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Lexikon der Optik: Lichtrastermikroskop

Lichtrastermikroskop, Laserscanning (LS)-Mikroskop, eine Weiterentwicklung des Mikroskops, bei der das Objekt nahezu punktförmig beleuchtet wird und das vom Objekt ausgehende Licht gesammelt und mit einem Detektor gemessen wird. Das Signal dient zur Hellsteuerung eines Bildschirmes. Der Lichtfleck im Objekt wird rasterartig verschoben und in entsprechender Weise der Schreibstrahl des Bildschirmes. Den herkömmlichen mikroskopischen Abbildungsverfahren dagegen ist gemeinsam, daß das Objekt ganzflächig und möglichst homogen beleuchtet und von einem Objektiv in eine Zwischenbildebene abgebildet wird. Bei der optischen Rastermikroskopie wird an jedem Punkte – je nach Kontrastierungsart – das reflektierte, transmittierte oder gestreute Licht gemessen.

Das L. hat eine Reihe von Vorteilen gegenüber dem konventionellen Mikroskop: 1. Die ganzflächige Beleuchtung in der konventionellen Mikroskopie führt zwangsläufig zu einem Streulichtuntergrund, der von der Interferenz der an benachbarten Objektpunkten gestreuten Lichtwellen herrührt. Dieser Untergrund kann durch die punktweise Beleuchtung vermieden werden. 2. Beim konventionellen Mikroskop sind Kontrast und Helligkeit des erzeugten Bildes durch die Lichtquelle und die verwendete Optik festgelegt. Bei einem L. lassen sich beide Größen durch elektronische Signalbeeinflussung steuern. Insbesondere können sehr schwache Kontraste fast beliebig (nur durch das Signal-Rausch-Verhältnis begrenzt) verstärkt werden. 3. Beim konventionellen Mikroskop ist die Vergrößerung durch Objektiv und Okular festgelegt. Außerdem werden bei Steigerung der Vergrößerung die Kontraste schwächer. In einem L. dagegen kann die Vergrößerung ohne Kontrastverlust dadurch verändert werden, daß das Verhältnis von abgetastetem zu dargestelltem Feld verändert wird. Läßt man z.B. die Bildgröße auf dem Beobachtungsbildschirm konstant, so bewirkt eine Verkleinerung des Abtastfeldes eine Vergrößerung auf dem Bildschirm (sog. elektronischer Zoom). 4. Elektronische Kontrastanhebung und hohe Vergrößerung durch elektronischen Zoom führen zu einer guten Erkennbarkeit kleiner Details.

Lichtquelle. Nur ein Laser erfüllt die Forderung, daß sich das emittierte Licht nahezu punktförmig fokussieren läßt und überdies sehr intensiv ist. Das Signal-Rausch-Verhältnis am Empfängerausgang ist dementsprechend hoch. Dabei bleibt die Dauerbelastung des Präparates gering, da jedes Pixel nur kurz bestrahlt wird.

Übertragungstypen. Man unterscheidet zwei Typen. Beim Typ I ist die Meßblende weit geöffnet. Diese Art der Abbildung hat alle Eigenschaften der konventionellen Mikroskopabbildung. Insbesondere ist die optische Auflösungsgrenze erreichbar. Sämtliche konventionellen Kontrastverfahren sind anwendbar. Die Streulichtmenge wird in der Summe im Vergleich zum konventionellen Mikroskop nicht reduziert, es tritt allenfalls eine räumliche Umverteilung des Streulichtes ein.

Beim Typ II ist die Meßblende kleiner als das Beugungsscheibchen in der Empfängerebene. Damit ist eine verbesserte Tiefenauflösung und eine Reduktion des Streulichtes gegenüber dem konventionellen Mikroskop gegeben.

Scanner. Der eigentliche Rasterprozeß kann auf mehrere Arten vorgenommen werden; entweder wird das Objekt schrittweise verschoben und das Abtastlichtbündel bleibt fest (Objektscan-Verfahren) oder der Abtaststrahl wird über das ruhende Objekt bewegt (Beleuchtungsscan-Verfahren). Es lassen sich auch beide Verfahren kombinieren. Jedes dieser Verfahren hat spezifische Vor- und Nachteile. Die Vorteile des Beleuchtungsscan-Verfahrens bestehen in einer relativ kurzen Bildabtastzeit und einer großen Flexibilität, was den Scanvorgang betrifft. Nachteilig ist die erforderliche aufwendige Optik. Dieses Scan-Verfahren eignet sich praktisch nur für den Typ I. Das Objektscan-Verfahren erlaubt einen Strahlengang mit minimalen Aberrationen, gleichbleibend für jeden Bildpunkt. Es hat den Nachteil einer langsamen Abtastung (Abtastgeschwindigkeit <104 Pixel/s). Es erfordert neben einem stark veränderten Mikroskopaufbau eine hohe Präzision und einen großen technischen Aufwand. Es ist für Typ I und Typ II geeignet.

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