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Optische Instrumente

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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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Page 1: Optische Instrumente

Optische Instrumente

Page 2: 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

Page 3: Optische Instrumente

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

Page 4: Optische Instrumente

Aufbau1.1 Aufbau

Quelle: http://de.wikipedia.org/wiki/Bild:Auge.png

Page 5: Optische Instrumente

Quelle: http://wertoptik.lamp-solutions.de//gfx/wissenswertes/w07-08-augen-details-01.jpg

1.1 Aufbau

Aufbau

Page 6: Optische Instrumente

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

Page 7: Optische Instrumente

Auflösungsvermögen

1.2 Auflösungsvermögen

Page 8: Optische Instrumente

Lupen• Leselupe • Fadenzähler

Page 9: Optische Instrumente
Page 10: Optische Instrumente
Page 11: Optische Instrumente

Berechnung der Vergrößerung

Page 12: Optische Instrumente

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.

Page 13: Optische Instrumente

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

Page 14: Optische Instrumente

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

Page 15: Optische Instrumente

3.3Linsenfernrohre

Quelle: http://de.wikipedia.org/wiki/Bild:Linsenfernrohre2.gif

Linsenfernrohre

Page 16: Optische Instrumente

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

Page 17: Optische Instrumente

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

Page 18: Optische Instrumente

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

Page 19: Optische Instrumente

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

Page 20: Optische Instrumente

„Seeing“ = Bewegung warmer aufsteigender luft

3.7Beeinträchtigungen der geometrischen Optik

Page 21: Optische Instrumente

Mikroskop

Page 22: Optische Instrumente

Strahlengang im Mikroskop

Page 23: Optische Instrumente

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.

Page 24: Optische Instrumente

Unendlich Optik

Page 25: Optische Instrumente

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

Page 26: Optische Instrumente

• •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.

Page 27: Optische Instrumente

Trockenobjektiv

Page 28: Optische Instrumente

Ölimmersionsobjektiv

Page 29: Optische Instrumente

Berechnung der Auflösung eines Objektivs auf der

Basis der numerischen Apertur

Page 30: Optische Instrumente

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

Page 31: Optische Instrumente

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.

Page 32: Optische Instrumente

Konvokale Lasermikroskopie

Page 33: Optische Instrumente

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

Page 34: Optische Instrumente

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

Page 35: Optische Instrumente

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

Page 36: Optische Instrumente

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.

Page 37: Optische Instrumente

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.

Page 38: Optische Instrumente

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

Page 39: Optische Instrumente

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

Page 40: Optische Instrumente

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

Page 41: Optische Instrumente

Michelson Interfrometer

7.Michelson Interfrometer

Page 42: Optische Instrumente

Quellen• Lindner – Physik für Ingenieure

• E. Hecht – Optik• Internet

8.Quellenverzeichnis