Login| Sign Up| Help| Contact|

Patent Searching and Data


Title:
PHASE CONTRAST IMAGING HAVING A TRANSMISSION FUNCTION
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2018/197230
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to an optical system (100), which comprises: a sample holder (113) which is configured in order to fix a sample object; and an illumination module (111) which is configured in order to illuminate the sample object with at least one structured illumination geometry (300); and an optical imaging system (112) which is configured in order to produce, on a detector (114), an image of the sample object illuminated by the at least one structured illumination geometry (300); and the detector (114) which is configured in order to capture at least one picture of the sample object based on the image; and a controller (115) which is configured in order to determine a resulting picture based on a transmission function (400) and the at least one picture, the resulting picture having a phase contrast. In this case the transmission function (400) corresponds to a scaled reference transmission function (400) based on a size of an aperture of the optical imaging system (112).

Inventors:
STOPPE, Lars (Karl-Schmid-Ring 3, Jena, 07743, DE)
MILDE, Thomas (Dorfstr. 5 B, Nausnitz, 07616, DE)
Application Number:
EP2018/059452
Publication Date:
November 01, 2018
Filing Date:
April 12, 2018
Export Citation:
Click for automatic bibliography generation   Help
Assignee:
CARL ZEISS MICROSCOPY GMBH (Carl-Zeiss-Promenade 10, Jena, 07745, DE)
International Classes:
G02B21/06; G02B21/14; G02B21/36
Domestic Patent References:
WO2015179452A12015-11-26
WO2014169197A12014-10-16
Foreign References:
DE102011050674A12012-11-29
DE102014112242A12016-03-03
Other References:
SHALIN MEHTA B ET AL: "Quantitative phase-gradient imaging at high resolution with asymmetric illumination-based differential phase contrast", OPTICS LETTERS, OPTICAL SOCIETY OF AMERICA, US, vol. 34, no. 13, 1 July 2009 (2009-07-01), pages 1924 - 1926, XP001524101, ISSN: 0146-9592
LEI TIAN ET AL: "3D differential phase-contrast microscopy with computational illumination using an LED array", OPTICS LETTERS, vol. 39, no. 5, 28 February 2014 (2014-02-28), US, pages 1326, XP055431827, ISSN: 0146-9592, DOI: 10.1364/OL.39.001326
L. TIAN; L. WALLER: "Quantitative differential phase contrast imaging in an LED array microscope", OPTICS EXPRESS, vol. 23, 2015, pages 11394
H.H. HOPKINS: "On the Diffraction Theory of Optical Images", PROCEEDINGS OF THE ROYAL SOCIETY A: MATHEMATICAL, PHYSICAL ENGINEERING SCIENCES, vol. 217, 1953, pages 408 - 432
Attorney, Agent or Firm:
NEUSSER, Sebastian (Kraus & Weisert, Patentanwälte PartGmbBThomas-Wimmer-Ring 15, München, 80539, DE)
Download PDF:
Claims:
PATENTANSPRÜCHE

1. Optisches System (100), das umfasst:

- einen Probenhalter (1 13), der eingerichtet ist, um ein Probenobjekt zu fixieren, - ein Beleuchtungsmodul (1 1 1 ), das eingerichtet ist, um das Probenobjekt mit mindestens einer strukturierten Beleuchtungsgeometrie (300) zu beleuchten,

- eine Abbildungsoptik (1 12), die eingerichtet ist, um ein Abbild des mit der mindestens einen strukturierten Beleuchtungsgeometrie (300) beleuchteten

Probenobjekts auf einem Detektor (1 14) zu erzeugen,

- den Detektor (1 14), der eingerichtet ist, um basierend auf dem Abbild mindestens ein Bild des Probenobjekts zu erfassen, und

- eine Steuerung (1 15), die eingerichtet ist, um basierend auf einer

Übertragungsfunktion (400) und dem mindestens einen Bild ein Ergebnisbild zu bestimmen, welches einen Phasenkontrast aufweist,

wobei die Übertragungsfunktion (400) einer basierend auf einer Größe einer

Apertur der Abbildungsoptik (1 12) skalierten Referenz-Übertragungsfunktion (400) entspricht.

2. Optisches System (100), das umfasst:

- einen Probenhalter (1 13), der eingerichtet ist, um ein Probenobjekt zu fixieren,

- ein Beleuchtungsmodul (1 1 1 ), das eingerichtet ist, um das Probenobjekt mit mindestens einer strukturierten Beleuchtungsgeometrie (300) zu beleuchten,

- eine Abbildungsoptik (1 12) die eingerichtet ist, um ein Abbild des mit der mindestens einen strukturierten Beleuchtungsgeometrie (300) beleuchteten

Probenobjekts auf einem Detektor (1 14) zu erzeugen,

- den Detektor (1 14), der eingerichtet ist, um basierend auf dem Abbild mindestens ein Bild des Probenobjekts zu erfassen, und

- eine Steuerung (1 15), die eingerichtet ist, um basierend auf einer

Übertragungsfunktion (400) und dem mindestens einen Bild ein Ergebnisbild zu bestimmen, welches einen Phasenkontrast aufweist,

wobei eine Größe der Apertur des Beleuchtungsmoduls (1 1 1 ) kleiner ist als eine Größe der Apertur der Abbildungsoptik (1 12).

3. Optisches System (100) nach Anspruch 2,

wobei die Übertragungsfunktion (400) einer auf eine Größe einer Apertur der Abbildungsoptik (1 12) skalierter Referenz-Übertragungsfunktion (400) entspricht.. 4. Optisches System (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche,

wobei die Größe der Apertur des Beleuchtungsmoduls (1 1 1 ) kleiner als 50 % der Größe der Apertur der Abbildungsoptik (1 12) ist, optional kleiner als 20 %, weiter optional kleiner als 5 %. 5. Optisches System (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche,

wobei die Übertragungsfunktion (400) für Ortsfrequenzen innerhalb der einfachen oder doppelten Apertur der Abbildungsoptik (1 12) keine Betragswerte kleiner als 5 % eines Maximums aller Betragswerte der Übertragungsfunktion (400) für Ortsfrequenzen innerhalb der einfachen oder doppelten Apertur der Abbildungsoptik (1 12) aufweist, optional keine Werte kleiner als 2 %, weiter optional keine Werte kleiner als 0,5 %.

6. Optisches System (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche,

wobei die Übertragungsfunktion (400) für Ortsfrequenzen innerhalb der Apertur der Abbildungsoptik (1 12) keine lokalen Extremwerte aufweist.

7. Optisches System (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche,

wobei die Übertragungsfunktion (400) in Abhängigkeit der mindestens einen strukturierten Beleuchtungsgeometrie (300) bestimmt ist. 8. Optisches System (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche,

wobei die Übertragungsfunktion (400) eine Stufenfunktion ist.

9. Optisches System (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche,

wobei die Übertragungsfunktion (400) eine monoton steigende oder monoton fallende Funktion ist, optional eine lineare Funktion oder eine Sigmoid-Funktion ist.

10. Optisches System (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Übertragungsfunktion (400) eine Symmetrieachse (405) aufweist, die einer Symmetrieachse (305) der mindestens einen Beleuchtungsgeometrie (300) entspricht.

1 1 . Optisches System (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche,

wobei die Übertragungsfunktion (400) für Ortsfrequenzen außerhalb der einfachen oder doppelten Apertur der Abbildungsoptik (1 12) keine Betragswerte größer als 5 % eines Maximums aller Betragswerte der Übertragungsfunktion (400) für

Ortsfrequenzen innerhalb der einfachen oder doppelten Apertur der Abbildungsoptik (1 12) aufweist, optional keine Werte größer als 2 %, weiter optional keine Werte größer als 0,5 %.

12. Optisches System (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche,

wobei die Steuerung (1 15) eingerichtet ist, um das Ergebnisbild basierend auf einer Tichonov-Regularisierung mit inverser Fourier-Transformation zu bestimmen.

13. Verfahren, das umfasst:

- Beleuchten eines Probenobjekts mit mindestens einer strukturierten

Beleuchtungsgeometrie (300),

- Erzeugen eines Abbilds des mit der mindestens einen strukturierten

Beleuchtungsgeometrie (300) beleuchteten Probenobjekts,

- basierend auf dem Abbild: Erfassen mindestens eines Bilds des Probenobjekts, und

- basierend auf einer Übertragungsfunktion (400) und dem mindestens einen Bild:

Bestimmen eines Ergebnisbilds, welches einen Phasenkontrast aufweist,

wobei die Übertragungsfunktion (400) einer auf eine Größe einer Apertur der Abbildungsoptik (1 12) skalierten Referenz-Übertragungsfunktion (400) entspricht.

14. Verfahren nach Anspruch 13,

wobei das Verfahren von einem optischen System (100) nach einem der

Ansprüche 1 - 12 ausgeführt wird.

Description:
Phasenkontrast-Bildgebung mit Übertragungsfunktion

TECHNISCHES GEBIET Verschiedene Beispiele der Erfindung betreffen im Allgemeinen ein optisches System mit einem Beleuchtungsmodul, das eingerichtet ist, um ein Probenobjekt mit einer strukturierten Beleuchtungsgeometrie zu beleuchten. Verschiedene Beispiele der Erfindung betreffen insbesondere Techniken, um basierend auf einer

Übertragungsfunktion und mindestens einem Bild des Probenobjekts ein Ergebnisbild zu bestimmen, welches einen Phasenkontrast aufweist.

HINTERGRUND

In der optischen Bildgebung von Probenobjekten kann es häufig erstrebenswert sein, ein sogenanntes Phasenkontrastbild des Probenobjekts zu erzeugen. In einem

Phasenkontrastbild ist zumindest ein Teil des Bildkontrasts durch eine

Phasenverschiebung des Lichts durch das abgebildete Probenobjekt bedingt. Damit können insbesondere solche Probenobjekte mit vergleichsweise hohem Kontrast abgebildet werden, die keine oder nur eine geringe Schwächung der Amplitude bewirken, jedoch eine signifikante Phasenverschiebung; solche Probenobjekte werden oftmals auch als Phasenobjekte bezeichnet. Typischerweise können biologische Proben als Probenobjekt in einem Mikroskop eine vergleichsweise größere Phasenänderung als Amplitudenänderung des elektromagnetischen Felds bewirken. Es sind verschiedene Techniken zur Phasenkontrast-Bildgebung, etwa die

Dunkelfeldbeleuchtung, die schiefe Beleuchtung, der differenzielle Interferenzkontrast (DIC) oder auch der Zernike-Phasenkontrast.

Solche vorgenannten Techniken weisen diverse Nachteile oder Einschränkungen auf. Oftmals kann es erforderlich sein, zusätzliche optische Elemente zwischen Probe und Detektor im Bereich der sogenannten Abbildungsoptik bereitzustellen, um die

Phasenkontrast-Bildgebung zu ermöglichen. Daraus können konstruktive Einschränkungen resultieren. Weiterhin können applikative Einschränkungen bestehen: Zum Beispiel kann die Fluoreszenz-Bildgebung durch Vorsehen der zusätzlichen optischen Elemente erschwert werden. Es sind auch Techniken bekannt, bei denen mittels strukturierter Beleuchtung ein Phasenkontrast erzielt werden kann. Ein erstes Beispiel von Techniken, die mittels strukturierter Beleuchtung ein Bild mit Phasenkontrast erzielen können, ist in DE 10 2014 1 12 242 A1 offenbart. Solche Techniken weisen jedoch bestimmte

Einschränkungen auf. Beispielsweise kann es mittels solcher Techniken, bei denen unterschiedliche Intensitätsbilder, die mit unterschiedlichen Beleuchtungsrichtungen assoziiert sind, kombiniert werden, möglich sein, dass ein entsprechendes Ergebnisbild den Phasenkontrast Gradienten-artig darstellt. Dies bedeutet, dass gegenüberliegende Kanten eines Phasenobjekts ein unterschiedliches Vorzeichen des Kontrasts aufweisen können. Damit kann es mittels solcher Techniken nicht oder nur eingeschränkt möglich sein, beispielsweise Höhenprofile des Probenobjekts zu erzeugen, welches einen

Kontrast aufweist, der große (kleine) Werte für hohe (tiefe) Punkte des Probenobjekts aufweist.

Eine weitere Technik, bei welcher mittels strukturierter Beleuchtung ein Ergebnisbild mit Phasenkontrast erzielt werden kann, ist die sogenannte quantitative Differenz

Phasenkontrast Technik (engl, quantitative differential phase contrast, QDPC). Siehe beispielsweise L. Tian und L. Waller:„Quantitative differential phase contrast imaging in an LED array microscope", Optics Express 23 (2015), 1 1394 (nachfolgend Tian, Waller). Solche Techniken weisen jedoch den Nachteil auf, dass je nach verwendetem optischen System keine gültigen Ergebnisse für ein Ergebnisbild mit einem Phasenkontrast erzielt werden können. Beispielsweise können bestimmte Erfordernisse in Bezug auf die Größe einer Apertur des Beleuchtungsmoduls relativ zu einer Größe einer Apertur eine Optik zu Detektion vorliegen. Dies kann die Möglichkeit, QDPC in praktischen

Aufgabenstellungen zu verwenden, einschränken. Außerdem wurde beobachtet, dass bei der QDPC eine unerwünschte Verstärkung von abgebildeten Frequenzen auftreten kann, z.B. wenn gewisse Toleranzen in Bezug auf die verwendete Apertur vorliegen. KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Deshalb besteht ein Bedarf für verbesserte Techniken, um Ergebnisbilder mit einem Phasenkontrast zu bestimmen. Insbesondere besteht ein Bedarf für solche Techniken, die zumindest einige der oben genannten Einschränkungen und Nachteile beheben oder lindern.

Diese Aufgabe wird von den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Die Merkmale der abhängigen Patentansprüche definieren Ausführungsformen.

In einem Beispiel umfasst ein optisches System einen Probenhalter. Der Probenhalter ist eingerichtet, um ein Probenobjekt zu fixieren. Das optische System umfasst auch ein Beleuchtungsmodul. Das Beleuchtungsmodul ist eingerichtet, um das Probenobjekt mit mindestens einer strukturierten Beleuchtungsgeometrie zu beleuchten. Das optische System umfasst auch eine Abbildungsoptik, die eingerichtet ist, um ein Abbild des mit der mindestens einen strukturierten Beleuchtungsgeometrie beleuchteten Probenobjekts auf einem Detektor zu erzeugen. Das optische System umfasst auch den Detektor. Der Detektor ist eingerichtet, um basierend auf dem Abbild mindestens ein Bild des

Probenobjekts zu erfassen. Das optische System umfasst auch eine Steuerung. Die Steuerung ist eingerichtet, um basierend auf einer Übertragungsfunktion und dem mindestens einen Bild ein Ergebnisbild zu bestimmen. Das Ergebnisbild weist einen Phasenkontrast auf. Dabei entspricht die Übertragungsfunktion einer basierend auf einer Größe einer Apertur der Abbildungsoptik skalierten Referenz- Übertragungsfunktion.

In einem Beispiel umfasst ein optisches System einen Probenhalter. Der Probenhalter ist eingerichtet, um ein Probenobjekt zu fixieren. Das optische System umfasst auch ein Beleuchtungsmodul. Das Beleuchtungsmodul ist eingerichtet, um das Probenobjekt mit mindestens einer strukturierten Beleuchtungsgeometrie zu beleuchten. Das optische System umfasst auch eine Abbildungsoptik, die eingerichtet ist, um ein Abbild des mit der mindestens einen strukturierten Beleuchtungsgeometrie beleuchteten Probenobjekts auf einem Detektor zu erzeugen. Das optische System umfasst auch den Detektor. Der Detektor ist eingerichtet, um basierend auf dem Abbild mindestens ein Bild des

Probenobjekts zu erfassen. Das optische System umfasst auch eine Steuerung. Die Steuerung ist eingerichtet, um basierend auf einer Übertragungsfunktion und dem mindestens einen Bild ein Ergebnisbild zu bestimmen. Das Ergebnisbild weist einen Phasenkontrast auf. Eine Größe der Apertur des Beleuchtungsmoduls ist dabei kleiner als eine Größe der Apertur der Abbildungsoptik.

In einem Beispiel umfasst ein Verfahren das Beleuchten eines Probenobjekts mit mindestens einer strukturierten Beleuchtungsgeometrie. Das Verfahren umfasst auch das Erzeugen eines Abbilds des mit der mindestens einen strukturierten

Beleuchtungsgeometrie beleuchteten Probenobjekts. Basierend auf dem Abbild umfasst das Verfahren weiterhin das Erfassen mindestens eines Abbilds des Probenobjekts. Basierend auf einer Übertragungsfunktion und dem mindestens einen Bild wird ein Ergebnisbild bestimmt, welches einen Phasenkontrast aufweist. Die

Übertragungsfunktion entspricht einer Referenz-Übertragungsfunktion, die basierend auf einer Größe einer Apertur der Abbildungsoptik skaliert ist.

Ein Computerprogrammprodukt umfasst Programmcode, der von mindestens einem Prozessor ausgeführt werden kann. Das Ausführen des Programmcodes bewirkt, dass der mindestens eine Prozessor ein Verfahren ausführt. Das Verfahren umfasst das Beleuchten eines Probenobjekts mit mindestens einer strukturierten

Beleuchtungsgeometrie. Das Verfahren umfasst auch das Erzeugen eines Abbilds des mit der mindestens einen strukturierten Beleuchtungsgeometrie beleuchteten

Probenobjekts. Basierend auf dem Abbild umfasst das Verfahren weiterhin das Erfassen mindestens eines Abbilds des Probenobjekts. Basierend auf einer Übertragungsfunktion und dem mindestens einen Bild wird ein Ergebnisbild bestimmt, welches einen

Phasenkontrast aufweist. Die Übertragungsfunktion entspricht einer Referenz- Übertragungsfunktion, die basierend auf einer Größe einer Apertur der Abbildungsoptik skaliert ist.

Ein Computerprogramm umfasst Programmcode, der von mindestens einem Prozessor ausgeführt werden kann. Das Ausführen des Programmcodes bewirkt, dass der mindestens eine Prozessor ein Verfahren ausführt. Das Verfahren umfasst das

Beleuchten eines Probenobjekts mit mindestens einer strukturierten

Beleuchtungsgeometrie. Das Verfahren umfasst auch das Erzeugen eines Abbilds des mit der mindestens einen strukturierten Beleuchtungsgeometrie beleuchteten

Probenobjekts. Basierend auf dem Abbild umfasst das Verfahren weiterhin das Erfassen mindestens eines Abbilds des Probenobjekts. Basierend auf einer Übertragungsfunktion und dem mindestens einen Bild wird ein Ergebnisbild bestimmt, welches einen

Phasenkontrast aufweist. Die Übertragungsfunktion entspricht einer Referenz- Übertragungsfunktion, die basierend auf einer Größe einer Apertur der Abbildungsoptik skaliert ist.

Mittels solcher Techniken kann es möglich sein, Ergebnisbilder mit einem

Phasenkontrast besonders flexibel zu bestimmen. Solche Techniken beruhen nämlich auf der Erkenntnis, dass es mittels geeigneter Wahl der Übertragungsfunktion möglich sein kann, dass Ergebnisbild mit dem Phasenkontrast zu bestimmen, auch wenn beispielsweise eine besonders große Apertur der Abbildungsoptik verwendet wird.

Solche Techniken beruhen insbesondere auf der Erkenntnis, dass zwar einerseits das Ergebnisbild nicht notwendigerweise eine quantitative Beschreibung der Phase des Probenobjekt mittels des Phasenkontrasts codiert, jedoch bei entsprechender Wahl der Übertragungsfunktion weiterhin eine qualitative Beschreibung der Phase des

Probenobjekts z.B. als Höhenprofil bereitstellt.

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. KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN

FIG. 1 illustriert schematisch ein optisches System gemäß verschiedener Beispiele, wobei das optische System ein Beleuchtungsmodul aufweist, das eingerichtet ist, um ein Probenobjekt mit einer strukturierten Beleuchtungsgeometrie zu beleuchten.

FIG. 2 illustriert schematisch das Beleuchtungsmodul mit einer Vielzahl von

Beleuchtungselementen in größerem Detail. FIG. 3 illustriert schematisch eine beispielhafte Beleuchtungsgeometrie, die mittels des Beleuchtungsmoduls zur Beleuchtung des Probenobjekts verwendet werden kann.

FIG. 4 illustriert schematisch eine beispielhafte Beleuchtungsgeometrie, die mittels des Beleuchtungsmoduls zur Beleuchtung des Probenobjekts verwendet werden kann.

FIG. 5 illustriert schematisch eine beispielhafte Beleuchtungsgeometrie, die mittels des Beleuchtungsmoduls zur Beleuchtung des Probenobjekts verwendet werden kann.

FIG. 6 illustriert schematisch eine Übertragungsfunktion, die gemäß verschiedener Beispiele beim Bestimmen eines Ergebnisbilds verwendet werden kann.

FIG. 7 illustriert schematisch eine Übertragungsfunktion, die gemäß verschiedener Beispiele beim Bestimmen eines Ergebnisbilds verwendet werden kann, wobei die Übertragungsfunktion gemäß FIG. 7 gegenüber der Übertragungsfunktion gemäß FIG. 8 skaliert ist.

FIG. 8 illustriert schematisch eine Übertragungsfunktion, die gemäß verschiedener Beispiele beim Bestimmen eines Ergebnisbilds verwendet werden kann. FIG. 9 illustriert schematisch Übertragungsfunktionen, die gemäß verschiedener Beispiele zum Bestimmen eines Ergebnisbilds verwendet werden können. FIG. 10 ist ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN

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.

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 beschrieben, um ein Ergebnisbild mit

maßgeschneidertem Kontrast zu bestimmen. Beispielsweise kann das Ergebnisbild ein Phasenobjekt mit einem Phasenkontrast abbilden. Das Ergebnisbild kann im

Allgemeinen ein Höhenprofil des Probenobjekts bereitstellen.

Die hierin beschriebenen Techniken ermöglichen es, das Ergebnisbild durch digitale Nachbearbeitung von ein oder mehreren Bildern eines Probenobjekts zu bestimmen. Beispielsweise wäre es möglich, dass das eine oder die mehreren Bilder des

Probenobjekts Intensitätsbilder sind, die selbst keinen Phasenkontrast aufweisen. Das eine oder die mehreren Bilder des Probenobjekts können mit unterschiedlichen Beleuchtungsgeometrien assoziiert sein. Dies bedeutet, dass das eine oder die mehreren Bilder jeweils bei gleichzeitiger Beleuchtung des Probenobjekts mittels einer entsprechenden Beleuchtungsgeometrie durch einen Detektor erfasst werden können.

Die unterschiedlichen Beleuchtungsgeometrien können beispielsweise mit

unterschiedlichen Beleuchtungsrichtungen assoziiert sein. Die unterschiedlichen

Beleuchtungsgeometrien bzw. assoziierte unterschiedliche Bilder können durch Zeit- Multiplexen oder Frequenz-Multiplexen voneinander getrennt werden. Es wäre auch eine Trennung mittels unterschiedlicher Polarisationen möglich. Die

Beleuchtungsgeometrien können eine Richtungsabhängigkeit aufweisen, beispielsweise können die Beleuchtungsgeometrien einen Gradienten der Beleuchtungsstärke entlang einer oder mehrerer Raumrichtungen aufweisen. Z.B. könnte die Beleuchtungsstärke stufenförmig entlang einer Raumrichtung variieren, etwa zwischen Null und einem endlichen Wert oder zwischen zwei unterschiedlichen endlichen Werten.

Beispielsweise kann das Probenobjekt ein Phasenobjekt umfassen, beispielsweise eine Zelle oder eine Zellkultur, etc. Das Probenobjekt kann a-priori unbekannt sein, d.h. es können unterschiedliche Probenobjekte durch den Probenhalter fixiert werden. Das Probenobjekt könnte auch für das verwendete Licht nicht-lichtdurchlässig sein. Je nach Art des Probenobjekts kann es erstrebenswert sein, das Beleuchtungsmodul und den Detektor in Auflichtgeometrie oder Durchlichtgeometrie zu betreiben.

In verschiedenen Beispielen wird eine Übertragungsfunktion für die digitale

Nachbearbeitung von ein oder mehreren Bildern zum Erhalten des Ergebnisbilds verwendet. Beispielsweise kann die Übertragungsfunktion eine

Objektübertragungsfunktion und/oder eine Optikübertragungsfunktion des optischen Systems bezeichnen. Die Übertragungsfunktion kann geeignet sein, um bei einer bestimmten Beleuchtung und einem bestimmten Probenobjekt das mindestens eine Bild vorherzusagen. Beispielsweise kann die Übertragungsfunktion einen reellwertigen Anteil aufweisen und/oder einen imaginären Anteil aufweisen. Dabei kann der reellwertige Anteil der Übertragungsfunktion einer Abnahme der Intensität des Lichts bei Durchlaufen des Probenobjekts entsprechen. Ein Amplitudenobjekt weist typischerweise eine signifikante Dämpfung des Lichts auf. Entsprechend kann der imaginären Anteil der Übertragungsfunktion einer Verschiebung der Phase des das Probenobjekt

durchlaufenden Lichts bezeichnen. Ein Phasenobjekt weist typischerweise eine signifikante Verschiebung der Phase des Lichts auf. Nachfolgend werden insbesondere Techniken beschrieben, um den imaginären Anteil der Übertragungsfunktion zu bestimmen. Aus Gründen der Einfachheit wird nachfolgend nicht jedes Mal darauf referenziert, dass die Techniken den imaginären Anteil der Übertragungsfunktion betreffen. In manchen Beispielen kann eine rein imaginäre Übertragungsfunktion ohne reellwertigen Anteil verwendet werden.

Dabei können unterschiedliche Techniken zum Bestimmen der Übertragungsfunktion verwendet werden. In einem Beispiel könnte die Übertragungsfunktion auf Grundlage einer Technik nach Abbe bestimmt werden. Mittels einer Technik nach Abbe könnte eine Referenz-Übertragungsfunktion bestimmt werden. Dabei kann das Probenobjekt in unterschiedliche Ortsfrequenzanteile separiert werden. Dann kann eine Überlagerung unendlich vieler harmonischer Gitter das Probenobjekt modellieren. Auch die Lichtquelle kann zerlegt werden in die Summe verschiedener Punktlichtquellen. Ein weiteres Beispiel betrifft die Bestimmung der Optikübertragungsfunktion, welche das Abbild des Probenobjekts für eine bestimmte Beleuchtungsgeometrie beschreibt, basierend auf einer Technik gemäß Hopkins, siehe H.H. Hopkins„On the Diffraction Theory of Optical Images", Proceedings of the Royal Society A: Mathematical, Physical Engineering Sciences 217 (1953) 408-432. Daraus kann die Transmissions-Kreuzkoeffizientenmatrix (engl, transmission cross-coefficient matrix, TCC) bestimmt werden, die manchmal auch als partiell-kohärente Objektübertragungsfunktion bezeichnet wird. Der TCC kann als Referenz-Übertragungsfunktion dienen. Der TCC entspricht in etwa der

Übertragungsfunktion der partiell kohärenten Abbildung und enthält die Eigenschaften des optischen Systems sowie der Beleuchtungsgeometrie. Die Frequenzen, die die Optik übertragen, beschränken sich auf das Gebiet, in dem der TCC Werte ungleich 0 annimmt. Ein System mit hohem Kohärenzfaktor bzw. Kohärenzparameter hat demzufolge ein größeres Gebiet mit TCC Φ 0 und ist in der Lage, höhere

Ortsfrequenzen abzubilden. Im TCC steckt typischerweise die gesamte Information des optischen Systems und die TCC berücksichtigt oftmals auch komplexwertige Pupillen wie z. B. beim Zernike-Phasenkontrast oder ausgelöst durch Aberrationen. Die TCC kann eine Trennung der Optikübertragungsfunktion von der Objektübertragungsfunktion ermöglichen. In manchen Beispielen wäre es auch möglich, dass die

Übertragungsfunktion vorgegeben ist und keine Bestimmung als TCC oder nach Abbe erfolgen muss.

Je nach verwendeter Übertragungsfunktion können unterschiedliche Techniken zum Bestimmen des Ergebnisbilds verwendet werden. Eine beispielhafte Technik ist in Tian, Waller in Bezug auf Gl. 13 beschrieben. Dort ist dargestellt, wie basierend auf einer Tichonov Regularisierung ein Ergebnisbild mittels inverses Fourier-Transformation und basierend auf der Übertragungsfunktion H* und ferner basierend auf der

Ortsfrequenzraum-Repräsentation einer Kombination I DPC von zwei Bildern des

Probenobjekts bei unterschiedlichen Beleuchtungsgeometrien bestimmt werden kann:

Dabei beschreibt I DPC die spektrale Zerlegung einer Kombination von zwei Bildern /rund IB, die bei unterschiedlichen Beleuchtungsgeometrien, die zueinander komplementäre Halbkreise beleuchten, erfasst wurden:

Dies sind Beispiele. Im Allgemeinen muss die Beleuchtungsgeometrie beispielsweise nicht streng Halbkreis-förmig sein. Z.B. könnten vier Leuchtdioden verwendet werden, die auf einem Halbkreis angeordnet sind. Z.B. könnten also definierte

Beleuchtungsrichtungen verwendet werden, also etwas einzelne Leuchtdioden. Ferner könnte in Gl. 2 auch die Normalisierung auf 1 erfolgen, anstatt auf I T + I B , oder auf einen anderen Wert. Statt einer Verrechnung von /r und IB könnten in anderen

Beispielen auch die Rohdaten selbst verwendet werden, also z.B. I DPC = I T oder I DPC = I B . Durch die Bildung eines entsprechenden Quotienten in Gl. 2 können andernfalls störende Einflüsse wie sonstige Stoffeigenschaften, Farbe, etc. reduziert werden. Durch die Bildung der Differenz kann insbesondere ein Absorptionsanteil aufgrund eines reellwertigen Anteils der Übertragungsfunktion reduziert werden. I DPC ist proportional zum lokalen Anstieg der Phasenverschiebung aufgrund des Probenobjekts. Die

Phasenverschiebung kann durch eine Änderung der Dicke des Probenobjekts bzw. der Topographie des Probenobjekts verursacht sein und/oder durch eine Änderung der optischen Eigenschaften.

Z.B. können zwei Bilder I DPC sowie I DPC ,2 bestimmt werden, einmal mit einem Paar von halbkreisförmigen Beleuchtungsgeometrien, die oben-unten in einer lateralen Ebene senkrecht zum Strahlengang angeordnet sind (I D pc , i), un d einmal mit einem Paar von halbkreisförmigen Beleuchtungsgeometrien, die links-rechts in der lateralen Ebene angeordnet sind (l DPC ,2 )- Dann kann sowohl I DPC , als auch I DPC>2 beim Bestimmen des Ergebnisbilds berücksichtigt werden, siehe Summationsindexy in Gl. 1 .

Solche Techniken beruhen auf bestimmten Annahmen und Vereinfachungen, beispielsweise im Falle der o.g. Formulierung einer schwachen Objektnäherung (engl, weak object approximation) und der TCC. In anderen Beispielen können aber andere Näherungen und Formalismen verwendet werden. Beispielsweise könnte eine andere Invertierung anstelle der Tichonov-Regularisierung verwendet werden, beispielsweise eine direkte Integration oder eine anderweitig ausgebildete Fourier-Filterung. Auch in solchen Abwandlungen können die grundlegenden Eigenschaften der

Übertragungsfunktion, wie in den verschiedenen Beispielen hierin beschrieben, erhalten bleiben.

FIG. 1 illustriert ein beispielhaftes optisches System 100. Beispielsweise könnte das optische System 100 gemäß dem Beispiel der FIG. 1 ein Lichtmikroskop implementieren beispielsweise in Durchlichtgeometrie. Ein solches Mikroskop könnte zur

Phasenkontrast-Bildgebung verwendet werden. In anderen Beispielen könnte das optische System 100 gemäß dem Beispiel der FIG. 1 auch ein Lichtmikroskop implementieren, in Auflichtgeometrie. Beispielsweise könnte ein entsprechendes Lichtmikroskop in Auflichtgeometrie zur Materialprüfung verwendet werden. Dazu kann ein Höhenprofil des Probenobjekts erstellt werden.

Mittels des optischen Systems 100 kann es möglich sein, kleine Strukturen eines von einem Probenhalter 1 13 fixierten Probenobjekts vergrößert darzustellen. Beispielsweise könnte das optische System 100 ein Weitfeldmikroskop implementieren, bei welchem eine Probe vollflächig beleuchtet wird. In manchen Beispielen kann die Abbildungsoptik 1 12 ein Abbild des Probenobjekts auf einem Detektor 1 14 erzeugen. Der Detektor 1 14 kann dann eingerichtet sein, um ein oder mehrere Bilder des Probenobjekts zu erfassen. Auch eine Betrachtung durch ein Okular ist denkbar.

In manchen Beispielen können Abbildungsoptiken 1 12 mit einer großen Apertur verwendet werden. Beispielsweise könnte die Abbildungsoptik 1 12 eine numerische Apertur von nicht kleiner als 0,2 aufweisen, optional von nicht kleiner als 0,3, weiter optional von nicht kleiner als 0,5. Beispielsweise könnte die Abbildungsoptik 1 12 ein Immersionsobjektiv aufweisen.

Das optische System 100 umfasst auch ein Beleuchtungsmodul 1 1 1. Das

Beleuchtungsmodul 1 1 1 ist eingerichtet, um das Probenobjekt, das auf dem

Probenhalter 1 13 fixiert ist, zu beleuchten. Beispielsweise könnte diese Beleuchtung mittels der Köhler'schen Beleuchtung implementiert werden. Dabei wird eine

Kondensorlinse und eine Kondensor-Aperturblende verwendet. Dies führt zu einer besonders homogenen Intensitätsverteilung des zur Beleuchtung verwendeten Lichts in der Ebene des Probenobjekts. Beispielsweise kann eine partiell inkohärente

Beleuchtung implementiert werden. Das Beleuchtungsmodul 1 1 1 könnte auch eingerichtet sein, um das Probenobjekt in Dunkelfeldgeometrie zu beleuchten.

In dem Beispiel der FIG. 1 ist das Beleuchtungsmodul 1 1 1 eingerichtet, um eine strukturierte Beleuchtung zu ermöglichen. Dies bedeutet, dass mittels des

Beleuchtungsmoduls 1 1 1 unterschiedliche Beleuchtungsgeometrien des zur

Beleuchtung des Probenobjekts verwendeten Lichts implementiert werden können. Die unterschiedlichen Beleuchtungsgeometrien können einer Beleuchtung des Probenobjekts aus unterschiedlichen Beleuchtungsrichtungen entsprechen.

Dabei sind in den verschiedenen hierin beschriebenen Beispielen unterschiedliche Hardware-Implementierungen möglich, um die unterschiedlichen

Beleuchtungsgeometrien bereitzustellen. Beispielsweise könnte das Beleuchtungsmodul 1 1 1 mehrere einstellbare Beleuchtungselemente umfassen, die eingerichtet sind, um lokal Licht zu modifizieren oder auszusenden. Eine Steuerung 1 15 kann das

Beleuchtungsmodul 1 1 1 bzw. die Beleuchtungselemente zum Implementieren einer bestimmten Beleuchtungsgeometrie ansteuern.

Beispielsweise könnten die Steuerung 1 15 als Mikroprozessor oder MikroController implementiert sein. Alternativ oder zusätzlich könnte die Steuerung 1 15 beispielsweise einen FPGA oder ASIC umfassen. Die Steuerung 1 15 kann alternativ oder zusätzlich auch den Probenhalter 1 13, die Abbildungsoptik 1 12, und / oder den Detektor 1 14 ansteuern.

FIG. 2 illustriert Aspekte in Bezug auf das Beleuchtungsmodul 1 1 1 . In FIG. 2 ist dargestellt, dass das Beleuchtungsmodul 1 1 1 eine Vielzahl von einstellbaren

Beleuchtungslementen 121 in einer Matrixstruktur aufweist. Die Matrixstruktur ist dabei in einer Ebene senkrecht zum Strahlengang des Lichts orientiert (laterale Ebene;

Ortsraumkoordinaten x, y).

Anstatt einer Matrixstruktur wäre es in anderen Beispielen auch möglich, andere geometrische Anordnungen der einstellbaren Elemente zu verwenden, beispielsweise ringförmig, halbkreisförmig etc.

In einem Beispiel könnten die einstellbaren Beleuchtungselemente 121 als Lichtquellen, beispielsweise als Leuchtdioden, implementiert sein. Dann wäre es zum Beispiel möglich, dass unterschiedliche Leuchtdioden mit unterschiedlicher Lichtstärke Licht zur Beleuchtung des Probenobjekts emittieren. Dadurch kann eine Beleuchtungsgeometrie implementiert werden. In einer weiteren Implementierung könnte das Beleuchtungsmodul 1 1 1 als räumlicher Lichtmodulator (Engl., spatial light modulator, SLM) implementiert sein. Der SLM kann ortsaufgelöst einen Eingriff in eine

Kondensorpupille nehmen, was eine direkte Auswirkung auf die Bildgebung - zum Beispiel formalisiert mittels der TCC abgebildet - haben kann.

FIG. 3 illustriert Aspekte in Bezug auf eine beispielhafte Beleuchtungsgeometrie 300. In FIG. 3 ist die bereitgestellte Lichtstärke 301 für die verschiedenen einstellbaren

Elemente 121 des Beleuchtungsmoduls 1 1 1 entlang der Achse Χ-Χ ' aus FIG. 2 dargestellt. Die Beleuchtungsgeometrie 300 weist eine Abhängigkeit von der Position entlang der Achse X-X' auf und ist daher strukturiert.

FIG. 4 illustriert Aspekte in Bezug auf eine beispielhafte Beleuchtungsgeometrie 300. FIG. 4 illustriert die Beleuchtungsgeometrie 300 abstrakt von dem verwendeten Beleuchtungsmodul 1 1 1. In dem Beispiel der FIG. 4 wird eine Beleuchtungsgeometrie 300 verwendet, bei der eine Seite beleuchtet wird (schwarze Farbe in FIG. 4) und die andere Seite nicht beleuchtet wird (weiße Farbe in FIG. 4). In FIG. 5 ist eine weitere beispielhafte Beleuchtungsgeometrie dargestellt (mit entsprechender Farbkodierung, wie bereits in Bezug auf FIG. 4 beschrieben). FIG. 6 illustriert Aspekte in Bezug auf eine beispielhafte Übertragungsfunktion 400

(wobei in FIG. 6 schwarz einen Betrag von +1 und weiß einen Betrag von -1 codiert; die Koordinaten u x und u y sind im Ortsfrequenzraum definiert und entsprechen dort den Ortsraumkoordinaten x und y). Die Übertragungsfunktion 400 kann dazu verwendet werden, um basierend auf einem Bild, welches beispielsweise mit der

Beleuchtungsgeometrie 300 gemäß dem Beispiel der FIG. 4 erfasst wurde, ein

Ergebnisbild zu bestimmen. Das Ergebnisbild kann einen Phasenkontrast aufweisen. Das Ergebnisbild kann ein Höhenprofil des Probenobjekts beinhalten.

In dem Beispiel der FIG. 6 weist die Ü bertrag ungsfunktion 400 eine Symmetrieachse 405 auf, die einer Symmetrieachse 305 der Beleuchtungsgeometrie 300 entspricht. Dadurch kann es möglich sein, dass die Übertragungsfunktion 400 passend zu der Beleuchtungsgeometrie 300 gewählt wird. Dadurch kann das Ergebnisbild einen besonders starken Kontrast aufweisen.

In FIG. 6 ist auch der Durchmesser der Detektorapertur der Abbildungsoptik 1 12 dargestellt. Weil eine partiell inkohärente Beleuchtung verwendet wird, ist die

Übertragungsfunktion bis zur zweifachen Größe der Detektorapertur der

Abbildungsoptik 1 12 ungleich Null.

FIG. 7 illustriert auch Aspekte in Bezug auf eine Übertragungsfunktion 400. Das Beispiel der FIG. 7 entspricht dabei grundsätzlich dem Beispiel der FIG. 6. Jedoch ist in dem Beispiel der FIG. 6 die Größe der Detektorapertur größer als in dem Beispiel der FIG. 6 (vgl. horizontale gestrichelte Linien; NA bezeichnet die Größe der Detektorapertur).

Dabei ist aber die Übertragungsfunktion 400 entsprechend skaliert auf die in FIG. 7 im Vergleich zu FIG. 6 vergrößerte Detektorapertur. Beispielsweise könnte die

Übertragungsfunktion 400 gemäß dem Beispiel der FIG. 6 als Referenz- Übertragungsfunktion dienen. Dann könnte zum Beispiel die Steuerung 1 15 eingerichtet sein, um die Übertragungsfunktion 400 gemäß dem Beispiel der FIG. 7 basierend auf einer Skalierung dieser Referenz-Übertragungsfunktion auf die vergrößerte Apertur der Abbildungsoptik 1 12 zu bestimmen.

Basierend auf solchen Techniken ist es möglich, dass Ergebnisbild mit dem

Phasenkontrast auch für Szenarien zu bestimmen, bei denen die Größe der Apertur des Beleuchtungsmodul 1 1 1 kleiner ist als die Größe der Apertur der Abbildungsoptik 1 12. Insbesondere kann es in solchen Beispielen möglich sein, dass eine besonders große Apertur für die Abbildungsoptik 1 12 verwendet wird, was bei bestimmten

Anwendungsfällen zur Bildgebung mittels des optischen Systems 100 erstrebenswert sein kann. Beispielsweise wäre es möglich, dass die Größe der Apertur des

Beleuchtungsmodul 1 1 1 kleiner ist als 50 % der Größe der Apertur der Abbildungsoptik 1 12, optional kleiner als 20 %, weiter optional kleiner als 5 %. Dadurch kann besonders sensitiv gemessen werden. Aus den Beispielen der FIGs. 6 und 7 ist ersichtlich, dass es möglich sein kann, die Übertragungsfunktion 400 unabhängig von der Größe der Apertur des

Beleuchtungsmodul 1 1 1 zu bestimmen. Dies kann in anderen Worten bedeuten, dass beispielsweise eine Ausdehnung oder bestimmte Merkmale - wie z.B. Extremwerte, Nullstellen, Wendepunkte, etc. - der Übertragungsfunktion 400 nicht von der Größe der Apertur des Beleuchtungsmodul 1 1 1 abhängen. Beispielsweise weisen die

Übertragungsfunktionen 400 in den Beispielen der FIGs. 6 und 7 keine Merkmale auf, wie beispielsweise lokale Extremwerte oder Nullstellen, die in Abhängigkeit der Größe der Apertur des Beleuchtungsmodul 1 1 1 im Ortsfrequenzraum - d.h. im zum Ortsraum konjugierten Raum - positioniert wären. Zwischen dem Ortsraum und dem

Ortsfrequenzraum kann durch Fourieranalyse und inverse Fourieranalyse transformiert werden. Ortsfrequenzen bezeichnen dabei den Kehrwehrt einer räumlichen

Periodenlänge. Vielmehr ist der Bereich, innerhalb welchem die Übertragungsfunktion 400 Werte ungleich Null annimmt, durch die Größe der Apertur der Abbildungsoptik 1 12 bestimmt.

Solche Techniken beruhen auf der Erkenntnis, dass es auch für solche, in Abhängigkeit der Größe der Apertur der Abbildungsoptik skalierte Übertragungsfunktionen 400 möglich sein kann, dass Ergebnisbild mit einem aussagekräftigen Kontrast zu bestimmen - beispielsweise einem Phasenkontrast oder mit einem Höhenprofil des Probenobjekts. Dabei kann der Kontrast im Ergebnisbild in manchen Beispielen keine quantitative Beschreibung der Phase des Probenobjekts beinhalten, jedoch eine qualitative Beschreibung der Phase des Probenobjekts. Insbesondere kann die qualitative Beschreibung der Phase des Probenobjekts konsistent im Bereich des gesamten Bilds bereitgestellt werden. Insbesondere im Vergleich zu Referenztechniken wie z.B. in DE 10 2014 1 12 242 A1 beschrieben, bei denen unterschiedliche Gradienten der Phase des Probenobjekts - beispielsweise an gegenüberliegenden Kanten des Probenobjekts - mit unterschiedlichem Vorzeichen des Kontrasts im Ergebnisbild abgebildet werden, kann dies einen Vorteil aufweisen.

FIG. 8 illustriert Aspekte in Bezug auf eine Übertragungsfunktion 400 (wobei in FIG. 8 schwarz einen Betrag von +1 und weiß einen Betrag von -1 codiert; die Koordinaten u x und ty Sind im Ortsfrequenzraum definiert und entsprechen dort den

Ortsraumkoordinaten x und y). Die Übertragungsfunktion 400 kann dazu verwendet werden, um basierend auf einem Bild, welches beispielsweise mit der

Beleuchtungsgeometrie 300 gemäß dem Beispiel der FIG. 5 erfasst wurde, ein

Ergebnisbild mit einem Phasenkontrast zu bestimmen. In FIG. 8 ist auch der

Durchmesser der Detektorapertur der Abbildungsoptik 1 12 dargestellt.

Aus den FIGs. 6-8 ist ersichtlich, dass die Übertragungsfunktion 400 in Abhängigkeit der strukturierten Beleuchtungsgeometrie 300 bestimmt werden kann. Insbesondere ist es möglich, dass die Geometrie der Übertragungsfunktion 400 im Ortsfrequenzraum die Beleuchtungsgeometrie 300 im Ortsraum nachbildet. Durch solche Techniken kann ein besonders starker Kontrast in dem Ergebnisbild erzielt werden, d.h. ein hohes Signal- zu-Rauschverhältnis beispielsweise für den Phasenkontrast oder das Höhenprofil. FIG. 9 illustriert Aspekte in Bezug auf verschiedene Übertragungsfunktionen 400

(unterschiedliche Übertragungsfunktionen sind in FIG. 9 mit der durchgezogene Linie, der gestrichelten Linie, der gepunkteten Linie, sowie der gestrichelten-gepunkteten Linie dargestellt). Die in FIG. 9 dargestellten Übertragungsfunktionen 400 können beispielsweise für unterschiedliche Beleuchtungsgeometrien verwendet werden (in FIG. 9 sind die

Beleuchtungsgeometrien nicht dargestellt).

In FIG. 9 ist die Übertragungsfunktion 400 entlang einer Achse u x des

Ortsfrequenzraums dargestellt. In manchen Beispielen könnte die Übertragungsfunktion lediglich entlang einer Koordinate des Ortsfrequenzraums eine Variation aufweisen; in anderen Beispielen könnte aber eine Variation entlang zweier orthogonaler Achsen u x und u y vorliegen. In dem Beispiel der FIG. 9 ist beispielsweise eine Übertragungsfunktion 400 als monoton steigende lineare Funktion ausgebildet (durchgezogene Linie). Außerdem ist in dem Beispiel der FIG. 9 eine weitere Übertragungsfunktion 400 als monoton steigende Sigmoid-Funktion ausgebildet (gestrichelte Linie). In dem Beispiel der FIG. 9 ist eine weitere Übertragungsfunktion 400 als gefaltete, monoton fallende, lineare Funktion ausgebildet (gepunktete Linie). In dem Beispiel der FIG. 9 ist eine weitere

Übertragungsfunktion 400 als Stufenfunktion ausgebildet (gepunktete Linie).

Solche Ausbildungen von Übertragungsfunktionen 400 sind rein beispielhaft und in anderen Beispielen können anders ausgebildete Übertragungsfunktionen verwendet werden oder aber Überlagerungen der in dem Beispiel der FIG. 9 dargestellten

Übertragungsfunktionen 400. Jedoch können die in den verschiedenen hierin

beschriebenen Beispielen verwendete Übertragungsfunktionen bestimmte Merkmale bzw. Charakteristiken aufweisen, die eine besonders gute Bestimmung des Ergebnisbild ermöglichen. Solche Merkmale von verwendeten Übertragungsfunktionen werden nachfolgend beschrieben. Aus den Beispielen der Übertragungsfunktionen 400 in FIG. 9 ist ersichtlich, dass es möglich ist, die Übertragungsfunktionen 400 für Ortsfrequenzen innerhalb der Apertur der Abbildungsoptik 1 12 ohne lokale Extremwerte auszubilden, d.h. ohne lokale Maxima oder Minima die kleiner wären, als die absoluten Extremwerte (d.h. die Amplituden von +1 bzw. -1 im Beispiel der FIG. 9). Dies kann durch eine monoton steigende oder fallende Übertragungsfunktion erzielt werden, oder durch eine Stufenfunktion.

Eine solche Vermeidung von lokalen Extremwerten kann insbesondere vorteilhafte Effekte in Bezug auf die Reduktion von Signalrauschen bzw. Artefakten im Ergebnisbild aufweisen. Beispielsweise weisen die von Tian und Waller verwendeten

Übertragungsfunktionen (siehe Tian und Waller: FIG. 2, links oben) lokale Extremwerte innerhalb der doppelten Apertur der Abbildungsoptik auf. Manchmal kann es

vorkommen, dass - beispielsweise baulich bedingt - eine Abweichung zwischen der tatsächlichen Apertur und der nominellen Apertur der Abbildungsoptik vorliegt. Dann kann die Position der lokalen Extremwerte der Übertragungsfunktion in Bezug auf die tatsächliche Apertur falsch im Ortsfrequenzraum positioniert sein; dies bewirkt, dass in den Bildern beinhaltete Frequenzen aufgrund der in Bezug auf die tatsächliche Apertur falsch im Ortsfrequenzraum positionierten lokalen Extremwerte irrtümlicherweise eine starke Verstärkung erfahren, was zu Artefakten im Ergebnisbild führen kann. Indem gemäß der verschiedenen hierin beschriebenen Beispiele eine Übertragungsfunktion ohne lokale Extremwerte innerhalb der Detektorapertur bzw. der doppelten

Detektorapertur verwendet wird, kann eine solche irrtümliche Verstärkung von in den Bildern beinhalteten Frequenzen aufgrund eines verschoben positionierten lokalen Extremwerts der Übertragungsfunktion vermieden werden. Es resultiert eine

gleichförmige Propagation der in den erfassten Bildern beinhalteten Frequenzen.

Aus den in FIG. 9 dargestellten Beispielen der Übertragungsfunktionen 400 ist ferner ersichtlich, dass Implementierungen möglich sind, bei denen die Übertragungsfunktion für Ortsfrequenzen innerhalb der Apertur der Abbildungsoptik 1 12 bzw. innerhalb der doppelten Apertur der Abbildungsoptik 1 12 keine Werte oder im Wesentlichen keine Werte gleich Null annimmt, d.h. lediglich endliche Werte ungleich Null annimmt. Im Allgemeinen kann es manchmal erstrebenswert sein, zu vermeiden, dass die

Übertragungsfunktion für Ortsfrequenzen innerhalb der Apertur der Abbildungsoptik 1 12 bzw. innerhalb der doppelten Apertur der Abbildungsoptik 1 12 vergleichsweise kleine Werte - beispielsweise bezogen auf ein Maximum aller Betragswerte der

Übertragungsfunktion für Ortsfrequenzen innerhalb des entsprechenden Bereichs - annimmt. Zum Beispiel wäre es möglich, dass die Übertragungsfunktion für

Ortsfrequenzen innerhalb der Apertur oder der doppelten Apertur der Abbildungsoptik 1 12 keine Betragswerte <5 % eines Maximums aller Betragswerte der

Übertragungsfunktion 400 für Ortsfrequenzen innerhalb der Apertur der Abbildungsoptik 1 12 aufweist, optional keine Werte <2 %, weiter optional keine Werte <0,5 %. Ein solches Verhalten kann z.B. durch eine Stufenfunktion bereitgestellt werden.

Solchen Techniken liegt die Erkenntnis zugrunde, dass Werte gleich Null für die

Übertragungsfunktion 400 in einer Unterdrückung der entsprechenden in den Bildern beinhalteten Frequenzen entsprechen kann. Oftmals kann es aber erstrebenswert sein, dass innerhalb der Apertur der Abbildungsoptik 1 12 bzw. innerhalb der doppelten Apertur der Abbildungsoptik 1 12 keine Unterdrückung von entsprechenden in den

Bildern beinhalteten Frequenzen erfolgt. Beispielsweise ist aus Tian und Waller: FIG. 2, links oben ersichtlich, dass in einem ausgedehnten Bereich im Zentrums der Apertur der Optik die Übertragungsfunktion Werte gleich Null annehmen kann. Dabei sind die Bereiche, in denen die Übertragungsfunktion Werte gleich Null annimmt, umso größer, je kleiner ein Verhältnis zwischen der Größe der Apertur des Beleuchtungsmodul und der Größe der Apertur der Optik ist. Dies bedeutet, dass es gemäß der in Tian und Waller beschriebenen Referenztechniken nicht oder nur eingeschränkt möglich sein kann, ein aussagekräftiges Ergebnisbild mit Phasenkontrast zu bestimmen, wenn die Größe der Apertur des Beleuchtungsmodul signifikant kleiner ist als die Größe der Apertur der Optik. Diese Einschränkung der Referenzimplementierung kann durch die verschiedenen hierin beschriebenen Techniken behoben werden. Insbesondere kann es durch die geeignete Wahl der Übertragungsfunktion ohne Werte gleich Null bzw. sehr kleine Werte innerhalb der einfachen Apertur der Abbildungsoptik 1 12 bzw. der doppelten Apertur der Abbildungsoptik 1 12 möglich sein, auch für vergleichsweise große Aperturen der Abbildungsoptik 1 12 bzw. vergleichsweise kleine Aperturen des Beleuchtungsmodul 1 1 1 das Ergebnisbild mit dem Phasenkontrast zu bestimmen.

Aus dem Beispiel der FIG. 9 ist ferner ersichtlich, dass die dort dargestellten

Übertragungsfunktionen für Ortsfrequenzen außerhalb der doppelten Apertur der Abbildungsoptik 1 12 Werte gleich Null annehmen. Im Allgemeinen kann es möglich sein, dass Übertragungsfunktionen verwendet werden, außerhalb der von der

Abbildungsoptik 1 12 übertragenen Ortsfrequenzen Werte im Wesentlichen gleich Null annehmen, d.h. typischerweise außerhalb der einfachen Apertur oder der doppelten Apertur bei partiell phaseninkohärenter Beleuchtung. Beispielsweise wäre es möglich, dass die verwendeten Übertragungsfunktionen für Ortsfrequenzen außerhalb der einfachen oder doppelten Apertur der Abbildungsoptik keine Betragswerte >5 % eines Maximums aller Betragswerte der Übertragungsfunktionen für Ortsfrequenzen innerhalb der einfachen oder doppelten Apertur der Abbildungsoptik aufweisen, optional keine Werte größer als 2 %, weiter optional keine Werte größer als 0,5 %. Derart kann vermieden werden, dass Artefakte oder Rauschen im Ergebnisbild verstärkt wird. FIG. 10 ist ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens. Zunächst wird in 1001 ein Probenobjekt fixiert, beispielsweise mithilfe eines Probenhalters. Beispielsweise kann das Probenobjekt ein Phasenobjekt sein. Beispielsweise könnte das Probenobjekt Zellen oder Zellkulturen umfassen. Das Probenobjekt könnte ein Phasenobjekt umfassen. 1001 ist optional.

Dann wird in 1002 das Probenobjekt mit ein oder mehreren strukturierten

Beleuchtungsgeometrien beleuchtet. Dazu kann ein entsprechendes

Beleuchtungsmodul entsprechend angesteuert werden. Es wäre zum Beispiel möglich, dass das Probenobjekt mit zwei komplementären Beleuchtungsgeometrien beleuchtet wird, die zum Beispiel halbkreisförmig ausgebildet sind und unterschiedlichen

Halbkreisen innerhalb der Apertur des entsprechenden Beleuchtungsmodul

entsprechen.

In 1003 werden ein oder mehrere Bilder des Probenobjekts mittels einer

Abbildungsoptik sowie mittels eines Detektors, beispielsweise eines CMOS oder CCD- Sensors, erfasst. 1003 kann das entsprechende Ansteuern des Detektors umfassen. Das Bild oder die Bilder beinhalten jeweils ein Abbild des Probenobjekts. Dabei sind unterschiedliche Bilder mit unterschiedlichen Beleuchtungsgeometrien aus 1002 assoziiert.

In manchen Beispielen können zwei Paare von Bildern erfasst werden, die jeweils mit komplementären, halbkreisförmigen Beleuchtungsrichtungen assoziiert sind. In anderen Beispielen könnten aber auch nur zwei Bilder oder drei Bilder erfasst werden.

Es könnte dann eine Differenzbildung erfolgen, z.B. gemäß hinks ~ ^rechts

^ links + ^rechts fopen " Junten

loben + hinten / x

wobei l(links) und l(rechts) die Bilder bezeichnen, die jeweils mit einer links oder rechts orientierten halbkreisförmigen Beleuchtungsgeometrie assoziiert sind und wobei l(oben) und l(unten) die Bilder bezeichnen, die jeweils mit einer oben oder unten orientierten halbkreisförmigen Beleuchtungsgeometrie assoziiert sind.

Auch in Gl. 3 ist das Berücksichtigen des Nenners als Normierung optional. Es wäre möglich, allein die Differenzen zu berücksichtigen. Es könnten auch die Rohdaten l links bzw. I rechts bzw. I oben bzw. I unten verwendet werden, d.h. ohne paarweise Verrechnung gem. Gl. 3 bzw. Gl. 2.

Dann erfolgt in 1004 das Bestimmen eines Ergebnisbildes, welches einen

Phasenkontrast aufweist. Das Bestimmen des Ergebnisbild erfolgt in 1004 basierend auf einer Übertragungsfunktion, welche die Abbildung des Probenobjekts mittels des entsprechenden optischen Systems für die entsprechenden Beleuchtungsgeometrien beschreibt. Das Ergebnisbild wird auch basierend auf dem mindestens einen in 1003 erfassten Bild bestimmt. Dazu könnte Beispielsweise zuvor eine Differenzbildung und ggf. Normierung aus mehreren in 1003 erfassten Bildern erfolgen, die mit

unterschiedlichen Beleuchtungsgeometrien assoziiert sind.

Zum Beispiel könnte das Verfahren gemäß FIG. 10 weiterhin das Skalieren einer Referenz-Übertragungsfunktion auf eine Größe der Apertur der Abbildungsoptik umfassen. Dies bedeutet, dass eine Anpassung der Referenz-Übertragungsfunktion auf die Größe der Apertur der Abbildungsoptik erfolgen kann.

Zusammenfassend wurden voranstehend Techniken beschrieben, um auch bei vergleichsweise großen Aperturen der verwendeten Abbildungsoptik ein Ergebnisbild zu bestimmen, das einen starken Kontrast aufweist, der z.B. die Phase oder die Höhe eines Probenobjekts kodiert. Diese Techniken beruhen auf einer Berücksichtigung der Größe der Apertur der Abbildungsoptik. Dabei kann beispielsweise eine vorgegebene Referenz-Übertragungsfunktion gemäß der Größe der Apertur der Abbildungsoptik skaliert werden. Die Referenz-Übertragungsfunktion kann deshalb auch als artifizielle Übertragungsfunktion bezeichnet werden, weil sie Abweichungen gegenüber der aufgrund der Beleuchtungsgeometrie theoretisch erwarteten Übertragungsfunktion aufweisen kann. Solche Techniken können bestimmte Vorteile aufweisen. Beispielsweise kann die Größe der Apertur der Abbildungsoptik flexibel dimensioniert werden. Insbesondere könnten beispielsweise Immersionsobjektive verwendet werden. Mittels der hierin beschriebenen Techniken kann durch geeignete Wahl der Übertragungsfunktion ein besonders großer Phasenkontrast im Ergebnisbild erzielt werden. Insbesondere kann eine Verstärkung des Phasenkontrast beispielsweise gegenüber den Referenzimplementierungen gemäß Tian und Waller erfolgen. Außerdem wäre es zum Beispiel möglich, bestimmte Formen von Hardware-implementierten Phasenkontrast Bildern, etwa Zernike-Kontrast, digital nachzubilden.

Selbstverständlich können die Merkmale der vorab beschriebenen Ausführungsformen und Aspekte der Erfindung miteinander kombiniert werden. Insbesondere können die Merkmale nicht nur in den beschriebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder für sich genommen verwendet werden, ohne das Gebiet der Erfindung zu verlassen.

Die Skalierung der Amplituden der verschiedenen hierin beschriebenen

Übertragungsfunktionen ist rein beispielhaft. Zum Beispiel wurden in den verschiedenen hierin beschriebenen Beispielen oftmals Übertragungsfunktionen mit einer Amplitude von +1 bzw. -1 dargestellt, jedoch kann es in anderen Beispielen auch möglich sein, Übertragungsfunktionen mit anderen Amplituden zu verwenden.

Weiterhin wurden beispielsweise verschiedene Implementierungen in Bezug auf Beleuchtung des Probenobjekts mit partiell kohärenten Licht beschrieben. Dabei ist die Bandbreite der übertragenen Ortsfrequenzen gleich der doppelten Apertur der

Abbildungsoptik. In anderen Beispielen könnten aber auch andere Techniken zur Beleuchtung verwendet werden, sodass die Bandbreite der übertragenen

Ortsfrequenzen anders dimensioniert ist. In den verschiedenen hierin beschriebenen Beispielen kann dies berücksichtigt werden, indem beispielsweise eine entsprechende Skalierung einer Referenz-Übertragungsfunktion bis zum theoretischen Maximum der übertragenen Ortsfrequenzen erfolgt. Ferner wurden hierin verschiedene Beispiele beschrieben, bei denen eine besonders große Apertur der Abbildungsoptik verwendet wird. Die hierin beschriebenen Beispiele können aber auch für andere Fälle eingesetzt werden, beispielsweise für Fälle in denen die Größe der Apertur des Beleuchtungsmoduls größer oder in etwa gleich zu der

Größe der Apertur der Abbildungsoptik ist. Auch in solchen Fällen kann ein Ergebnisbild mit einem besonders starken Kontrast erzielt werden.




 
Previous Patent: MULTI-FUNCTIONAL TANK SYSTEM

Next Patent: FLUIDIC ASSEMBLY