Die verschiedenen Qualitätsstufen der Objektive

Allgemeines
- Beschreibung Vergrößerung, numerische Apertur etc. evtl. mit Berechnung
- Korrekturen (chromatische Aberration, ..)
- Parfokalität, Arbeitsabstand
- Planarität
- Farbkorrektur
- Material

Definitionen
Auflösung = Die Auflösung eines optischen Systems wird im Allgemeinen definiert als der kleinste Abstand zwischen zwei Objektstrukturen, bei dem diese Objekte noch als getrennt abgebildet bzw. wahrgenommen werden. Das Auflösungsvermögen ist bestimmt durch die Wellenlänge des Lichts, dem Brechungsindex des Mediums zwischen Deckglas und Frontlinse und dem Öffnungswinkel des verwendeten Objektivs.

Arbeitsabstand = der freie Arbeitsabstand (engl. FWD = Free Working Distance) bezeichnet den Abstand zwischen Deckglas bzw. Schärfeebene des Präparats und der vordersten Linse des Objektivs. Mit dem Arbeitsabstand wird also festgelegt, wie tief in ein Präparat hineinfokussiert werden kann. In der Regel nimmt der Arbeitsabstand mit steigender Vergrößerung des Objektivs ab, (da ein größerer Öffnungswinkel für mehr Lichteinstrahlung erforderlich ist). Durch die höheren Anforderungen an die Auflösung von stärker vergrößernden Objektiven, ist ein größerer Öffnungswinkel der Objektive notwendig. / Mit stärker vergrößernden Objektiven steigt gleichzeitig der Anspruch an die Auflösung. Diese steht in direktem Zusammenhang mit der numerischen Apertur.

Parfokalität = Die Parfokalität beschreibt den Umstand, dass eine scharf eingestellte Stelle im Präparat unabhängig vom gewählten Objektiv innerhalb eines Mikroskops annähernd gleich scharf abgebildet wird. Durch die verschiedenen Arbeitsabstände der Objektive, muss die mechanische Tubuslänge des Objektivs so gewählt werden, dass eine Parfokalität gewährleistet wird. (Prinzipiell besitzen höher auflösende Objektive einen geringeren AA andere (bei unendlichoptiken ist der parfokale Abstand auf 45mm festgelegt.

Deckglasdicke = Durch die Abhängigkeit des Brechungsindex vom Medium, wird der vom Präparat kommende Lichtstrahl von allen Medien zwischen Präparat und Objektivlinse beeinflusst. In der Mikroskopie ist dies meist das Deckglas und die Luft bzw. häufig auch das verwendete Immersionsöl. Auch die Schichthöhe des Einbettmediums geht in die optisch wirksame Deckglasdicke ein. (Die Deckglasdicke spielt vorallem bei stark vergrößernden Objektiven mit hoher numerischer Apertur eine Rolle.) Eine Abweichung der Deckglasdicke macht sich bereits bei einer numerischen Apertur ab 0,35 bemerkbar. In der Regel sind die meisten Objektive auf eine Standard-Deckglasdicke von 0,17 mm korrigiert.

Numerische Apertur = die Numerische Apertur (n.A.) eines Objektivs beschreibt den Öffnungswinkel eines Objektivs und somit den Lichtkegel, der von einem Objektiv erfasst werden kann. Sie ist definiert als der Sinus des halben Öffnungswinkels … und beschreibt die Größe des erfassten Lichtkegels unter Berücksichtigung des verwendeten Immersionsmediums./ das Auflösungsvermögen und die Lichtstärke eines Objektivs. Je größer der Öffnungswinkel, desto mehr gebeugtes Licht kann von dem Präparat aufgenommen werden, und desto höher ist das Auflösungsvermögen des Objektivs.

Linsenfehler: Sphärische Aberration, chromatische Aberration, Bildfeldwölbung

Bildfeldwölbung = Aufgrund der Bildfeldwölbung, verursacht durch die Linsenkrümmung, wird ein planes, flaches Präparat auf einer gewölbten Fläche abgebildet. Wird auf die Mitte des Bildfeldes fokussiert, erscheint der Rand unscharf, vice versa. Durch geeignete Wahl der Linsenkrümmung bzw. Anordnung der Linsen lässt sich ein vollständig geebnetes Bildfeld erzeugen. (Planarität eines Objektivs)

Sphärische Aberration = die sphärische Aberration entsteht durch die unterschiedliche Brennweite der einfallenden Lichtstrahlen in die Linse. Einfallende Lichtstrahlen am Rand der Linse haben eine kürzere Brennweite als die nahe des Linsenzentrums. Die anstatt eines Fokuspunktes entstehende Fokuslinie verursacht ein kontrastärmeres Bild und Einbußen in der Abbildungsschärfe. Einflussfaktoren für die sphärische Aberration sind nicht nur die optischen Eigenschaften des Objektivs, sondern auch die Eigenschaften des Deckglases (Dicke, Brechzahl) und der Brechungsindices der Immersions- und Einbettmedien. Zudem nimmt die sphärische Aberration mit der Probentiefe bei dicken Proben zu.

Chromatische Aberration = chromatische Aberration wird verursacht durch das Phänomen der sogenannten Farbstreuung (Dispersion) von einfachen Linsen. Licht unterschiedlicher Wellenlänge wird an einer Linse verschieden gebrochen (vgl. Zerlegung von weißen Licht in seine Spektralfarben durch ein Prisma). Erkennbar ist die chromatische Aberration durch grüne und rote Farbsäume an den Rändern der Präparatstruktur. Durch geeignete Wahl der Glassorten mit unterschiedlichen Dispersionswerten lässt sich der Farbfehler nahezu vollständig korrigieren. Man unterscheidet mit steigendem Korrektionsgrad zwischen Achromaten, Fluorit-Objektiven und Apochromaten.

Die verschiedenen Objektive im Überblick
Korrektur der Linsenfehler: achromate, planachromate, Apochromate, planapochromate, Universalobjektive, Fluorit-Objektive

Achromate = Achromate sind auf zwei Wellenlängen korrigiert (blau und rot), ohne Bildfeldebnung

Planachromate = auf zwei Wellenlängen korrigiert mit Bildfeldebnung. (scharfes Bild über die gesamte Fläche)

Apochromate = gesamte chromatische Aberration korrigiert, keine Farbsäume; meist mit hoher numerischer Apertur ausgestattet.

Planapochromat = Objektiv höchster Qualität bei dem sämtliche chromatische Fehler als auch die Bildfeldwölbung korrigiert sind.

Fluoritobjektive = weisen eine höhere numerische Apertur auf, aufgrund des höheren Brechungsindex im Vergleich zu einem normalen Planachromaten. Daher häufig angewendet in der Fluoreszenzmikroskopie.

Long Distance, etc

Spezialobjektive: Phasenkontrast oder mit Irisblende
Phasenkontrastobjektive werden bei ungefärbten Präparaten mit wenig verwendet. Der eingedampfte Phasenring mit dem komplementären Phasenring im Kondensor (eingesetzt durch einen Phasenschieber) erhöht den Kontrast zwischen verschiedenen Strukturen im Präparat und macht sie sichtbar // macht durch Lichtstreuung Strukturunterschiede im Präparat sichtbar.

Immersionsobjektive oder Trockenobjektive
Immersionsobjektive (Wasser, Öl oder Glycerin) sind häufig Objektive mit einem höheren Vergrößerungsmaßstab. Durch den höheren Lichtbrechungsindex von Öl kann ein höheres Auflösungsvermögen, d.h. eine höhere numerische Apertur erreicht werden.

Objektivklassen von Zeiss
Objektivkennzeichnung nach ISO Standard