Mikroskopsysteme und ihre Anwendungsmöglichkeiten in der Bildverarbeitung

Transkript

1 Mikroskopsysteme und ihre Anwendungsmöglichkeiten in der Bildverarbeitung 1 1

2 Agenda Was sind Mikroskopsysteme? Prinzipieller Aufbau eines Mikroskops Unterschiede zu üblichen Objektiven Kenngrößen von Mikroskopsystemen Beleuchtungsmöglichkeiten durch den Mikroskopaufbau Spezielle Kontrastierungsverfahren für schwierige Objekte Zoom-Komponenten Praxisbeispiele

3 Was sind Mikroskopsysteme? griechisch μικρός mikrós klein ; σκοπεῖν skopeín betrachten Mikroskope helfen uns dabei, kleine Dinge zu betrachten, indem diese so weit vergrößert werden, dass wir sie mit den Augen oder einem Bildsensor sehen können. Als Mikroskopsystem soll im folgenden ein System verstanden werden, das aus vielen zueinander kompatiblen Komponenten besteht, die zu verschiedenen Konfigurationen kombiniert werden können Es geht ausschließlich um Lichtmikroskope Es sollen nur digitale Mikroskope betrachtet werden kein Okular sondern ein Bildsensor in der Bildebene Die optische Vergrößerung ist stets 1

4 Prinzipieller Aufbau eines Mikroskops Mikroskope sind stets ähnlich aufgebaut: Sensor Tubuslinse: - bildet auf den Sensor ab - Bestimmt die maximale Sensorgröße Kollimierter Strahlengang (unendlich konjugiert) Objektiv: - bildet nach unendlich ab - Enthält die Systemblende - Definiert die Auflösung des Systems Objekt

5 Unterschiede zu üblichen Objektiven Mikroskop Sensor endlich-endlich Objektiv Sensor Kollimierter Strahlengang (unendlich konjugiert) Enthält Systemblende Objekt Objekt

6 Unterschiede zu üblichen Objektiven Kollimierter Bereich ermöglicht zahlreiche Möglichkeiten - Abstand zwischen Objektiv und Tubus kann variiert werden Fokussierung durch Bewegung des Objektivs ohne Veränderung optischer Parameter Einbau zusätzlicher Filter und Strahlteiler möglich beliebige Strahlumlenkung durch Spiegel Einbau eines Zoom-Moduls zur Variation der Vergrößerung möglich - Paralleler Strahlengang ist vorteilhaft für dichroitische Filter - Einkopplung von Auflichtbeleuchtung Meist aufwändiger als endlich-endlich Objektive

7 Kenngrößen von Mikroskopsystemen Objektiv - Vergrößerung: Verhältnis von Objekt zu Bildgröße - NA (numerische Apertur): legt die erreichbare Auflösung fest, vergleichbar mit f/# bei Objektiven - Arbeitsabstand: Abstand zwischen Objektiv und Objekt - Objektgröße (Field-of-View): legt maximales Gesichtsfeld fest Tubuslinse - Vergößerung: Verhältnis von Objekt zu Bildgröße System - Systemvergrößerung = Vergrößerung Objektiv x Vergrößerung Tubus - Systemvergrößerung = Brennweite Tubus / Brennweite Objektiv - Maximale Sensorgröße = Objektgröße x Systemvergrößerung

8 Beleuchtungsmöglichkeiten durch Mikroskopaufbau Auflichtbeleuchtung - Koaxiale Auflichtbeleuchtung durch Strahlteiler im kollimierten Bereich - Köhlersche Beleuchtung möglich bestmögliche Homogenität Dunkelfeldbeleuchtung - Per Ringlicht - Durch Zentralblende auch durch das Objektiv möglich Durchlicht - Klassische Beleuchtung in der Mikroskopie - Apertur von Objektiven muss komplett gefüllt werden Sensor Objekt

9 Spezielle Kontrastierungsverfahren für schwierige Objekte Polarisation - Polarisator und Analysator 90 zueinander verdreht ( gekreuzt ) - Nichtpolarisierende Probe erscheint schwarz - Inspektion doppelbrechender (optisch anisotroper) Materialien - Kristalle - Kunststoffe (Spannungsdoppelbrechung) Sensor Analysator Polarisator Objekt

10 Spezielle Kontrastierungsverfahren für schwierige Objekte Differentieller Interferenz Kontrast - Visualisierung unterschiedlicher optischer Weglängen - Inspektion transparenter Materialien - Inspektion von Klebestellen - Pseudo-3D Effekt durch Relief-artige Bilder Sensor Analysator Polarisator Bild: Leitfähige Partikel in einer Chip-on-Glass Klebung Objekt Nomarski Prisma

11 Zoom-Komponenten in Mikroskopen Zoomkomponente im kollimierten Strahlengang - Unendlich konjugiert auf beiden Seiten - Große Zoomverhältnisse möglich - Parfokal: Fokus bleibt erhalten Sensor Source: Wikipedia Objekt

12 Praxisbeispiele 2 Mikroskopsysteme von Qioptiq Optem Fusion mag.x system 125 Optimiert für Maximale Flexibilität Maximale Abbildungsqualität großes FOV Auflösungsvermögen ~3MPixel ~50MPixel Zoom Ja Nein Kompatibel zu Standard Mikroskopobjektiven Ja Nein Abgleichlänge 95mm 125mm Maximales Sensorformat mit 1x Tubus 2/3 (11mm Diagonale) 25mm Diagonale Autofokus Möglich Standardkomponenten verfügbar

13 Praxisbeispiel 1 Multispektrales Mikroskop mit Zoom - 3 Spektralbereiche durch dichroitische Strahlteiler nm nm nm - 7:1 Zoombereich - Optische Vergrößerung 0.84x 5.8x - Integrierter manueller Fokus Anwendung: medizinische Forschung Realisiert mit Optem Fusion Komponenten

14 Praxisbeispiel 2 Differentieller Interferenzkontrast Großfeldmikroskop-System mag.x Integriertes DIC-Modul - Polfilter drehbar - 5mm Objektgröße - Maximal 57mm Sensordiagonale - Auflösungsvermögen entspricht 50MPixel Bild: Mikrolinsenarray R~2 mm, 300 µm pitch

15 Letzte Folie Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Falls Sie Fragen haben, zögern Sie nicht mich zu kontaktieren.