Christian Linkenheld
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Das am meisten verbreitete rein optische Kontrastierungsverfahren zur Sichtbarmachung transparenter Phasenobjekte ist wohl das Phasenkontrastverfahren.

 

Eine Information durch Kontrastierung sichtbar machen
   

 

Das direkte Licht müsste zur Erzeugung eines Kontrasts somit irgendwie selektiv verändert werden. Im Zwischenbild interferieren gebeugtes und direktes Licht zu einer nicht sichtbaren Phasenverschiebung. Man müsste nun das direkte Licht so manipulieren, dass es mit dem gebeugten Licht zu einer dann natürlich sichtbaren Amplitudendifferenz interferiert. Spielen wir zunächst einmal gedanklich durch, in welcher Weise das direkte, ungebeugte Licht - analog des Bilduntergrundes - verändert werden müsste.

 

Eine unsichtbare Phasenverschiebung in eine sichtbare Amplitudendifferenz umwandeln
   

 

Um einen sichtbaren Kontrast zu erzielen müsste man nun die Phasendifferenz zwischen direktem und gebeugtem Licht auf 1/2 Wellenlänge vergrößern und gleichzeitig das direkte Licht schwächen. Bevor man sich Gedanken zur konkreten Umsetzung machen kann muss man zunächst die Frage klären, wo im Strahlengang des Mikroskops direktes und gebeugtes Licht zumindest weitgehend räumlich getrennt sind. Schließlich soll das gebeugte Licht von dem Eingriff - analog der weißen Buchstaben in der obigen Darstellung - unbeeinflußt bleiben. Hierzu werfen wir zunächst nochmals einen Blick auf den Weg des direkten und gebeugten Lichts durch das Mikroskop.

 

Direktes und gebeugtes Licht im Mikroskop
   

 

Das gesamte direkte Licht findet sich in der Brennebene des Objektivs als Abbild der Lichtquelle konzentriert. Allerdings stellt die Abbildung den Fall einer geraden Beleuchtung mit punktförmiger Quelle - also sehr geringer Beleuchtungsapertur - dar. In der Praxis muss man natürlich mit einer bestimmten Mindestapertur beleuchten um eine befriedigende Auflösung und Bildhelligkeit zu erreichen. Das Bild der Lichtquelle in der Austrittspupille des Objektivs ist dann natürlich nicht mehr punktförmig, sondern nimmt als Abbild der Aperturblende eine bestimmte Fläche ein. Die räumliche Trennung zwischen gebeugtem und direktem Licht wird hierdurch natürlich weitgehend aufgehoben.

Es stellt sich die Frage, ob es eine Möglichkeit gibt so zu beleuchten, dass trotz ausreichender Beleuchtungsapertur eine weitgehende Trennung von gebeugtem/ungebeugtem Licht in der Austrittspupille erfolgt. Die Antwort auf diese Frage ist eigentlich verblüffend einfach:

  • Man muss der Aperturblende die Form einer Ringblende geben. Dann bedeckt ihr Abbild - geformt aus dem ungebeugten Licht - nur einen geringen Teil der hinteren Brennebene des Objektivs. Gleichzeitig ist die Forderung nach einer ausreichenden Beleuchtungsapertur erfüllt. Die Blende selbst wird als Phasenblende bezeichnet.

Jetzt stellt sich noch die Frage, wie man das jetzt weitgehend vom gebeugten Licht isolierte direkte Licht beeinflussen muss um im Zwischenbild eine Kontrastierung durch destruktive Interferenz zu erreichen. Auch hier ist die Antwort ziemlich naheliegend:

  • Am Ort des Ringblendenbildes in der Austrittspupille des Objektivs wird ein Material aufgebracht, das durch seinen Lichtbrechungsindex das direkte Licht so "bremst", dass der Phasenunterschied im Zwischenbild von 1/4 auf 1/2 Wellenlänge anwächst. Gleichzeitig muss das Material durch teilweise Absorption das direkte Licht dämpfen. Da es genau das Abbild der Ringblende bedecken soll wird das Material ebenfalls ringförmig aufgebracht. Man spricht hierbei vom Phasenring des Phasenkontrast-Objektivs.

 

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06/03/2016