PROBE ABBILDBAR IST

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Mikroskop mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 sowie ein Mikroskopierverfahren mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruches 13.

Mit einem Mikroskop der eingangs genannten Art sind Abbildungen reiner Phasenobjekte, wie z.B. wäßrige biologische Proben (Zellen in Wasser) möglich. Jedoch ist es nicht möglich, optische Schnitte zu erzeugen. Ferner ist es schwierig, bei der Aufnahme von Phasenobjekten eine hohe Auflösung zu erzielen.

Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der Erfindung, ein Mikroskop der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß verbesserte Bilder von Phasenobjekten aufgenommen werden können. Des weiteren soll das Mikroskopierverfahren der eingangs genannten Art so weitergebildet werden, daß damit verbesserte Bilder von Phasenobjekten aufgenommen werden können.

Die Aufgabe wird bei einem Mikroskop der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß ein Phasengitter sowie eine Beleuchtungsoptik, die das Phasengitter in die Detektionsebene abbildet, im Beleuchtungsstrahlengang angeordnet sind, ein Bewegungsmodul, das eine Bewegung des Bildes des Phasengitters ermöglicht, und eine Steuereinheit vorgesehen sind, wobei die Steuereinheit das Detektionsmodul und das Bewegungsmodul so ansteuert, daß mehrere Phasenmodulationsbilder mit unterschiedlichen Positionen des Bildes des Phasengitters erzeugt werden, und die Steuereinheit die Phasenmodulationsbilder bei der Erzeugung eines in Kontrast und/oder in der Auflösung verbesserten Bildes der Probe verwendet werden.

Bei dem erfindungsgemäßen Mikroskop wird somit der z.B. aus der Fluoreszenzmikroskopie bekannte Ansatz der strukturierten Beleuchtung angewendet, wobei erfindungsgemäß das Phasengitter vorgesehen ist, so daß das Objekt bei der Erzeugung der Phasenmodulationsbilder das eingeprägte Bild des Phasengitters aufweist. Mehrere solche Aufnahmen bzw. solche Phasenmodulationsbilder können dann in bekannter Weise dazu benutzt werden, das Bild der Probe zu erzeugen. Das gewünschte Bild, das z.B. ein optischer Phasenkontrastschnitt der Probe sein kann, kann somit ohne Zerstörung der Probe erzeugt werden.

Das Bewegungsmodul kann insbesondere eine translatorische Bewegung und/oder eine Drehbewegung des Bildes des Phasengitters in der Detektionsebene bewirken. Die Detektionsebene ist bevorzugt die Fokusebene des Detektionsmoduls.

Wenn die unterschiedlichen Positionen des Bildes des Phasengitters bei den mehreren Phasenmodulationsbildern unterschiedliche translatorische Positionen sind, führt dies dazu, daß z.B. als Bild ein optischer Schnitt der Probe erzeugt werden kann. Wenn sich die Positionen des Bildes des Phasengitters nur in ihrer Drehstellung unterscheiden , führt dies zu einer höheren lateralen Auflösung des erzeugten Bildes der Probe. Natürlich können mittels dem Bewegungsmodul die unterschiedlichen Positionen sich in Translation und in Rotation unterscheiden, wodurch das erzeugte Bild ein optischer Schnitt mit verbesserter lateraler Auslösung sein kann. Das erzeugte Bild, dessen Kontrast und/oder dessen Auslösung verbessert sein kann, kann diesen verbesserten Kontrast und/oder diese verbesserte Auslösung insbesondere im Vergleich zu den Phasenmodulationsbildern und/oder zu Bildern aufweisen, die mit herkömmlichen Phasenkontrastverfahren erzeugt werden. Das erzeugte Bild kann insbesondere ein Phasenkontrastbild sein. Ferner können die Phasenmodulationsbilder quantitative Phasenkontrastbilder sein.

Das Bewegungsmodul kann die Bewegung des Bildes des Phasengitters in der Detektionsebene insbesondere so bewirken, daß es eine Drehung um eine Achse ist, die parallel zur optischen Achse des Beleuchtungsstrahlenganges ist oder mit dieser zusammenfällt oder nur geringfügig zu dieser gekippt ist. Auch kann die Drehung um eine Achse bewirkt werden, die senkrecht auf der Detektionsebene oder im wesentlichen senkrecht auf der Detektionsebene steht. Die Beleuchtungsoptik bildet das Phasengitter bevorzugt scharf in die Detektionsebene ab. Das Phasengitter kann insbesondere als Liniengitter ausgebildet sein. Dies läßt sich leicht mit der notwendigen Genauigkeit herstellen und abbilden . Insbesondere ist das Phasengitter als transmissives Gitter ausgebildet.

Ferner kann das Phasengitter auch reflektiv ausgebildet sein. Dazu kann es z.B. einen Flüssigkristallphasenmodulator in Verbindung mit einem Spiegel umfassen, wie z.B. ein LCOS (liquid crystal on Silicon) und einen Spiegel.

Das Phasengitter kann in einer Ebene einer Leuchtfeldblende der Beleuchtungsoptik oder in einer dazu konjugierten Ebene angeordnet sein. Dadurch wird eine ausgezeichnete scharfe Abbildung des Phasengitters in die Detektionsebene gewährleistet.

Es ist auch jede andere Art der Erzeugung einer solchen scharfen Abbildung möglich.

Insbesondere kann das Phasengitter quer zum Beleuchtungsstrahlengang und/oder in axialer Richtung des Beleuchtungsstrahlenganges verschiebbar sein.

Ferner kann im Beleuchtungsstrahlengang zumindest ein optisches Element angeordnet sein, das eine translatorische Bewegung des Bildes des Phasengitters bewirkt. Bei dem zumindest einen optischen Element kann es sich z.B. um eine drehbare bzw. kippbare planparallele Platte handeln.

Bei dem erfindungsgemäßen Mikroskop kann im Beleuchtungsstrahlengang eine zusätzliche Optik angeordnet sein, mittels der eine Drehung des Bildes des Phasengitters in der Detektionsebene bewirkt werden kann. Ferner kann zusätzlich oder alternativ das Phasengitter selbst gedreht werden, um eine Drehung des Bildes des Phasengitters in der Detektionsebene zu erzielen.

Der Sensor kann insbesondere als Wellenfront-Sensor (z.B. als Hartmann-Shack-Sensor) ausgebildet sein. Die Steuereinheit kann basierend auf den Phasenmodulationsbildern eine dreidimensionale Rekonstruktion der zu untersuchenden Probe erzeugen. Auch kann sie qualitative Analysen der Morphologie, wie z.B. dreidimensionale Abstandsmessungen, Volumen- oder Schichtdickenmessungen durchführen. Die Steuereinheit kann die Steuereinheit des erfindungsgemäßen Mikroskopes sein und kann optional zusätzlich eine weitere Recheneinheit, wie z.B. einen Computer, aufweisen, der z.B. die notwendigen Berechnungen vollständig oder teilweise durchführt. Das erfindungsgemäße Mikroskop kann insbesondere die Probe als Bestandteil des Mikroskopes enthalten. Ferner kann das erfindungsgemäße Mikroskop als Phasenkontrastmikroskop ausgebildet sein. Das erfindungsgemäße Mikroskop kann auch weitere, dem Fachmann bekannte und für den Betrieb des Mikroskopes notwendige Elemente aufweisen.

Die Aufgabe wird bei einem Mikroskopierverfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß mehrere Phasenmodulationsbilder (z.B. quantitative Phasenkontrastbilder) mit unterschiedlichen Positionen der aufgeprägten Phasengitterstruktur erzeugt werden und die Phasenmodulationsbilder dann bei der Erzeugung eines in Kontrast und/oder in der Auflösung verbesserten Bildes der Probe (z.B. eines optischen Schnittes der Probe im Phasenkontrast) verwendet werden. Mit dem erfindungsgemäßen Mikroskopierverfahren kann somit in nicht destruktiver Weise das verbesserte Bild des Phasenobjektes (z.B. der optische Phasenkontrastschnitt der Probe mit hoher Qualität) erzeugt werden.

Die Phasengitterstruktur kann insbesondere ein Liniengitter sein.

Des weiteren kann das erfindungsgemäße Mikroskopierverfahren z.B. ein Phasenkontrast- Mikroskopierverfahren sein und/oder in gleicher Weise wie das erfindungsgemäße Mikroskop weitergebildet werden und die im Zusammenhang mit der Beschreibung des erfindungsgemäßen Mikroskopes (einschließlich seiner Weiterbildungen) beschriebenen Verfahrensschritte enthalten.

In gleicher Weise kann das erfindungsgemäße Mikroskop so ausgebildet sein, daß das erfindungsgemäße Mikroskopierverfahren (einschließlich seiner Weiterbildungen) ausgeführt werden kann.

Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in den angegebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung einsetzbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Nachfolgend wird die Erfindung beispielsweise anhand der beigefügten Zeichnungen, die auch erfindungswesentliche Merkmale offenbaren, noch näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Phasenkontrastmikroskopes;

Fig. 2 eine vergrößerte Ansicht des Phasengitters 9 von Fig. 1 zusammen mit einer drehbar gelagerten planparallelen Platte 14, und

Fig. 3 eine Ansicht gemäß Fig. 2 mit einer zu Fig. 2 unterschiedlichen Drehstellung der planparallelen Platte 14. Bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform umfaßt das erfindungsgemäße Mikroskop 1 eine Beleuchtungsquelle 2, die Beleuchtungsstrahlung zum Beleuchten einer Probe 3 abgibt, eine Beleuchtungsoptik 4, für die hier schematisch zwei Linsen 5, 6 eingezeichnet sind und die eine optische Achse OA aufweist, eine schematisch als Linse dargestellte Detektionsoptik 7 sowie einen Wellenfront-Sensor 8, der beispielsweise als Hartmann-Shack-Sensor ausgebildet sein kann. Die Probe ist in einer Fokusebene 10 der Detektionsoptik 7.

Das erfindungsgemäße Mikroskop 1 , das hier als Durchlicht-Mikroskop ausgebildet ist, umfaßt somit einen von der Beleuchtungsquelle 2 bis zur Probe 3 bzw. bis zur Fokusebene 10 verlaufenden Beleuchtungsstrahlengang sowie einen von der Probe 3 bzw. von der Fokusebene 10 bis zum Sensor 8 verlaufenden Detektionsstrahlengang.

Wie Fig. 1 zu entnehmen ist, ist im Beleuchtungsstrahlengang ein Phasengitter 9 angeordnet, das mittels der Beleuchtungsoptik 4 in die Detektionsebene 1 0 abgebildet wird. Die Detektionsebene 10 ist die Ebene, aus der z.B. eine Phasenkontrastaufnahme der Probe 3 erzeugt werden soll. Um diese gewünschte Abbildung des Phasengitters 9 zu realisieren , kann es beispielsweise in der Ebene einer Leuchtfeldblende der Beleuchtungsoptik 4 oder in einer dazu konjugierten Ebene angeordnet sein. Dies führt zu einer scharfen Abbildung des Phasengitters 9 in die Detektionsebene 10, wodurch der Probe 3, die bei der hier vorgesehenen Mikroskopie (z.B. einer Phasenkontrastmikroskopie) auch als Phasenobjekt bezeichnet werden kann, ein entsprechendes Phasengitter aufgeprägt wird.

Das Phasengitter 9 ist hier so ausgebildet, daß es ein Streifengitter ist, wobei sich die Streifen senkrecht zur Zeichenebene erstrecken. Das erfindungsgemäße Mikroskop 1 umfaßt ferner einen Aktuator 1 1 (z.B. ein Piezoelement), mit dem die Position des Phasengitters 9 quer zum Beleuchtungsstrahlengang, wie durch den Doppelpfeil P1 angedeutet ist, geändert und eingestellt werden kann, sowie eine Steuereinheit 12, die den Aktuator 1 1 ansteuert und mit dem Signal des Sensors 8 beaufschlagt wird. Wie bereits ausgeführt wurde, wird bei dem erfindungsgemäßen Mikroskop 1 die Probe 3 mit einer Phasenstruktur in Form des Phasengitters 9 und hier somit mit einer linienförmigen Phasenstruktur beaufschlagt, wodurch das mittels der Detektionsoptik 7 und dem Sensor 8 aufgenommene quantitative Phasenkontrastbild das Phasenobjekt (die Probe 3) moduliert durch das eingeprägte Linienmuster zeigt. Dieses quantitative Phasenkontrastbild ist ein Beispiel für ein Phasenmodulationsbild, das mittels der Detektionsoptik 7 und dem Wellenfront- Sensor 8 aufnehmbar ist. Bei dem erfindungsgemäßen Mikroskop 1 ist es jedoch auch möglich, die Probe 3 nicht als quantitatives Phasenkontrastbild, sondern ganz allgemein als Phasenmodulationsbild aufzunehmen, wobei die Phasenmodulation durch die aufgeprägte Phasenstruktur erzeugt ist.

Die Steuereinheit 12 steuert das erfindungsgemäße Mikroskop 1 in der Art, daß bei der beschriebenen Ausführungsform mehrere quantitative Phasenkontrastbilder aufgenommen werden, die sich durch die laterale Position des Phasengitters 9 (diese wird mittels des Aktuators 1 1 jeweils auf den gewünschten Wert eingestellt) unterscheiden. Basierend auf diesen mehreren Aufnahmen kann die Steuereinheit 12 dann das Bild eines optischen Schnittes der Probe 3 in der Detektionsebene 10 mit hoher Auflösung berechnen. Hier kann das Prinzip der sogenannten strukturierten Beleuchtung verwendet werden, wie es z.B. in der DE 10 2006 031 177 A1 , die weitere entsprechende Verweise enthält, beschrieben ist.

Mit dem erfindungsgemäßen Mikroskop 1 können somit hochaufgelöste optische Schnitte im Phasenkontrast bzw. hochaufgelöste optische Phasenkontrastschnitte ohne Zerstörung der Probe erzeugt werden. Diese können z.B. genutzt werden, um hochaufgelöste Phasenkontrastaufnahmen, eine exakte 3D-Rekonst.rukt.ion der Phasenobjekte (die Probe kann beispielsweise Zellen in Wasser enthalten, wobei in diesem Fall die Zellen die Phasenobjekte sind) zu erzeugen und/oder entsprechende morphologische Analysen, wie z.B. Abstands-, Volumen- und/oder Schichtdickenmessungen, durchzuführen. Das erfindungsgemäße Mikroskop kann insbesondere als konventionelles Durchlichtmikroskop ausgebildet sein, bei dem lediglich das Phasengitter 9 angeordnet ist und das einen Wellenfront-Sensor aufweist. Damit wird ein uneingeschränkter Einsatz von Fluoreszenzeinrichtungen bei dem erfindungsgemäßen Mikroskop ermöglicht. Des weiteren sind spezielle Phasenkontrastobjektive nicht notwendig, wodurch die Nutzung der Fluoreszenz ebenfalls nicht eingeschränkt ist.

Der Wellenfront-Sensor 8 kann integriert als Kamera ausgebildet sein, die eine gängige Schnittstelle (wie z.B. eine Schnittstelle für einen C-Mount) aufweist. Dies vereinfacht die Handhabung deutlich, ist justagefrei und kompatibel zu allen Mikroskopen mit einer solchen Schnittstelle.

Natürlich mu ß kein Wellenfront-Sensor vorgesehen sein. Das erfindungsgemäße Mikroskop kann auch so ausgebildet sein, daß z.B. andere Verfahren zur Phasendetektion , z.B. zur quantitativen Phasendetektion, die dem Fachmann bekannt sind, eingesetzt werden.

Ferner kann z.B. eine variable Aperturblende und/oder zumindest eine Vorsatzlinse im Beleuchtungsstrahlengang dazu eingesetzt werden, daß eine Variation der Dicke des erzeugten optischen Schnittes in der Probe 3 möglich ist.

Die Wellenlänge der von der Beleuchtungsquelle 2 abgegebenen Beleuchtungsstrahlung ist aufgrund der Phasenmessung oder der Phasenkontrastmessung frei wählbar. Insbesondere kann die Beleuchtungsstrahlung sehr schmalbandig sein, so daß in vorteilhafter Weise auch schwach korrigierte Detektionsoptiken bzw. Detektionsobjektive eingesetzt werden können.

Ferner kann der Aktuator 1 1 so ausgebildet sein, daß zusätzlich oder alternativ zu der beschriebenen translatorischen Bewegung quer zum Beleuchtungsstrahlengang eine Verschiebung entlang des Beleuchtungsstrahlengangs (in axialer Richtung) möglich ist.

Die beschriebenen Berechnungen (beispielsweise für die Erzeugung der optischen Schnitte) können natürlich auch in einer separaten Recheneinheit und nicht in der Steuereinheit 12 selbst durchgeführt werden. Bei einer solchen separaten Recheneinheit kann es sich um einen herkömmlichen Computer 13 handeln , der in Fig. 1 gestrichelt dargestellt ist.

Das erfindungsgemäße Mikroskop kann noch weitere für den Betrieb des Mikroskopes notwendige und dem Fachmann bekannte Elemente aufweisen.

Die Änderung der Position des Bildes des Phasengitters 9 in der Detektions- bzw. Fokusebene 10 kann auch in anderer Art und Weise als mittels dem Aktuator 1 1 erfolgen. Wie in den Detailansichten von Fig. 2 und 3 ersichtlich ist, kann dem Phasengitter 9 z.B. eine planparallele Platte 14 nachgeordnet sein, die um die Achse 15 drehbar ist. Je nach eingestelltem Drehwinkel wird ein unterschiedlich großer Parallelversatz der Beleuchtungsstrahlung bei Durchlaufen der Platte 14 erzeugt, was zu einer lateralen Verschiebung des Bildes des Phasengitters 9 in der Fokusebene 10 führt.

Bei dem erfindungsgemäßen Mikroskop ist es ferner möglich, daß der Aktuator 1 1 (Fig. 1 ) zusätzlich oder alternativ zu der translatorischen Bewegung des Phasengitters 9 eine Drehung des Phasengitters 9 um eine Achse, die bevorzugt parallel zur optischen Achse OA ist, bewirkt. Mehrere Aufnahmen mit unterschiedlichen Drehpositionen des abgebildeten Phasengitters 9 in der Detektionsebene 10 können bei der Erzeugung des Bildes der Probe basierend auf den aufgenommenen Phasenmodulationsbildern zu einer höheren lateralen Auflösung (beispielsweise um den Faktor zwei) führen.

Natürlich ist es auch möglich, diese Drehung des Bildes des Phasengitters 9 in der Detektionsebene 10 nicht durch Drehung des Phasengitters selbst zu bewirken, sondern durch eine zwischen dem Phasengitter 9 und der Detektionsebene 10 vorgesehenen (nicht gezeigten) Zusatzoptik.