{"title":"Mikroskop: Infobox I","body":"Mikroskop
<\/BR>
<\/BR>Vergrößerung und Auflösung des Mikroskops:<\/STRONG>
<\/BR>E. Abbe<\/A> und M. Berek konnten nachweisen, daß das mikroskopische Bild als komplexes Interferenzmuster (Interferenz<\/A>) der von den Objektstrukturen ausgehenden und miteinander interferierenden kohärenten Beugungswellenfronten (Beugung<\/A>, Welle<\/A>) entsteht. Ein Konturenpaar wird nur dann abgebildet („aufgelöst“), wenn der bildauffangende „Bildschirm“ (= Frontlinse des Objektivs) beidseits des Interferenz-Hauptmaximums wenigstens je 1 am Objektkonturenpaar entstandenes Nebenmaximum auffangen kann – eine wellenoptische Grenzbedingung, die erst für die Abbildung sehr kleiner Strukturen Bedeutung gewinnt. Im weiteren Strahlengang interferieren diese Nebenmaxima mit dem Hauptmaximum und erzeugen so ein dem Objekt ähnliches Endbild. Je mehr Seitenmaxima dazu beitragen, desto schärfer – weil detailreicher – wird die Abbildung. Nebenmaxima entstehen dort, wo 2 an der Objektkontur abgebeugte Wellenfronten mit einem Wegunterschied (Gangunterschied) von 1 Wellenlänge (λ)<\/I> bzw. deren Vielfachem zusammentreffen. Je kleiner der Konturenabstand (d)<\/I> der Struktur, desto stärker abgebeugt müssen Wellenfronten zusammentreffen, um einen Wegunterschied von λ aufzuweisen, desto weiter entfernen sich also die ersten Nebenmaxima vom Hauptmaximum, und desto größer muß bei konstantem λ<\/I> die „Bildschirmweite“ (= Apertur des Objektivs) sein, damit das Interferenzbild der Struktur noch „wahrgenommen“ und diese abgebildet wird. Die Apertur<\/A><\/I> wird vereinbarungsgemäß als Sinus des halben Öffnungswinkels (sin α<\/I>) angegeben. Es gilt also: d<\/I>min<\/SUB> = λ<\/I>\/sin α<\/I>. Nähert sich d<\/I> an λ<\/I> an, so geht der zur Erzeugung eines Nebenmaximums geforderte Beugungswinkel der um den Betrag λ<\/I> phasenverschobenen Wellenfronten gegen 90 , d.h., die Interferenz der Wellenfronten erfolgt in der Objektebene, notwendigerweise also außerhalb der Bildschirmebene, und kann so nicht mehr durch den Bildschirm bzw. das Objektiv aufgefangen werden. Eine Strukturgröße im Bereich der Wellenlänge des verwendeten Lichts<\/A> bildet also eine natürliche Grenze für deren mikroskopische Abbildbarkeit. Die (oberhalb dieses Grenzwerts auflösungsbestimmende) theoretische Apertur stärker vergrößernder (bis 63fach), sog. Trockenobjektive<\/I> wird durch die Licht-Brechung<\/A> an einem Intermedium geringerer Dichte als das Präparat (Luft mit Brechungsindex<\/A> n<\/I>D<\/SUB> = 1) zwischen Objekt und Objektiv auf eine geringere wirksame Apertur eingeschränkt, die sog. numerische Apertur<\/I> (A<\/I> = n<\/I>D<\/SUB> A sin α<\/I>). Diese wirksame Apertur ist auf allen Objektiven hinter der Angabe des Vergrößerungsmaßstabs als Dezimalbruch eingraviert (z.B. 40er Objektiv: 40\/0,63) und erlaubt die Berechnung von deren Auflösungsvermögen<\/A>. Der Aperturverlust durch Lichtbrechung kann durch ein Zwischenmedium größerer Dichte, etwa ein Öl (Zedernholzöl<\/A>, Immersionsöl<\/I>) vom Brechungsindex des Glases (n<\/I>D<\/SUB> = 1,5), kompensiert oder gar durch Verwendung dichterer Zwischenmedien (bis n<\/I>D<\/SUB> = 1,6) bei einem Aperturgewinn überkompensiert werden. Man benötigt dazu spezielle Immersionsobjektive<\/I> (Eintauchobjektive; Immersion<\/A>), die Aperturen bis 1,4 erreichen (z.B. Spitzenobjektive wie 100\/1,3 Öl oder 63\/1,4 Öl, mit einer Auflösung von 0,19 μm, wobei der Zusatz „Öl“ darauf hinweist, daß diese Objektive als Immersionsobjektive benutzt werden müssen). Derartige Aperturen lassen sich jedoch nur voll ausschöpfen, wenn der Öffnungswinkel, also die Apertur, des Kondensors<\/A><\/I> dem des Objektivs angepaßt ist. Kondensoren sind mit einer aperturregulierenden Irisblende<\/I> (Aperturblende<\/A>) ausgestattet, die der Regulierung des Bild-Kontrasts<\/A> dient: Bei zu großer Kondensoröffnung gelangt an der Bildentstehung nicht beteiligtes Streulicht (Streuung<\/A>) aus nicht abgebildeten Objektpartien in das Objektiv (Bildaufhellung, Kontrastminderung). Bei einer gegenüber der Objektivöffnung zu geringen Kondensorapertur (kleiner als das abgebildete Objektfeld) trägt Beugungslicht des Blendenrands in zunehmendem Maße zur Objektbeleuchtung bei und interferiert seinerseits mit den primär objektabbildenden Wellenfronten: der Bildkontrast steigt durch Überlagerung von Mehrfachbildern auf Kosten des Auflösungsvermögens. Die Breite der im Präparat entstehenden Interferenz-Nebenmaxima wird verringert, und diese werden im Grenzfall vom Objektiv nicht mehr erfaßt, was einer Verminderung der wirksamen Objektivapertur und damit des Auflösungsvermögens gleichkommt. Eine angepaßte hohe Kondensorapertur kann die wirksame Objektivapertur gegenüber einer Beleuchtung ohne Kondensor bei hinreichendem Bildkontrast um etwa das Zweifache steigern. Daraus resultiert nach der Formel d<\/I>min<\/SUB> = λ<\/I>\/2 n<\/I> sin α<\/I> bzw. d<\/I>min<\/SUB> = λ<\/I>\/2 A<\/I> (A<\/I> = numerische Apertur) ein maximales Auflösungsvermögen des Mikroskops von etwa λ<\/I>\/2. Dieser Wert, im sichtbaren Licht von λ<\/I> ≈ 0,4 μm etwa 0,2 μm, kann bei Verwendung von UV-Licht (λ<\/I> ≈ 0,2 μm; Ultraviolett<\/A>) noch einmal um etwa das Zweifache verbessert werden, wenn man ein Mikroskop mit UV-durchlässiger Quarzoptik benutzt und das nicht unmittelbar sichtbare Bild auf einem Leuchtschirm oder einer Photoplatte auffängt (Ultraviolettmikroskop<\/I> oder Ultramikroskop;<\/I> Ultraviolettmikroskopie<\/A>). – Als Faustregel für die förderliche Vergrößerung<\/I> gilt, daß die Endvergrößerung das 1000fache der Objektivapertur nicht überschreiten soll."}