WO2016030390A2 - Phasenkontrast-bildgebung - Google Patents

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WO2016030390A2
WO2016030390A2 PCT/EP2015/069469 EP2015069469W WO2016030390A2 WO 2016030390 A2 WO2016030390 A2 WO 2016030390A2 EP 2015069469 W EP2015069469 W EP 2015069469W WO 2016030390 A2 WO2016030390 A2 WO 2016030390A2
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image
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Lars STOPPE
Christoph HUSEMANN
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Carl Zeiss Ag
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    • G06T2207/20Special algorithmic details
    • G06T2207/20212Image combination

Definitions

  • the present application relates to a method of generating a phase contrast image of an object and a corresponding optical device.
  • the present application relates to techniques in which the object is illuminated sequentially from at least two illumination directions and the phase contrast image is generated based on corresponding intensity images.
  • phase contrast image In the optical imaging of objects, it may often be desirable to create a so-called phase contrast image.
  • a phase contrast image is at least a part of the
  • Image contrast caused by a phase shift of the light by the imaged object In particular, those objects with comparatively higher contrast can be imaged, which cause no or only a slight weakening of the amplitude of the light, but a significant phase shift (phase objects).
  • phase objects Typically, biological samples as an object in a microscope can have a greater phase change than
  • phase contrast imaging techniques such as the
  • the present invention relates to a method of generating a phase contrast image of an object with an optical device.
  • the method comprises sequentially illuminating the object from at least two illumination directions.
  • the method further comprises detecting, for each illumination direction, an intensity image of the object during illumination from the respective illumination direction.
  • the method further comprises combining output images to obtain a
  • Phase contrast image of the object is based on the detected
  • the at least two illumination directions are each assigned to a pair of illumination directions.
  • the at least two illumination directions can each form pairs or be arranged in pairs. It may be possible that a lighting direction is always associated with only one pair. However, it would also be possible for at least some of the illumination directions to be associated with a plurality of pairs.
  • the optical device may be a microscopy device.
  • the phase contrast image can enlarge the object.
  • the at least two illumination directions may include different angles with the axis of the optical device along which an idealized light beam undergoes little or no deflection (optical axis).
  • the intensity images of the object may be combined from two or three or more arbitrary directions of illumination that include a different angle with the optical axis. Then, a certain phase contrast component in the phase contrast image can already arise. ). While the intensity images typically have no or no significant phase contrast, the phase contrast image can be generated by combining the output images which has a significant phase contrast component.
  • the illumination directions of a pair could be symmetrical with respect to the optical axis and / or a plane including the optical axis. It would be alternatively or additionally possible that as an alternative or additional criterion of
  • Belonging to two lighting directions to a pair of a time of lighting and detecting is taken into account; e.g. those illumination directions can form a pair for which the respective intensity image is detected immediately or in rapid succession; such could e.g. a certain robustness against movement artifacts can be achieved.
  • a subsequent evaluation for generating the phase contrast image can also be taken into account; e.g. For example, for the two intensity images of a pair, a single output image could always be generated by combining these intensity images.
  • Correlating angles can be e.g. mean substantially equal angles or substantially equal in terms of magnitude angles;
  • accuracy such as e.g.
  • Lighting directions or the optical device are Lighting directions or the optical device.
  • the illumination vectors may be defined with respect to an origin of the optical device, such as with respect to the object and / or an intersection of a focal plane with the optical axis.
  • a length of the illumination vectors may e.g. an amplitude of
  • Lighting from the respective lighting direction correspond; at the following
  • illumination vector with the optical axis may correspond to the angle of the respective illumination direction.
  • Illumination directions include an angle with each other, which is greater than 10 °, preferably greater than 20 °, more preferably greater than 40 °. It would alternatively or additionally also be possible for illumination vectors of a pair of
  • Lighting directions each include an angle with the optical axis, which is greater than 5 °, preferably greater than 10 °, more preferably greater than 20 °. It can thus be achieved that a difference vector between the two illumination vectors of a pair of illumination directions has a significant component perpendicular to the optical axis; this can particularly increase the phase contrast in the phase contrast image.
  • Illumination directions of a pair of illumination directions by rotation about the optical axis of the optical device by an angle greater than 25 °, preferably greater than 50 °, particularly preferably greater than 85 ° into each other can be transferred.
  • the difference vector becomes particularly large.
  • the two illumination directions of a pair of illumination directions may also be arranged such that associated illumination vectors include by rotation about the optical axis by an angle of 160 ° to 200 °, advantageously 175 ° to 185 °, most advantageously 180 ° with each other. It would also be possible that the associated
  • Illumination vectors by rotation about the optical axis by an angle of 70 ° to 1 10 °, preferably from 85 ° to 95 °, particularly advantageous of 90 ° into each other can.
  • the two illumination vectors of a pair of illumination directions may lie in a plane and be arranged symmetrically or substantially symmetrically with respect to the optical axis.
  • the optical axis may lie in this plane (be included by this plane), for example, when a rotation through 180 °, the two illumination vectors into each other.
  • a comparatively large phase contrast component can be obtained in the phase contrast image, because the two
  • Lighting directions of a pair are arranged so complementary to each other.
  • phase contrast component in the phase contrast image may increase. For example, it would be possible to have multiple pairs of
  • Lighting directions to consider For example, it would be possible to sequentially select the object from 2 or 4 or 6 or 8 lighting directions or more
  • Illuminate lighting directions For example, it would be possible for a first pair of illumination directions to include a first difference vector thereof
  • a second pair of illumination directions may correspond to a second difference vector of associated illumination vectors
  • the first and second difference vectors may be at an angle to each other
  • an angle of 70 ° to 1 10 ° preferably from 85 ° to 95 °, particularly advantageously of 90 °.
  • a first plane may be defined by the illumination vectors of a first pair of illumination directions.
  • a second level may e.g. be defined by the illumination vectors of a second pair of illumination directions.
  • the first level and the second level may e.g. enclose an angle of 70 ° to 1 10 ° with each other, preferably from 85 ° to 95 °, particularly advantageously from 90 °.
  • the planes can e.g. be defined by the fact that the respective illumination vectors lie in the plane. It would also be possible for the planes to be defined by a normal vector oriented parallel to a difference vector of the respective illumination vectors; the optical axis can lie in the plane.
  • Lighting directions thus include a comparatively large angle of up to 90 ° with each other; This allows the phase contrast in the phase contrast image along
  • phase contrast component in the Phase contrast image to be particularly large along such image directions, for the
  • Illumination vectors of a pair of illumination directions have a component perpendicular to the optical axis.
  • Phase contrast image to be particularly large along such directions for which the difference vector of the illumination vectors of a pair of illumination directions has a component perpendicular to the optical axis. Therefore, it may be desirable to use complementary and / or symmetrically arranged illumination directions. In order to produce an isotropic phase contrast in the phase contrast image, it may be desirable that the illumination directions include evenly distributed angles with the optical axis.
  • phase contrast image could have a significant phase contrast along a first image direction and a second phase contrast image could have a significant phase contrast along a second phase direction
  • the method of generating the phase contrast image according to the present aspect may be applied to a first pair of illumination directions and applied to a second pair of illumination directions, thereby producing the first phase contrast image and the second phase contrast image.
  • Illumination vectors of the first pair and the second pair may include an angle with each other, e.g. an angle of 70 ° to 1 10 °, preferably from 85 ° to 95 °, particularly advantageously of 90 °. It can then be achieved that the first phase contrast image has a significant phase contrast along another image direction than the second phase contrast image. A direction-dependent phase contrast can be generated. This can enable a particularly high information content in a subsequent evaluation or analysis of the phase contrast images.
  • Illumination directions by reflection at a first level can be converted into each other.
  • Illumination vectors of a second pair of illumination directions may be merged by mirroring on a second plane including the optical axis and perpendicular to the first plane. This may mean that difference vectors of illumination vectors of a pair of illumination direction enclose an angle of substantially 90 ° with each other. Then, the phase contrast image may have a high phase contrast along different directions.
  • Called lighting directions Basically, a variety of
  • Lighting devices are used to perform the lighting of the object with the different directions of illumination.
  • a scan mirror may be used e.g. be used in a field stop plane of the lighting device. It could also be an adaptive component in an aperture stop or illumination pupil of the
  • Lighting device used e.g. the lighting device according to German Patent Application 10 2014 101 219.4 could be used. It would also be possible for the lighting device to comprise a light-emitting diode array. For example, can they
  • Light-emitting diodes of the light-emitting diode arrays can be arranged according to a Cartesian grid, wherein unit cells of the grid can be configured square or rectangular. Other rasters may also be implemented, such as hexagonal rasters, etc. It would be e.g. also possible that the light emitting diode array one or more rings of light emitting diodes, e.g. includes with different radii. Then, e.g. by driving a particular light emitting diode of the light emitting diode array, which has a certain distance from the optical axis, a particular illumination direction can be implemented.
  • the method may e.g. for each pair of illumination directions comprises: driving a first light emitting diode of the light emitting diode array to illuminate the object from a first illumination direction; and driving a second light-emitting diode of the LED array for illuminating the object from a second illumination direction.
  • Light-emitting diode array can e.g. n have rows of LEDs and have m columns of LEDs.
  • the first light-emitting diode can correspond to the ij light-emitting diode of the light-emitting diode array;
  • the second light-emitting diode can be selected from the following group: n-i + 1; j light-emitting diode; i; m-j + 1 light emitting diode; n-i + 1; m-j + 1 LED.
  • i can thus denote a row index of the light-emitting diode array and thus be selected in the range from 1 to n
  • j can thus designate a column index of the light-emitting diode array and thus be selected in the range from 1 to m. Unless it is a square one
  • Light-emitting diode array, m n.
  • the particular geometric relationship discussed above can be implemented:
  • the selection of the second light-emitting diode according to n-i + 1; j or i; m-j + 1 may result in a scenario as described above in relation to the third level.
  • the choice of a second light emitting diode according to i; m-j + 1 and a third light-emitting diode according to n-i + 1; j the case of the third and fourth levels described above may arise.
  • Arrangement of lighting directions can be selected.
  • pairs of illumination directions can be selected that are in a certain geometric relationship to each other.
  • a pair may increase a phase contrast of structure of the lines in the phase contrast image perpendicular to a connection line within the pair, i. parallel to the difference vector; the connecting line within the pair may in this case correspond to a change in the difference of the illumination vectors.
  • a particularly rapid implementation of the method for generating the phase contrast image may be desirable; this can typically already be achieved with one or two pairs of illumination directions; if e.g. two pairs of
  • Phase contrast image can be achieved with a higher sampling rate of the space of the illumination directions; that is, in general, a larger number of pairs of illumination directions, e.g. evenly or statistically distributed over the corresponding space of lighting directions may be desirable.
  • Different oblique illumination directions can in particular increase the plasticity of the phase contrast image. While in particular those illumination directions have been discussed above that include a finite angle with the optical axis, in the
  • illumination direction that is parallel to the optical axis can be used. Besides the influence of a number of considered
  • Illumination directions or intensity images used on the phase contrast of the phase contrast image can also in terms of a signal-to-noise ratio, the
  • phase-contrast images are used to obtain the phase-contrast image, the less the phase contrast image will be.
  • Signal noise can eg by Photon noise and / or camera noise of the individual intensity images are caused.
  • the source images may correspond to the intensity images.
  • the source images can also be applied by applying certain
  • Post-processing steps are obtained from the intensity images; thereby it may e.g. be possible to produce the phase contrast image with a comparatively high phase contrast and / or comparatively high signal-to-noise ratio.
  • the output images may be obtained by applying an operator to the acquired intensity images.
  • the operator can e.g. selected from the following group: Amount; Square; Root; Sign inversion; Smoothing of pixels; Aberration correction of pixels; and normalizing to an average of pixel values of the respective one
  • normalizing to the average may include subtracting an average of pixel values of the respective intensity image from each pixel value of the respective intensity image to obtain a corresponding output image.
  • an output image is determined for each intensity image, that is to say a 1: 1 assignment between intensity images and output images. But it would also be possible that several intensity images are combined to form an output image. For example, Thus, the output image can be determined by combining multiple intensity images
  • the method further comprises: combining those
  • Intensity images corresponding to a pair of illumination directions each to an output image.
  • the illumination directions associated with a pair meet certain geometric relationships, such a particularly high phase contrast proportion can be obtained in the generated phase contrast image.
  • the thus obtained output images can then be combined again to produce the
  • Phase contrast image to produce By combining two intensity images of a pair of illumination directions into a respective one output image, a particularly great flexibility in the process of combining can be ensured. In particular, it may be possible, for example, in the
  • Combining the intensity images could be a subtraction of the respective ones
  • Output pictures may be an addition of the amounts of the output pictures to produce the
  • Phase contrast image include.
  • the technique of combining is not particularly limited.
  • the different output images may e.g. subtracted or added; The same applies to the intensity images, if they are combined to obtain an output image.
  • combining the output images may include a weighted summation of the output images.
  • each output image may be assigned a weighting factor.
  • the method may e.g. for each output image, further comprising: determining the weighting factor based on an angle that the
  • the corresponding illumination direction with the optical axis of the optical device includes.
  • the larger (smaller) the angle of the corresponding illumination direction with the optical axis the larger (smaller) the weighting factor can be determined.
  • a signal-to-noise ratio of the respective intensity image can typically be smaller (larger) for larger (smaller) angles of the respective illumination direction with the optical axis - with the amplitude of the corresponding illumination field remaining the same.
  • the weighting factor may be determined such that a component of the respective illumination vectors is parallel to the optical axis assumes a predetermined length, for example, the same length for the different directions of illumination.
  • Phase contrast image e.g. in particular compared to techniques which combine flatly different lighting directions to the right and left of the optical axis.
  • the illumination with light is such that the light in the optical path of the optical device between the object and a detector does not pass through elements selected from the group: polarizing filter; Prism; Wollaston prism; Phase ring; Gray filter.
  • elements selected from the group: polarizing filter; Prism; Wollaston prism; Phase ring; Gray filter e.g. DIC technology or the Zernike technique.
  • illumination can be done with incoherent light.
  • the illumination of the object can also be done with white light, which has a significant spectral width. It may also be possible to design the illumination device of the optical device comparatively inexpensively and robustly against errors.
  • the detection optics may be dispensable within the detection optics, i. between object and detector to make modifications to the conventional intensity imaging. This may allow to use techniques described above in various microscopes. In particular, in comparison to the DIC technique, the Zernike technique and other techniques that interfere with the detection optics, such as. the streaking method or the helical one
  • Phase contrast this has the effect of increased flexibility in use. Furthermore, by combining the phase intensity images to produce the phase contrast image, it can be ensured that even thin samples appear bright in the phase contrast image - this is particularly advantageous in comparison to phase contrast imaging techniques that are known in the art Dark field illumination based. With a suitable choice of the illumination directions, as described above, it can further be ensured that the phase contrast in the generated phase contrast image is uniformly increased in different directions. In particular, in comparison to the conventional technique of oblique illumination such an improved phase contrast image can be generated.
  • a diaphragm of the illumination device equal to or substantially equal to a diaphragm of the detection device of the optical device;
  • Such can, for example, in comparison with the
  • Phase contrast image is proportional to a phase shift.
  • conventional image space operating techniques e.g. dark field illumination, oblique illumination, the DIC technique, the Zernike phase contrast, the Schlieren method or the helical phase contrast
  • Other techniques that instead - as in the present
  • Picture space - operate in spatial frequency space, such as Fourier ptychography typically requires more extensive and complex computational steps than the present techniques operating in image space. Therefore, especially in real time applications or applications where rapid generation of the phase contrast image is desirable, the application of the present technique may be particularly desirable.
  • Weighting factors in a weighted summation of the output images e.g. be customized or customized by a user.
  • an optimized phase contrast of the generated phase contrast image can be made possible for a particular examined sample; in particular, this may be possible without having to undertake a hardware intervention in the optical device.
  • this can provide a simplified adaptation to the conventional phase contrast imaging techniques
  • Imaging parameters can be adapted more robustly and safely. It may also be possible to adjust the imaging parameters retrospectively, ie after the illumination and detection of the object. This can increase flexibility in imaging. Furthermore, amplitude information of the imaged object is taken into account in the result image. This can especially in comparison to the prior art dark field illumination an advantage.
  • the present application relates to an optical device.
  • the optical device is arranged to generate a phase contrast image of an object.
  • the optical device comprises a lighting device that is set up to illuminate the object from at least two illumination directions.
  • the at least two illumination directions are each assigned to a pair of illumination directions.
  • the optical device includes a detector configured to be for each
  • the optical device further comprises an arithmetic unit configured to be based on the acquired intensity images
  • the lighting device may comprise a light-emitting diode array.
  • the light-emitting diodes of the light-emitting diode array can illuminate the object with incoherent light.
  • the optical device may be arranged to perform the method of generating a phase contrast image according to another aspect of the present application.
  • the present application relates to a method for generating a phase contrast image of an object with an optical device.
  • the method includes illuminating the object from a direction of illumination.
  • the illumination direction includes a finite angle with the optical axis of the optical device.
  • the method further comprises capturing an intensity image of the object during the
  • Illuminate from the direction of illumination further comprises processing the intensity image to produce the phase contrast image. Processing the
  • Intensity image includes rescaling the phase contrast image. It may thus be possible to generate a phase contrast image based on only a single intensity image. By means of such techniques it may be possible to
  • Phase contrast image to produce particularly fast This can e.g. Have advantages in terms of moving samples. It may also be possible to illuminate the object with comparatively low light exposure. Furthermore, such a technique can reduce the effect
  • phase contrast image by the post-processing can be done very quickly.
  • the method to further include:
  • Phase contrast images e.g. a particularly high phase-contrast component can be generated in the phase-contrast image. It can also be achieved that a signal-to-noise ratio in the thus obtained phase contrast image is particularly high.
  • rescaling may comprise: subtracting an average value of pixel values of the intensity image from pixel values of the intensity image.
  • rescaling may comprise: subtracting an average value of pixel values of the intensity image from pixel values of the intensity image.
  • pixel values of the intensity image For example, can be the mean of all
  • Pixel values are each subtracted from each pixel value of the intensity image.
  • the pixel values may be e.g. be proportional to a brightness of the object at the position represented by the respective pixel.
  • the processing of the intensity image comprises further steps, e.g. Smoothing steps, etc. It would be e.g. possible that the processing of the
  • Intensity image continues to apply a magnitude operator to the rescaled
  • Intensity image includes.
  • applying the magnitude operator may cause the respective positive pixel value to be output for each pixel.
  • the application relates to an optical device which
  • the optical device comprises a lighting device which is adapted to turn the object from a
  • the illumination direction includes a finite angle with the optical axis of the optical device.
  • the illumination device further includes a detector configured to capture an intensity image of the object during the Illuminate from the direction of illumination.
  • the optical device further comprises a computing unit configured to process the intensity image to produce the phase contrast image. The processing involves rescaling the
  • the optical device according to the aspect currently discussed may be configured to perform a method of determining a phase contrast image according to another aspect of the present invention.
  • effects comparable to the effects that can be achieved for a method of determining a phase contrast image according to another aspect of the present invention can be achieved.
  • FIG. 1 illustrates, in two dimensions, the illumination of an object from two different illumination directions.
  • Fig. 2A illustrates three-dimensionally illuminating an object of four
  • Lighting directions, with two lighting directions form a pair.
  • FIG. 2B illustrates three-dimensionally illuminating an object from three different directions of illumination, with two illumination directions each forming a pair.
  • 3 schematically shows a light-emitting diode array that can be used to illuminate an object from different illumination directions.
  • 4A illustrates a procedure for generating a phase contrast image from intensity images acquired under illumination of an object from different illumination directions, wherein an output image is generated for each intensity image, wherein the
  • FIG. 4B illustrates a procedure for generating a phase contrast image from intensity images acquired under illumination of an object from different illumination directions, the intensity images being combined in pairs into an output image, the output images being combined to produce the phase contrast image.
  • Fig. 5 schematically illustrates an optical device.
  • FIG. 6 is a flowchart of a method for generating a phase contrast image.
  • Fig. 7 shows a dependency of weighting factors on an angle of corresponding illumination directions for the weighted summation of output images.
  • Fig. 8 illustrates illuminating the object from an illumination direction which includes a finite angle with the optical axis.
  • FIG. 9 illustrates pixel values of an intensity image captured for the illumination direction of FIG. 8.
  • Fig. 10 corresponds to Fig. 9, wherein the pixel values have been rescaled.
  • Fig. 11 corresponds to Fig. 10, wherein an absolute value operator has been applied to the pixel values.
  • Connections and couplings between functional units and elements can also be implemented as an indirect connection or coupling.
  • a connection or coupling may be implemented by wire or wireless.
  • Functional units can as
  • the phase contrast image may be generated based on a single intensity image.
  • the phase contrast image may be generated; by combining output images based on the intensity images, the phase contrast can be obtained in the phase contrast image.
  • the lighting directions can be arranged in pairs and in each case the
  • Intensity images are combined to form an output image that corresponds to a pair of
  • Output images are combined to produce the phase contrast image.
  • phase contrast of the phase contrast image can be determined by suitable choice of
  • Lighting directions are controlled.
  • a geometric relationship of those illumination directions associated with a pair can provide a certain contribution to the phase contrast.
  • two illumination directions of a pair of illumination directions may correlate with the optical axis of the optical angle
  • the correlating angle may mean, for example, that the two illumination directions of a pair are symmetrical with respect to the optical axis or in any case enclose equal angles with the latter in terms of magnitude.
  • a phase contrast that is isotropic or anisotropic over different image directions of the phase contrast image can be generated in a targeted manner.
  • the phase contrast can also be determined quantitatively, as long as the illumination direction and possibly other parameters of the respective illumination fields, such as amplitude, etc., are known.
  • it may be desirable that two illumination directions of a pair of illumination directions include as large an angle as possible, eg, greater than 10 ° or greater than 20 ° or greater than 40 °.
  • a first illumination direction of a pair of illumination directions includes a first angle with the optical axis, eg greater than 5 ° or greater than 10 ° or greater than 20 °. It may also be desirable that a second illumination direction of a pair of
  • Illuminating directions includes a second angle with the optical axis, e.g. is greater than 5 ° or greater than 10 ° or greater than 20 °.
  • Lighting directions and the optical axis can be a comparatively large
  • Phase contrast component in the phase contrast image are obtained.
  • phase contrast images to produce It is not necessary to provide further optical elements in the region of a detector of the optical device.
  • illumination with light may be such that the light in the optical path of the optical device between the object and the detector does not pass through elements selected from the group consisting of: polarization filters; Prism; Wollaston prism; Phase ring; Gray filter.
  • polarization filters e.g. the DIC technique
  • Wollaston prism Wollaston prism
  • Phase ring Phase ring
  • Gray filter e.g. the DIC technique
  • FIG. 1 first, a one-dimensional view of a first illumination direction 1 10-1 and a second illumination direction 1 10-2 is shown.
  • FIG. 1 also shows the optical axis 120 and the illuminated object 100.
  • the first illumination direction 1 10-1 includes a first angle 1 1 1 -1 with the optical axis 120.
  • the second illumination direction 1 10-2 includes a second angle 1 1 1 -2 with the optical axis 120.
  • the first illumination direction 1 10-1 and the second illumination direction 1 10-2 are arranged symmetrically with respect to the optical axis 120.
  • the angles 1 1 1 -1, 1 1 1 -2 are equal in magnitude (if, starting from the optical axis 120, the value of the angle of zero is counted up, but, depending on the direction, provided with a sign).
  • the illumination vectors may terminate in the object 100 and may include an angle with the optical axis 120 corresponding to the angle 1 1 1 -1, 1 1 1 -2 of the respective illumination device 1 10-1, 1 10-2.
  • FIG. 2A Such a scenario is shown in three dimensions in FIG. 2A.
  • Fig. 2A, 4 are
  • Illumination directions 1 10-1 - 1 10-4 represented by illumination vectors
  • Illumination directions 1 10-1 - 1 10-4 include equal angles with the optical axis 120.
  • a first illumination direction 1 10-1 can be converted by rotation about the optical axis 120 by an angle of 180 ° into a third illumination direction 1 10-3.
  • the first illumination direction 1 10-1 and the third illumination direction 1 10-3, as well as the optical axis 120 are in a first plane 201 -1 (shown in dashed lines in Fig. 2A).
  • the first illumination direction 1 10-1 and the third illumination direction 1 10-3 form a pair of illumination directions.
  • associated intensity images of the first and third illumination directions 1 10-1, 1 10-3 may be combined to form an output image, e.g. by subtraction or addition of these intensity images.
  • a second illumination direction 1 10-2 can be converted by a rotation about the optical axis 120 from 180 ° into a fourth illumination direction 1 10-4.
  • the second illumination direction 1 10-2, the fourth illumination direction 1 10-4, and the optical axis 120 lie in a second plane 201 -2 (shown in dashed lines in FIG. 2A).
  • Lighting directions 1 10-2, 1 10-4 are combined to form an output image.
  • the two output images thus obtained may in turn be combined to produce a phase contrast image, e.g. by subtraction or addition of these intensity images.
  • Phase contrast image may e.g. along the x and y directions indicated in Fig. 2A.
  • FIG. 2A also shows a connecting line or a first difference vector 1 15-1 of the illumination vectors of the first pair of illumination directions 1 10-1, 1 10-3. There is also a second difference vector 1 15-2 the
  • Illumination vectors of the second pair of illumination directions 1 10-2, 1 10-4 shown. It can be seen from FIG. 2A that these difference vectors 1 15-1, 15-2 also enclose an angle of 90 ° with each other, corresponding to the first and second planes 201 - 1, 201 - 2. Typically, the first pair of illumination directions increases 1 10-1, 1 10-3 den
  • Phase contrast along different image directions of the phase contrast image to produce Phase contrast along different image directions of the phase contrast image to produce.
  • those directions along which there is a high phase contrast are tilted by 45 ° with respect to the xy image axis phase contrast image.
  • pairs of illumination directions 1 10-1 - 1 10-4 it may also be possible to generate increased phase contrast along the xy image axes of the phase contrast image.
  • Fig. 2B the illumination directions 1 10-1 and 1 10-2 form a first pair.
  • the illumination directions 1 10-1, 1 10-4 form a second pair; this means that the second illumination direction 1 10-2 is associated with two pairs.
  • a third plane 201-3 (shown in dashed lines in FIG. 2B) includes the optical axis 120.
  • a fourth plane 201 - 4 (shown by dashed lines in Fig. 2B) includes the optical axis 120.
  • the third plane 201 - 3 and the fourth plane 201 - 4 are oriented perpendicular to each other.
  • Illumination directions 1 10-1, 1 10-2 of the first pair can be converted into one another by reflections of the third plane 201 -3.
  • the illumination vectors 1 10 -1, 10 10-4 of the second pair of illumination directions can be converted into each other by reflections of the fourth plane 201 -4.
  • the difference vectors 1 15-1, 1 15-2 of the first and second pairs of illumination directions 1 10-1, 1 10-2, 1 10-4 are oriented perpendicularly at an angle of 90 ° to each other (See also Fig. 2A).
  • the difference vectors 1 15-1, 1 15-2 are each oriented parallel to the x, y image axes of the phase contrast image (unlike in FIG.
  • Output images can then be combined into a single phase contrast image.
  • This phase contrast image in turn has a comparatively isotropically distributed
  • first phase contrast image for the first pair of illumination directions 1 10-1, 1 10-2 and to generate a second phase contrast image for the second pair of illumination directions 1 10-1, 1 10-4.
  • These two phase contrast images then have an increased phase contrast along different image directions.
  • This may be advantageous, for example, in the analysis of properties of the imaged object 100.
  • the first phase contrast image which is determined based on the first pair of illumination directions 1 10-1, 1 10-2, has an increased phase contrast along the y-image direction.
  • the second phase contrast image which is determined based on the second pair of illumination directions 1 10-1, 1 10-4, has an increased phase contrast along the x-image direction.
  • FIGS. 2A and 2B Highly symmetric cases were shown in FIGS. 2A and 2B, respectively.
  • Fig. 2A it is possible to convert pair-forming illumination directions 1 10-1 - 1 10-4 by rotation about the optical axis by an angle of substantially 180 ° into each other.
  • Fig. 2B it is possible to convert pair-forming illumination directions 1 10-1 - 1 10-4 by rotation about the optical axis 120 by an angle of substantially 90 ° into each other.
  • FIG. 2A it is possible to convert pair-forming illumination directions 1 10-1 - 1 10-4 by rotation about the optical axis by an angle of substantially 180 ° into each other.
  • Fig. 2B it is possible to convert pair-forming illumination directions 1 10-1 - 1 10-4 by rotation about the optical axis 120 by an angle of substantially 90 ° into each other.
  • the first illumination direction 1 10-1 can be converted by rotation about the optical axis 120 by 90 ° in the second illumination direction 1 10-2 and by -90 ° in the fourth illumination direction 1 10 4th
  • the illumination directions can be converted into each other by a different angle of rotation about the optical axis 120. So it would be possible for the couple to form
  • Illumination directions 1 10-1 - 1 10-4 by rotation about the optical axis 120 by an angle other than 90 ° or 180 °, e.g. an angle greater than 25 °, or preferably greater than 50 ° can be converted into each other.
  • an angle other than 90 ° or 180 ° e.g. an angle greater than 25 °, or preferably greater than 50 °
  • the illumination directions can be 1 10-1 - 1 10-4 of a pair of
  • Illumination directions include different angles with the optical axis 120.
  • Such geometric relationship as described with reference to FIGS. 2A and 2B can be implemented, for example, by various lighting devices which only one provide a finite number of possible illumination directions 1 10-1 - 1 10-4. In other words - depending on the lighting device - only very specific
  • Lighting directions 1 10-1 - 1 10-4 can be realized. Then, e.g. respectively the
  • FIG. 3 shows an example of a lighting device 51 1 in the form of a light-emitting diode (LED) array.
  • the LED array 51 1 in FIG. 3 comprises 4 rows of LEDs and 4 columns of LEDs arranged symmetrically with respect to the optical axis 120.
  • the LED 300-1 1 can be controlled.
  • the LED 300-10 can be driven.
  • the LED 300-6 can be driven.
  • the LED 300-7 can be controlled.
  • the following LEDs may correspond to 300-1-300-16 pairs of illumination directions 1 10-1 -1 10-4: LED 300-1 and LED 300-12 , LED 300-5 and LED 300-9; LED 300-2 and LED 300-14; LED 300-6 and LED 300-10; LED 300-2 and LED 300-15; LED 300-7 and LED 300-1 1; LED 300-4 and LED 300-16; LED 300-8 and LED 300-12.
  • the respective intensity images of a pair of illumination directions 1 10-1 - 1 10-4 may be subtracted to obtain an output image, respectively. The thus obtained output images may then be summed to produce a first phase contrast image.
  • the first phase contrast image then has a particularly high phase contrast along the x image direction. Accordingly, it would also be possible to combine the following LEDs 300-1 -300-16 respectively into pairs of illumination directions 1 10-1 - 1 10-4 to produce a high phase contrast along the y-direction: LEDs 300-1 and LED 300-4; LED 300-5 and LED 300-8; LED 300-2 and LED 300-3; LED 300-6 and LED 300-7; LED 300-9 and LED 300-12; LED 300-13 and LED 300-16; LED 300-10 and LED 300-1 1; LED 300-14 and LED 300-15.
  • Lighting direction 1 10-1 - 1 10-14 which corresponds to the activation of the corresponding LED 300-1 - 300-16.
  • the method comprising: driving a first light-emitting diode 300-1 - 300-16 for illuminating the object from a first illumination direction 1 10-1 - 1 10-4 and driving a second LED 300-1 - 300-4 to illuminate the object from a second illumination direction 1 10-1 - 1 10-4.
  • the first LED 300-1 - 300-16 then has the row index i and the column index j.
  • the second LED 300-1 - 300-16 can then have the row index n-i + 1 and have the unchanged column index j, cf. Illumination directions 1 10-1, 1 10-2 in the scenario of FIG. 2B.
  • the second LED 300-1 - 300-16 may also have the unchanged row index i and have the column index m-j + 1, cf. Illumination directions 1 10-1, 1 10-4 in the scenario of FIG. 2B. It is also possible that the second LED 300-1 - 300-16 the
  • Illumination directions 1 10-1, 1 10-3, and the pair-forming illumination directions 1 10-2, 1 10-4 of Fig. 2A are Illumination directions 1 10-1, 1 10-3, and the pair-forming illumination directions 1 10-2, 1 10-4 of Fig. 2A.
  • FIG. 3 While a scenario in which a Cartesian grid of LEDs 300-1-300-16 was used is discussed in FIG. 3, generally, another arrangement of LEDs 300-1-100-16 may be used for the LED array 51 1 to use. For example, it would be possible to use a circular array of LEDs 300-1 - 100-16 as the LED array 51 1. Then it would be e.g. in particular possible, the above with reference to Figs. 2A and 2B discussed
  • FIG. 4A the combining of intensity images 401 -1 - 401 -6 is shown.
  • three pairs 420-1-420-3, each consisting of two intensity images 401-1-401 -6, are obtained.
  • the first pair 420-1 could correspond to the intensity images 401 -1, 401 -2 of the illumination direction 1 10-1 and the illumination direction 1 10-3 (see Fig. 2A).
  • a corresponding output image 402-1 - 402-6 is determined for each of the intensity images 401 -1 - 401 -6 (represented by the horizontal arrow in FIG. 4A).
  • the output images 402-1 - 402-6 correspond to the intensity images 401 -1 - 401 -6. It can also be an operator on the captured
  • Intensity images 401 -1 - 401 -6 are applied to produce the output images 402-1 - 402-6.
  • the operator could be selected from the following group: Amount; Square; Root; Sign inversion; Smoothing of pixels; Aberrationkorrkektur of pixels and normalizing to an average of pixel values of the respective
  • Phase contrast image 410 combined. This combining can e.g. by summation,
  • Pairs 420-1-420-3 an inverse sign is obtained compared to a second output image 402-1 - 402-6.
  • weighting factors for the individual output images 402-1 - 402-6 can furthermore be used
  • FIG. 4B shows another technique for generating the phase contrast image 410.
  • two intensity images 401 -1 - 401 -6 of a pair 420-1 - 420-3 are combined into one output image 402-1 - 402-2, e.g. by addition,
  • the optical device 500 comprises a lighting device 51 1, e.g. in the form of the LED array (see Fig. 3) may be implemented.
  • the object 100 is held by a sample holder 513 in an optical path of the light from the illumination device 51 1 to a detector 512.
  • a lighting device 51 1 e.g. in the form of the LED array (see Fig. 3)
  • the object 100 is held by a sample holder 513 in an optical path of the light from the illumination device 51 1 to a detector 512.
  • a detector 512 for example, can a
  • Transmission geometry can be implemented, in which the sample holder 513 is disposed between the lighting device 51 1 and the detector 512. It would also be possible to implement a reflection geometry. Furthermore, the optical device 500 has a computing unit 514 that may be configured to perform the various steps for
  • the optical device 500 may further include a memory 515, e.g. a non-volatile memory or volatile memory.
  • the memory 515 may be corresponding
  • Control information for the computing unit 514 may be included to enable it to perform the various techniques for generating the phase contrast image as described above.
  • FIG. 6 shows a flow diagram of a method for generating the phase contrast image.
  • the process starts with step S601.
  • the object 100 is illuminated.
  • the illumination can be done with incoherent light.
  • the light with which the object 100 is illuminated in step S601 may have a significant bandwidth, i. it can not be monochromatic.
  • the object 100 could be illuminated with white light in step S601.
  • the illumination of the object 100 takes place in step S601 from at least two illumination directions 1 10-1 - 1 10-4.
  • the object is read in step S601 e.g. initially illuminated from a first illumination direction 1 10-1 - 1 10-4 and at the same time an intensity image 401 -1 - 401 -6 is detected. Then, the illumination of the object 100 takes place from a second one
  • the intensity images 401 -1 - 401 -6 are combined to produce the phase contrast image 410.
  • Various techniques may be used for combining become. In particular, when combining, weighting factors can be taken into account that also determine an influence of the different intensity images 401 -1 - 401 -6 or output images 402-1 - 402-6 based on them, which phase contrast image.
  • the two intensity images 401 -1 - 401 -6 of a pair can each be combined to form an output image 402-1 - 402-6.
  • FIG. 7 shows an exemplary dependency of the influence of the different intensity images 401 -1 - 401 -6 on the phase contrast image 410 as a function of the angle 1 1 1, which the respective illumination direction 1 10-1 - 1 10-4 with the optical axis 120 includes, shown.
  • FIG. 8 shows a scenario in which the object 100 is composed of a single object
  • Illumination direction 1 10-1 is illuminated. For this, e.g. a single LED 300-1 - 300-16 are turned on. From Fig. 8 it can be seen that the illumination direction 1 10-1 includes a finite angle 1 1 1 -1 with the optical axis 120. The object 100 in Fig. 8 has two stepped edges or rims and forms a plateau therebetween.
  • FIG. 9 pixel values of the intensity image 401 -1 are shown in the x-z plane. It can be seen from FIG. 9 that at the edge of the object 100 shown on the left-hand side (right-hand side) in FIG. 8, the pixel values assume particularly large (small) values. In the area of the plateau of the object 100, the pixel values assume substantially constant values. Then, the intensity image 401 -1 is processed to generate the phase contrast image 410.
  • FIG. 10 shows the rescaled intensity image 401 -1 and denotes output image 402-1. For this purpose, an average value of the pixel values of the intensity image 401 -1 is determined and this mean value is then subtracted from all pixel values. Therefore, in the illustration of Fig. 10, the curve of the pixel values shifts downward.
  • Pixel value returns the amount. Furthermore, a smoothing can take place. This will do that
  • Phase contrast image 410 generated see Fig. 1 1.
  • the phase contrast image 410 can therefore be generated comparatively simply, for example, only on the basis of a single intensity image 401 -1 - 401 -6, which has a significant phase contrast component.
  • Illumination directions 1 10-1 - 1 10-4 then combine to form a result image, e.g. to improve the signal-to-noise ratio or to obtain an isotropic phase contrast component in the resulting image thus obtained.
  • a result image e.g. to improve the signal-to-noise ratio or to obtain an isotropic phase contrast component in the resulting image thus obtained.
  • Phase contrast image to produce e.g. be spoken of a digital phase gradient contrast.
  • special optical elements e.g. Prisms, etc., according to conventional techniques of phase-contrast imaging.

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Abstract

Ein Objekt (100) wird aus mindestens einer Beleuchtungsrichtung (110-1, 110-2) beleuchtet. Für jede Beleuchtungsrichtung (110-1, 110-2) wird ein Intensitätsbild des Objekts (100) während des Beleuchtens erfasst. Basierend auf dem mindestens einen Intensitätsbild wird ein Phasenkontrastbild des Objekts (100) erzeugt.

Description

Beschreibung Phasenkontrast-Bildgebung
Die vorliegende Anmeldung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen eines Phasenkontrastbilds eines Objekts und eine entsprechende optische Vorrichtung. Insbesondere betrifft die vorliegende Anmeldung Techniken, bei denen das Objekt sequentiell aus mindestens zwei Beleuchtungsrichtungen beleuchtet wird und basierend auf entsprechenden Intensitätsbildern das Phasenkontrastbild erzeugt wird.
In der optischen Bildgebung von Objekten kann es häufig erstrebenswert sein, ein sogenanntes Phasenkontrastbild zu erzeugen. In einem Phasenkontrastbild ist zumindest ein Teil des
Bildkontrasts durch eine Phasenverschiebung des Lichts durch das abgebildete Objekt bedingt. Damit können insbesondere solche Objekte mit vergleichsweise höheren Kontrast abgebildet werden, die keine oder nur eine geringe Schwächung der Amplitude des Lichts bewirken, jedoch eine signifikante Phasenverschiebung (Phasenobjekte). Typischerweise können biologische Proben als Objekt in einem Mikroskop eine größere Phasenänderung als
Amplitudenänderung des elektromagnetischen Felds bewirken.
Es sind verschiedene Techniken zur Phasenkontrast-Bildgebung bekannt, etwa die
Dunkelfeldbeleuchtung, die schiefe Beleuchtung, der Differenzieller Interferenzkontrast (DIC) oder der Zernike-Phasenkontrast. Weitere Techniken wären z.B. die sog. Schlieren-Methode (engl, knife edge) oder der helikale Phasenkontrast.
Solch vorgenannte Techniken weisen diverse Nachteile oder Einschränkungen auf. So ist es bei der DIC-Technik, der Zernike-Technik, der Schlieren-Methode und dem helikalen
Phasenkontrast typischerweise notwendig, gegenüber konventioneller Amplituden-Bildgebung zusätzliche optische Elemente zwischen Probe und Detektor im Bereich der sogenannten Detektionsoptik bereitzustellen. Die kann zu konstruktiven Einschränkungen insbesondere bei modular aufgebauten Mikroskopen führen. Kosten werden typischerweise erhöht. Bei dünnen Proben tragen bei einer Dunkelfeldbeleuchtung typischerweise nur wenige Photonen zur Bildentstehung bei, was zu verrauschten Bildern mit geringerer Qualität führen kann. Eine nachfolgende Auswertung oder Analyse der Bildern kann nicht oder nur eingeschränkt möglich sein. Eine schiefe Beleuchtung führt typischerweise zu einer unsymmetrischen Kontraststeigerung, was wiederum eine verringerte Qualität der Bilder bewirken kann.
Deshalb besteht ein Bedarf für verbesserte Techniken der Phasenkontrast-Bildgebung.
Insbesondere besteht ein Bedarf für solche Techniken, welche einen robusten und einfachen Aufbau der optischen Vorrichtung ermöglichen und die eine gute Bildqualität ermöglichen.
Diese Aufgabe wird von den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Die abhängigen Ansprüche definieren Ausführungsformen.
Gemäß einem Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Erzeugen eines Phasenkontrastbilds eines Objekts mit einer optischen Vorrichtung. Das Verfahren umfasst das sequentielle Beleuchten des Objekts aus mindestens zwei Beleuchtungsrichtungen. Das Verfahren umfasst weiterhin für jede Beleuchtungsrichtung das Erfassen eines Intensitätsbilds des Objekts während des Beleuchtens aus der jeweiligen Beleuchtungsrichtung. Das Verfahren umfasst weiterhin das Kombinieren von Ausgangsbildern zum Erhalten eines
Phasenkontrastbilds des Objekts. Die Ausgangsbilder basieren auf den erfassten
Intensitätsbildern. Die mindestens zwei Beleuchtungsrichtungen sind jeweils einem Paar von Beleuchtungsrichtungen zugeordnet.
In anderen Worten können die mindestens zwei Beleuchtungsrichtungen jeweils Paare bilden bzw. paarweise angeordnet sein. Dabei kann es möglich sein, dass eine Beleuchtungsrichtung immer nur einem Paar zugeordnet ist. Es wäre aber auch möglich, dass zumindest einige der Beleuchtungsrichtungen mehreren Paaren zugeordnet sind.
Z.B. kann die optische Vorrichtung eine Mikroskopievorrichtung sein. Das Phasenkontrastbild kann also das Objekt vergrößert abbilden. Die mindestens zwei Beleuchtungsrichtungen können insbesondere unterschiedliche Winkel mit derjenigen Achse der optischen Vorrichtung einschließen, entlang derer ein idealisierter Lichtstrahl keine oder nur eine geringe Ablenkung erfährt (optische Achse). In einer einfachen Implementierung können z.B. die Intensitätsbilder des Objekts aus zwei oder drei oder mehreren beliebigen Beleuchtungsrichtungen kombiniert werden, die einen unterschiedlichen Winkel mit der optischen Achse einschließen. Dann kann sich bereits ein bestimmter Phasenkontrast-Anteil im Phasenkontrastbild ergeben. ). Während die Intensitätsbilder typischerweise keinen oder keinen signifikanten Phasenkontrast aufweisen, kann durch das Kombinieren der Ausgangsbilder das Phasenkontrastbild erzeugt werden, welches einen signifikanten Phasenkontrast-Anteil aufweist. Insbesondere im Vergleich zu anderen herkömmlichen Techniken der Phasenkontrast-Bildgebung kann mit dem vorliegend beschriebenen Verfahren der Effekt einer besonders einfachen Implementierung der
Phasenkontrast-Bildgebung einerseits, als auch der Effekt einer besonders einfachen und damit kostengünstigen und robusten Ausgestaltung der optischen Vorrichtung erzielt werden.
Insbesondere kann es möglich sein, verschiedene herkömmliche Mikroskopievorrichtungen gemäß der hier beschriebenen Technik zu verwenden, ohne das eine Modifikation einer Detektionsoptik notwendig wäre. Es können unterschiedliche Kriterien für die Zuordnung von zwei Beleuchtungsrichtungen zu einem Paar gelten. Z.B. können geometrische Kriterien der Beleuchtungsrichtungen eines Paars gelten, etwa in Bezug auf die optische Achse; derart kann es z.B. möglich sein, einen besonders hohen Phasenkontrastanteil in dem Phasenkontrastbild zu erzeugen. Z.B. könnten die Beleuchtungsrichtungen eines Paars symmetrisch in Bezug auf die optische Achse und / oder eine Ebene, die die optische Achse beinhaltet, angeordnet sein. Es wäre aber alternativ oder zusätzlich auch möglich, dass als alternatives oder zusätzliches Kriterium der
Zugehörigkeit von zwei Beleuchtungsrichtungen zu einem Paars ein Zeitpunkt des Beleuchtens und Erfassens berücksichtigt wird; z.B. können diejenigen Beleuchtungsrichtungen ein Paar bilden, für die unmittelbar oder zeitnah hintereinander das jeweilige Intensitätsbild erfasst wird; derart könnte z.B. eine gewisse Robustheit gegenüber Bewegungsartefakten erzielt werden. Im Allgemeinen kann als alternatives oder zusätzliches Kriterium für die Zugehörigkeit von zwei Beleuchtungsrichtungen zu einem Paar auch eine nachfolgende Auswertung zum Erzeugen des Phasenkontrastbilds berücksichtigt werden; z.B. könnte immer für die zwei Intensitätsbilder eines Paars ein einzelnes Ausgangsbild durch Kombinieren dieser Intensitätsbilder erzeugt werden.
Es wäre möglich, dass die zwei Beleuchtungsrichtungen eines Paars korrelierende Winkel mit der optischen Achse einschließen. Korrelierende Winkel kann z.B. bedeuten: im Wesentlichen gleiche Winkel oder im Wesentlichen betragsmäßig gleiche Winkel; im Wesentlichen kann insbesondere in Bezug auf technische Begrenzungen in der Genauigkeit, wie z.B.
systematische oder statistische Fehler im Erfassen der Intensitätsbilder durch die optische Vorrichtung und / oder baulich bedingte Limitation einer Beleuchtungsvorrichtung der optischen Vorrichtung charakterisiert sein. Sofern zwar absolut verschiedene, aber z.B. innerhalb der Genauigkeit der optischen Vorrichtung gleiche Winkel implementiert sind, kann dies ein solches Kriterium der im Wesentlichen gleichen Winkel erfüllen. Solche Kriterien gelten nachfolgend auf entsprechende Angaben von Winkeln und / oder anderen Eigenschaften von
Beleuchtungsrichtungen oder der optischen Vorrichtung.
Zur Beschreibung von geometrischen Eigenschaften der Beleuchtungsrichtungen kann es hilfreich sein, die Beleuchtungsrichtungen durch einen Beleuchtungsvektor zu beschreiben. Die Beleuchtungsvektoren können in Bezug auf einen Ursprung der optischen Vorrichtung definiert sein, etwa in Bezug auf das Objekt und / oder einen Schnittpunkt einer Fokusebene mit der optischen Achse. Eine Länge der Beleuchtungsvektoren kann z.B. einer Amplitude der
Beleuchtung aus der jeweiligen Beleuchtungsrichtung entsprechen; bei nachfolgender
Erörterung der Orientierung von verschiedenen Beleuchtungsvektoren kann es entbehrlich sein, eine Länge der Beleuchtungsvektoren zu berücksichtigen. Der Winkel den ein
Beleuchtungsvektor mit der optischen Achse einschließt, kann dann dem Winkel der jeweiligen Beleuchtungsrichtung entsprechen. Z.B. kann es erstrebenswert sein, dass Beleuchtungsvektoren eines Paars von
Beleuchtungsrichtungen einen Winkel miteinander einschließen, der größer als 10° ist, vorzugsweise größer als 20°, besonders vorzugsweise größer als 40° ist. Es wäre alternativ oder zusätzlich auch möglich, dass Beleuchtungsvektoren eines Paars von
Beleuchtungsrichtungen jeweils einen Winkel mit der optischen Achse einschließen, der größer als 5° ist, vorzugsweise größer als 10°, besonders vorzugsweise größer als 20° ist. Derart kann erreicht werden, dass ein Differenzvektor zwischen den beiden Beleuchtungsvektoren eines Paars von Beleuchtungsrichtungen eine signifikante Komponente senkrecht zur optischen Achse aufweist; dies kann den Phasenkontrast im Phasenkontrastbild besonders stark erhöhen. Insbesondere kann es möglich sein, dass die Beleuchtungsvektoren von zwei
Beleuchtungsrichtungen eines Paars von Beleuchtungsrichtungen durch Rotation um die optische Achse der optischen Vorrichtung um einen Winkel von größer als 25°, vorzugsweise von größer als 50°, besonders vorzugsweise von größer als 85° ineinander überführt werden können. Hierdurch wird der Differenzvektor besonders groß.
Die zwei Beleuchtungsrichtungen eines Paars von Beleuchtungsrichtungen können auch derart angeordnet sein, dass zugehörige Beleuchtungsvektoren durch Rotation um die optische Achse um einen Winkel von 160° bis 200°, vorteilhaft von 175° bis 185°, besonders vorteilhaft von 180° miteinander einschließen. Es wäre auch möglich, dass die zugehörigen
Beleuchtungsvektoren durch Rotation um die optische Achse um einen Winkel von 70° bis 1 10°, vorteilhaft von 85° bis 95°, besonders vorteilhaft von 90° ineinander überführt werden können. In anderen Worten können die zwei Beleuchtungsvektoren eines Paars von Beleuchtungsrichtungen in einer Ebene liegen und symmetrisch oder im Wesentlichen symmetrisch in Bezug auf die optische Achse angeordnet sein. Die optische Achse kann in dieser Ebene liegen (von dieser Ebene beinhaltet sein), z.B. wenn eine Rotation um 180° die beiden Beleuchtungsvektoren ineinander überführt. Derart kann ein vergleichsweise großer Phasenkontrast-Anteil im Phasenkontrastbild erhalten werden, denn die zwei
Beleuchtungsrichtungen eines Paars sind derart komplementär zueinander angeordnet.
Im Allgemeinen kann es erstrebenswert sein, eine größere Anzahl von Beleuchtungsrichtungen zum Erhalten des Phasenkontrastbildes zu verwenden. Insbesondere kann bei entsprechender Anordnung der verschiedenen Beleuchtungsrichtungen der Phasenkontrast-Anteil in dem Phasenkontrastbild zunehmen. Zum Beispiel wäre es möglich, mehrere Paare von
Beleuchtungsrichtungen zu berücksichtigen. Zum Beispiel wäre es möglich, das Objekt sequentiell aus 2 oder 4 oder 6 oder 8 Beleuchtungsrichtungen oder mehr
Beleuchtungsrichtungen zu beleuchten. Zum Beispiel wäre es möglich, dass ein erstes Paar von Beleuchtungsrichtungen einen ersten Differenzvektor von zugehörigen
Beleuchtungsvektoren bestimmt. Ein zweites Paar von Beleuchtungsrichtungen kann entsprechend einen zweiten Differenzvektor von zugehörigen Beleuchtungsvektoren
bestimmen. Der erste und zweite Differenzvektor können einen Winkel miteinander
einschließen, z.B. einen Winkel von 70° bis 1 10°, vorteilhaft von 85° bis 95°, besonders vorteilhaft von 90°.
Es wäre entsprechend auch möglich, dass eine erste Ebene durch die Beleuchtungsvektoren eines ersten Paars von Beleuchtungsrichtungen definiert ist. Eine zweite Ebene kann z.B. durch die Beleuchtungsvektoren eines zweiten Paars von Beleuchtungsrichtungen definiert sein. Die erste Ebene und die zweite Ebene können z.B. einen Winkel von 70° bis 1 10° miteinander einschließen, vorteilhaft von 85° bis 95°, besonders vorteilhaft von 90°. Die Ebenen können z.B. dadurch definiert sein, dass die jeweiligen Beleuchtungsvektoren in der Ebene liegen. Es wäre auch möglich, dass die Ebenen durch einen Normalenvektor definiert sind, der parallel zu einem Differenzvektor der jeweiligen Beleuchtungsvektoren orientiert ist; die optische Achse kann in der Ebene liegen.
Derart können Differenzvektoren der Beleuchtungsvektoren der beiden Paare von
Beleuchtungsrichtungen also einen vergleichsweise großen Winkel von bis zu 90° miteinander einschließen; dadurch kann der Phasenkontrast in dem Phasenkontrastbild entlang
verschiedener Bildrichtungen erhöht werden. Z.B. kann ein Phasenkontrast-Anteil in dem Phasenkontrastbild besonders groß entlang solcher Bildrichtungen sein, für die
Beleuchtungsvektoren eines Paar von Beleuchtungsrichtungen eine Komponente senkrecht zur optischen Achse aufweisen. Insbesondere kann ein Phasenkontrast-Anteil in dem
Phasenkontrastbild besonders groß entlang solcher Richtungen sein, für die der Differenzvektor aus den Beleuchtungsvektoren eines Paars von Beleuchtungsrichtungen eine Komponente senkrecht zur optischen Achse aufweist. Deshalb kann es erstrebenswert sein, komplementär und / oder symmetrisch angeordnete Beleuchtungsrichtungen zu verwenden. Um einen isotropen Phasenkontrast in dem Phasenkontrastbild zu erzeugen kann es erstrebenswert sein, dass die Beleuchtungsrichtungen gleichmäßig verteilte Winkel mit der optischen Achse einschließen.
Es wäre z.B. möglich, mehrere Phasenkontrastbilder zu erzeugen, die einen
richtungsabhängigen Phasenkontrast aufweisen. Z.B. könnte ein erstes Phasenkontrastbild einen signifikanten Phasenkontrast entlang einer ersten Bildrichtung aufweisen und ein zweites Phasenkontrastbild könnte einen signifikanten Phasenkontrast entlang einer zweiten
Bildrichtung aufweisen, wobei die erste und zweite Bildrichtung einen Winkel miteinander einschließen, z.B. einen Winkel von 70° bis 1 10°, vorteilhaft von 85° bis 95°, besonders vorteilhaft von 90°. Z.B. kann das Verfahren zum Erzeugen des Phasenkontrastbilds gemäß dem gegenwärtigen Aspekt für ein erstes Paar von Beleuchtungsrichtungen angewendet werden und für ein zweites Paar von Beleuchtungsrichtungen angewendet werden, wodurch das erste Phasenkontrastbild und das zweite Phasenkontrastbild erzeugt wird. Differenzvektoren der jeweiligen
Beleuchtungsvektoren des ersten Paars und des zweiten Paars können einen Winkel miteinander einschließen, z.B. einen Winkel von 70° bis 1 10°, vorteilhaft von 85° bis 95°, besonders vorteilhaft von 90°. Dann kann erreicht werden, dass das erste Phasenkontrastbild einen signifikanten Phasenkontrast entlang einer anderen Bildrichtung aufweist, als das zweite Phasenkontrastbild. Ein richtungsabhängiger Phasenkontrast kann erzeugt werden. Dies kann einen besonders hohen Informationsgehalt bei einer nachfolgenden Auswertung oder Analyse der Phasenkontrastbilder ermöglichen.
Entsprechend wäre es möglich, dass Beleuchtungsvektoren eines ersten Paars von
Beleuchtungsrichtungen durch Spiegelung an einer ersten Ebene, die die optische Achse beinhaltet, ineinander überführt werden können. Beleuchtungsvektoren eines zweiten Paars von Beleuchtungsrichtungen können durch Spiegelung an einer zweiten Ebene, die die optische Achse beinhaltet und senkrecht zur der ersten Ebene steht, ineinander überführt werden. Dies kann bedeuten, dass Differenzvektoren von Beleuchtungsvektoren eines Paars von Beleuchtungsrichtung einen Winkel von im Wesentlichen 90° miteinander einschließen. Dann kann das Phasenkontrastbild entlang verschiedener Richtungen einen hohen Phasenkontrast aufweisen.
Voranstehend wurden verschiedene geometrische Anordnungen der mindestens zwei
Beleuchtungsrichtungen genannt. Grundsätzlich können verschiedenste
Beleuchtungsvorrichtungen verwendet werden, um das Beleuchten des Objekts mit den verschiedenen Beleuchtungsrichtungen durchzuführen. Es kann etwa ein Scan-Spiegel z.B. in einer Feldblendenebene der Beleuchtungsvorrichtung verwendet werden. Es könnte auch eine adaptive Komponente in einer Aperturblende bzw. Beleuchtungspupille der
Beleuchtungsvorrichtung verwendet werden; z.B. könnte die Beleuchtungsvorrichtung gemäß Deutscher Patentanmeldung 10 2014 101 219.4 verwendet werden. Es wäre auch möglich, dass die Beleuchtungsvorrichtung ein Leuchtdioden-Array umfasst. Z.B. können die
Leuchtdioden des Leuchtdioden-Arrays gemäß eines kartesischen Raster angeordnet sein, wobei Einheitszellen des Rasters quadratisch oder rechtecksförmig ausgestaltet sein können. Auch andere Raster können implementiert sein, etwa hexagonale Raster etc. Es wäre z.B. auch möglich, dass das Leuchtdioden-Array einen oder mehrere Ringe von Leuchtdioden, z.B. mit verschiedenen Radien umfasst. Dann kann z.B. durch Ansteuern einer bestimmten Leuchtdiode des Leuchtdioden-Arrays, die einen bestimmten Abstand gegenüber der optischen Achse aufweist, eine bestimmte Beleuchtungsrichtung implementiert werden.
So kann das Verfahren z.B. für jedes Paar von Beleuchtungsrichtungen umfassen: Ansteuern einer ersten Leuchtdiode des Leuchtdioden-Arrays zum Beleuchten des Objekts aus einer ersten Beleuchtungsrichtung; und Ansteuern einer zweiten Leuchtdiode des Leuchtdioden- Arrays zum Beleuchten des Objekts aus einer zweiten Beleuchtungsrichtung. Das
Leuchtdioden-Array kann z.B. n Zeilen von Leuchtdioden aufweisen und m Spalten von Leuchtdioden aufweisen. Die erste Leuchtdiode kann der ij Leuchtdiode des Leuchtdioden- Arrays entsprechen; entsprechend kann die zweite Leuchtdiode aus folgender Gruppe ausgewählt sein: n-i+1 ;j Leuchtdiode; i;m-j+1 Leuchtdiode; n-i+1 ;m-j+1 Leuchtdiode. i kann also einen Zeilenindex des Leuchtdiodenarrays bezeichnen und damit im Bereich von 1 bis n gewählt werden, j kann also einen Spaltenindex des Leuchtdiodenarrays bezeichnen und damit im Bereich von 1 bis m gewählt werden. Sofern es sich um ein quadratischen
Leuchtdioden-Array handelt, gilt m=n. Durch ein solches, symmetrisch paarweises Ansteuern der Leuchtdioden, können insbesondere die besonderen geometrischen Beziehung, die voranstehend diskutiert wurden, implementiert werden: Für den Fall der Wahl der zweiten Leuchtdiode gemäß n-i+1 ;j oder i; m-j+1 kann sich ein Szenario wie voranstehend in Bezug auf die dritte Ebene beschrieben ergeben. Für den Fall der Wahl einer zweiten Leuchtdiode gemäß i; m-j+1 und einer dritten Leuchtdiode gemäß n- i+1 ;j kann sich der Fall oben beschriebene Fall der dritten und vierten Ebene ergeben. Für den Fall der Wahl der zweiten Leuchtdiode gemäß n-i+1 ;m-j+1 , kann sich der oben beschriebene Fall der Überführung der Beleuchtungsrichtungen durch Rotation um die optische Achse um einen Winkel von im Wesentlichen 180° ergeben.
Wie voranstehend erläutert, können im Allgemeinen eine unterschiedliche Anzahl und
Anordnung von Beleuchtungsrichtungen gewählt werden. Insbesondere können Paare von Beleuchtungsrichtungen gewählt werden, die zueinander in einer bestimmten geometrischen Beziehung stehen. In einem solchen Fall kann im Allgemeinen ein Paar einen Phasenkontrast von Struktur der Linien im Phasenkontrastbild senkrecht zu einer Verbindungslinie innerhalb des Paares erhöhen, d.h. parallel zum Differenzvektor; die Verbindungslinie innerhalb des Paares kann in diesem Fall einem Differenzwechsel der Beleuchtungsvektoren entsprechen. Im Allgemeinen kann ein besonders schnelles Durchführen des Verfahrens zum Erzeugen des Phasenkontrastbildes erstrebenswert sein; dies kann typischerweise bereits mit ein oder zwei Paaren von Beleuchtungsrichtungen erreicht werden; sofern z.B. zwei Paare von
Beleuchtungsrichtungen verwendet werden, können die zwei Paare um 90° gedreht sein. Im Allgemeinen kann eine gleichmäßigere Steigerung des Phasenkontrasts im erzeugten
Phasenkontrastbild mit einer höheren Abtastrate des Raums der Beleuchtungsrichtungen erreicht werden; das bedeutet, dass im Allgemeinen eine größere Anzahl von Paaren von Beleuchtungsrichtungen, die z.B. gleichmäßig oder statistisch über den entsprechenden Raum von Beleuchtungsrichtungen verteilt sind, erstrebenswert sein kann. Unterschiedlich schiefe Beleuchtungsrichtungen können insbesondere die Plastizität des Phasenkontrastbildes erhöhen. Während voranstehend insbesondere solche Beleuchtungsrichtungen diskutiert wurden, die einen endlichen Winkel mit der optischen Achse einschließen, so kann im
Allgemeinen auch diejenige Beleuchtungsrichtung, die parallel zur optischen Achse steht, verwendet werden. Neben dem Einfluss einer Anzahl von berücksichtigten
Beleuchtungsrichtungen bzw. verwendeter Intensitätsbilder auf den Phasenkontrast des Phasenkontrastbilds, kann auch hinsichtlich eines Signal-zu-Rausch-Verhältnisses das
Verwenden einer größeren Anzahl von Beleuchtungsrichtungen erstrebenswert sein. Im
Allgemeinen kann das Phasenkontrastbild weniger verrauscht sein, je mehr Intensitätsbilder zum Erhalten des Phasenkontrastbilds verwendet werden. Signalrauschen kann z.B. durch Photonenrauschen und/oder Kamerarauschen der einzelnen Intensitätsbilder verursacht werden.
Während voranstehend vornehmlich Techniken beschrieben wurden, welche die Art und / oder Anordnung der Beleuchtungsrichtungen betreffen, werden nachfolgend vornehmlich Techniken beschrieben, die das Erzeugen des Phasenkontrastbilds basierend auf den erfassten
Intensitätsbildern betreffen.
In einer einfachen Implementierung können die Ausgangsbildern den Intensitätsbildern entsprechen. Die Ausgangsbilder können aber auch durch Anwenden von bestimmten
Nachverarbeitungsschritten aus den Intensitätsbildern erhalten werden; dadurch kann es z.B. möglich sein, das Phasenkontrastbild mit einem vergleichsweise hohen Phasenkontrast und / oder vergleichsweise hohem Signal-zu-Rausch-Verhältnis zu erzeugen. Zum Beispiel können die Ausgangsbilder durch Anwenden eines Operators auf die erfassten Intensitätsbilder erhalten werden. Der Operator kann z.B. aus folgender Gruppe ausgewählt sein: Betrag; Quadrat; Wurzel; Vorzeichenumkehr; Glättung von Bildpunkten; Aberrationskorrektur von Bildpunkten; und Normieren auf einen Mittelwert von Bildpunktwerten des jeweiligen
Intensitätsbilds. Zum Beispiel kann das Normieren auf den Mittelwert umfassen: Subtrahieren eines Mittelwerts von Bildpunktwerten des jeweiligen Intensitätsbilds von jedem Bildpunktwert des jeweiligen Intensitätsbilds zum Erhalten eines entsprechenden Ausgangsbilds.
Im Allgemeinen ist es möglich, dass für jedes Intensitätsbild ein Ausgangsbild bestimmt wird, also eine 1 :1 -Zuordnung zwischen Intensitätsbildern und Ausgangsbildern vorliegt. Es wäre aber auch möglich, dass mehrere Intensitätsbilder zu einem Ausgangsbild zusammengefasst werden. Z.B. kann also das Ausgangsbild durch Kombinieren mehrerer Intensitätsbilder bestimmt werden
Es wäre z.B. möglich, dass das Verfahren weiterhin umfasst: Kombinieren derjenigen
Intensitätsbilder, die einem Paar von Beleuchtungsrichtungen entsprechen, zu jeweils einem Ausgangsbild. Insbesondere für den Fall, dass die Beleuchtungsrichtungen, die einem Paar zugeordnet sind, bestimmte geometrische Beziehungen erfüllen, kann derart ein besonders hoher Phasenkontrast-Anteil in dem erzeugten Phasenkontrastbild erhalten werden. Die derart erhaltenen Ausgangsbilder können dann wiederum Kombiniert werden, um das
Phasenkontrastbild zu erzeugen. Durch das Kombinieren von zwei Intensitätsbildern eines Paars von Beleuchtungsrichtungen zu jeweils einem Ausgangsbild kann eine besonders große Flexibilität bei dem Vorgang des Kombinierens gewährleistet werden. Insbesondere kann es z.B. möglich sein, bei dem
Kombinieren einzelne Intensitätsbilder stärker oder schwächer zu gewichten. Derart können z.B. bestimmte optische Effekte ausgeglichen werden, die durch einen Winkel, den die jeweilige Beleuchtungsrichtung mit der optischen Achse einschließt, auftreten können. Z.B. kann eine mittlere Intensität eines Intensitätsbildes, das unter einem größeren (kleineren) Winkel, den die jeweilige Beleuchtungsrichtung mit der optischen Achse einschließt, erfasst wurde, kleiner (größer) sein. Es kann möglich sein, solche Effekte durch geeignete Techniken des
Kombinierens auszugleichen. Insbesondere im Vergleich zu Techniken, bei denen eine größere Anzahl von Intensitätsbildern und / oder Ausgangsbildern auf einmal kombiniert wird, kann eine erhöhte Flexibilität erreicht werden.
Z.B. könnte das Kombinieren der Intensitätsbilder eine Subtraktion der jeweiligen
Intensitätsbilder zum Erhalten der Ausgangsbilder umfassen. Das Kombinieren der
Ausgangsbilder kann eine Addition der Beträge der Ausgangsbilder zum Erzeugen des
Phasenkontrastbilds umfassen.
Im Allgemeinen ist also die Technik des Kombinierens nicht besonders beschränkt. Die verschiedenen Ausgangsbilder können z.B. subtrahiert oder addiert werden; entsprechendes gilt für die Intensitätsbilder, sofern diese zum Erhalten eines Ausgangsbilds kombiniert werden.
Zum Beispiel kann das Kombinieren der Ausgangsbilder eine gewichtete Summation der Ausgangsbilder umfassen. Bei der gewichteten Summation kann jedem Ausgangsbild ein Wichtungsfaktor zugewiesen sein. Das Verfahren kann z.B. für jedes Ausgangsbild weiterhin umfassen: Bestimmen des Wichtungsfaktors basierend auf einem Winkel, den die
entsprechende Beleuchtungsrichtung mit der optischen Achse der optischen Vorrichtung einschließt. Zum Beispiel kann der Wichtungsfaktor umso größer (kleiner) bestimmt werden, je größer (kleiner) der Winkel der entsprechenden Beleuchtungsrichtung mit der optischen Achse ist. Typischweise kann nämlich ein Signal-zu-Rausch-Verhältnis des jeweiligen Intensitätsbilds kleiner (größer) für größere (kleinere) Winkel der jeweiligen Beleuchtungsrichtung mit der optischen Achse sein - bei gleichbleibender Amplitude des entsprechenden Beleuchtungsfelds. Derart kann z.B. für ein geringeres Signal-zu-Rausch-Verhältnis in den Intensitätsbildern für größere Winkel der Beleuchtungsrichtung kompensiert werden. Z.B. kann der Wichtungsfaktor derart bestimmt werden, dass eine Komponente der jeweiligen Beleuchtungsvektoren parallel zur optischen Achse eine vorbestimmte Länge annimmt, z.B. die gleiche Länge für die verschiedenen Beleuchtungsrichtungen.
Durch das Durchführen einer gewichtete Summation kann es also möglich sein, die
verschiedenen Einflüsse der verschiedenen Beleuchtungsrichtungen bzw. der verschiedenen Paaren von Beleuchtungsrichtungen auf die jeweiligen Intensitätsbilder bei dem Kombinieren zu berücksichtigen. Derart kann es möglich sein, ein besonders qualitativ hochwertiges
Phasenkontrastbild zu erzeugen - z.B. insbesondere im Vergleich zu Techniken, welche pauschal verschiedene Beleuchtungsrichtungen rechts und links der optischen Achse kombinieren.
Mittels der voranstehenden Techniken kann es entbehrlich sein, weitere optische Elemente, wie sie z.B. bei herkömmlichen Phasenkontrast-Bildgebungstechniken verwendet werden, zu verwenden. Insbesondere kann z.B. das Beleuchten mit Licht derart erfolgen, dass das Licht im optischen Pfad der optischen Vorrichtung zwischen dem Objekt und einem Detektor keine Elemente durchläuft, die aus folgender Gruppe ausgewählt sind: Polfilter; Prisma; Wollaston- Prisma; Phasenring; Graufilter. Insbesondere zu etablierten vorbekannten Techniken der Phasenkontrast-Bildgebung, wie z.B. der DIC-Technik oder der Zernike-Technik, kann so ein vereinfachter Aufbau der optischen Vorrichtung erreicht werden. Dies kann Betriebskosten senken oder eine Anfälligkeit des Betriebs gegenüber Fehlern reduzieren. Ferner kann es für das vorliegende Verfahren entbehrlich sein, besonders kohärentes Licht und/oder
monochromatisches Licht zu verwenden. Zum Beispiel kann das Beleuchten mit inkohärentem Licht erfolgen. Insbesondere kann das Beleuchten des Objekts auch mit Weißlicht erfolgen, welches eine signifikante spektrale Breite aufweist. Auch derart kann es möglich sein, die Beleuchtungsvorrichtung der optischen Vorrichtung vergleichsweise kostengünstig und robust gegenüber Fehlern auszugestalten.
Insbesondere kann es entbehrlich sein, innerhalb der Detektionsoptik, d.h. zwischen Objekt und Detektor, Modifikationen gegenüber der herkömmlichen Intensitätsbildgebung vorzunehmen. Dies kann es erlauben, vorbeschriebene Techniken in verschiedenen Mikroskopen einzusetzen. Insbesondere im Vergleich zu der DIC-Technik, der Zernike-Technik und anderen Techniken, die in die Detektionsoptik eingreifen, wie z.B. die Schlieren-Methode oder der helikale
Phasenkontrast, weist dies den Effekt einer erhöhten Flexibilität im Einsatz auf. Ferner kann, durch das Kombinieren der Phasenintensitätsbilder zum Erzeugen des Phasenkontrastbilds, sichergestellt werden, dass auch dünne Proben im Phasenkontrastbild hell erscheinen - dies ist insbesondere vorteilhaft im Vergleich zu Phasenkontrast-Bildgebungstechniken, die auf der Dunkelfeldbeleuchtung beruhen. Bei geeigneter Wahl der Beleuchtungsrichtungen, wie obenstehend beschrieben, kann ferner sichergestellt werden, dass der Phasenkontrast im erzeugten Phasenkontrastbild in unterschiedlichen Richtungen gleichmäßig bzw. zielgerichtet erhöht wird. Insbesondere im Vergleich zur konventionellen Technik der schiefen Beleuchtung kann derart ein verbessertes Phasenkontrastbild erzeugt werden. Ferner ist es mittels der voranstehend beschriebenen Techniken möglich, eine Blende der Beleuchtungsvorrichtung gleich oder im Wesentlichen gleich zu einer Blende der Detektionsvorrichtung der optischen Vorrichtung zu wählen; insbesondere kann es entbehrlich sein, dass die Beleuchtungsblende größer als die Detektionsblende ist. Derart kann, z.B. im Vergleich mit der
Dunkelfeldbeleuchtung, ein vereinfachter Aufbau der optischen Vorrichtung erhalten werden. Mittels der voranstehend beschriebenen Techniken kann es auch möglich sein, eine
quantitative Phasenrekonstruktion durchzuführen, bei der ein Kontrast des erzeugten
Phasenkontrastbilds proportional zu einer Phasenverschiebung ist. Insbesondere im Vergleich zu konventionellen im Bildraum operierenden Techniken, wie z.B. der Dunkelfeldbeleuchtung, der Schiefenbeleuchtung, der DIC-Technik, dem Zernike-Phasenkontrast, der Schlieren- Methode oder dem helikalen Phasenkontrast, kann derart ein besonders aussagekräftiges Phasenkontrastbild erzeugt werden. Weitere Techniken, die anstatt - wie vorliegend im
Bildraum - im Ortsfrequenz-Raum operieren, wie z.B. die Fourier-Ptychographie, benötigen typischerweise umfangreichere und komplexere Rechenschritte als die vorliegenden Techniken, die im Bildraum operieren. Deshalb kann insbesondere bei Echtzeitanwendungen oder solchen Anwendungen, bei denen eine schnelle Erzeugung des Phasenkontrastbilds wünschenswert ist, die Anwendung der vorliegenden Technik besonders erstrebenswert sein.
Im Allgemeinen ist das Kombinieren der Ausgangsbilder bzw. das Erzeugen der
Ausgangsbilder aus den Intensitätsbildern flexibel anpassbar. So können z.B. die
Wichtungsfaktoren bei einer gewichteten Summation der Ausgangsbilder z.B. probenabhängig oder durch einen Benutzer angepasst werden. Damit kann z.B. ein auf eine bestimmte untersuchte Probe optimierter Phasenkontrast des erzeugten Phasenkontrastbilds ermöglicht werden; insbesondere kann dies möglich sein, ohne einen Hardware-Eingriff in die optische Vorrichtung vornehmen zu müssen. Dies kann insbesondere im Vergleich zu herkömmlichen Techniken der Phasenkontrast-Bildgebung eine vereinfachte Anpassung der
Bildgebungsparameter zur Erzeugung des Phasenkontrastbilds erlauben; insbesondere können solche Bildgebungsparameter robuster und sicherer angepasst werden. Es kann auch möglich sein, die Bildgebungsparameter im Nachhinein, d.h. nach dem Beleuchten und Erfassen des Objekts anzupassen. Dies kann eine Flexibilität in der Bildgebung erhöhen. Ferner werden im Ergebnisbild Amplitudeninformationen des abgebildeten Objekts berücksichtigt. Dies kann insbesondere im Vergleich zur vorbekannten Technik der Dunkelfeldbeleuchtung ein Vorteil sein.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Anmeldung eine optische Vorrichtung. Die optische Vorrichtung ist eingerichtet, um ein Phasenkontrastbild eines Objekts zu erzeugen. Die optische Vorrichtung umfasst eine Beleuchtungsvorrichtung, die eingerichtet ist, um das Objekt aus mindestens zwei Beleuchtungsrichtungen zu beleuchten. Die mindestens zwei Beleuchtungsrichtungen sind jeweils einem Paar von Beleuchtungsrichtungen zugeordnet. Die optische Vorrichtung umfasst einen Detektor, der eingerichtet ist, um für jede
Beleuchtungsrichtung ein Intensitätsbild des Objekts während des Beleuchtens aus der jeweiligen Beleuchtungsrichtung zu erfassen. Die optische Vorrichtung umfasst ferner eine Recheneinheit, die eingerichtet ist, um auf den erfassten Intensitätsbildern basierende
Ausgangsbilder im Bildraum zum Erzeugen eines Phasenkontrastbilds des Objekts zu kombinieren.
Die Beleuchtungsvorrichtung kann ein Leuchtdioden-Array umfassen. Die Leuchtdioden des Leuchtdioden-Arrays können das Objekt mit inkohärentem Licht beleuchten.
Die optische Vorrichtung gemäß dem gegenwärtig diskutierten Aspekt der Anmeldung kann eingerichtet sein, um das Verfahren zum Erzeugen eines Phasenkontrastbilds gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Anmeldung durchzuführen.
Für eine solche optische Vorrichtung können Effekte erzielt werden, die vergleichbar sind mit den Effekten, die für das Verfahren zum Erzeugen eines Phasenkontrastbilds mit einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung erhalten werden können.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Anmeldung ein Verfahren zum Erzeugen eines Phasenkontrastbilds eines Objekts mit einer optischen Vorrichtung. Das Verfahren umfasst das Beleuchten des Objekts aus einer Beleuchtungsrichtung. Die Beleuchtungsrichtung schließt mit der optischen Achse der optischen Vorrichtung einen endlichen Winkel ein. Das Verfahren umfasst ferner das Erfassen eines Intensitätsbilds des Objekts während des
Beleuchtens aus der Beleuchtungsrichtung. Das Verfahren umfasst weiterhin das Verarbeiten des Intensitätsbilds zum Erzeugen des Phasenkontrastbilds. Das Verarbeiten des
Intensitätsbilds umfasst das Reskalieren des Phasenkontrastbilds. Es kann also möglich sein, basierend auf nur einem einzelnen Intensitätsbild ein Phasenkontrastbild zu erzeugen. Mittels solcher Techniken kann es möglich sein, das
Phasenkontrastbild besonders schnell zu erzeugen. Dies kann z.B. Vorteile in Bezug auf bewegte Proben haben. Es kann auch möglich sein, das Objekt mit vergleichsweise geringer Lichtexposition zu beleuchten. Ferner kann eine solche Technik den Effekt verringerter
Rechenkapazitäten beim Erzeugen des Phasenkontrastbilds aufweisen. So kann es z.B.
entbehrlich sein, mehrere Intensitätsbilder oder eine größere Anzahl von Intensitätsbildern zu Verarbeiten. Derart kann das Erzeugen des Phasenkontrastbilds durch das Nachverarbeiten besonders schnell geschehen.
Es wäre auch möglich, dass das Verfahren weiterhin umfasst:
wiederholtes Durchführen des Erfassens und des Verarbeitens des Intensitätsbilds für verschiedene Beleuchtungsrichtungen und Kombinieren der derart erzeugten
Phasenkontrastbilder. Derart kann z.B. ein besonders hoher Phasenkontrast-Anteil in dem Phasenkontrastbild erzeugt werden. Auch kann erreicht werden, dass ein Signal-zu-Rausch- Verhältnis in dem derart erhaltenen Phasenkontrastbild besonders hoch ist.
Im Allgemeinen können verschiedene Techniken für das Reskalieren angewendet werden. Z.B. kann das Reskalieren umfassen: Subtrahieren eines Mittelswerts von Bildpunktwerten des Intensitätsbilds von Bildpunktwerten des Intensitätsbilds. Z.B. kann der Mittelwert aller
Bildpunktwerte jeweils von jedem Bildpunktwert des Intensitätsbilds subtrahiert werden. Die Bildpunktwerte können z.B. proportional zu einer Helligkeit des Objekts an der durch den jeweiligen Bildpunkt abgebildeten Position sein. Im Allgemeinen ist es möglich, dass das Verarbeiten des Intensitätsbilds noch weitere Schritte umfasst, z.B. Glättungsschritte etc. Es wäre z.B. möglich, dass das Verarbeiten des
Intensitätsbilds weiterhin das Anwenden eines Betragsoperators auf das reskalierte
Intensitätsbild umfasst. Z.B. kann das Anwenden des Betragsoperators bewirken, dass für jeden Bildpunkt der jeweilige Bildpunktwert mit positivem Vorzeichen ausgegeben wird.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Anmeldung eine optische Vorrichtung, die
eingerichtet ist, um ein Phasenkontrastbild eines Objekts zu erzeugen. Die optische Vorrichtung umfasst eine Beleuchtungsvorrichtung, die eingerichtet ist, um das Objekt aus einer
Beleuchtungsrichtung zu beleuchten. Die Beleuchtungsrichtung schließt einen endlichen Winkel mit der optischen Achse der optischen Vorrichtung ein. Die Beleuchtungsvorrichtung umfasst ferner einen Detektor, der eingerichtet ist, um ein Intensitätsbild des Objekts während des Beleuchtens aus der Beleuchtungsrichtung zu erfassen. Die optische Vorrichtung umfasst ferner eine Recheneinheit, die eingerichtet ist, um das Intensitätsbild zum Erzeugen des Phasenkontrastbilds zu verarbeiten. Das Verarbeiten umfasst das Reskalieren des
Phasenkontrastbilds.
Z.B. kann die optische Vorrichtung gemäß dem gegenwärtig diskutierten Aspekt eingerichtet sein, um ein Verfahren zum Bestimmen eines Phasenkontrastbilds gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung durchzuführen. Für eine solche optische Vorrichtung können Effekte erzielt werden, die vergleichbar sind mit den Effekten, die für ein Verfahren zum Bestimmen eines Phasenkontrastbilds gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung erzielt werden können.
Die oben dargelegten Merkmale und Merkmale, die nachfolgend beschrieben werden, können nicht nur in den entsprechenden explizit dargelegten Kombinationen verwendet werden, sondern auch in weiteren Kombinationen oder isoliert, ohne den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Insbesondere kann es möglich sein, verschiedene Merkmale zu kombinieren, die voranstehend in Bezug auf Aspekte beschrieben wurden, bei denen das Phasenkontrastbild basierend auf einem oder mehreren Intensitätsbildern erzeugt wird.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im
Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im
Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden.
Fig. 1 illustriert zweidimensional das Beleuchten eines Objekts aus zwei unterschiedlichen Beleuchtungsrichtungen. Fig. 2A illustriert dreidimensional das Beleuchten eines Objekts aus vier
Beleuchtungsrichtungen, wobei jeweils zwei Beleuchtungsrichtungen ein Paar bilden.
Fig. 2B illustriert dreidimensional das Beleuchten eines Objekts aus drei unterschiedlichen Beleuchtungsrichtungen, wobei jeweils zwei Beleuchtungsrichtungen ein Paar bilden. Fig. 3 zeigt schematisch ein Leuchtdioden-Array, das zur Beleuchtung eines Objekts aus unterschiedlichen Beleuchtungsrichtungen verwendet werden kann.
Fig. 4A illustriert einen Ablauf zum Erzeugen eines Phasenkontrastbilds aus Intensitätsbildern, die unter Beleuchtung eines Objekts aus verschiedenen Beleuchtungsrichtungen erfasst wurden, wobei für jedes Intensitätsbild ein Ausgangsbild erzeugt wird, wobei die
Ausgangsbilder zum Erzeugen des Phasenkontrastbilds kombiniert werden.
Fig. 4B illustriert einen Ablauf zum Erzeugen eines Phasenkontrastbilds aus Intensitätsbildern, die unter Beleuchtung eines Objekts aus verschiedenen Beleuchtungsrichtungen erfasst wurden, wobei die Intensitätsbilder paarweise zu einem Ausgangsbild kombiniert werden, wobei die Ausgangsbilder zum Erzeugen des Phasenkontrastbilds kombiniert werden.
Fig. 5 illustriert schematisch eine optische Vorrichtung.
Fig. 6 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Erzeugen eines Phasenkontrastbilds.
Fig. 7 zeigt eine Abhängigkeit von Wichtungsfaktoren von einem Winkel von entsprechenden Beleuchtungsrichtungen für das gewichtete Summieren von Ausgangsbildern.
Fig. 8 illustriert das Beleuchten des Objekts aus einer Beleuchtungsrichtung, die einen endlichen Winkel mit der optischen Achse einschließt.
Fig. 9 illustriert Bildpunktwerte eines Intensitätsbilds, das für die Beleuchtungsrichtung der Fig. 8 erfasst wird.
Fig. 10 entspricht Fig. 9, wobei die Bildpunktwerte reskaliert wurden.
Fig. 1 1 entspricht der Fig. 10, wobei auf die Bildpunktwerte ein Betragsoperator angewendet wurde.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. In den Figuren bezeichnen gleiche
Bezugszeichen gleiche oder ähnliche Elemente. Die Figuren sind schematische
Repräsentationen verschiedener Ausführungsformen der Erfindung. In den Figuren dargestellte Elemente sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu dargestellt. Vielmehr sind die verschiedenen in den Figuren dargestellten Elemente derart wiedergegeben, dass ihre Funktion und genereller Zweck dem Fachmann verständlich wird. In den Figuren dargestellte
Verbindungen und Kopplungen zwischen funktionellen Einheiten und Elementen können auch als indirekte Verbindung oder Kopplung implementiert werden. Eine Verbindung oder Kopplung kann drahtgebunden oder drahtlos implementiert sein. Funktionale Einheiten können als
Hardware, Software oder eine Kombination aus Hardware und Software implementiert werden.
Nachfolgend werden Techniken zum Erzeugen eines Phasenkontrastbilds mittels einer optischen Vorrichtung erläutert. Diese Techniken beruhen auf einer Verarbeitung bzw.
Nachbearbeitung von einem oder mehreren Intensitätsbildern eines Objekts, die für bestimmte Beleuchtungsrichtungen erfasst werden. In einem Szenario kann basierend auf einem einzelnen Intensitätsbild das Phasenkontrastbild erzeugt werden. In einem weiteren Szenario kann basierend auf mehreren Intensitätsbildern das Phasenkontrastbild erzeugt werden; durch das Kombinieren von Ausgangsbildern, die auf den Intensitätsbildern basieren, kann der Phasenkontrast in dem Phasenkontrastbild erhalten werden. In einem solchen Szenario können die Beleuchtungsrichtungen insbesondere paarweise angeordnet sein und jeweils die
Intensitätsbilder zu einem Ausgangsbild kombiniert werden, die einem Paar von
Beleuchtungsrichtungen entsprechen. Anschließend können die derart erhaltenen
Ausgangsbilder kombiniert werden, um das Phasenkontrastbild zu erzeugen.
Der Phasenkontrast des Phasenkontrastbilds kann durch geeignete Wahl der
Beleuchtungsrichtungen gesteuert werden. Insbesondere kann eine geometrische Beziehung derjenigen Beleuchtungsrichtungen, die einem Paar zugeordnet sind, einen bestimmten Beitrag zum Phasenkontrast liefern. Z.B. können zwei Beleuchtungsrichtungen eines Paars von Beleuchtungsrichtungen korrelierende Winkel mit der optischen Achse der optischen
Vorrichtung einschließen. Der korrelierende Winkel kann z.B. bedeuten, dass die beiden Beleuchtungsrichtungen eines Paars symmetrisch in Bezug auf die optische Achse sind oder jedenfalls betragsmäßig gleiche Winkel mit dieser einschließen. Mittels solcher Ansätze kann z.B. ein über verschiedene Bildrichtungen des Phasenkontrastbilds isotroper oder anisotroper Phasenkontrast zielgerichtet erzeugt werden. Der Phasenkontrast kann auch quantitativ bestimmt werden, sofern die Beleuchtungsrichtung und ggf. weitere Parameter der jeweiligen Beleuchtungsfelder, wie Amplitude etc., bekannt sind. Im Allgemeinen kann es erstrebenswert sein, dass zwei Beleuchtungsrichtungen eines Paars von Beleuchtungsrichtungen einen möglichst großen Winkel miteinander einschließen, z.B. größer als 10° oder größer als 20° oder größer als 40°. Es kann auch erstrebenswert sein, dass eine erste Beleuchtungsrichtung eines Paars von Beleuchtungsrichtungen einen ersten Winkel mit der optischen Achse einschließt, der z.B. größer als 5° ist oder größer als 10° ist oder größer als 20° ist. Es kann auch erstrebenswert sein, dass eine zweite Beleuchtungsrichtung eines Paars von
Beleuchtungsrichtungen einen zweiten Winkel mit der optischen Achse einschließt, der z.B. größer als 5° ist oder größer als 10° ist oder größer als 20° ist. Durch solch vergleichsweise große Winkel zwischen den Beleuchtungsrichtungen eines Paars bzw. zwischen den
Beleuchtungsrichtungen und der optischen Achse kann ein vergleichsweise großer
Phasenkontrast-Anteil in dem Phasenkontrastbild erhalten werden.
Die vorliegenden Techniken erlauben es also durch geeignete Verarbeitung der
Intensitätsbilder, d.h. nach dem eigentlichen Erfassen, aus den Intensitätsbildern
Phasenkontrastbilder zu erzeugen. Es ist nicht notwendig, im Bereich eines Detektors der optischen Vorrichtung weitere optische Elemente vorzuhalten. Das Beleuchten mit Licht kann insbesondere derart erfolgen, dass das Licht im optischen Pfad der optischen Vorrichtung zwischen dem Objekt und dem Detektor keine Elemente durchläuft, die aus folgender Gruppe ausgewählt sind: Polfilter; Prisma; Wollaston-Prisma; Phasenring; Graufilter. Insbesondere im Vergleich zu etablierten Techniken der Phasenkontrast-Bildgebung, wie z.B. die DIC-Technik, kann derart ein vereinfachter und besonders robuster Aufbau der optischen Vorrichtung erreicht werden. Das Licht kann eine signifikante spektrale Bandbreite aufweisen und muss kein besonderes Kohärenzkriterium erfüllen.
In Fig. 1 ist zunächst eine eindimensionale Ansicht einer ersten Beleuchtungsrichtung 1 10-1 und einer zweiten Beleuchtungsrichtung 1 10-2 dargestellt. In Fig. 1 ist ferner die optische Achse 120 dargestellt, sowie das beleuchtete Objekt 100. Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, schließt die erste Beleuchtungsrichtung 1 10-1 einen ersten Winkel 1 1 1 -1 mit der optischen Achse 120 ein. Ferner schließt die zweite Beleuchtungsrichtung 1 10-2 einen zweiten Winkel 1 1 1 -2 mit der optischen Achse 120 ein. Insbesondere sind die erste Beleuchtungsrichtung 1 10-1 und die zweite Beleuchtungsrichtung 1 10-2 symmetrisch in Bezug auf die optische Achse 120 angeordnet. Die Winkel 1 1 1 -1 , 1 1 1 -2 sind betragsmäßig gleich (sofern, ausgehenden von der optischen Achse 120, der Wert des Winkels von Null hochgezählt wird; jedoch, in Abhängigkeit von der Richtung, mit einem Vorzeichen versehen).
Zur besseren geometrischen Beschreibung der Beleuchtungsrichtung 1 10-1 , 1 10-2 kann auf die Beleuchtungsvektoren zurückgegriffen werden. Die Beleuchtungsvektoren können in dem Objekt 100 enden und können einen Winkel mit der optischen Achse 120 einschließen, der dem Winkel 1 1 1 -1 , 1 1 1 -2 der jeweiligen Beleuchtungsvorrichtung 1 10-1 , 1 10-2 entspricht. Ein solches Szenario ist in Fig. 2A dreidimensional dargestellt. In Fig. 2A sind 4
Beleuchtungsrichtungen 1 10-1 - 1 10-4 mittels Beleuchtungsvektoren dargestellt; die
Beleuchtungsrichtungen 1 10-1 - 1 10-4 schließen gleiche Winkel mit der optischen Achse 120 ein. Eine erste Beleuchtungsrichtung 1 10-1 kann durch Rotation um die optische Achse 120 um einen Winkel von 180° in eine dritte Beleuchtungsrichtung 1 10-3 überführt werden.
Entsprechend liegen die erste Beleuchtungsrichtung 1 10-1 und die dritte Beleuchtungsrichtung 1 10-3, sowie die optische Achse 120 in einer ersten Ebene 201 -1 (in Fig. 2A gestrichelt dargestellt). Die erste Beleuchtungsrichtung 1 10-1 und die dritte Beleuchtungsrichtung 1 10-3 bilden ein Paar von Beleuchtungsrichtungen. Z.B. können zugehörige Intensitätsbilder der ersten und dritten Beleuchtungsrichtungen 1 10-1 , 1 10-3 zu einem Ausgangsbild kombiniert werden, z.B. durch Subtraktion oder Addition dieser Intensitätsbilder.
Aus Fig. 2A ist ferner ersichtlich, dass eine zweite Beleuchtungsrichtung 1 10-2 durch eine Rotation um die optische Achse 120 von 180° in eine vierte Beleuchtungsrichtung 1 10-4 überführt werden kann. Die zweite Beleuchtungsrichtung 1 10-2, die vierte Beleuchtungsrichtung 1 10-4, sowie die optische Achse 120 liegen in einer zweiten Ebene 201 -2 (in Fig. 2A gestrichelt dargestellt). Z.B. können zugehörige Intensitätsbilder der zweiten und vierten
Beleuchtungsrichtungen 1 10-2, 1 10-4 zu einem Ausgangsbild kombiniert werden. Die zwei derart erhaltenen Ausgangsbilder können wiederum zum Erzeugen eines Phasenkontrastbilds kombiniert werden, z.B. durch Subtraktion oder Addition dieser Intensitätsbilder. Das
Phasenkontrastbild kann z.B. entlang der in Fig. 2A indizierten x und y Richtung angeordnet sein.
Die erste Ebene 201 -1 des ersten Paars von Beleuchtungsrichtungen 1 10-1 , 1 10-3 und die zweite Ebene 201 -2 des zweiten Paars von Beleuchtungsrichtungen 1 10-2, 1 10-4 schließen einen Winkel von 90° miteinander ein. In Fig. 2A ist ferner eine Verbindungslinie bzw. ein erster Differenzvektor 1 15-1 der Beleuchtungsvektoren des ersten Paars von Beleuchtungsrichtungen 1 10-1 , 1 10-3 dargestellt. Es ist auch ein zweiter Differenzvektor 1 15-2 der
Beleuchtungsvektoren des zweiten Paars von Beleuchtungsrichtungen 1 10-2, 1 10-4 dargestellt. Aus Fig. 2A ist ersichtlich, dass diese Differenzvektoren 1 15-1 , 1 15-2 auch einen Winkel von 90° miteinander einschließen, nämlich entsprechend der ersten und zweiten Ebene 201 -1 , 201 - 2. Typischerweise erhöht das erste Paar von Beleuchtungsrichtungen 1 10-1 , 1 10-3 den
Phasenkontrast im Phasenkontrastbild senkrecht zu dem entsprechenden Differenzvektor 1 15-
1 . Entsprechend erhöht das zweite Paar von Beleuchtungsrichtungen 1 10-2, 1 10-4 den
Phasenkontrast im Phasenkontrastbild senkrecht zu dem entsprechenden Differenzvektor 1 15-
2. Da in dem Szenario der Fig. 2A die beiden Differenzvektoren 1 15-1 , 1 15-2 einen Winkel von 90° miteinander einschließen, d.h. gleichmäßig über dem Raum der Beleuchtungsrichtungen 1 10-1 - 1 10-4 verteilt sind, kann in dem Phasenkontrastbild ein vergleichsweise isotroper Phasenkontrast entlang der verschiedenen Bildrichtungen erzeugt werden. Es wäre z.B.
möglich, durch das Berücksichtigen weiterer Beleuchtungsrichtungen (in Fig. 2A nicht gezeigt), die mit der optischen Achse 120 weitere Winkel einschließen, eine erhöhte Isotropie des
Phasenkontrasts entlang verschiedener Bildrichtungen des Phasenkontrastbilds zu erzeugen.
Im Szenario der Fig. 2A sind diejenigen Richtungen, entlang derer ein hoher Phasenkontrast vorliegt, um 45° gegenüber den xy-Bildachsen Phasenkontrastbilds verkippt. Durch geeignetes bilden von Paaren von Beleuchtungsrichtungen 1 10-1 - 1 10-4 kann es auch möglich sein, erhöhten Phasenkontrast entlang der xy-Bildachsen des Phasenkontrastbilds zu erzeugen. Dies ist in Fig. 2B gezeigt. In dem Szenario der Fig. 2B bilden die Beleuchtungsrichtungen 1 10-1 und 1 10-2 ein erstes Paar. Die Beleuchtungsrichtungen 1 10-1 , 1 10-4 bilden ein zweites Paar; dies bedeutet, dass die zweite Beleuchtungsrichtung 1 10-2 zwei Paaren zugeordnet ist. Aus Fig. 2B ist ferner ersichtlich, dass eine dritte Ebene 201 -3 (in Fig. 2B mit gestrichelten Linien gezeigt) die optische Achse 120 beinhaltet. Ferner beinhaltet eine vierte Ebene 201 -4 (in Fig. 2B mit gestrichelten Linien gezeigt) die optische Achse 120. Die dritte Ebene 201 -3 und die vierte Ebene 201 -4 sind zueinander senkrecht orientiert. Die Beleuchtungsvektoren der
Beleuchtungsrichtungen 1 10-1 , 1 10-2 des ersten Paars können durch Spiegelungen der dritten Ebene 201 -3 in einander übergeführt werden. Hingegen können die Beleuchtungsvektoren 1 10- 1 , 1 10-4 des zweiten Paares von Beleuchtungsrichtungen durch Spiegelungen der vierten Ebene 201 -4 in einander überführt werden.
Wie aus Fig. 2B ersichtlich ist, sind die Differenzvektoren 1 15-1 , 1 15-2 des ersten und zweiten Paars von Beleuchtungsrichtungen 1 10-1 , 1 10-2, 1 10-4 senkrecht unter einem Winkel von 90° zueinander orientiert (vgl. auch Fig. 2A). Gleichzeitig sind die Differenzvektoren 1 15-1 , 1 15-2 jeweils parallel zu den x-, y-Bildachsen des Phasenkontrastbilds orientiert (anders als in Fig.
2A). Wiederum können die Intensitätsbilder, die zu den Beleuchtungsrichtungen 1 10-1 , 1 10-2,
1 10-4 eines Paares gehören, jeweils zu einem Ausgangsbild kombiniert werden. Diese
Ausgangsbilder können dann zu einem einzelnen Phasenkontrastbild kombiniert werden.
Dieses Phasenkontrastbild weist wiederum einen vergleichsweise isotrop verteilten
Phasenkontrast entlang der verschiedenen Richtungen auf.
Es wäre aber auch möglich, für das erste Paar von Beleuchtungsrichtungen 1 10-1 , 1 10-2 ein erstes Phasenkontrastbild zu erzeugen und für das zweite Paar von Beleuchtungsrichtungen 1 10-1 , 1 10-4 ein zweites Phasenkontrastbild zu erzeugen. Diese beiden Phasenkontrastbilder weisen dann entlang unterschiedlicher Bildrichtungen einen erhöhten Phasenkontrast auf. Dies kann z.B. bei der Analyse von Eigenschaften des abgebildeten Objekts 100 vorteilhaft sein. Insbesondere weist das erste Phasenkontrastbild, welches basierend auf dem ersten Paar von Beleuchtungsrichtungen 1 10-1 , 1 10-2 bestimmt wird, entlang der y-Bildrichtung einen erhöhten Phasenkontrast auf. Entsprechend weist das zweite Phasenkontrastbild, welches basierend auf dem zweiten Paar von Beleuchtungsrichtungen 1 10-1 , 1 10-4 bestimmt wird, entlang der x- Bildrichtung einen erhöhten Phasenkontrast auf.
In den Fig. 2A und 2B wurden jeweils hochsymmetrische Fälle gezeigt. In Fig. 2A ist es möglich, paarbildende Beleuchtungsrichtungen 1 10-1 - 1 10-4 durch Rotation um die optische Achse um einen Winkel von im Wesentlichen 180° ineinander zu überführen. In Fig. 2B ist es möglich, paarbildende Beleuchtungsrichtungen 1 10-1 - 1 10-4 durch Rotation um die optische Achse 120 um einen Winkel von im Wesentlichen 90° ineinander zu überführen. Z.B. im Detail in Bezug auf Fig. 2B: Hier kann die erste Beleuchtungsrichtung 1 10-1 durch Rotation um die optische Achse 120 um 90° in die zweite Beleuchtungsrichtung 1 10-2 überführt werden und um -90° in die vierte Beleuchtungsrichtung 1 10-4. Es wäre aber auch möglich, die Beleuchtungsrichtungen derart anzuordnen, dass sie durch einen anderen Drehwinkel um die optische Achse 120 ineinander überführt werden können. So wäre es möglich, dass die paarbildenden
Beleuchtungsrichtungen 1 10-1 - 1 10-4 durch Rotation um die optische Achse 120 um einen anderen Winkel als 90° oder 180°, z.B. einen Winkel von größer als 25°, oder vorzugsweise größer als 50° ineinander überführt werden können. Im Allgemeinen können die
Beleuchtungsvektoren eines Paars von Beleuchtungsrichtungen 1 10-1 - 1 10-4 durch
Spiegelung an derjenigen Ebene 201 -3, 201 -4, die die optische Achse 120 beinhaltet und einen Normalenvektor aufweist, der parallel zum entsprechenden Differenzvektor 1 15-1 , 1 15-2 zwischen den jeweiligen paarbildenden Beleuchtungsrichtungen 1 10-1 - 1 10-4 orientiert ist, ineinander überführt werden.
Es ist im Allgemeinen auch nicht erforderlich, dass die Beleuchtungsvektoren der
verschiedenen Beleuchtungsrichtungen 1 10-1 - 1 10-4 auf einem Kreis in Bezug auf die optische Achse 120 angeordnet sind, also durch Rotation um die optische Achse 120 ineinander überführt werden können wie es in dem hochsymmetrischen Fall der Figs. 2A und 2B der Fall ist. Z.B. können die Beleuchtungsrichtungen 1 10-1 - 1 10-4 eines Paars von
Beleuchtungsrichtungen unterschiedliche Winkel mit der optischen Achse 120 einschließen. Solche geometrische Beziehung, wie sie in Bezug auf die Figs. 2A und 2B erläutert wurden, können z.B. durch verschiedene Beleuchtungsvorrichtungen implementiert werden, die nur eine endliche Anzahl von möglichen Beleuchtungsrichtungen 1 10-1 - 1 10-4 bereitstellen. In anderen Worten, können - je nach Beleuchtungsvorrichtung - nur ganz bestimmte
Beleuchtungsrichtungen 1 10-1 - 1 10-4 realisiert werden. Dann kann z.B. jeweils die
nächstliegende Beleuchtungsrichtung 1 10-1 - 1 10-4 ausgewählt werden, die ein vorgegebenes geometrisches Kriterium - wie z.B. Rotation um die optische Achse 120 um einen bestimmten Winkel - möglichst gut erfüllt. Im Rahmen der Genauigkeit der Beleuchtungsvorrichtung erfüllt diese Auswahl dann das geometrische Kriterium.
Grundsätzlich ist es also möglich, verschiedenste Beleuchtungsvorrichtungen 51 1 zur
Beleuchtung des Objekts aus den verschiedenen Beleuchtungsrichtungen 1 10-1 - 1 10-4 zu verwenden. In Fig. 3 ist ein Beispiel für eine Beleuchtungsvorrichtung 51 1 in Form eines Leuchtdioden(LED)-Arrays dargestellt. Das LED-Array 51 1 in Fig. 3 umfasst 4 Zeilen von LEDs und 4 Spalten von LEDs, die symmetrisch in Bezug auf die optische Achse 120 angeordnet sind. Um z. B. das Beleuchten des Objekts 100 entlang der Beleuchtungsrichtung 1 10-1 zu ermöglichen, kann die LED 300-1 1 angesteuert werden. Um das Beleuchten des Objekts 100 entlang der Beleuchtungsrichtung 1 10-2 zu ermöglichen, kann die LED 300-10 angesteuert werden. Um das Beleuchten des Objekts 100 entlang der Beleuchtungsrichtung 1 10-3 zu ermöglichen, kann die LED 300-6 angesteuert werden. Um das Beleuchten des Objekts 100 entlang der Beleuchtungsrichtung 1 10-4 zu ermöglichen, kann die LED 300-7 angesteuert werden. Zum Beispiel können, analog zu einer Technik, wie sie in Fig. 2B dargestellt wird, folgende LEDs 300-1 -300-16 Paaren von Beleuchtungsrichtungen 1 10-1 -1 10-4 entsprechen: LED 300-1 und LED 300-12, LED 300-5 und LED 300-9; LED 300-2 und LED 300-14; LED 300- 6 und LED 300-10; LED 300-2 und LED 300-15; LED 300-7 und LED 300-1 1 ; LED 300-4 und LED 300-16; LED 300-8 und LED 300-12. Zum Beispiel können die jeweiligen Intensitätsbilder eines Paares von Beleuchtungsrichtungen 1 10-1 - 1 10-4 subtrahiert werden, um jeweils ein Ausgangsbild zu erhalten. Die derart erhaltenen Ausgangsbilder können dann summiert werden, um ein erstes Phasenkontrastbild zu erzeugen. Das erste Phasenkontrastbild weist dann einen besonders hohen Phasenkontrast entlang der x-Bildrichtung auf. Entsprechend wäre es auch möglich, die folgenden LEDs 300-1 -300-16 jeweils zu Paaren von Beleuchtungsrichtungen 1 10-1 - 1 10-4 zu kombinieren, um einen hohen Phasenkontrast entlang der y-Bildrichtung zu erzeugen: LED 300-1 und LED 300-4; LED 300-5 und LED 300-8; LED 300-2 und LED 300-3; LED 300-6 und LED 300-7; LED 300-9 und LED 300-12; LED 300- 13 und LED 300-16; LED 300-10 und LED 300-1 1 ; LED 300-14 und LED 300-15. In einem solchen Szenario kann ein erstes Phasenkontrastbild DPGCX gemäß folgender Formel berechnet werden: DPGCx = Ii - Ii3 + I5 - h + I2 - lu + Ιβ - 110 + h - 115 + h - In + U - he + Is - 112
Entsprechend ist es möglich, ein zweites Phasenkontrastbild DPGCy gemäß folgender
Gleichung zu berechnen:
DPGCy = Ii - + Is - Is + h - h + le - b + h - 112 + I13 - he + I10 - In + lu - 115 (2) wobei Ii jeweils das Intensitätsbild mit Beleuchtung des Objekts 100 aus der jeweiligen
Beleuchtungsrichtung 1 10-1 - 1 10-14, die dem Ansteuern der entsprechenden LED 300-1 - 300-16 entspricht.
In Fig. 3 sind für die LEDs 300-1 - 300-16 ferner Zeilen- und Spaltenindizes vermerkt; so weist z.B. die LED 300-7 den Zeilenindex i=3 und den Spaltenindex j=2 auf. Im Allgemeinen kann, um z.B. die Beleuchtungsrichtungen 1 10-1 - 1 10-4 gemäß einer der Fig. 2A, 2B zu implementieren, das Verfahren umfassen: Ansteuern einer ersten Leuchtdiode 300-1 - 300-16 zum Beleuchten des Objekts aus einer ersten Beleuchtungsrichtung 1 10-1 - 1 10-4 und Ansteuern einer zweiten LED 300-1 - 300-4 zum Beleuchten des Objekts aus einer zweiten Beleuchtungsrichtung 1 10-1 - 1 10-4. Die erste LED 300-1 - 300-16 weist dann den Zeilenindex i und den Spaltenindex j auf. Die zweite LED 300-1 - 300-16 kann dann den Zeilenindex n-i+1 aufweisen und den unveränderten Spaltenindex j aufweisen, vgl. Beleuchtungsrichtungen 1 10-1 , 1 10-2 im Szenario der Fig. 2B. Die zweite LED 300-1 - 300-16 kann auch den unveränderten Zeilenindex i aufweisen und den Spaltenindex m-j+1 aufweisen, vgl. Beleuchtungsrichtungen 1 10-1 , 1 10-4 im Szenario der Fig. 2B. Es wäre auch möglich, dass die zweite LED 300-1 - 300-16 den
Zeilenindex n-i+1 und den Spaltenindex m-j+1 aufweist, vgl. die paarbildenden
Beleuchtungsrichtungen 1 10-1 , 1 10-3, sowie die paarbildenden Beleuchtungsrichtungen 1 10-2, 1 10-4 der Fig. 2A.
Während in Fig. 3 ein Szenario diskutiert wurde, bei dem ein kartesisches Gitter von LEDs 300- 1 - 300-16 verwendet wurde, so kann im Allgemeinen eine andere Anordnungen von LEDs 300-1 - 100-16 für das LED-Array 51 1 zu verwenden. Z.B. wäre es möglich, eine kreisförmige Anordnung von LEDs 300-1 - 100-16 als LED-Array 51 1 zu verwenden. Dann wäre es z.B. insbesondere möglich, die voranstehend in Bezug auf die Figs. 2A und 2B diskutierten
Szenarien besonders einfach bzw. besonders genau zu implementieren, bei denen
verschiedene Beleuchtungsrichtungen 1 10-1 - 1 10-4 durch Rotation um die optische Achse 120 ineinander überführt werden können. In Fig. 4A ist das Kombinieren von Intensitätsbildern 401 -1 - 401 -6 dargestellt. In dem Szenario der Fig. 4A werden drei Paare 420-1 - 420-3, die jeweils aus zwei Intensitätsbildern 401 -1 - 401 -6 bestehen, erhalten. Zum Beispiel könnte das erste Paar 420-1 der Intensitätsbilder 401 -1 , 401 -2 der Beleuchtungsrichtung 1 10-1 und der Beleuchtungsrichtung 1 10-3 (vgl. Fig. 2A) entsprechen. In dem Szenario der Fig. 4A wird für jedes der Intensitätsbilder 401 -1 - 401 -6 ein entsprechendes Ausgangsbild 402-1 - 402-6 bestimmt (in Fig. 4A durch den horizontalen Pfeil dargestellt). In einer einfachen Implementierung entsprechen die Ausgangsbilder 402-1 - 402-6 den Intensitätsbildern 401 -1 - 401 -6. Es kann auch ein Operator auf die erfassten
Intensitätsbilder 401 -1 - 401 -6 angewendet werden, um die Ausgangsbilder 402-1 - 402-6 zu erzeugen. Zum Beispiel könnte der Operator aus folgender Gruppe ausgewählt sein: Betrag; Quadrat; Wurzel; Vorzeichenumkehr; Glättung von Bildpunkten; Aberrationskorrkektur von Bildpunkten und Normieren auf einen Mittelwert von Bildpunktwerten des jeweiligen
Intensitätsbilds. Dann werden die Ausgangsbilder 402-1 - 402-6 zum Erzeugen des
Phasenkontrastbilds 410 kombiniert. Dieses Kombinieren kann z.B. durch Summation,
Subtraktion, Division oder Multiplikation der verschiedenen Ausgangsbilder 402-1 - 402-6 miteinander geschehen. Hierbei können z.B. unterschiedliche Ausgangsbilder 402-1 - 402-6 die unterschiedlichen Paaren 420-1 - 420-3 von Intensitätsbildern 401 -1 - 401 -6 entsprechen unterschiedliche Vorzeichen erhalten; es wäre entsprechend auch möglich, dass jeweils ein erstes Ausgangsbild 402-1 - 402-6, das einem ersten Intensitätsbild 401 -1 - 401 -6 eines
Paares 420-1 - 420-3 entspricht, ein umgekehrtes Vorzeichen im Vergleich zu einem zweiten Ausgangsbild 402-1 - 402-6 erhält. Bei dem Kombinieren der Ausgangsbilder 402-1 - 402-6 können weiterhin Wichtungsfaktoren für die einzelnen Ausgangsbilder 402-1 - 402-6
berücksichtigt werden. Dadurch kann der Einfluss verschiedener Ausgangsbilder 402-1 - 402-6 und damit verschiedene Beleuchtungsrichtungen 1 10-1 - 1 10-4 auf das Phasenkontrastbild 410 gesteuert werden.
In Fig. 4B ist eine weitere Technik zum Erzeugen des Phasenkontrastbilds 410 dargestellt. In dem Szenario der Fig. 4B werden jeweils zwei Intensitätsbilder 401 -1 - 401 -6 eines Paares 420-1 - 420-3 zu einem Ausgangsbild 402-1 - 402-2 kombiniert, z.B. durch Addition,
Subtraktion, Multiplikation oder Division. Gleichzeitig wäre es möglich, einen der vorgenannten Operatoren auf die verschiedenen Intensitätsbilder 401 -1 - 401 -6 oder das derart erhaltene Ausgangsbild 402-1 -402-3 anzuwenden. Dann werden die Ausgangsbilder 402-1 - 402-3 wiederum kombiniert, um das Phasenkontrastbild 410 zu erzeugen. Während in Figs. 4A und 4B jeweils insgesamt sechs Intensitätsbilder 401 -1 - 401 -6 verwendet werden, kann es im Allgemeinen möglich sein, mit nur zwei Intensitätsbildern 401 -1 - 401 -6 das Phasenkontrastbild 410 zu erzeugen. In Fig. 5 ist eine optische Vorrichtung 500 dargestellt, mit der sich die voranstehend
beschriebenen Techniken implementieren lassen. Die optische Vorrichtung 500 umfasst eine Beleuchtungsvorrichtung 51 1 , die z.B. in Form des LED-Arrays (vgl. Fig. 3) implementiert sein kann. Das Objekt 100 wird durch einen Probenhalter 513 in einem optischen Pfad des Lichts von der Beleuchtungsvorrichtung 51 1 zu einem Detektor 512 gehalten. Z.B. kann eine
Transmissionsgeometrie implementiert werden, bei der der Probenhalter 513 zwischen der Beleuchtungsvorrichtung 51 1 und dem Detektor 512 angeordnet ist. Es wäre auch möglich, eine Reflektionsgeometne zu implementieren. Ferner weist die optische Vorrichtung 500 eine Recheneinheit 514 auf, die eingerichtet sein kann, um die verschiedenen Schritte zum
Erzeugen des Phasenkontrastbilds 410 (vgl. Fig. 4A und 4B) durchzuführen. Die optische Vorrichtung 500 kann weiterhin einen Speicher 515 aufweisen, z.B. einen nicht-flüchtigen Speicher oder einen flüchtigen Speicher. Der Speicher 515 kann entsprechende
Steuerinformationen für die Recheneinheit 514 umfassen, damit diese die verschiedenen Techniken zum Erzeugen des Phasenkontrastbilds wie obenstehend beschrieben ausführen kann.
In Fig. 6 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Erzeugen des Phasenkontrastbilds dargestellt. Das Verfahren beginnt mit Schritt S601 . Im Schritt S601 wird das Objekt 100 beleuchtet. Insbesondere kann das Beleuchten mit inkohärentem Licht erfolgen. Das Licht, mit dem das Objekt 100 in Schritt S601 beleuchtet wird, kann insbesondere eine signifikante Bandbreite aufweisen, d.h. es kann nicht monochromatisch sein. Zum Beispiel könnte das Objekt 100 in Schritt S601 mit Weißlicht beleuchtet werden.
Insbesondere erfolgt das Beleuchten des Objekts 100 in Schritt S601 aus mindestens zwei Beleuchtungsrichtungen 1 10-1 - 1 10-4. Das Objekt wird in Schritt S601 z.B. zunächst aus einer ersten Beleuchtungsrichtung 1 10-1 - 1 10-4 beleuchtet und gleichzeitig wird ein Intensitätsbild 401 -1 - 401 -6 erfasst. Dann erfolgt das Beleuchten des Objekts 100 aus einer zweiten
Beleuchtungsrichtung 1 10-1 - 1 10-4; gleichzeitig wird ein weiteres Intensitätsbild 401 -1 - 401 -6 erfasst. In Schritt S602 erfolgt das Kombinieren der Intensitätsbilder 401 -1 - 401 -6 zum Erzeugen des Phasenkontrastbildes 410. Verschiedene Techniken können zum Kombinieren eingesetzt werden. Insbesondere können beim Kombinieren Wichtungsfaktoren berücksichtigt werden, die einen Einfluss der verschiedenen Intensitätsbilder 401 -1 - 401 -6 bzw. darauf basierende Ausgangsbilder 402-1 - 402-6 auch das Phasenkontrastbild bestimmen. In Schritt S602 können z.B. jeweils die beiden Intensitätsbilder 401 -1 - 401 -6 eines Paars zu einem Ausgangsbild 402- 1 - 402-6 kombiniert werden.
In Fig. 7 ist eine beispielhafte Abhängigkeit des Einflusses der verschiedenen Intensitätsbilder 401 -1 - 401 -6 auf das Phasenkontrastbild 410 in Abhängigkeit des Winkels 1 1 1 , den die jeweilige Beleuchtungsrichtung 1 10-1 - 1 10-4 mit der optischen Achse 120 einschließt, dargestellt. Zum Beispiel kann der Einfluss der jeweiligen Intensitätsbilder 401 -1 - 401 -6 umso größer (kleiner) sein, je größer (kleiner) je größer der Betrag des Winkels 1 1 1 ist.
In Fig. 8 ist ein Szenario dargestellt, in dem das Objekt 100 aus einer einzelnen
Beleuchtungsrichtung 1 10-1 beleuchtet wird. Dazu kann z.B. eine einzelne LED 300-1 - 300-16 angeschaltet werden. Aus Fig. 8 ist ersichtlich, dass die Beleuchtungsrichtung 1 10-1 einen endlichen Winkel 1 1 1 -1 mit der optischen Achse 120 einschließt. Das Objekt 100 in der Fig. 8 hat zwei stufenförmige Kanten oder Ränder und bildet dazwischen ein Plateau.
Für das Szenario der Fig. 8 wird ein entsprechendes Intensitätsbild 401 -1 erfasst, siehe Fig. 9. In Fig. 9 sind Bildpunktwerte des Intensitätsbilds 401 -1 in der x-z-Ebene dargestellt. Aus Fig. 9 ist ersichtlich, dass an der in Fig. 8 linksseitig (rechtsseitig) dargestellten Kante des Objekts 100 die Bildpunktwerte besonders große (kleine) Werte annehmen. Im Bereich des Plateaus des Objekts 100 nehmen die Bildpunktwerte im Wesentlichen konstante Werte an. Dann wird das Intensitätsbild 401 -1 verarbeitet, um das Phasenkontrastbild 410 zu erzeugen. In Fig. 10 ist das reskalierte Intensitätsbild 401 -1 dargestellt und als Ausgangsbild 402-1 bezeichnet. Dazu wird ein Mittelwert der Bildpunktwerte des Intensitätsbilds 401 -1 bestimmt und dieser Mittelwert dann von allen Bildpunktwerten abgezogen. Deshalb verschiebt sich in der Darstellung der Fig. 10 die Kurve der Bildpunktwerte nach unten.
Dann wird auf das Ausgangsbild 402-1 ein Betragsoperator angewendet, der für jeden
Bildpunktwert den Betrag liefert. Ferner kann eine Glättung erfolgen. Dadurch wird das
Phasenkontrastbild 410 erzeugt, siehe Fig. 1 1 . Anhand solcher Techniken kann also vergleichsweise unkompliziert z.B. lediglich anhand eines einzelnen Intensitätsbilds 401 -1 - 401 -6 das Phasenkontrastbild 410 erzeugt werden, welches einen signifikanten Phasenkontrast-Anteil aufweist. Natürlich wäre es optional auch möglich, mehrere derart erhaltene Phasenkontrastbilder 410, z.B. für verschiedene
Beleuchtungsrichtungen 1 10-1 - 1 10-4 anschließend zu einem Ergebnisbild kombinieren , um z.B. das Signal-zu-Rausch-Verhältnis zu verbessern oder einen isotroperen Phasekontrast- Anteil in dem so erzeugten Ergebnisbild zu erhalten. In einem solchen Szenario kann es entbehrlich sein, dass die verschiedenen Beleuchtungsrichtungen 1 10-1 -1 10-4 paarweise angeordnet sind.
Zusammenfassend wurden voranstehend Techniken beschrieben, welche das Erzeugen des Phasenkontrastbilds durch gezieltes Kombinieren von Intensitätsbildern, die unter
unterschiedlichen Beleuchtungsrichtungen erfasst sind, ermöglichen. Ferner wurden Techniken illustriert, die es ermöglichen, durch gezieltes Verarbeiten eines Intensitätsbilds ein
Phasenkontrastbild zu erzeugen. Insofern kann z.B. von einem digitalen Phasengradienten- Kontrast gesprochen werden. Insbesondere kann es entbehrlich sein, besondere optische Elemente, wie z.B. Prismen etc., gemäß herkömmlicher Techniken der Phasenkontrast- Bildgebung zu verwenden.
Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den
Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.

Claims

Patentansprüche 1 . Verfahren zum Erzeugen eines Phasenkontrastbilds (410) eines Objekts (100) mit einer optischen Vorrichtung (500),
wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
- sequentielles Beleuchten des Objekts (100) aus mindestens zwei
Beleuchtungsrichtungen (1 10-1 - 1 10-4),
- für jede Beleuchtungsrichtung (1 10-1 - 1 10-4): Erfassen eines Intensitätsbilds (401 -1 -
401 -6) des Objekts (100) während des Beleuchtens aus der jeweiligen Beleuchtungsrichtung (1 10-1 - 1 10-4),
wobei die mindestens zwei Beleuchtungsrichtungen (1 10-1 - 1 10-4) jeweils einem Paar (420-1 - 420-3) von Beleuchtungsrichtungen (1 10-1 - 1 10-4) zugeordnet sind,
- Kombinieren von auf den erfassten Intensitätsbildern (401 -1 - 401 -6) basierenden
Ausgangsbildern (402-1 - 402-6) im Bildraum zum Erzeugen eines Phasenkontrastbilds (410) des Objekts (100).
2. Verfahren nach Anspruch 1 ,
wobei die zwei Beleuchtungsrichtungen (1 10-1 - 1 10-4) eines Paars (420-1 - 420-3) korrelierende Winkel mit der optischen Achse (120) der optischen Vorrichtung (500) einschließen.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
wobei Beleuchtungsvektoren eines Paars von Beleuchtungsrichtungen (1 10-1 - 1 10-4) einen Winkel miteinander einschließen, der größer als 10° ist, vorzugsweise größer als 20° ist, besonders vorzugsweise größer als 40° ist.
4. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüchen,
wobei Beleuchtungsvektoren eines Paars von Beleuchtungsrichtungen (1 10-1 - 1 10-4) jeweils einen Winkel mit der optischen Achse (120) der optischen Vorrichtung (500) einschließen, der größer als 5° ist, vorzugsweise größer als 10° ist, besonders vorzugsweise größer als 20° ist. 5. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei ein erstes Paar (420-1 - 420-3) von Beleuchtungsrichtungen (420-1 - 420-3) einen ersten Differenzvektor von zugehörigen Beleuchtungsvektoren bestimmt,
wobei ein zweites Paar (420-1 - 420-3) von Beleuchtungsrichtungen (420-1 - 420-3) einen zweiten Differenzvektor von zugehörigen Beleuchtungsvektoren bestimmt,
wobei der erste Differenzvektor (1 15-1 , 1 15-2) und der zweite Differenzvektor (1 15-1 ,
1 15-2) einen Winkel miteinander einschließen.
6. Verfahren nach Anspruch 5
wobei das Verfahren zum Erzeugen des Phasenkontrastbilds (410) jeweils für das erste Paar (420-1 - 420-3) und für das zweite Paar (420-1 - 420-3) von Beleuchtungsrichtungen (1 10- 1 - 1 10-4) angewendet wird, um ein erstes Phasenkontrastbild (410) und ein zweites
Phasenkontrastbild (410) zu erzeugen,
7. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche,
wobei das sequentielle Beleuchten des Objekts (100) aus in Paaren (420-1 - 420-3) angeordneten Beleuchtungsrichtungen (1 10-1 - 1 10-4) umfasst:
- für jedes Paar (420-1 - 420-3): Ansteuern einer ersten Leuchtdiode eines
Leuchtdioden-Arrays einer Beleuchtungsvorrichtung der optischen Vorrichtung (500) zum Beleuchten des Objekts (100) aus einer ersten Beleuchtungsrichtung (1 10-1 - 1 10-4) und Ansteuern einer zweiten Leuchtdiode (300-1 - 300-16) des Leuchtdioden-Arrays zum
Beleuchten des Objekts (100) aus einer zweiten Beleuchtungsrichtung (1 10-1 - 1 10-4),
wobei das Leuchtdioden-Array n Zeilen aufweist und m Spalten aufweist,
wobei die erste Leuchtdiode (300-1 - 300-16) der i;j Leuchtdiode (300-1 - 300-16) des Leuchtdioden-Arrays entspricht,
wobei die zweite Leuchtdiode (300-1 - 300-16) aus folgender Gruppe ausgewählt ist: n-i+1 ;j Leuchtdiode (300-1 - 300-16); i;m-j+1 Leuchtdiode (300-1 - 300-16); n- i+1 ;m-j+1 Leuchtdiode (300-1 - 300-16).
8. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche,
wobei das Verfahren weiterhin umfasst:
- Kombinieren derjenigen Intensitätsbilder, die einem Paar (420-1 - 420-3) von
Beleuchtungsrichtungen (1 10-1 - 1 10-4) entsprechen, zu jeweils einem Ausgangsbild.
9. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche,
wobei das Verfahren weiterhin umfasst: - Anwenden eines Operators auf die erfassten Intensitätsbilder zum Erhalten der Ausgangsbilder (402-1 - 402-6),
wobei der Operator aus folgender Gruppe ausgewählt ist: Betrag; Quadrat; Wurzel; Vorzeichenumkehr; Glättung von Bildpunkten; Aberrationskorrektur von Bildpunkten; und Normieren auf einen Mittelwert von Bildpunktwerten des jeweiligen Intensitätsbilds (401 -1 - 401 - 6).
10. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche
wobei das Kombinieren der Ausgangsbilder (402-1 - 402-6) eine gewichtete Summation der Ausgangsbilder (402-1 - 402-6) umfasst, bei der jedem Ausgangsbild ein Wichtungsfaktor zugewiesen ist,
wobei das Verfahren optional weiterhin umfasst:
- für jedes Ausgangsbild: Bestimmen des Wichtungsfaktors basierend auf einem Winkel, den die entsprechende Beleuchtungsrichtung (1 10-1 - 1 10-4) mit der optischen Achse (120) der optischen Vorrichtung (500) einschließt.
1 1 . Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche,
wobei das Beleuchten des Objekts (100) Kriterien erfüllt, die aus folgender Gruppe ausgewählt sind:
- Beleuchten mit inkohärentem Licht;
- Beleuchten mit Weißlicht; und
- Beleuchten derart, das Licht im optischen Pfad der optischen Vorrichtung (500) zwischen dem Objekt (100) und einem Detektor keine Elemente durchläuft, die aus folgender Gruppe ausgewählt sind: Polfilter; Prisma; Wollaston Prisma; Phasenring; und Graufilter.
12. Optische Vorrichtung (500), die eingerichtet ist, um ein Phasenkontrastbild (410) eines Objekts (100) zu erzeugen,
wobei die optische Vorrichtung (500) umfasst:
- eine Beleuchtungsvorrichtung (51 1 ), die eingerichtet ist, um das Objekt (100) aus mindestens zwei Beleuchtungsrichtungen (1 10-1 - 1 10-4) zu beleuchten,
wobei die mindestens zwei Beleuchtungsrichtungen (1 10-1 - 1 10-4) jeweils einem Paar (420-1 - 420-3) von Beleuchtungsrichtungen (1 10-1 - 1 10-4) zugeordnet sind,
- einen Detektor (512), der eingerichtet ist, um für jede Beleuchtungsrichtung (1 10-1 - 1 10-4) ein Intensitätsbild (401 -1 - 401 -6) des Objekts (100) während des Beleuchtens aus der jeweiligen Beleuchtungsrichtung (1 10-1 - 1 10-4) zu erfassen, - eine Recheneinheit (514), die eingerichtet ist, um auf den erfassten Intensitätsbildern (401 -1 - 401 -6) basierende Ausgangsbilder (402-1 - 402-6) im Bildraum zum Erzeugen eines Phasenkontrastbilds (410) des Objekts (100) zu kombinieren.
13. Optische Vorrichtung (500) nach Anspruch 12,
wobei die optische Vorrichtung (500) eingerichtet ist, um ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 1 1 durchzuführen.
14. Verfahren zum Erzeugen eines Phasenkontrastbilds (410) eines Objekts (100) mit einer optischen Vorrichtung (500),
wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
- Beleuchten des Objekts (100) aus einer Beleuchtungsrichtung (1 10-1 - 1 10-4), wobei die Beleuchtungsrichtung (1 10-1 - 1 10-4) einen endlichen Winkel mit der optischen Achse der optischen Vorrichtung (500) einschließt,
- Erfassen eines Intensitätsbilds (401 -1 - 401-6) des Objekts (100) während des
Beleuchtens aus der Beleuchtungsrichtung (1 10-1 - 1 10-4),
- Verarbeiten des Intensitätsbilds (401 -1 - 401 -6) zum Erzeugen des Phasenkontrastbilds (410),
wobei das Verarbeiten des Intensitätsbilds (401 -1 - 401 -6) das Reskalieren des Phasenkontrastbilds (410) umfasst.
15. Verfahren nach Anspruch 14,
wobei das Reskalieren umfasst:
- Subtrahieren eines Mittelwerts von Bildpunktwerten des Intensitätsbilds (401 -1 - 401 -6) von Bildpunktwerten des Intensitätsbilds (401 -1 - 401 -6).
16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15,
wobei das Verarbeiten des Intensitätsbilds (401 -1 - 401 -6) weiterhin umfasst:
- Anwenden eines Betragsoperators auf das reskalierte Intensitätsbild (401 -1 - 401 -6).
17. Optische Vorrichtung (500), die eingerichtet ist, um ein Phasenkontrastbild (410) eines Objekts (100) zu erzeugen,
wobei die optische Vorrichtung (500) umfasst:
- eine Beleuchtungsvorrichtung (51 1 ), die eingerichtet ist, um das Objekt (100) aus einer Beleuchtungsrichtung (1 10-1 - 1 10-4) zu beleuchten,
wobei die Beleuchtungsrichtung (1 10-1 - 1 10-4) einen endlichen Winkel mit der optischen Achse der optischen Vorrichtung (500) einschließt, - einen Detektor (512), der eingerichtet ist, um ein Intensitätsbild (401 -1 - 401 -6) des Objekts (100) während des Beleuchtens aus der Beleuchtungsrichtung (1 10-1 - 1 10-4) zu erfassen,
- eine Recheneinheit (514), die eingerichtet ist, um das Intensitätsbild (401 -1 - 401 -6) zum Erzeugen des Phasenkontrastbilds (410) zu verarbeiten,
wobei das Verarbeiten des Intensitätsbilds (401 -1 - 401 -6) das Reskalieren des Phasenkontrastbilds (410) umfasst.
18. Optische Vorrichtung (500) nach Anspruch 17,
wobei die optische Vorrichtung (500) weiterhin eingerichtet ist, um ein Verfahren nach einem der Ansprüche 14 - 16 durchzuführen
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