Christian Linkenheld
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Vorführraum

 

Die Fortschritte der Lichtmikroskopie im 19. Jahrhundert (z.B. durch Ernst Abbe) hatten eine möglichst objekttreue Abbildung eines Präparates zum Ziel. Wichtig hierfür waren die Optimierung der Auflösung und insbesondere natürlich die Reduzierung von Abbildungsfehlern. Die meisten mikroskopischen Objekte (z.B. lebende Zellen) sind von Natur aus jedoch für das sichtbare Licht weitegehend transparent. Eine objekttreue Abbildung vermittelt von derartigen Objekten natürlich wiederum ein "durchsichtiges" und damit nicht oder kaum erkennbares Abbild.

Die Entwicklung zahlreicher Präparatfärbungen in der Mikroskopie hatte ihre Ursache auch in der Erzeugung eines hierdurch bewirkten Kontrasts. Allerdings müssen die untersuchten Objekte hierfür aufwändig präpariert werden. Zudem ist die Untersuchung lebender Zellen, welche in aller Regel durch die Präparation und Färbung abgetötet werden, nicht möglich.

Es wäre natürlich ausgesprochen wünschenswert solche Präparate trotzdem in lebendem Zustand mikroskopisch untersuchen und beobachten zu können. Hierzu muss man ihnen irgendwie zu einem sichtbaren Kontrast gegenüber ihrem Umfeld verhelfen.

Kontrastreiche Objekte, wie die erwähnten gefärbten Schnitte, schwächen die Amplitude des durchfallenden Lichts und werden deshalb als Amplitudenobjekte bezeichnet. Transparente Objekte verändern durch ihren normalerweise gegenüber der Umgebung abweichenden Lichtbrechungsindex die Phase des Lichts. So ist beispielsweise der Lichtbrechungsindex der Bestandteile lebender Zellen geringfügig größer, als dies bei dem zumeist als Einschlussmedium verwendeten Wasser der Fall ist. Hierdurch wird die optische Weglänge (Produkt aus geometrischer Weglänge und Lichtbrechungsindex) für die durch das entsprechende Objekt laufenden Wellen vergrößert und diese im Vergleich zu den nur das Einschlussmedium passierenden Wellen relativ "gebremst". Deshalb bezeichnet man diese Objekte auch als Phasenobjekte.

 

Amplituden- & Phasenobjekte
   

 

Die oben dargestellten Fälle eines Amplituden- und Phasenobjekts sind natürlich Extremsituationen. Normalerweise liegt ein Mischcharakter vor. Die mikroskopisch interessanten Objekte besitzen jedoch in den meisten Fällen überwiegend die Eigenschaften eines Phasenobjekts. Präparate, in denen Phasenobjekte dominieren, werden auch als "Phasenpräparate" bezeichnet (analog: "Amplitudenpräparate" beim Dominieren von Amplitudenobjekten).

 

Die Bildentstehung als Rekonstruktion der Lichtverhältnisse in der Präparatebene

   

 

Das am Objekt gebeugte Licht interferiert im Zwischenbild mit dem direkten Licht. Hierdurch erfolgt eine Rekonstruktion der ursprünglichen Lichtverhältnisse unmittelbar hinter dem Objekt. Da in einem Fall die Amplituden- und im anderen Fall die Phasendifferenzen rekonstruiert werden müssen zwischen der Bildentstehung eines Amplituden- und eines Phasenobjekts charakteristische Unterschiede bestehen.

 

Bildentstehung beim Amplituden- & Phasenpräparat
   

 

Im Zwischenbild interferieren bei einem Amplitudenobjekt das gebeugtes und direktes Licht mit einem Phasenunterschied von 1/2 Wellenlänge destruktiv zu den im Vergleich zum Umfeld dunkleren Strukturen des Objekts. Bei einem Phasenobjekt interferiert das gebeugte Licht phasenverschiebend mit dem direkten Licht. Hierzu beträgt der Phasenunterschied 1/4 Wellenlänge. Die Amplitude des gebeugten Lichts ist zudem relativ gering.

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06/03/2016