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Optische Instrumente. Gliederung. 4.Mikroskop 4.1 Grundsätzliches zum Mikroskop 4.2 Bezeichnungen auf dem Mikroskopobjektiv 4.3 Strahlengang im Mikroskop 4.4 Berechnung der Vergrößerung 4.5 Numerische Aperatur und Auflösung 4.6 konvokale Lasermikroskopie 4.7 Röntgenmikroskopie - PowerPoint PPT Presentation
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Optische Instrumente
1.Das Menschliche Auge1.1 Aufbau
1.1.1 Augenmuskeln
1.2 Auflösungsvermögen
2.Lupe2.1 Sehwinkel und konventionelle
Sehweite
2.2 Berechnung der Vergrößerung
3.Fernrohre3.1 Die Erfindung
3.2 Astronomische- /
Terrestrische Fernrohre
3.3 Linsenfernrohre
3.4 Spiegelfernrohre
3.5 Auflösungsvermögen
3.6 Beispiel
3.7 Beeinträchtigungen der
geometrischen Optik
Gliederung4.Mikroskop
4.1 Grundsätzliches zum Mikroskop4.2 Bezeichnungen auf dem Mikroskopobjektiv4.3 Strahlengang im Mikroskop4.4 Berechnung der Vergrößerung4.5 Numerische Aperatur und Auflösung4.6 konvokale Lasermikroskopie4.7 Röntgenmikroskopie
5.Spektralapparate5.1 Monochromator5.2 Spektrometer
6.Das FTIR-Spektrometer7.Michelson Interfrometer8.Quellenverzeichnis
1.Das Menschliche Auge
Säugetierauge = Menschenauge
1.Das Menschliche Auge
Quelle: http://static.twoday.net/sravana/images/Schweineauge.jpg
Quelle: http://www.designladen.com/christina/source/dsc01069-auge-kleine.html
Aufbau1.1 Aufbau
Quelle: http://de.wikipedia.org/wiki/Bild:Auge.png
Quelle: http://wertoptik.lamp-solutions.de//gfx/wissenswertes/w07-08-augen-details-01.jpg
1.1 Aufbau
Aufbau
Augenmuskeln
Quelle: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/f3/Eyemuscles.jpgQuelle: http://www.ana.uni-heidelberg.de/images/sammlung/Augenmuskeln%20copy.jpg
1.1.1Augenmuskeln
Quelle: http://www.lehrer-online.de/dyn/9.asp?url=351031.htm
Auflösungsvermögen
1.2 Auflösungsvermögen
Lupen• Leselupe • Fadenzähler
Berechnung der Vergrößerung
Die Brennweite f ´(die Brennweite auf der dem Auge zugewandten Seite) bestimmt somit nach Formel (5) die Vergrößerung durch eine Lupe. Eine Lupe mit der Brennweite von 25 mm hat somit eine 10 - fache Vergrößerung.
Das Fernrohr
Das Fernrohr wurde im Jahre 1608 von Johannes Lipperhey konstruiert.
1609 Baute Galileo Galilei dieses nach und entdeckte die Monde des Jupiter
Das erste astronomische Fernrohr wurde 1611 von Johannes Kepler erfunden.
Der Schotte James Gregory erfand 1661 das Spiegelteleskop.
1668 konstruierte Newton das erste Spiegelteleskop
3.1Erfindung
Astronomische- / Terrestrische Fernrohre
Terrestrische Fernrohre
3.2Astronomische- / Terrestrische Fernrohre
Astronomische Fernrohre
Quelle: http://www.phyta.net/images2/fernrohr03.gif
Quelle: http://www.phyta.net/images2/fernrohr03.gif
3.3Linsenfernrohre
Quelle: http://de.wikipedia.org/wiki/Bild:Linsenfernrohre2.gif
Linsenfernrohre
Spiegelfernrohre
Das Newtonsche Spiegelfernrohr ( Reflektor )
Das Spiegelfernrohr nach Cassegrain ( Reflektor )
Quelle: http://www.phyta.net/fernrohr.htm
Quelle: http://www.phyta.net/fernrohr.htm
3.4Spiegelfernrohre
Auflösungsvermögen
• Fertigung größer Linsen ist schwierig da sie transparent und blasenfrei bleiben müssen
• Große Linsen können nur am Rand gehalten werden
• Linsen können durchhängen• Brechung des lichtes am
Phasenübergang
• Oberflächenspiegel nicht
• Spiegel können zusätzlich in der Mitte gehalten werden
• Keine Brechung des lichtes
Linsenfernrohre Spiegelfernrohre
Die Auflösung steigt mit der Größe der Öffnung D des Fernrohrs
3.5Auflösungsvermögen
3.6Beispiel
Beispiel zur Berechnung der Vergrößerung fob = 19,00 cmfok = 2,53 cmD = 50,00 mmD' = 6,67 mmGesucht: v
v = fob / fok = 19,00cm / 2,53 cm = 7,5oderv = D / D' = 50,00 mm / 6,67 mm = 7,5
Beeinträchtigungen der geometrischen Optik
Abbildungsfehler
Quelle: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/de/5/5f/Koma_%28Optik%29.pngQuelle: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/de/0/02/Sphaerische_Aberration.png
3.7Beeinträchtigungen der geometrischen Optik
„Seeing“ = Bewegung warmer aufsteigender luft
3.7Beeinträchtigungen der geometrischen Optik
Mikroskop
Strahlengang im Mikroskop
Bezeichnungen auf dem Objektiv
Beispiel: modernes Objektiv mit Unendlicher Bildweite Carl Zeiss .
A-Plan: Objektiv aus der A-Plan Serie (Objektive für die Routine mit erweiterter
Bildfeldebnung) 40x: Abbildungsmaßstab des Objektivs 0.65: numerische Apertur des Objektivs.
¥: Tubuslänge unendlich. 0.17: Objektiv für Deckgläser mit der Dicke
0,17 mm berechnet.
Unendlich Optik
Die Objektiv-Apertur
Der Öffnungswinkel (vereinfachte Darstellung)
Links: Objektiv mit großem Öffnungswinkel und somit hoher Auflösung
rechts: Objektiv mit kleinem Öffnungswinkel und somit geringer Auflösung
Das Auflösungsvermögen eines Objektivs ist, vereinfacht ausgedrückt, davon abhängig, wie viel Licht von einer Struktur des Präparates in das Objektiv gelangt. Diese Lichtmenge ist nun wiederum abhängig vom sogenannten Öffnungswinkel des entsprechenden Objektivs
• •Je größer der Öffnungswinkel ist, desto besser löst ein Objektiv Details eines Präparates auf. Dennoch wird nicht der Öffnungswinkel, sondern die numerische Apertur (=Objektivapertur) auf dem Objektiv angegeben. Wie gut ein Objektiv Details auflöst hängt nämlich neben dem Öffnungswinkel auch von der Brechzahl des Mediums zwischen Deckglas und Objektiv ab.
Trockenobjektiv
Ölimmersionsobjektiv
Berechnung der Auflösung eines Objektivs auf der
Basis der numerischen Apertur
Beispiele für die Berechnung des Auflösungsvermögens von Objektiven nach obiger Formel
Als Wellenlänge wird ein Wert von 0.55 µm eingesetzt - dies ist der Bereich des
sichtbaren Lichts, für welches das menschliche Auge am empfindlichsten ist
Berechnung der Vergrößerung
• Die Gesamtvergrößerung eines Mikroskops ergibt sich aus dem Produkt der Maßstabszahl des Objektivs und der Vergrößerung durch das Okular.
• VMikroskop = MObjektiv * VOkular
• Beispiel:
• Für eine Kombination aus dem Objektiv 40X und einem Okular 10X ergibt
mit 40 * 10 eine Gesamtvergrößerung von 400X.
Konvokale Lasermikroskopie
Leica TCS SP. • Beispiel für ein konfokales Laserscanning
Mikroskop: Leica TCS SP. Das Gerät arbeitet mit einem Argon/Krypton-Laser, der sowohl blaues (488 nm als auch grünes (568 nm) Anregungslicht liefert. Das Laserlicht wird durch einen Lichtleiter zur Scan-Einheit gebracht. In der Scan-Einheit befindet sich die Lochblenden, dichroischen Spiegel und PMTs. Auf den Monitoren wird die Abbildung des Objekts betrachtet
Cat Kidney
Eosin Hematoxylin"Real Color" laser scanning transmission image with 488 nm, 543 nm, 633 nm illuminationImage acquired with the Leica TCS SP2 AOBS
Apis Mellifica
Apis mellifica (head) 2 channel fluorescence and transmission image.Image acquired with the TCS SL. Gabriele Burger, Leica Microsystems Heidelberg GmbH, Mannheim, Germany
Vorteile
• Es werden keine Lichteinflüsse von außerhalb mit aufgenommen
• Es können echte dreidimensionale Daten aufgenommen werden
• Das Objekt kann in allen Achsen gedreht und somit betrachtet werden.
Röntgenmikroskopie• Röntgenmikroskopie ist ein Mikroskopieverfahren, das statt sichtbarem Licht
Röntgenstrahlung nutzt.• Röntgenstrahlung bietet zunächst den Vorteil der kürzeren Wellenlänge,
was potenziell höhere Auflösung ermöglicht. Darüber hinaus unterscheidet sich die Wechselwirkung von Röntgenstrahlung mit Materie von der des sichtbaren Lichtes (zum Beispiel Durchdringungsvermögen, immanenter Elementkontrast, Brechzahlen), womit ergänzende Informationen über die Probe gewonnen werden können.
Spektralapparate
Spektralapparate dienen dazu, Licht in seine Spektralkomponente (d.h. in einzelnen Wellenlängen oder Farben) zu trennen und die Intensität als Funktion der Wellenlänge, der Frequenz, der Energie oder – im Falle von Elementarteilchen, Atomen oder Ionen – der Masse.zu bestimmen.
5.Spektralapparate
Monochromator
Quelle: http://www.chemgapedia.de/vsengine/topics/de/vlu/index.html
5.1Monochromator
Gittermonochromator
Prismenmonochromator
Quelle: http://www.chemgapedia.de/vsengine/topics/de/vlu/index.html
Die Funktion von Monochromatoren besteht darin,polychromatisches Licht in seine spektralen Bestandteile zu.
Reflektionsgitter
Quelle: http://de.wikipedia.org/wiki/Prismenspektrometer
Prismenspektrometer
Das komplette Spektrum kann gleichzeitig aufgenommen werden
Gitterspektrometer
Spektrometer
Quelle: http://www.fh-brs.de
Quelle: http://de.wikipedia.org/wiki/Prismenspektrometer
5.2 Spektrometer
Michelson Interfrometer
7.Michelson Interfrometer
Quellen• Lindner – Physik für Ingenieure
• E. Hecht – Optik• Internet
8.Quellenverzeichnis