Optische Instrumente

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