DE3034752A1 - Verfahren zur vergroesserung der abbildungstiefe bei lichtmikroskopen - Google Patents

Verfahren zur vergroesserung der abbildungstiefe bei lichtmikroskopen

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DE3034752A1
DE3034752A1 DE19803034752 DE3034752A DE3034752A1 DE 3034752 A1 DE3034752 A1 DE 3034752A1 DE 19803034752 DE19803034752 DE 19803034752 DE 3034752 A DE3034752 A DE 3034752A DE 3034752 A1 DE3034752 A1 DE 3034752A1
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Gerd 2000 Hamburg Stümer
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    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B21/00Microscopes
    • G02B21/06Means for illuminating specimens

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Microscoopes, Condenser (AREA)

Description

  • Verfahren zur Vergrösserung der Abbildungstiefe
  • bei Lichtmikroskopen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesserung der Abbildungstiefe bei Lichtmikroskopen.
  • Bei lichtmikroskopi schen Unterschungen mit hohen Vergrösserungen ergibt sich bisher das Problem, daß das mikroskopische Bild nur eine sehr geringe Schärfentiefe aufweist. Unter Schärfentiefe oder Abbildungstiefe versteht man den Bereich eines Körpers mit Tiefenausdehnung, der in einem ebenen Bild "scharf" abgebildet werden kann. Es werden namlich nur alle in der Einstellebene gelegenen Punkte auch wieder als Punkte abgebildet, während alle anderen Punkte, die vor oder hinter der Einstellebene des Objektives liegen, im Abbild nicht mehr als Punkte, sondern als Zers treuungskreise dargestellt werden.Unter Zerstreuungskreisen versteht man die Durchstossungsfiguren von Strahlenkegeln auf dem Auffangschirm.
  • Je weiter ein Punkt von der Einstellebene entfernt ist, desto grösser wird auch der zugehörige Zerstreuungskreis. Dieser Zerstreuungskreis darf einen gewissen Durchmesser nicht überschreiten, weil sonst das Auge ihn nicht mehr als Punkt wahrnimmt und somit unscharf sieht. Die maximal zulässige Grösse der Zerstreuungskreise ist abhängig vom Auflösungsvermögen des Auges, das durch die Struktur der Netzhaut bedingt ist. Es hat sich gezeigt, daß Zerstreuungskreise bis zu einer Grösse von ca. 1/7 mm noch als ein Punkt wahrgenomman werden und damit dem Auge scharf erscheinen.
  • Daraus ergibt sich, daß die Tiefenausdehnung von Körpern, die in einem ebenen Bild scharf dargestellt werden können, begrenzt ist. Die Abbildungstiefe oder Schärfentiefe ist abhängig von der numerischen Apertur des Objektives, der Endvergrösserung des Bildes und der Wellenlänge des Lichtes. Je grösser die numerische Apertur und die Endvergrösserung werden, desto geringer wird die Abbildungstiefe, während andererseits mit zunehmender Wellenlänge auch die Abbildungstiefe zunimmt.
  • Theoretisch könnte also eine Vergrösserung der Abbildungstiefe dadurch erreicht werden, daß man die numerische Apertur rrerkleinert und die Wellenlänge des Lichtes erhöht. Das hat aber den entscheidenden Nachteil, daß dadurch das Auf lösungsvermögen des Mikroskopes sehr stark beeinträchtigt würde.
  • Die Abbildungstiefe ist aber für die Auswertung von Präparaten beispielsweise biologischen, medizinischen oder paläontologi schen Präparaten eine wichtige- Voraussetzung. Bei der Betrachtung mit 400-facher Vergrösserung beträgt die Abbildungstiefe bei den üblichen bEkroskopen nur einige Mikrometer, während Strukturen bei biologischen Präparaten oder Mikrofossilien Grössen bis zu wenigen Millimetern oder darunter erreichen konnten.
  • Zwar sind Stereoprisuenmikroskope mit grosser Abbildungstiefe bekannt, mit ihnen können aber höchstens Vergrösserungen bis zum 200-fachen erreicht werden. Bei notwendiger weiterer Vergrösserung besteht die einzige Möglichkeit, solche Untersuchungen durchzufthren, z.Zt. in der Verwendung eines Elektronenrastermikroskopes, das natürlich gegenüber dem Lichtmikroskop finanziell wesentlich aufwendiger ist und bei dem zum Teil die Präparate auch eine Vorbehandlung verlangen wie beispielsweise aufdampfen bestimmter Verbindungen.
  • Zur Vermeidung der oben geschilderten Nachteile wird daher ein Verfahren zur Verbesserung der Abbildungstiefe bei Lichtmikroskopen vorgeschlagen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß das Präparat in schnelles konstantes Schwingen parallel zur optischen Achse versetzt und mit einer stark gebündelten und getriggerten Lichtquelle beleuchtet wird.
  • Uberraschenderweise wurde festgestellt, daß sich die AW,ildungstiefe eines Präparates bei lichtmikroskopischen Untersuchungen selbst mit einfachsten Mitteln mindestens verdoppeln läßt, wenn das Präparat in schnelles konstantes Schwingen parallel zur optischen Achse versetzt wird und die Beleuchtung durch eine stark gebündelte, getriggerte Lichtquelle erfolgt, deren Frequenz mit der Frequenz des Schwingers gekoppelt ist.
  • Die Schwingung des Präparates muß zwei wesentliche Bedingungen erfüllen, nämlich, sie muß absolut parallel zur optischen Achse, d.h. also ohne seitlichen Versatz und schnell genug erfolgen, damit das Auge die Bewegung im mikroskopischen Bild aufgrund seiner Trägheit nicht mehr als Einzelbilder wahrnimmt.
  • Die Lichtquelle muß getriggert sein, da die Flimmergrenze des Auges zwischen 20 Bildern pro Sekunde bei Dunkeladaption und 60 Bildern bei Helladaption liegt, so daß gewährleistet sein muß, daß die einzelnen Schärfenebenen nicht mehr getrennt, sondern nur noch als großer Bereich wahrgenoarmen werden. Außerdem hat sich herausgestellt, daß zur Verbesserung der Abbildungstiefe die Lichtquelle stark gebündelt sein oder itonochronatisches Licht erzeugen muß, um zu verhindern, daß das Gesamtbild unschärfer wird. Wird diese Bedingung nicht erfüllt, überlagern sich nicht nur die scharf dargestellten Einzelheiten, die vom Objektiv auch scharf abgebildet werden, sondern auch die unscharfen Bereiche, so daß nur der Bereich des Präparates beleuchtet werden darf, der vom Objektiv auch scharf abgebildet wird. Alle Bereiche die sich darüber oder darunter befinden, werden nicht beleuchtet und können sich deshalb auch nicht als unscharfe Bereiche im Bild störend bemerkbar machen.
  • Als Beleuchtung können alle Lichtquellen eingesetzt werden, die stark gebündelt sind oder monochromatischtes Licht aussenden, vorausgesetzt, daß sie getriggert sind, beispielsweise durch einen elektronischen Impulsgeber oder durch eine Umlallfhlende.
  • Die Schwingung des Präparates kann piezo-elektrisch, mechanisch, pneumatisch, hydraulisch oder elektromagnetisches beispielsweise durch Membranschwingungen erfolgen. Dabei ist darauf zu achten, daß die Frequenz der Lichtquelle mit der des Schwingers gekoppelt wird, um ein konstantes Frequenzverhältnis zu erhalten. Dies führt dazu, daß man genau definierte Schärfenebenen erhalt, während im anderen Falle bei jeder Schwingung andere Bereiche beleuchtet wurden und daher im Bild die Schärfenebene auf- und abwandern.
  • Der Schärfentiefenbereich ist direkt abhängig von der Amplitude der Schwingung und der Frequenz der Lichtquelle. Erhöht man die Amplitude der Schwingung, so vergrössert sich auch der Bereich, der beleuchtet wird. Gleichzeitig muß daher die Frequenz der Lichtquelle erhöht werden, um mehr Schärfenebenen zu erhalten, da es sonst eintreten kann, daß es zwischen zwei Schärfenebenen, die übereinander liegen, Bereiche des Präparates gibt, die überhaupt nicht beleuchtet werden.
  • Die Beobachtung des Präparates kann in üblicher Weise direkt erfolgen oder das Bild kann auch auf einen Schirm oder über eine Videoanlage projiziert oder fotografisch festgehalten werden.
  • Bereits bei einfachster Versuchsanordnung, bei der als Schwinger ein Lautsprecher verwendet wird, auf dessen Membran das Präparat fixiert wurde, und als getriggerte Lichtquelle ein Stroboskop eingesetzt wurde und wobei ein Pulsgenerator das Stroboskop mit einer Frequenz von 300 Hz und der Lautsprecher über einen Teiler mit einer Frequenz von 30 Hz schwingt, wurde eine Verbesserung der Abbildungstiefe auf das Doppelte erreicht.

Claims (4)

  1. PATENISNSPRUCHE 1.) Verfahren zur Verbesserung der Abbildungstiefe bei Lichtmikroskopen, dadurch gekennzeichnet, daß das Präparat in Schwingung versetzt und mit einer eng gebündelten oder monochromatisch-lichtaussendenden, getriggerten Lichtquelle beleuchtet wird.
  2. 2.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das in Schwingung versetzen des Präparates piezoelektrisch, mechanisch, pneumatisch, hydraulisch oder elektromagnetisch erfolgt.
  3. 3.) Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz der getriggerten Lichtquelle mit der Frequenz des Schwingers gekoppelt wird.
  4. 4.) Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine stark gebündelte oder ronochromatischt lichtaussendende, getriggerte Lichtquelle mit einem Schwinger gekoppelt ist.
DE19803034752 1980-09-15 1980-09-15 Verfahren zur vergroesserung der abbildungstiefe bei lichtmikroskopen Withdrawn DE3034752A1 (de)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0109846A1 (de) * 1982-11-19 1984-05-30 Gwyndann Group Limited Optische Instrumente

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EP0109846A1 (de) * 1982-11-19 1984-05-30 Gwyndann Group Limited Optische Instrumente

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