Chemie & Biologie

Vergrößerung, Auflösung und Sehfeld eines Mikroskops

Geben Sie die Vergrößerung von Objektiv und Okular, die numerische Apertur von Objektiv und Kondensor, die Wellenlänge und die Sehfeldzahl ein. Der Rechner zeigt, was Ihr Mikroskop tatsächlich auflöst.

Optik Ihres Mikroskops
Zusätzliche Zwischenvergrößerung, sonst 1.
Auf dem Objektiv angegeben, etwa 40/0,65 oder 100/1,25 Öl.
Bei optimal eingestellter Kondensorblende etwa gleich der Objektivapertur.
Grünes Licht etwa 550 nm, Blau etwa 450 nm.
Steht oft auf dem Okular, etwa 10×/18 oder 10×/20.
Ergebnis

Vergrößern ist nicht gleich Auflösen

Die Gesamtvergrößerung eines Lichtmikroskops ist schnell berechnet: Objektivvergrößerung mal Okularvergrößerung, gegebenenfalls mal einem Tubusfaktor. Ein 40er-Objektiv mit einem 10er-Okular vergrößert also 400-fach. Wie viele Details man dabei wirklich sieht, hängt aber nicht von der Vergrößerung ab, sondern von der Auflösung, und die bestimmt vor allem die numerische Apertur.

Ernst Abbe zeigte 1873 bei seiner Arbeit für Carl Zeiss in Jena, dass Licht an feinen Strukturen gebeugt wird. Ein Objektiv kann zwei Punkte nur trennen, wenn es genug gebeugtes Licht einfängt. Daraus folgt die Auflösungsgrenze d = λ / (NA Objektiv + NA Kondensor). Mit grünem Licht und guter Ölimmersion liegt sie bei etwa 0,2 Mikrometern.

Aus der Apertur ergibt sich auch die förderliche Vergrößerung zwischen dem 500- und dem 1.000-Fachen der numerischen Apertur. Darunter sind die aufgelösten Details zu klein für das Auge. Darüber wird das Bild nur größer, aber nicht detailreicher; man spricht von leerer Vergrößerung.

V = V_Objektiv · V_Okular · Tubusfaktor  |  d = λ / (NA_Obj + NA_Kond)  |  förderlich: 500 · NA bis 1.000 · NA  |  Sehfeld = Sehfeldzahl / (V_Objektiv · Tubusfaktor)

Beispiel: Ein Objektiv 40/0,65 mit einem Okular 10×/18 und Kondensorapertur 0,65 ergibt 400-fache Vergrößerung. Bei 550 nm beträgt die Auflösungsgrenze 550 / (0,65 + 0,65) = 423,1 nm, nach dem Rayleigh-Kriterium 516,2 nm. Die förderliche Vergrößerung reicht von 325- bis 650-fach, die 400-fache liegt also im sinnvollen Bereich. Das Sehfeld im Präparat misst 18 / 40 = 0,45 mm oder 450 µm.

Tipps für bessere Bilder

Die volle Auflösung erreichen Sie nur, wenn der Kondensor richtig eingestellt ist. Bei der Köhlerschen Beleuchtung wird die Kondensorblende so weit geöffnet, dass sie etwa zwei Drittel bis vier Fünftel der Objektivapertur ausleuchtet. Ganz geschlossene Blenden erhöhen zwar den Kontrast, verringern aber die Auflösung deutlich. Setzen Sie im Rechner die Kondensorapertur auf null, sehen Sie den ungünstigsten Fall d = λ / NA.

Objektive mit einer Apertur über etwa 0,95 funktionieren nur mit Immersion. Zwischen Deckglas und Frontlinse kommt ein Tropfen Öl mit einer Brechzahl von etwa 1,52, damit das Licht nicht an der Grenzfläche zu Luft gebrochen wird. Ölobjektive erreichen Aperturen von 1,25 bis 1,45. Ohne Öl liefern sie ein unscharfes Bild.

Die Sehfeldzahl gibt den Durchmesser der Okularblende in Millimetern an. Geteilt durch die Objektivvergrößerung ergibt sie den Durchmesser des sichtbaren Bereichs im Präparat. Das hilft beim Abschätzen von Größen: Füllt eine Zelle bei einem Sehfeld von 450 µm etwa ein Zehntel des Durchmessers, ist sie rund 45 µm groß. Genaue Messungen erfordern ein kalibriertes Okularmikrometer.

Kürzere Wellenlängen verbessern die Auflösung. Ein Blaufilter bei etwa 450 nm bringt rund ein Fünftel mehr Auflösung als grünes Licht. Für noch feinere Strukturen sind Elektronenmikroskope oder Verfahren der hochauflösenden Fluoreszenzmikroskopie nötig. Für Bildweiten und Brennweiten einzelner Linsen nutzen Sie den Linsengleichung-Rechner.

Tipps und typische Fehler

Scharf mikroskopieren.

  • Kondensor: Richtig einstellen.
  • Öl: Beim 100er.
  • Blaufilter: Mehr Auflösung.
  • Deckglas: 0,17 mm.

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Häufige Fragen

Was ist leere Vergrößerung?

Eine Vergrößerung über dem 1.000-Fachen der numerischen Apertur, die das Bild nur größer, aber nicht detailreicher macht.

Wo finde ich die numerische Apertur?

Sie steht auf dem Objektiv hinter der Vergrößerung, zum Beispiel 40/0,65.

Warum braucht ein 100er-Objektiv Immersionsöl?

Nur mit Öl lässt sich eine Apertur über etwa 0,95 nutzen, die für die hohe Auflösung nötig ist.

Was ist die Köhlersche Beleuchtung?

Ein Einstellverfahren für Lichtquelle und Kondensor, das gleichmäßige Ausleuchtung und volle Auflösung liefert.

Wie groß ist eine typische Bakterienzelle?

Etwa ein bis fünf Mikrometer, also an der Grenze des Lichtmikroskops gut sichtbar.

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