Medizinische Physik 3: Medizinische Laserphysik [2004]

204 S.W. Hell
Abb. 9.9. Die gerechnete fokale Intensitätsverteilung (PSF) eines einzelnen Objektivs
(obere Reihe) und bei der kohärenten Verwendung zweier Objektive hoher
numerischer Apertur, wie sie dem 4π-konfokalen Mikroskop zu Grunde liegt (untere
Reihe)
9.3.1 Grundlagen der 4π-konfokalen Mikroskopie
Für die geringere axiale Auflösung gibt es eine anschauliche Erklärung, die in
der Asymmetrie des Fokussierungsprozesses zu finden ist. Ein Objektiv kann
eben nur einen endlichen Ausschnitt einer Kugelwelle erzeugen (Abb. 9.9).
Wäre es eine komplette Kugelwellenfront mit einem Raumwinkel von 4π, so
hätte man einen kugelförmigen Fokus, und die axiale Auflösung wäre dramatisch
erhöht. Die Erzeugung einer aberrationsfreien, vollständigen Kugelwellenfront
ist aber technisch kaum realisierbar. Was sich allerdings realisieren
lässt, ist die Vergrößerung der Wellenfront mit Hilfe eines zweiten Objektivs,
das dem ersten entgegen und auf denselben Punkt gerichtet ist. Mit
zwei Objektiven lässt sich die Gesamtapertur in axialer Richtung erhöhen.
Dazu müssen sich die Wellenfronten ergänzen,d.h.kohärent überlagert werden.
Ist die Interferenz konstruktiv, so erhält man ein axial viermal engeres
Hauptmaximum. Das engere Hauptmaximum stellt eine vierfache Verbesserung
der axialen Auflösung in Aussicht.
In ganz analoger Weise lässt sich auch die Detektionsapertur erhöhen.
Befindet sich ein emittierendes Punktobjekt im Fokalbereich der beiden Objektive,
so kann man die emittierte Wellenfront mit beiden Objektiven erfassen.
Werden die erfassten Ausschnitte in einem Punktdetektor kohärent