Mikroskop [1]

Mikroskop, optischer Apparat zur Erzeugung vergrößerter virtueller Bilder kleiner Gegenstände.

Ueber das sogenannte einfache Mikroskop, die Lupe, welches für schwächere Vergrößerungen verwendet wird, s. Lupe. – Das zusammengesetzte Mikroskop besteht ähnlich dem Fernrohr aus Okular und Objektiv, seine Gesamtvergrößerung ist das Produkt der Einzelvergrößerungen der beiden Teile. Die Verteilung der Gesamtleistung auf zwei durch ein Rohr verbundene Teile liefert außer dem Hauptvorteil starker Vergrößerung und reiner, von den Fehlern der chromatischen und sphärischen Aberration möglichst befreiter Bilder noch den Nebenvorteil bequemer Handhabung ohne die Notwendigkeit, das Auge dem Objekt auf kleinste Entfernung zu nähern. Unter den verschiedensten Formen der Anordnung der Teile des Instrumentes ist die gewöhnlichste die mit senkrechtem Rohr, in welches oben das Okular eingesteckt, unten das Objektiv eingeschraubt werden kann, wobei mehrere Okulare und ebenso mehrere Objektive zur Auswahl zur Verfügung stehen können, letztere mittels Revolvervorrichtung bequem auswechselbar. Unter dem Objektiv befindet sich der horizontale Objekttisch mit federnden Klemmen, um die das transparente Objekt tragende Glasplatte festzuhalten. In gröberer und zugleich mittels Mikrometerschraube in feinerer Weise läßt sich das Rohr auf und ab schieben und die Entfernung des Objektes vom Objektiv regulieren. Mittels des unten drehbaren Beleuchtungsspiegels, bei nichttransparenten Objekten durch Beleuchtung mittels einer Linse von vorn, bei Anwendung stärkerer Objektive mittels des Abbeschen Beleuchtungsapparats, bei nächtlicher Beobachtung wohl auch mittels der Mikroskopierlampe von W. Koch,[429] welche durch einen gekrümmten Glasstab das Licht unter das Objekt leitet, wird das zerstreute Himmelslicht oder Lampenlicht nach oben geworfen durch den durchbrochenen Tisch und auf das Objekt konzentriert, wobei durch engere und weitere Blenden, die sich unmittelbar unter dem Tische beliebig auswechseln lassen, der Lichtkreis mehr oder weniger begrenzt wird. Sehr bequem ist die Irisblende, ein Mechanismus mit einer größeren Zahl im Ring gestellter, sichelförmiger Blechstreifen, die je nach der Einstellung durch Drehen einen größeren oder kleineren Kreis in ihrer Mitte frei lassen.

Die Funktion des Objektivs ist diejenige einer Konvexlinse sehr kleiner Brennweite, welche von dem wenig außer Brennweite befindlichen Objekt auf der andern Seite ein verkehrtes, vergrößertes, reelles Bild entwirft, ein Bild, das bei mikrophotographischen Aufnahmen auf die photographische Platte entworfen werden kann. Die Funktion des Okulars ist diejenige einer Lupe, welche dem Auge ein vergrößertes virtuelles Bild dieses ersten reellen Bildes in Sehweite entwirft. Beide aber, Objektiv und Okular, sind Linsensysteme, welche die Fehler der Aberration möglichst vermeiden, achromatisch und aplanatisch sind. Ersteres besteht aus einem System kleiner einzeln aus Flint- und Crownglaslinsen zusammengesetzter achromatischer Linsen, letzteres aus zwei in geeigneter Entfernung (gleich dem arithmetischen Mittel der beiden Brennweiten, als Bedingung entgegengesetzt gleicher Farbenzerstreuung) voneinander gefaßter Plankonvexlinsen. Bei dem Okular von Huygens, auch kampanisches Okular genannt, sind die beiden konvexen Linsenseiten dem Objektiv zugekehrt, bei dem von Ramsden einander zugekehrt. Die größere, dem Auge abgekehrte Linse, die Kollektivlinse, könnte noch zum Objektiv gerechnet werden, insofern sie vor Bildung des reellen Objektivbildes eingeschaltet ist und das reelle Bild, durch die Wirkung dieser Linse verändert, erst im Innern des Okulars entsteht An dem Orte dieses Bildes, bei Fernrohren der Ort des Fadenkreuzes, kann zugleich eine zu mikroskopischen Messungen dienende seine Teilung auf Glas eingeschoben werden, das Okularmikrometer. Seit dem Jahre 1886 fertigt die optische Werkstätte von C. Zeiß in Jena auf Grund der Berechnungen von Abbe und mittels Linsen aus Flußspat und den neuen Jenenser Gläsern als Objektive die sogenannten Apochromate, Linsensysteme aus zehn verschiedenen Linsen zusammengesetzt, und die zugehörigen Kompensationsokulare, wobei die Aberrationen in Objektiv und Okular nicht in jedem Teile für sich, sondern gemeinsam zur Ausgleichung gebracht sind. Das Mikroskop hat dadurch in Beziehung auf Vergrößerungsstärke (bis 3000fach), Begrenzungsvermögen (Definition) und Abbildungsvermögen (Unterscheidungsvermögen kleiner Details) eine außerordentliche Vervollkommnung erreicht.

Da die Leistungsfähigkeit wesentlich bedingt ist durch die Größe des von einem Punkte des Objekts ausgehenden Strahlenbüschels, das zur Erzeugung des Bildes brauchbare Strahlen liefert, so ist ein Maß für die Leistungsfähigkeit die brauchbare numerische Apertur, das Produkt aus dem Sinus des halben Oeffnungswinkels dieses Büschels und dem Brechungsindex des das Objekt umgebenden Mittels. Diese Apertur wird durch die Brechung des Lichtes über dem das Objekt begrenzenden Deckgläschen sehr beschränkt, falls die Strahlen vom Deckglas durch Luft in die Frontlinse des Objektivs übertreten müssen; sie wird wesentlich erhöht durch Zwischenbringen einer stärker brechenden Substanz zwischen Frontlinse und Deckglas (Immersionssysteme), wie Wasser oder noch besser Zedernholzöl, das mit dem Glas gleichen Brechungsindex hat. Während für Trockensysteme die brauchbare Apertur unter dem Werte 1 bleibt, erreicht dieselbe für Immersionssysteme Werte bis zu 1,2 bei Wasserimmersion und bis 1,35 bei Oelimmersion.

Für die Theorie des Mikroskops verweisen wir auf die eingehende Behandlung in [1] und die daselbst besonders S. 246 gegebene Literaturübersicht aus älterer und neuerer Zeit. In betreff der für besondere Zwecke dienenden Konstruktionen auf [2], wo S. 706 das Sonnenmikroskop, S. 850 das Demonstrationsmikroskop mit horizontal zu haltendem Tubus, S. 860 das Kathetometermikroskop, S. 861 das Polarisationsmikroskop mit Nicolschen Prismen vor dem Objektiv und hinter dem Okular, S. 865 das Kristallisationsmikroskop, S. 867 ein für photographische Aufnahmen eingerichtetes Mikroskop beschrieben und abgebildet sind. Ebenda finden sich auch Bezugsquellen und Preise der Mikroskope angegeben. Ueber Weiteres vgl. [3], [4]. Wir verweisen ferner auf die illustrierten Kataloge der optischen Werkstätten von C. Zeiß in Jena, W. und H. Seibert in Wetzlar, E. Leitz in Wetzlar, C. Reichert in Wien, Paul Wächter in Berlin u.a. S.a. Mikroskopische Untersuchungen.

Literatur: [1] Czapski, Theorie der optischen Instrumente, 2. Aufl., Leipzig 1904 (aus Winkelmann, Handbuch der Physik, Bd. 6, 1. Hälfte). – [2] Frick-Lehmann, Physikalische Technik, II, 6. Aufl., Braunschweig 1895. – [3] Dippel, Das Mikroskop, Bd. 1: Allg. Mikroskopie, 2. Aufl., Braunschweig 1882. – [4] Kaiser, W., Die Technik des modernen Mikroskops, 2. Aufl., Wien 1905; Zeitschr. f. angewandte Mikroskopie.

Aug. Schmidt.

Ablesemikroskop nennt man ein optisch einfach konstruiertes Mikroskop, welches dazu dient, bei astronomischen, geodätischen und physikalischen Instrumenten mit Längen oder Winkelteilungen noch bequem und sicher geringe Bruchteile dieser Teilungen abzulesen. Entweder sind diese Mikroskope mit einem einfachen Schraubenmikrometer oder auch wohl nur mit einer feinen Skala im Fokus als sogenannte Schätzmikroskope ausgerüstet. Die Schraubenmikroskope, welche die genauesten Ablesungsvorrichtungen für Teilungen darbieten, bestehen aus gewöhnlichem Objektiv und Okular (Fig. 1), nur ist zwischen beide an derjenigen Stelle, an welcher das Bild der Teilung vom Objektiv erzeugt wird, ein Kasten eingeschaltet, welcher die Meßvorrichtung[430] enthält. Diese besteht aus einem einfachen Schraubenmikrometer (s. Mikrometer), in welchem aber die fetten Fäden fehlen. Es ist in dem Kasten, welcher in Fig. 2 nach neuer Konstruktion nach Abnahme des Okulardeckels dargestellt ist, ein gut geführter Schlitten R mittels der Schraube 5 beweglich. Dieser trägt meist ein Fädenpaar senkrecht zur Bewegungsrichtung, welches um etwa das Zwei- bis Dreifache der Breite der Teilstriche auseinander steht. Zwischen diese Fäden werden beim Ablesen der Teilung die Striche so eingestellt, daß auf beiden Seiten derselben noch schmale Lichtlinien bleiben. Auf diese Weise wird die Einstellung viel genauer, als wenn man z.B. einen einzelnen Faden mit den Teilstrichen zur Deckung bringen wollte. Auch das früher häufig angewendete Andreaskreuz wird jetzt für diese Zwecke wohl nie mehr benutzt. Die Mikrometerschraube hat einmal ihre Führung in dem Karten, durch den sie an der Schmalseite frei hindurchgeht, anderseits aber stützt sie sich mit einer genau laufenden harten Spitze auf das glasharte Prisma W, dessen vordere Fläche genau plan fein und senkrecht zur Schraubenachse stehen soll. Dreht man die Schraube rechts herum, so würde sie den Schlitten mit den Fäden auch sicher nach rechts fortbewegen, da sie in dem Schlitten ihr Muttergewinde hat; nach der entgegengesetzten Richtung würde aber der Schlitten nicht folgen Deshalb sind eine oder auch zwei Federn (Fig. 2) so angebracht, daß sie stets bestrebt sind, den Schlitten nach links zu ziehen, wodurch die Spitze der Schraube sicher gegen das Prisma W angedrückt wird und dort bei jeder Bewegung der Schraube einen Stützpunkt findet. – Die Ablesemikroskope sind nun meist so eingerichtet, daß eine oder zwei oder auch zweieinhalb oder fünf Umdrehungen der Schraube der Fortbewegung der Fäden um ein Intervall der Teilung entsprechen. Die auf die Schraubenspindel aufgesetzte eingeteilte Trommel T mit dem Griff Q gestattet dann, die Fortbewegung der Fäden zu messen. Denkt man sich z.B., daß die Teilung von zehn zu zehn Bogenminuten ausgeführt sei und eine Umdrehung der Schraube diesem Intervall entspreche, so kann man durch Einteilung der Trommel in 60 Teile noch 10'' direkt und 1'' durch Schätzung ablesen. Die Bezifferung der Trommelteilung ist dann so eingerichtet, daß von je sechs zu sechs Teilstrichen die Minuten 1, 2, 3 ... angeschrieben sind. Außer den Fäden ist im Gesichtsfeld des Mikroskops noch eine Marke (Rechen, Loch in einer Platte oder eine Einkerbung) angebracht, welche den eigentlichen Nullpunkt des Mikroskops darstellt; werden die Fäden genau auf diese Marke gestellt, so soll man an der Trommel Null ablesen; diese Null gilt dann als Ausgangspunkt der Messung. Bewegt man nämlich das Fadenpaar von dieser Stellung aus nach dem nächst vorhergehenden Teilstrich, so ist offenbar diese durch die Schraube mit Teiltrommel gemessene Strecke zur Bezifferung dieses Teilstriches noch hinzuzufügen, um die der Messung entsprechende Ablesung auf der Teilung zu erhalten. Die Bezifferung auf der Schraubentrommel muß aus diesem Grunde stets so angeordnet sein, daß sie wächst, wenn man die Fäden von dem höher bezifferten nach dem niedriger bezifferten Teilstrich führt. Dieser Beobachtungsmodus setzt voraus, daß tatsächlich eine bestimmte Anzahl von Umdrehungen der Schraube einem Teilintervall entspricht. Das ist aber nicht immer genau der Fall, d.h. das Mikroskop ist nicht genau »abgestimmt«. Um diesen Fehler, den man »Run« oder auch »Gang« der Schraube nennt, auf einfachste Weise zum größten Teile aus der Messung zu eliminieren, pflegt man bei dieser nicht nur den der Nullmarke vorhergehenden, sondern auch den nachfolgenden Strich der Teilung einzustellen; das Mittel aus beiden Ablesungen gibt dann schon ein ziemlich richtiges Resultat, wenn der »Run« nicht zu groß. ist. Würde sich z.B. die Nullmarke zwischen den Strichen 250° 20' und 30' befunden haben und man hätte bei der Einstellung der Fäden auf den 20'-Strich 3' 22'' und bei der auf den 30'-Strich 3' 26'' erhalten, so würde die tatsächliche Ablesung lauten 250° 23' 24''. – Ist der »Run« groß oder handelt es sich um die äußerste Genauigkeit, dann muß aus vielen Messungen der Betrag des Runs bestimmt und eine Korrektionstafel dafür angefertigt werden. An Stelle der Schraubenmikroskope verwendet man jetzt häufig bei kleineren Instrumenten sogenannte Schätzmikroskope, da die Ablesung an diesen erheblich einfacher, allerdings auch bei weitem nicht so genau ist. Der Anblick des Gesichtsfelds eines solchen Mikroskops ist z.B. der der Fig. 3. Die stärkeren Striche mögen den durch das Mikroskop vergrößerten Limbusteilen entsprechen, z.B. also bei einem kleinen Instrument von 12–15 cm Teilkreisdurchmesser ¹/₃° bedeuten, und zwar sollen A, B, C, D resp. entsprechen 113° 0', 113° 20', 113° 40', 114° 0'; die etwas seiner gezogenen Striche sind eine seine Teilung auf einem Deckgläschen im Fokus des Mikroskops, die im gleichen Sinne oder im entgegengesetzten Sinne (so z.B. in Fig. 3) wie die Limbusteile beziffert ist. N sei also der Strich, welcher die Einstellung des Instruments angibt, d.h. man hat das Intervall C N zu messen; das Strichmikrometer ist nun so einzurichten, daß die ganze Strecke genau einem Limbusteil entspricht und in zehn gleiche Teile zerlegt ist, deren Wert also je 0,1 Limbusteil, im vorstehenden Beispiel 2' beträgt; durch Schätzung an dem Strich kann man[431] auf 0',2 ablesen: an dem Strich C hat man 2,8 Teile, und es ist C N = 2^p,8 = 5',6 = 5' 36'', die Ablesung lautet 113° 45' 36''. Die Ablesung ist sehr bequem und rasch, wenn die Striche der Teilung genügend fein sind; oft sind die Striche in Spitzen ausgezogen, was aber nicht immer als förderlich für die Genauigkeit zu betrachten ist, da es nicht leicht ist, die Spitzen der feinen Striche so zu ziehen, daß jene der Mitte dieser genau entsprechen und auch von untereinander gleichem Aussehen sind. Die genaue Abstimmung des Mikroskops auf die Teilung ist bei dieser Art noch wichtiger als bei dem Schraubenmikroskop, da bei der notwendigen Beschränkung des Strichmikrometers auf nur ein Intervall der Teilung keine Fehlerelimination möglich ist.

Literatur: Jordan, Handbuch der Vermessungskunde, Bd. 2, 5. Aufl., Stuttgart 1897, S. 179 und S. 198 ff.; Herr-Tinter, Lehrbuch der sphärischen Astronomie, Wien 1887, S. 231 ff.; Bohn, Ueber die Berichtigung des Ablesemikroskops für Teilungen, Zeitschr. f. Instrumentenkunde 1884, Bd. 4, S. 87; vgl. a. Ambronn, L., Handbuch der astr. Instrumentenkunde, Bd. 1, S. 130 ff.

Ambronn.

Fig. 1.

Fig. 2., Fig. 3.