Aufbau von Lichtmikroskopen
Die wichtigsten Bestandteile eines Mikroskops sind:
Okular, Tubus, Objektivrevolver, Stativ, Kreuztisch, Objekttisch, Kondensor, Feintrieb, Grobtrieb, Leuchtfeldblende und Fuß. Bei manchen Mikrsokopen kommt es zudem zur Verwendung einer Barlow-Linse. Hier findet ihr Arbeitsblätter zum kostenlosen Download:
Aufbau Lichtmikroskop Arbeitsblatt PDF beschriftet
Aufbau Lichtmikroskop Arbeitsblatt PDF unbeschriftet
Im Bild zu sehen ist der übliche Aufbau eines Lichtmikroskops:
Okular
Ein Okular ist der Teil eines optischen Systems, welches augenseitig wirkt. Es kann sich dabei um eine Konstruktion mit einer oder mehreren Linsen handeln. Die Aufgabe des Okulars im Mikroskop ist es, das reelle, vergrößerte Zwischenbild des Objektivs in ein vergrößertes, virtuelles Bild umzuwandeln. Wie genau das funktioniert finden Sie im Kapitel „Prinzip der Vergrößerung“.
Die Größe des Lichtkegels an der Austrittspupille am Okular ist auf die der Eintrittspupille des menschlichen Auges angepasst. Im Idealfall ist er nicht größer, damit es komplett vom Auge erfasst werden kann.
Tubus
Tubus ist das lateinische Wort für Röhre. Beim Mikroskop ist er mit dem Okular verbunden und dient dazu diesen zu halten.
Klassische Geräte arbeiten mit einer Tubuslänge von 160 mm. Modernere und vor allem professionelle Mikroskope haben meist einen längeren Tubus, da dies das Anbringen von weiteren Komponenten ermöglicht. So kann man problemlos zusätzliche Farbfilter oder Prismen zwischen Okular und Tubus einfügen.
Objektiv-Revolver
Einen Objektiv-Revolver gibt es an Mikroskopen, bei denen mehrere Objektive mit unterschiedlicher Vergrößerungsstufe vorhanden sind. Durch Drehen und Einrasten kann man die gewünschte Stufe einstellen.
Objektiv
Ein Objektiv ist der auf das Objekt ausgerichtete Teil eines optischen Systems. Es dient dazu die Lichtstrahlen zu sammeln, die von diesem ausgehen. Damit erzeugt es eine reelle, optische Abbildung. Im Mikroskop wird dieses Bild durch das Okular nochmals zu einem virtuellen Bild vergrößert.
Gute Objektive sind das Herzstück des Mikoskops. Sind sie von geringer Qualität, dann erzeugen sie möglicherweise Abbildungsfehler, wie die chromatische Abberation. Diese Fehler werden dann durch das Okular mit vergrößert.
Richtig gute Objektive, die alle Abbildungsfelher bereinigen, werden Apochromaten genannt. Sie bestehen nicht nur aus einer Linse, sondern aus teilweise bis zu 10 kleinen Linsen. Ihr Preis kann mehrere Hundert Euro betragen, wenn nicht sogar im vierstelligen Bereich liegen. Die besten Objektive der Top-Herstelle kosten somit teilweise mehr, als bei durchschnittlichen Herstellern das ganze Mikroskop.
Stativ
Das Stativ bildet das Gerüst des Mikroskops, welches alles zusammenhält. Alle wichtigen Komponenten sind daran befestigt.
Klammer
Die Klammer fungiert als Befestigung für den Objektträger. Sie soll verhindern, dass der Träger ungewollt verrutscht.
Die Objektträger für das Mikroskop bestehen üblicherweise aus einer Glasplatte, deren Maße nach DIN ISO 8037-1 auf 76×26 mm normiert sind. Die Dicke liegt bei 1-1,5 Millimeter. DIN ist die Abkürzung für „Deutsches Institut für Normung“. ISO ist die Abkürzung der „Internationalen Organisation für Normung“. Die Kombination „DIN ISO“ sagt aus, dass es eine international gültige Norm ist, die von der DIN unverändert für Deutschland übernommen wurde. Damit wird sichergestellt, dass Objektträger überall auf der Welt im gleichen Format hergestellt werden. So braucht ein Kunde aus Deutschland dem Lieferanten in Peru nur zu sagen, dass er gerne 1.000 Objektträger nach DIN ISO DIN ISO 8037-1 bestellen möchte. Der Lieferant weiß dann, wie groß sie sein müssen.
Objekttisch / Kreuztisch
Auf den Objekttisch kann man den Objektträger mit dem Deckglas ablegen. Durch Verschieben des Trägers kann man das Objekt an die gewünschte Stelle platzieren.
Bei höherwertigen Mikroskopen verwendet man einen Kreuztisch. Dieser ermöglicht es, den Tisch präzise zu verschieben, anstatt den Objektträger mit der Hand zu bewegen. Bei einer Vergrößerung von 1000X ist es zum Beispiel äußerst schwer das Objekt mit der Hand an die gewünschte Stelle zu platzieren. Eine Verschiebung um 0,5 mm bedeutet in der Okularansicht so viel wie 5 Meter. Daher ist ein Kreuztisch im professionellen Bereich so gut wie unverzichtbar.
„Kreuztisch“ ist ein Fachbegriff aus dem technischen Bereich. Es handelt sich dabei um eine Konstruktion, bei der man einen Tisch auf Schienensystem platziert und mit Stellschrauben in verschiedene Richtungen bewegen kann. Die Stellschrauben sind mit einer Skala versehen, damit man die gewünschte Stelle am Objekt leichter wiederfindet.
Kondensor
Ein Kondensor bündelt die Strahlen aus der Lichtquelle, so dass sich das Licht gleichmäßig auf das Objekt verteilt. Das sorgt dafür, dass das Bild an allen Stellen möglichst gleich hell ist.
Kondensoren bestehen meist aus einer oder zwei Linsen. Die Lichtstrahlen werden mit ihrer Hilfe so gebrochen, dass sie nach dem Austreten als Parallelstrahlen verlaufen. Eine asphärische Linse sorgt dafür, dass sich keine Aberrationen bilden. Dadurch wird eine bessere Bildqualität garantiert. Ihre Herstellung ist jedoch deutlich aufwändiger und teurer als die von normalen Linsen. Sie sind damit ein weiteres Unterscheidungsmerkmal von hochwertigen und billigen Mikroskopen.
Der Wärmeschutzfilter im obigen Bild war hauptsächlich zu der Zeit notwendig, als noch Glühbirnen als Lichtquelle verwendet wurden. Mittlerweile werden oft LED-Beleuchtungen eingesetzt, so dass sich die Wärmeentwicklung deutlich reduziert hat.
Feintrieb & Grobtrieb
Mit dem Feintrieb kann man den Abstand zwischen Objekt und Objektiv steuern, um das Bild scharf zu stellen. Der Feintrieb bewegt den Tisch immer nur um wenige Millimeter. Wie der Name es sagt, dient er dazu nur minimale Anpassungen zu bewirken.
Mit dem Grobtrieb kann man ebenfalls den Abstand zwischen Objekt und Objektiv steuern, um das Bild scharf zu stellen. Der Grobtrieb bewegt den Tisch immer um mehrere Zentimeter. Er dient dazu das Objekt schnell und grob zu erfassen. Die optimale Schärfe kann man anschließend mit dem Feintrieb einstellen.
Leuchtfeldblende
Mit der Leuchtfeldblende kann man den Durchmesser des Lichtstrahls regulieren. Damit kann man Überstrahlungen am Objekt verhindern.
Dies kann notwendig werden, wenn das Objekt vom Durchmesser kleiner ist als der Sichtbereich im Okular.
Lichtquelle
Die Lichtstrahlen aus der Lichtquelle durchleuchten das Objekt von unten, damit der Betrachter eine optimale Ansicht erhält. Dabei ist wichtig, dass die Beleuchtung gleichmäßig auf das Objekt verteilt wird. Auf diesem Gebiet hat sich die Köhler´sche Beleuchtung etabliert.
Bei den ersten Mikroskopen durchleuchtete man die Objekte mit Hilfe einer Kerze. Oder, man reflektierte ihr Licht, oder das Sonnenlicht, mit Hilfe eines Hohlspiegels. Auch heute noch kommen solche Spiegel zum Einsatz, vor allem in billigen Kindermikroskopen.
Mit der Erfindung der Elektrizität, wurden später Glühlampen verwendet.
Bei hochwertigen Mikroskopen, wurden diese dann im Laufe der Zeit durch eine Kombination von mehreren, leistungsstarken Halogenlampen abgelöst. Die Höhere Lichtstärke war eine wichtige Voraussetzung, um unterschiedliche Kontrastverfahren anwenden zu können und dabei die Qualität zu erhalten.
Heutzutage verwenden viele Geräte weiße LED-Leuchten. Diese produzieren keine Hitze, verbrauchen wenig Strom und ermöglichen eine gleichmäßige Beleuchtung, da die Lichtstrahlen aus einer Vielzahl von kleinen Lämpchen austreten. Oft kann man die Lichtstärke mit einem eingebauten Dimmer regulieren, so dass man Streulicht von Vornherein gut vermeiden kann.
Mikroskop-Fuß
Der Fuß verleiht dem Mikroskop die notwendige Stabilität und Standfestigkeit.
Barlowlinse
Eine Barlowlinse ist eine Zerstreuungslinse, die manchmal in Mikroskopen eingesetzt wird. Sie wird meist am Okularauszug in den Tubus einfügt. Nach der Installation, liegt sie direkt hinter der Objektivlinse und verlängert damit deren effektive Brennweite.
Das Objektiv erzeugt ein reelles-vergrößertes Bild, so dass eine Verlängerung der Brennweite einen höheren Vergrößerungsfaktor (bei gleicher Bildweite) bewirkt. Üblicherweise verdoppeln oder verdreifachen sie die vorher eingestellte Vergrößerung. Es sind jedoch auch andere Faktoren möglich.
Mit der Integration der Barlowlinse wird zudem eine stufenlose Vergrößerung des Objektes möglich. Hierfür wird sie aus dem Okularstutzen herausgezogen und erzeugt so einen optischen Zoom.
Der Einsatz der Barlowlinse hat positive und negative Auswirkungen. Das Gute ist, dass man mit ihr relativ leicht die Effektivität eines Mikroskops vervielfachen kann. Ein kleiner, billiger Eingriff in das Linsensytem, bewirkt eine Verdoppelung oder Verdreifachung der Vergrößerung. Kosten und Nutzen stehen hier in einem äußerst günstigen Verhältnis.
Der Nachteil ist, dass sich ihre Verwendung meist negativ auf die Bildqualität auswirkt. Einfache Barlowlinsen sind sehr anfällig für den Effekt der sphärischen und chromatischen Aberration. Somit wird die Bildqualität schlechter. Es gibt zwar auch Barlowlinsen, die achromatisch und asphärisch konstruiert wurden, aber diese werden in hochwertigen Mikroskopen normalerweise nicht eingesetzt. Man verwendet stattdessen Objektive und Okulare von hoher Qualität, die möglichst viele Abbildungsfehler bereinigen.
Die Barlowlinse wurde vom englischen Mathematiker und Physiker Peter Barlow (1776-1862) erfunden. Sie waren als achromatische Linsen für Teleskope und Fernrohre gedacht und bestanden aus einer Kombination von Kron- und Flintglas. Die Verwendung von verschiedenen Glassorten ist für Achromaten üblich. Durch die unterschiedlichen Brechungsindizes der Materialien werden Farbfehler reduziert.
Mikroskop Beschriftung Übung
Ich habe eine kostenlose Übungssoftware erstellt, mit dem ihr den Aufbau des Mikroskops lernen könnt:
https://light-microscope.net/training/
Mikroskop Aufbau Test
In diesem Video seht ihr eine Präsentation der kostenlosen Übungssoftware, die ich für euch hochgeladen habe. Es funktionier so ähnlich, wie das gute alte Mikroskop Arbeitsblatt in der 5. Klasse: Ihr seht ein Foto von einem Mikroskop und ihr müsst dieses Mikroskop beschriften, nur dass ihr es hier mit ein paar Mousecklicks erledigen könnt. Viel Spaß beim Üben, es ist eine gute Prüfungsvorbereitung.
https://youtu.be/QXatoT9MX3s