DE4204268A1

DE4204268A1 - Verfahren und vorrichtung zur mikroskopischen betrachtung

Info

Publication number: DE4204268A1
Application number: DE19924204268
Authority: DE
Inventors: Eduard Heindl
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1992-02-13
Filing date: 1992-02-13
Publication date: 1993-08-19

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur mikroskopischen Betrachtung dreidimensionaler Struk turen.

Der mit einem Lichtmikroskop gerade noch auflösbare Abstand s berechnet sich nach folgender Formel:

wobei A die numerische Apparatur des Objektivs, n der Brechungsindex, α der Öffnungswinkel des Mikroskops und λ die Wellenlänge das Licht ist. Zur Erzielung einer hohen Auflösung muß also der Öffnungswinkel groß gewählt werden. Dadurch wird jedoch die Tiefenschärfe T

zwangsläufig verringert. Bei einer Auflösung von 1 µm und einer Wellenlänge von 500 nm kann maximal eine Tiefenschärfe von 1 ,5 µm erreicht werden. Dies bedeutet, daß jeweils nur eine Ebene eines Objektes scharf abgebil det wird. Typische Objekte insbesondere in der Licht mikroskopie sind jedoch dreidimensional mit einer deutli chen Ausdehnung auch in vertikaler Richtung, so daß nur eine unzureichende Abbildung bes Objekts mit einem Licht mikroskop möglich ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einerseits die hohe Auflösung bei großer Aperturblende zu nutzen und andererseits dennoch die gesamte Tiefe des Untersuchungs objektes scharf betrachten zu können.

Die gestellte Aufgabe wird durch ein Verfahren der ein gangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß nacheinander verschiedene horizontale Ebenen der betrach teten Struktur im Mikroskop scharfgestellt werden, die erhaltenen Bilder jeweils aufgenommen und zwischengespei chert werden, anschließend die zwischengespeicherten Bilder überlagert und in den Strahlengang des Mikroskops eingeblendet werden. In jeder untersuchten Ebene werden andere Strukturen scharf abgebildet und anschließend aus sämtlichen aufgenommenen Bildern die Summe aller scharfen Bereiche gebildet. Es entsteht somit für den Beobachter ein scharfes Bild des betrachteten Objektes in seiner ge samten Tiefe. Dabei können die einzelnen zwischengespei cherten Bilder vor der Überlagerung hochpaßgefiltert wer den, um nur die scharfen Bereiche vor der Überlagerung herauszufiltern. Die Einblendung des entstehenden gesamt bildes kann vorteilhafterweise in Bereichen geringer Schärfe des Mikroskopbildes erfolgen. Dabei können die unscharfen Bildbereiche mittels eines Filters ausgeblendet werden. Es ist außerdem möglich, die zwischengespeicherten Bilder vor und/oder nach ihrer Überlagerung insbesondere zur Kontrastverschärfung beispielsweise durch Reduzierung der Graustufen elektronisch aufzubereiten. Zur Einsparung von Speicherplatz kann auch nur das erste aufgenommene Bild vollständig und von den weiteren Bildern nur die Teile, von denen noch keine Bildinformation vorliegt, zwischengespeichert werden.

Zur Durchführung des Verfahrens der Erfindung wird eine Vorrichtung mit einem Mikroskop mit verstellbarer Brenn ebene und mindestens einer Einrichtung zur Bildaufnahme eingesetzt, bei der die Einrichtung zur Bildaufnahme mit einem Hochpaßfilter und einem elektronischen Rechner, der eine Speichereinheit aufweist und der eine Bildausgabe einheit ansteuert, verbunden ist. Die Bildausgabeeinheit kann dabei zweckmäßigerweise so angeordnet sein, daß ihr Bild in den Strahlengang des Mikroskops einblendbar ist. Es sind jedoch auch zusätzliche Bildausgabeeinheiten wie Bildschirm, Plotter oder Drucker an den elektronischen Rechner anschließbar.

Die Einrichtung zur Bildaufnahme kann beispielsweise eine CCD-Kamera oder eine Videokamera sein. Scanner sind jedoch ebenfalls einsetzbar. Die Brennebene des Mikroskops kann entweder durch Verstellen des Präparattisches oder des Objektivs oder auch der Position der Bildaufnahmeeinrich tung einstellbar sein, um die sukzessive Aufnahme der jeweils scharf gestellten Objektbereiche zu ermöglichen.

Nachfolgend wird anhand der Zeichnung ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.

Die Zeichnung zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Auf einem in nicht näher dargestellter Weise höhenver stellbaren Präparattisch 10 ist eine dreidimensionale Struktur 11, die mit der Vorrichtung untersucht werden soll, angeordnet. Von einem zur Beobachtung eingesetzten Lichtmikroskop sind nur eine Okularlinse 12, eine Objek tivlinse 13, zwei halbdurchlässige Spiegel 14 und 15, ein vollreflektierender Spiegel 16 sowie der Strahlengang 17 des Lichts von der betrachteten Struktur 11 bis zum Auge 18 eines Beobachters dargestellt. Die Objektivlinse 13 bildet aufgrund der großen Apertur nur eine Ebene der Struktur 11 - im dargestellten Fall die Oberflächen schicht - über eine Sammellinse 19 auf einer Bildaufnahme einrichtung 20, beispielsweise einem CCD-Chip scharf ab. Das aufgenommene Bild wird mit einem zweidimensionalen Hochpaß 21 gefiltert und von einem Schwellwertschalter 22 bewertet. Das nach dem Schwellwertschalter 22 entstehende Signal 23 enthält nur noch die scharfen Bildanteile, die in einem Addierer 24 zum ungefilterten, zuerst aufgenom menem Bild addiert und in einem Zwischenspeicher 25 abgelegt werden. Der Zwischenspeicher 25 ist Bestandteil eines durch einen gestrichelten Kasten angedeuteten elektronischen Rechners 26, der eine Überlagerung 27 sämt licher im Zwischenspeicher 25 abgelegten Teilbilder vor nimmt und das entstehende Bildsignal 28 einer Bildausgabe einheit 29 zuführt. Von dieser Bildausgabeeinheit 29 aus wird das Bild über die Rückseite des halbdurchlässigen Spiegels 15 in den Strahlengang 17 des Mikroskops einge blendet und der Okularlinse 12 zugeführt. Die Einblendung des Bildes erfolgt dabei in den Bereichen, an denen die Bildschärfe des direkt dem Auge 18 des Beobachters zuge leiteten Bildes der untersuchten Struktur 11 gering ist. Die unscharfen Bereiche des direkten Bildes, daß über die drei Spiegel 14, 16 und 15 auf die Okularlinse 12 reflek tiert wird, werden mit einen LCD-Filter 30, das im Strah lengang zwischen dem voll reflektierenden Spiegel 16 und dem halbdurchlässigen Spiegel 15 angeordnet und von dem durch einen Inverter 31 invertierten Bildsignal 23 angesteuert ist, ausgeblendet. Auf diese Weise gelangen nur scharfe Anteile des Mikroskopbildes sowie das auf bereitete Bild aus der Bildausgabeeinheit 29 zum Auge 18 des Beobachters.

Selbstverständlich besteht auch die Möglichkeit, die zwi schengespeicherten und durch den Rechner 26 aufbereiteten Bilder auf einem Bildschirm 32 oder auch einem Plotter oder Drucker darzustellen. Hierbei ist auch eine gedrehte Darstellung der Struktur 11 möglich, wobei der Benutzer über eine Eingabeeinheit 33 die gewünschten Drehwinkel vorgeben kann, die anschließend von einer Einheit 34 des Rechners 26 in Raumkoordinaten umgerechnet werden.

Das Verfahren der Erfindung ist nicht nur für Licht mikroskope, sondern auch für Laser-, Raster- oder Scann- Mikroskope einsetzbar. Bei der Untersuchung von licht undurchlässigen Strukturen 11 werden zwei Bildaufnahme einrichtungen, von denen eine oberhalb und eine unter halb der zu untersuchenden Struktur 11 angeordnet ist, eingesetzt.

Claims

1 . Verfahren zur mikroskopischen Betrachtung drei dimensionaler Strukturen, dadurch gekennzeichnet, daß nacheinander verschiedene horizontale Ebenen der betrachteten Struktur (11) im Mikroskop scharfgestellt werden, die erhaltenen Bilder jeweils aufgenommen (20) und zwischengespeichert (25) werden, anschließend die zwischengespeicherten Bilder überlagert (27) und in den Strahlengang (17) des Mikroskops eingeblendet werden (29).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bilder vor der Zwischenspeicherung (25) hochpaß gefiltert werden (21).

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die Einblendung (29) in Bereichen geringer Schärfe des Mikroskopbildes erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß unscharfe Bereiche des Mikroskopbildes mittels eines Filters (30) in der Brennebene der Objektivlinse (13) ausgeblendet werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bilder vor und/oder nach ihrer Überlagerung, insbesondere zur Kontrastverschärfung, elektronisch aufbereitet werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß nur das erste aufgenommene Bild vollständig und von den weiteren Bildern nur die Teile, von denen noch keine Bildinformation vorliegt, zwischengespeichert werden.

7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, mit einem Mikroskop mit ver stellbarer Brennebene und Amindestens einer Einrichtung zur Bildaufnahme, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Bildaufnahme (20) mit einem Hochpaß filter (21) und einem elektronischen Rechner (26), der eine Speichereinheit (25) aufweist und der eine Bildausgabeeinheit (29) ansteuert, verbunden ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildausgabeeinheit (29) so angeordnet ist, daß ihr Bild in den Strahlengang (17) des Mikroskops ein blendbar ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekenn zeichnet, daß zusätzliche Bildausgabeeinheiten (32) wie Bildschirm, Plotter oder Drucker an den elektroni schen Rechner (26) angeschlossen sind.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Bildaufnahme (20) eine CCD-Kamera ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Bildaufnahme (20) eine Kathodenstrahlröhre ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Bildaufnahme (20) ein Scanner ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennebene durch Verstellen des Präparattisches (10) einstellbar ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennebene durch Verstellen des Objektivs einstellbar ist.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennebene durch Verstellen der Position der Einrichtung zur Bildaufnahme (20) einstellbar ist.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennebene durch Verstellen der Position der Sammellinse (19) einstellbar ist.