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Lexikon der Optik: Mikroskopbeleuchtung

Mikroskopbeleuchtung, die Strahlenführung beim Mikroskopieren von der Lichtquelle bis zum Objekt mittels optischer Hilfsmittel.

Grundsätzlich sind Durchlicht- und Auflichtbeleuchtung sowie Hellfeld- und Dunkelfeldbeleuchtung zu unterscheiden. Bei der Hellfeldbeleuchtung im Durchlicht gelangt das beleuchtende Licht über das Objekt in das Objektiv. Absorbierende Objektstrukturen erscheinen dunkel oder farbig auf hellem Grund. Bei der Hellfeldbeleuchtung im Auflicht fällt das beleuchtende Licht im allgemeinen durch das Objektiv hindurch auf das (meist undurchsichtige) Objekt, das durch das regulär oder diffus reflektierte Licht sowie das gebeugte Licht abgebildet wird. Bei der Dunkelfeldbeleuchtung wird das Objekt mittels spezieller Dunkelfeldkondensoren (Mikroskopkondensor) so beleuchtet, daß kein direktes bzw. kein regulär reflektiertes Licht in das Objektiv dringt. Die Objekte erscheinen hell auf dunklem Untergrund.

Sowohl im Durchlicht- als auch im Auflicht-Hellfeld wird fast durchweg das Köhlersche Beleuchtungsverfahren in seiner klassischen oder in vereinfachter Form angewendet. Die kritische Beleuchtung, bei der die Lichtquelle in das Objekt abgebildet wird, wird heute nur noch selten benutzt.

1) Durchlicht-Hellfeld. Das Köhlersche Beleuchtungsverfahren hat den Zweck, das abzubildende mikroskopische Objekt gleichmäßig zu beleuchten, die Beleuchtungsapertur (Sinus des halben Öffnungswinkels des beleuchtenden Lichtkegels) innerhalb möglichst weiter Grenzen zu variieren, um sie der numerischen Apertur der Objektive (Beobachtungsapertur) optimal anzupassen, und schließlich die Größe des ausgeleuchteten Feldes so zu verändern, daß nur der abzubildende Teil des Präparates beleuchtet wird, um im Mikroskop entstehendes Falschlicht (störende Reflexe an Linsenfassungen u.a.) weitgehend zu vermeiden. Diese drei Bedingungen werden durch die M. nach Köhler realisiert (Abb. 1). Die wesentlichsten Bestandteile sind eine geeignete Lichtquelle 1, der in der Nähe der Lichtquelle angeordnete Kollektor, die Leuchtfeldblende 2, die Aperturblende 3 und der in Objektnähe angeordnete Kondensor (Mikroskopkondensor). Der ausgezogene Strahlengang kennzeichnet die Abbildung der Lichtquelle in die Ebene der Aperturblende. Mit dieser wird die Beleuchtungsapertur nach einer in der Praxis bewährten Faustregel so geregelt, daß sie 2/3 bis 1/2 der numerischen Apertur des Objektivs beträgt. Die Überprüfung kann z.B. durch Betrachten der Austrittspupille des Objektivs 5 nach Herausnahme des Okulars aus dem Tubus erfolgen. Das gestrichelt dargestellte Strahlenbündel kennzeichnet die Abbildung der Leuchtfeldblende in die Objektebene. Nach der üblichen Regel ist die Leuchtfeldblende so weit zu schließen, daß nur der abzubildende Teil des Objektes beleuchtet wird, d.h., daß das Sehfeld des Okulars 6 gerade noch voll ausgeleuchtet ist. Aus Abb. 1b ist zu erkennen, daß für jeden beleuchteten Punkt der Objektebene die Beleuchtungsapertur gleich ist. Außerdem wird aus Abb. 1b verständlich, weshalb eine ungleiche Helligkeitsverteilung in der Aperturblendenebene (inhomogenes Lichtquellenbild) die Gleichmäßigkeit der Objektausleuchtung nicht stört.

In besonderen Fällen, z.B. in der Mikroskopphotometrie, wird durch die weitgehend geschlossene Leuchtfeldblende oder durch eine spezielle Photometrie-Vorblende nur noch das interessierende Objektdetail beleuchtet, um das Meßergebnis beeinflussende Aufhellungen durch das Umfeld zu vermeiden (Schwarzschild-Villiger-Effekt). Andererseits kann in der Routinemikroskopie biologischer Präparate oft auf die übliche Regelung der Leuchtfeldblende verzichtet werden, ohne daß sich der Bildkontrast merklich verschlechtert. Aus diesem Grunde werden vereinfachte M. ohne stellbare Leuchtfeldblende ausgeführt.

2) Schiefe Beleuchtung. Sie wird durch exzentrische Stellung der Aperturblende erzeugt und dient in Sonderfällen zur Erhöhung des Auflösungsvermögens (mikroskopische Abbildung) oder zu besonderen Beleuchtungseffekten. Mittels Azimutblenden in der Aperturblendenebene ist die Realisierung mit geringem Aufwand möglich. Die einseitig schiefe Beleuchtung führt zu unterschiedlicher Auflösung von Objektstrukturen in Abhängigkeit von deren Orientierung zur Haupteinfallsrichtung des Lichtes (Azimuteffekt). Wird die Aperturblende so weit seitlich verschoben, daß kein direktes Licht mehr vom Objektiv erfaßt wird, erhält man einseitige Dunkelfeldbeleuchtung.

3) Durchlicht-Dunkelfeld. Hierbei wird anstelle des Hellfeldkondensors ein Dunkelfeldkondensor (Mikroskopkondensor) verwendet.

4) Auflicht-Hellfeld. In diesem Falle wird das seitlich von der Lichtquelle kommende Licht durch optische Bauteile, die man Illuminator nennt, in Richtung auf das Präparat umgelenkt (Abb. 2).

Bei Objektiven kleinerer Vergrößerung und geringer Apertur sowie ausreichendem Objektabstand kann das Licht einer seitlich am Mikroskop angeordneten Leuchte durch ein dünnes planparalleles Glasplättchen (Planglas) auf das Präparat umgelenkt werden (Abb. 2a). Im allgemeinen befindet sich jedoch der Illuminator hinter dem Objektiv und ist entweder als Planglasilluminator (Abb. 2b) oder als Prismenilluminator (Abb. 2c) ausgebildet. Bei Verwendung eines Planglases als Umlenkelement wird die Objektivapertur nicht eingeschränkt, das volle Auflösungsvermögen bleibt erhalten. Planglasilluminatoren sind in der Auflichtmikroskopie üblich. Der Prismenilluminator leuchtet nur die Halbpupille des Objektivs – theoretisch ohne Lichtverlust – aus und führt zu einseitig schiefer Beleuchtung mit Auflösungsunterschieden in Abhängigkeit von der Orientierung der Objektstrukturen. In der Polarisationsmikroskopie wird der Prismenilluminator in der speziellen Form des Berek-Prismas genutzt.

Die übliche M. für Auflicht-Hellfeld basiert auf dem Köhlerschen Beleuchtungsverfahren (Abb. 3) in Verbindung mit einem Planglasilluminator und Objektiven mit unendlicher Bildweite (mikroskopische Abbildung).

5) Auflicht-Dunkelfeld. Hierbei werden anstelle normaler Mikroskopobjektive spezielle HD-Objektive verwendet, deren abbildendes System von einem ringförmigen Dunkelfeldkanal mit Ringkondensor umgeben ist (Mikroskopkondensor). Anstelle des Planglasilluminators wird ein Ringspiegel benutzt. Die erforderliche Anpassung des beleuchtenden Lichtbündels kann auf unterschiedliche Weise geschehen. Entweder wird der kreisförmige Bündelquerschnitt durch eine Lichttreppe in einen ringförmigen Bündelquerschnitt mit größerem Außendurchmesser umgewandelt, oder es wird eine modifizierte M. mit Zentralblende genutzt. Eine andere Möglichkeit zur Querschnittswandlung von der Kreisfläche zum Kreisring für Dunkelfeldbeleuchtung besteht in der Nutzung faseroptischer Lichtleiteinrichtungen, die direkt an den Dunkelfeldkanal der Objektive angekoppelt werden können.



Mikroskopbeleuchtung 1: Köhlersches Beleuchtungsverfahren im Durchlicht. a) Gesamter Strahlengang, b) Strahlengang im Objektraum. 1 Lichtquelle, 2 Leuchtfeldblende, 3 Aperturblende, 4 Objektebene, 5 Austrittspupille des Objektivs, 6 Zwischenbildebene, 7 Austrittspupille des Mikroskops.



Mikroskopbeleuchtung 2: Schematische Darstellung der Hellfeldbeleuchtungsarten im Auflicht. a und b Planglasilluminatoren, c Prismenilluminator.



Mikroskopbeleuchtung 3: Schematischer Strahlengang beim Köhlerschen Beleuchtungsverfahren im Auflicht.
1 Lichtquelle,
2 Aperturblende,
3 Leuchtfeldblende,
4 Objektivpupille,
5 Objektebene; L1, L2 Linsen.

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