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 Phasenkontrasts
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Prinzip des 
 Relief-Phasenkontrasts

Beim Relief-Phasenkontrast wird die kreisförmige Ringblende im Kondensor durch eine punktuelle, schlitz- oder sichelförmige Lichtaustrittsöffnung ersetzt, welche ein kleinflächiges, segmental beleuchtendes Strahlenbündel erzeugt. Die jeweilige Lichtaustrittsöffnung wird so verschoben, dass sie den Phasenring des verwendeten Objektivs an einer bestimmten, letztlich beliebigen Stelle überdeckt. Bei dieser Modifikation wird das Objekt folglich nicht allseitig von einem Strahlenbündel mit kreisförmigem Querschnitt hohlkegelig beleuchtet, sondern von einem schmalen, punktuell begrenzten Strahlenbündel, welches aus nur einer Richtung in schrägem Winkel auf das Objekt trifft.

Wenn herkömmliche kreisförmige Ringblenden auf einführbaren Schiebern zur Realisierung dieser Modifikation verwendet werden, wird die erforderliche Eingrenzung des Strahlenganges durch einen veränderten Einschub des Ringblendenschiebers und gleichzeitiges teilweises Schließen der kondensorseitigen Aperturblende erreicht. Alternativ können modifizierte Ringblenden verwendet werden, welche nur punktuell oder segmental lichtdurchlässig sind. Bei Verwendung eines Phasenkontrast-Kondensors mit drehbarer Ringblenden-Revolverscheibe kann Relief-Phasenkontrast durch eine abweichende Positionierung der Ringblende und gleichzeitiges adäquates Schließen der Aperturblende erreicht werden.

Das schräge Auftreffen des beleuchtenden Strahlenbündels aus nur einer Richtung bewirkt im Vergleich zum konventionellen Phasenkontrast eine erhöhte Dreidimensionalität des erhältlichen Bildes. Das teilweise Schließen der Aperturblende erhöht gleichzeitig sichtbar Tiefenschärfe und Kontrast. Zusätzlich ergibt sich bei Einsatz nicht plankorrigierter Objektive im Vergleich zum konventionellen Phasenkontrast eine deutlich verbesserte Planität, vor allem im Randbereich des Sehfeldes. Je nach Objektbeschaffenheit könne Halo-Phänomene geringer als bei konventionellem Phasenkontrast ausgeprägt sein und erkennbare Verbesserungen der Konturschärfe resultieren.

Je kleinflächiger und punktförmiger der Querschnitt des beleuchtenden Lichtbündels ist, desto kontrastreicher und räumlich betonter ist das Bild, je großflächiger das beleuchtende Strahlenbündel, desto mehr ähnelt das erhältliche Bild dem konventionellen Phasenkontrast.

Abb. 2 zeigt schematisch den Strahlengang im Relief-Phasenkontrast und die korrekte Justierung von sektoraler Lichtaustrittsöffnung und Phasenring.
 

 

 

 

 

Abb. 2:
Strahlengangsskizze des Relief-Phasenkontrastes (oben)
Korrekte Justierung von Lichtsektor (hell) und Phasenring (dunkel), Kontrollbild des Einstellfernrohrs (unten)

1 = Lichtquelle
2 = punktuelle Lichtmaske im Kondensor
3 = Kondensor
4 = Objekt
5 = Hintergrundstrahlen
6 = vom Objekt gebeugte bildgebende Strahlen
7 = Phasenring im Objektiv
8 = Okular mit Zwischenbild
9 = Auge

 


 

Abb. 3:
Realisationsbeispiele unter Einbeziehung der Aperturblende
(a) Einschub eines lichtundurchlässigen Schiebers (rechte Bildhälfte), gleichzeitiges Schließen der Aperturblende (linke Bildhälfte)
(b) Endgültige Justierung für Relief-Phasenkontrast
(c) Einführen einer Ringblende für Phasenkontrast (rechter Bildrand) bis zur Überschneidung mit dem Phasenring
(d) Abdeckung der außerhalb des Phasenringes befindlichen Ringblendenanteile durch Schließen der Aperturblende
(e) Einführen einer Ringblende für Dunkelfeld (linker Bildrand) bis zur Überschneidung mit dem Phasenring
(f) Abdeckung der außerhalb des Phasenringes befindlichen Ringblendenanteile durch Schließen der Aperturblende


Abb. 3 veranschaulicht verschiedene in Betracht kommende Vorgehensweisen zur Erzeugung von Relief-Phasenkontrast unter Mitwirkung der kondensorseitigen Aperturblende (jeweils Einstellfernrohr-Ansichten).

Abb. 3a  zeigt eine mögliche Ausgangssituation. Von rechts wird ein Teil des Sehfeldes durch die Vorderkante eines lichtundurchlässigen Schiebers abgedeckt, von links ergibt sich eine leichte Eingrenzung des Sehfeldes durch die leicht geschlossene Aperturblende. Im nächsten Schritt wird der Schieber so weit in den Strahlengang eingeschoben, dass dessen Vorderkante etwa bei 9 Uhr, die innere Randbegrenzung des Phasenringes überdeckt. Gleichzeitig wird die Aperturblende so weit geschlossen, dass sie ebenfalls etwa bei 9.00 Uhr die äußere Randbegrenzung des Phasenringes erreicht. Auf diese Weise resultiert ein schmales dreieckig konfiguriertes beleuchtendes Strahlenbündel (Abb. 3b). Fläche und Position des Strahlenbündels können verändert werden, wenn die Vorderkante des Schiebers und die Lamellen der Aperturblende geringfügig einander angenähert oder voneinander entfernt werden, ohne dass sich wesentliche Anteile des beleuchtenden Strahlenganges außerhalb des Phasenringes befinden. Hierdurch können Bildhelligkeit, Kontrast, Tiefenschärfe, Auflösung und Dreimimensionalität in gewissem Grad an das jeweilige Objekt angepasst werden.

Eine weitere Möglichkeit, ein vergleichbar punktuelles, kleinflächiges beleuchtendes Strahlenbündel zu erreichen, ergibt sich, wenn eine Phasenkontrast- Ringblende zunächst so weit in den Strahlengang eingeführt wird, dass sich diese etwa bei 3.00 Uhr oder 9.00 Uhr mit dem Phasenring des Objektivs überschneidet (Abb. 3c). Auch hier ist nun die

Aperturblende so weit zu schließen, dass die Anteile der Ringblende, welche außerhalb des Phasenringes liegen, abgedeckt werden (Abb. 3d).

Diese Methode der partiellen Überdeckung von Ringblende und Phasenring kann auch bei vorhandenem Universal- bzw. Phasenkontrast-Kondensor nach Zernike für Relief-Phasenkontrast eingesetzt werden. Eine Ringblende des Kondensors ist durch Drehen der Revolverscheibe in einer Zwischenstellung so in den Strahlengang zu bringen, dass sich ein Segment der Ringblende mit dem Phasenring des Objektivs überschneidet. Anschließend wird die Aperturblende des Kondensors so weit geschlossen, dass die Fläche des beleuchtenden Strahlenbündels auf den Phasenring des Objektivs begrenzt wird.

In gleicher Weise kann auch eine größer dimensionierte Ringblende für Dunkelfeldbeleuchtung anstelle von Phasenkontrast-Ringblenden verwendet werden. Es resultieren hier deutlich großflächigere Strahlenbündel. Auch diese Dunkelfeld-Ringblende wird zunächst so weit in den Strahlengang gebracht, dass sie sich mit dem Phasenring partiell überdeckt (Abb. 3e). Anschließend wird wiederum die Aperturblende so weit geschlossen, dass die Anteile der Ringblende, welche außerhalb des Phasenringes liegen, abgedeckt werden (Abb. 3f).

Bei allen beschriebenen Varianten ist die Lage und Größe des Phasenringes im Objektiv letztlich beliebig, da durch entsprechend weites Einführen des Schiebers bzw. der Ringblende und angepasstes Schließen der Aperturblende in jedem Fall ein beleuchtendes Strahlenbündel resultiert, dessen Ausdehnung auf die Lage des jeweiligen Phasenringes begrenzt ist. Daher können hier grundsätzlich Phasenkontrastobjektive beliebiger Hersteller eingesetzt werden, sofern diese hinsichtlich anderer optischer Parameter, z.B. Abgleichlänge kompatibel sind.

Je größer der Durchmesser des Phasenringes im Verhältnis zum Objektiv-Querschnitt ist, desto weniger muss die Aperturblende geschlossen werden, desto geringer fällt der Zuwachs an Tiefenschärfe aus und desto höher liegt die Auflösung.

Bei voll geöffneter Aperturblende kann Relief-Phasenkontrast realisiert werden, wenn anstelle von Ringblenden mit 360°-Öffnungen spezielle Blenden mit einem punktuellen oder kurzstreckigen kreissektorförmigen Lichtdurchlass in den Strahlengang gebracht werden. Abbildung 4 zeigt die korrekte Justierung einer solchen punktuell-sektoralen Lichtmaske mit dem Phasenring.


 

 

Abb. 4:
Korrekt justierte modifizierte Lichtblende für Relief-Phasenkontrast.
Punktuelle Lichtaustrittsöffnung hell,
Phasenring dunkel.
Aufnahme mittels Einstell-Teleskop.
Einen Prototyp der abgebildeten Lichtmaske zeigt Abb. 5b im folgenden Kapitel.

 


Zur Erstellung der oben gezeigten sektoralen Lichtblende wurde eine vorhandene konventionelle Ringblende für Phasenkontrast mit einer lichtundurchlässigen Abdeckung versehen, welche nur eine schmale kreissektorförmige Durchtrittsöffnung für die beleuchtenden Strahlent frei ließ (vgl. Abb. 5b im folgenden Kapitel).

Sofern ein Hellfeldkondensor mit zentrierten, runden, nicht verschiebbaren Einsteckblenden zur Erzeugung von Phasenkontrast zur Verfügung steht, kann Relief-Phasenkonstrat nur erzeugt werden, wenn die jeweilige Ringblende in der vorbeschriebenen Weise mit einer lichtundurchlässigen Scheibe partiell abgedeckt wird, so dass nur ein kurzstreckiges Segment frei bleibt. Da diese Einsteckblenden im Unterschied zu Blendenschiebern nicht dezentriert bzw. quer zur optischen Achse verschoben werden können, setzt eine Verwendung solcher Einsteckblenden systemkonforme, speziell abgestimmte Phasenkontrast-Objektive auch beim Relief-Phasenkontrast voraus.

Wenngleich die Aperturblende bei den letztgenannten Varianten gemäß Abb. 4 voll geöffnet bleibt und nicht zur Eingrenzung des Strahlenganges beiträgt, ergibt sich in der praktischen Anwendung eine vergleichbare Reliefdarstellung und Kontraststeigerung sowie eine höhere Bildfeldebnung als im konventionellen Phasenkontrast, wenn Objektive eingesetzt werden, die nicht plankorrigiert sind.

Copyright: Joerg Piper, Bad Bertrich, Germany, 2007

 

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