Schärfentiefe Elektronenmikroskope

[Eckhard F. H.]

Hallo Experten,
warum liefern Elektronenmikroskope trotz wesentlich höherer Vergrößerung als Lichtmikroskope dennoch Bilder mit extrem größerer Schärfentiefe?
Unwissende Grüße - EFH

[Klaus Herrmann]

http://daten.didaktikchemie.uni-bayreuth.de/umat/elektronenmikroskop/elektronenmikroskop.htm

Lesen!

[Eckhard F. H.]

Jawohl, lieber Klaus! Aber eigentlich wollte ich hier lesen.
Gruß - EFH

[wilfried48]

Hallo Eckhard,

da in dem link von Klaus nichts darüber steht werde ich mal versuchen eine verständliche Antwort zu formulieren.

In der Elektronenmikroskopie hat man sehr kleine Apertuwinkel (0,01 bis 0,001) , weil sonst die Linsenfehler zu gross würden.

Das Auflösungsvermögen ist dabei  (anders als bem Lichtmikroskop) trotzdem noch gross, weil die Wellenlänge eben sehr klein ist.

Das ist dann so wie wenn du im Lichmikroskop die Aperturblende ganz weit zuziehen würdest, aber die Auflösung trotzdem nicht schlechter würde.

Durch die nahezu parallelen Strahlen mit sehr kleinem Öffnungswinkel steigt die Schärfentiefe.

viele Grüsse
Wilfried

[Eckhard F. H.]

Hallo Wilfried48,
Du hast meine leise Ahnung in sehr verständlicher Form bestätigt. Vielen Dank, bin erleichtert. Abbe gilt also auch hier.
Herzlicher Gruß vom Bodensee
EFH

[Eckhard]

Hallo Namensvetter,

im REM kontrolliert man die Schärfentiefe auf zwei Arten: Durchmesser der Aperturblende und Arbeitsabstand. Ich arbeite i.d.R. mit einer 20 µm Aperturblende. Wenn ich den Arbeitsabstand vergrössere sinkt die Auflösung aber die Schärfentiefe wird grösser.

Herzliche Grüsse
Eckhard

[the_playstation]

Hallo,

meine leihenhafte Erklährung:
Bei einem Rasterelektronenmikroskop tastet ein hoch gebündelter, nahezu paraleler Elektronenstrahl das Objekt ab.
Der Elektronenstrahl schlägt nun andere Elektronen aus dem Objekt, die rein mengenmässig detektiert werden.
Eine Schärfeeinstellung wie bei einem Objektiv oder Okular gibt es gar nicht.
Die Schärfe wird rein durch die Rasterung und die Feinheit des Elektronenstrahls erzeugt.
Quasi des rasternden Kondensors.
Wird der Strahl enger über eine kleinere Fläche bewegt, erhöht sich die Vergrösserung.

Eine equivalente Betrachtung eines "Raster-Licht-Mikroskopes":
Ein sehr dünner, hoch gebündelter Laserstrahl wird über einen Ablenkspiegel
rastermässig über ein Objekt bewegt.
Der Strahl beleuchtet nun jede einzelne Stelle des Objektes (egal in welcher Tiefenebene).
Eine einfache Photodiode oder ein einfacher Photowiederstand mißt nun die Helligkeit des Laserstrahls.
Ein Objektiv oder Okular ist NICHT notwendig.

Daher spielt die Tiefenschärfe quasi kaum eine Rolle.
Nur in Hinblick auf die Bündelung des "beleuchtenden" Elektronenstrahls.

Dieser könnte prinzipiell nahezu paralell erfolgen. Ist also in jeder Tiefenebene gleich scharf.

Ich möchte betonen, daß es sich um eine sehr vereinfachte, nicht unbedingt 100% präziese Darstellung handelt.
Aber Sie veranschaulicht das Prinzip (als Gedankenmodell).


Ich habe die Idee, daß ganze mal mit Licht zu probieren.
Quasi ein Lichtraster-Mikroskop, wo ein hochgebündelter Laserstrahl (eventuell sehr kurz gepulst)
das Objekt abtastet.

Die Tiefenschärfe müßte auch hier deutlich höher sein.
Unabhängig ob nun ein Elektronenstrahl oder Licht benutzt wird.

Mit der Auflösung (Wellenlänge, ...) hat das weniger zu tun.

Liebe Grüße Jorrit.

[Eckhard F. H.]

Wenn ich den Arbeitsabstand vergrössere sinkt die Auflösung aber die Schärfentiefe wird grösser.

Hallo Eckhard,
Deine Aussage bestätigt exakt die von Wilfrid48 benutzte Formulierung : "...fast parallel"! Es wird immer einleuchtender    Danke.
Gruß - Franz Heinrich

[Eckhard F. H.]

...meine leihenhafte Erklährung:

Hallo Jorrit,
bin selbst ein Spinner, Träumer und Fantasierer. Aber veröffentlichen tu i davon nix sagen (oder nur selten). Weil, es geht eh´ alles davon in die Hose. Aber Spaß macht´s trotzdem, gell? 
Gruß - EFH

[the_playstation]

Hallo EFH.

Na ja. Ist es denn falsch?
Und wenn ja warum?
Ich persönlich würde sagen, daß es ziemlich der Realität entspricht.

Und ein Laser, der einzelne Photonen produziert,
dürfte überaus interessante Ergebnisse produzieren.

Liebe Grüße Jorrit.

[wilfried48]

....
Ich habe die Idee, daß ganze mal mit Licht zu probieren.
Quasi ein Lichtraster-Mikroskop, wo ein hochgebündelter Laserstrahl (eventuell sehr kurz gepulst)
das Objekt abtastet.

Die Tiefenschärfe müßte auch hier deutlich höher sein.
Unabhängig ob nun ein Elektronenstrahl oder Licht benutzt wird.

Mit der Auflösung (Wellenlänge, ...) hat das weniger zu tun.

Liebe Grüße Jorrit.

Hallo Jorrit,

dem ist leider nicht so.
Der Laser ist zwar zunächst eingemassen parallel, aber für die Verkleinerung auf einen kleinen Punkt (Auflösung) brauchst du eine Kondensorlinse mit grosser Apertur, wegen des Beugungsfehlers (nach Abbe ) und vergrösserst dadurch die Strahlapertur und damit wird die Schärfentiefe klein.
Daher hat das Laserrastermikroskop, das es ja schon lange gibt , nur die gleiche Schärfentiefe wie das normale Lichtmikroskop.
Das Elektronenmikroskop kann aber wegen der viel kleineren Wellenlänge eine gute Auflösung bei trotzdem kleiner Strahlapertur haben und hat daher eine grössere Schärfentiefe.

viele Grüsse
Wilfried

[the_playstation]

Hallo Wilfried.

Was die Beugung angeht, gebe Ich Dir 100% Recht.
Wie sieht es bei einzelnen Photonen aus?
Brauche Ich eine Linse?

Liebe Grüße Jorrit.

[Eckhard F. H.]

Hallo Jorrit,
hmm, vielleicht ist es nicht falsch. Ich weiß es nicht. Meine Erfahrungen aus solch´ sporadischen Ideen sind jedenfalls mehrzahlig ernüchternd.  
Herzlicher Gruß - EFH

[wilfried48]

Hallo Wilfried.

Was die Beugung angeht, gebe Ich Dir 100% Recht.
Wie sieht es bei einzelnen Photonen aus?
Brauche Ich eine Linse?

Liebe Grüße Jorrit.

Hallo Jorrit,

auch einzelne Photonen haben Welleneigenschaften und zeigen daher Beugungseffekte. Wie willst du denn ohne Linsen bewerkstelligen dass alle Photonen in einen Punkt . mit sagen wir mal 200 nm gehen. Du könntest natürlich auch Blenden nehmen um einen feinen Strahl auszublenden (was natürlich viel ineffizienter wäre) aber dann hättest du die Beugung halt an den feinen Blenden.

Du musst einsehen, dass auch die "Jugend" den alten Abbe nicht so einfach überlisten kann, der sagt dass das Auflösungsvermögen der Quotient aus Wellenlänge und Strahlapertur ist und damit durch die beim Lichtmikroskop notwendige hohe Strahlapertur auch die Schärfentiefe leider klein ist.

viele Grüsse
Wilfried

[the_playstation]

Hallo Wilfried,
Ich stimme Dir in allen Punkten zu.
Liebe Grüße Jorrit.