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Die Untersuchung von 3D-Mikrostrukturen gewinnt zunehmend an Bedeutung.
Das gilt sowohl für technische als auch für
biologische
Objekten. Beispiel hierfür sind z. B. Gewebeproben, deren 3D
Zellstrukturen verschiedene Grössen haben, in verschiedenen
Tiefen
liegen und dazu verschiedene optische Eigenschaften aufweisen
(Transmission, Reflexion, Brechungsindex). Zur
Darstellung der Struktur von mikroskopischen Objekten, hat es
zahlreiche Ansätze gegeben. Dazu gehören die Optische
Kohärenz-Tomographie (OCT) und die Konfokale Mikroskopie. Die
kurzkohärente digitale Holographie ist ein anderes optische
Verfahren, die es erlaubt Phase und Amplitude der Wellenfronten zu
bestimmen. Diese Informationen können zur Charakterisierung
von
3D-Mikrostrukturen verwendet werden.
Prinzip der
kurzkohärenten digitalen Holografie: |
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Zur Registrierung
der Hologramme wird eine In-line- Anordnung mit einer
kurzkohärenten Lichtquelle verwendet (Abb. 1). Der Lichtstrahl
wird in zwei Teile durch den Lichtstrahlteiler aufgespaltet. Ein Teil
wird als Referenz und der andere für die Objektbeleuchtung
benutzt. Das durch die Probe reflektierte Licht interferiert
schliesslich mit dem Referenzlicht. Wenn Objekt- und Referenzpfad die
gleiche Länge haben, entsteht ein Interferenzmuster
(Hologramm),
welches mit dem CCD-Sensor aufgenommen wird. Es werden keine Linsen
für die Abbildung des Objektes auf die CCD verwendet. Mehrere
Hologramme werden mit dem Referenzspiegel an verschiedene Positionen
registriert. Der Referenzspiegel wird dabei mit einem Versteller
bewegt. Aus der Hologramm in der CCD Ebene kann die Rekonstruktion des
Objektes in einem Abstand d vom Hologramm mit
Hilfe der
Beugungs- Relation simuliert werden. Der Vorteil in Bezug auf die
klassische Mikroskopie, bei der ein Objektiv benutzt wird, ist, dass
hier die ganze 3D- Information des Objektes auf dem Hologramm vorhanden
ist. Man kann das Objekt in verschiedenen Ebenen rekonstruieren. Die
kurzkohärente Methode erlaubt Flächenschnitte durch
das
Messobjekt zu visualisieren. |
Abbildung
1. Optischer Aufbau für die digitale
holographische Mikroskopie mit einem kurz-kohärenten Laser als
Lichtquelle |
Ein
Beispiel einer Messung ist in Abbildung 2 zu sehen. Für
diese
Untersuchung wurde eine Fliege als Messobjekt verwendet. Ein
fokussiertes Bild des Objekts wurde durch digitale Simulation
rekonstruiert. Die Rekonstruktion erfolgt nur für die Punkte
des
Objekts, die mit dem Referenzlicht kohärent interferieren
können; daher zeigen die Bilder Flächenschnitte durch
das
Messobjekt. Abbildung 3 zeigt ein anderes
Beispiel, bei
dem Flächenschnitte durch ein Stück Knochen an
verschiedenen
Ebene unter der Oberfläche visualisiert werden.
| | Abbildung
2
. Bild des Messobjekts (oben). 6 Hologramme eines Teils einer Fliege an
verschiedene Positionen des Referenzspiegels wurden registriert und
rekonstruiert. Die Differenz der Spiegelpositionen zwischen 2 Bildern
ist 100 µm . |
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Abbildung 3
. 5 Hologramme eines Teils eines Knochens an verschiedenen Positionen
des Referenzspiegels wurden registriert und rekonstruiert. Die
Differenz der Spiegelpositionen zwischen 2 Bildern ist 50 µm .
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| [1] | Pedrini, G., Schedin, S.,
"Short coherence digital holography for 3D microscopy", Optik, Vol.
112, No. 9, S. 427-432, (2001) | | |
| [2] |
Pedrini G., Tiziani H.
J.,“Short-coherence digital microscopy
by
use of a lensless holographic imaging system”, Appl. Opt. 41,
4489-4496 (2002) | | |
| [3] |
Martinez-Leon, Ll, Pedrini, G., Osten, W.,
" Short-coherence digital
holography for the investigation of 3D microscopic samples" Proc .
SPIE, 2004 | | |
| [4] |
Martinez-Leon, Ll,
Pedrini, G., Osten, W., " Applications of
short-coherence digital holography in microscopy", submitted for
publication to Appl. Opt. | | | | |
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