Wie leistungsfähig kann ein Schülermikroskop sein?

Hallo liebe Freunde der Mikrokristalle,

kann ein Schülermikroskop mit einem Labormikroskop  hinsichtlich Abbildungsleistung konkurrieren?

Natürlich nicht! Aber wie groß fällt der Unterschied eines guten Schülermikroskops im Vergleich zu einem guten Labormikroskop tatsächlich aus? Dieser Frage möchte ich in diesem Blogbeitrag nachgehen, und schränke sofort ein: Meine Aussage gilt nur für Mikrofotos von Kristallen im polarisierten Licht bei schwacher Vergrößerung. Und, ob jedes Schülermikroskop so gut ist wie das von mir verwendete, kann ich natürlich auch nicht sagen. Ins Rennen gehen:

Schülermikroskop Meopta AZ2 aus Tschechien mit achromatischen Objektiven. Das Instrument stammt aus dem Jahre 1986 und hat zu der Zeit ca. 100 DM gekostet. Es wird wohl nicht mehr hergestellt.

Schülermikroskop AZ2 Meopta

Schülermikroskop Meopta AZ2

Labormikroskop Hund H600 mit planachromatischen Objektiven, Kameraadapter und orientierender Polarisationseinrichtung. Preis ca. 3000 EURO.

Labormikroskop H 600

Labormikroskop H 600

Kostenmäßig sprechen wir also von ganz unterschiedlichen Welten.

Als Kamera wurde beim Meopta AZ2 eine Nikon D300s, beim Hund H600 eine Nikon D610 verwendet.

Die Adaption an das Meopta AZ2 erfolgte mit einem T2-Ring (gibt es für alle gängigen Spiegelreflexkameras z.B. bei Amazon), auf dem ein drehbares Zirkularpolarisationsfilter saß, und einem Schaumstoffschlauch aus dem Baumarkt. Der Schlauch ragt etwa 3 mm über das Okular hinaus, der T2-Ring mit dem Polarisationsfilter liegt auf dem Schlauch lichtdicht auf.

 

Nikon D300s an Meopta AZ2.

Nikon D300s an Meopta AZ2.

 

T2-Ring mit Zirkularpolarisationsfilter und Schaumstoffschlauch.

T2-Ring mit Zirkularpolarisationsfilter und Schaumstoffschlauch.

 

2.Zirkularpolarisationsfilter unter dem Objektträger

2.Zirkularpolarisationsfilter unter dem Objektträger.

 

Auf dem Objekttisch, unter dem Objektträger befindet sich ein weiteres Zirkularpolarisationsfilter. Der besondere Vorteil dieses simplen Adaptersystems liegt darin, dass Erschütterungen beim Auslösen der Kamera kaum auf das Mikroskop übertragen werden. Die Kamera wurde mit einer Wasserwaage horizontal ausgerichtet. Schließt der Schlauch oben nicht ganz lichtdicht ab, kann man mit schwarzem Isolierband um Schlauch und Polfilter abdichten. (Ich fotografiere meist in einem abgedunkelten Raum, da geht es ohne Abdichtung).

Als Objekt wurde Adipinsäure verwendet, die auf einem Objektträger mit Deckglas aufgeschmolzen wurde. Die Fotos wurden im RAW-Format aufgenommen und in das JPG-Format ohne jegliche Nachbearbeitung konvertiert.

Hier die Ergebnisse:

Adipinsäure AZ2 Objektiv 3,3x Okular 15x

Adipinsäure
Meopta AZ2
Okular 15x
Achromatisches Objektiv 3,3x

 

Hund H600 Okular 10x Objektiv 4x

Adipinsäure
Hund H600
Okular 10x
Planchromatisches Objektiv 4x

 

 

 

Meopta AZ 2 Okular 15x Achromatisches Objektiv 3,3x

Meopta AZ 2
Okular 15x
Achromatisches Objektiv 3,3x

 

Hund H600 Okular 10x Planchromatisches Objektiv 4x

Adipinsäure
Hund H600
Okular 10x
Planchromatisches Objektiv 4x

 

 

 

Meopta AZ 2 Okular 15x Achromatisches Objektiv 3,3x

Adipisäure
Meopta AZ 2
Okular 15x
Achromatisches Objektiv 3,3x

 

Adipinsäure Hund H600 Okular 10x Planchromatisches Objektiv 4x

Adipinsäure
Hund H600
Okular 10x
Planchromatisches Objektiv 4x

 

 

 

Adipinsäure Meopta AZ 2 Okular 15x Achromatisches Objektiv 3,3

Adipinsäure
Meopta AZ 2
Okular 15x
Achromatisches Objektiv 3,3

 

Adipinsäure Hund H600 Okular 10x Planchromatisches Objektiv 4x

Adipinsäure
Hund H600
Okular 10x
Planchromatisches Objektiv 4x

Ein Vergleich der Aufnahmen zeigt schon recht deutliche Schärfenunterschiede. Auf einem großen Monitor betrachtet, kommen diese noch klarer heraus. Das war aber auch zu erwarten, sonst wäre der finanzielle Aufwand für ein gutes Labormikroskop nicht zu rechtfertigen. Aber ich finde, auch die Aufnahmen mit dem Schülermikroskop sind sehr ansehnlich, und wenn man sie etwas nachschärfen würde, sähen sie richtig gut aus.

Diese Aufnahmen gelingen mit dem Body einer Spiegelreflexkamera besser, als mit Digitalkameras mit festem Objektiv. Letztere lassen sich mit der Methode wie hier beschrieben nicht immer formatfüllend adaptieren. Man muss es im Einzelfall ausprobieren. In beiden Fällen kann man das Original Okular verwenden. Ich löse immer mit dem Selbstauslöser aus, um Verwacklungen zu vermeiden. Oder man steuert die Kamera  über den PC, siehe meinen Blogbeitrag :

https://mikrokristalle.com/2015/10/01/digicamcontrol-ein-steuerungsprogramm-fuer-digitalcameras/

Soviel für heute, liebe Freunde der Mikrokristalle.

Auch wenn in diesem Jahr weniger Äpfel an unseren heimischen Bäumen gereift sind, ist die Äpfelsäure das Thema meines nächsten Blogbeitrags.

Bis dahin wünsche ich eine gute Zeit.

 

H-D-S

 

 

 

 

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Mein Labormikroskop H 600.

Hallo liebe Freude der Mikrokristalle,

heute möchte ich das Mikroskop vorstellen, mit dem ich die meisten der auf meinem Blog gezeigten Mikrofotos im polarisierten Licht aufgenommen habe.

Zwei Dinge vorab:

Ich habe schon des Öfteren angemerkt, dass ich von Firmen keine Zuwendungen irgendwelcher Art erhalte, ich bin daher in meinem Urteil auch völlig unabhängig.

Gute Mikrofotos im polarisierten Licht kann man auch mit relativ einfachen und preiswerten Mikroskopen erzielen, wenn man bereit ist, ein wenig zu basteln. Keinesfalls ist unbedingt ein Labor- oder gar Forschungsmikroskop erforderlich.
Warum ich dennoch ein Labormikroskop benutze werde ich später erläutern.
Hier zunächst mein Mikroskop mit Kamera und Mikroskopadapter:

Labormikroskop Hund H 600

Labormikroskop Hund H 600 mit Mikroskopadapter und Kamera.

 

Mikroskope werden grob in 3 Klassen eingeteilt: Übungsmikroskope, Labormikroskope und Forschungsmikroskope.

Mein H 600 der Firma Hund in Wetzlar fällt  in die Klasse der Labormikroskope. Warum habe ich mich für ein Instrument der Firma Hund entschieden? Neben Zeiss und Leitz gibt es in Deutschland kaum noch Hersteller von Mikroskopen. Labormikroskope der beiden erstgenannten Firmen sind hervorragende Instrumente, die jeder begeisterte Mikroskopiker sich wünscht. Sie überschreiten aber die Mittel, die ich für ein Mikroskop ausgeben mag.

Gelegentlich haben Mitarbeiter der beiden großen deutschen Mikroskophersteller den Schritt in die Selbständigkeit gewagt.  So hat ein Mitarbeiter von Leitz die Firma Will gegründet, die sehr gute Mikroskope fertigte. Später wurde diese von der Firma Hund übernommen. Der Bau von Mikroskopen ist ein Zweig des Unternehmens mit Sitz in Wetzlar. Man kann sich bei Hund ein Mikroskop nach den eigenen Bedürfnissen zusammenstellen lassen und wird dabei sehr gut beraten. Die Instrumente sind von hoher Qualität und liegen preislich doch deutlich unter denen der „Großen Vier“ (Leitz, Zeiss, Nikon, Olympus). Wer für sich die Freude am Mikroskopieren entdeckt hat, kann ein Mikroskop von Hund bei steigenden Bedürfnissen auch aufrüsten. Diesen Aspekt finde ich sehr wichtig. Es gibt Mikroskope fernöstlicher Hersteller, die im Preis-/Leistungsverhältnis kaum zu schlagen sind. Ob sie nach 5 oder 10 Jahren  z.B. mit einer Polarisationseinrichtung oder einem Dunkelfeldkondensator nachgerüstet werden können  oder ob es noch Ersatzteile gibt, ist doch sehr fraglich. Bei Hund ist das wohl gegeben und die Firma bietet eine Instandsetzungsgarantie von 20 Jahren!

Für mich war auch wichtig, genau die Objektive zu bekommen, die für meine Zwecke geeignet sind. Ich habe Planachromate gewählt. Warum Planachromate? Standard-Objektive für Mikroskope sind Achromate. Sie sind farbkorrigiert, zeigen aber zu den Rändern hin Unschärfe. Das ist überhaupt kein Problem, wenn man ein Präparat durch das Mikroskop betrachtet. Mit dem Feintrieb arbeitet man ohnehin ständig und stellt so mal auf die Mitte, mal auf den Rand hin scharf. Wenn man aber das Präparat fotografiert, wirkt sich diese Randunschärfe sehr störend aus. Dafür gibt es Planachromate, welche die Randunschärfe korrigieren. Nachteil: Sie sind teurer. (Die Farbkorrektur der Achromate und Planachromate ist nicht vollständig. Objektive mit dem höchsten Korrekturgrad sind die Planapochromate. Sie benötigen spezielle Glassorten und sind extrem aufwendig zu fertigen und kosten daher schnell mehre Tausend Euro pro Stück).

Wichtig war mir die Einstellung der Köhlerschen Beleuchtung. Dafür ist eine Leuchtfeldblende erforderlich. Der rote Einstellring der Blende befindet sich unter dem Beleuchtungsstutzen auf dem Foto. Notwendig ist zusätzlich ein höhenverstellbaren Kondensor mit Aperturblende, der sich unter dem Kreuztisch angebracht ist.

Bei meinem  Mikroskop kann man sich entscheiden für eine vollständige oder eine orientierende Polarisationseinrichtung. Ich habe die orientierende gewählt, hier ein Foto:

Polfilter

Polarisator und Analysator.

 

 

Der Polarisator liegt auf dem Beleuchtungsstutzen und wird mit dem Hebel gedreht. Der Analysator wird oberhalb des Objektivrevolvers in den Schlitz für Filterschieber eingeschoben. Bei der orientierenden Polarisation kann man keinen Drehwinkel bestimmen, was für mich aber auch nicht nötig ist. Ich habe daher auch keinen Drehtisch sondern einen Kreuztisch gewählt.

Wenn man Fotos mit einer Spiegelreflexkamera von seinen  Präparaten anfertigen will, muß die Kamera an das Mikroskop adaptiert werden. Bei Hund erhält man einen Adapter, firmenintern „Ofenrohr“ genannt. Er wird an dem trinokularen  Fototubus befestigt. In dem Rohr befindet sich eingeschoben ein Okular. Kameraseitig besitzt der Adapter ein M42-Gewinde. Die Kamera wird mit einem T2-Ring, den es für alle gängigen Kameras gibt aufgeschraubt. Hund liefert einen T2-Ring für Canon-Kameras mit. Für meine Nikon musste ich mir einen für wenige Euro im Fotohandel kaufen. Der Fototubus kann so justiert werden, daß man durch Okular und Kamera gleichzeitig ein scharfes Bild sieht.

Meine Nikon ist eine Vollformat-Kamera. Das Vollformat ist ein Luxus, den man nur benötigt, wenn man seine Fotos stark vergrößern will oder wenn man Bilder z.B. an Kalenderverlage verkaufen möchte. Die akzeptieren nur Aufnahmen im Vollformat.

Meine Kamera ist mit einem PC verbunden und wird über diesen gesteuert. Entsprechend benutze ich auch einen großen Bildschirm. Als Software zur Steuerung verwende ich Nikon Camera Control Pro2. Die ganze Einrichtung ist fest installiert. Ich fotografiere fast täglich und habe keine Lust, immer wieder alles aufzubauen. Die Einrichtung, wie ich sie hier beschrieben habe, ermöglicht ein stressfreies Arbeiten, nichts muss ständig nachjustiert oder aufgebaut werden, die Kamera sitzt fest auf dem Mikroskop. Alles ist sehr bequem. Aber das hat auch seinen Preis.

Wer über das Betrachten und Fotografieren von Mikrokristallen hinaus das Mikroskop z.B. für mikrobiologische oder histologische Untersuchungen verwendet, wird erst dann die tatsächliche Leistungsfähigkeit dieses Instruments erkennen und zu schätzen wissen. In Arztpraxen und medizinischen Labors werden besondere Anforderungen an Mikroskope gestellt. Dieses Mikroskop ist dafür zugelassen.

Da es mein besonderes Anliegen ist, gerade jungen Menschen das Arbeiten mit dem Mikroskop nahe zu bringen, hier nochmals der Hinweis: Alles geht auch mit einem Schülermikroskop und einer einfachen Kamera! Ich greife auch immer mal wieder zu meinem schönen alten Feldmikroskop der tschechischen Marke Meopta und bin erfreut und erstaunt über die wunderbaren Bilder, die man auch mit einer ganz einfachen Ausrüstung machen kann.

Hier noch zur Entspannung ein Foto von Acetylsalicylsäure, dem Wirkstoff in Aspirin-Tabletten, aufgenommen mit dem Hund H 600:

Acetylsalicylsäure-Kristalle, fotografiert im polarisierten Licht.

Acetylsalicylsäure-Kristalle, fotografiert im polarisierten Licht.

 

Soviel für heute, liebe Freunde der Mikrokristalle. In meinem nächsten Blogbeitrag möchte ich einige Fotos von Mikrokristallen im polarisierten Licht vergleichen, die mit  einem Schülermikroskops  und einem Labormikroskop aufgenommen wurden.

Bis dahin wünsche ich eine gute Zeit.

H-D-S

 

 

 

 

 

 

Auflösungsvermögen optischer Mikroskope II.

Hallo liebe Freunde der Mikrokristalle,

in meinem letzten Blogbeitrag wandelten wir auf den Spuren Erst Abbes, um das Auflösungsvermögen optischer Mikroskope zu erkunden. Über das Beugungsverhalten  von Lichtwellen an einem Gitter kamen wir zu der Gleichung

x ≥ λ/NA   (1)

mit x als dem kleinsten Abstand zwischen 2 Punkten, die gerade noch scharf abgebildet werden können,

λ der Wellenlänge der Beleuchtung und

NA, der von Ernst Abbe eingeführten Numerischen Apertur.

Es gibt aber noch einen anderen Weg, x zu berechnen, der am Ende zu einem ähnlichen Resultat kommt. Er führt über das Rayleigh Kriterium. Wir erinnern uns: Durch den Wellencharakter des Lichts wird ein Lichtpunkt, nicht als Punkt, sondern als Beugungsscheibchen auf einem Bildschirm abgebildet. Zur Demonstration habe ich das Licht eines roten Laser Pointers durch eine enge Blende geleitet und auf einem Bildschirm aufgefangen und fotografiert.

Beugungsbild eines roten Laserpointers.

Beugungsbild eines roten Laserpointers.

 

Man nennt die Beugungsscheibchen auch Rayleigh-Scheibchen nach dem englischen Gelehrten John William Strutt, 3. Baron Rayleigh. Seine Beugungstheorie will ich hier kurz darstellen:

Betrachten wir die folgende Skizze:

 

Zwei Punkte P1 und P2 fallen unter einem Winkel ∝ durch eine Linse, mit dem Durchmesser d auf einen Schirm. Das umgebende Medium links von der Linse sei Immersionsöl mit dem Brechungsindex nöl. Rechts von der Linse haben wir den Brechungsindex nLuft und den Winkel ∝’, der sich von ∝ wegen der unterschiedlichen Brechungsindizes unterscheidet. (Ist in der Skizze nicht ganz korrekt gezeichnet). Auf dem Bildschirm, er entspricht dem Zwischenbild im Mikroskop, werden die Punkte gerade noch getrennt als Beugungsscheibchen abgebildet. Die Kurven  rechts zeigen die Intensitätsverteilung I des Lichts bei den beiden Beugungsscheibchen. In der Mitte, auf den gestrichelt dargestellten Linien, liegen die Beugungsmaxima 0. Ordnung. Das sind die Lichtanteile, die ungebeugt die Linse passieren. Das Maximum 0. Ordnung der blauen Kurve, fällt zusammen mit dem Minimum 1. Ordnung der roten Kurve. Sie liegen beide auf der blau gestrichelten Linie. Entsprechend fallen das  Maximum 0. Ordnung der roten Kurve und das Minimum 1. Ordnung der blauen Kurve  auf der rot gestrichelten Linie zusammen.

Das Rayleigh-Kriterium besagt nun: Die Unterscheidung zweier Bildpunkte ist dann möglich, wenn das Beugungsmaximum 0. Ordnung des einen Punktes mindestens im Beugungsminimum 1. Ordnung des anderen Punktes liegt.

Bei einem Spalt gilt für das Beugungsminimum 1. Ordnung, wie im vorigen Blogbeitrag dargestellt:

sin ∝ = λ/d   (2)

Nun haben wir bei einem Mikroskop aber keinen Spalt sondern die Fassung des Objektivs als Strahlenbegrenzung. Bei kreisförmigen Öffnungen liefert die Theorie, die hier nicht näher ausgeführt werden soll:

sin ∝’ ≈ ∝’≈ 1,22 • λ/d   (3)

oder wenn man den statt des Durchmessers den Radius r der Linsenfassung einsetzt:

sin ∝’ ≈ 0,61 • λ/r   (4).

Wie schon ausgeführt sind die Winkel ∝ und ∝’ wegen der unterschiedlichen Brechungsindizes nicht gleich. Wenden wir das Brechungsgesetz an, so können wir schreiben:

sin ∝’ = noel • sin ∝   (5)  (Der Brechungsindex nLuft ist 1).

In Gleichung (4) eingesetzt:

noel • sin ∝ = 0,61 • λ/r   (6)

Unser Ziel ist es ja, das x, also den Abstand zwischen den Punkten P1 und P2 unter Berücksichtigung des Abstands a (Entfernung der Punkte von der Linse), zu berechnen. Da der Winkel ∝ sehr klein ist, kann man schreiben:

sin ∝ ≈ x/a   (7).  In Gleichung (6) eingesetzt:

noel • x/a ≈ 0,61 • λ/r.    (7)   Nach x aufgelöst ergibt sich:

x\approx \frac{0,61\cdot \lambda }{n_{oel}\cdot \frac{r}{a}}    (8)

Der Ausdruck unter dem grossen Bruchstrich entspricht in etwas grober Annäherung  der von Ernst Abbe definierten Numerische Apertur NA, so dass wir schreiben können:

x\approx \frac{0,61\cdot \lambda }{NA}     (9)

Hier nochmal Gleichung (1), etwas anders geschrieben also oben:

x\approx \frac{\lambda }{\ NA}    (1)

Bis auf den Faktor 0,61 stimmen beide Gleichungen überein. Man kommt mit 2 verschiedenen Herleitungen zu sehr ähnlichen Ergebnissen. Wir sehen, je grösser die Numerische Apertur eines Objektivs ist, umso feiner sind die auflösbaren Strukturen.

Im ersten Teil des Blogbeitrags haben wir das Kriterium von Ernst Abbe verwendet, um den kleinstmöglichen Abstand zwischen 2 Punkten zu ermitteln, der in einem optischen Mikroskop noch aufgelöst werden kann. Das Kriterium lautete: „Das Beugungsmaximum 0. Ordnung und mindestens das Beugungsminimum 1. Ordnung müssen durch ein Objektiv fallen, um noch ein strukturiertes Bild zu ergeben.“

Gemäß dem Rayleigh-Kriterium haben wir hergeleitet:  “ Zwei Bildpunkte sind dann noch voneinander zu unterscheiden, wenn das Beugungsmaximum 0. Ordnung des einen Bildpunktes mindestens mit dem Beugungsminimum 1. Ordnung des anderen Bildpunktes zusammenfällt.“

Diese Ableitungen, liebe Freunde der Mikrokristalle stammen in wesentlichen Teilen nicht von mir. Ich habe sie einem sehr anschaulichen Video entnommen. Titel: „Mikroskop Teil 4 Auflösungsvermögen Numerische Apertur“. Veröffentlicht auf YouTube  von Prof. Dr. Stephan Mueller.  Er lehrt  an der Fachhochschule Nordwestschweiz. Es gibt eine Reihe sehr interessanter Videos zu Themen der Physik von Stephan Mueller auf YouTube.

Es ist ja oft ein Problem, geeignete Substanzen für schöne Mikrofotos im polarisierten Licht zu beschaffen. In meinen letzten Blogbeiträgen habe ich einige leicht zu beschaffende anorganische Salze vorgestellt. Heute habe ich mir das Kupfersulfat vorgenommen, das für unsere Zwecke gut geeignet ist.

Hier zwei Fotos von Kupfersulfat:

Mikrokristalle von Kupfersulfat im polarisierten Licht.

 

 

Mikrokristalle von Kupfersulfat im polarisierten Licht.

 

Jeder kennt wohl die Kosmos Baukästen. Es gibt auch einen für Chemie, der eine Reihe von interessanten anorganischen Substanzen enthält. Man kann diese, auch ohne den Chemie-Baukasten zu besitzen, bestellen. Es sind ungefähr 12 verschiedene Stoffe. Auch das Kupfersulfat gehört dazu. Die Chemikalien erhält man bei Kosmos auch als chemischer Laie problemlos.

Soviel für heute, liebe Freunde der Mikrokristalle.

Für meinen nächsten Blogbeitrag werde ich einige der „Kosmos-Substanzen“ testen, und dann darüber berichten.

Bis dahin wünsche ich eine gute Zeit.

H-D-S

p.s. Falls jemand die Zeitschrift FOCUS Gesundheit liest: In der Juni/Juli Ausgabe 2017 findet sich zu einem Artikel über Ibuprofen auf Seite 57 ein Mikrofoto des Wirkstoffs von mir. Wie man den Wirkstoff aus einer Tablette isolieren kann, habe ich in meinem Blogbeitrag „Ibuprofen aus einer Tablette isolieren“, April 2015 beschrieben.

 

 

 

Auflösungsvermögen optischer Mikroskope I.

Hallo liebe Freunde der Mikrokristalle,

in meinem letzten Blogbeitrag war die Beugung von Lichtwellen das Thema, und wir haben die Auswirkung auf die Einstellung der Aperturblende am Mikroskop besprochen.

Heute geht es um die Frage, wie hoch ist das maximale Auflösungsvermögen eines Durchlichtmikroskops. Wir wandeln dabei ein wenig auf den Spuren Ernst Abbes, der sich grundlegende Gedanken zu diesem Thema gemacht hat. Wer in der Physik nicht ganz sattelfest ist, sollte vorher unbedingt meinen letzten Blogbeitrag zum Thema Beugung lesen. Die Begriffe Beugung und Interferenz sollten bekannt sein.

Hier noch einmal die Skizze aus meinem letzten Blogbeitrag: (Durch draufklicken kann man sie vergrössern).

Interferenz am Einzelspalt mit Verlauf der Intensität I. Minimum.

Interferenz am Einzelspalt mit Verlauf der Intensität I.

 

 

Wir sehen einen Spalt mit der Breite d. Lichtwellen mit der Wellenlänge λ laufen auf den Spalt zu. Auch am Spalt bilden sie, gemäss dem Huygensschen Prinzip neue Elementarwellen, die dann hinter dem Spalt neue Wellenfronten bilden. Diese sind hier aber nicht eingezeichnet. Statt dessen sehen wir einige Wellennormalen oder Wellenstrahlen. Sie geben eine ausgewählte Richtung a des Wellenverlaufs an. Die hier eingezeichneten Wellenstrahlen laufen auf einen fernen Punkt zu, der nicht eingezeichnet ist. Da der Punkt sehr weit entfernt ist, gegenüber der Breite des Spaltes, können wir die Wellenstrahlen parallel zeichnen. Alle von den roten Punkten ausgehende Elementarwellen starten zur gleichen Zeit. Die von Punkt 1 ausgehende Welle hat einen kürzeren Weg zum Ziel, als die von Punkt 5 ausgehende. Der Weg der von Punkt 5 ausgehenden Welle ist genau um die Wellenlänge λ länger. Nun kann man Wellenpaare finden, bei denen der  Weg der einen Welle gegenüber der anderen genau λ/2 länger ist. Das sind die Wellenpaare 1,3  2,4 und  3,5. Da diese Wellenpaare am Ziel einen Gangunterschied von λ/2 besitzen, löschen sie sich vollständig aus, da Wellenberg auf Wellental trifft. Also, alle Welle die in Richtung a mit einem Winkel ∝ gegenüber der Horizontale laufen, löschen sich gegenseitig aus. Physiker nennen das destruktive Interferenz.

Die Lichtwellen, die diesen Spalt passieren bilden ein Interferenzmuster, wie im letzten Blogbeitrag auch praktisch gezeigt wurde. Rechts in der Skizze sehen wir die Helligkeitsverteilung des Interferenzmusters, hier I genannt für Intensität. Wellenstrahlen die den Spalt ungebeugt passieren, bilden das Hauptmaximum 0. Ordnung. Das ist der dicke Bauch der Kurve und liegt auf der horizontalen Linie. Die in Richtung a laufenden Wellen mit dem Winkel ∝ löschen sich, wie beschrieben, alle durch destruktive Interferenz aus. Sie bilden das 1. Minimum des Beugungsbildes. (Links und rechts vom Intensitätsmaximum läuft die Kurve auf die Grundlinie zurück. (Dort ist es dunkel). Dort liegt also das 1. Beugungsminimum.

Aus der Skizze können wir ablesen:

sin ∝ = λ/d   (1)

Wellenstrahlen  mit dem Winkel ∝ löschen sich also durch destruktive Interferenz aus und bilden das Beugungsminimum 1. Ordnung. Man beachte, dass ∝ von der Spaltbreite d abhängt. Vergrößert sich die Spaltbreite d, verkleinert sich der Winkel ∝ bei unveränderter Wellenlänge λ.

Nach der kleinen Wiederholung begeben wir uns jetzt auf Ernst Abbes Spuren, der übrigens die folgenden Überlegungen vollständig ohne mathematische Formeln zu Papier gebracht hat. Stellen wir uns vor, wir hätten auf einem Objektträger eine sehr feine Struktur von Gitterlinien mit einer Spaltbreite x. (rote gestrichelte Linie). Das Licht unserer Beleuchtung möge die Wellenlänge λ besitzen. Wir wollen sie durch das Mikroskop mit Immersionsöl vom Brechungsindex nöl betrachten. Nehmen wir weiter an, wir könnten den Öffnungswinkel des Objektivs unseres Mikroskops verändern. (Solche Mikroskope gibt es).

Abbe hat nun experimentell festgestellt, dass man den Öffnungswinkel ∝1 des Objektivs so einstellen muss, dass sowohl das 0. Hauptmaximum als mindestens auch das 1. Beugungsminimum, beide hier durch die blauen Wellenstrahlen dargestellt, in das Objektiv fallen müssen. Dann und nur dann erhält man als Zwischenbild im Mikroskop ein strukturiertes Bild. Würde hier in der Skizze der Pfeil des 1. Beugungsminimums oberhalb der Linse verlaufen, käme kein Bild zustande, als Zwischenbild würde man nur einen hellen Fleck  sehen.

Gemäß Gl. (1) gilt für den Winkel des 1. Beugungsminimums als Sinus ausgedrückt:

sin ∝1 = λ/x   (2)

Die Wellenlänge λ verändert sich durch das Immersionsöl gemäß dem Brechungsgesetz in

λ′ = λ / nöl    (3)      nöl = Brechungsindex Öl

Aus Gl. (2) wird dann

sin ∝1 = λ′/x   (4)

Ernst Abbe hat den Begriff der Numerischen Apertur eingeführt. Mit der folgenden Skizze soll der Begriff erläutert werden:

Die Linse in der Skizze hat den Radius R. Die Gegenstandsweite beträgt a. Das daraus konstruierte Dreieck bildet einen Winkel, der Sigma genannt wird. Multipliziert man den Sinus des Winkels  mit dem Brechungsindex des Mediums zwischen Objektträger und Objektiv erhält man die Numerische Apertur des Objektivs. Dieser Wert ist meist im Objektiv des Mikroskops eingraviert.

NA = sin σ • nöl  (5)

Damit wir im Mikroskop ein strukturiertes Bild erhalten, ist es notwendig, dass sin σ und sin ∝1  gleich sind. Wir können daher schreiben:

NA = λ′/x • nöl   (6)

Für λ′ können wir gemäß Gl.(3) schreiben:

NA = ( λ/nöl)/ x • nöl    (7)

nöl können wir herauskürzen und erhalten:

NA = λ /x   (8)

Umgestellt nach x:

x = λ/NA   (9)

x ist also der kleinste Abstand zwischen 2 Punkten, den ein Mikroskop, abhängig von der numerischen Apertur des Objektivs noch auflösen kann. Besser schreibt man:

x ≥ λ/NA    (10)

Je größer die numerische Apertur des Objektivs ist, umso feinere Strukturen kann man abbilden. Blaues Licht ist kurzwelliger als rotes, darum kann man mit einem Blaufilter ebenfalls etwas feinere Strukturen voneinander unterscheiden.

Die hergeleitete Formel gilt für geradlinige Beleuchtung. Verwendet man schräge Beleuchtung, kann man in den Nenner noch eine 2 schreiben.

Für Berechnungen muss man beachten, dass der Winkel σ  der halbe Öffnungswinkel eines mikroskopischen Objektivs ist. Technisch gut realisierbar sind Öffnungswinkel von ca. 112°. Bei der Verwendung von Immersionsöl mit einem Brechungsindex von 1,5 erreicht man gemäß Gl.(5) eine numerische Apertur von

NA = sin (112°/2) • 1,5 = 1,24

Spitzenobjektive wie das Zeiss Plan Fluar 100x/1,45 Öl  besitzen eine NA = 1,45 und das Olympus Apo 100x/1,65Öl kann einen Wert von NA = 1,65 aufweisen.  Das sind ausgesprochene Spitzenwerte.

Für weiter Berechnungen muss man sich noch auf eine Wellenlänge einigen. Üblich ist λ = 550 nm zu wählen.

Mein Objektiv 100x  ist beschriftet mit: Plan100/1,25 Oil. Für dieses Objektiv gilt dann gemäß Gl. (10):

x = 550 nm/1,25 = 440 nm

So liebe Freunde der Mikrokristalle, nach soviel Rechnerei jetzt noch einige Mikrofotos. Es ist immer noch Spargelzeit. Darum habe ich mit das Asparagin vorgenommen. Wer nicht nur an den schönen Farben der Kristalle interessiert ist, sondern auch an deren Formen, dem kann ich das Asparagin sehr ans Herz legen. Man erhält mit dieser Substanz häufig sehr schöne Einzelkristalle, wie die folgenden Bilder zeigen:

Asparagin 100x fotografiert im polarisierten Licht.

 

 

Asparagin 100x fotografiert im polarisierten Licht.

 

Für die Aufnahmen wurden 260 mg Asparagin in einer Lösung aus 8 ml dest. Wasser und 4 ml Propanol-2 heiß gelöst.

Soviel für heute, liebe Freunde der Mikrokristalle. Das Thema Auflösungsvermögen mikroskopischer Objektive ergänze ich in meinem nächsten Blogbeitrag noch mit einem etwas anderen Zugang als dem von Ernst Abbe.

Bis dahin wünsche ich eine gute Zeit.

 

H-D-S

 

 

 

 

 

Beugung von Lichtwellen.

Hallo liebe Freude der Mikrokristalle,
in meinem letzten Blogbeitrag habe ich auf die korrekte Einstellung der Aperturblende hingewiesen.

Ich hatte beschrieben und an Hand eines Beispiels gezeigt, daß die Aperturblende nicht zu weit geschlossen werden darf, da sonst durch Beugungserscheinungen das Bildergebnis verschlechtert und sogar verfälscht wird. Auf das Phänomen der Beugung möchte ich heute etwas näher eingehen.

In der geometrischen Optik geht man davon aus, daß bei einem ideal korrigierten Objektiv, ein Objektpunkt O als Bildpunkt O‘ dargestellt wird. In der Realität sieht das aber anders aus. Statt eines Bildpunktes O‘ entsteht ein Beugungsscheibchen. Um zu demonstrieren, was es mit der Beugung auf sich hat, habe ich ein Experiment mit einem Laser Pointer durchgeführt. Dazu habe ich vor einem roten Laser Pointer eine Aluminiumfolie befestigt, in die ich ein Loch mit einem Durchmesser von ca. 0,15 mm gestochen habe. Im Abstand von ca. 3 m habe ich den Lichtfleck auf einem weißen Projektionsschirm  fotografiert. Die Aufnahme wurde in einem dunklen Raum aufgenommen.

 

Beugungsbild eines roten Laserpointers.

Beugungsbild eines roten Laser Pointers.

Eigentlich hätte man auf dem Projektionsschirm nur einen kleinen roten Lichtfleck erwarten sollen. Statt dessen ist ein Bild mit einem Lichtfleck in der Mitte, umgeben von abwechselnd roten und dunklen Kreisen entstanden. Es sind nicht wirklich Kreise, weil leider das Loch in der Aluminiumfolie nicht kreisrund war. Auch ist der Lichtfleck  im Zentrum nicht rot, weil ich die Aufnahme absichtlich stark überbelichtet habe, um auch die umgebenden „Kreise“ besser sichtbar zu machen. Ich konnte die Kamera auch nicht mittig platzieren, da sie sonst in den Strahlengang gekommen wäre.

Wie ist dieses Bild nun zu deuten?
Es ist ganz offensichtlich, daß die aus dem kleinen Loch der Aluminiumfolie austretenden Lichtwellen sich kreisförmig auch im Schattenraum um den zentralen Lichtpunkt herum ausbreiten. Wenn sich Lichtwellen auch im Schattenraum eines Objekts ausbreiten, nennt man diese Erscheinung Beugung. Warum entstehen diese merkwürdigen roten und dunklen Ringe um das Zentrum herum?  Da auch viele Schüler meinen Blog lesen, möchte ich zunächst einige grundlegende Dinge erläutern.
Der niederländische Forscher Christiaan Huygens (1629-1695) hat Gedanken zur Ausbreitung der Lichtwellen  entwickelt, die noch heute gelten, und die wir das „Huygens’sche Prinzip“ nennen. Zur Darstellung der Ausbreitung von Lichtwellen verwendet man die Begriffe „Wellenfront“, „Wellennormale“ oder „Wellenstrahl“.

Wellenfronten, Wellennormale bzw. Wellenstrahl.

Die Kreise in der Skizze sind die Wellenfronten, sie stellen die maximale Auslenkung (Wellenberge) einer Welle dar. (Man denke an das Bild das entsteht, wenn man einen Stein in einen Teich mit glatter Wasseroberfläche wirft). Der Abstand λ zwischen den Wellenbergen  ist die Wellenlänge, nochmals an der Skizze rechts unten verdeutlicht. Die roten Pfeile sind die Wellennormalen oder auch Wellenstrahlen. Sie sind Richtungspfeile und stehen immer senkrecht auf den Wellenfronten. Betrachtet man einen kleinen Teil einer sehr großen Kreiswelle, kann dieser annähernd durch horizontale Wellenfronten dargestellt werden, wie oben rechts geschehen.

Huygens hat sich nun überlegt, wie die Ausbreitung einer Welle zustande kommt. Er nahm an,  daß jeder Punkt einer Wellenfront,  Ausgangspunkt neuen Elementarwellen ist. Diese Elementarwellen überlagern sich. Die Einhüllende aller Elementarwellen, ergibt dann eine neue Wellenfront.  Die folgende Skizze soll das erläutern:

Das Huygens’sche Prinzip.

Die roten Punkte auf der Wellenfront sind Ausgangspunkte neuer Elementarwellen, hier als Teilkreise dargestellt. Die  Elementarwellen überlagern sich, die Einhüllende bildet die neue Wellenfront. Dort entstehen wieder neue Elementarwellen, und so setzt sich die Ausbreitung der Welle fort. Die Welle kann sich in alle Richtungen ausbreiten. Die skizzierten Wellenstrahlen stellen daher auch keine bevorzugten Richtungen dar.

Was passiert, wenn nun eine horizontale Wellenfront auf ein Hindernis, wie eine Lochblende fällt? Um das zu versehen, betrachten wir zunächst statt einer engen Lochblende einen engen Spalt, weil die mathematische Beschreibung hier einfacher ist. Physikalisch betrachtet sind die Verhältnisse an Spalt und Lochblende aber identisch.

 

Betrachten wir eine ebene Wellenfront, die auf einen engen Spalt der Breite l fällt.

 

Wellenstrahlen die von A und B auf P zulaufen.

Auch hier entstehen, an der den Spalt passierenden Wellenfront, neue Elementarwellen. Zwei Elementarwellen am äußeren Rand, dargestellt durch deren Wellenstrahlen, laufen auf Punkt P zu. Wenn die Spaltbreite l gegenüber der Strecke a sehr klein ist, kann man annehmen, daß beide Wellenstrahlen fast parallel verlaufen. Die Wegstrecke BP ist in diesem Beispiel um die halbe Wellenlänge, also λ/2 länger als die Wegstrecke AP. Das bedeutet, daß die von Punkt B ausgehende Welle etwas später in P ankommt, so daß ein Gangunterschied (Phasenverschiebung) von λ/2 eintritt. Das folgende Bild verdeutlicht nochmals die Phasenverschiebung.

Bei einer Phasenverschiebung von einer halben Wellenlänge, treffen in Punkt P Wellental auf Wellenbauch.

Sinusförmige Lichtwelle um L/2 versetzt.

Phasenverschiebung  λ /2 . Destruktive Interferenz.

Wenn aber das Wellental einer Welle mit dem Wellenbauch einer anderen Welle aufeinander treffen, (ähnliche Wellenlänge und Orientierung vorausgesetzt), dann löschen sie sich gegenseitig aus. Man nennt das Destruktive Interferenz.

So, nun haben wir alles zusammen, um die Kreise des obigen Beugungsbildes zu erklären. In der folgenden Skizze trifft nochmal eine horizontale Wellenfront mit der Wellenlänge λ auf einen Spalt der Breite d. Auch hier entstehen am Spalt neue Elementarwellen. Die Elementarwellen breiten sich in alle Richtungen aus. 5 Ausgangspunkte von Elementarwellen sind als rote Punkte eingezeichnet.   Die Wellenstrahlen breiten sich in Richtung a mit dem Winkel α aus. Alle Wellenstrahlen treffen sich in einem Punkt P, der hier nicht eingezeichnet ist. Wegen der großen Entfernung zum Projektionsschirm im Vergleich zum engen Spalt,  können die Wellenstrahlen parallel gezeichnet werden. Das entspricht durchaus der Realität der obigen Aufnahme. Die Lochblende vor dem Laser Pointer hatte einen Durchmesser von ca. 0,15 mm, der Abstand zwischen Lochblende und Projektionsschirm betrug ca. 3000 mm.

 

Beugung an einem Einzelspalt mit Darstellung des 1. Minimums.

Beugung an einem Einzelspalt mit Darstellung des 1. Minimums.

 

Betrachtet man einen Einzelspalt genauer, so ist er nicht Ausgangspunkt einer einzelnen Elementarwelle. Vielmehr ist jeder Punkt des Spalts Ausgangspunkt neuer Elementarwellen. Im Bild sind 5 solcher Punkte rot eingezeichnet. Die von ihnen ausgehenden, sich überlagernden Elementarwellen sind durch ihre Wellenstrahlen dargestellt. Sie bewegen sich in Richtung a mit dem Winkel α gegenüber  der Horizontalen. Beträgt der Gangunterschied zwischen den beiden äußeren Randstrahlen  1 und 5 gerade λ, so kann man Strahlenpaare finden, deren Gangunterschied gerade λ/2 beträgt. Das sind die Strahlenpaare 1 und 3 sowie 2 und 4 und schließlich 3 und 5. Die Strahlenpaare löschen sich somit alle wegen des Gangunterschieds durch destruktive Interferenz  vollständig aus.

Wellenstrahlen die geradlinig verlaufen, bei denen der Winkel α = 0 ist, bilden das Intensitätshauptmaximum, auf dem Bild auf der Mittelachse.

Für das ersten Minimum gilt:

sin α = ± λ/d

Die hier angestellten Überlegungen gelten natürlich auch für Gangunterschiede größer als λ, also für 2λ, 3λ, …

Bei der Beugung an einem Spalt entstehen helle und dunkle Streifen. Für die Minima gilt:

sin αk = k·λ/d                  k = ±1, ± 2, …         (  λ Wellenlänge  d Spaltbreite)

Zwischen den Minima liegen Nebenmaxima sehr geringer Intensität. Die Bedingung für die Nebenmaxima lautet:

sin αk = (2k + 1)·λ/2d          k= ±1, ±2, …

 

Es besteht physikalisch kein Unterschied zwischen der Beugung an einem Spalt oder an einer runden Öffnung, wie einer Lochblende mit dem Radius r. Aber die mathematische Beschreibung ist erheblich schwieriger. Bei Lochblenden entstehen dann nicht Beugungsstreifen wie am Spalt sondern Beugungskreise, wie sie auf dem obigen Foto zu sehen sind.

Unser Ausgangspunkt war das Schließen der Aperturblende am Mikroskop. Je weiter man sie schließt, umso stärker treten Beugungserscheinungen auf, die das mikroskopische Bild negativ beeinträchtigen. Beugung von Lichtwellen tritt immer auf, wenn diese auf Hindernisse treffen. Ein Blendenrand oder die Fassung eines Objektivs sind solche Hindernisse. Je kleinen ein Öffnung ist, umso stärker treten Beugungserscheinungen hervor. Ohne die kleine Aluminiumlochblende vor dem Laser Pointer hätten wir auf dem obigen Foto einen kleinen roten Punkt gesehen, wie wir es von einem Laser Pointer gewöhnt sind. Das Hindernis Lochblende mit einem Durchmesser von ca. 0,15 mm hat die Beugungserscheinungen aber voll zu Tage treten lassen.

So liebe Freunde der Mikrokristalle, es ist Spargelzeit. Da habe ich nochmal zur Asparaginsäure gegriffen, die, wie der Name schon sagt, Bestandteil dieses feinen Gemüses ist. Ich habe ca. 250 mg in 10 ml Isopropanol/dest. Wasser 1:1 heiß gelöst und einen Tropfen auf einen Objektträger gegeben. Die Kristallisation setzt meist schon nach wenigen Minuten ein. (Manchmal benötigt man aber etwas Geduld).

Hier die Ergebnisse:

 

Asparaginsäure fotografiert im polarisierten Licht. Vergrößerung 100x.

Asparaginsäure fotografiert im polarisierten Licht. Vergrößerung 100x.

 

Asparaginsäure fotografiert im polarisierten Licht. Vergrößerung 100x.

Asparaginsäure fotografiert im polarisierten Licht. Vergrößerung 100x.

Bei dem unteren Foto könnte man meinen, ein reißende Fluss bewegt sich durch eine Berglandschaft.

Man kann sich fragen, ob der Aufwand gerechtfertigt war, um das Phänomen der Beugung so detailliert zu beschreiben. Aber mit den Erkenntnissen die wir aus dem Beugungsexperiment gewonnen haben, können wir ohne weiteren Aufwand berechnen, wo die Grenze des Auflösungsvermögens bei optischen Mikroskopen liegt, mit anderen Worten, welche maximale Vergrößerung überhaupt möglich ist. Und das ist doch eine wirklich interessante Frage.

Das liebe Freunde der Mikrokristalle, wird daher auch das Thema meines nächsten Blogbeitrags sein.

Bis dahin wünsche ich eine gute Zeit.

H-D-S

 

 

 

 

Beleuchtungstipps für Mikrokristalle im polarisierten Licht.

Hallo liebe Freunde der Mikrokristalle,

zur Beleuchtung unseres Mikroskops gehört neben der Lichtquelle auch der Kondensor. Fast 1/3 der Kosten eines modernen Labor- oder Forschungsmikroskops fallen auf die Beleuchtungseinrichtung. Alleine daraus ist leicht zu erkennen, welche Bedeutung ihr zukommt.

Fangen wir mit der Lichtquelle an: Ich betrachte hier schwerpunktmäßig das Fotografieren von Mikrokristallen im polarisierten Licht. Wer noch ein älteres Mikroskop mit einem Schwenkspiegel besitzt, mit dem er das Tageslicht durch die Kristalle leitet, muß nicht verzagen. Keine andere Lichtquelle ist für unsere Zwecke besser geeignet, als Tageslicht. Um die prächtigen farbigen Bilder im polarisierten Licht erzeugen zu können, benötigen wir eine Lichtquelle mit einem möglichst breiten Wellenspektrum. Da ist das Tageslicht ideal. Auch herkömmliche Glühlampen besitzen ein relativ breites Wellenspektrum. Für LED’s hingegen trifft das nicht in dem Maße zu. Sie sind daher für unsere Zwecke wenig geeignet. Also aufpassen, welche Lichtquelle man benutzt. Hier gleich ein  Beispiel: Das gleiche Motiv wurde einmal mit der Mikroskopbeleuchtung meines Mikroskops, einer 12V, 30W Halogenlampe  und danach mit einer LED-Lampe aus einem Baumarkt beleuchtet. Beide Aufnahmen wurden nicht nachbearbeitet. Die Mikrokristalle waren Magnesiumsulfat.

Magnesiumsulfat-Kristalle im polarisierten Licht. Lichtquelle: Halogenlampe

Magnesiumsulfat-Kristalle im polarisierten Licht.
Lichtquelle: Halogenlampe

 

Magnesiumsulfat-Kristalle im polarisierten Licht. Lichtquelle: LED aus Baumarkt.

Magnesiumsulfat-Kristalle im polarisierten Licht.
Lichtquelle: LED aus Baumarkt.

 

Die Aufnahme mit der LED-Beleuchtung besitzt einen zu hohen Blauanteil. Das Beispiel zeigt sehr deutlich welch großen Anteil die Beleuchtungsart am Bildergebnis hat.

Wie schon erwähnt, gehört zur Beleuchtungseinrichtung der Kondensor. Wie man mit Hilfe des Kondensors die Köhlersche- oder die Kritische Beleuchtung einstellt, habe ich in meinem Blogbeitrag „Von der Köhlerschen- und Kritischen Beleuchtung“ März 2016 ausführlich beschrieben. Der Kondensor enthält eine Blende, Aperturblende genannt, die etwa zur Hälfte oder etwas stärker geschlossen werden soll. Auf diese Blende möchte ich etwas genauer eingehen. Vom Fotografieren wissen wir aus Erfahrung, daß wir bei geöffneter Blende Bilder mit verminderter Schärfe und geringer Tiefenschärfe erhalten. Umgekehrt, arbeiten wir z.B. mit Blende 22, so erhalten wir zwar die höchste Tiefenschärfe, die Bilder werden aber weniger scharf als bei mittlerer Blende. Ähnlich verhält es sich mit der Aperturblende. Hier ein Beispiel, wieder dient  Magnesiumsulfat als Objekt. Es folgen 4 Aufnahmen, mit offener, halb geschlossener, 3/4 geschlossener und weitgehend geschlossener Aperturblende. Auch diese Aufnahmen sind unbearbeitet.

Magnesiumsulfat Vergrößerung 100x Aperturblende offen

Magnesiumsulfat
Vergrößerung 100x
Aperturblende offen

 

Magnesiumsulfat Vergrößerung 100x Aperturblende halboffen

Magnesiumsulfat
Vergrößerung 100x
Aperturblende halb geschlossen

 

Magnesiumsulfat Vergrößerung 100x Aperturblende 3/4 geschlossen

Magnesiumsulfat
Vergrößerung 100x
Aperturblende 3/4 geschlossen

 

Magnesiumsulfat Vergrößerung 100x Aperturblende 3/4 geschlossen

Magnesiumsulfat
Vergrößerung 100x
Aperturblende fast geschlossen

Mit zunehmendem Schließen der Aperturblende erscheinen die Aufnahmen kontrastreicher. Man darf es aber nicht übertreiben. Von den letzten beiden Aufnahmen habe ich Auschnittsvergrößerungen angefertigt:

 

Magnesiumsulfat Vergrößerung 100x Aperturblende 3/4 geschlossen Auschnittsvergrößerung

Magnesiumsulfat
Vergrößerung 100x
Aperturblende 3/4 geschlossen
Auschnittsvergrößerung

 

Magnesiumsulfat Vergrößerung 100x Aperturblende fast geschlossen Auschnittsvergrößerung

Magnesiumsulfat
Vergrößerung 100x
Aperturblende fast geschlossen
Auschnittsvergrößerung

Betrachtet man z.B. die Linie, auf die der blaue Pfeil zeigt, so sieht man helle Säume entlang der Linie, die nicht zum Bild gehören. Wir haben es hier mit Beugungserscheinungen zu tun,  die sich mit der Wellennatur des Lichts erklären lassen.

Für die Praxis sollte man sich merken, nie die Aperturblende zu stark schließen. (Nicht über 80%). Die Abbildungstiefe des Bildes wird zwar erhöht und das Bild erscheint kontrastreicher, übertreibt man es aber, verfälschen Beugungserscheinungen das Bild. Im Übrigen vermindert sich das Auflösungsvermögen.

Soviel für heute, liebe Freunde der Mikrokristalle.

In meinem nächsten Blogbeitrag widme ich mich der Frage: Wie entstehen eigentlich Beugungserscheinungen?  Eine spannende Frage. Damit es aber nicht langweilig wird, gibt es dann noch einige schöne Bilder anzusehen.

Bis dahin wünsche ich eine gute Zeit.

 

H-D-S

 

 

 

 

 

 

 

Verborgene Kristallwelten – Jahresprojekt eines Schülers.

Hallo liebe Freunde der Mikrokristalle,

eigentlich hatte ich ja Mikrokristalle von Natriumcitrat angekündigt. Ich möchte aber einen anderen Beitrag vorziehen, der mir sehr am Herzen liegt.

Es ist der Bericht von Jaro Junker, Schüler an der Waldorfschule in Lüneburg. Er hat ihn dort als Jahresarbeit vorgelegt. Das Thema: „Verborgene Kristallwelten“. Sein Großvater hat ihm dazu ein Polarisationsmikroskop zur Verfügung gestellt und stand ihm auch bei seinen Experimenten mit Ermutigung und Rat zur Seite. Diese Arbeit hat mich sehr beeindruckt, und ich habe Jaro und seinen Opa um die Erlaubnis gebeten, den Bericht auf meinem Blog zu zeigen. Sie haben mir die Erlaubnis gerne erteilt.  Ich möchte mit dieser sehr gelungenen Arbeit auch anderen Schülerinnen und Schülern Mut machen, sich mit den oft so nüchtern erscheinenden Naturwissenschaften zu beschäftigen. Manchmal verbergen sich hinter der scheinbar so kühlen Physik und Chemie wunderbare Farben- und Formenwelten, die es von jungen Forschern zu entdecken gilt.

Was man mit Freude am Experiment, Ausdauer und Leidenschaft erreichen kann, zeigt die folgende Arbeit des 12 jährigen Jaro. Hier ist sein Bericht:


Klick hier auf „Verborgene Kristallwelten“ von Jaro Junker


Wer sich als Großeltern oder Eltern ebenso an der Arbeit Jaros begeistern konnte wie ich, liebe Freunde der Mikrokristalle, sollte daran denken, dass Weihnachten naht. Warum nicht Enkelin oder Enkel, Tochter oder Sohn, zu Weihnachten ein Schüler-Mikroskop schenken? Es gibt einige Blogbeiträge von mir die zeigen, dass man auch mit einfacher mikroskopischer und fotografischer Ausrüstung beachtliche Resultate erzielen kann.

Und jetzt noch ein wenig Eigenwerbung zur Weihnachtszeit: Tolle Puzzles und einen Kalender, beide mit Motiven von Mikrokristallen des Autors,  findet ihr bei Amazon. Ein Klick auf die Links führt Euch direkt ans Ziel:

Puzzles: Puzzles von Mikrokristallen

Kalender: Surreale Farbwelten – Mikrokristalle


Soviel für heute, liebe Freunde der Mikrokristalle.

In meinem nächsten Blogbeitrag hole ich die Mikrokristalle von Natriumcitrat nach.

Bis dahin wünsche ich eine geruhsame Adventszeit.

H-D-S

Lineares Polarisationsfilter und λ/4-Plättchen II.

Hallo liebe Freunde der Mikrokristalle,

es hat etwas gedauert, mit dem zweiten Beitrag zur Zirkularpolarisation, in dem ich das Prinzip und den Aufbau eines Zirkularpolarisationsfilters beschreibe.

In meinem letzten Blogbeitrag habe ich experimentell gezeigt, wie sich die Intensität des polarisierten Lichts beim Passieren durch ein zweites lineares Polarisationsfilter in Abhängigkeit vom Drehwinkel verändert. Eine Lichtwelle wurde als eine sinusförmige Schwingung, vergleichbar mit der Schwingung eines angeregten Seils dargestellt.

Skizze einer horizontal und einer vertikal schwingenden Welle

Skizze einer horizontal und einer vertikal schwingenden Welle

Da gibt es aber einen Widerspruch. Würde sich eine Lichtwelle tatsächlich wie eine Seilwelle verhalten, würde schon ein geringfügiges Drehen eines Polarisationsfilters ausreichen, um den gesamten Lichtdurchgang zu sperren. Man hat aber gesehen, daß beim Verdrehen eines der Filter zunächst wenig passiert, dann aber geht es sehr schnell. Die Intensität, mit der das Licht die Polarisationsfilter passiert wurde mit Hilfe des Amplitudenvektors mathematisch beschrieben. Dazu wurde der Amplitudenvektor in seine horizontale und vertikale Komponente zerlegt. Die vertikale Komponente erwies sich als Maß für die Intensität des passierten Lichts. Man muß sich also von der Vorstellung frei machen, daß eine Lichtwelle einer mechanischen  Seilwelle sehr ähnelt. Das Modell der Seilwelle dient nur dem besseren Verständnis. Ich arbeite hier bewusst nicht mit magnetischen und elektrischen Feldvektoren, um die Sache nicht zu kompliziert zu machen. Wenn ich von Wellenvektoren spreche sind die elektrischen Feldvektoren gemeint.

Man kann, wie wir gesehen haben, eine linear polarisierte Lichtwelle, mit einer wie auch immer gearteten Orientierung, mathematisch in einen horizontalen und einen vertikalen Wellenanteil zerlegen.

 

Horizontale und vertikale Komponente einer polarisierten Welle.

Horizontale und vertikale Wellenanteile einer polarisierten Welle.

Beide Wellenanteile verlaufen genau synchron. Nun stelle man sich einmal gedanklich vor, eine der beiden Wellenanteile würde um ein viertel der Wellenlänge, also λ/4 versetzt laufen, wie im folgenden Bild zu sehen ist.

 

Zwei Teilwellen um lambda/4 versetzt.

Zwei Wellenanteile einer polarisierten Welle  um λ /4 versetzt mit den Wellenvektoren.

 

Diese beiden Wellenanteile verlaufen jetzt nicht mehr synchron. Kann man so etwas praktisch durchführen? Ja man kann. Und zwar, man ahnt es schon, mit einem λ/4-Plättchen. Wie funktioniert das?

Bei manchen Kunststoff-Folien können die Moleküle durch mechanisches Strecken in die Länge gezogen werden. Moleküle behindern das Licht beim Passieren und verlangsamen die Lichtgeschwindigkeit. Bei solch langgestreckten Molekülen ist es nicht egal, ob passierende Lichtwellen längs oder quer zur Streckrichtung schwingen, sie werden unterschiedlich stark abgebremst . Und so gelingt es, eine Gangunterschied mit solchen Kunststoffen zu erzeugen. Man kann die Dicke einer solchen Kunststoffschicht so bemessen, daß man genau einen Gangunterschied von λ/4 also ein Viertel Wellenlänge erhält, und schon haben wir unser λ/4-Plättchen.

Sind nun beide Wellenanteile um λ/4 gegeneinander versetzt, so führt der Wellenvektor eine schraubenförmige Rotationsbewegung durch. Daher wird die so polarisierte Lichtwelle zirkular polarisiert genannt.

Meine zeichnerischen Fähigkeiten sind leider zu begrenzt, die Rotation des Wellenvektors vernünftig darzustellen. Ich habe aber auf YouTube eine Animation gefunden, die diese Rotation sehr schön zeigt:

Man sieht zunächst die synchron laufenden Wellenanteile bei denen der Wellenvektor nicht rotiert , und danach die um λ/4 versetzten mit dem rotierenden Wellenvektor. Ich finde die Animation ganz hervorragend, dem Autor kann man nur gratulieren. (Zur Wiederholung unten ganz links das runde Pfeilsymbol anklicken).

Ein Zirkularpolarisationsfilter besteht nun aus einer Kombination aus  linearem Polarisationsfilter und nachgeschalteter λ/4-Folie. Man verwendet diese Art von Filter in der Fotografie und vor allen Dingen bei Sonnenbrillen.

Für die Mikrofotografie, ich hatte es im letzten Blogbeitrag erwähnt, benutzt man beide Komponente besser getrennt. Ein Zirkularpolarisationsfilter ersetzt hier also nicht das λ/4-Plättchen. Hier zwei Fotos von L-Weinsäure im polarisierten Licht, jeweils mit und ohne λ/4 Plättchen. Die L-Weinsäure wurde im Methylethyketon gelöst und bildete einen sehr dünne Kristallschicht auf dem Objektträger.

 

L-Weinsäure fotografiert im polarisierten Licht mit L/4-Plättchen.

L-Weinsäure fotografiert im polarisierten Licht mit λ/4-Plättchen.

 

L-Weinsäure fotografiert im polarisierten Licht ohne L/4-Plättchen.

L-Weinsäure fotografiert im polarisierten Licht ohne λ/4-Plättchen.

 

L-Weinsäure fotografiert im polarisierten Licht mit L/4-Plättchen.

L-Weinsäure fotografiert im polarisierten Licht mit λ /4-Plättchen.

 

L-Weinsäure fotografiert im polarisierten Licht ohne L/Plättchen.

L-Weinsäure fotografiert im polarisierten Licht ohne λ/Plättchen.

Wie man sieht, kann man mit einem  λ/4-Plättchen manchmal interessante Effekte erzielen. Als Folien sind die λ/4-Plättchen im Internet relativ preiswert zu bekommen.

 

Soviel für heute liebe Freunde der Mikrokristalle. Der nächste Blogbeitrag wird nicht so lange auf sich warten lassen. Es ist zur Abwechslung mal wieder ein Zucker bzw. ein Zuckerersatzstoff dran, den man sich leicht beschaffen kann. Es ist der Sorbit.

Bis dahin wünsche ich eine gute Zeit.

H-D-S

p.s.

Wer Freude an schönen Bildern von Mikrokristallen hat, sie aber nicht selber fotografieren will, dem empfehle ich meinen neuen Kalender für 2017, der seit dem ersten Juni im Handel ist.

catalog_577467

Titel: Surreale Farbwelten-Mikrokristalle

Autor: Dieter Schenckenberg

Hier die ISBN-Nummern:
Wandkalender 2017 DIN A4 quer ISBN 978-3-664-84126-4

Wandkalender 2017 DIN A3 quer ISBN 978-3-664-84127-1

Wandkalender 2017 DIN A2 quer ISBN 978-3-664-84128-8

Den Kalender gibt es bei

http://www.amazon.de

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Lineares Polarisationsfilter und λ/4-Plättchen I.

Hallo liebe Freunde der Mikrokristalle,

wie funktioniert ein λ/4-Plättchen in Kombination mit einem linearen Polarisationsfilter?.

In meinem letzten Blogbeitrag hatte ich Fotos mit dieser Filterkombination gezeigt und erwähnt, daß aus einem linearen Polarisationsfilter ein zirkulares wird, wenn man es mit einem λ/4-Plättchen kombiniert. Um zu beschreiben, was da passiert, müssen wir uns das Phänomen der Polarisation etwas näher anschauen. Da mein Blog von einer sehr breiten Leserschaft gelesen wird, möchte ich auch einige Begriffe erläutern, die physikalisch bewanderten Lesers natürlich vertraut  sind, manchem Leser aber nicht so sehr. Das Thema teile ich wegen des Umfangs in 2 Blogbeiträge auf.

Was Licht genau ist, kann niemand erschöpfend beantworten. Das ist schon einmal tröstlich. Lange hatte man sich Licht als Strahlen vorgestellt. Für die Berechnung von Linsen war und ist dieses Modell sehr dienlich. Manche physikalischen Eigenschaften des Lichts konnten  aber nicht mit dem Strahlenmodell erklärt werden. Dazu gehörte die Polarisation. Die Physiker ersannen daher ein anderes Modell für Licht, das Wellenmodell.  Damit ließ sich auch die Polarisation gut beschreiben.

Stellen wir uns vor, wir hätten einen Lattenzaun mit horizontal angeordneten Latten mit  Zwischenräumen. Durch einen der Zwischenräume spannen wir ein Seil, das wir an einer Wand hinter dem Lattenzaun befestigen. Das andere Ende regen wir an, indem wir es relativ schnell horizontal bewegen. Es entsteht eine horizontal schwingende Welle, die ungehindert den Lattenzaun passieren kann. Würden wir versuchen, das Seil vertikal zum Schwingen zu bringen, könnten die erzeugten Wellen den Zaun nicht passieren. Drehen wir den Lattenzaun aber um 90º, können nun die vertikal schwingenden Seilwellen den Zaun passieren.

Hier eine Skizze dazu:

Skizze einer horizontal und einer vertikal schwingenden Welle

Lichtwellen, wie sie z.B. von der Sonne kommen, führen sinusförmige Schwingen in alle möglichen Richtungen aus. Die in der Skizze dargestellten senkrechten und horizontalen Schwingungen sind also nur ein Ausschnitt aus dem gesamten  Schwingungsspektrum. Filtert man  aus den vielen Schwingungsebenen des natürlichen Lichts eine Schwingungsebene heraus, so spricht man von Polarisation. Die dazu verwendeten Filter nennen wir lineare Polarisationsfilter. Die Schwingungen der Wellen verlaufen rechtwinklig zur Ausbreitungsrichtung. Solche Wellen werden Transversal-Wellen genannt.

Soweit so gut. Was passiert aber, wenn man zwei Polarisationsfilter übereinander legt?  Besitzen beide Filter die gleiche Orientierung, besitzen also die Latten unserer Lattenzäune beide die genau gleiche Orientierung, so können wir erwarten, daß das in ersten Filter polarisierte Licht mit maximaler Intensität das zweite Polarisationsfilter passiert. Drehen wir eines der Filter um 90 ° so „kreuzen sich die Latten“ und sperren das Licht vollständig, die Intensität ist dann Null. Aber was passiert dazwischen?

Hierzu habe ich den folgenden Versuch durchgeführt: Auf ein Smartphone habe ich das Bild eines Winkelmessers geladen. Darüber habe ich eine Polarisationsfilterfolie gelegt, um polarisiertes Licht einer bestimmten Ebene zu erzeugen. (Prinzipiell ist das eigentlich nicht notwendig, denn das von einem Smartphone abgestrahlte Licht ist bereits polarisiert. Es hatte aber nicht die Schwingungsebene die ich wollte. Daher also die  Polarisationsfilterfolie). Über die Folie habe ich ein zweites Polarisationsfilter in Form eines zurecht geschnittenen Zeigers gelegt.

Und so sieht das Ganze im Ausschnitt aus: Der Zeiger steht auf 0º, beide Polarisationsfolien besitzen die gleiche Orientierung. Wir haben die maximale Intensität des passierenden Lichts. (Die leichte Abdunklung ist auf Absorptionsvorgänge der Folien zurückzuführen).

Winkel Null Grad

Winkel 0 Grad. Beide Polarisationsfilter besitzen die gleiche Orientierung. Maximale Intensität.

Im Weiteren habe ich den Zeiger um jeweils ca. 10º gedreht, man beachte die  Veränderung der Intensität:

 

Intensität des Lichts bei ca. 10 Grad.

Intensität des Lichts bei ca. 10 Grad Drehung.

 

Intensität des Lichts bei ca. 20 Grad Verschiebung.

Intensität des Lichts bei ca. 20 Grad Drehung.

 

Intensität des Lichts bei ca. 20 Grad Verschiebung.

Intensität des Lichts bei ca. 30 Grad Drehung.

 

Intensität des Lichts bei ca. 40 Grad Drehung

Intensität des Lichts bei ca. 40 Grad Drehung.

 

Intensität des Lichts bei ca. 50 Grad Drehung.

Intensität des Lichts bei ca. 50 Grad Drehung.

 

Intensität des Lichts bei ca. 60 Grad Drehung.

Intensität des Lichts bei ca. 60 Grad Drehung.

 

Intensität des Lichts bei ca. 70 Grad Drehung.

Intensität des Lichts bei ca. 70 Grad Drehung.

 

Intensität des Lichts bei ca. 80 Grad Drehung.

Intensität des Lichts bei ca. 80 Grad Drehung.

 

Intensität des Lichts bei ca. 90 Grad Drehung.

Intensität des Lichts bei ca. 90 Grad Drehung.

 

Im letzten Bild sind die Filter genau gekreuzt, kein Licht geht mehr hindurch, die Intensität ist Null. Welche Erkenntnisse kann man aus dem Experiment ziehen?

Bei der Betrachtung der Aufnahmen fällt auf, daß die Abnahme der Intensität nicht linear verläuft. Es geht langsam los und steigert sich dann sehr schnell. Und offensichtlich ist, daß der Winkel um den man eine Folie dreht, dabei von ausschlaggebender Bedeutung ist.

Bei einer sinusförmig schwingenden Licht-Welle ist die Amplitude, also die maximale Auslenkung,  ein Maß für die Intensität des Lichts.

Sinusförmig schwingende Lichtwelle.

Sinusförmig schwingende Lichtwelle.

 

I = (Amplitude)² (1)

Man muss die Amplitude ins Quadrat setzen, da ihr Maximum sowohl positiv also auch negativ sein kann, wie die Grafik zeigt. Das Quadrat ist aber immer positiv. Der Amplitude kann der Zahlenwert der Auslenkung zugeordnet werden.  Sie besitzt aber auch eine Richtung, das ist der Ebenenwinkel, in der die Welle  schwingt. Damit ist die Amplitude einer Welle ein Vektor.

Ein kleiner Einschub: Es gibt im Wesentlichen zwei Arten physikalischer Größen, Skalare und Vektoren. Beispiel für eine skalare physikalische Größe: Der Temperatur in einem Raum, sagen wir 20º C kann man keine Richtung zuordnen. Die Richtung spielt für eine Temperaturangabe keine Rolle. Daher ist die Temperatur eine skalare Größe, die auf der Temperaturskala liegt. Beispiel für eine vektorielle physikalische Größe: Um einen Handwagen in eine bestimmte Richtung zu ziehen, benötigen wir eine Kraft. Diese Kraft hat einen bestimmten Betrag. Dazu gehört aber auch eine Richtung. Üben wir die Kraft in eine falsche Richtung aus, kommen wir nicht ans Ziel. Daher setzt sich die Kraft die auf den Wagen ausgeübt wird aus einem Betrag und einer Richtung zusammen. Solche Größen werden  Vektoren genannt. Vektoren werden grafisch durch einen Pfeil dargestellt. Die Länge gibt den Betrag der physikalischen Größe an, der Winkel die Richtung der wirkenden Größe.

Der Vektor der Amplitude ist im Folgenden durch einen roten Pfeil dargestellt. Dabei repräsentiert die Länge des Pfeils den Betrag der Intensität, sein Winkel gibt die Ebene an, in der die Lichtwelle schwingt. Beträgt der Winkel zwischen beiden Polarisationsfiltern 0º, so haben wir die maximale Durchlässigkeit Imax. In einem Koordinatensystem sieht das dann so aus:

 

Maximale Durchlässigkeit, Winkel 0 Grad.

Maximale Durchlässigkeit, Winkel 0º.

 

Verdrehen wir das Filter um 90º, wird der Lichtdurchgang vollständig gesperrt.

 

Vollständige Sperrung bei 90 Grad.

Vollständige Sperrung, Winkel 90º

 

 

Die Projektion des Amplituden-Vektors auf die senkrechte Achse ergibt die durchlässigen Anteile. Die Projektion auf die horizontale Achse ergibt die undurchlässigen Anteile.

 

Durchlässige- und undurchlässige Anteile ergeben sich aus der Projektion des Vektors auf die Koordinatenachsen.

Durchlässige- und undurchlässige Anteile ergeben sich aus der Projektion des Amplituden-Vektors auf die Koordinatenachsen.

Bei einem Winkel von 90º ist die Durchlässigkeit I = 0. Auch cos 90º ist 0.  Bei einem Winkel von 0º ist die Durchlässigkeit I = Imax.   und  cos 0º ist 1.  Wir können daher annehmen, daß der Zusammenhang zwischen Winkel und Durchlässigkeit durch die Cosinus-Funktion korrekt beschrieben wird. Gleichung (1) können wir dann folgendermaßen schreiben:

I = Imax · cos² ∝ (2)

Die mathematische Gleichung deckt sich mit unserer Beobachtung. Bei kleinen Winkeln passiert zunächst noch nicht viel, aber ab dann geht es sehr schnell mit der Abnahme der Licht-Intensität, es ist eine quadratische Abnahme.

Im zweiten Teil kommen wir dann zu unserem λ/4-Plättchen und zum Zirkularpolarisationsfilter.

Vorher aber noch einige Mikrofotos von Brenzcatechin. Dazu wurden einige Kristalle auf einem Objektträger im Methylethylketon gelöst. Nach wenigen Minuten setzt die Kristallisation ein. Vorsicht beim Umgang mit Brenzcatechin. Der Stoff ist giftig und die Kristalle verdampfen recht schnell!  Also nie offen stehen lassen! Nur mit  kleinen Mengen arbeiten.

 

Brenzcatechin im polarisierten Licht, ohne Lambda-Plättchen

Brenzcatechin im polarisierten Licht ohne λ/4-Plättchen.

 

Brenzcatechin im polarisierten Licht, mit Lambda/4-Plättch

Brenzcatechin im polarisierten Licht mit  λ/4-Plättchen.

 

Brenzcatechin im polarisierten Licht mit λ/4-Plättchen.

Brenzcatechin im polarisierten Licht ohne  λ/4-Plättchen.

 

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Brenzcatechin im polarisierten Licht mit λ/4-Plättchen.

Auch die folgenden Aufnahmen sind  Brenzcatechin. Das interessante daran ist, sie stammen, zusammen mit den oberen Aufnahmen, von einem einzigen Objektträger. Ich möchte damit zeigen, wie vielfältig die Motive von Mikrokristallen sein können.

 

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Brenzcatechin im polarisierten Licht ohne λ/4-Plättchen.

 

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Brenzcatechin im polarisierten Licht mit λ/4-Plättchen.

 

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Brenzcatechin im polarisierten Licht ohne λ/4-Plättchen.

Soviel für heute, liebe Freunde der Mikrokristalle. Im nächsten Blogbeitrag folgt der zweite Teil mit der Besprechung des λ/4-Plättchens und des Zirkularpolarisationsfilters.

Bis dahin wünsche ich eine gute Zeit.

H-D-S

p.s.

Wer Freude an schönen Bildern von Mikrokristallen hat, sie aber nicht selber fotografieren will, dem empfehle ich meinen neuen Kalender für 2017, der seit dem ersten Juni im Handel ist.

catalog_577467

Titel: Surreale Farbwelten-Mikrokristalle

Autor: Dieter Schenckenberg

Hier die ISBN-Nummern:
Wandkalender 2017 DIN A4 quer ISBN 978-3-664-84126-4

Wandkalender 2017 DIN A3 quer ISBN 978-3-664-84127-1

Wandkalender 2017 DIN A2 quer ISBN 978-3-664-84128-8

Den Kalender gibt es bei

http://www.amazon.de

http://www.amazon.co.uk

http://www.amazon.fr

http://www.thalia.de

http://www.buchhandel.de

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Mikrofotos im polarisierten Licht mit zusätzlicher Verzögerungsplatte.

Hallo liebe Freunde der Mikrokristalle,

ich hatte es angekündigt, und hier kommt sie, die λ/4-Verzögerungsplatte.

Sie bewirkt manchmal wahre Farbwunder, wie die später gezeigten Aufnahmen dokumentieren werden.

Für Mikrofotos im polarisierten Licht verwenden wir normalerweise 2 lineare Polarisationsfilter, den Polarisator und den Analysator. Dazwischen befinden sich unsere Mikrokristalle. Was dabei physikalisch passiert, habe ich in früheren Blogbeiträgen ausführlich beschrieben. Wie gesagt, normalerweise werden lineare Polarisationsfilter verwendet. Daneben gibt es zirkulare Polarisationsfilter. Diese werden meist beim Fotografieren eingesetzt. Auch hochwertige Sonnenbrillen verwenden manchmal Zirkularpolarisationsfilter. Was ist nun aber der  Unterschied zwischen den beiden Filtertypen? In meinem nächsten Blogbeitrag werde ich das ausführlich darstellen, heute nur soviel: Bei linearen Polarisationsfiltern bewegen sich die Wellen des polarisierten Lichts geradlinig. Bei Zirkularpolarisationsfiltern führen sie eine schraubenförmige Bewegung aus.

Was hat das Ganze nun aber mit einer λ/4-Verzögerungsplatte zu tun? Kombiniert man ein lineares Polarisationsfilter mit einer λ/4-Verzögerungsplatte, so erhält man ein Zirkularpolarisationsfilter. Die Verzögerungsplatte wandelt also ein lineares Polarisationsfilter in ein zirkulares Polarisationsfilter um. Beide Elemente sind fest miteinander verbunden. Bei den im Folgenden gezeigten Mikrofotos wurde eine λ/4-Verzögerungsplatte auf das lineare Polarisationsfilter über der Beleuchtung gelegt, und  um verschiedene Beträge gedreht. Ein Zirkularpolarisationsfilter ersetzt also nicht die bewegliche Kombination aus Verzögerungsplatte und linearem Polarisationsfilter. Was kann man mit dieser Filterkombination anstellen?

Gelegentlich zeigen Mikrokristalle im linear polarisierten Licht nicht die erhofften tollen Farben. Dann kann eine Verzögerungsplatte helfen. Hier zwei Beispiele mit Mikrokristallen von Brenzcatechin:

Brenzcatechin im liear polarisierten Licht.

Brenzcatechin im linear polarisierten Licht.

 

 

Brenzcatechin im polarisierten Licht, zusätzlich mit Lamda/4-Plättchen.

Brenzcatechin im polarisierten Licht, zusätzlich mit λ/4-Plättchen.

 

 

 

Brenzcatechin im linear polarisierten Licht.

Brenzcatechin im linear polarisierten Licht.

 

Brenzcatechin im polarisierten Licht, zusätzlich mit Lambda/4-Plättchen.

Brenzcatechin im polarisierten Licht, zusätzlich mit λ/4-Plättchen.

 

Um diese Effekte zu erzielen, muß man über dem Polarisator das λ/4-Filter anordnen und beide Filter gegeneinander verdrehen. Je nach Drehwinkel erhält man unterschiedliche Farbwirkungen. Verzögerungsplatten gibt es im Handel als Folien. 5×5 cm kosten ca. 15-20 Euro. Hochwertige Verzögerungsplatten, z.B. aus Quarz kosten ca. 400 Euro. Für unsere Zwecke sind Folien völlig ausreichend.

Soviel für heute, liebe Freunde der Mikrokristalle. In meinem nächsten Blogbeitrag beschreibe ich die physikalischen Hintergründe von linear und zirkular polarisiertem Licht etwas genauer und es gibt weitere Fotos von Brenzcatechin, das älteren Lesern dieses Blogs wohl noch als Fotoentwickler in guter Erinnerung ist.

Bis dahin wünsche ich eine gute Zeit.

H-D-S

p.s.

Wer Freude an schönen Bildern von Mikrokristallen hat, sie aber nicht selber fotografieren will, dem empfehle ich meinen neuen Kalender für 2017, der seit dem ersten Juni im Handel ist.

catalog_577467

Titel: Surreale Farbwelten-Mikrokristalle

Autor: Dieter Schenckenberg

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