Prinzipien des VPHK

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In variablem Phasen-Hellfeld-Kontrast (VPHK) wird das Objekt gleichzeitig in Phasenkontrast und Hellfeld beleuchtet, wobei beide beleuchtenden Lichtkomponenten in unterschiedlichen Farben gefiltert werden. Darüber hinaus sind die Hellfeld- und Phasenkontrast-erzeugenden Lichtstrahlen räumlich voneinander separiert; sie unterscheiden sich hinsichtlich ihrer Intensität und verlaufen in unterschiedlichen Einfallswinkeln. Auf diese Weise werden zwei Teilbilder optisch überlagert und interferieren miteinander, ein Phasenkontrast- und ein Hellfeld-Bild. Die Helligkeit beider unterschiedlicher Bilder und somit die Gewichtung der Phasenkontrast- und Hellfeldbeleuchtung kann in feinen Schritten vom Anwender verändert werden. Auf diese Weise ist der Charakter des resultierenden Bildes schrittweise veränderbar, von einer Phasenkontrast-dominierten über eine ausgewogene (ausbalancierte) bis hin zu einer Hellfeld-dominierten Ansicht.

In der Standardausführung werden Phasenkontrast und Hellfeld jeweils auf der Grundlage konzentrischer (koaxialer, azimutaler) Beleuchtung erzeugt. Exzentrische (schräge) Beleuchtung kann auch bei dieser Methode erreicht werden, wenn Teile des Beleuchtungslichts durch einen fakultativen Lichtstopper abgedeckt werden, welcher in den beleuchtenden Strahlengang einzuführen ist. Im Phasenkontrast wird das Objekt auf dieselbe Weise von einem Lichtkonus beleuchtet, wie dies auch in dieser Technik geläufig ist. Die Hellfeld-Beleuchtung kann entweder in axialem Strahlengang ausgeführt werden oder auf der Grundlage von konzentrisch-peripherer Beleuchtung. Im letztgenannten Fall wird somit Phasenkontrast mit „circular oblique lighting“ (COL) kombiniert (James, 2012).

Die beschriebenen optischen Auslegungen ermöglichen eine gleichzeitige Betrachtung von dichten lichtabsorbierenden und gering dichten phasenverschiebenden Komponenten. Da die beleuchtenden Lichtkomponenten, welche zu Hellfeld und Phasenkontrast führen, in unterschiedlichen Farben gefiltert sind und voneinander separiert in unterschiedlichen Einfallswinkeln zum Objekt verlaufen, wird das Phasenkontrast-Bild nicht von dem überlagerten Hellfeld-Bild beeinträchtigt und die Klarheit des Hellfeld-Bildes wird ebenfalls nicht durch das zeitgleich erzeugte Phasenkontrast-Bild vermindert. Halo-Artefakte und Shade-off-Phänomene sind jedoch signifikant verringert, so dass feine Details und Randkonturen mit erhöhter Präzision dargestellt werden-, auch in Phasenstrukturen geringer Dichte. Bei Objekten höherer Schichtdicke kann die Präzision in der Wiedergabe feiner filigraner Strukturen wesentlich verbessert werden, wenn ein Vergleich zu herkömmlichem Phasenkontrast oder Hellfeld gezogen wird. In dünnen Strukturen können ggf. zusätzliche Kontrasteffekte erreicht werden, wenn beide Teilbilder miteinander interferieren. Die Dreidimensionalität und Plastizität der beobachteten Objekte kann verbessert und die Schärfentiefe angehoben werden, weil die Aperturblende zur Modulation des Bildcharakters verwendet werden kann und sich die Einfallswinkel der Hellfeld- und Phasenkontrast-erzeugenden Lichtkomponenten voneinander unterscheiden.


Optische Erzeugung von VPHK:

Variabler Phasen-Hellfeld-Kontrast kann mit normalen Phasenkontrast-Objektiven ausgeführt werden, die auf übliche Weise mit einer Phasenplatte bzw. einem Phasenring ausgestattet sind. Die Lichtmaske im zugehörigen Phasenkontrast-Kondensor ist zunächst mit einem herkömmlichen Lichtring für Phasenkontrast-Beleuchtung zu bestücken, welcher sich zum Phasenring des Objektivs optisch kongruent verhält. Zusätzlich ist die Lichtmaske mit einem separaten Lichtdurchlass für Hellfeld-Beleuchtung zu versehen, so dass ein Hellfeld-Bild auf der Basis einer axialen oder konzentrisch-peripheren Beleuchtung beigesteuert wird. Für axiale Hellfeld-Beleuchtung (axialer VPHK) muss eine schmale zentrische Perforation im Mittelpunkt des Lichtrings angebracht werden; diese Perforation hat mit der optischen Achse kongruent zu sein. Alternativ kann die Lichtmaske mit einem zusätzlichen größer dimensionierten peripheren (externen) Lichtring ausgestattet werden, der sich konzentrisch zu dem kleineren inneren Lichtring für Phasenkontrast verhält. An Stelle eines durchgehenden lichtdurchlässigen Kreisringes kann der externe Lichtdurchlass auch aus kreisförmig angeordneten kleinen Perforationen bestehen. Die Lichtwege für axiale und konzentrisch-periphere VPHK-Beleuchtung werden schematisch in Abb. 14 gezeigt.


Abb. 14: Beleuchtende Strahlengänge im axialen (a) und peripheren (b) VPHK,
1 = Lichtquelle,
2 = Lichtmaske mit zwei in unterschiedlichen Farben gefilterten Lichtdurchlässen,
3 = Kondensor,
4 = Objektträger,
5 = Objektiv,
6 = Phasenplatte mit Phasenring,
7 = Beleuchtungslicht für Phasenkontrast (blau),
8 = Beleuchtungslicht für  axiales (8a) und konzentrisch-
peripheres (8b) Hellfeld,
9 = Zwischenbild / Okular,
10 = Auge

 

 



Das bildgebende Licht, welches vom Objekt gebeugt wird, verläuft auf dieselbe Weise zum Okular wie in normaler Hellfeld- und Phasenkontrast-Beleuchtung; daher sind die Bild-gebenden Strahlen in der obigen Abbildung nicht eingezeichnet. Prototypen geeigneter Lichtmasken, die für axialen und peripheren VPHK ausgelegt sind, werden in Abb. 15 präsentiert. In den hier gezeigten Beispielen sind die Phasenkontrast-produzierenden Lichtringe blau gefiltert und die für Hellfeld-Beleuchtung erforderlichen Lichtdurchlässe rot unterlegt.

Für gute und ausgewogene Resultate ist essentiell, dass die Lichtdurchlassflächen für Phasenkontrast und Hellfeld ähnlich dimensioniert sind, so dass die Intensitäten der beiden überlagerten Teilbilder in etwa übereinstimmen. Die Justierung so modifizierter Lichtmasken kann wiederum mittels einer Phasenkontrast-Einstell-Lupe visuell kontrolliert werden, wie auch sonst in der herkömmlichen Phasenkontrast-Mikroskopie üblich.









Abb. 15:
Prototypen von Kondensor-Lichtmasken für axialen (a) und konzentrisch-
peripheren (b) VPHK, montiert auf Schiebern, Lichtringe für Phasenkontrast in blau, Durchlässe für Hellfeld in rot gefiltert. 


 



Abb. 16 zeigt Beispiele für korrekte Justierungen der beiden in Abb. 15 gezeigten Lichtmasken für axialen und peripheren VPHK. In beiden Varianten (axiale und periphere Ausführung) kann derjenige Lichtdurchlass, welcher sich in der äußeren (peripheren) Position befindet, mit der Aperturblende des Kondensors beeinflusst werden, so dass die Intensität des zugehörigen Beleuchtungslichtes durch moderate Verengung dieser Blende verringert werden kann. Abhängig von der Art der eingesetzten Lichtmaske kann somit die Intensität des Hellfeld- oder Phasenkontrast-Teilbildes durch die Aperturblende in kleinen Schritten reguliert werden, so dass das resultierende Überlagerungsbild entsprechend ausgewogen gewichtet sein kann oder von Phasenkontrast oder Hellfeld dominiert wird. Wenn die Aperturblende geringgradig verengt wird, können Tiefenschärfe, globaler Kontrast und die Akzentuierung von Randkonturen verbessert werden, in einer der herkömmlichen Hellfeld-Beleuchtung vergleichbaren Weise. Um Schrägbeleuchtung zu erzeugen, kann auch bei dieser Methode ein Licht-abdeckendes Element wie erwähnt in den Kondensor eingeführt werden, so dass Teile des Beleuchtungslichtes geblockt werden. Alternativ können die in den Abbildungen 14-16 gezeigten ringförmigen Lichtdurchlässe durch segmental angeordnete Perforationen ersetzt werden, so dass die beleuchtenden Strahlen lediglich aus einer frei definierbaren Raumrichtung einfallen.





Abb. 16: Justierungen der beiden Lichtmasken von Abb. 15, mit Phasenteleskop aufgenommen, axialer (a) und konzentrisch-peripherer (b) VPHK.






Letztes Update: 10.08.2012
Copyright: Timm Piper, 2012