Weitfeldmikroskopie unter Verwendung eines bildinvertierenden Interferometers

Weigel, Daniel GND

Um ein hohes Auflösungsvermögen zu erreichen, kommen in modernen optischen Mikroskopen Objektive mit einer hohen numerischen Apertur zum Einsatz. Bei konventionellen Systemen führt dies jedoch zwangsweise zu einer niedrigen Schärfentiefe. Es gibt aber zahlreiche Anwendungsfelder, in denen ein hohes laterales Auflösungsvermögen und zugleich eine große Schärfentiefe gewünscht sind. Mit der Weitfeldbildinversionsmikroskopie existiert eine Technik, die diese beiden scheinbar widersprüchlichen Eigenschaften vereint. Im Gegensatz zu klassischen Mikroskopen wird hierbei die Kohärenzfunktion in der Austrittspupille des Mikroskopobjektivs mit Hilfe eines bildinvertierenden Interferometers bestimmt. Daraus lässt sich eine 2D-Projektion einer 3D-Objektstruktur rekonstruieren. Diese Projektion des Objekts in eine Ebene führt zu einer deutlichen Erweiterung der Schärfentiefe. Im Rahmen dieser Arbeit wurde, in den Grenzen der paraxialen Näherung, eine vollständige mathematische Beschreibung der Abbildung eines solchen Weitfeldbildinversionsmikroskops ausgeführt. Zudem wurden die hergeleiteten Abbildungseigenschaften experimentell untersucht und verifiziert. Neben einer Steigerung des Auflösungsvermögens um mindestens 23% konnte eine Erweiterung der Schärfentiefe um den Faktor 123 nachgewiesen werden. Des Weiteren konnte gezeigt werden, dass mit einem solchen Mikroskop eine spektral aufgelöste Rekonstruktion von Objektdetails möglich ist. In diesem Zusammenhang wurde auch der Einfluss breitbandigen Lichts auf die Abbildungseigenschaften diskutiert. Außerdem wurde ein neuer Ansatz vorgeschlagen, welcher mit diesem System eine numerische Korrektur von Aberrationen ermöglicht. Experimentell konnte die Korrektur von Abbildungsfehlern bis zu einem Peak-to-Vally-Wert von über 6 Wellenlängen nachgewiesen werden. Der Zusammenhang zwischen dem Signal-Rausch-Verhältnis der rekonstruierten Bilder und der Anzahl der auflösbaren Objektpunkte konnte ebenfalls experimentell verifiziert werden.

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Weigel, Daniel: Weitfeldmikroskopie unter Verwendung eines bildinvertierenden Interferometers. Jena 2018.

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