Ergebnisse mit VPHK

Copyright: Jugend forscht

Timm Piper´s
Mikroskopie-Seiten
Einleitung
Prinzipien des VHDK
Prinzipien des VPDK
Prinzipien des VPHK
Material und Methode
Ergebnisse mit VHDK
Ergebnisse mit VPDK
Ergebnisse mit VPHK
Weiterentwicklungen
des VHDK
Weiterentwicklungen
des VPDK
Weiterentwicklungen
des VPHK
Optische Kalkulationen
Diskussion
Schlussbetrachtung
Ergänzendes 
Bildmaterial
Video Downloads
Quellennachweis
Eigene Publikationen
Patente
Danksagungen
Über mich
Kontakt

In variablem Phasen-Hellfeld-Kontrast können wesentlich mehr Details erkannt werden als bei alleiniger Ausführung von Hellfeld oder Phasenkontrast, vor allem in komplex strukturierten Objekten, welche aus optisch dichten lichtabsorbierenden und zusätzlichen phasenverschiebenden Komponenten geringer optischer Dichte bestehen. Die komplementäre und jeweils charakteristische visuelle Information, welche in Hellfeld- und Phasenkontrastbeleuchtung erhältlich ist, kann in den resultierenden VPHK-Bildern zusammengeführt werden. Das entstehende Bild kann kontinuierlich von einer Phasenkontrast-dominierten zu einer Hellfeld-dominierten Ansicht moduliert werden, so dass die Beleuchtung an die durchschnittliche oder vorherrschende optische Dichte des Objektes angepasst werden kann.

In transparenten Objekten von hoher Schichtdicke kann die dreidimensionale Architektur ebenso hervorgehoben werden wie kleine Innenstrukturen und feine Texturen innerhalb dünner Objekte. Obgleich die axiale Auflösung erhöht wird, ist die laterale Auflösung auch bei dieser Methode nicht sichtbar herabgesetzt. Im Vergleich zu herkömmlichem Phasenkontrast sind die typischen mit Phasenkontrast assoziierten Artefakte (Haloing und Shade-off) signifikant verringert. In dünnen Partien farbloser Strukturen können die unterschiedlich kolorierten Hellfeld- und Phasenkontrast-Teilbilder miteinander interferieren und auf diese Weise zusätzliche Farbkontraste erzeugen. So können z. B. feine Details optisch in Grüntönen kontrastiert werden, und zwar auch dann, wenn die beleuchtenden Lichtkomponenten in Rot und Blau gefiltert werden.

Mikrofotografien, welche in VPHK-Beleuchtung mit Rot-Blau-basiertem Farb-Doppelkontrast aufgenommen wurden, sind auch bestens geeignet, in Schwarz-Weiß-Ansichten konvertiert zu werden. Speziell können alle im Objekt vorhandenen feinen Details und Strukturen besonders deutlich akzentuiert werden, wenn die Farbkanäle für Rot und Blau während der Schwarz-Weiß-Konvertierung separat reguliert werden und hinsichtlich ihrer Dominanz und Gradation an die spezifischen Objektgegebenheiten angepasst werden.

Die hohe Variabilität der Bildgebung in VPHK und der hohe Grad an erhältlicher visueller Information werden in den Abbildungen 39 bis 44 demonstriert. Die Abbildungen 39 bis 42 zeigen Beispiele für axialen VPHK; praktische Ergebnisse, welche mit peripherem VPHK erreicht wurden, werden in den Abbildungen 43 und 44 gezeigt.

In Abb. 39 wird eine farblose Kristallisation (Vitamin C) präsentiert, welche ohne Deckglas präpariert wurde und aus verschiedenen relativ dicken und mehrschichtigen Kristallen besteht, welche von dünnen Ausfällungen geringerer Dichte umgeben werden. Im Hellfeld (Abb. 39a) werden lediglich die Kristalle höherer Schichtdicke in zufriedenstellender Qualität sichtbar. Bei Phasenkontrast-Beleuchtung (Abb. 39b) werden die umgebenden Ausfällungen mit intensiven Halo-Säumen deutlich kontrastiert, während die Strukturen innerhalb der angrenzenden dickeren Kristalle in verringerter Klarheit erkennbar sind, da die kritische Schichtdicke hier überschritten wird und auch zusätzliche Halo-Phänomene erzeugt werden. In axialem VPHK (Abb. 39c) werden die Kristallisationen höherer Schichtdicke ebenso in maximaler Klarheit Artefakt-bereinigt visualisiert wie die flachen Ausfällungen geringerer Dichte. Die Randkonturen der flachen phasenverschiebenden Niederschläge können in höchster Präzision abgegrenzt werden, da Halo-Artefakte weitgehend reduziert sind.

Abb. 39: Vitamin C-Kristallisation ohne Deckglas, HFW: 0,3 mm, Objektiv 10x, Hellfeld (a),
Phasenkontrast (b), axialer VPHK (c)


Abb. 40 präsentiert eine Detailansicht aus Abb. 39, welche in Schwarz-Weiß umgewandelt wurde. Die Intensität und Gradation der Rot - und Blau-Kanäle wurden manuell adjustiert. Auch hier führt VPHK zu den besten Ergebnissen.

Fig. 40: Ausschnittsvergrößerung von Abb. 39, HFW: 0.24 mm, Schwarz-Weiß-Konversion
Hellfeld (a), Phasenkontrast (b), axialer VPHK (c)


Die vollständige Ansicht einer pennaten (stabförmigen) Diatomeen-Schale (Pinnularia sp.) wird in Abb. 41 gezeigt, eine zugehörige Detailansicht in Abb. 42 . Diese Kieselalge wurde in Hellfeld (a), Dunkelfeld (b), Phasenkontrast (c) und axialem VPHK (d) aufgenommen. In diesem Objekt erscheinen die Lamellenstrukturen in höchster Präzision, wenn VPHK ausgeführt wird. Zusätzlich ist in dieser Beleuchtungsart auch die axiale Auflösung (Schärfentiefe) maximiert, so dass eine höchstmögliche vertikale Schärfe erreicht wird.













Abb. 41: Kieselalge (Pinnularia sp.), Länge: 0,275 mm, Objektiv 32x, NA 0.40,
Hellfeld (a), Dunkelfeld (b),
Phasenkontrast (c), axialer VPHK (d)









 

Abb. 42: Ausschnittsvergrößerung von Abb. 41, HFW: 0.12 mm, Lamellenabstand: circa 2 µm,
Hellfeld (a), Dunkelfeld (b), Phasenkontrast (c), axialer VPHK (d)


Abb. 43 präsentiert farblose Alaun-Kristalle, präpariert ohne Deckglas, welche durch variable Schichtdicke und diverse feine Innenstrukturen charakterisiert sind. Mikrofotografien wurden jeweils in Hellfeld (Abb. 43a), Dunkelfeld (Abb. 43b), Phasenkontrast (Abb. 43c) und konzentrisch-peripherem VPHK (Abb. 43d ) erstellt. Im VPHK werden die feinen Einzelheiten innerhalb des abgebildeten Hauptkristalls mit höchster Klarheit kontrastiert und in gleicher Weise werden dünnschichtige Niederschläge im VPHK mit maximaler Präzision hervorgehoben, so dass sie in dieser Methode mit höchster Deutlichkeit vom Untergrund separiert werden können.



Fig. 43: Alaun-Kristallisation, HFW: 0.3 mm, Objektiv 10x, NA 0,25, Hellfeld (a), Dunkelfeld (b),
Phasenkontrast (c), Konzentrisch-peripherer VPHK (d)


Abb. 44 zeigt als weiteres Beispiel eine kugelförmige Kieselalge (Coscinodiscus sp.), welche in Standardtechniken (Abb. 44a-c) und peripherem VPHK (Abb. 44d) aufgenommen wurde. Auch in diesem Objekt werden vorhandene feine Strukturen mit höchster Klarheit akzentuiert, wenn die Beobachtung in VPHK durchgeführt wird. Bei Hellfeld-Beleuchtung (Abb. 44a) ist der globale Kontrast relativ gering und Strukturen geringer Dichte gehen verloren. Im Dunkelfeld (Abb. 44b) werden feine Strukturen in Folge von Streuung und Beugung überstrahlt, und in normalem Phasenkontrast (Abb. 44c) sind Randkonturen mit Halo-Artefakten behaftet. Sowohl im Dunkelfeld als auch im Phasenkontrast ist die Schärfentiefe limitiert, da die Aperturblende, sofern vorhanden, weit geöffnet bleiben muss. Im VPHK werden alle vorhandenen Konturen und feinen Details klar akzentuiert, ohne dass sie durch Haloing, Überstrahlung oder Streuung maskiert werden; zusätzlich ist die Schärfentiefe maximiert.

Fig. 44: Diatomeen-Schalen, Bildmitte: Coscinodiscus sp., HFW: 0.26 mm, Objektiv 32x, NA 0,40,
Hellfeld (a), Dunkelfeld (b), Phasenkontrast (c), Konzentrisch-peripherer VPHK (d)



Letztes Update: 10.08.2012
Copyright: Timm Piper, 2012