikroblende BB mit dem Mittelpunkt B. Dem Mikroblenden-Array 25 ist ebenfalls ein hier nicht dargestellter, schneller Präzisons-x-y-Scanner zugeordnet, der synchron und hochgenau in Bezug auf den schnellen Präzisons-x-y-Scanner von der Baugruppe Mikrolinsen-Array 3 und Mikroblenden-Array 4 bewegt wird. So wird erreicht, dass in jeder Position eine Mikroblende des Mikroblenden-Arrays 4 auf eine und dieselbe, jeweils korrespondierende Mikroblende des Mikroblenden-Arrays 25 abgebildet wird, beispielsweise die Mikroblende BA auf die korrespondierende Mikroblende BB. So besteht im System Konfokalität, welche in der Regel auch durch dünne Phasenobjekte nicht wesentlich beeinflusst wird. Bei etwas dickeren Phasenobjekten erfolgt zum Herstellen der Konfokalität des Systems notwendigerweise eine axiale Nachjustierung am Kondensor 10, die auch von einer lateralen Nachjustierung begleitet sein kann. Die interferierenden Kugelwellen, die aus den Mikroblenden des Mikroblenden-Arrays 25 austreten passieren ein Spektrometer, welches aus der refraktiv-diffraktiven Baugruppe 27 und dem Abbildungssystem mit den Objektiven 26 und 28 besteht. Die spektral aufspalteten, interferierenden Bündel gelangen auf eine Kamera 29 und werden dort detektiert. Auf der Kamera 29 entsteht das Spektrum der Intensität über der Wellenlänge, die Müllerschen Interferenzstreifen, in Form eines Wavelets. Die Auswertung kann mittels der Auswertung der Phasenvariation über der Wellenlänge erfolgen, da die Intensität über der Wellenlänge vom optischen Gangunterschied im MZI abhängig ist. Die Auswertung der Interferenzstreifen wird in dieser Schrift nicht dargestellt.The coupling of the light from the reference arm in the detection beam path via the beam splitter 18 , In the plane of the second micro-aperture array 25 fall the coherent foci of the object and the reference beam A''o_1 A''r_1 together, for example, in the point B of the micro-aperture BB to the interfering focal point A''or_1. Through the micro-aperture array 25 Confocal filtering takes place here, for example in the micro-aperture BB with the center B. The micro-aperture array 25 is also associated with a high-speed, high-precision xy scanner, not shown here, which is synchronous and highly accurate with respect to the fast precision xy scanner of the microlens array assembly 3 and micro-aperture array 4 is moved. This ensures that in each position, a micro-aperture of the micro-aperture array 4 to one and the same, respectively corresponding micro-aperture of the micro-aperture array 25 is mapped, for example, the micro-diaphragm BA to the corresponding micro-aperture BB. Thus, there is confocality in the system, which is generally not significantly affected by thin phase objects. For somewhat thicker phase objects, the confocality of the system necessarily requires axial readjustment of the condenser 10 , which may also be accompanied by a lateral readjustment. The interfering spherical waves emerging from the micro-apertures of the micro-aperture array 25 Leave pass a spectrometer, which from the refractive-diffractive assembly 27 and the imaging system with the lenses 26 and 28 consists. The spectrally split, interfering bundles reach a camera 29 and are detected there. On the camera 29 the spectrum of the intensity over the wavelength, the Müller interference fringes, arises in the form of a wavelet. The evaluation can take place by means of the evaluation of the phase variation over the wavelength, since the intensity over the wavelength is dependent on the optical path difference in the MZI. The evaluation of the interference fringes is not shown in this document.

Ein MZI in 1 weist am Strahlteiler 18 einen zweiten Interferometer-Ausgang auf. So kann über ein feststehendes Mikroblenden-Array 30 und das Mikrolinsen-Array 31 und ein mikroskopisches Abbildungssystem 32 mit einem nicht dargestellten optischen Schmalbandfilter eine visuelle Beobachtung erfolgen, wenn der schnelle Präzisons-x-y-Scanner von der Baugruppe Mikrolinsen-Array 3 und das Mikroblenden-Array 4 sich in der Startposition befinden, da das feststehende Mikroblenden-Array 30 auf diese Position hin lateral ausgerichtet ist. Durch einen Wechsel des optischen Schmalbandfilters kann eine andere Tiefe des Objektraumes scharf gesehen werden. Diese Möglichkeit der visuellen Beobachtung kann zu Forschungszwecken, aber auch für die Objektpositionierung mitverwendet werden.An MZI in 1 points at the beam splitter 18 a second interferometer output. So can via a fixed micro-aperture array 30 and the microlens array 31 and a microscopic imaging system 32 Visual observation is made with an optical narrowband filter, not shown, when the fast precision xy scanner of the microlens array assembly 3 and the micro-aperture array 4 are in the start position because the fixed micro-aperture array 30 is laterally aligned to this position. By changing the optical narrowband filter, another depth of the object space can be seen sharply. This possibility of visual observation can be used for research purposes as well as for object positioning.

Wegen der Beleuchtung des Objekts 11 mit einem Fokus-Muster ergibt sich ein verringerter Füllgrad, also ein „optisches Nadelkissen" bei der optischen Abtastung. Dies kann jedoch mittels synchronisiertem Lateral-Scan von Mikroblenden-Array 3 und Mikroblenden-Array 4 sowie des Mikroblenden-Arrays 25 völlig ausgeglichen werden, so dass ein Vollbild des Objekts 11 gewonnen wird. Es gibt dabei zwei Modi:

  • 1. Innerhalb der Zeit eines Kamera-Frames wird der Lateral-Scan ausgeführt, so dass eine Integration über alle Positionen erfolgt.
  • 2. In jeder Position beim Lateral-Scan wird ein Bild aufgenommen, gespeichert und zu einem Datensatz verrechnet. Das ergibt gegenüber Modus 1 mehr laterale Informationen.
Because of the lighting of the object 11 a focus pattern results in a reduced degree of filling, ie an "optical pincushion" in optical scanning, but this can be done by synchronized lateral scanning of micro-aperture array 3 and micro-aperture array 4 and the micro-aperture array 25 be completely balanced, leaving a full screen of the object 11 is won. There are two modes:
  • 1. Within the time of a camera frame, the lateral scan is performed, so that integration takes place over all positions.
  • 2. In each position during the lateral scan, an image is taken, saved and billed to a data set. This gives you more lateral information than mode 1.

Die Komponenten Mikrolinsen-Array 3 und gekoppeltes Mikroblenden-Array 4 sowie das Mikroblenden-Array 25 werden beispielsweise gemeinsam in 10 × 10 Positionen gescannt, da das hierbei das Verhältnis des Fokusfleckdurchmessers zum Fokusabstand um 1:10 liegen soll. Am Besten wird in jeder Position ein Kamerabild mittels der Kamera 29 aufgenommen, die am besten als High-Speed-Kamera ausgebildet ist.The components microlens array 3 and coupled micro-aperture array 4 as well as the micro-aperture array 25 are scanned, for example, together in 10 × 10 positions, since this is the ratio of the focus spot diameter to focus distance to 1:10. The best thing in any position is a camera image using the camera 29 which is best formed as a high-speed camera.

Das Spektrometer ist als ein Flächenspektrometer, wie in DE 10 2006 007 172 A1 dargestellt, mit einer 4 Mega-Pixel Kamera ausgebildet. Es werden beispielsweise 64 × 64 Objektpunkte gleichzeitig spektral, z.B. mittels 2048 Spektralelementen für jeden Objektpunkt des Objekts 11, analysiert, so dass beispielsweise 10 × 10 = 100 Scans mit je einer Detektion eines Bildes in jeder Scan-Position durch die Kamera 29 ausgeführt werden.The spectrometer is called an area spectrometer, as in DE 10 2006 007 172 A1 shown, formed with a 4 mega-pixel camera. For example, 64 × 64 object points become spectral at the same time, eg by means of 2048 spectral elements for each object point of the object 11 , for example, 10 × 10 = 100 scans, each with a detection of an image in each scan position by the camera 29 be executed.

Die 2 stellt die Bündel beim Durchlicht-Mikroskop mit chromatischer Aufspaltung der Bündel bei der Beleuchtung auf der Basis eines Mach-Zehnder-Interferometers im Objektstrahlengang des MZI von 1 dar. Das Objekt 11 ist hierbei ein dünnes Phasenobjekt. Es ist der Bereich der Tiefenaufspaltung z_λ sowie der Bereich z_c, in welchem dünne Phasenobjekte erfasst werden können, dargestellt.The 2 the bundles in the transmitted-light microscope with chromatic splitting of the bundles in the illumination based on a Mach-Zehnder interferometer in the object beam path of the MZI of 1 dar. The object 11 is here at a thin phase object. The range of the depth splitting z_λ and the range z_c in which thin phase objects can be detected are shown.

Die 3 stellt den Strahlengang im Referenzarm des MZI von 1 dar. Da es keine chromatischen Komponenten im Referenzarm gibt, fallen die Wellenfronten aller Wellenlängen zusammen und der Punkt A liefert in der ZBE genau einen Bildpunkt A'r für alle Wellenlängen.The 3 sets the beam path in the reference arm of the MZI 1 Since there are no chromatic components in the reference arm, the wavefronts of all wavelengths coincide and the point A provides exactly one pixel A'r for all wavelengths in the ZBE.

Die 4 stellt ein errechnetes Wavelet für drei übereinander liegende Phasenobjekte dar.The 4 represents a calculated wavelet for three superimposed phase objects.

In 5 ist die zugehörige spektrale Phase über der Wellenzahl angegeben, wobei sich aus der Abweichung Δϕ_o von der Phasengeraden, also der spektralen Phase ϕ(k), die optische Dicke des Phasenobjekts errechnen lässt. 6 zeigt die erste Ableitung der spektralen Phase ϕ über der Wellenzahl k. Aus dem Nulldurchgang der differenzierten spektralen Phase dϕ/dk kann die Position k_o des Phasenobjektes hochgenau bestimmt werden.In 5 the associated spectral phase is given over the wavenumber, whereby the optical thickness of the phase object can be calculated from the deviation Δφ_o from the phase line, ie the spectral phase φ (k). 6 shows the first derivative of the spectral phase φ over the wavenumber k. From the zero crossing of the differentiated spectral phase dφ / dk, the position k_o of the phase object can be determined with high precision.

Die 7 stellt eine wirtschaftlich und technisch sehr interessante Ausführung dar. Die Lichtquelle 1b ist als fasergekoppelter Wellenlängen-durchstimmbarer Laser ausgebildet. Das aus der Faser austretende Licht passiert einen Kollimator 2 und beleuchtet ein Mikrolinsen-Array 3, welchem ein Mikroblenden-Array 4 nachgeordnet ist, wobei die Mikroblenden, jeweils in der Fokusposition der Mikrolinsen angeordnet sind. Das Mikrolinsen-Array 3 und das Mikroblenden-Array 4 sind miteinander fest verbunden, wobei dieser Baugruppe ein hier nicht dargestellter schneller Präzisons-x-y-Scanner zugeordnet ist, der auch eine hochgenaue Startposition aufweist.The 7 represents an economically and technically very interesting design. The light source 1b is designed as a fiber-coupled wavelength tunable laser. The light emerging from the fiber passes through a collimator 2 and illuminate a microlens array 3 which is a micro-aperture array 4 is arranged downstream, wherein the micro-apertures, each arranged in the focus position of the microlenses. The microlens array 3 and the micro-aperture array 4 are firmly connected to each other, this assembly is associated with a not shown here fast Präzisons xy scanner, which also has a high-precision start position.

Die von einer Mikroblende vom Mittelpunkt A derselben ausgehende Kugelwelle wird vom Objektiv 6 kollimiert, also in eine Planwelle gewandelt, d. h. der Punkt A wird nach Unendlich abgebildet und passiert dabei im Bereich der Fourier-Ebene des langbrennweitigen Objektivs 6 einen Polarisator 33, ein Wollastonprisma 34 und ein diffraktiv-optisches Element in Form einer Fresnelschen Zonenlinse 7 mit fokussierender Wirkung. Am Wollastonprisma 34 erfolgt eine Aufspaltung in ordentliche und außerordentliche Bündel, die senkrecht zueinander polarisiert sind und einen sehr kleinen Winkel bei der Ausbreitung zueinander aufweisen.The spherical wave emanating from a micro-diaphragm from the center A of the same is emitted by the objective 6 collimated, that is converted into a plane wave, ie the point A is mapped to infinity, passing in the region of the Fourier plane of the long focal length lens 6 a polarizer 33 , a Wollaston prism 34 and a diffractive-optical element in the form of a Fresnel zone lens 7 with focusing effect. At the Wollaston prism 34 there is a splitting into ordinary and extraordinary bundles, which are polarized perpendicular to each other and have a very small angle in the propagation to each other.

Es erfolgt mittels Fresnelscher Zonenlinse 7 in Abhängigkeit von der Wellenlänge eine unterschiedliche Fokussierung. Für die mittlere Wellenlänge des Spektrums ist die Brechkraft der Fresnelschen Zonenlinse 7 mittels einer direkt nachgeordneten, schwach refraktiven Zerstreuungslinse 8 kompensiert, um nur geringe Abweichungen vom Zustand der idealen Kollimation zuzulassen. Die nachfolgende erste Abbildungsstufe 9 bildet die Fresnelschen Zonenlinse 7 in die Fourier-Ebene des Kondensors 10 ab, so dass dort sowohl schwach divergierende sowie zumindest näherungsweise plane als auch schwach konvergierende Wellen in Abhängigkeit von der Wellenlänge vorhanden sind. In dieser Abbildungsstufe 9 befindet sich ein optischer Verzögerer 35 mit einer dicken Kalkspatplatte, so dass eine optische Verzögerung von etwa 80 μm zwischen der senkrechten und der waagerechten Poalarisationsrichtung, also den ordentlichen und den außerordentlichen Bündeln besteht. Anschließend erfolgt mittels des Wasser-Immersions-Kondensors 10 eine chromatische Tiefenaufspaltung im Objektraum, wodurch zwei Gruppen von Kugelwellen unterschiedlicher Fokussierung je nach Wellenlänge entstehen, deren Zentren in der Tiefe verschoben sind, so dass bei der Abbildung des Punktes A hier die Foki A's_λmin bis A's_λmin entstehen und A'p_λmin bis A'p_λmin die eine Lateral-Shear 2Δq zueinander aufweisen. Das ist in den 8 und 9 dargestellt. Der Wasser-Immersions-Kondensor 10 in 7 kann in der Tiefe nachjustiert werden, um die Konfokalität des Durchlicht-Mikroskops sicherzustellen. Ein im Objektraum vorhandenes dünnes Phasenobjekt 11 verändert den optischen Gangunterschied, also verschiebt auch die Phase im Interferometer zwischen den Bündeln mit polarisationsoptischer Lateral-Shear. Das Phasenobjekt 11 ist aber in der Regel optisch so dünn, dass die Konfokalität des Durchlicht-Mikroskops noch besteht, d. h. die objektverursachte optische Weglängenänderung noch kleiner als der Bereich der wellenoptischen Schärfentiefe ist. Ein Wasser-Immersions-Objektiv 12 bildet das Objekt 11 ab sowie auch das Licht der unterschiedlich fokussierten Kugelwellen, so dass hier eine Hellfeldanordnung gegeben ist. Die vom Objektiv erfassten Kugelwellen werden in näherungsweise plane oder schwach fokussiert oder divergierende Wellen gewandelt und treffen auf die zweite Abbildungsstufe 13, welche als afokale Stufe eine Abbildung auf das diffraktiv-optische Element in Form einer Fresnelschen Zonenlinse 14 mit divergierender Wirkung ermöglicht. Diese Fresnelsche Zonenlinse 14 steht zumindest näherungsweise in der Pupillenebene. Der Betrag der Brechkraft dieser Fresnelschen Zonenlinse 14 ist für jede Wellenlänge zumindest näherungsweise gleich der Fresnelschen Zonenlinse 14. Die nachfolgende, direkt nachgeordnete, schwach refraktive Sammellinse 15 kompensiert wieder die mittlere Brechkraft der Fresnelschen Zonenlinse 14. Im Ergebnis des Passierens der Fresnelschen Zonenlinse 14 ist die chromatische Aufspaltung des Beleuchtungsstrahlenganges, als die Tiefenaufspaltung durch die Fresnelschen Zonenlinse 7 kompensiert. Der Polarisator 33, das Wollastonprisma 34 sowie das Wollastonprisma 36 und der Analysator 37 bilden mit den Mikroskop-Komponenten ein polarisationsoptisches Shear-Interferometer.It is done by Fresnel zone lens 7 depending on the wavelength, a different focus. For the middle wavelength of the spectrum, the refractive power is the Fresnel zone lens 7 by means of a directly downstream, low refractive diverging lens 8th compensated to allow only slight deviations from the state of ideal collimation. The following first image stage 9 forms the Fresnel zone lens 7 in the Fourier plane of the condenser 10 so that there are weakly diverging as well as at least approximately plane as well as weakly converging waves as a function of the wavelength. In this illustration stage 9 there is an optical retarder 35 with a thick Kalkspatplatte, so that there is an optical delay of about 80 microns between the vertical and the horizontal Poalarisationsrichtung, ie the ordinary and the extraordinary bundles. Subsequently, by means of the water immersion condenser 10 a chromatic depth splitting in the object space, whereby two groups of spherical waves of different focussing arise depending on the wavelength whose centers are shifted in depth, so that in the imaging of the point A here the foci A's_λmin to A's_λmin arise and A'p_λmin to A'p_λmin having a lateral-Shear 2Δq to each other. That is in the 8th and 9 shown. The water immersion condenser 10 in 7 can be readjusted in depth to ensure the confocality of the transmitted light microscope. A thin phase object present in the object space 11 Changes the optical path difference, so shifts the phase in the interferometer between the bundles with polarization-optical lateral shear. The phase object 11 However, as a rule it is optically so thin that the confocality of the transmitted-light microscope still exists, ie the object-induced optical path length change is still smaller than the range of the wavelength-optical depth of field. A water immersion lens 12 forms the object 11 as well as the light of the differently focused spherical waves, so that here is a bright field arrangement is given. The spherical waves detected by the lens are converted into approximately plane or weakly focused or divergent waves and hit the second imaging stage 13 , which as an afocal stage, an image on the diffractive optical element in the form of a Fresnel zone lens 14 with divergent effect. This Fresnel zone lens 14 is at least approximately in the pupil plane. The amount of refractive power of this Fresnel zone lens 14 is at least approximately equal to the Fresnel zone lens for each wavelength 14 , The following, directly downstream, weakly refractive collecting lens 15 compensates again for the average refractive power of the Fresnel zone lens 14 , As a result of passing the Fresnel zone lens 14 is the chromatic splitting of the illumination beam path than the depth splitting by the Fresnel zone lens 7 compensated. The polarizer 33 , the Wollaston prism 34 as well as the Wollaston prism 36 and the analyzer 37 form a polarization-optical with the microscope components Shear interferometer.

Der weitere Strahlengang entspricht dem bereits in der 1 beschriebenen. Die chromatischen Wavelets entstehen hier jedoch in Abhängigkeit von der Wellenlängen-Durchstimmung mittels der Wellenlängen-durchstimmbaren Lichtquelle 1b.The further beam path corresponds to that already in the 1 described. However, the chromatic wavelets arise here as a function of the wavelength tuning by means of the wavelength-tunable light source 1b ,

Die 8 stellt den Strahlengang der Bündel im Objektraum beim Durchlicht-Mikroskop mit differentiellem Interferenz-Kontrast (DIC) nach Nomarski für dünne Phasenobjekte dar. Die Lateral-Shear beträgt hierbei etwa 0,5 μm. Die 9 stellt den Sachverhalt für eine einzelne Wellenlänge λi dar, wobei der vergleichsweise große optische Gangunterschied OPD hier symbolisch angedeutet ist.The 8th represents the optical path of the bundles in the object space in the case of the transmitted-light microscope with differential interference contrast (DIC) according to Nomarski for thin phase objects. The lateral shear here amounts to approximately 0.5 μm. The 9 represents the situation for a single wavelength λi, wherein the comparatively large optical path difference OPD is symbolically indicated here.

Claims (18)

Verfahren zur Durchlicht-Mikroskopie, insbesondere auch zur quantitativen Prüfung von einem oder mehreren Objekten (11) oder eines Teils oder Teilen desselben oder derselben im Objektraum, – mit einer polychromatischen Lichtquelle (1a) im Beleuchtungsstrahlengang und mit einem Spektrometer (26, 27, 28) im Detektionsstrahlengang – oder einer Wellenlängen-durchstimmbaren Lichtquelle (1b) im Beleuchtungsstrahlengang und mit Mitteln zur konfokalen Diskriminierung (25, 30) im Detektionsstrahlengang, wie mehrere Mikroblenden (B) oder eine mittels mehrerer gerasterter Mikrooptiken – wie gerasterte Mikrolinsen – mehrfach abgebildete Blende, sowie einer Kamera (29) im Detektionsstrahlengang gekennzeichnet dadurch, dass bei der Objektabbildung eine chromatische Tiefenaufspaltung mittels zumindest partiell chromatischer Brechkraft im Detektionsstrahlengang durchgeführt wird, so dass Bilder der Mittelpunkte der Mikroblenden (25, B)' oder Bilder des Mittelpunktes der mehrfach abgebildeten Blende bei der Rückabbildung in den Objektraum dort eine chromatisch verursachte Tiefenaufspaltung erfahren, so dass diese Bilder (B'o_λmin, B'o_λmax) bei einer polychromatischen Lichtquelle zu einem Zeitpunkt oder bei einer Wellenlängen-durchstimmbaren Lichtquelle sequentiell in der Lichtausbreitungsrichtung separiert sind.Process for transmitted light microscopy, in particular also for the quantitative testing of one or more objects ( 11 ) or a part or parts thereof or the same in the object space, - with a polychromatic light source ( 1a ) in the illumination beam path and with a spectrometer ( 26 . 27 . 28 ) in the detection beam path - or a wavelength tunable light source ( 1b ) in the illumination beam path and with means for confocal discrimination ( 25 . 30 ) in the detection beam path, such as a plurality of micro-diaphragms (B) or a diaphragm repeatedly imaged by means of a plurality of screened micro-optics, such as screened microlenses, and a camera ( 29 ) in the detection beam path characterized in that in the object image, a chromatic depth splitting by means of at least partially chromatic power in the detection beam path is performed, so that images of the centers of the micro-apertures ( 25 B) 'or images of the center of the multi-mapped diaphragm undergo a chromatically-caused depth split in the back-imaging in the object space there, so that these images (B'o_λmin, B'o_λmax) in a polychromatic light source at a time or at a wavelength tunable light source are separated sequentially in the light propagation direction. Verfahren zur Durchlicht-Mikroskopie nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass das Licht im Objektraum räumlich strukturiert wird, in dem mittels mehrerer Mikroblenden (4, A) oder einer mittels mehrerer Mikrolinsen mehrfach abgebildeten Makroblende – ein Foki-Muster – oder ein Fokuslinien-Muster im Objektraum vorbestimmt gebildet werden, und dabei im Beleuchtungsstrahlengang eine chromatische Tiefenaufspaltung dieser Foki oder Fokuslinien mittels zumindest partiell chromatischer Brechkraft durchgeführt wird, so dass die Bilder (A'o_λmin, A'o_λmax) in Lichtausbreitungsrichtung separiert sind und dass dabei die zumindest partiell chromatische Brechkraft im Beleuchtungs- und die im Detektionsstrahlengang so vorbestimmt eingebracht sind, dass im Objektraum der Betrag und die Richtung der chromatischen Tiefenaufspaltung der Foki oder der Fokuslinien zur Beleuchtung und im Detektionsstrahlengang der Betrag und die Richtung der chromatischen Tiefenaufspaltung der rückabgebildeten Mikroblenden (25, BB) oder der mehrfach abgebildeten Makroblende zumindest näherungsweise gleichgemacht sind, so dass im Objektraum die Bilder (A') der Mittelpunkte (A) der Blenden (4, AB) des Beleuchtungsstrahlenganges oder die Bilder (A') der Foki (A) und die Bilder (B') der Mittelpunkte (B) der Blenden (25, BB) des Detektionsstrahlenganges, welche lateral und spektral korrespondieren, nämlich A'o_λmin-B'o_λmin und A'o_λmax-B'o_λmax optisch konjugiert sind.Method for transmitted light microscopy according to claim 1, characterized in that the light is spatially structured in the object space, in which by means of several micro-apertures ( 4 , A) or a multi-microlenses multiply mapped macro-aperture - a focus pattern - or a focus line pattern in the object space are formed predetermined, and in the illumination beam path chromatic depth splitting of these foci or focus lines is performed by means of at least partially chromatic power, so that the Images are separated in the light propagation direction (A'o_λmin, A'o_λmax) and that the at least partially chromatic refractive power in the illumination and the detection beam path are predetermined so determined that in the object space, the amount and the direction of the chromatic depth splitting of the foci or focus lines for illumination and in the detection beam path, the magnitude and the direction of the chromatic depth splitting of the remapped micro-diaphragms ( 25 , BB) or the multi-mapped macro diaphragm are at least approximately equalized, so that in the object space the images (A ') of the center points (A) of the diaphragm ( 4 , AB) of the illumination beam path or the images (A ') of the foci (A) and the images (B') of the center points (B) of the diaphragm ( 25 , BB) of the detection beam path, which correspond laterally and spectrally, namely A'o_λmin-B'o_λmin and A'o_λmax-B'o_λmax are optically conjugate. Verfahren zur Durchlicht-Mikroskopie nach mindestens einem der Ansprüche 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, dass das Verfahren der Dunkelfeldmikroskopie zur Anwendung kommt.Method for transmitted light microscopy after at least one of the claims 1 and 2, characterized in that the method of dark field microscopy is used. Verfahren zur Durchlicht-Mikroskopie nach mindestens einem der Ansprüche 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, dass das Verfahren der Phasenmikroskopie auf der Basis der Interferenz von elektromagnetischen Wellen zur Anwendung kommt.Method for transmitted light microscopy after at least one of the claims 1 and 2, characterized in that the method of phase microscopy based on the interference of electromagnetic waves to Application comes. Verfahren zur Durchlicht-Mikroskopie nach Anspruch 4, gekennzeichnet dadurch, dass das Phasenkontrast-Verfahren, insbesondere auch das nach F. Zernike, das differentielle Phasenkontrast-Verfahren, insbesondere auch das nach G. Nomarski, auch als DIC-Verfahren (DIC: Differential interference contrast) bezeichnet, das Hoffinann-HMC-Verfahren (HMC: Hoffmann modulation contrast) oder auch ein phasenmikroskopisches Verfahren nach dem Zweistrahl-Interferenz-Verfahren, insbesondere auch auf der Basis eines Mach-Zehnder-Interferometers, zur Anwendung kommenProcess for transmitted light microscopy according to claim 4, characterized in that the phase contrast method, in particular also according to F. Zernike, the differential phase-contrast method, in particular also according to G. Nomarski, also as DIC method (DIC: Differential interference contrast), the Hoffinann HMC method (HMC: Hoffmann modulation contrast) or a phase microscopic method after the two-beam interference method, in particular on the Based on a Mach-Zehnder interferometer Verfahren zur Durchlicht-Mikroskopie nach mindestens einem der Ansprüche 4 und 5, gekennzeichnet dadurch, dass ein optischer Gangunterschied im Strahlengang eines Phasen-Mikroskops eingeführt wird, der mindestens eine Wellenlänge der maximalen, detektierten Wellenlänge beträgt, so dass Interferenzstreifen, insbesondere auch in Form eines Wavelets, also Intensitätsverläufe über der Wellenlänge λ oder der Wellenzahl k, im detektierten Spektralbereich vorbestimmt gebildet werden, wobei ein dünnes und lateral kleines Phasenobjekt (11) eine lokale Phasenänderung in den Interferenzstreifen, insbesondere auch in Form eines Wavelets, erzeugt.Method for transmitted-light microscopy according to at least one of claims 4 and 5, characterized in that an optical path difference is introduced in the beam path of a phase microscope, which is at least one wavelength of the maximum, detected wavelength, so that interference fringes, in particular in the form of a Wavelets, ie intensity curves over the wavelength λ or the wavenumber k, are predetermined in the detected spectral range, wherein a thin and laterally small phase object ( 11 ) generates a local phase change in the interference fringes, in particular also in the form of a wavelet. Verfahren zur Durchlicht-Mikroskopie nach Anspruch 6, gekennzeichnet dadurch, dass die Phase der Interferenz ausgewertet wird.Method for transmitted-light microscopy after An Claim 6, characterized in that the phase of the interference is evaluated. Verfahren zur Durchlicht-Mikroskopie nach mindestens einem der Ansprüche 5 bis 7, gekennzeichnet dadurch, dass der optische Gangunterschied im Unendlich-Strahlengang oder im chromatisch schwach fokussierten Strahlengang der mikroskopischen Abbildung eingebracht wird.Method for transmitted light microscopy after at least one of the claims 5 to 7, characterized in that the optical path difference in the infinity beam path or in the chromatically weakly focused Beam path of the microscopic image is introduced. Anordnung zur Durchlicht-Mikroskopie, insbesondere auch mit Kondensor (10) und Objektiv (12) und insbesondere auch zur quantitativen Prüfung von einem Mikroobjekt im Objektraum, – mit einer polychromatischen Lichtquelle (1a) im Beleuchtungsstrahlengang und mit einem Spektrometer (26, 27, 28) im Detektionsstrahlengang – oder einer Wellenlängen-durchstimmbaren Lichtquelle (1b) im Beleuchtungsstrahlengang, mit Mitteln zur konfokalen Diskriminierung im Detektionsstrahlengang, wie mehrere Mikroblenden (25, B) oder eine mittels mehrerer Mikrolinsen mehrfach abgebildete Makroblende, sowie einer Kamera (29) im Detektionsstrahlengang, gekennzeichnet dadurch, dass Mittel (14) mit zumindest partiell chromatischer Brechkraft zur chromatischen Tiefenaufspaltung im Detektionsstrahlengang angeordnet sind.Arrangement for transmitted-light microscopy, in particular also with a condenser ( 10 ) and lens ( 12 ) and in particular also for the quantitative examination of a micro object in the object space, - with a polychromatic light source ( 1a ) in the illumination beam path and with a spectrometer ( 26 . 27 . 28 ) in the detection beam path - or a wavelength tunable light source ( 1b ) in the illumination beam path, with means for confocal discrimination in the detection beam path, such as multiple micro-apertures ( 25 , B) or a multi-microlenses multiply mapped macro-aperture, as well as a camera ( 29 ) in the detection beam path, characterized in that means ( 14 ) are arranged with at least partially chromatic refractive power for chromatic depth splitting in the detection beam path. Anordnung zur Durchlicht-Mikroskopie nach Anspruch 9, gekennzeichnet dadurch, dass die Mittel (14) mit zumindest partiell chromatischer Brechkraft zur chromatischen Tiefenaufspaltung in der Fourier-Ebene (F'12), also der rückwärtigen Brennebene des Objektivs (12), oder in einer zu dieser optisch konjugierten Ebene (F''12) angeordnet sind.Arrangement for transmitted-light microscopy according to claim 9, characterized in that the means ( 14 ) with at least partially chromatic refractive power for chromatic depth splitting in the Fourier plane (F'12), ie the rear focal plane of the objective ( 12 ), or in an optical conjugate plane (F''12) are arranged. Anordnung zur Durchlicht-Mikroskopie nach Anspruch 9, gekennzeichnet dadurch, dass Mittel (7) mit zumindest partiell chromatischer Brechkraft zur chromatischen Tiefenaufspaltung im Beleuchtungsstrahlengang angeordnet sind.Arrangement for transmitted-light microscopy according to claim 9, characterized in that means ( 7 ) are arranged with at least partially chromatic refractive power for chromatic depth splitting in the illumination beam path. Anordnung zur Durchlicht-Mikroskopie nach Anspruch 11, gekennzeichnet dadurch, dass Mittel (7) mit zumindest partiell chromatischer Brechkraft zur chromatischen Tiefenaufspaltung in der Fourier-Ebene, also der rückwärtigen Brennebene (F10), des Kondensors (10), oder in einer zu dieser optisch konjugierten Ebene (PE'10) angeordnet sind.Arrangement for transmitted-light microscopy according to claim 11, characterized in that means ( 7 ) with at least partially chromatic refractive power for chromatic depth splitting in the Fourier plane, ie the rear focal plane (F10), of the condenser ( 10 ), or in a plane (PE'10) which is optically conjugate to this. Anordnung zur Durchlicht-Mikroskopie nach mindestens einem der Ansprüche 9 bis 12, gekennzeichnet dadurch, dass bei der Anwendung eines Nomarski-DIC-Mikroskops mit zwei Wollastonprismen (34) (36) ein optischer, doppelbrechender Verzögerer einen optischen Gangunterschied zwischen den beiden Polarisationsrichtungen von mindestens einer Wellenlänge der maximalen, detektierten Wellenlänge erzeugt, wobei der Verzögerer im Raum zwischen den beiden Wollastonprismen (34) (36) des Nomarski-DIC-Mikroskops angeordnet ist.Arrangement for transmitted-light microscopy according to at least one of claims 9 to 12, characterized in that when using a Nomarski DIC microscope with two Wollaston prisms ( 34 ) ( 36 ) an optical, birefringent retarder generates an optical path difference between the two polarization directions of at least one wavelength of the maximum, detected wavelength, the retarder in the space between the two Wollaston prisms ( 34 ) ( 36 ) of the Nomarski DIC microscope. Anordnung zur Durchlicht-Mikroskopie nach Anspruch 13, gekennzeichnet dadurch, dass der optische, doppelbrechende Verzögerer in Form einer Kalkspatplatte (35) (calcite plate) ausgebildet ist.Arrangement for transmitted light microscopy according to claim 13, characterized in that the optical, birefringent retarder in the form of a calcite ( 35 ) (calcite plate) is formed. Anordnung zur Durchlicht-Mikroskopie nach mindestens einem der Ansprüche 9 bis 14, gekennzeichnet dadurch, dass die Mittel mit chromatischer Brechkraft als diffraktiv-optische Elemente (7), (14) ausgebildet sind.Arrangement for transmitted-light microscopy according to at least one of claims 9 to 14, characterized in that the means with chromatic refractive power as diffractive-optical elements ( 7 ) 14 ) are formed. Anordnung zur Durchlicht-Mikroskopie nach mindestens einem der Ansprüche 9 bis 15, gekennzeichnet dadurch, dass die Mittel (25) zur konfokalen Diskriminierung im Detektionsstrahlengang lateral verschiebbar angeordnet sind.Arrangement for transmitted-light microscopy according to at least one of Claims 9 to 15, characterized in that the means ( 25 ) are arranged laterally displaceable for confocal discrimination in the detection beam path. Anordnung zur Durchlicht-Mikroskopie nach mindestens einem der Ansprüche 9 bis 15, gekennzeichnet dadurch, dass die Mittel (4) zur Strukturierung des Lichts im Beleuchtungsstrahlengang lateral verschiebbar angeordnet sind und synchron mit den Mitteln (25) zur konfokalen Diskriminierung im Detektionsstrahlengang verschoben werden, so dass die laterale Zuordnung der Bilder (A', B') derselben im Objektraum bei der Verschiebung und bei der Bildaufnahme mittels Kamera (29) stets erhalten bleibt.Arrangement for transmitted-light microscopy according to at least one of Claims 9 to 15, characterized in that the means ( 4 ) are arranged laterally displaceable for structuring the light in the illumination beam path and synchronously with the means ( 25 ) are shifted to the confocal discrimination in the detection beam path, so that the lateral assignment of the images (A ', B') of the same in the object space during the displacement and the image recording by means of camera ( 29 ) is always preserved. Anordnung zur Durchlicht-Mikroskopie nach mindestens einem der Ansprüche 9 bis 17, gekennzeichnet dadurch, dass eine optische Kopplung der Anordnung zur Durchlicht-Mikroskopie mit einer optischen, rechnergesteuerten Pinzette durchgeführt wird.Arrangement for transmitted light microscopy after at least one of the claims 9 to 17, characterized in that an optical coupling of the arrangement for transmitted light microscopy is performed with an optical, computer-controlled tweezers.
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