DE3200038A1

DE3200038A1 - Mikroskop mit frei vorwaehlbarem tiefenschaerfebereich

Info

Publication number: DE3200038A1
Application number: DE19823200038
Authority: DE
Inventors: Klaus Dr. 8035 Gauting Dietrich
Original assignee: Individual
Current assignee: Dietrich Klaus Prof Dipl-Phys Drrernat 87
Priority date: 1982-01-04
Filing date: 1982-01-04
Publication date: 1983-07-07

Description

Mikroskop mit frei vorwählbaren Tiefenscharfebereich
Bei den bisher bekannten Lichtmikroskopen ist die Tiefenschärfe abhängig von der gewählten Vergrößerung und der Öffnung des Objektivs.
Durch Verändern des Abstandes zwischen Objekt und Objektiv können unterschiedliche Ebenen des Objektes scharf eingestellt werden. Je höher die Vergrößerung des Mikroskops ist, oder Je größer die Öffnung des Objektivs ist, umso geringer ist die Tiefenschärfe. Bei sehr hohen Vergrößerungen kann dabei der räumliche Zusammenhang zwischen der scharfen Ebene und den angrenzenden unscharfen Bereichen nahezu völlig verloren gehen.
Ziel der Erfindung war es ein Verfahren zu finden, bei dem die Tiefenschärfe frei wählbar ist, unabhängig von der Vergrößerung oder der Öffnung des Objektivs.
Grundlage des Verfahrens ist folgender Tatbestandt Das Spektrum der Ortsfrequenzen f ( Linienpaare/mm ) eines Bildes ist abhängig von der Schärfe des Bildes. An den Stellen scharfer Abbildung treten Ortsfrequenzen 0#f#fmax auf. An den Stellen unscharfer Abbildung treten nur Ortsfrequenzen im Bereich 0#f#fmin ( fmin< fD9s ) auf. Durch Tiefpaßfilterung der Ortsfrequenzen kann aus eines scharfen Bild ein unscharfes Bild hergestellt werden. Umgekehrt können durch Hochpaßfilterung der Ortsfrequenzen unscharfe Bildteile mit f< fmin ausgefiltert werden. Bei der Hochpaßfilterung scharf abgebildeter Bildteile werden wegen der Ausfilterung der tiefen Frequenzen nur noch die Konturen der scharf abgebildeten Objekte wiedergegeben. Je höher die Grenzfrequenz fmin bei der HochpaB-filterung gewählt wird, um so schärfe sind die wiedergegebenen Konturen.
Du Verfahren arbeitet nach folgendem Prinzips Von dem zu betrachtenden Objekt (P) im Beispiel von Fig. 1, das über einen Weggeber (W) der Länge 1 t s an der Probenhalterung (PH) montiert ist, wird mit Hilfe der Lichtquelle (LQ), dem Kondensor (K) und dem Mikroskopobjektiv (MO) eine optische Abbildung auf die Eingangsfläche des Bildmodulators (BM) durchgeführt. Dabei sind alle Details des Objektes (P) einer ausgewählten Sohnittebene 1 scharf abgebildet, der Rest wird unscharf wiedergegeben.
In Fig. 1 wird als Bildmodulator z.B. eine Liquid-Crystal-Light-Valve ( z.B. von der Firma Hughs, Carlsbad, Californien ) verwendet. Das auf die Eingangsseite des Bildmodulators (BM) projizierte Bild wird auf der Ausgangsseite des Bildmodulators mit polarisiertem, kohärentem Licht (PCL) über den Strahlteiler (ST) und den Analysator (i) in Reflexion ausgelesen, und mit Hilfe der Linse F1 ( Brennweite f1 ) in die Ortfrequenzebene (FE) fouriertransformiert. Dort ist ein Hochpaßfilter (HPF) angebracht, der das einfallende Licht für den Ortsfrequenzbereich f<fmin sperrt, und im Ortsfrequenzbereich fmin<f<fmax passieren läßt.
Das so gefilterte Ortsfrequenzspektrum wird von der Ortafrequenzebene (lE) mit Hilfe der Linse F2 ( Brennweite f2 ) in den Ortsraum (EE) durch eine zweite Fouriertransformation zurücktransformiert. Dabei werden in der Bildebene (BE) nur scharfe Konturen der Details abgebildet, die auch auf der Eingangsseite des Bildmodulators (BM) scharf abgebildet waren. Dort unscharf abgebildete Details erscheinen in der Ebene (BE) nicht.
Wird nun die Lange des Weggebers verändert, dann wird eine Schnittebene 2 des Objektes (P) auf dem Bildmodulator (BM) scharf abgebildet, und damit erscheinen in der Ebene (BE) die Konturen der Details der Sohnittebone 2 scharf.
Durch kontinuierliohe Anderung oder durch Änderung in vielen feinen Schritten kann die Länge des Weggebers um den Betrag 2e verändert werden, was zur Folge hat, daß alle Details des Objektes (P) über einen Tiefenschärfebereich von 2e in der Ebene (RE) zeitlich nacheinander scharf erscheinen.
Ist in der Ebene (BE) ein Film oder ein Fotoladung speichernder Bildsonsor angeordnet, dann werden dort beim Durchlaufen des Tiefenschärfebereiches 2s alle in der Ebene (BE) dabei auftretende Teilbilder additiv überlagert, sodaß dort ein Bild mit den scharfen Konturen aller Details des Objektes (P) über den T iefenech ärfeboreish 2e aufgezeichnet wird. Wird der Weggeber periodisch mit einer Frequenz von mehr als ca.
25 Hz erregt, dann kann das Bild in der Ebene (BE) über du Okular (OK) mit dem Auge betrachtet werden, und es sind dann in der Ebene (BE) die Konturen aller Details des Objektes (P) über den Tiefenschärfebereich 2s scheinbar gleichzeitig scharf zu sehen.
In Fig. 2 ist ein System angegeben, bei dem ein großer Teil der Funktionen von Fig 1 elektronisch gelöst werden. Bilder des Objektes (P) werden mit dem Objektiv (M0) auf ein elektronisches Bildaufnahiesystem (EBS) ( z.B. Videokamera oder CCD-Bildsensorsystem ) projiziert, und von dort an einen Reohner weitergegeben. Der Rechner führt die erste Fouriertransformation, die Hochpaßfilternng in der Ortsfrequenzebene, die zweite Fouriertransformation und die Addition der Einzelbilder im Ortsraum (BE) durch, und liefert das bildmäßige Ergebnis über die Bildausgabeeinheit (BAE).
9 Patentansprüche 2 Figuren Leerseite

Claims

Patentansprüche 1. Mikroskopanordnung zur Aufzeichnung von Objektkonturen mit einer konstanten Bildschärfe über einen frei wählbaren Tiefenbereich, d a d u r c h g o k e n n z i o h n e t, daß eine Ebene im gewünschten Tiefenschärfebereich des betrachteten Objektes vergrößert auf den Eingang eines Bildmodulators (BM) scharf abgebildet wird, das Bild am Ausgang des Bildmodulators mit Hilfe kohärenten Lichtes optisch in die Ortsfrequenzebene fouriertransformiert wird, und dort mit einem Hochpaßfilter (HPF) flir die Ortsfrequenzen multipliziert, und das Produkt durch eine zweite optisohe Fouriertransformation in den Ortsraum (BE) zurücktransformiert wird, und kontinuierlich oder in vielen feinen diskreten Schritten in schneller zeitlicher Folge die auf den Eingang des Modulator (BM) scharf abgebildete Objektebene den gesUnsohten Tiefenschärfebereich mindestens einmal durchläuft, und die additive Überlagerung der bei diesem Durchlauf des Tiefenschärfebereiches entstehenden Bilder in der Bildebene (BE) ausgewertet wird.
2. Mikroskopanordnung zur Aufzeichnung von Objektkonturen mit einer konstanten Bildschärfe über einen frei wählbaren Tiefenbereich, g e k e n n z e i o h n e t d a d u r o h, daß eine Ebene im gewünschten Tiefenschärfebereioh des betrachteten Objektes vergrößert auf den Eingang eines lichtempfindlichen elektronischen Bildsensorelementes (EFS) scharf abgebildet wird, und du vom Bildsensorelement aufgenommene Bild an einen Rechner übertragen wird, dort eine Fouriertransformation des Bildee in die Ortsfrequenzebene durchgeführt wird, mit anschließender Hochpaßfilterung in der Ortsfrequenzebene, und das Ergebnis dieser Filterung mit einer zweiten Fouriertransformation in den Ortsraum (BE) zurücktransformiert wird, und kontinuierlich oder in vielen feinen Schritten die auf das Bildsenaorelement scharf abgebildete Objektebene den gewünschten Tiefenschärfebereich mindestens einmal durchläuft, und im Rechner die dabei entstehenden Teilbilder im Ortsraum (BE) additiv überlagert werden, und dße Ergebnis dieser Überlagerung nach Durchlaufen des ganzen Tiefenschärfebereiches vom Rechner bildmäßig ausgegeben wird.
@ Anordnung nach Anspruch 1, d a d u r o h g e k e n n -z e i c h n e t, daß die Registrierung der Bilder in der Bildebene (BE) mit bloßem Auge erfolgt, wobei das Durchlaufen des Tiefenschärfebereiches so schnell erfolgt, daß das Auge keine linzelbilder während des Durchlaufes erkennen kann, sondern nur noch die Addition aller Einzelbilder des Durchlaufes des Tiefenschiirfebereiches vom Auge wahrgenomnen wird.
4. Anordnung nach Anspruch 1, d a d u r e h g o k e n n -z e i o h n e t, daß die Registrierung der Bilder in der Bildebene (BE) durch ein dort angeordnetes Bauelement erfolgt, das die Addition der Teilbilder während des Durchlaufes des Tiefenschärfebereiches durchführt, z.B. Film oder Fotoladung speichernde elektrooptische Sensorelemente.
5. Anordnung nach Anspruch 1 bis 4, d a d u r o h g e k e n n -z e 1 o h n e t, daß das betrachtete Objekt kontinuierlich oder gepulst beleuchtet oder durchleuchtet wird.
6. Anordnung nach Anspruch 1 bis 5, d a d ur o h g e ke n n -z 0 i o h n e t, daß das Durchlaufen des Tiefenschärfebereiches durch eine Relativbewegung zwischen Objekt (P) und dem Objektiv (MO) erfolgt, oder durch Änderung der Abbildungsverhältnisse für das Objektiv (MO) erfolgt.
7. Anordnung nach Anspruch 1 bis 6, d a d u r o h ge k e n n -z e i o h n e t, daß beim Durchlaufen des Tiefenschärfebereiches der Vergrößerungsmaßstab des Objektes geändert wird, um dadurch eine künstliche Perspektive zu erzeugen.
A. Anordnung nach Anspruoh 1 bis 7, d a du r o h g e k e n n -zeichnet, daß der Tiefenschärfebereich aus mehreren sich nicht überlappenden Teilintervallen besteht.
9. Anordnung nach Anspruch 1, d a d u r o h g e k e n n -z o e i c h n e t, daß eine oder beide Fouriertransformationen mit inkohärentem Licht durchgeführt werden.