Hallo,
ich werde ab jetzt immer einmal wieder Themen aus der mikroskopischen Gerätetechnik aufgreifen und etwas mehr oder weniger Sinnvolles dazu schreiben.
Einen Anfang möchte ich mit dem Begriff "Unendlich-Optik" machen und hoffe damit etwas zur Klärung dieser System-Architektur beizutragen.
Zunächst einmal soll eine einfache Sammellinse betrachtet werden.
Man sieht, dass bei der Sammellinse untereinander parallele Strahlen die Brennebene in einem gemeinsamen Punkt durchstoßen. Wenn die Strahlen zusätzlich zur optischen Achse (der gepunkteten Linie in der obigen Darstellung) parallel verlaufen gehen sie zudem durch den bildseitigen Brennpunkt F' der Linse. Je stärker die Strahlen gegen die optische Achse geneigt sind, desto weiter vom Brennpunkt F' entfernt passieren sie die Brennebene. Strahlengänge sind umkehrbar. Deshalb verlaufen alle von der Brennebene ausgehende Strahlen nach der Linse untereinander parallel.
Man kann nun zwei Sammellinsen so kombinieren, dass die von der objektseitigen Brennebene der Linse 1 kommenden Strahlen sich in der bildseitigen Brennebene der Linse 2 wieder schneiden.
Wichtig an der vorausgegangenen Darstellung ist, dass ein Objekt, das sich in der vorderen Brennebene der Linse 1 befindet in der bildseitigen Brennebene der Linse 2 abgebildet wird. Der Abbildungsmaßstab ergibt sich aus dem Verhältnis der Brennweiten f2/f1. Zwischen beiden Linsen verlaufen die zur Abbildung beitragenden Lichtstrahlen untereinander parallel. Dies bedeutet, dass durch die Linse 1 alleine vom Objekt O ein Bild erzeugt wird, das in der Bildweite "Unendlich" entsteht. Dies ist das Grundprinzip der "Unendlich-Optik". Die Linse 1 ist hierbei das Objektiv und die Linse 2 die sog. "Tubuslinse", die letztlich das reelle Zwischenbild in ihrer Brennebene erzeugt. Der Bereich zwischen Objektiv und Tubuslinse wird auch "Unendlich-Strahlenraum" bezeichnet.
Bei Carl Zeiss beträgt die Brennweite der Tubuslinse etwa 160mm. Wie groß muss nun die Brennweite des Objektivs sein, wenn im Zwischenbild ein Abbildungsmaßstab von 10:1 vorliegen soll? Der Abbildungsmaßstab ergibt sich ja aus f2/f1. Durch einfaches Umformen ergibt sich f1 (gesuchte Brennweite des Objektivs) für den vorliegenden Fall aus dem Quotienten 160mm/10 = 16mm.
Die nachfolgende Darstellung zeigt nun den Strahlengang im klassischen Endlich-System und einem Unendlich-System.
Welche Vorteile haben nun Unendlich-Systeme gegenüber Endlich-Mikroskopen?
(Übersehen Sie bei der folgenden Darstellung nicht den "weiter-Button" rechts)
Der erste Vorteil liegt somit darin, dass planparallele Bauelemente - z.B. die Filtersysteme in der Fluoreszenzmikroskopie, problemlos in den Strahlengang eingebracht werden können. Sie stören die Bildentstehung in keiner Weise!
Bei Endlich-Mikroskopen kann man diese Bauelemente nicht einfach in den Strahlengang einbringen ohne die Bildentstehung zu stören. Man muss für diese vielmehr einen speziellen Zwischentubus verwenden und sie dort zwischen einer Zerstreuungs- und einer Sammellinse einfügen. Dies ist letztlich ein in den Strahlengang des Endlich-Systems eingefügter Unendlich-Bereich - eine ziemlich aufwändige Angelegenheit, die das System weniger flexibel macht und in einem gewissen Umfang auch die Bildqualität mindert. Letztlich muss so etwas auch den Preis nach oben treiben.
Nachfolgende Darstellung:
Die Distanz zwischen Objektiv und Tubuslinse bei einem Mikroskop mit Unendlich-Optik ist in einem gewissen Bereich flexibel. Man kann also - wenn nötig - mitunter doch relativ leicht noch Bauelemente einfügen.
Ein weiterer Vorteil der Unendlich-Optik muss noch besonders hervorgehoben werden. Bei einem Endlich-Mikroskop erzeugt das Objektiv ein Zwischenbild mit einem bestimmten Abbildungsfehler, der sog. chromatischen Vergrößerungsdifferenz. Dieser durch Farbsäume gekennzeichnete Abbildungsfehler wird dann erst durch die Okulare ausgeglichen bzw. kompensiert. Man nennt diese Okulare auch "Kompensationsokulare". Bei der Unendlich-Optik ist das durch Objektiv und Tubuslinse erzeugte Zwischenbild bei praktisch allen Geräten (Ausnahme:einige Geräte im Einsteiger-Sektor) frei von chromatischer Vergrößerungsdifferenz. Dies hat enorme Vorteile für alle modernen Dokumentationsverfahren, da man das Zwischenbild direkt und ohne weitere Korrektur beispielsweise auf einen entsprechend dimensionierten CCD-Chip fallen lassen kann.
Sind Unendlich-Mikroskope prinzipiell besser?
Unendlich-Mikroskope spielen ihre Vorteile besonders in den gehobenen Leistungsklassen aus. Sie sind viel flexibler anpassbar und wesentlich besser für die Adaption moderner Dokumentationssysteme geeignet. Im Einsteigersegment (einfache Hellfeld-, Dunkelfeld-, aber auch Phasenkontrastmikroskopie) kommen diese Vorteile nicht wirklich zur Geltung. Hier sind Endlich-Geräte zumindest vom Prinzip her genauso gut geeignet.
Christian Linkenheld
