DE2462111B2 - Process to improve contrast and to increase the useful magnification (resolution) of an optical microscope - Google Patents
Process to improve contrast and to increase the useful magnification (resolution) of an optical microscopeInfo
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Description
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kontrastver- eo besserung sowie zur Steigerung der förderlichen Vergrößerung eines optischen Mikroskopes nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.The invention relates to a method for contrast ver eo improvement and to increase the beneficial magnification of an optical microscope after Preamble of claim 1.
Es ist bekannt, daß die Erkennbarkeit von Details in Objekten einerseits von dem Auflösungsvermögen des verwendeten Mikroskopes abhängt und andererseits vom erzielbaren Kontrast.It is known that the recognizability of details in Objects depends on the one hand on the resolution of the microscope used and on the other hand the achievable contrast.
sungsvermögen etwa bei 280 mn, bei Verwendung von ultraviolettem Licht etwa bei 140mn, d.h. Details mit kleineren Abmessungen sind mit Hilfe eines optischen Mikroskopes nicht mehr erkennbar.caution at 280 mn, when using ultraviolet light around 140mn, i.e. details with Smaller dimensions can no longer be recognized with the aid of an optical microscope.
Ein guter Kontrast sichert die Erkennbarkeit von Details, besonders bei Amplitudenobjekten.A good contrast ensures the recognizability of details, especially with amplitude objects.
Der Kontrast läßt sich verbessern, wenn man Dunkelfeld-, Phasenkontrast-, Interferenzkontrast-, Polarisations- oder Fluoreszenzmikroskopie betreibt Bei biologischen Objekten zieht man Färbemethoden vor. Das Anfärben ist zeitraubend und ruft in vielen Fällen eine Schädigung oder sogar Tötung des Objektes hervor.The contrast can be improved by using dark field, phase contrast, interference contrast, polarization or fluorescence microscopy Staining methods are preferred to biological objects. Staining is time consuming and gets in many cases damage or even death of the object.
Verwendet man Elektronenmikroskope, so kann man das Auflösungsvermögen wesentlich steigern. Es läßt sich jedoch mit derartigen Mikroskopen einerseits kein Kontrast am lebenden Objekt erzielen, und zum anderen haken die lebenden biologischen Objekte den Elektronenbeschuß im Vakuum nicht aus.If you use electron microscopes, you can increase the resolution significantly. It leaves However, on the one hand, no contrast can be achieved on the living object with such microscopes, and on the one hand for others the living biological objects cannot stand the electron bombardment in a vacuum.
Darüber hinaus ist die Herstellung von Präparaten für ein Elektronenmikroskop sehr aufwendig. Die Präparatdicken sollen 100 nm nicht überschreiten, weshalb sehr feine Schnitte angelegt werden müssen. Elektronenmikroskopisches Arbeiten setzt damit umfangreiche, langwierige und teure Präparationsmethoden voraus, wie Fixierung, Einbettung des Objektes, Herstellung von Ultramikrotomschnitten und Kontrastierung des Präparates.In addition, the production of preparations for an electron microscope is very expensive. The preparation thickness should not exceed 100 nm, which is why very much fine cuts need to be made. Electron microscopic work thus requires extensive, lengthy and expensive preparation methods such as fixation, embedding of the object, manufacture of ultramicrotome sections and contrasting the specimen.
Will man mikroskopisch den Feinbau einer Zelle und deren Organellen beobachten, also Plasmamembranen, endoplasmatisches Reticulum und Ribosomen, Dictyosomen und Golgi-Apparat, Cytosomen, Mitochondrien, Piastiden, Centriolen und Nucleolus, dann reicht die Vergrößerung eines optisch arbeitenden Mikroskopes nicht aus, andererseits würden aber die Organellen bei rein optischer Betrachtung am Leben bleiben. Verwendet man ein Elektronenmikroskop, dann kann man derartige Organellen und damit den Feinbau vieler Zelltypen erkennen. Die Organellen sterben aber mit der Zelle ab. Damit sind bei Verwendung eines Elektronenmikroskopes grundsätzlich nur Aussagen über die Statik, nicht aber über die Genese und Dynamik einer Zelle möglich.If you want to microscopically observe the fine structure of a cell and its organelles, i.e. plasma membranes, endoplasmic reticulum and ribosomes, dictyosomes and Golgi apparatus, cytosomes, mitochondria, Plastids, centrioles and nucleolus, then the magnification of an optically working microscope is sufficient not off, but on the other hand the organelles would remain alive with a purely optical view. If you use an electron microscope, then you can recognize such organelles and thus the fine structure of many cell types. The organelles die with them the cell. This means that basically only statements are made when using an electron microscope possible via the statics, but not via the genesis and dynamics of a cell.
Optische Geräte, welche zwei Bilder eines Objektes erzeugen, sind bekannt Bei diesen Geräten werden die zwei Bilder für andere Zwecke erzeugt, beispielsweise für eine variable Phasenkontrast- und/oder Interferenzmikroskopie (AT-PS 29 81 07). Dies liegt nicht im Sinne der Erfindung.Optical devices that generate two images of an object are known. In these devices, the two images generated for other purposes, for example for a variable phase contrast and / or interference microscopy (AT-PS 29 81 07). This is not in the spirit the invention.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, bei dem die Objekte am Leben bleiben und trotzdem mit genügender Auflösung und in ausreichendem Kontrast beobachtet sind.The object of the present invention is to provide a method in which the objects are alive remain and are still observed with sufficient resolution and in sufficient contrast.
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung durch wahlweise Anwendung eines der Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4 gelöstThis object is achieved according to the invention by optionally using one of the methods according to the Claims 1 to 4 solved
Als Folge der Erfindung kommen bei Anwendung eines oder gegebenenfalls mehrerer der Verfahren die zu beobachtenden Objekte nicht mehr mit Elektronenstrahlen in Berührung. Die Gesamtvergrößerung im Vergleich zu den rein optisch arbeitenden Mikroskopen wächst etwa um den Faktor 5. Eine elektronische Verstärkung der Modulationsübertragungsfunktion (MÜF) ist unterhalb der Ortsfrequenz möglich und sinnvoll, bei der die Modulationsübertragungsfunktion des optischen Geräteteiles auf Null abgefallen ist.As a result of the invention, when one or, if necessary, several of the methods are used, the objects to be observed no longer come into contact with electron beams. The total magnification compared to the purely optical microscopes increases by a factor of about 5. An electronic amplification of the modulation transfer function (MTF) is possible and useful below the spatial frequency at which the modulation transfer function of the optical device part has dropped to zero.
Dies wird im folgenden näher erläutert. Nach dem Stand der Technik sind verschiedene Verfahren derThis is explained in more detail below. Various methods are known in the art
Ortsfrequenzfilterung, speziell der Λ/ÜF-Anhebung bei höheren Ortsfrequenzen bekannt, siehe z. B.: A. Lohmann »Aktive Kontrastübertragungstheorie«, Optica Acta, 1959, Seiten 318-338 und Menzel, Mirande, Weingärtner »Fourieroptik und Holographie«, Springer-Verlag, Wien-New York, 1973, nämlich Kapitel V: »Räumliche f.lterung«, Seiten 111 bis 125, insbesondere Abschnitt: »Nachträgliche Filterung fotografischer Aufnahmen«, Seiten 115 und 116 sowie Abschnitt: »Das inverse Filter«, Seite 121. ι οSpatial frequency filtering, especially the Λ / ÜF increase in higher spatial frequencies known, see z. E.g. A. Lohmann "Active contrast transfer theory", Optica Acta, 1959, pages 318-338 and Menzel, Mirande, Weingärtner "Fourier Optics and Holography", Springer-Verlag, Vienna-New York, 1973, namely Chapter V: "Spatial filtering", pages 111 to 125, in particular Section: “Subsequent filtering of photographic recordings”, pages 115 and 116 and section: “That inverse filter «, page 121. ι ο
1. rein optische Frequenzfilter in Echtzeit, z. B. Apodisation, d. h. das Filter wirkt während der Abbildung des Objektes;1. purely optical frequency filters in real time, e.g. B. apodization, d. H. the filter works during the imaging of the object;
2. nachträgliche Filterung photographischer Aufnahmen, z. B. gemäß der britischen Patentschrift 7 97 424;2. Subsequent filtering of photographic recordings, e.g. B. according to the British patent specification 7 97 424;
3. fotografische Frequenzfilter, z. B. »Unscharfe Maske«, Nachbar-Effekt;3. photographic frequency filters, e.g. B. "Unsharp mask", neighbor effect;
4. Frequenzfilter durch Bewegungseffekte;4. Frequency filter through motion effects;
5. nicht lichtoptische Frequenzfilter5. non-optical frequency filters
5.1 Elektronische Maske (»Logetron«),5.1 Electronic mask (»Logetron«),
5252 Fluoro-Dodge,Fluoro dodge,
53 Fernseh-Methoden, und zwar andere als die hier erwähnte Methode, z. B. ohne Logarithmieren oder Anwendung eines Hochpasses, welcher nur53 television methods, different from these mentioned method, e.g. B. without taking the logarithm or using a high pass, which only in Zeilenrichtung wirktacts in line direction
Alle diese Verfahren weisen Nachteile auf, insbeson- jo dere dann, wenn die Detailerkennbarkeit bewegter Objekte verbessert werden soll:All of these methods have disadvantages, in particular those when the detail recognizability of moving objects is to be improved:
1. Rein optische Frequenzfilter in Echtzeit verringern die maximal verfügbare Apertur und damit zwangsläufig die gewinnbare Information.1. Purely optical frequency filters in real time reduce the maximum available aperture and thus inevitably the information that can be obtained.
2. und 3. Bei nachträglicher Filterung fotografischer Aufnahmen und Verwendung fotografischer Frequenzfilter ist eine Echtzeitbeobachtung beweglicher Objekte nicht möglich.2. and 3. With subsequent filtering photographic Recording and using photographic frequency filters is a real-time observation more agile Objects not possible.
4. Frequenzfilter durch Bewegungseffekte sind wegen der erforderlichen Variation der Lichtintensität und der notwendigen Bildverschiebung sehr aufwendig, außerdem ist eine Fotometrie erforderlich und damit ebenfalls eine Echtzeitbeobachtung beweglicher Objekte nicht möglich.4. Frequency filters due to motion effects are required because of the required variation in light intensity and the necessary image shift is very complex, and photometry is also required and thus Real-time observation of moving objects is also not possible.
5. Von den nicht lichtoptischen Frequenzfiltern ist das Fluoro-Dodge-Verfahren nicht auf die Mikroskopie beweglicher Objekte übertragbar.5. Of the non-light optical frequency filters, the fluoro-dodge method is not applicable to microscopy movable objects transferable.
Das Logetron-Verfahren könnte theoretisch durch stark verkleinerte Abbildung eines fluoreszierenden Fernsehschirmes auf das Objekt in der Mikroskopie verwendet werden, jedoch fürt die Art der Objektivbeleuchtung wegen Nicht-Ausnutzens der Objektiv-Apertur zu einer Verringerung der Auflösung. Zusätzlich treten erhebliche Intensitätsprobleme auf.The Logetron method could theoretically be carried out by a highly reduced image of a fluorescent TV screen can be used on the object in microscopy, however, for the type of Objective lighting leads to a reduction in resolution due to failure to utilize the objective aperture. In addition, there are considerable intensity problems.
Andere Fernsehmethoden als die hier beschriebenen besitzen ebenfalls Nachteile, z.B. wirkt ein rein elektronischer ÄC-Hochpaß nur in Zeilenrichtung. Μ Eine reine Differenzbildung zweier Fernsehsignale ohne Loganthmierung ist für die Anhebung hoher Ortsfrequenzen fast wirkungslos.Television methods other than those described here also have disadvantages, for example a purely electronic AC high-pass filter only works in the line direction. Μ A pure difference formation between two television signals without loganthmation is almost ineffective for raising high spatial frequencies.
In den vorgeschlagenen Verfahren kann durch Loganthmierung der Fernsehsignale gemäß Anspruch 5 zur Realisation der Ansprüche 1 —4 eine wesentliche Verbesserung erreicht werden.In the proposed method, by loganthmizing the television signals according to claim 5 a substantial improvement can be achieved for the realization of claims 1-4.
Bei der Loganthmierung wird nämlich der Quotient (logarithmische Differenz) zweier Bilder hergestellt. Dies bedeutet in der Schreibweise der Fourier-OptikIn the case of loganthmation, the quotient (logarithmic difference) of two images is created. This means in the notation of Fourier optics
Ji(OF) Ji (OF) L+i (OF) MUF1(OF) L + i (OF) MUF 1 (O F) J2(OF) ~ L+ 2(0F) ' MOF2(OF)J 2 (OF) ~ L + 2 (0F) 'MOF 2 (OF)
mit den Bezeichnungen:with the designations:
•Λ (Λ) — Bildmodulation des »Zähler«-• Λ (Λ) - image modulation of the »counter« -
(»Nenner«-)Bildes LX (L+ 2) — Objektkontrast("Denominator" -) image L X ( L + 2 ) - object contrast
MUFi(MUF2) — Modulationsübertragungsfunktion des »Zähier«-(»Neni;er«-)Systems, MUFi (MUF 2 ) - modulation transfer function of the »Zähier« (»Neni; er«) system,
bzw. mit den Abkürzungenor with the abbreviations
J1(OF)U2(OF) = J(OF); LX(OF)IU1(OF) = L+(OF) und MUF1(OFyMUF2(OF) = MUF gesamt (OF); J(OF) = L+(OF)-MUF(OF). J 1 (OF) U 2 (OF) = J (OF); LX (OF) IU 1 (OF) = L + (OF) and MUF 1 (OFyMUF 2 (OF) = MUF total (OF); J (OF) = L + (OF) -MUF (OF).
Der Sonderfall (Idealfall) einer konstanten Modulationsübertragungsfunktion, d.h. MÜFgesamt = const ergibt sich, sofern MÜF\(OF)= MUF2(OF) ist Dies ist z. B. gemäß Anspruch 3 (2 Bilder mit gleichen Wellenlängen und damit gleicher MÜF)der Fall.The special case (ideal case) of a constant modulation transfer function, ie MÜF total = const, results if MÜF \ (OF) = MUF 2 (OF) . B. according to claim 3 (2 images with the same wavelengths and thus the same MTF) the case.
Wird ein Bild unscharf gehalten, dann wird das jeweilige »unscharfe« System immer als »Nennersystem« benutzt so daß wegen MUF2(OF)K MUF1(OF) sich eine mit wachsender Ortsfrequenz (OF) größer werdende MÜFgesamt (Hochpaßfilterung) ergibtIf an image is kept blurred, the respective "blurred" system is always used as a "denominator system" so that, due to MUF 2 (OF) K MUF 1 (OF) , the MÜF total (high-pass filtering) increases with increasing spatial frequency (OF)
Zur Einhaltung der genannten Bedingung kann man mit zum Stand der Technik gehörenden Mitteln die Modulationsübertragungsfunktion des Gesamtsystems, welche das Produkt der Modulationsübertragungsfunktion für den optischen und für den elektronischen Teil ist bis zur maximal möglichen Ortsfrequenz anheben. Der elektronische Teil ist dann z. B. für den Sonderfall einer konstanten MÜF das passende Korrektorwerk zum optischen Teil des Gesamtübertragungssystems.To comply with the condition mentioned, the modulation transfer function of the overall system, which is the product of the modulation transfer function for the optical and for the electronic part, can be increased to the maximum possible spatial frequency with means belonging to the prior art. The electronic part is then e.g. B. for the special case of a constant MÜF the appropriate corrector for the optical part of the overall transmission system.
Zum Beispiel kann die Eingabe des MÜF des elektronischen Teils gemäß Anspruch 1 folgendermaßen durchgeführt werden: Durch eine Einrichtung kann die der Fokussierungseinheit zugeführte Spannung oder Stromstärke von Hand oder durch eine elektronische Regelschaltung geändert werden. Dies erlaubt eine Änderung des Querschnittes vom schreibenden Strahl in der Fernsehaufnahmeröhre. Damit kann die gewünschte Modulationsübertragungsfunktion des elektronischen Teiles eingestellt werden, z.B. so, daß sie den Reziprokwert der MÜF des optischen Teiles innerhalb des maximal möglichen Ortsfrequenzbereiches darstellt und sich damit die Konstanz der gesamten Af DF ergibt Die gesamte MÜF eines aus zwei hintsreinandergeschalteten Einzelsystemen ist bekanntlich das Produkt der Modulationsfibertragungsfunktionen der beiden Einzelsysteme:For example, the input of the MTF of the electronic part according to claim 1 can be carried out as follows: The voltage or current strength supplied to the focusing unit can be changed manually or by an electronic control circuit by means of a device. This allows the cross-section of the writing beam in the television pickup tube to be changed. So that the desired modulation transfer function of the electronic part can be adjusted, for example, so that it represents the reciprocal of the MTF of the optical part within the maximum spatial frequency range and thus the stability of the entire Af DF gives the total MTF a hintsreinandergeschalteten of two individual systems is known to the Product of the modulation transmission functions of the two individual systems:
wobei MUF2 + = MMUF2 ist oder in anderer Schreibweise entsprechend der logarithmischen Differenzbildung (Quotient)where MUF 2 + = MMUF 2 or in another notation according to the logarithmic difference formation (quotient)
Entsprechend dem Anspruch 1 wird die passende MÜF2 durch Variation der Unscharfe der unscharfen Abbildung erzeugt.According to claim 1, the matching MTF2 is generated by varying the unsharpness of the unsharp image.
Unter Umständen können auch mehr als zwei Bildröhren sinnvoll sein, nämlich dann, wenn die > Frequenzfilterung eines Farbfernsehbildes angestrebt ist oder in mindestens zwei Wellenlängen beobachtet wird.Under certain circumstances, more than two picture tubes can be useful, namely when the> Frequency filtering of a color television picture is sought or observed in at least two wavelengths will.
Grundsätzlich kann das Objekt mit Durchlicht oder Auflicht beaufschlagt werden und insbesondere mit κι gewöhnlichem Licht, wobei die Methoden nach den Ansprüchen 1 und 4 angewandt werden können.In principle, transmitted or incident light can be applied to the object, and in particular with κι ordinary light, the methods according to claims 1 and 4 can be applied.
Als vorteilhaft hat es sich jedoch erwiesen, ultraviolettes Licht geeigneter Wellenlänge zu verwenden. Da das ultraviolette Licht eine kürzere Wellenlänge aufweist als das sichtbare Licht, wird von vornherein das Auflösungsvermögen größer und die förderliche Vergrößerung kann entsprechend gesteigert werden. Das ultraviolette Licht bringt aber darüber hinaus weitere wesentliche Vorteile.However, it has proven advantageous to use ultraviolet light of a suitable wavelength. There the ultraviolet light has a shorter wavelength than the visible light, is a priori The resolving power is greater and the necessary magnification can be increased accordingly. That But ultraviolet light also has other significant advantages.
Erstens liegen die substanzspezifischen Teile der Absorptionsspektren mit hoher Extinktion im UV-Gebiet und nicht im sichtbaren Bereich, wo nur die wenig substanzspezifischen langwelligen Ausläufer geringer Extinktion zu finden sind. Damit werden Bilder lebender Zellen mit UV-Licht im Durchlichtverfahren wesentlich kontrastreicher als solche mit sichtbarem Licht, außerdem sind sie bei geeigneter Vorfilterung des durchstrahlenden Lichtes substanzspezifisch für die verschiedenen Zellinhaltsstoffe. joFirst, the substance-specific parts of the absorption spectra with high extinction are in the UV range and not in the visible range, where only the few substance-specific long-wave extensions of low extinction can be found. This makes pictures more alive Cells with UV light in the transmitted light method have a significantly higher contrast than those with visible light, in addition, with suitable pre-filtering of the transmitted light, they are substance-specific for the different cell constituents. jo
Zweitens kann die Fluoreszenz der meisten lumineszenzfähigen Zellinhaltsstoffe nur durch ultraviolettes Licht angeregt werden. Auch dadurch ergeben sich weitere Differenzierungsmöglichkeiten zur bildlichen Trennung der verschiedenen Zellinhaltsstoffe und damit Möglichkeiten zur Gewinnung neuer Erkenntnisse über Genese und Dynamik, Biochemie und Energetik der Zelle sowie die Aufgliederung des Stoffwechsels auf verschiedene Reaktionsräume und den Stofftransport durch Zellgrenzflächen.Second, the fluorescence of most cell constituents capable of luminescence can only be caused by ultraviolet light Light can be stimulated. This also gives rise to further differentiation options from the visual one Separation of the different cell constituents and thus opportunities to gain new knowledge about Genesis and dynamics, biochemistry and energetics of the cell as well as the breakdown of the metabolism different reaction spaces and the transport of substances through cell interfaces.
Bei Verwendung von ultraviolettem Licht besteht jedoch die Gefahr, daß chemische Bindungen, insbesondere energiearme Bindungen, aufbrechen.When using ultraviolet light, however, there is a risk that chemical bonds, in particular low-energy bonds, will break.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird die optimale Lichtintensität, entsprechend dem Anspruch 7, folgendermaßen eingestellt:In a further embodiment of the invention, the optimal light intensity, according to claim 7, set as follows:
Zunächst wird die für das gesuchte Objektdetail charakteristische Wellenlänge eingestellt, z.B. bei Durchlichtmikroskopie die Wellenlänge des Absorptionsmaximus, wodurch sich größtmöglicher Kontrast ergibt Anschließend wird die Intensität des Beleuchtungslichtes bei gleichzeitiger Regelung (Erhöhung) der elektronischen Bildverstärkung so weit reduziert, daß das mit kleiner werdender Lichtintensität wachsende Quantenrauschen die sichere Erkennbarkeit der jeweiligen Details noch zuläßt Die Reihenfolge von Wellenlängenwahl und Verringerung der Lichtintensität kann auch vertauscht werden.First of all, the wavelength characteristic of the object detail you are looking for is set, e.g. at Transmitted light microscopy the wavelength of the absorption maximum, creating the greatest possible contrast Then results in the intensity of the illuminating light with simultaneous regulation (increase) of the electronic image intensification is reduced to such an extent that that increases with decreasing light intensity Quantum noise still allows the reliable recognizability of the respective details. The sequence of The choice of wavelength and reduction of the light intensity can also be interchanged.
Beide Maßnahmen zusammen führen zur Erreichung des größtmöglichen Verhältnisses Kontrast/Strahlungs- «i Schädigung des Objektdetails.Both measures together lead to the achievement of the greatest possible contrast / radiation ratio Damage to the property details.
Hält man diese Bedingung ein, kann man intensitätsarmes Beleuchtungslicht, im besonderen UV-Licht, verwenden, um das Objekt abzubilden. Ein Aufbrechen chemischer Bindungen in starkem Umfange ist damit bei Verwendung von UV-Licht nicht mehr zu befürchten.If you adhere to this condition, you can use low-intensity illuminating light, in particular UV light, use to map the object. A breaking of chemical bonds to a large extent is thus at Use of UV light is no longer to be feared.
Bei der bisherigen Mikroskopie ist das Einhalten dieser Bedingungen nicht üblich, weil das Gebiet desIn previous microscopy, compliance with these conditions is not common because the area of the Quantenrauschens etwa durch Dunkeladaption des Beobachterauges nicht erreicht wird.Quantum noise is not achieved, for example, by dark adaptation of the observer's eye.
Beim Mikroskopieren wird gewöhnlich weder das Quantenrauschen als solches noch seine Bedeutung für die untere Grenze der Beleuchtungsintensität erkannt. Man kommt erfahrungsgemäß erst dann in die Nähe des Sichtbarwerdens des Bildrauschens, wenn das Auge des Betrachters dunkeladaptiert werden muß. Dies gilt, sofern im optischen Strahlenabgang kein zusätzliches bildverstärkendes Element, wie z. B. ein Bildverstärker vorhanden ist.When studying a microscope, usually neither quantum noise nor its meaning for the lower limit of the lighting intensity detected. Experience has shown that you only come near the The image noise becomes visible when the viewer's eye has to be adapted to be dark. This applies, provided that there is no additional image-intensifying element in the optical beam exit, such as B. an image intensifier is available.
Bei den üblichen mikroskopischen Verfahren wird ohne Bildverstärker bei helladaptiertem Betrachterauge gearbeitet, so daß die zwecks Vermeidung von zu starkem Bildrauschen erforderliche untere Grenze der Beleuchtungsintensität um mehrere Größenordnungen überschritten wird.With the usual microscopic methods, the observer's eye is adapted to light without an image intensifier worked, so that the lower limit of the required to avoid excessive image noise Illumination intensity is exceeded by several orders of magnitude.
Damit wird aber die für Vitalbeobachtungen angestrebte Reduzierung der Zellschädigung durch Strahlung nicht erreicht. Da eine Optimierung des Verhältnisses mikroskopischer Informationsgewinn zu Zellschädigung, insbesondere bei der UV-Mikroskopie, dringend erforderlich ist, wird das gemäß den erfindungsgemäßen Verfahren durch Verwendung von Bildverstärkern ermöglicht.However, this does not achieve the reduction in cell damage caused by radiation that is aimed for in vital observations. Since an optimization of the ratio of microscopic information gain to cell damage, especially in UV microscopy, is urgent is required, this is done according to the method according to the invention by using image intensifiers enables.
Das reelle Bild des Objektes kann nach der Hellfeld-, Dunkelfeld-, Phasenkontrast-, Interferenzkontrast- oder Fluoreszenzmethode erzeugt werden, ebenso die reellen Bilder, wenn mehrere Bilder des Objektes zur Durchführung der Verfahren erforderlich sind.The real image of the object can be according to the brightfield, darkfield, phase contrast, interference contrast or Fluorescence method can be generated, as well as real images if several images of the object are used Implementation of the procedures are necessary.
Mit kleiner werdender Wellenlänge tritt eine steil ansteigende kontrastvermindernde Streuung des Lichtes auf, die sich insbesondere bei Verwendung von ultraviolettem Licht üblicherweise bemerkbar macht Dieser Effekt wird dadurch unterdrückt, daß z. B. gemäß Anspruch 4 das reelle Bild auf der lichtempfindlichen Schicht einer ersteh Fernsehaufnahmeröhre erzeugt wird und die lichtempfindliche Schicht einer zweiten Fernsehaufnahmeröhre mit Gleichlicht beaufschlagt wird, daß der die lichtempfindliche Schicht der mit Gleichlicht beaufschlagten Fernsehaufnahmeröhre abtastende Elektronenstrahl von der das reelle Bild empfangenden Fernsehaufnahmeröhre in der Stromstärke gesteuert wird, daß dieser Elektronenstrahl durch Defokussierung bewußt unscharf gehalten wird, und daß die von den Fernsehaufnahmeröhren kommenden Signale zu einem logarithmischen Differenzbild zusammengesetzt werden.As the wavelength becomes smaller, there is a steeply increasing, contrast-reducing scattering of the light, which is particularly evident when using ultraviolet light usually makes noticeable. This effect is suppressed in that, for. B. according to Claim 4 generates the real image on the light-sensitive layer of a first television pickup tube and the light-sensitive layer of a second television tube is exposed to constant light becomes that the electron beam scanning the light-sensitive layer of the television pick-up tube exposed to the same light from which the real image is scanned receiving television tube is controlled in the amperage that this electron beam through Defocusing is deliberately kept out of focus, and that the signals coming from the television pick-up tubes are combined to form a logarithmic difference image.
Das bewußte Unscharfmachen des Abtaststrahlers der mit Gleichlicht beaufschlagten Fernsehaufnahmeröhre ist gleichzeitig eines der erwähnten Verfahren, um das Produkt der Modulationsübertragungsfunktionen des optischen und des elektronischen Systems anzuheben. Zum Beispiel läßt sich mit Hilfe eines Drehwiderstandes der Querschnitt des Abtaststrahles ändern. Durch Beobachtung des Differenzbildes läßt sich empirisch die gewünschte Detailauflösung einstellen.The deliberate blurring of the scanning emitter of the television pickup tube exposed to the same light is at the same time one of the methods mentioned to to raise the product of the modulation transfer functions of the optical and electronic systems. For example, the cross-section of the scanning beam can be changed with the aid of a rotary resistor. The desired detail resolution can be set empirically by observing the difference image.
Mit demselben Erfolg lösen die Verfahren der Anspräche 1 bis 4 die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe.The methods of claims 1 to 4 solve those on which the invention is based with the same success Task.
Das Differenzbild wird vorteilhaft auf dem Bildschirm eines Fernsehmonitors dargestellt Hierdurch wird gleichzeitig eine Verbesserung etwa der diagnostischen Sicherheit im zytologischen Labor durch ermüdungsfreieres Arbeiten erzieltThe difference image is advantageously displayed on the screen of a television monitor at the same time, an improvement in diagnostic reliability in the cytological laboratory is achieved through less fatigue-free work
Außerdem wird durch die Einstellbarkeit von Kontrast und Helligkeit des Fernsehmonitors eine zusätzliche Verbesserung der Auswertbarkeit desIn addition, the adjustability of the contrast and brightness of the television monitor is a additional improvement of the evaluability of the
Mikroskopbildes möglich, so daß man zu einer weiteren Steigerung des Informationsgewinnes kommt.Microscope image possible, so that one comes to a further increase in the information gain.
Die der Erfindung zugrunde liegenden Verfahren eignen sich mit Vorteil zur datenmäßigen Erfassung der Bilder oder Teilen hiervon und zur Speicherung dieser Daten, wobei auch die Zeitraffertechnik angewendet werden kann, etwa zur Untersuchung der Zelldynamik.The methods on which the invention is based are advantageously suitable for data acquisition of the Images or parts thereof and for the storage of this data, whereby the time-lapse technique is also used can be used, for example, to study cell dynamics.
Die der Erfindung zugrunde liegenden Verfahren eignen sich besonders für die zytologische Krebsfrühdiagnose, insbesondere in Verbindung mit der genannten elektronischen Speicherung und Datenverarbeitung der mikroskopischen Ergebnisse.The methods on which the invention is based are particularly suitable for the cytological early diagnosis of cancer, in particular in connection with the aforementioned electronic storage and data processing the microscopic results.
Auf der Zeichnung ist ein Gerät in verschiedenen Varianten zur Durchführung des Verfahrens dargestellt. Es zeigtThe drawing shows a device in various variants for carrying out the method. It shows
F i g. 1 den optischen Geräteteil, teilweise im Schnitt.F i g. 1 the optical device part, partly in section.
F i g. 2 ein Blockschaltbild des elektronischen Teiles in einem ersten Ausführungsbeispiel,F i g. 2 is a block diagram of the electronic part in a first embodiment,
F i g. 3 ein geändertes Schaltbild,F i g. 3 a modified circuit diagram,
F i g. 4 ein geändertes Schaltbild,F i g. 4 a modified circuit diagram,
F i g. 5 ein geändertes Ausführungsbeispiel für den optischen Geräteteil.F i g. 5 shows a modified exemplary embodiment for the optical device part.
Gemäß Fi g. 1 wird das Objekt 1 entweder mit Hilfe einer Lichtquelle 2 im Durchlicht beleuchtet oder wahlweise mit Hilfe einer Lichtquelle 3 im Auflicht. Das Abbildungsobjektiv 4 ist mit Hilfe einer Schwalbenschwanzführung 5 in das Gerät eingesetzt, so daß es ausgewechselt werden kann. Dem Objektiv 4 ist ein teildurchlässiger Spiegel 6 nachgeschaltet Spiegel 7 und 8 lenken die vom teildurchlässigen Spiegel durchgelassenen Lichtstrahlen in ein Projektiv 9, das ein reelles Bild des Objektes auf der lichtempfindlichen Schicht einer Fernsehaufnahmeröhre 11 erzeugt (Fig.2). Die am Spiegel 6 reflektierten Strahlen werden mit Hilfe eines Spiegels 12 und eines Projektives 13 auf die lichtempfindliche Schicht 14 einer Fernsehaufnahmeröhre 15 gelenkt und erzeugen dort ein reelles Bild des Objektes. In die Teilstrahlengänge sind die die Lichtqualitäten ändernden Elemente 16 und 17 eingesetzt, beispielsweise unterschiedliche Farbfilter bei Verwendung natürlichen Lichtes oder Polarisatoren bei polarisiertem Fluoreszenzlicht oder eine Demodulationseinrichtung, wie eine Pockelszelle zur Ausnutzung eventuell unterschiedlicher Fluoreszenzabklingzeiten bei Bestrahlung mit ultraviolettem Licht Im letzteren Fall wird man das verwendete ultraviolette Licht zeitabhängig modulieren. Die genannten Elemente sind vorteilhaft auf einem Schieber oder dergleichen angeordnet um wahlweise in das Mikroskop eingeführt zu werden.According to Fig. 1, the object 1 is either illuminated with the aid of a light source 2 in transmitted light or optionally with the help of a light source 3 in incident light. The imaging lens 4 is with the help of a dovetail guide 5 inserted into the device so that it can be replaced. The lens 4 is a partially transparent mirror 6 connected downstream mirrors 7 and 8 direct the transmitted by the partially transparent mirror Rays of light into a projection lens 9 that form a real image of the object on the light-sensitive layer a television pickup tube 11 generated (Fig.2). The reflected on the mirror 6 rays are with the help a mirror 12 and a projection lens 13 on the photosensitive layer 14 of a television pickup tube 15 steered and generate a real image of the object there. In the partial beam paths they are Elements 16 and 17 which change the quality of light are used, for example different color filters Use of natural light or polarizers with polarized fluorescent light or a demodulation device, like a Pockels cell to utilize possibly different fluorescence decay times when irradiated with ultraviolet light In the latter case one becomes the ultraviolet light used modulate time-dependent. The elements mentioned are advantageous on a slide or the like arranged to be optionally inserted into the microscope.
Gemäß F i g. 2 wirkt auf die Fernsehaufnahmeröhren 11 und 15 ein Ablenksystem 31, so daß die auf den lichtempfindlichen Schichten erzeugten Bilder synchron punkt- und zeilenmäßig richtig abgetastet werden. Die von der Fernsehaufnahmeröhre 11 kommenden Signale werden in einen Verstärker 32 eingegeben, der Bildausgangssignale an einen Logarithmierer 33 gibt Der Logarithmierer 33 gibt seine Signale in eine differenzbildende Einrichtung 34.According to FIG. 2 acts on the television pick-up tubes 11 and 15, a deflection system 31, so that the photosensitive layers are generated synchronously and correctly scanned in terms of point and line. the Signals coming from the television pickup tube 11 are input to an amplifier 32 which Outputs image signals to a logarithmizer 33. The logarithmizer 33 outputs its signals to a differentiating institution 34.
Die von der Fernsehaufnahmeröhre 15 kommenden Signale werden einem Verstärker 35 zugeführt der seine Signale an einen Logarithmierer 36 gibt dessen Signale ebenfalls der Differenzbildungseinrichtung 34 zugeführt werden. Ein Synchrongenerator 37 steuert den Gleichlauf der Signale. Da die Lichtqualitäten für jeden Bildpunkt auf den lichtempfindlichen Schichten 10 und 14 der Fernsehaufnahmeröhre unterschiedlich sind, gelangen in die Einrichtung 34 zur Differenzbildung Signale unterschiedlicher Intensität, so daß sich Signaldifferenzen für jeden abgetasteten Punkt bilden lassen.The signals coming from the television pick-up tube 15 are fed to an amplifier 35 its signals to a logarithmizer 36 also sends its signals to the subtraction device 34 are fed. A synchronous generator 37 controls the synchronization of the signals. Since the light qualities for each pixel on the photosensitive layers 10 and 14 of the television pickup tube are different, get into the device 34 for difference formation signals of different intensities, so that Let signal differences form for each scanned point.
Die Bildausgangssignale werden in einen Fernsehmonitor 38 eingegeben, so daß auf dessen Bildschirm ein kontrastreiches Differenzbild der auf den lichtempfindlichen Schichten 10 und 14 erzeugten Bilder erscheint. Damit die das Differenzbild erzeugenden Signale mitThe image output signals are input to a television monitor 38 so that a screen appears on the television monitor A high-contrast difference image of the images generated on the light-sensitive layers 10 and 14 appears. So that the signals generating the difference image with
ίο den Abtastsignalen in den Fernsehaufnahmeröhren
gleichlaufen, wirkt der Synchrongenerator 37 auf eine entsprechende dem Fernsehmonitor zugeordnete Additionsstufe
39.
Fig.3 zeigt eine geänderte Einrichtung. Auf der lichtempfindlichen Schicht 40 der Fernsehaufnahmeröhre
30 wird ein reelles Bild des Objektes erzeugt. Die Fernsehaufnahmeröhre 41 wird mit Gleichlicht beaufschlagt.
Da hier die Signale ungleiche Weglängen zurücklegen, ist dem Logarithmierer 33 der F i g. 3 eine
Verzögerungsleitung 42 vorgelagert, so daß in der Einrichtung 34 zur Differenzbildung wieder exakt die
Subtraktion der einzelnen Signale voneinander erfolgen kann. Der Verstärker 32 steuert den Elektronenstrahl
der Fernsehaufnahmeröhre 41. Darüber hinaus ist der Elektronenstrahl dieser Aufnahmeröhre durch Defokussierung
unscharf gehalten, so daß auf der Rückseite der Fernsehaufnahmeröhre 32 ein unscharfes Ladungsbild
erhalten wird, das von dem Ladungsbild der Fernsehaufnahmeröhre 40 subtrahiert werden kann.If the scanning signals in the television pick-up tubes coincide, the synchronous generator 37 acts on a corresponding addition stage 39 assigned to the television monitor.
3 shows a modified device. A real image of the object is generated on the photosensitive layer 40 of the television pickup tube 30. The television pickup tube 41 is exposed to constant light. Since the signals here cover unequal path lengths, the logarithmizer 33 is shown in FIG. 3 a delay line 42 upstream, so that the subtraction of the individual signals from one another can again take place in the device 34 for forming the difference. The amplifier 32 controls the electron beam of the television pickup tube 41. In addition, the electron beam of this pickup tube is kept out of focus by defocusing, so that a blurred charge image is obtained on the back of the television pickup tube 32, which can be subtracted from the charge image of the television pickup tube 40.
F i g. 4 zeigt die Ausbildung als Densitometer. Auf den lichtempfindlichen Schichten 50 und 51 der Fernsehaufnahmeröhre
52 und 53 werden Meßbilder des Objektes erzeugt und wie in den vorhergehenden Beispielen
abgetastet Die die Einrichtung 34 zur Differenzbildung verlassenden Signale werden einerseits wiederum zur
Einrichtung 39 gegeben und von hier in den Fernsehmonitor 38, andererseits in ein Tor 54, das
gleichzeitig von einem Fenstergenerator 55 gesteuert wird. Die vom Tor gelieferten Signale können zum
Beispiel in einer elektrischen Datenverarbeitungseinrichtung registriert und gespeichert werden oder aber
auch in eine Schreibeinrichtung oder dergleichen eingegeben werden, welche sie ausdruckt
Die Fernsehaufnahmeröhren sind fest mit dem optischen Geräteteil verbunden, um Relativverschiebungen
der Bilder auf den lichtempfindlichen Schichten bei einer Erschütterung des Gerätes zu vermeiden.F i g. 4 shows the design as a densitometer. Measurement images of the object are generated on the light-sensitive layers 50 and 51 of the television pick-up tube 52 and 53 and scanned as in the previous examples Gate 54, which is controlled by a window generator 55 at the same time. The signals supplied by the goal can, for example, be registered and stored in an electrical data processing device or can also be input into a writing device or the like, which prints them out
The television pick-up tubes are firmly connected to the optical device part in order to avoid relative shifts of the images on the light-sensitive layers if the device is shaken.
Die Fernsehaufnahmeröhren können Farbfernsehaufnahmeröhren sein und der Monitor entsprechend ein FarbfernsehgerätThe television pickup tubes may be color television pickup tubes and the monitor is correspondingly a color television set
Bei Verwendung von UV-Licht wird man die Linsen der F i g. 1 aus Quarz ausbilden. Es ist aber auch möglich, gemäß Fig.5 eine Spiegeloptik zu verwenden. Das UV-Licht wird mit Hilfe eines Spiegels 20 einem aus den Spiegeln 21 und 22 bestehenden Kondensor zugeführt, mit dessen Hilfe das Objekt 1 ausgeleuchtet wird. Das Objektiv besteht ebenfalls aus Spiegeln 23 und 24. Das Objektiv erzeugt in der Ebene 25 ein Zwischenbild. Dem Objektiv 23 und 24 kann der bildaufteilende Spiegel 6If UV light is used, the lenses of FIG. 1 from quartz. But it is also possible to use a mirror optics according to Figure 5. That UV light is fed to a condenser consisting of mirrors 21 and 22 with the aid of a mirror 20, with the help of which the object 1 is illuminated. The lens also consists of mirrors 23 and 24. The Objective creates an intermediate image in plane 25. To the Objective 23 and 24 can be the image-splitting mirror 6
bu der Fig. 1 folgea Im vorliegenden Falle soll jedoch nur ein Bild des Objektes erzeugt werden. Das in der Zwischenbildebene 25 erzeugte reelle Bild wird mit Hilfe eines aus den Spiegeln 26 und 27 bestehenden Projektives in die Zwischenbildebene 28 abgebildet, in der die lichtempfindliche Schicht der Fernsehaufnahmeröhre 30 angeordnet ist bu of FIG. 1 follow a In the present case, however, only one image of the object is to be generated. The real image generated in the intermediate image plane 25 is imaged with the aid of a projection lens consisting of the mirrors 26 and 27 in the intermediate image plane 28, in which the light-sensitive layer of the television pickup tube 30 is arranged
Hierzu 5 Blatt ZeichnungenIn addition 5 sheets of drawings
Claims (24)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19742462111 DE2462111B2 (en) | 1974-08-07 | 1974-08-07 | Process to improve contrast and to increase the useful magnification (resolution) of an optical microscope |
Applications Claiming Priority (1)
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DE19742462111 DE2462111B2 (en) | 1974-08-07 | 1974-08-07 | Process to improve contrast and to increase the useful magnification (resolution) of an optical microscope |
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ID=5934875
Family Applications (1)
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Country | Link |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102007009661A1 (en) * | 2006-08-31 | 2008-03-13 | Carl Zeiss Sms Gmbh | Method and device for the spatially resolved determination of the phase and amplitude of the electromagnetic field in the image plane of an image of an object |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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EP0162120B1 (en) * | 1984-05-14 | 1988-12-07 | Ibm Deutschland Gmbh | Method and device for the inspection of surfaces |
-
1974
- 1974-08-07 DE DE19742462111 patent/DE2462111B2/en not_active Withdrawn
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---|---|---|---|---|
DE102007009661A1 (en) * | 2006-08-31 | 2008-03-13 | Carl Zeiss Sms Gmbh | Method and device for the spatially resolved determination of the phase and amplitude of the electromagnetic field in the image plane of an image of an object |
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