Strahlengang im Mikroskop

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Der erwünschte Strahlengang im Mikroskop wird durch eine bestimmte Anordnung der einzelnen Bestandteile im Beleuchtungsteil erreicht, auch Köhler´sche Beleuchtung genannt. Das Objektiv liefert ein vergrößertes, reelles Zwischenbild der Probe. Dieses Bild wird anschließend vom Okular, dem letzten Bestandteil in der Strahlenführung im Mikroskop, nochmals vergrößert abbildet, bis der Lichtstrahl letztendlich auf das Auge des Betrachtenden trifft.

Feste Bestandteile im Strahlengang

Schema der Strahlenführung im Mikroskop, erstellt von K. Maetschke, 2019

Einige Bestandteile der Strahlenführung im Mikroskop sind fest verbaut. Trotzdem sollte jedes Mal vor Verwenden eines Mikroskops kontrolliert werden, ob diese festen Bestandteile, insbesondere Lichtquelle, Kondensor und Objektive, auf eine gemeinsame Achse zentriert sind. Wenn dies nicht gewährleistet ist, ist der Strahlenverlauf nicht optimal und es kommt zu systematischen Fehlern und Schwierigkeiten bei der Mineralbestimmung. Eine Anleitung zur Zentrierung eines Mikroskops sowie ein Abbild des typischen des Aufbaus eines Mikroskops gibt es im Tutorium Polarisationsmikroskopie.

Lichtquelle, Kollektor und Leuchtfeldblende

Als Lichtquellen werden meist Halogenlampen, Glühlampen oder LEDs eingesetzt. Mit Hilfe einer Kollektorlinse wird das von der Lichtquelle ausgehende Licht in der unteren Brennebene des Kondensors vergrößert abgebildet. Sowohl Lichtquelle als auch Kollektor sind bei modernen Mikroskopen fest im Fuß des Mikroskops verbaut und können in ihrer Zentrierung nicht verändert werden. Mit Hilfe der Leuchtfeldblende kann die Ausleuchtung des Sichtfeldes reguliert werden.

Polarisator

Der erste Polarisationsfilter, der sogenannte Polarisator befindet sich unterhalb des Kondensors. Der Polarisator sorgt dafür, dass die eintreffenden Lichtstrahlen nur in einer bestimmten Richtung schwingen. Er erzeugt also linear polarisiertes Licht.

Kondensor und Aperturblende

Der Kondensor ist ein fokussierendes Linsensystem, welches sich unterhalb des Objekttisches befindet. Durch den Kondensor wird das Licht annähernd parallel und gleichmäßig durch das Objekt gelenkt. Somit wird für eine optimale Ausleuchtung des Sichtfeldes gesorgt.
Mittels der Aperturblende (unterhalb der Kondensorfrontlinse) kann zudem geregelt werden, in welchem Öffnungswinkel die Lichtstrahlen auf die Probe treffen. Ein hoher Öffnungswinkel liefert ein hohes Auflösungsvermögen, jedoch gleichzeitig einen sehr schwachen Kontrast. Der Bildkontrast kann durch Einengen der Aperturblende erhöht werden, wodurch jedoch gleichzeitig die durchstrahlende Lichtmenge eingeschränkt wird.

Objektiv

Das Objektiv ist eine bikonvexe Linse, welche ein umgekehrtes, vergrößertes Bild des untersuchten Objekts im Abbildungsmaßstab erzeugt (1. Abbildungsstufe im Mikroskop). Dieses Bild wird auch „reelles Zwischenbild“ genannt. Maßgebend für Qualität des Bildes sind hierbei Vergrößerung (v) und die numerische Apertur (NA) des Objektivs. Die numerische Apertur ist eine Maßzahl für die aufgenommene Lichtmenge im Objektiv. Aus der NA und der Wellenlänge des verwendeten Lichts λ kann das Auflösungsvermögen ermittelt werden, wobei d der kleinste Abstand zwischen zwei noch voneinander getrennt erkennbaren Bildpunkten ist.

d = λ / 2NA

Um eine hohe Auflösung zu erzielen müssen deshalb Objektive mit starker Vergrößerung und hoher NA verwendet werden, sowie kurzwelliges Licht. Durch Drehen am Objektivrevolver kann zwischen Objektiven mit unterschiedlicher Vergrößerung gewechselt werden.

Okular

Ein Okular ist eine bikonvexe Linse, welche das vom Objektiv erzeugte, vergrößerte Zwischenbild nochmals vergrößert abbildet (2. Abbildungsstufe im Mikroskop). Moderne Mikroskope verwenden meist ein Spezialokular. In solchen Okularen ist ein Fadenkreuz (oder eine Strichmikrometerplatte) fest justiert und kann z.B. für Winkel- und Längenmessungen genutzt werden. Vertikaler und horizontaler Faden sind dabei exakt in Schwingungsrichtung von Polarisator bzw. Analysator ausgerichtet. Sollte das Fadenkreuz diagonal im Sichtfeld verlaufen, kann das Okular durch Herausziehen und Drehen wieder passend ausgerichtet werden.

Die Gesamtvergrößerung im Mikroskop errechnet sich letztendlich als Produkt aus dem Abbildungsmaßstab des Objektivs und der Vergrößerung des Okulars.

Optionale Bestandteile im Strahlengang

Zwischen Objektiv und Okular können drei weitere Bestandteile optional in den Strahlengang eingefügt werden. Auf diese Weise kann schnell zwischen unterschiedlichen Betrachtungsweisen, der orthoskopischen und der konoskopischen Betrachtung hin und her gewechselt werden.

Kompensatoren

Durch einen Schlitz können Kompensatoren, z.B. das Hilfsobjekt Rot I, hinzugefügt werden. Diese dienen unter Anderem der Bestimmung des optischen Charakters eines Minerals.

Analysator

Darüber folgt der zweite Polarisationsfilter, der Analysator, dessen Polarisationsrichtung um 90° zu der des Polarisators verdreht ist. Er lässt sich bei Bedarf zwischen Objektiv und Okular einklappen. Der Analysator wird bei einer Mineralbestimmung sowohl bei der orthoskopischen als auch konoskopischen Betrachtung eingesetzt.

Amici-Bertrand Linse

Diese Linse wird nur zur konoskopischen Betrachtung eines Objekts benötigt. Sie kann zwischen Analysator und Okular eingeklappt werden.

Literatur

  • Raith, M.M., Raase, P., Reinhardt, J. (2011): Leitfaden zur Dünnschliffmikroskopie
  • Stosch, H.-G. (2009): Skript zur Kristalloptik II – Mineralmikroskopie


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Dieser Artikel wurde erstellt von:
C. Poetsch, L. Seybold