Mikroskop
Mikroskop, Image by Trust “Tru” Katsande, shared on Unsplash

Ein Mikroskop ist ein wichtiges optisches Instrument in der Biologie, Medizin oder den Materialwissenschaften. Dank einem Mikroskop können wir kleinste Details so stark vergrössern, dass sie für uns überhaupt erst erkennbar werden.

Bei Lichtmikroskopen wird ein Gegenstand mit Licht betrachtet. Die Probe ist meist so dünn, dass sie gegen eine Lichtquelle angeschaut werden kann.

Für Auflösungen, die kleiner sind als die Wellenlänge von sichtbarem Licht (min. 400 nm), werden Elektronenstrahlen benutzt, die eine viel kleinere Wellenlänge aufweisen (Elektronenmikroskope).

Schliesslich gibt es auch die Rastersondenmikroskopie, zu welcher das Rastertunnelmikroskop gehört. Hier wird die Oberfläche der Probe von einer Sonde abgetastet.

Funktionsweise

Prinzip des Mikroskops
Prinzip des Mikroskops: Das Objektiv erzeugt ein umgekehrtes, reelles Bild (orange). Dieses Bild wird durch das Okular betrachtet. Der Lupeneffekt erzeugt ein vergrössertes virtuelles Bild des ersten (reellen) Bilds.

Ein Mikroskop besteht im Wesentlichen aus zwei Sammellinsen, die Objektiv und Okular genannt werden.

Das Objektiv hat eine sehr kurze Brennweite. Es wird ganz nahe an die Probe herangeführt, aber nicht näher als der Brennpunkt. Damit entsteht ein umgekehrtes, reelles Zwischenbild nach der Linse, d.h. im Rohr des Objektivs. Das Bild ist bereits um den Faktor des Objektivs vergrössert.

Da es sich um ein reelles Bild handelt, können wir es wie einen reellen Gegenstand behandeln, den wir mit der zweiten Sammellinse, dem Okular betrachten. Das Okular funktioniert wie eine Lupe. Es wird so positioniert, dass das reelle Zwischenbild näher an der Linse ist, als die Brennweite des Okulars. Für den Betrachter entsteht ein vergrössertes, virtuelles Bild des Zwischenbilds. Das neue, virtuelle Zwischenbild ist um den Vergrösserungsfaktor des Okulars grösser als das reelle Zwischenbild.

Da das erste (reelle) Zwischenbild gegenüber der Probe umgekehrt ist und das zweite (virtuelle) Bild dann aber gleich gerichtet ist, d.h. das Bild nicht noch einmal umkehrt, sieht der Betrachter die Probe stark vergrössert, jedoch “auf dem Kopf”.

Aufbau eines Mikroskops
Aufbau eines Mikroskops: Das Objektiv erzeugt ein umgekehrtes, reelles Bild (orange). Dieses Bild wird durch ein Okular mit dem Lupeneffekt betrachtet.

Vergleichen wir die Grösse des letzten Bildes mit der Grösse der ursprünglichen Probe, so ist es zweifach vergrössert. Die Vergrösserungsfaktoren von Objektiv und Okular werden miteinander multipliziert: z.B. Objektiv 25x und Okular 8x ergeben eine 200-fache Vergrösserung.

Weil wir nur einen sehr kleiner Bereich sehr stark vergrössern, wird das Licht in diesem Bereich auf eine um das Vielfache grössere Fläche verteilt und damit stark verdünnt. Um dennoch etwas zu erkennen, muss die Probe entsprechend stark belichtet sein.