1.2
Beugungs - Kontrast (BK) |
Wohl meine bisher erfolgreichste Idee im Bereich der Mikroskopie. Meine
Schüler rüsteten daraufhin unsere Zeiss-Standard-Mikroskope auf BK um und
fanden in vielen Experimenten die optimale Dicke der Konvergenzblende. 1999
wurden die Ergebnisse bei "Jugend forscht" Baden-Württemberg
prämiert. Ebenfalls meine Schüler rüsteten die Olympus - Mikroskope des
Landeschulzentrums für Umwelterziehung in Adelsheim erfolgreich um. Die große
Nachfrage an Schulen zur Nachrüstung vorhandener Mikroskope auf BK bewog mich,
2001 ein entsprechendes Kleinunternehmen anzumelden (siehe Mikroskopie-Service).
Ausgangssituation der Erfindung sind die aus der
Wellenoptik her bekannte Beugung des Lichtes am Spalt und die Beugung am Draht.
Die in die obere Brennebene des Objektivs einzubringende Drahtblende muss so
dünn sein, dass die Lichtwellen sie durch konvergente Beugung umlaufen und sich
daraufhin in der Zwischenbildebene des Mikroskops wieder vereinigen können.
Unterhalb des Kondensors wird eine Spaltblende angebracht, z.B. als drehbare
Einlage in den Filterhalter. Sie sollte mit der Drahtblende kongruent sein.
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In paralleler Position erhält man einen intensiven, dem zentralen Dunkelfeld
ähnlichen Kontrast. Übrigens erkennt man seitlich vom Draht die
Beugungsmuster. Dreht man die Spaltblende etwas schräg in Bezug zur
Drahtblende, so erhält man einen zart modulierten Bildkontrast. In
gekreuzter Stellung ist die Kontrastwirkung kaum mehr vorhanden, ähnlich dem
halben Abblenden bei normaler Hellfeldmikroskopie. Bei der Spaltblende
besteht nur geringer Aperturverlust, da die Objektivöffnung voll genutzt wird.
Allerdings werden Details in Richtung des Spaltes etwas verzerrt. |
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Siebplatte aus
Bastgefäßen einer Gurke, Objektiv 40x Drahtblende 0,5 mm; Kontrastwirkung
entsprechend der Spaltblende |
Als Kompromiss zwischen Spalt- und kreisförmiger Irisblende
im Kondensor bietet sich eine elliptische und drehbare Blende an. Für einen
Kondensor n.A. 0,95 errechnete ich unter Berücksichtigung einer noch zufrieden
stellenden Diatomeen - Auflösung die beiden Radien der Ellipse: a = 1 mm und
b = 6 mm. Die Ellipse wird z.B. in Word Art auf gezeichnet und auf Tonpapier
gedruckt und ausgeschnitten. Anschließend ersetzt sie die Lamellen der
Irisblende. Steht die Ellipsenblende parallel zur linearen Blende im Objektiv, so
besteht Beugungskontrast. In senkrechter Position verdeckt die lineare
Konvergenzblende den geringsten Anteil der Ellipsenblende, so dass
Hellfeldbedingungen auftreten.
Eine Möglichkeit, die Irisblende des Kondensors zu erhalten, ist die Auftragung
eines zentralen Scheibchens, z.B. als schwarzer Lackpunkt, auf eine zum Einlegen
ins Objektiv entsprechend zugeschnittenen Overheadfolie. Durchmesser des
Scheibchens siehe Tabelle Objektiv/Drahtdicke. Wellenoptisch spricht man nun von
Beugung am Loch und am Kreisfleck.
Ellipsenblende, parallel |
Ellipsenblende, quer |
Zentrale Punktblende auf OHP - Folie |
Als Kompromiss dieser beiden Möglichkeiten entwickelte ich gerade auch im
Hinblick auf die Nachrüstung vorhandener Mikroskope die Kombination von relativ
leicht mittig in die obere Brennebene des Objektivs einzubringender Drahtblende,
z.B. als austauschbarer Drahtbügel, mit der Irisblende des Kondensors.
Wellenoptisch handelt es sich also um die Kombination von divergenter Beugung am
Loch mit konvergenter Beugung am Draht. Ein mit UV-Kleber fest fixierter
Draht oder ein schwarzer Diafilmstreifen hat sich als optimale Dauerlösung
herausgestellt. UV-Kleber hat den Vorteil, dass er lösungsmittelfrei ist und so
der Optik nicht infolge Dämpfe schadet.
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Drahtbügel auf Scheibchen aufgeklebt: austauschbare Konvergenzblende;
siehe Bauanleitung! |
Mittig quer eingeklebter Draht; Beugungsmuster bei
geschlossener Blende |
Geschwärzter Diafilm, leicht in die
obere Brennebene des Objektivs einzukleben |
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Eine interessante Möglichkeit bietet sich für Phasenkontrast-Objektive: Durch
zusätzliches Einbringen einer Konvergenzblende kann nicht nur wie bisher im Phasenkontrast oder Dunkelfeld, sondern zusätzlich im Beugungskontrast mikroskopiert werden. Das geschieht
durch einfaches Umschalten von Phasenkontrast auf Hellfeld und entsprechendes Abblenden.
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Alle bisher beschriebenen Möglichkeiten ergeben ähnliche Kontrastwirkung: Zarte, räumlich wirkende Helligkeitsunterschiede (ähnlich
Interferenz-Kontrast, DIK) bis Dunkelfeld-Wirkung, je nachdem wie stark
abgeblendet wird. Dabei wird die Eignung als normales Hellfeld-Objektiv nicht
beeinträchtigt. Als Konvergenzblende sammelt eine ins Objektiv einzusenkende
Drahtblende die durch Abblenden der Leuchtfeld- oder der Kondensorblende
bewirkten Beugungsmuster und bringt sie zur Interferenz. Die durch das
unterschiedlich dichte Präparat hervorgerufenen Laufzeitdifferenzen werden
in hell - dunkel - Unterschiede umgesetzt. Die sehr dünn gehaltene
Konvergenzblende verringert das Auflösungsvermögen zumindest nicht mehr als
beispielsweise der Phasenkontrast. Im Gegensatz zum abgeblendeten Hellfeld tritt
durch Interferenz sogar eine Bildschärfung ein (siehe erste Abb.). Anzuwenden
für alle Objektive eines Mikroskops! Die besten Ergebnisse sind von Objektiv
25x aufwärts zu erwarten.
Objektiv |
Drahtdicke |
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Konvergenzblende im Objektiv, Zentrierung mittig, 4- 5 mm über der oberen
Objektivlinse bei Objektiv 40x; Fixierung z.B. mit 2- Komponentenkleber. Am besten eignet sich
matt-dunkel oxidierter Blumendraht. |
2,5 - 3,2x |
2mm |
10x |
1mm |
25x |
0,7mm |
40x |
0,5mm |
65 - 80x |
0,2mm |
100x |
0,1mm |
allgemein |
D=0,2 / n.A. |
D = Drahtdicke;
n.A. = numerische Apertur, ablesbar am Objektiv neben der Vergrößerung. |
Bauanleitung Drahtbügel
Material: Objektiv 40x, Holz-Zahnstocher, Lineal, geschwärzter oder
lackierter Blumendraht 0,5 mm dick, Pinzette, feine Zange, 2- Komponentenkleber
Durchführung:
Mit dem Zahnstocher wird die Tiefe vom oberen Rand des Objektivs bis zur oberen
Linse vorsichtig ertastet und mit dem Lineal am Zahnstocher gemessen. Davon
werden 4 - 5 mm abgezogen. (Bei Objektiv 10x beträgt der Abstand von der
oberen Linse des Objektivs 8 - 10 mm). Dann misst man den Durchmesser der (oberen)
Objektivöffnung. Entsprechend der obigen Abbildung des Objektivs wird ein
Drahtbügel geformt, in das Objektiv abgesenkt und oben festgeklebt. Dabei kann
je nach Bauweise des Objektivs variiert werden. Nach Erhärten des Klebers wird
die Drahtblende mit Hilfe des Zahnstochers zentriert. Nach Einschrauben des
Objektivs und Herausnahme des Okulars erkennt man im Okulartubus, ob die
Drahtblende zentriert ist, notfalls wiederholen.
Aufgaben:
a) Es werden mit dem umgerüsteten Objektiv Phasenobjekte (siehe Bildbeispiele) mikroskopiert; bei offener, mäßig
und maximal geschlossener Blende des Kondensors.
b) Wiederholung, jedoch mit
unterschiedlicher Öffnung der Leuchtfeldblende.
c) Wiederholung, jedoch durch
Absenken des Kondensors.
Weitere Informationen zum Beugungs - Kontrast finden Sie in in der
Zeitschrift Mikrokosmos, Heft.1/1999 und Heft 5/1999
Vergleichende Aufnahmen am Institut für angewandte Forschung an der Fachhochschule Reutlingen
an einem Mikroskop Zeiss Axioplan ergaben, dass von der Bildwirkung her zwischen differentiellem
Interferenzkontrast (DIK) und dem Beugungskontrast kaum Unterschiede
feststellbar sind, weshalb diese Erfindung als "Highlight" bezeichnet werden
kann.
Querschnitt Flechte, Objektiv
Neofluar 40x, DIK
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Querschnitt Flechte, Objektiv
Neofluar 40x, BK
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Querschnitt Kokosfaser, Objektiv Neofluar 40x, DIK
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Querschnitt Kokosfaser, Objektiv Neofluar 40x, BK
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Beispiele für BK
(Zur Großansicht auf das Bild clicken)!
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Pantoffeltierchen, Objektiv 20x
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Eucampia (Kieselalge, Nordsee), Obj. 40x |
Kristallwachstum von Kochsalz, Objektiv 10x |
Gyrosigma Obj. 40x, Hellfeld |
Gyrosigma Obj. 40x, Dunkelfeld |
Gyrosigma Obj. 40x, Phasenkontrast |
Gyrosigma Obj. 40x, Beugungskontrast |
Bei den
Mikroskopietagen 2003 in Hagen wurde beanstandet, dass der Beugungskontrast
noch nicht im Diatomeentest überprüft wurde. Deshalb die obigen vergleichenden
Bilder. Im starken BK geht etwas mehr an Auflösung verloren wie im Ph.
Allerdings sollte man ja nur schwach abblenden und zart kontrastieren; diese
beliebig regelbare Kontrastwirkung ist ja der Vorteil des BK! Jeder Eingriff
in den Strahlengang verursacht einen gewissen Aperturverlust , was jedoch
durch den Gewinn an Kontrast ausgeglichen wird. Vergleichen und urteilen Sie
selbst!
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Flechte, Quetschpräparat |
Binse, Querschnitt |
Wolle |
Leberzellen, ausgewaschen |
Seerüsselkrebs, Bodensee |
Raedertiere, Adelsheim |
Glockentiere, Federsee |
Radiolarie, Malediven |
Noctiluca, Helgoland |
Weitergehende Informationen zum Beugungskontrast finden Sie in
der folgenden MS Powerpoint Präsentation:
Präsentation zum Beugungskontrast
Meine Bitte an Mikroskop-Hersteller,
Service-Unternehmen und Händler:
Bis Ende 2003 habe ich für Kunden an 127 Mikroskopen
die Objektive 10x und 40x auf Beugungskontrast umgerüstet. Hinzu kommen 5
Objektive 100x und 35 Objektive 16x bis 20x. Bisher gab es nur positive
Rückmeldungen der Kunden. Auch fand mein Vortrag an den Hagener
Mikroskopietagen 2003 großen Anklang. Um so mehr ist zu bedauern, dass diese
Erfindung von Herstellern nur zögernd zur Kenntnis genommen wird. Dabei
sollte bedacht werden, dass durch Nachrüsten vorhandener Objektive der große
Pool der Schulen, Hochschulen und Hobbymikroskopiker erschlossen werden
kann. Auch könnten spezielle BK-Objektive oder vollständige Mikroskope mit
BK angeboten werden.
Ich würde mich sehr freuen, wenn auch Sie diese
Kontrastmethode übernehmen:
- Für bereits vorhandene Mikroskope empfehle ich zum
nachträglichen Einbau in die Objektive einer linearen Blende aus Draht oder
geschwärztem Film.
- Für neue Mikroskope mit Kondensor und Irisblende
empfiehlt sich direkt vom Hersteller außer Vorschlag 1 auch eine zentrale
Scheibchenblende auf einem Glasplättchen. Preiswerte Mikroskope könnten
mit einer im Objekttisch fest eingefügten Sammellinse und einer darunter
befindlichen drehbaren Ellipsenblende ausgestattet werden.
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