Vorstellung eines neuen Messverfahrens für dreidimensionale Aufnahmeeinheiten und seine experimentelle Überprüfung am Lichtmikroskop

Introduction of a new measuring technique for three-dimensional acquisition units and its experimental verification using a light-optical microscope

Im Kapitel 1 "Einleitung" wird aufgezeigt, wie die rasante technologische Entwicklung der Mikroelektronik nicht nur die Mikroskopie vorantreibt, sondern auch anderen, neuen Verfahren, wie z. B. dem Laser Scanning Mikrosk
Im Kapitel 1 "Einleitung" wird aufgezeigt, wie die rasante technologische Entwicklung der Mikroelektronik nicht nur die Mikroskopie vorantreibt, sondern auch anderen, neuen Verfahren, wie z. B. dem Laser Scanning Mikroskop, zum Durchbruch verhilft. Damit verbunden ist ein Bedarf an neuen, geeigneten Messverfahren. Dazu stellt diese Arbeit ein neues, im Rahmen einer linearen Näherung arbeitendes, dreidimensionales Messverfahren vor, und demonstriert es am Beispiel des Lichtmikroskops im Hellfelddurchlichtbetrieb, wobei hier die 3. Dimension durch die Aufnahme einer Fokusserie entsteht. Im Kapitel 2 "Modellbildung" wird zuerst ein detailliertes, physikalisches Modell des experimentellen Aufbaus gebildet, um darauf aufbauend ein dreidimensionales, system-theoretisches Modell anzufertigen, anhand dessen das neue Messverfahren erarbeitet werden kann. Dabei wird auch die Berechnung der dreidimensionalen Übertragungsfunktionen des Lichtmikroskops für die drei Fälle absorbierende Objekte, Phasenobjekte und transparente Selbstleuchter beschrieben. Innerhalb des Kapitels 3 "Messverfahren" werden im Kapitel 3.1 zunächst die bekannten Verfahren skizziert. Anschließend, dies ist der Kern der Arbeit, wird im Kapitel 3.2 das neue Messverfahren beschrieben. Es verwendet als Anregung zweidimensionales Rauschen, hier ein Rauschen um eine Ebene senkrecht zur optischen Achse. Das Verfahren wird zunächst für absorbierende Objekte, anschließend auch für Phasenobjekte ausgearbeitet, und dabei experimentell demonstriert. Von zentraler Beutung ist, dass das neue Messverfahren in der Lage ist, auch die Phase der dreidimensionalen Übertragungsfunktion aus den Bildern der Rauschanregung zu berechnen, falls die Übertragung durch die Aufnahmeeinheit gewisse, häufig bei einem vernachlässigbaren Fehler vorliegende, Symmetrieeigenschaften besitzt. Es werden verschiedene Fälle von Symmetrieeigenschaften berücksichtigt, um unterschiedliche experimentelle Gegebenheiten und die drei Fälle absorbierende Objekte, Phasenobjekte und transparente Selbstleuchter abzudecken. Das Kapitel 4 "Messungen" vergleicht die mit dem neuen Messverfahren, mit einem bekannten Messverfahren und durch Berechnung ermittelten Übertragungseigenschaften auch bei Modifikationen des Strahlengangs durch Einfügen von Zentralblenden in die Pupille des Objektivs und in die Pupille des Kondensors. Die auf unterschiedlichen Wegen ermittelten Übertragungseigenschaften werden miteinander verglichen. Der Vergleich veranschaulicht die Leistungsfähigkeit des neuen Messverfahrens. Das Kapitel 5 "Die Bildgewinnung" stellt verschiedene, mehr oder weniger bekannte Ansätze zur Nutzung des vorgestellten Messverfahrens zusammen, darunter vor allem auch die Wiener-Inversfilterung.
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Chapter 1, "Introduction", shows how the rapid technological development in microelectronics is not just advancing microscopy, but also helping to achieve breakthroughs for other, new technologies such as the laser scann
Chapter 1, "Introduction", shows how the rapid technological development in microelectronics is not just advancing microscopy, but also helping to achieve breakthroughs for other, new technologies such as the laser scanning microscope. This is associated with a demand for new, suitable measuring techniques. This thesis presents a new three-dimensional measuring technique, which works within the framework of linear approximation, and it demonstrates the new technique using the example of a light-optical microscope in bright-field transmission mode, the third dimension resulting from taking a focus series. In Chapter 2, "Modeling", firstly a detailed, physical model of the experimental set-up is built in order to produce a three-dimensional, system-theoretical model, which is used to develop the new measuring technique. In this context, also the calculation of the three-dimensional transfer functions of the light-optical microscope is described for the three cases of absorbing objects, phase objects, and transparent light sources. Within Chapter 3, "Measuring technique", known techniques are outlined in Chapter 3.1. Then, and this is the core of the thesis, the new measuring technique is described in Chapter 3.2. It uses two-dimensional noise as a stimulus, here a noise signal at a plane perpendicular to the optical axis. The technique is developed first for absorbing objects and then for phase objects, and experimentally demonstrated at the same. Of central importance is that the new measuring technique is also able to calculate the phase of the three-dimensional transfer function from the image of the noise stimulus should the transfer properties of the acquisition unit show certain symmetry properties, which are frequently found at a negligible error. Various cases of symmetry properties are taken into account to cover different experimental conditions and the three cases of absorbing objects, phase objects, and transparent light sources. Chapter 4, "Measurements", compares the transfer properties determined using the new measuring technique, using a known measuring technique and by means of calculation, also in the case of modifications to the optical path by inserting central stops into the pupil of the objective and into that of the condenser. The transfer properties determined in different ways are compared with each other. The comparison illustrates the performance of the new measuring technique. Chapter 5, "Image getting", presents various more or less known approaches for using the new measurement technique, including especially Wiener inverse filtering.
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Metadaten
Author:Eberhard Derndinger
URN:urn:nbn:de:hebis:30-14271
Place of publication:Berlin
Referee:Joachim Hesse
Document Type:Doctoral Thesis
Language:German
Date of Publication (online):2005/09/22
Year of first Publication:2005
Publishing Institution:Universitätsbibliothek Johann Christian Senckenberg
Granting Institution:Johann Wolfgang Goethe-Universität
Date of final exam:2005/07/06
Release Date:2005/09/22
Tag:Lichtmikroskop; Messverfahren ; Punktantwort
impulse response ; light-optical microscope; measuring technique ; point spread function
SWD-Keyword:Dreidimensionaler Raum ; Mehrdimensionale Systemtheorie ; Messung ; Mikroskop; Weißes Rauschen ; Übertragungsfunktion
Source:Berlin : Book on demand; PROBUSINESS 2005; ISBN 3-938262-93-1
HeBIS PPN:132901951
Institutes:Physik
Dewey Decimal Classification:530 Physik
Sammlungen:Universitätspublikationen
Licence (German):License Logo Veröffentlichungsvertrag für Publikationen

$Rev: 11761 $